CN110519881B - 一种led驱动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种LED驱动电路及其控制方法，所述LED驱动电路包括：整流桥、储能电容、LED负载、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，所述整流桥的输入端用于与交流电压连接，所述整流桥的第一输出端分别与所述储能电容和所述LED负载连接；所述储能电容与所述第二驱动电路连接；所述LED负载与所述第一驱动电路连接。本申请中的LED驱动电路具有高功率因数，同时LED负载电流无工频纹波，无频闪的性能。

Description

一种LED驱动电路及其控制方法

技术领域

本申请涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种LED驱动电路及其控制方法。

背景技术

在电源领域中，相比于开关电源，线性LED驱动电路具有结构简单，成本低廉，体积小等优点。

现有技术中，一种典型的线性LED驱动电路的结构如图1所示，该线性LED驱动电路包括整流桥11、LED负载、电流沉Us。其中，整流桥11的输入端(a和b)连接交流输入电压AC，整流桥11的输出端c连接LED负载的正端；LED负载的负端连接电流沉Us的正端，电流沉Us的负端连接电路地，即整流桥11的负输出端d。电流沉Us控制LED负载电流为设定值。

当线性LED驱动电路设置有母线电容器C时，整流桥11的输出端c与母线电容器C连接，该母线电容器C可以起到存储工频周期的能量的作用，在线性LED驱动电路工作时，交流输入电压被整流成直流电压，母线电容器C上的电压体现为带有一定工频纹波的直流电压，并且高于LED负载的压降，因此，LED负载在整个工频周期中电流保持恒定不变，即电流没有工频闪烁(频闪)。但是在这种情况下，由于整流桥11的输出直接连接母线电容器，LED 驱动电路的功率因数较低(通常为0.5左右)，不能满足一些规范指标的要求。

当线性LED驱动电路未设置有母线电容器C时，因为没有电容储能，LED负载只能在交流输入电压高于LED负载电压的时间点亮，LED负载电流在工频周期中为方波，发光也带有工频闪烁。此时交流输入电流等于LED负载电流，其功率因数可以达到0.9，可以满足规范指标。

因此，现有技术中，无论是否包含母线电容器，线性LED驱动电路均存在一定的问题：功率因数不满足要求，或者LED发光带有频闪，功率因数和LED无闪频，二者无法兼顾。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种LED驱动电路及其控制方法，本发明的LED驱动电路的功率因数满足规范指标的同时，LED负载没有频闪。

第一方面，本发明实施例提供了一种LED驱动电路，所述LED驱动电路包括：整流桥、储能电容、LED负载、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，所述整流桥的输入端与交流电压连接，所述整流桥的第一输出端分别与所述储能电容和所述LED负载连接；所述储能电容与所述第二驱动电路连接；所述LED负载与所述第一驱动电路连接；所述整流桥的第二输出端、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路接地。

所述第一驱动电路包括：功率场效应晶体管，采样电阻，运算放大器；其中，所述功率场效应晶体管的漏极与所述LED负载的第一端连接，所述功率场效应晶体管的源级与所述采样电阻的第二端连接，所述功率场效应晶体管的栅极与所述运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的反相输入端与采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的同相输入端接入第一基准电压；所述采样电阻的第一端接地。

所述第一驱动电路还包括：分压电阻，所述分压电阻的第二端与所述功率场效应晶体管的漏极连接，所述分压电阻的第一端接地。

所述第二驱动电路包括：压控电流源，所述压控电流源第二端与所述储能电容连接，所述压控电流源的第一端接地。

所述第二驱动电路还包括：二极管，所述二极管的正极与所述压控电流源的第一端连接，所述二极管的负极与所述压控电流源的第二端连接。

所述第二驱动电路还包括：比较器、积分电容；其中，所述比较器的同相输入端接入第二基准电压，所述比较器的反相输入端与所述分压电阻的中点连接，所述比较器的输出端与所述电流源开关第三端连接；所述积分电容第二端与所述电流源开关的第一端连接，所述积分电容第一端接地。

所述第二驱动电路还包括：所述压控电流源包括功率场效应晶体管和降增益电阻，所述功率场效应晶体管的栅极为所述压控电流源输入，所述功率场效应晶体管的源级连接所述降增益电阻，所述功率场效应晶体管的漏极为所述压控电流源的输出。

所述第二驱动电路包括：电流源开关、上拉电流源和下拉电流源；其中，所述电流源开关第一端与下拉电流源的第二端连接，所述下拉电流源第一端接地；所述电流源开关第二端与上拉电流源的第一端连接，所述上拉电流源第一端接。

所述LED负载由多个LED组成。

第二方面，本发明实施例提供了一种LED驱动电路控制方法，所述方法包括：

储能电容为LED负载供电；

第一驱动电路判断所述储能电容是否需要充电；

在所述储能电容需要充电的情况下，所述第一驱动电路控制所述第二驱动电路为所述储能电容充电。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

根据本发明实施方式提供的LED驱动电路，所述LED驱动电路包括：整流桥、储能电容、LED负载、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，所述整流桥的输入端与交流电压连接，所述整流桥的第一输出端分别与所述储能电容和所述LED负载连接；所述储能电容与所述第二驱动电路连接；所述LED负载与所述第一驱动电路连接；所述整流桥的第二输出端、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路接地。通过本申请中的LED驱动电路，使得LED驱动电路的功率因数满足规范指标的同时，LED没有频闪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种线性LED驱动电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种LED驱动电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种压控电流源Is1的实施例；

图4为本发明实施例一种连续模式LED驱动电路的工作时序图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

发明人经过研究发现，现有的LED驱动电路，在设置有母线电容器的情况下，LED负载没有频闪，但是LED驱动电路功率因数较低，不满足规范指标的要求；在未设置有母线电容器的情况下，LED驱动电路功率可以满足规范指标，但是LED带有频闪。

为了解决上述问题，在本发明实施例中，本申请LED驱动电路包括整流桥、储能电容、 LED负载、第一驱动电路和第二驱动电路，通过第一驱动电路和第二驱动电路，实现了LED 驱动电路具有高功率因数的同时，没有闪频。

下面结合附图，详细说明本发明的各种非限制性实施方式。

请参阅图2，示出了本发明实施例中一种连续模式LED驱动电路的结构示意图，所述LED 驱动电路包括：

所述LED驱动电路包括：整流桥11、储能电容C1、LED负载14、第一驱动电路12和第二驱动电路13。

整流桥11用于将交流电源AC输入的交流电转换为直流电。其中，所述整流桥11的输入端(e和f)与交流电压AC连接，所述整流桥11的第一输出端g分别与所述储能电容C1 和所述LED负载14连接。

储能电容C1用于为LED负载供电。其中，所述储能电容C1与所述第二驱动电路13连接；所述LED负载14与所述第一驱动电12连接；所述整流桥11的第二输出端接地。

所述第一驱动电路12包括：功率场效应晶体管M1、运算放大器U11、采样电阻R1、分压电阻R2；其中，所述功率场效应晶体管M1的漏极k与所述LED负载14的负极连接，所述功率场效应晶体管M1的源级n与所述采样电阻R1的第二端连接，所述功率场效应晶体管 M1的栅极m与所述运算放大器U11的输出端连接；所述运算放大器U11的反相输入端与采样电阻R1的第二端连接，所述运算放大器U11的同相输入端接入第一基准电压(REF1)，所述运算放大器U11的输出端与所述功率场效应晶体管M1的栅极m连接；所述采样电阻 R1的第一端接地，所述采样电阻R1的第二端与所述功率场效应晶体管M1的源级n连接；所述分压电阻R2的第一端接地，所述分压电阻R2的第二端与所述功率场效应晶体管M1的漏极连接。第一驱动电路12用于判断所述储能电容是否需要充电，具体的，分压电阻R2检测功率场效应晶体管M1的漏极电压，判断所述功率场效应晶体管M1的漏极电压是否小于预设电压，即将所述功率场效应晶体管M1的漏极电压与第二基准电压(REF2)比较，当所述功率场效应晶体管M1的漏极电压小于预设电压时，即所述功率场效应晶体管M1的漏极电压小于第二基准电压(REF2)，第二驱动电路13为储能电容C1充电；当所述功率场效应晶体管M1的漏极电压大于预设电压时，即所述功率场效应晶体管M1的漏极电压大于第二基准电压(REF2)，储能电容C1中能量充足，储能电容C1为LED负载供电。

第二驱动电路用于为储能电容C1充电。所述第二驱动电路包括：压控电流源(电流沉) Is₁、二极管D1、比较器U12、积分电容C2、电流源开关K、上拉电流源Is₂和下拉电流源Is₃；其中，所述压控电流源Is₁的第一端接地，所述压控电流源Is₁第二端与所述储能电容C1的第一端连接。其中，如图3所示，所述压控电流源Is₁包括功率场效应晶体管Ms₁和降增益电阻Rs₁，所述功率场效应晶体管Ms₁的栅极o为所述压控电流源输入，所述功率场效应晶体管Ms₁的源级q连接所述降增益电阻Rs₁的第二端，所述降增益电阻Rs₁的第一端接地，所述功率场效应晶体管Ms₁的漏极p为所述压控电流源的输出。

所述第二驱动电路还包括：二极管D1，所述二极管D1的正极与所述压控电流源Is₁的第一端连接，所述二极管D1的负极与所述压控电流源Is₁的第二端连接；所述比较器U12的同相输入端接入第二基准电压(REF2)，所述比较器U12的反相输入端与所述分压电阻R2的中点(FB)连接，所述比较器U12的输出端与所述电流源开关K第三端连接；所述积分电容C2的第一端接地，所述积分电容C2的第二端与所述电流源开关K的第一端连接；所述电流源开关K的第一端与下拉电流源Is₃的第二端连接，所述电流源开关K的第二端与上拉电流源Is₂的第一端连接，所述电流源开关K的第三端与比较器U12的输出端连接；所述上拉电流源Is₂第一端接，所述上拉电流源Is₂第二端与电流源开关K的第二端连接；所述下拉电流源第一端接地，所述下拉电流源的第二端与电流源开关K的第一端连接。具体的，当所述功率场效应晶体管M1的漏极电压小于预设电压时，启动上拉电流源Is₂为积分电容C2充电，压控电流源Is₁为储能电容C1充电。

所述LED负载由多个LED组成，具体的，LED负载由多个LED串联组成。

本发明实施例提供一种线性高功率因数无频闪LED驱动电路，该电路可应用于开关电源电路，尤其是LED驱动电源。图2是本发明实施例提供的一种LED驱动电路的结构示意图。如图2所示，该LED驱动电路以及电路中元器件之间的连接方式包括：

交流输入电源AC，通常情况下为市电输入。

整流桥11，所述整流桥11的输入端连接交流输入电源AC。

LED负载14，所述LED负载14的正端连接整流桥11的正输出端，所述LED负载LED 的负端连接功率场效应晶体管M1的漏极。

功率场效应晶体管M1的源极连接采样电阻R1，采样电阻R1的另一端连接电路地，即整流桥11的负输出端。

运算放大器U11，所述运算放大器U11的同相输入端连接一基准电压REF1，所述运算放大器的反向输入端连接采样电阻R1电压，所述运算放大器的输出端连接功率场效应晶体管M1的栅极。

运算放大器U11、功率场效应晶体管M1及采样电阻R1构成了一个受控电流沉，当功率场效应晶体管M1的漏极电压充足时，功率场效应晶体管M1中的电流为：

其中，I_D为功率场效应晶体管M1中的电流，VREF1为基准电压REF1的电压，RCS为采样电阻R1 的电阻值。

分压电阻R2连接于功率场效应晶体管M1的漏极和电路地之间，分压电阻R2采样功率场效应晶体管M1的漏极电压。

比较器U12的反相输入端连接分压电阻R2的中点，比较器U12的同向输入端连接一基准电压REF2，比较器的输出端与电流源开关第三端连接。

积分电容C2和下拉电流源Is₃并联，积分电容C2的电压控制电流沉Is₁中的电流。下拉电流源Is₁连接储能电容C1，二极管D1与下拉电流源Is₁并联。

上拉电流源Is2与积分电容C2连接，受比较器U12的控制，当分压电阻R2的中点电压小于基准电压REF2的电压时，上拉电流源Is2使能。

本发明实施例还提供了一种LED驱动电路控制方法，所述方法包括：

储能电容C1为LED负载供电；

第一驱动电路12判断所述储能电容C1是否需要充电；

在所述储能电容C1需要充电的情况下，所述第一驱动电路12控制所述第二驱动电路13 为所述储能电容C1充电。

以下结合图2说明电路的具体工作过程：

当交流输入电压的瞬时值较高时，即|V_AC|>V_LED时(其中|V_AC|为交流输入电压的绝对值， V_LED为LED的直流压降)，交流输入电压AC通过整流桥11为LED负载14供电，功率场效应晶体管M1的漏极电压充足，此时功率场效应晶体管M1中的电流为

I_D即 LED负载14的电流。

当交流输入电压的瞬时值较低时，即|V_AC|<V_LED时，储能电容C1为LED负载14供电，当储能电容C1中的能量充足时，功率场效应晶体管M1的漏极电压充足，此时功率场效应晶体管M1中的电流为

I_D即LED负载14的电流。由此可见，如果保持储能电容 C1中的能量充足，即可使LED负载14的电流为恒定直流。

当储能电容C1为LED负载14供电时，储能电容C1中的电流流出电容，储能电容C1的电压线性下降，因此功率场效应晶体管M1的漏极电压也线性下降。分压电阻R2检测功率场效应晶体管M1的漏极电压，并将其和基准电压REF2相比较，当功率场效应晶体管M1 的漏极电压小于预设电压时，启动上拉电流源Is₂为积分电容C2充电，同时积分电容C2上并联有持续的下拉电流源Is₁。上拉电流源Is₂通常设置为下拉电流源Is₁的若干倍，因此，当积分电容C2上的电压平衡时，积分电容C2上的电压记为V_COMP。

V_COMP电压控制电流沉Is₁中的电流，当交流输入电压的瞬时值较高时，即|V_AC|>V_CAP时 (V_CAP为储能电容C1的电压)，电流沉Is1可以为储能电容C1充电，因此，电路形成一个闭环，积分电容C2的充放电平衡，即上拉电流源Is₂的导通时间占比固定，即功率场效应晶体管M1的漏极电压小于预设电压的时间占比固定，由此，通过调节分压电阻R2的分压比例，可以使储能电容C1维持始终满足为LED负载14提供能量的电压，同时又不至于电压过高而增加损耗。

交流输入电流是LED负载14电流和储能电流C1的电流的叠加，因此呈现方波的形态，合理的设置LED负载的电压降，可以使交流输入电流满足功率因数大于0.9的需求。

本发明实施例提供的LED驱动电源电路，通过简洁实用的控制方式，使LED驱动电源电路同时具备了高功率因数和LED负载电流无工频纹波，无频闪的性能。

综上所述，与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

根据本发明实施方式提供的LED驱动电路，所述LED驱动电路包括：整流桥、储能电容、LED负载、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，所述整流桥的输入端与交流电压连接，所述整流桥的第一输出端分别与所述储能电容和所述LED负载连接；所述储能电容与所述第二驱动电路连接；所述LED负载与所述第一驱动电路连接；所述整流桥的第二输出端、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路接地。通过本申请中的LED驱动电路，使得LED驱动电路的功率因数满足规范指标的同时，LED没有频闪。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路包括：整流桥、储能电容、LED负载、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，所述整流桥的输入端用于与交流电压连接，所述整流桥的第一输出端分别与所述储能电容和所述LED负载连接；所述储能电容与所述第二驱动电路连接；所述LED负载与所述第一驱动电路连接；

所述第一驱动电路包括：功率场效应晶体管，采样电阻，运算放大器；其中，所述功率场效应晶体管的漏极与所述LED负载的第一端连接，所述功率场效应晶体管的源级与所述采样电阻的第二端连接，所述功率场效应晶体管的栅极与所述运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的反相输入端与采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的同相输入端接入第一基准电压；所述采样电阻的第一端接地；

所述第一驱动电路还包括：分压电阻，所述分压电阻的第二端与所述功率场效应晶体管的漏极连接，所述分压电阻的第一端接地；

所述第二驱动电路包括：压控电流源、比较器、积分电容、电流源开关、上拉电流源以及下拉电流源；

所述压控电流源第二端与所述储能电容连接，所述压控电流源的第一端接地；

其中，所述比较器的同相输入端接入第二基准电压，所述比较器的反相输入端与所述分压电阻的中点连接，所述比较器的输出端与所述电流源开关第三端连接；所述积分电容第二端与所述电流源开关的第一端连接，所述积分电容第一端接地；

所述电流源开关第一端与下拉电流源的第二端连接，所述下拉电流源第一端接地；所述电流源开关第二端与上拉电流源的第一端连接，所述上拉电流源第一端接地；

当所述功率场效应晶体管的漏极电压小于预设电压时，启动所述上拉电流源为所述积分电容充电。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二驱动电路还包括：二极管，所述二极管的正极与所述压控电流源的第一端连接，所述二极管的负极与所述压控电流源的第二端连接。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二驱动电路还包括：所述压控电流源包括功率场效应晶体管和降增益电阻，所述功率场效应晶体管的栅极为所述压控电流源输入，所述功率场效应晶体管的源级连接所述降增益电阻，所述功率场效应晶体管的漏极为所述压控电流源的输出。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED负载由多个LED组成。

5.一种LED驱动电路控制方法，其特征在于，所述方法包括：

储能电容为LED负载供电；

第一驱动电路判断所述储能电容是否需要充电；

在所述储能电容需要充电的情况下，所述第一驱动电路控制第二驱动电路为所述储能电容充电；

所述第一驱动电路包括：功率场效应晶体管，采样电阻，运算放大器；其中，所述功率场效应晶体管的漏极与所述LED负载的第一端连接，所述功率场效应晶体管的源级与所述采样电阻的第二端连接，所述功率场效应晶体管的栅极与所述运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的反相输入端与采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的同相输入端接入第一基准电压；所述采样电阻的第一端接地；

所述第一驱动电路还包括：分压电阻，所述分压电阻的第二端与所述功率场效应晶体管的漏极连接，所述分压电阻的第一端接地；

所述第二驱动电路包括：压控电流源、比较器、积分电容、电流源开关、上拉电流源以及下拉电流源；

所述压控电流源第二端与所述储能电容连接，所述压控电流源的第一端接地；

其中，所述比较器的同相输入端接入第二基准电压，所述比较器的反相输入端与所述分压电阻的中点连接，所述比较器的输出端与所述电流源开关第三端连接；所述积分电容第二端与所述电流源开关的第一端连接，所述积分电容第一端接地；

所述电流源开关第一端与下拉电流源的第二端连接，所述下拉电流源第一端接地；所述电流源开关第二端与上拉电流源的第一端连接，所述上拉电流源第一端接地；

当所述功率场效应晶体管的漏极电压小于预设电压时，启动所述上拉电流源为所述积分电容充电。

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