CN113286398A - 一种负载驱动电路和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种负载驱动电路和驱动方法，包括电压变换电路和级联的线性恒流电路，其中电压变换电路用于基于线性恒流电路的反馈信号将输入电压转换成第一工作电压，线性恒流电路作为后级电路耦接电压变换电路，用于为负载提供驱动电压和驱动电流，并基于负载电压信号产生反馈信号来控制电压变换电路。本发明采用前级升压电路，结合后级线性恒流电路反馈，实现自适应调节输出电压，提高系统整体效率，并可用于实现LED稳定的调光调色功能。

Description

一种负载驱动电路和驱动方法
技术领域
本发明涉及电子领域，具体但不限于涉及一种负载驱动电路和驱动方法。
背景技术
目前发光二极管驱动芯片按类型可分为：恒压式驱动芯片、恒流式驱动芯片以及脉冲式驱动芯片。其中恒压式驱动芯片以DC/DC升压芯片居多，这种方案的优点是芯片成本便宜没有复杂的外围电路。但恒压式驱动对于负载的驱动电流不可控，无法保证LED亮度的一致性。恒流式驱动芯片基于输出电流对开关电路进行控制，解决了之前恒压式驱动的电流不可控问题，可灵活设置所需输出的电流大小。但是这类芯片价格比恒压芯片价格高许多且外围电路复杂。而且当负载有多路时，不适用于对部分负载进行电流调节以进行调色。脉冲式驱动芯片是以高频率的脉冲发生器输出接口向LED灯进行供电。但是这种方式存在频闪，且驱动能力较适合小功率应用。
现有的LED驱动调光调色系统大多采用前级恒流+后级开关切色温的方式，前级采用PSR buck架构，后级采用开关切色温，前级的输出电流含有工频纹波，导致开关切色温存在频闪问题，且切色温开关为浮地驱动，成本较高，同时buck架构决定了输出灯压不会太高，导致电流较大，总体效率较低。
有鉴于此，需要提供一种新的电路结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。
发明内容
为了解决上述至少部分问题，本发明提出了一种负载驱动电路和驱动方法，采用前级升压电路，结合后级线性恒流电路反馈，实现自适应调节输出电压，提高系统整体效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：
根据本发明的一个方面，一种负载驱动电路，包括：
电压变换电路，用于基于线性恒流电路的反馈信号将输入电压转换成第一工作电压，并为线性恒流电路和负载提供恒定的电压输入；
线性恒流电路，作为后级电路耦接电压变换电路，用于驱动负载并基于负载电压信号产生反馈信号。
在一个实施例中，电压变换电路包括boost型电路。
在一个实施例中，boost型电路包括高功率因数boost型电路和低功率因数boost型电路。
在一个实施例中，电压变换电路包括控制电路，控制电路的第一输入端与线性恒流电路的反馈信号端耦接，用于接收线性恒流电路的反馈信号并基于反馈信号输出控制信号，所述控制信号用于控制电压变换电路进行升降压来改变输出的第一工作电压。
在一个实施例中，线性恒流电路包括线性控制电路，用于根据PWM信号基于负载电压信号产生反馈信号，其中线性控制电路的第一端口接入PWM信号，第二端口耦接负载，用于获取负载电压信号，第三端口耦接电压变换电路，用于输出反馈信号。
在一个实施例中，反馈信号包括负载电压信号、调制后的负载电压信号或表征负载电压是否足够的逻辑信号。
在一个实施例中，表征负载电压是否足够的逻辑信号包括负载低压状态逻辑信号、负载适压状态逻辑信号、负载高压状态逻辑信号、需要保护状态信号和需要前级待机状态信号。
在一个实施例中，当负载电压信号小于第一阈值时，设置逻辑信号为负载低压状态逻辑信号；
当负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值时，设置逻辑信号为负载适压状态逻辑信号，其中第一阈值小于第二阈值；
当负载电压信号大于第二阈值时，设置逻辑信号为负载高压状态逻辑信号；
当负载开路或短路时，设置逻辑信号为需要保护状态信号或需要前级待机状态信号。
根据本发明的另一个方面，一种驱动负载的方法，包括：
电压变换电路获取外部输入电压，根据线性恒流电路的反馈信号进行升压处理，产生自适应调节的第一工作电压；
基于第一工作电压和线性恒流电路驱动负载；
线性恒流电路基于负载电压信号产生反馈信号，并输出至电压变换电路。
在一个实施例中，线性恒流电路基于负载电压信号产生反馈信号具体包括：
当负载电压信号小于第一阈值时，线性恒流电路产生负载低压状态逻辑信号；
当负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值时，线性恒流电路产生负载适压状态逻辑信号，其中第一阈值小于第二阈值；
当负载电压信号大于第二阈值时，线性恒流电路产生负载高压状态逻辑信号；
当负载开路或短路时，线性恒流电路产生需要保护状态信号或需要前级待机状态信号。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提供的负载驱动电路和驱动方法，用于将升压电路与线性恒流电路级联进而驱动负载，并基于线性恒流电路的反馈信号控制电压变换电路的输出电压，实现前级电压变换电路自适应调节输出电压，同时提高了整体系统效率，并可用于实现LED稳定的调光或调色功能，
本发明的其余优点将结合具体实施方式以予体现。
附图说明
图1示出了本发明一实施例的负载驱动电路整体结构示意图。
图2示出了本发明一实施例的负载驱动电路结构示意图。
图3示出了本发明一实施例的驱动负载的方法流程图。
不同示意图中相同的标号代表相同或相似的部件或组成。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
根据本发明的一个方面，图1示出了本发明一实施例的负载驱动电路结构示意图。负载驱动电路包括电压变换电路和线性恒流电路，其中：电压变换电路，用于基于线性恒流电路的反馈信号将输入电压Vin转换成第一工作电压Vm，并为线性恒流电路和负载提供恒定的电压输入，所述第一工作电压Vm高于输入电压Vin；线性恒流电路，作为后级电路耦接电压变换电路，用于驱动负载并基于负载电压信号产生反馈信号。在一个实施例中，输入电压Vin为将市电信号经过整流滤波的电压信号。在一个实施例中，电压变换电路包括boost型电路，包括高功率因数boost型电路和低功率因数boost型电路，如图2所示。电压变换电路也可以是其他类型的包含开关管的电压变换电路，如Buck－boost电路等。通过控制电压变换电路内开关管的导通状态如占空比对第一工作电压Vm进行调节。
在一个实施例中，电压变换电路包括控制电路，控制电路的第一输入端与线性恒流电路的反馈信号端耦接，用于接收线性恒流电路的反馈信号并基于反馈信号输出控制信号，所述控制信号用于控制电压变换电路进行升降压来改变输出的第一工作电压。
在一个实施例中，线性恒流电路包括线性控制电路，用于根据脉冲宽度调制(PWM)信号基于负载电压信号产生反馈信号。如图2所示，线性控制电路的两个输入端口分别接入第一PWM信号和第二PWM信号，第二端口耦接负载，用于获取负载电压信号，第三端口耦接电压变换电路，用于输出反馈信号。在一个实施例中，负载耦接于电压变换电路和线性电路之间。在另外的实施例中，负载与线性电路的位置也可互换。
在一个实施例中，反馈信号包括负载电压信号、调制后的负载电压信号或表征负载电压是否足够的逻辑信号。
在一个实施例中，表征负载电压是否足够的逻辑信号包括负载低压状态逻辑信号、负载适压状态逻辑信号、负载高压状态逻辑信号、需要保护状态信号和需要前级待机状态信号。其中，当负载电压信号小于第一阈值时，设置逻辑信号为负载低压状态逻辑信号，此时基于该逻辑信号控制电压变换电路增大第一工作电压并输出。当负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值时，设置逻辑信号为负载适压状态逻辑信号，其中第一阈值小于第二阈值，此时基于该逻辑信号控制电压变换电路保持第一工作电压并输出。当负载电压信号大于第二阈值时，设置逻辑信号为负载高压状态逻辑信号，此时基于该逻辑信号控制电压变换电路降低第一工作电压并输出。当负载开路或短路时，设置逻辑信号为需要保护状态信号或需要前级待机状态信号，此时基于该逻辑信号控制系统待机。这样，当负载或负载电压信号发生变化时，线性恒流电路对于不同的负载电压信号，能够产生相应的逻辑信号来控制电压变换电路，使其输出合适的第一工作电压，从而能够有效提高系统效率。同时，后级线性恒流电路通过逻辑信号来反应负载电压是否足够的方式，更适用于高功率因数(高PF)系统，能够有效解决高PF下工频纹波的问题，解决了输出电压工频纹波的同时保证了最低电压能满足恒流要求。
在如图2所示的实施例中，负载包括若干个单通道多颗发光二极管(LED)串联电路，线性恒流电路使用PWM数字调光方式来调节LED串联电路所需的亮度。驱动电路也可用于驱动其它类型的负载。当驱动不同的负载时，负载上的驱动电压不同，通过获取与负载电压信号相关的反馈信号来控制电压变换电路自适应调节输出的第一工作电压Vm，可以实现自适应调节第一工作电压Vm，使得负载工作在合适的导通状态，使驱动电路自适应地适用于驱动不同场合下不同的负载。在图示的实施例中，后级线性恒流电路无频闪，通过PWM信号能够实现稳定的LED双路CW调光调色和五路RGBCW调光调色功能。
根据本发明的另一个方面，图3示出了本发明一实施例的一种驱动负载的方法流程图。
该方法包括：
步骤301，电压变换电路获取外部输入电压，根据线性恒流电路的反馈信号进行升压处理，产生自适应调节的第一工作电压。在一个实施例中，输入电压为直流电压。在另一个实施例中，输入电压为市电交流电经全桥整流和滤波后的信号。在一个实施例中，第一工作电压的平均值高于输入电压的平均值。在另一个实施例中，第一工作电压具有与输入电压相似或相对应的纹波。在一个实施例中，当电压变换电路接收到线性恒流电路产生的负载低压状态逻辑信号时，说明负载电压信号小于第一阈值，此时电压变换电路自适应增加输出的第一工作电压；当电压变换电路接收到线性恒流电路产生的负载适压状态逻辑信号时，说明负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值，此时电压变换电路保持输出的第一工作电压；当电压变换电路接收到线性恒流电路产生的负载高压状态逻辑信号时，说明负载电压信号大于第二阈值，此时电压变换电路自适应降低输出的第一工作电压，但此时第一工作电压仍高于输入电压；当电压变换电路接收到线性恒流电路产生的需要保护状态信号或需要前级待机状态信号时，说明负载开路或短路，此时电压变换电路自适应调节使整体系统保持待机状态。
步骤302，基于第一工作电压和线性恒流电路驱动负载。在一个实施例中，负载包括若干个单通道多颗LED串联电路。不同的LED串联电路如因具有不同的LED串联个数而具有不同的驱动电压。通过调节驱动电流可用于调节LED的亮度。
步骤303，线性恒流电路基于负载电压信号产生反馈信号，并输出至电压变换电路。在一个实施例中，线性恒流电路基于负载电压信号产生反馈信号具体包括：当负载电压信号小于第一阈值时，线性恒流电路产生负载低压状态逻辑信号；当负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值时，线性恒流电路产生负载适压状态逻辑信号，其中第一阈值小于第二阈值；当负载电压信号大于第二阈值时，线性恒流电路产生负载高压状态逻辑信号；当负载开路或短路时，线性恒流电路产生需要保护状态信号或需要前级待机状态信号。
本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种负载驱动电路，其特征在于，包括：
电压变换电路，用于基于线性恒流电路的反馈信号将输入电压转换成第一工作电压，并为线性恒流电路和负载提供恒定的电压输入；
线性恒流电路，作为后级电路耦接电压变换电路，用于驱动负载并基于负载电压信号产生反馈信号。
2.根据权利要求1所述的负载驱动电路，其特征在于，电压变换电路包括boost型电路。
3.根据权利要求2所述的负载驱动电路，其特征在于，boost型电路包括高功率因数boost型电路和低功率因数boost型电路。
4.根据权利要求2或3所述的负载驱动电路，其特征在于，电压变换电路包括控制电路，控制电路的第一输入端与线性恒流电路的反馈信号端耦接，用于接收线性恒流电路的反馈信号并基于反馈信号输出控制信号，所述控制信号用于控制电压变换电路进行升降压来改变输出的第一工作电压。
5.根据权利要求1所述的负载驱动电路，其特征在于，线性恒流电路包括线性控制电路，用于根据PWM信号基于负载电压信号产生反馈信号，其中线性控制电路的第一端口接入PWM信号，第二端口耦接负载，用于获取负载电压信号，第三端口耦接电压变换电路，用于输出反馈信号。
6.根据权利要求1或5所述的负载驱动电路，其特征在于，反馈信号包括负载电压信号、调制后的负载电压信号或表征负载电压是否足够的逻辑信号。
7.根据权利要求6所述的负载驱动电路，其特征在于，表征负载电压是否足够的逻辑信号包括负载低压状态逻辑信号、负载适压状态逻辑信号、负载高压状态逻辑信号、需要保护状态信号和需要前级待机状态信号。
8.根据权利要求7所述的负载驱动电路，其特征在于，
当负载电压信号小于第一阈值时，设置逻辑信号为负载低压状态逻辑信号；
当负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值时，设置逻辑信号为负载适压状态逻辑信号，其中第一阈值小于第二阈值；
当负载电压信号大于第二阈值时，设置逻辑信号为负载高压状态逻辑信号；
当负载开路或短路时，设置逻辑信号为需要保护状态信号或需要前级待机状态信号。
9.一种驱动负载的方法，其特征在于，包括：
电压变换电路获取外部输入电压，根据线性恒流电路的反馈信号进行升压处理，产生自适应调节的第一工作电压；
基于第一工作电压和线性恒流电路驱动负载；
线性恒流电路基于负载电压信号产生反馈信号，并输出至电压变换电路。
10.根据权利要求9所述的驱动负载的方法，其特征在于，线性恒流电路基于负载电压信号产生反馈信号具体包括：
当负载电压信号小于第一阈值时，线性恒流电路产生负载低压状态逻辑信号；
当负载电压信号大于第一阈值小于第二阈值时，线性恒流电路产生负载适压状态逻辑信号，其中第一阈值小于第二阈值；
当负载电压信号大于第二阈值时，线性恒流电路产生负载高压状态逻辑信号；
当负载开路或短路时，线性恒流电路产生需要保护状态信号或需要前级待机状态信号。
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