CN116998221A - Led驱动电路、led供电电路和led照明设备 - Google Patents

Abstract

为了提供在启动阶段的快速启动和在正常操作阶段的低光输出纹波之间的平衡，提供了一种LED驱动电路，包括：输入端，用于接收LED驱动电流；缓冲电路，适于缓冲所述LED驱动电流；以及输出端，用于连接至LED并适于将缓冲后的LED驱动电流输出至LED，其特征在于，还包括缓冲调整电路，其适于：当LED驱动电路开始接收所述LED驱动电流时，在LED驱动电路的启动阶段中，将缓冲器的缓冲能力调整为第一水平，并且在启动阶段之后的正常操作阶段中，将缓冲电路的缓冲能力调整为大于第一水平的第二水平。

Description

LED驱动电路、LED供电电路和LED照明设备

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电路。具体而言，它涉及一种兼具正常操作时低闪烁和快速启动优点的LED驱动电路。

背景技术

随着LED照明产品的技术要求的不断更新，在欧洲发布的新的单一照明法规(SLR)标准中，对测量光输出纹波的频闪可见度度量(SVM)有明确的要求。暂时要求SVM<0.4，并且经过协商修改后的最终版本可能要求SVM<0.9。这意味着LED的电流应该具有比现在小得多的纹波。

传统的LED驱动电路有两级，第一级用于功率因数校正PFC，其输出有较大纹波，并且第二级用于将PFC级的输出转换为更平滑的电流，因此或多或少可以解决SVM要求。然而，一种新的趋势是将LED驱动电路减少为一级或1.5级，这必须实施PFC，因此其到LED的输出仍然具有相当大的纹波。使纹波电流可接受的另一个解决方案是显著增加输出电容器的电容以平滑纹波。这样的输出电容器可以大至数百μF甚至数千μF。

然而，大输出电容器会带来另一个问题。输出电容器越大，将输出电容器充电到足以打开LED的电压所花费的时间就越长。根据EU要求，LED照明产品的启动时间需要小于0.5秒。如果LED照明电路正在调光模式中操作，并且电源的输出电流小于最大值，则在LED开始发光之前花费相当长的时间来给大输出电容器充电，这可能无法满足以上对启动时间的要求。

US2020205265A1公开了在输入电压为220V-240V VAC时提供较大电容并且在输入电压为100V-120V VAC时提供较小电容以满足谐波要求。

WO2012059853A1公开了一种填谷技术，其中当输入电压足以经由电源转换器驱动LED时，电容器被接通以由输入电压充电，并且当输入电压下降因此无法从输入电压中汲取能量时电容器被放电以给LED供电。

发明内容

本发明的实施例旨在提供低闪烁和快速启动二者。本发明的实施例的基本思想是动态地改变LED驱动电路的缓冲电路的缓冲能力，在启动时提供较低的缓冲能力，从而能够快速建立输出电压以开启LED。然后在启动之后在正常操作时增加缓冲能力，以便平滑纹波。因此，缩短了启动时间并且减少了正常操作中的闪烁。

根据本发明的第一方面，提供了一种LED驱动电路，其包括：输入端，用于接收LED驱动电流；缓冲电路，适于缓冲所述LED驱动电流；以及输出端，用于连接至LED并适于将缓冲后的LED驱动电流输出至LED，其特征在于LED驱动电路还包括：缓冲调整电路，适于：在LED驱动电路的启动阶段中，当LED驱动电路开始接收所述LED驱动电流时，将缓冲电路的缓冲能力调整为第一水平；并且在启动阶段之后的正常操作阶段中，将缓冲电路的缓冲能力调整到大于第一水平的第二水平。

根据该方面，由于在启动阶段缓冲能力不那么高，因此缓冲电路累积到足够的电平来开启LED，即快速启动LED；在启动之后，增加缓冲能力，以便吸收LED驱动电流中的纹波并且满足低闪烁的要求。这实现了LED照明的正常操作时的快速启动和低闪烁的平衡。

在一个具体实施例中，缓冲电路包括至少一个电容器，并且缓冲调整电路适于调整缓冲电路的有效电容。

在该实施例中，通过动态地调整有效电容，缩短了缓冲电路建立用于开启LED的电压的时间，并且然后增加其缓冲能力以满足快速启动和低闪烁的要求。

在一个实施例中，启动阶段是在输出端和至少一个电容器上的电压正被建立并且不足以开启LED的阶段，并且正常操作阶段是在输出端和至少一个电容上的电压已充分建立并开启LED并且已经提供标称光输出纹波的阶段。

该实施例进一步阐明了启动阶段是在LED可以被开启之前建立输出电压以达到LED正向电压；并且正常操作阶段是输出电压已经达到LED正向电压且LED被开启并且已经提供标称光输出纹波的阶段。

在详细实施例中，缓冲器电路包括跨接在输出端上的并联连接的第一电容器和第二电容器，并且缓冲调整电路包括与跨接在输出端上的第二电容器串联的开关。

该实施例给出了相对简单的电路来提供可调节的有效电容，该可调节的有效电容提供第一电容器作为基础电容并且经由开关控制第二电容器的参与程度。

在另外的实施例中，缓冲调整电路适于：在启动阶段中通过断开开关，将第一电容器跨接在输出端上并且将第二电容器与输出端断开。在正常操作阶段中，通过闭合开关，将第一电容器和第二电容器跨接在输出端上。

该实施例在启动阶段关断第二电容器，并且使第一电容器建立LED正向电压，因此启动时间短；该实施例在启动后，接通第二电容器以吸收纹波并减少纹波。

在另外的实施例中，为了避免第二电容器突然接通而造成大的电流吸收效应，缓冲调整电路还适于在第二电容器跨接在输出端上的过渡期间，使开关在限流模式中操作以限制流经第二电容器的电流，并且在正常操作模式中使开关在全导通模式中操作。

该实施例限制了第二电容器的电流吸收，并且避免了到LED的电流的突然下降并且避免了光输出的骤降/闪烁。

在备选实施例中，缓冲调整电路还包括与第二电容器串联并且与开关并联的阻抗。

该备选实施例不是切换第二电容器，而是切换与第二电容器串联的额外阻抗，以便改变第二电容器的时间响应。

优选地，缓冲调整电路适于：在启动阶段中，通过断开开关，将第二电容器和阻抗的串联连接以及第一电容器跨接在输出端上；并且在正常操作阶段中，通过闭合开关，将第一电容器和第二电容器跨接在输出端上，同时旁路阻抗。

在该优选实施例中，在启动阶段中第二电容器也被充电(尽管缓慢)，因此第二电容器可以平滑地过渡到正常操作阶段，而不会从第一电容器和LED吸收太多电流。这避免了可见光的高下降。

更具体地，缓冲调整电路还包括：偏置电路，其连接到开关的控制端子并且适于向控制端子施加偏置电压以闭合开关；电压检测电路，其连接到第二电容器，适于检测指示第二电容器上的电压的信号，并且在第二电容器上的电压低于阈值时禁用偏置电压；在第二电容器上的电压高于阈值时启用偏置电压。

该实施例提供了对第二电容器充电的检测：如果检测到第二电容器已经被充分充电，则可以旁路阻抗，并且可以更有效地使用第二电容，而不影响光输出。

在本发明的第二方面，提供了一种LED供电电路，包括：供电电源，适于连接到电源并将电源的能量转换为LED驱动电流；以及第一方面所述的LED驱动电路。

该方面提供了具有快速启动和低闪烁的优点的电力电子电路整体，包括供电功能和缓冲功能。LED供电电路可以是独立的LED驱动器。

本发明的第三方面，提供了一种LED照明装置，包括LED和根据第二方面所述的LED供电电路。

该方面提供了一种照明装置作为整体，包括LED和LED供电电路。LED照明装置可以是灯泡，也可以是灯具。

本发明的这些和其他方面将通过参考以下描述的(多个)实施例而变得显而易见并被阐明。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更清楚地示出如何实施本发明，现在仅通过示例的方式对附图进行参考，在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的LED驱动电路；

图2示出了图1中所示的实施例的改进；并且

图3示出了根据本发明的另一个实施例的另一LED驱动电路。

具体实施方式

将参考附图描述本发明。

应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置备、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的参考标号来指示相同或相似的部件。

如图1、图2和图3中所示，本发明的实施例提出了一种LED驱动电路，包括：

-用于接收LED驱动电流的输入Vbus，

-缓冲电路C1和C2，适于缓冲所述LED驱动电流，以及

-输出LED+和LED-，连接至LED并且适于在缓冲之后将LED驱动电流输出至LED，

其特征在于，LED驱动电路还包括：

-包括M1等组件的缓冲调整电路，适于：

在LED驱动电路的启动阶段中，当LED驱动电路开始接收所述LED驱动电流时，将缓冲电路的缓冲能力调整为第一水平，以及

在启动阶段之后的正常操作阶段中，将缓冲电路的缓冲能力调整为大于第一水平的第二水平。

在优选实施例中，缓冲电路是电容性的，并且包括至少一个电容器，并且缓冲调整电路适于调整缓冲电路的有效电容。电容性缓冲是广泛使用于LED驱动中的实现方式。

启动阶段是在输出端和至少一个电容器上的电压正在被建立并且不足以开启LED的阶段，而正常操作阶段是在输出端和至少一个电容器上的电压已被充分建立并开启LED并且已经提供标称光输出纹波的阶段。启动阶段和正常操作阶段之间可能存在过渡，在此过渡期间电容正在被调整。下面的描述将对此进行描述。

为了实现可调节电容，一种简单的拓扑是提供两个电容器，其中一个电容器与开关相关联以控制该电容器的充电。更具体地，如图1和图2中所示，缓冲电路包括第一电容器C1和第二电容器C2以及缓冲调整电路。缓冲调整电路包括与第二电容器C2串联的开关M1，同时第二电容器C2与开关M1的串联连接跨接在输出端LED+和LED-两端。优选地，第二电容器C2和缓冲调整电路的串联连接被放置成与第一电容器C1并联。

在图1中所示的实施例中，来自供电电源的LED驱动电流流入Vbus端子。为了改变两个电容器C1和C2的有效电容，缓冲调整电路适于在启动阶段通过断开开关M1允许第一电容器C1跨接在输出端上并将第二电容器C2与输出端或输入端断开，并且在正常操作阶段通过闭合开关M1将第一电容器C1和第二电容器C2二者都跨接在输出端上。开关M1的触发可以源于已建立的LED正向电压，这意味着当LED已经被开启时，电流流过LED，开关M1闭合并将第二电容器C2连接到Vbus端子。

更具体地，GS端子可以从正向电压优选为5V或10V的LED分段来进行分接。当LED点亮时，该GS电压被施加到MOSFET M1的栅极并闭合MOSFET M1。可选电阻器R0连接在MOSFETM1的栅极和源极之间，以保护MOSFET M1的栅极免受过电压。电阻器R0的阻值可以是47K欧姆。

由于当开关M1导通时，第二电容器可能是空的，因此第二电容器将要吸收来自LED驱动电流甚至来自第一电容器C1的大电流，这可能会导致对LED的驱动电流下降。为了使第二电容器C2平滑连接，在图2中所示的改进实施例中，采用缓冲调整电路来在第二电容器C2跨接在输出端上的过渡期间使开关M1操作在限流模式中以限制流经第二电容器C2和开关M1的电流。受限电流优选地处于不会导致不可接受的光输出下降的振幅。该实际值可以由本领域技术人员根据实际需要来进行设计。

在图2的实施例中，Vcc被用于向运算放大器U1提供电源，并通过由电阻器R5和R6形成的分压器从Vcc取回参考信号。参考信号连接到运算放大器U1A的正输入端。小感测电阻器R4与电容器C2串联连接，以感测C2的充电电流，并将该电流反馈到运算放大器U1的负输入端。为了减少功率损耗，感测电阻器R4的阻值可以达到10欧姆。当LED点亮并且Vcc电压可用时，运算放大器被开启并比较感应到的充电电流和参考值，并输出信号以便以充电电流符合参考值的方式来驱动MOSFET M1。这是电流源控制电流的常见方式。未示出的检测电路可以检测到第二电容器C2基本上被充电到LED正向电压，或者几乎等于第一电容器C1上的电压，并且将高压栅极驱动信号GD注入到MOSFET M1的栅极以覆盖来自运算放大器的信号。高压栅极驱动信号GD使开关M1进入全导通模式，不再限制流经第二电容器C2的电流。然后，两个电容器C1和C2基本上纯并联连接，具有两个电容之和的大电容。

C1的电容为1μF，而C2的电容为150μF，如图1和图2中所示，但是这只是一个示例。本领域技术人员可以根据启动时间和光输出纹波的实际要求来选择合适的值。

在上述实施例中，第二电容器在启动阶段完全与输出端断开并且根本不充电。在一个备选实施例中，LED驱动电路可以允许第二电容器C1也被充电，但在启动阶段使用大阻抗来限制其充电，因此仍然主要由供电电源对第一电容器C1充电，并且快速建立LED正向电压。图3示出了该备选实施例。缓冲调整电路还包括与第二电容器C2串联的阻抗R1，以限制第二电容器C2的充电，并且阻抗R1与开关M1并联。

缓冲调整电路适于在启动阶段通过断开开关M1来将阻抗R1和第二电容器C2的串联连接以及第一电容器C1跨接在输出端上，并且在正常操作阶段通过闭合开关M1来将第二电容器C2和第一电容器C1跨接在输出端上，同时旁路阻抗R1。缓冲调整电路还包括：偏置电路R7、R2，其连接到开关M1的控制端子并且适于向控制端子施加偏置电压以闭合开关M1；以及电压检测电路，包括连接到第二电容器C2的电阻器R3、电阻器R8和开关Q1，该电压检测电路适于检测指示阻抗R1两端的电压的信号。当阻抗R1两端的电压低于阈值时，电压检测电路R3、R8、Q1启用偏置电压。例如，当同样流经阻抗R1的针对第二电容器C2的充电电流太低时，就会发生这种情况，这指示第二电容器被充分充电。这使得开关M1闭合并进入正常操作模式。当阻抗R1两端的电压高于阈值时，电压检测电路R3、R8、Q1禁用偏置电压。这意味着流经第二电容器C2和阻抗R1的电流较高，这指示第二电容器C2仍在充电，并且因此开关M1需要保持断开。

更具体地，参见图3，LED驱动电路的电路系统包括第一电容器C1和第二电容器C2，以及M1、R2、D3、Q1、R7、R3、R8和R1。在启动阶段之前，在该电路中没有电荷。电容器C1和C2都是完全空的并且它们的电压都是0V，MOSFET M1是断开的并且晶体管Q1也是断开的，因为在两个电容器上都没有电压。一旦供电电源开始在Vbus端子处输出LED驱动电流时，启动阶段开始，该LED驱动电流将为输出电容器C1和C2充电。C1以正常速率充电没有问题，但是由于由电阻器实现的阻抗R1与电容器C2串联，所以电容器C2将以较小的电流/低速率充电。R1可以是固定电阻器(提供固定的慢速充电速率)，或者甚至可以是PTC电阻器(当PTC电阻器由于电流流过它而变热时，提供越来越慢的充电速率)。当电容器C2仍在充电时，也有充电电流流经电阻器R1，因此在电阻器R1两端的电压将为VR1>0.7*(R3+R6)/R6，其中0.7V是晶体管Q1的闭合阈值，使得晶体管Q1经由分压器R3和R6闭合，晶体管Q1将MOSFET M1的栅极分流到地，并且MOSFET M1保持断开。供电电源主要负载有电容器C1，非常少量地负载有电容器C2和电阻器R1的串联连接。LED驱动电流大部分将流向电容器C1以对其充电。一旦电容器C1上的电压达到LED正向电压，LED就开始发光，但是暂时不会给出标称的低纹波。启动阶段结束。在启动阶段到正常操作阶段之间的过渡阶段中，电容器C2被充电到电容器C1的电压以及LED正向电压，并且它将基本上停止充电(除了吸收电流相对较小的纹波之外)。电容器C2的充电电流减小，因此电阻器R1上的电压也随之减小。如果电阻器R1上的电压VR1<0.7*(R3+R6)/R6，则晶体管Q1断开。一旦晶体管Q1断开，MOSFET M1将经由来自Vbus的偏置电压而闭合，该偏置电压由连接到Vbus的偏置电路R4来提供，并且可选地经由R2。因此，电容器C2直接连接到Vbus，而无需额外的阻抗R1。最好选择这些部件的合适值，并且使得在MOSFET M1闭合时电容器C2与电容器C1几乎处于同一电平，以避免电容器C2吸收较大的电流，从而避免到LED的驱动电流下降并避免光输出闪烁。之后并联两个电容器C1和C2，并且提供较大的电容来吸收LED驱动电流中的纹波，已经提供了标称的光输出纹波，并且开始正常操作阶段。在MOSFET M1闭合之后，VR1＝0，之后晶体管Q1保持断开。以此方式，只要电源仍然通电并提供LED驱动电流，MOSFET M1就始终闭合并锁存。电路系统在正常操作阶段中的有效电容/缓冲能力高于在启动阶段中。在MOSFET M1的栅极处的齐纳二极管D3用于保护MOSFETM1的栅极免受过高电压的影响。齐纳二极管D3可以用电阻器取代。

第二实施例的优点在于，电压检测电路连接到第二电容器，而不是直接连接到LED，因此可以节省到LED板的导线——如果LED驱动电路被放置在与该LED板不同的板中，诸如LED驱动电路被放置在与该LED板分离的独立驱动器中。

电容器C1的电容可以是330μF，并且电容器C2的电容可以是660μF。R1、R2、R3、R4和R6的阻值可以分别为150欧姆、22欧姆、100K欧姆、1000K欧姆和100K欧姆。这些值都是示例性的。

上述LED驱动电路可以是独立的LED供电电路的一部分，诸如LED的电子电源驱动器。LED供电电路包括：适于连接至电源(诸如AC市电)并输出LED驱动电流的电源，以及如上面所讨论的LED驱动电路。

上述LED供电电路和由该LED供电电路所驱动的LED可以被组合在一起以形成独立的LED照明设备。LED照明设备可以小到灯泡，大到灯具。

上述实施例使用电容器来描述缓冲电路，申请人认为这不是唯一的选择。备选地，缓冲电路也可以以电感的方式来实现，因为电感也能够缓冲LED驱动电流中的纹波。更具体地，在启动阶段中，通过具有较小电感的缓冲调整电路来调整缓冲电路，以向LED快速提供驱动电流；并且在正常操作阶段中，通过具有较大电感的缓冲调整电路来调整缓冲电路，以缓冲纹波。因此，动态地改变电感的方式与上述动态地改变电容的方式类似，在启动阶段提供快速启动并且在正常操作阶段提供低纹波方面类似。鉴于说明书主要以电容缓冲为例对本发明进行了描述，本领域技术人员可以通过电感缓冲来实现本发明，并且本申请将不再给出详细描述。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。

在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

如果在权利要求或说明书中使用术语“适应于”，则应注意，术语“适应于”旨在等同于术语“被配置为”。

权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。

Claims (11)

1.一种LED驱动电路，包括：

-输入端，用于接收LED驱动电流，

-缓冲电路，适于缓冲所述LED驱动电流，以及

-输出端，用于连接至LED并且适于将所述LED驱动电流输出至所述LED，

其特征在于所述LED驱动电路还包括：

-缓冲调整电路，适于：

在所述LED驱动电路的启动阶段中，当所述LED驱动电路开始接收所述LED驱动电流时，将所述缓冲电路的缓冲能力调整为第一水平，以及

在所述启动阶段之后的正常操作阶段中，将所述缓冲电路的所述缓冲能力调整为大于所述第一水平的第二水平。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其中所述缓冲电路包括至少一个电容器，并且所述缓冲调整电路适于调整所述缓冲电路的有效电容。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其中

所述启动阶段是在所述输出端和所述至少一个电容器上的电压正被建立并且不足以开启所述LED的阶段，并且

所述正常操作阶段是在所述输出端和所述至少一个电容器上的电压已被充分建立并且已开启所述LED并且标称光输出纹波已被提供的阶段。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其中所述缓冲电路包括：

跨接在所述输出端上的并联连接的第一电容器(C1)和第二电容器(C2)，并且

所述缓冲调整电路包括跨接在所述输出端上的与所述第二电容器(C2)串联的开关(M1)。

5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其中所述缓冲调整电路适于：

在所述启动阶段中，通过断开所述开关(M1)，将所述第一电容器(C1)跨接在所述输出端上，并且将所述第二电容器(C2)与所述输出端断开连接；以及

在所述正常操作阶段中，通过闭合所述开关(M1)，将所述第一电容器(C1)和所述第二电容器(C2)两者跨接在所述输出端上。

6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其中所述缓冲调整电路适于

在将所述第二电容器(C2)跨接在所述输出端上的过渡期间，使所述开关(M1)操作在限流模式中以限制流经所述第二电容器(C2)和所述开关(M1)的电流；以及

在所述正常操作模式中，使所述开关(M1)操作在全导通模式中。

7.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其中所述缓冲调整电路还包括与所述第二电容器(C2)串联并且与所述开关(M1)并联的阻抗(R1)。

8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其中所述缓冲调整电路适于

在所述启动阶段中，通过断开所述开关(M1)，将所述第二电容器(C2)和所述阻抗(R1)的串联连接以及所述第一电容器(C1)跨接在所述输出端上；以及

在所述正常操作阶段中，通过闭合所述开关(M1)，将所述第一电容器(C1)和所述第二电容器(C2)跨接在所述输出端上，同时旁路所述阻抗(R1)。

9.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其中所述缓冲调整电路还包括：

偏置电路(R4)，连接到所述开关(M1)的控制端子并且适于向所述控制端子施加偏置电压以闭合所述开关(M1)；以及

电压检测电路(R3、R6、Q1)，连接到所述第二电容器(C2)，适于检测指示所述第二电容器(C2)上的电压的信号，并且适于：

当所述第二电容器(C2)上的电压低于阈值时禁用所述偏置电压；以及

当所述第二电容器(C2)上的电压高于所述阈值时启用所述偏置电压。

10.一种LED供电电路，包括：

供电电源，适于连接电源并且将所述电源的能量转换为LED驱动电流；以及

根据权利要求1至9中任一项所述的LED驱动电路。

11.一种LED照明设备，包括：

LED；以及

根据权利要求10所述的LED供电电路。