CN114423115B - 一种低成本的led驱动电路及低电压用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备，包括恒流源电路和负载单元，恒流源电路包括功率放大器、基准电压单元和平衡网络单元；基准电压单元用于根据外部输入电压信号获得基准电压信号，外部电压信号输出端连接基准电压单元的第一端和第二端分别接入和功率放大器的同相输入和反相输入端；平衡网络单元用于使功率放大器的电压输出端输出的电压偏置；外部电压信号输出端和基准电压单元的第一端和第二端与平衡网络单元连接；本发明的LED驱动电路在实现基准电压稳定的同时令满足输出电压中点偏置的要求，在电路设计上减少了恒流源电路的硬件器件使用，降低应用成本，另外仅通过功率放大器即可实现恒流源输出，占用体积小，便于使用。

Description

一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种低成本的LED驱动电路。

背景技术

当前LED技术迅速发展，其低压和高效的发光特点在使它电子设备中得到广泛的应用。LED为电流驱动发光，电压降受温度的影响很大，不适于恒压驱动，适于使用恒流驱动。而现驱动LED一般有下面几种方式：

1、选用专用的恒流源模块。

2.采用简单的电阻限流驱动，为了取得较好的限流效果，电阻的取值较大，结果电阻的压降大，效率低，在白光照明等电流大的场合发热严重。

3.采用简易的三极管恒流电路，为减少三极管温度特性的影响，取样电阻压降较大。总体来说恒流效果较差，功耗大。

4.运算放大器+电压基准+扩流管电路，恒流效果好，性能稳定，但电路复杂，器件较多，影响使用范围，多在一些高要求场合使用。

在这种现状下，大多数小功率LED驱动基于成本没有使用性能良好的恒流源，从而影响LED长寿命的特性，在追求性能的场合只好选用运放+电压基准+扩流管电路来实现。

但由于运放+电压基准+扩流管电路器件繁多，在手持设备等空间紧凑设备，繁多的器件占用大量的空间。

发明内容

本发明旨在解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的是提供一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备，通过基准电压取样结合平衡电阻减少电路元器件的使用，且通过功率放大器实现恒流源，电路结构简单，减少应用设备的硬件使用成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案有：

一种低成本的LED驱动电路，包括：

恒流源电路和负载单元；

所述恒流源电路包括功率放大器、基准电压单元和平衡网络单元；

所述基准电压单元用于根据外部输入电压信号获得基准电压信号，外部电压信号输入端连接基准电压单元的第一端和功率放大器的同相输入端，基准电压单元的第二端连接功率放大器的反相输入端；

所述平衡网络单元用于使功率放大器的电压输出端输出的电压偏置；

所述外部电压信号输入端和基准电压单元的第一端和第二端与平衡网络单元连接；

所述功率放大器的电压输出端连接负载单元；

当外部电压信号输入端有外部电压信号输入时，所述功率放大器的同相输入端有正电压信号输入，该外部电压信号经过基准电压单元而获得基准电压信号，根据该基准电压信号使功率放大器的反相输入端有负电压信号输入。

与现有技术相比，本发明的一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备，包括恒流源电路和负载单元，所述恒流源电路包括功率放大器、基准电压单元和平衡网络单元；所述基准电压单元用于根据外部输入电压信号获得基准电压信号，外部电压信号输入端连接基准电压单元的第一端和功率放大器的同相输入端，基准电压单元的第二端连接功率放大器的反相输入端；所述平衡网络单元用于使功率放大器的电压输出端输出的电压偏置；所述外部电压信号输入端和基准电压单元的第一端和第二端与平衡网络单元连接；本发明的一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备在实现基准电压稳定的同时令满足输出电压中点偏置的要求，且本发明为单电压输入信号进行输入，在电路设计上减少了恒流源电路的硬件器件使用，降低应用成本，另外仅通过功率放大器即可实现恒流源输出，占用体积小，便于使用。

所述功率放大器的电压输出端连接负载单元；

进一步的，所述LED驱动电路还包括：

反馈控制单元，所述反馈控制单元一端接入参考电阻，另一端接入外部电压信号输入端，所述参考电阻一端连接功率放大器的电压输出端；

所述反馈控制单元用于监控参考电阻中的电流变化，根据该电流变化输出控制信号，所述控制信号指示为是否调节外部电压信号输入端的输入电压大小。

进一步的，所述反馈控制单元中有预设的基准电流阈值。

进一步的，所述平衡网络单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻和第二电阻相互并联并且连接功率放大器的同相输入端，且第二电阻一端连接参考电阻；

所述第三电阻和第四电阻相互并联并且连接功率放大器的反相输入端，且第四电阻连接所述基准电压单元的第二端；

所述功率放大器的电压输出端连接第三电阻和参考电阻。

进一步的，所述基准电压单元包括：

第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联连接；

所述第一分压电阻的一端连接外部电压信号输入端且在连接平衡网络单元后连接功率放大器的同相输入端，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接端连接平衡网络单元后连接功率放大器的反相输入端。

进一步的，所述恒流源电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻一端连接外部电源输出端，另一端连接到功率放大器的旁路输出端，所述第五电阻与第一分压电阻和第二分压电阻构成串联回路。

进一步的，所述恒流源电路还包括：

供电单元，所述供电单元连接功率放大器的电源输入端，用于给功率放大器供电。

作为本发明的一种优选的方案，还提供一种低电压用电设备，包括如上述的LED驱动电路。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的实施例中的LED驱动电路的电路结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中的LED驱动电路的电路原理图；

图3是本发明的一个实施例中的LED驱动电路的电路原理图；

图4是本发明的一个实施例中的低电压用电装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明，下面参照附图对本发明作进一步的详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A 和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B 这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

目前，大多数小功率LED驱动基于成本没有使用性能良好的恒流源，从而影响LED长寿命的特性，在追求性能的场合只好选用运放+电压基准+扩流管电路来实现。

但由于运放+电压基准+扩流管电路器件繁多，在手持设备等空间紧凑设备，繁多的器件占用大量的空间。

因此，本发明实际解决的技术问题在于如何简化电路使其降低成本，并且能够取得与现有技术中的电路设计同样的效果。

作为本发明的一个示例性的例子，如图1所示，一种低成本的LED驱动电路，包括：

恒流源电路1和负载单元2；

所述恒流源电路1包括功率放大器13、基准电压单元11和平衡网络单元12；

所述基准电压单元11用于根据外部输入电压信号获得基准电压信号，外部电压信号输入端EN连接基准电压单元11的第一端和功率放大器13的同相输入端，基准电压单元11的第二端连接功率放大器13的反相输入端；

所述平衡网络单元12用于使功率放大器13的电压输出端输出的电压偏置；

所述外部电压信号输入端和基准电压单元11的第一端和第二端与平衡网络单元12连接；

所述功率放大器13的电压输出端连接负载单元2；

当外部电压信号输入端EN有外部电压信号输入时，所述功率放大器13的同相输入端Vi+有正电压信号输入，该外部电压信号经过基准电压单元11而获得基准电压信号，根据该基准电压信号使功率放大器13的反相输入端有负电压信号输入。

可以理解的是，对于现有的恒流源电路1，以运算放大器实现恒流源说明，运算放大器的同相输入端输入为电源电压，本发明的功率放大器13的同相输入端为输入为正输入信号电压，此为运算放大器和功率放大器13的使用区别，为现有技术，在此不陈述，因此，运算放大器的同相输入端为有源供电输入，其应用结构一般较大，从而导致使用其的设备占地空间大，难以应用到微型设备中，因此本发明采用功率放大器13。

与现有技术相比，本发明的一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备，包括恒流源电路1和负载单元2，所述恒流源电路1包括功率放大器13、基准电压单元11和平衡网络单元12；所述基准电压单元11用于根据外部输入电压信号获得基准电压信号，外部电压信号输入端EN连接基准电压单元11的第一端和功率放大器13的同相输入端Vi+，基准电压单元11的第二端连接功率放大器13的反相输入端Vi-；所述平衡网络单元12用于使功率放大器13的电压输出端输出的电压偏置；所述外部电压信号输入端和基准电压单元11的第一端和第二端与平衡网络单元12连接；本发明的一种低成本的LED驱动电路及低电压用电设备在实现基准电压稳定的同时令满足输出电压中点偏置的要求，且本发明为单电压输入信号进行输入，在电路设计上减少了恒流源电路1的硬件器件使用，降低应用成本，另外仅通过功率放大器13即可实现恒流源输出，占用体积小，便于使用。

如图2为本实施例中的一个示例性的例子的LED驱动电路的原理图。

所述平衡网络单元12包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；

所述第一电阻R1和第二电阻R2相互并联并且连接功率放大器13的同相输入端Vi+，且第一电阻R1一端连接参考电阻R0；

所述第三电阻R3和第四电阻R4相互并联并且连接功率放大器13的反相输入端Vi-，且第四电阻R4连接所述基准电压单元11的第二端；

所述功率放大器13的电压输出端连接第三电阻R3和参考电阻R0。

所述基准电压单元11包括：

第一分压电阻R5和第二分压电阻R6，所述第一分压电阻R5和第二分压电阻R6串联连接；

所述第一分压电阻R5的一端连接外部电压信号输入端EN且在连接平衡网络单元12后连接功率放大器13的同相输入端Vi+，所述第一分压电阻R5和第二分压电阻R6的连接端连接平衡网络单元12后连接功率放大器13的反相输入端Vi-。

根据上述，对于电压中点偏置的实现，例如，外部输入电压信号为，根据第一电阻R1和第二电阻R2分压，功率放大器13的同相输入端Vi+输入的电压信号约为为/>/2，在外部输入电压信号经过第一分压电阻R5和第二分压电阻R6时，由第一分压电阻R5和第二分压电阻R6进行分压，第一分压电阻R5和第二分压电阻R6的连接端的电压信号记为/>，因为第二分压电阻R6接地，上述电压信号对地为-/>，则功率放大器13的反相输入端Vi-输入的信号为-/>,根据放大器的放大的加减法原理，结合平衡网络单元12，从而实现功率放大器13的电压输出偏置，例如，设定第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等，若/>为+1.8V，-/>为-1.6V，功率放大器13的电压输出端的输出电压偏置后的输出约为0~1.7V。

根据图3所示，所述LED驱动电路还包括：

反馈控制单元3，所述反馈控制单元3一端接入参考电阻R0，另一端接入外部电压信号输入端EN，所述参考电阻R0一端连接功率放大器13的电压输出端；

所述反馈控制单元3用于监控参考电阻R0中的电流变化，根据该电流变化输出控制信号，所述控制信号指示为是否调节外部电压信号输入端EN的输入电压大小。

外部电压信号输入端输入的电压信号为0V时恒流源电路1关闭，LED驱动电路不工作，外部电压信号输入端输入的电压信号不为0V时，及外部电压信号输入端为高电平输入时，功率放大器13工作。

在功率放大器13的同相输入端Vi+和反相输入端Vi-分别连接有第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3、第四电阻R4，且第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等，通过平衡网络单元12组成反馈控制单元3进行反馈调整的基础，且第一分压电阻R5串在第二电阻R2上，参考电阻R0串接在上第三电阻R3上，即第一分压电阻R5和参考电阻R0均位于平衡网络单元12中。

需要说明的是，本实施例中的恒流源会随着反相输入端Vi-输入的电压信号的改变而使功率放大器13的的输出电压改变，从而使功率放大器13的电压输出端的电流改变，且本实施例中的负载单元2是串联在功率放大器13的电压输出端的，因此负载单元2的电压会随着输出电压改变而动态变化。

在本实施例中，负载单元2在工作时会根据使用环境或自身温度影响，其等效阻值会发生变化。

当负载单元2的等效阻值变大时，流过参考电阻R0和负载单元2的电流会变小，此时参考电阻R0两端的电压小于第一分压电阻R5两端的电压，反馈控制单元3发出控制信号调高外部电压信号输入端EN输入的电压，继而影响功率放大器13的电压输出端的电压，使电压输出端的电压上升，使流过负载电流和参考电阻R0的电流上升，从而使参考电阻R0两端的电压上升，直至参考电阻R0两端的电压与第一分压电阻R5两端的电压相等，即流过参考电阻R0和第一分压电阻R5的电流相等，从而使功率放大器13输出的电压稳定，此时负载电流停止变化。

相对的，当负载单元2的等效阻值变小时，流过参考电阻R0和负载单元2的电流会变大，通过反馈控制单元3输出控制信号使功率放大器13的电压输出端输出的电压下降，直至电流降至流过负载单元2的电流设定值。

其中，所述反馈控制单元3中有预设的基准电流阈值，该基准电流阈值为上述流过负载单元2的电流设定值，通过反馈控制单元3检测的电流大小与该基准电流阈值进行比较判断。

在本实施例中，如图2和图3所示，所述恒流源电路1还包括：

第五电阻R7，所述第五电阻R7一端连接外部电源输出端，另一端连接到功率放大器13的旁路输出端，所述第五电阻R7与第一分压电阻R5和第二分压电阻R6构成串联回路。

在本实施例中，如图2和图3所示，所述恒流源电路1还包括：

供电单元VCC，所述供电单元连接功率放大器13的电源输入端，用于给功率放大器13供电，优选的，所述供电单元为外部直流输入电源。

作为本实施例的一个优选方案，如图4所示，还提供一种低电压用电设备100，包括如上述的LED驱动电路200，在一个实施例中，所述低电压用电设备100可以是手持终端设备，如遥控器、手电筒等。应当理解的是，本申请实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请实施例的范围仅由所附的权利要求来限制。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种低成本的LED驱动电路，其特征在于，包括：

恒流源电路和负载单元；

所述恒流源电路包括功率放大器、用于根据外部输入电压信号获得基准电压信号的基准电压单元和用于使功率放大器的电压输出端输出的电压偏置的平衡网络单元；

所述平衡网络单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述基准电压单元包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联连接；

所述第一分压电阻的第一端连接外部电压信号输入端，第一分压电阻的第二端连接第二分压电阻的第一端，第二分压电阻的第二端经过电容连接功率放大器的电源输入端；

第一电阻的第一端连接负载单元和参考电阻的第一端；第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接并连接到功率放大器的同相输入端；

第二电阻的第二端连接外部电压信号输入端；

第三电阻的第一端连接参考电阻的第二端，第三电阻的第二端与第四电阻的第一端连接并连接到功率放大器的反相输入端；

第四电阻的第二端连接第一分压电阻的第二端和第二分压电阻的第一端；

所述功率放大器的电压输出端连接第三电阻的第一端和参考电阻的第二端；

当外部电压信号输入端有外部电压信号输入时，所述功率放大器的同相输入端有正电压信号输入，该外部电压信号经过基准电压单元而获得基准电压信号，根据该基准电压信号使功率放大器的反相输入端有负电压信号输入。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括：反馈控制单元，所述反馈控制单元一端接入参考电阻的第一端，另一端接入外部电压信号输入端，所述参考电阻的第二端连接功率放大器的电压输出端；

所述反馈控制单元用于监控参考电阻中的电流变化，根据该电流变化输出控制信号，所述控制信号指示为是否调节外部电压信号输入端的输入电压大小。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，

所述反馈控制单元中有预设的基准电流阈值。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流源电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻一端连接外部电源输出端，另一端连接到功率放大器的旁路输出端，所述第五电阻与第一分压电阻和第二分压电阻构成串联回路。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流源电路还包括：

供电单元，所述供电单元连接功率放大器的电源输入端，用于给功率放大器供电。

6.一种低电压用电设备，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的LED驱动电路。