CN113329542B - 一种发光驱动电路及照明设备 - Google Patents

Abstract

一种发光驱动电路及照明设备，所述发光驱动电路包括主控模块和多个驱动支路，所述主控模块能够生成调控信号，所述调控信号用于控制所述驱动支路改变其输出功率；所述驱动支路包括：具有驱动芯片的升压电路、输出检测电路、调光电路和调控信号接收电路。一个所述驱动支路能够驱动一个发光模块，主控模块能够对每个驱动支路进行同步调控，最终实现大功率的照明设备的驱动，避免了由单个大功率驱动电路进行驱动时的发热量大、转换效率低和大功率器件选型困难的问题。

Description

一种发光驱动电路及照明设备

技术领域

本申请属于发光设备技术领域，尤其涉及一种发光驱动电路及照明设备。

背景技术

目前，发光二极管（Light Emitting Diode，LED）照明方案因其具有环保、节能和使用寿命长等特点，逐渐成为各个领域首选的照明方案，尤其是大功率的LED照明方案。但是市面上的大功率LED驱动技术方案较少，主要在于现有的LED驱动集成电路（integratedcircuit，IC）大多数无法进行高压输出，现有的大多数LED驱动IC在进行大电流输出时又存在热损耗较大及效率较低的问题。

同时为了实现LED的高调光比就需要将驱动IC的开关频率调高，而在驱动大功率LED时较高的开关频率就会导致驱动电路发热情况更加严重，使得最终的大功率LED驱动电路的性能受限。

发明内容

本申请的目的在于提供一种发光驱动电路及照明设备，旨在解决传统的大功率LED驱动方案存在的驱动性能较差的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种发光驱动电路，所述大功率驱动电路包括主控模块和多个驱动支路，一个所述驱动支路能够驱动一个发光模块；所述驱动支路包括：具有驱动芯片的升压电路，所述升压电路的输出用于连接所述发光模块；输出检测电路，所述输出检测电路设置在所述发光模块的正极输入端与所述升压电路之间，并与所述主控模块连接，所述输出检测电路用于基于所述升压电路的输出生成检测电流，并向所述主控模块反馈所述检测电流；调控信号接收电路，所述调控信号接收电路的输入端与所述主控模块连接，所述调控信号接收电路的输出端与所述驱动芯片连接，所述调控信号接收电路用于接收所述主控模块基于所述检测电流生成的调控信号；调光电路，所述调光电路的输入端与所述发光模块的负极输出端连接，所述调光电路的输出端接地，所述调光电路的控制端与所述驱动芯片连接以用于接收所述驱动芯片传输来的基于所述调控信号生成的调光信号，所述调光电路能够基于所述调光信号对所述输出进行电流调节。

在其中一个实施例中，所述升压电路还包括功率电感、功率开关管、储能电容和至少一个功率二极管，多个功率二极管同向并联；所述功率电感的一端与输入电源连接，另一端与所述功率开关管的输入端连接，所述功率开关管的控制端与所述驱动芯片的驱动脚连接，所述功率开关管的输出端接地；所述功率二极管的正极与所述功率开关管的输入端连接，所述功率二极管的负极通过所述输出检测电路与所述发光模块的正极输入端连接，所述功率二极管用于实现电路隔离；所述储能电容的一端与所述功率二极管的负极连接，另一端接地。

在其中一个实施例中，所述升压电路还包括图腾柱结构；所述驱动芯片的驱动脚通过所述图腾柱结构与所述功率开关管的控制端连接，以用于提高所述驱动芯片的驱动脚的驱动能力和功率开关管的响应速度。

在其中一个实施例中，所述图腾柱结构包括图腾NMOS管和图腾PMOS管，所述图腾NMOS管和所述图腾PMOS管的栅极均与所述驱动芯片的GATE脚连接，所述图腾NMOS管和所述图腾PMOS管的源极均与所述功率开关管的控制端连接，所述图腾NMOS管的漏极连接工作电压，所述图腾PMOS管的漏极接地。

在其中一个实施例中，所述升压电路还包括电流设置电路，所述电流设置电路与所述驱动芯片的电流控制脚连接，所述电流设置电路用于调节所述电流控制脚的电压，以设置所述升压电路的所述输出的最大电流值。

在其中一个实施例中，所述输出检测电路包括输出检测电阻和运放检测电路，所述输出检测电阻串联在所述功率二极管的负极与所述发光模块的正极输入端之间，所述运放检测电路与所述输出检测电阻并联并与所述主控模块连接以用于向所述主控模块反馈所述检测电流。

在其中一个实施例中，所述运放检测电路包括运放芯片，所述运放芯片的两个输入端分别连接在所述输出检测电阻的两端，所述运放芯片的输出端与所述主控模块连接。

在其中一个实施例中，所述调光电路包括调光开关管；所述调光开关管的控制端与所述驱动芯片的脉冲输出脚连接以用于接收所述调光信号，所述调光开关管的输入端与所述发光模块的负极输出端连接，所述调光开关管的输出端接地，所述调光开关管用于根据所述调光信号的变化对所述输出加载在所述发光模块上的电流进行调节。

在其中一个实施例中，所述调控信号接收电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的一端与所述驱动芯片的脉冲输入脚连接，另一端与所述主控模块连接以用于接收所述调控信号，所述驱动芯片能够根据所述调控信号的变化调节所述调光信号；所述第二电阻的一端与所述驱动芯片的脉冲输入脚连接，另一端接地。

本申请实施例的第二方面提了一种照明设备，包括：多个发光模块和上述的发光驱动电路，所述发光驱动电路连接并驱动多个所述发光模块。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

每个驱动支路能够分别输出一定功率的电流来驱动一定功率发光模块，主控模块能够对每个驱动支路进行同步调控，最终实现大功率的照明设备的整体驱动，避免了由单个大功率驱动电路进行驱动时的发热量大、转换效率低和大功率器件选型困难的问题。

进一步的，升压电路将工作电压进行升压并输出，所述调光电路则在驱动芯片的控制下能够对升压电路加载到发光模块的电流进行调控，提高输出的可控性。

进一步的，由于图腾柱结构的自身特性，图腾柱结构能够提升驱动芯片的驱动能力和功率开关管的响应速度。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的驱动电路原理示意图；

图2为本申请一实施例提供的驱动支路电路示意图。

上述附图中：1、主控模块；2、驱动支路；21、升压电路；211、图腾柱结构；212、电流设置电路；213、开路指示电路；214、输入欠压闭锁电路；22、输出检测电路；221、运放检测电路；23、调光电路；24、调控信号接收电路；3、发光模块。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

本申请涉及一种发光驱动电路，如图1所示，包括主控模块1和三个驱动支路2，一个驱动支路2能够驱动一个发光模块3，主控模块1可以是单片机，发光模块3一般包括一个或多个LED光源；本实施例中，每个驱动支路2的输出功率为600W，需要的总输出功率为1800W。由此可见，驱动支路2的具体个数与每个驱动支路2的输出功率、所需的总输出功率以及发光模块3的功率有关，可根据实际情况调整驱动支路2的个数。

其中，驱动支路2包括：具有驱动芯片U1的升压电路21，驱动芯片U1的型号可以是LT3761，升压电路21的输出用于驱动发光模块3；输出检测电路22，输出检测电路22设置在发光模块3的正极输入端OUT1与升压电路21之间，并与主控模块1连接；调光电路23，调光电路23的输入端与发光模块3的负极输出端OUT2连接，调光电路23的输出端接地，调光电路23的控制端与驱动芯片U1连接；调控信号接收电路24，调控信号接收电路24的输入端与主控模块1连接，调控信号接收电路24的输出端与驱动芯片U1连接。

输出检测电路22能够基于升压电路21的输出生成检测电流，并向主控模块1反馈检测电流，主控模块1可以基于每个驱动支路2的检测电流生成对应调控信号，调控信号通过对应的调控信号接收电路24传输至驱动芯片U1，驱动芯片U1可以基于调控信号生成调光信号，调光电路23能够依据调光信号对升压电路21的输出进行电流调节。通过主控模块1对每个驱动支路2的同步控制，从而实现驱动大功率的光源的目的。

如图2所示，升压电路21还包括功率电感L1、功率开关管Q2、储能电容C2和功率二极管D1，功率二极管D1可以是肖特基二极管，功率开关管Q2可以是NMOS管；功率电感L1的一端与工作电压连接，另一端与功率开关管Q2的漏极连接，功率开关管Q2的栅极与驱动芯片U1的驱动脚GATE连接，功率开关管Q2的源极接地；功率二极管D1的正极与功率开关管Q2的漏极连接，功率二极管D1的负极通过输出检测电路22与发光模块3的正极输入端OUT1连接。储能电容C2的一端与功率二极管D1的负极连接，另一端接地。

升压电路21的工作原理为：首先，驱动芯片U1控制功率开关管Q2导通，此时功率电感L1对地短路，功率电感L1内部产生电流。然后，驱动芯片U1控制功率开关管Q2截止，此时功率电感L1对地的电流被截断，于是输入电流以及功率电感L1上的电流同时流入负载以及储能电容C2，实现升压。下一个循环，功率开关管Q2导通，功率电感L1产生电流，虽然功率二极管D1右侧电压比左侧高，但是电流无法反向流过去，维持了储能电容C2高电压，功率二极管D1实现了电路的隔离。然后功率开关管Q2再截止，功率电感L1再向负载释放能量，电压继续上升。如此循环，功率电感L1不断的充电放电，提供脉冲输出。通过控制功率开关管Q2导通和截止的时间比可以控制输出的功率大小。

优选的，升压电路21还包括功率二极管D2，功率二极管D2也可以是肖特基二极管；功率二极管D2与功率二极管D1同向并联，用于分摊电流，避免功率二极管D1温度过高。

优选的，升压电路21还包括储能电容C3，储能电容C3与储能电容C2并联，用于分摊储能电容C2上的电能。

如图2所示，升压电路21还包括图腾柱结构211；驱动芯片U1的驱动脚GATE通过图腾柱结构211与功率开关管Q2的栅极连接，图腾柱结构211包括图腾NMOS管Q1A和图腾PMOS管Q1B，图腾NMOS管Q1A和图腾PMOS管Q1B的栅极均与驱动芯片U1的驱动脚GATE连接，图腾NMOS管Q1A和图腾PMOS管Q1B的源极均与功率开关管Q2的栅极连接，图腾NMOS管Q1A的漏极与工作电压连接，图腾PMOS管Q1B的漏极接地。图腾柱结构211用于增强驱动芯片U1的驱动能力和功率开关管Q2的响应速度。

优选的，升压电路21还包括电感峰值电流检测电路，电感峰值电流检测电路包括电感检测电阻R8，功率开关管Q2的源极通过电感检测电阻R8接地；电感检测电阻R8的输入端与驱动芯片U1的电流检测脚SENSE脚连接，电感检测电阻R8的输出端接地，驱动芯片U1能够通过电感检测电阻R8检测功率开关管Q2导通时的功率电感L1流出的峰值电流，驱动芯片U1能够依据功率电感L1流出的峰值电流对升压电路21进行准确的反馈控制，使得升压电路21稳定地进行输出。

如图1、图2所示，输出检测电路22包括输出检测电阻R11和运放检测电路221，输出检测电阻R11串联在功率二极管D1的负极与发光模块3的正极输入端OUT1之间，运放检测电路221与输出检测电阻R11并联并与主控模块1连接。升压电路21的输出流经输出检测电阻R11时，在输出检测电阻R11的两端产生电压差，运放检测电路221基于采集到的电压差生成检测电流并传输至主控模块1，主控模块1再根据当前设定的升压倍数和输出检测电阻R11的电阻值反推升压电路21输出的电流值，主控模块1从而基于升压电路21输出的电流值生成调控信号。

优选的，运放检测电路221包括运放芯片U2和RC滤波电路，运放芯片的型号可以是MAX4080S，运放芯片U2的两个输入端分别连接在输出检测电阻R11的两端，运放芯片U2的输出端依次通过第一检测电阻R17和第二检测电阻R18与主控模块1连接，RC滤波电路的输入端与运放芯片U2的输出端连接，RC滤波电路的输出端接地，RC滤波电路用于对检测电流进行滤波，从而提高升压电路21的输出的检测准确性。

如图1、图2所示，调控信号接收电路24包括第一电阻R13和第二电阻R14；第一电阻R13的一端与驱动芯片U1的脉冲输入脚PWM连接，另一端与主控模块1连接；第二电阻R14的一端与驱动芯片U1的脉冲输入脚PWM连接，另一端接地。调光电路23包括调光开关管Q3，调光开关管Q3可以是NMOS管；调光开关管Q3的栅极与驱动芯片U1的脉冲输出脚PWMOUT连接，调光开关管Q3的漏极与发光模块3的负极输出端OUT2连接，调光开关管Q3的源极接地，调光开关管Q3根据调光信号的变化对升压电路21的输出加载在发光模块3上的电流进行调节。

主控模块1的调控信号通过调控信号接收电路24传输至驱动芯片U1，驱动芯片U1依据调控信号生成调光信号以控制调光开关管Q3的导通和截止，还可以调节导通和截止的时间比，实现PWM调光。调光电路23还包括调光电阻R20，调光电阻R20的一端与调光开关管Q3的栅极连接，另一端接地，以用于当脉冲输出脚PWMOUT由高电平转为低电平时，可使调光开关管Q3的栅极接地，从而使得调光开关管Q3快速截止。

在对升压电路21的输出进行调控的方面，本申请实施例既可以通过控制功率开关管Q2的导通和截止对输出进行调控，也可以通过调光电路23对输出进行调控，因此可通过两者配合使得驱动支路2能够拥有较大的输出功率的调整范围。

如图2所示，在其中一个实施例中，升压电路21还包括电流设置电路212，电流设置电路212包括第一电流设置电阻R6、第二电流设置电阻R7和第三电流设置电阻R10；第一电流设置电阻R6的一端与参考电压脚CREF连接，另一端与驱动芯片U1的电流控制脚CTRL连接；第二电流设置电阻R7的一端与工作电压连接，另一端与驱动芯片U1的电流控制脚CTRL连接；第三电流设置电阻R10的一端接地，另一端与驱动芯片U1的电流控制脚CTRL连接。通过电流设置电路212调节电流控制脚CTRL的电压，可以设置升压电路21输出的最大电流值，同时通过配合调节输出检测电阻R11的大小，进而可以设置升压电路21输出的最大电压值。

如图2所示，在其中一个实施例中，升压电路21还包括开路指示电路213，开路指示电路213包括开路指示电阻R12，开路指示电阻R12的一端与工作电压连接，另一端与驱动芯片U1的开路指示脚OPENLED连接。

如图2所示，在其中一个实施例中，升压电路21还包括输入欠压闭锁电路214，输入欠压闭锁电路214包括第三电阻R3和第四电阻R4；第三电阻R3的一端与工作电压连接，另一端与驱动芯片U1的闭锁脚EN连接；第四电阻R4的一端与驱动芯片U1的闭锁脚EN连接，另一端接地。通过调节第三电阻R3和第四电阻R4的电阻值大小，即调节闭锁脚EN的电压大小，可以设定升压电路21的欠压闭锁警戒值。

本申请还涉及一种照明设备，包括：多个发光模块3和上述的发光驱动电路，发光驱动电路连接并驱动多个发光模块3，发光模块3的个数可依据实际情况进行调整，当需要更高的光照强度时，可以增加发光模块3的个数。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光驱动电路，其特征在于，所述发光驱动电路包括主控模块（1）和多个驱动支路（2），一个所述驱动支路（2）能够驱动一个发光模块（3），以用于驱动由多个所述发光模块（3）组成的大功率发光设备；所述驱动支路（2）包括：

具有驱动芯片（U1）的升压电路（21），所述升压电路（21）的输出用于连接所述发光模块（3）；

输出检测电路（22），所述输出检测电路（22）设置在所述发光模块（3）的正极输入端（OUT1）与所述升压电路（21）之间，并与所述主控模块（1）连接，所述输出检测电路（22）用于基于所述升压电路（21）的输出生成检测电流，并向所述主控模块（1）反馈所述检测电流；

调控信号接收电路（24），所述调控信号接收电路（24）的输入端与所述主控模块（1）连接，所述调控信号接收电路（24）的输出端与所述驱动芯片（U1）连接，所述调控信号接收电路（24）用于接收所述主控模块（1）基于所述检测电流生成的调控信号；

调光电路（23），所述调光电路（23）的输入端与所述发光模块（3）的负极输出端（OUT2）连接，所述调光电路（23）的输出端接地，所述调光电路（23）的控制端与所述驱动芯片（U1）连接以用于接收所述驱动芯片（U1）传输来的基于所述调控信号生成的调光信号，所述调光电路（23）能够基于所述调光信号对所述输出进行电流调节。

2.如权利要求1所述的发光驱动电路，其特征在于，所述升压电路（21）还包括功率电感（L1）、功率开关管（Q2）、储能电容（C2）和至少一个功率二极管（D1），多个所述功率二极管（D1）同向并联；

所述功率电感（L1）的一端与输入电源连接，另一端与所述功率开关管（Q2）的输入端连接，所述功率开关管（Q2）的控制端与所述驱动芯片（U1）的驱动脚（GATE）连接，所述功率开关管（Q2）的输出端接地；

所述功率二极管（D1）的正极与所述功率开关管（Q2）的输入端连接，所述功率二极管（D1）的负极通过所述输出检测电路（22）与所述发光模块（3）的正极输入端（OUT1）连接，所述功率二极管（D1）用于实现电路隔离；

所述储能电容（C2）的一端与所述功率二极管（D1）的负极连接，另一端接地。

3.如权利要求2所述的发光驱动电路，其特征在于，所述升压电路（21）还包括图腾柱结构（211）；所述驱动芯片（U1）的驱动脚（GATE）通过所述图腾柱结构（211）与所述功率开关管（Q2）的控制端连接，以用于提高所述驱动芯片（U1）的驱动脚（GATE）的驱动能力和所述功率开关管（Q2）的响应速度。

4.如权利要求3所述的发光驱动电路，其特征在于，所述图腾柱结构（211）包括图腾NMOS管（Q1A）和图腾PMOS管（Q1B），所述图腾NMOS管（Q1A）和所述图腾PMOS管（Q1B）的栅极均与所述驱动芯片（U1）的GATE脚连接，所述图腾NMOS管（Q1A）和所述图腾PMOS管（Q1B）的源极均与所述功率开关管（Q2）的控制端连接，所述图腾NMOS管（Q1A）的漏极连接工作电压，所述图腾PMOS管（Q1B）的漏极接地。

5.如权利要求2或3所述的发光驱动电路，其特征在于，所述升压电路（21）还包括电流设置电路（212），所述电流设置电路（212）与所述驱动芯片（U1）的电流控制脚（CTRL）连接，所述电流设置电路（212）用于调节所述电流控制脚（CTRL）的电压，以设置所述升压电路（21）的所述输出的最大电流值。

6.如权利要求2或3所述的发光驱动电路，其特征在于，所述输出检测电路（22）包括输出检测电阻（R11）和运放检测电路（221），所述输出检测电阻（R11）串联在所述功率二极管（D1）的负极与所述发光模块（3）的正极输入端（OUT1）之间，所述运放检测电路（221）与所述输出检测电阻（R11）并联并与所述主控模块（1）连接以用于向所述主控模块（1）反馈所述检测电流。

7.如权利要求6所述的发光驱动电路，其特征在于，所述运放检测电路（221）包括运放芯片（U2），所述运放芯片（U2）的两个输入端分别连接在所述输出检测电阻（R11）的两端，所述运放芯片（U2）的输出端与所述主控模块（1）连接。

8.如权利要求1-3任意一项所述的发光驱动电路，其特征在于，所述调光电路（23）包括调光开关管（Q3）；

所述调光开关管（Q3）的控制端与所述驱动芯片（U1）的脉冲输出脚（PWMOUT）连接以用于接收所述调光信号，所述调光开关管（Q3）的输入端与所述发光模块（3）的负极输出端（OUT2）连接，所述调光开关管（Q3）的输出端接地，所述调光开关管（Q3）用于根据所述调光信号的变化对所述输出加载在所述发光模块（3）上的电流进行调节。

9.如权利要求1-3任意一项所述的发光驱动电路，其特征在于，所述调控信号接收电路（24）包括第一电阻（R13）和第二电阻（R14）；

所述第一电阻（R13）的一端与所述驱动芯片（U1）的脉冲输入脚（PWM）连接，另一端与所述主控模块（1）连接以用于接收所述调控信号，所述驱动芯片（U1）能够根据所述调控信号的变化调节所述调光信号；

所述第二电阻（R14）的一端与所述驱动芯片（U1）的脉冲输入脚（PWM）连接，另一端接地。

10.一种照明设备，其特征在于，包括：多个发光模块（3）和如权利要求1-9任意一项所述的发光驱动电路，所述发光驱动电路连接并驱动多个所述发光模块（3）。

Images