CN202535592U - 一种mr16led灯驱动电路以及应用其的mr16led灯照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种MR16LED灯驱动电路以及应用其的MR16LED灯照明系统。依据本实用新型的一种MR16LED灯驱动电路，包括：包括一RC网络，第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中，所述RC网络的第一端连接至所述整流电路的第一输出端，第二端连接至地，以将所述直流电压转换为一平滑的输入电压；所述第一级电压转换电路与所述RC网络连接，以接收所述输入电压，并将所述输入电压转换为第一输出电压；所述第二级电压转换电路与所述第一级电压转换电路连接，以接收所述第一输出电压，并将所述第一输出电压转换为第二输出电压，以来驱动一MR16LED灯。

Description

一种MR16LED灯驱动电路以及应用其的MR16LED灯照明系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种应用于MR16LED灯的驱动电路以及应用其的MR16LED灯照明系统。 

背景技术

随着LED照明技术的不断发展，带来了照明界的一场革命，尤其是1W和3W大功率LED技术的成熟和成本的降低，LED在E27、GU10、PAR灯和MR16等领域广泛应用。 

现有技术中，对于MR16卤素灯，大多采用电子变压器进行驱动，电子变压器是传统磁变压器的替代产品，具有更低成本、更小尺寸，而且更加轻便，能够将120VAC/230VAC电源电压转换成12VAC，用于MR16灯供电。电子变压器是针对卤素灯(而非LED灯)负载设计的，使用卤素灯时，由于负载表现为纯电阻，而且功率超过20W，任何时候都有足够的负载电流，不会出现闪烁问题。 

而当电子变压器配合LED灯工作时，当输入电压在过零点附近时输出为零，这就需要在LED恒流电源里有一个很大的电解电容(几百uF)去给电源电路提供足够的能量来恒定LED的电流。 

参考图1A所示的现有技术中广泛采用的一种MR16LED灯的Buck型驱动电路以及图1B所示的现有技术中广泛采用的另一种MR16LED灯的Buck-boost型驱动电路，电子变压器101接收外部交流电源AC，以将其转换为9V-12V的交流电压信号V_ac；所述交流电压信号为高频率的脉冲信号，其峰值包络线为正弦波曲线；整流电路102接收所述交流电压信号V_ac，以将其转换为一直流电压信号V_dc，以给后续电路提供输入电压；如上文所述，为了能够使Buck驱动电路正常工作，整流电路102之后连接了一个很大的电解电容103(100～220uF)以给电源电路提供足够的能量来恒定LED的电流。 

在图1A中，功率开关管M，二极管D和电感L组成一降压型功率级电 路，其接收所述直流电压信号Vdc；功率开关管M在控制和驱动电路104的作用下进行开关动作，以产生恒定的输出电流来驱动MR16LED灯。 

在图1B中，功率开关管M’，二极管D’，输出电容C’和电感L’组成一升压-降压型功率级电路，其接收所述直流电压信号Vdc；功率开关管M’在控制和驱动电路104的作用下进行开关动作，以产生恒定的输出电流来驱动MR16LED灯。 

可见，采用上述现有技术中的实现方式，至少会产生以下问题； 

(1)如果输入电压较低或者不稳定时，会造成输出电流不稳定以及MR16LED灯会出现闪烁； 

(2)电解电容103的存在，使得电子变压器101的负载由原来的纯组性负载变成了一个很大的容性负载，几百uF的容性负载对于电子变压器101而言会使其一直工作于间歇状态； 

(3)另外，由于电解电容103容值很大，对电子变压器101而言，存在较大的冲击电流，极易造成电子变压器101的损坏； 

(4)为了能够使驱动电路正常工作，电解电容103只能保持最大的工作电压，因此上述驱动电路不能进行调光操作； 

(5)采用上述MR16LED灯的驱动电路实现方式，如果要驱动多个并联的MR16LED灯，则电解电容103等效为多个电容并联，因此将会产生更大的冲击电流，对电子变压器101造成更大的损害；因此，采用上述现有技术的驱动电路只能驱动单个MR16LED灯； 

(6)对于不同品牌、不同参数的电子变压器，电解电容102的设计参数不同，因此上述驱动电路的兼容性较差； 

(7)MR16LED灯的尺寸非常小，所能提供的散热空间也非常有限，这就使得这些灯管通常工作在+80℃至+100℃高温环境下。即使采用最高级的电解电容，在如此高的温度下也很难支撑10000小时以上的工作时间，由此制约了LED灯的使用寿命。 

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种新型的采用两级驱动结构的 MR16LED灯驱动电路，从而为MR16LED灯的并联驱动和调光操作提供了可能和便利。 

依据本实用新型一实施例的MR16LED灯驱动电路，用以接收一直流电压，所述直流电压由一整流电路对由一调光器和一电子变压器输出的交流电压进行整流获得，进而来驱动一MR16LED灯，包括一RC网络，第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中， 

所述RC网络的第一端连接至所述整流电路的第一输出端，第二端连接至地，以将所述直流电压转换为一平滑的输入电压； 

所述第一级电压转换电路与所述RC网络连接，以接收所述输入电压，并将所述输入电压转换为第一输出电压； 

所述第二级电压转换电路与所述第一级电压转换电路连接，以接收所述第一输出电压，并将所述第一输出电压转换为第二输出电压和第二输出电流，以来驱动所述MR16LED灯。 

进一步的，所述第一级电压转换电路包括第一级功率级电路和第一级控制电路，其中， 

所述第一级功率级电路接收所述输入电压； 

所述第一级控制电路控制所述第一级功率级电路，以产生基于所述输入电压的第一输出电压； 

所述第一级功率级电路为升压型或者升压-降压型拓扑结构。 

进一步的，所述第一级电压转换电路还包括连接在所述第一级控制电路和第一级功率级电路之间的逻辑和驱动电路； 

所述第一级控制电路接收所述第一级功率级电路中的开关节点电压和所述第一输出电压，以在所述开关节点电压过零时，产生一过零信号；并依据所述第一输出电压产生一固定时间信号； 

所述逻辑和驱动电路接收所述过零信号和所述固定时间信号； 

当所述开关节点电压过零时，所述逻辑和驱动电路产生一定的驱动信号来导通所述第一级功率级电路中的功率开关管； 

在经过所述固定时间信号表征的一固定时间后，所述逻辑和驱动电路关 断所述第一级功率级电路中的功率开关管，从而使得所述第一级功率级电路的输入电流的峰值与所述直流电压呈线性正比例关系。 

优选的，所述第一级控制电路包括第一固定时间发生电路，所述第一固定时间发生电路包括： 

第一基准电压发生电路，用以产生第一基准电压； 

第一斜坡信号发生电路，用以根据所述第一输出电压产生第一斜坡信号； 

第一比较电路，分别与所述第一基准电压发生电路和所述第一斜坡信号发生电路连接，以对接收到的所述第一基准电压和所述第一斜坡信号进行比较； 

当所述第一输出电压恒定时，所述第一斜坡信号的数值在经过所述固定时间后达到所述第一基准电压。 

优选的，所述第一级控制电路包括第二固定时间发生电路，所述第二固定时间发生电路包括： 

第二基准电压发生电路，用以接收所述第一输出电压，并产生第二基准电压； 

第二斜坡信号发生电路，用以产生一固定斜率的第二斜坡信号； 

第二比较电路，分别与所述第二基准电压发生电路和所述第二斜坡信号发生电路连接，以对接收到的所述第二基准电压和所述第二斜坡信号进行比较； 

当所述第一输出电压恒定时，所述第二斜坡信号的数值在经过所述固定时间后达到所述第二基准电压。 

进一步的，所述逻辑和驱动电路包括一RS触发器，所述RS触发器的置位端接收所述过零信号，复位端接收所述固定时间信号。 

优选的，所述MR16LED灯驱动电路还包括一过流保护电路，所述过流保护电路采样所述功率开关管的电流，并与一电流基准值进行比较，当检测到所述功率开关管的电流超过所述电流基准值时，关断所述功率开关管。 

进一步的，所述第二级电压转换电路包括第二级功率级电路和第二级控制电路，其中，所述第二级功率级电路接收所述第一输出电压；所述第二级 控制电路根据所述MR16LED灯所需要的驱动电流控制所述第二级功率级电路输出的第二输出电压与所述MR16LED灯所需的驱动电压一致。所述第二级功率级电路为降压型或者升压-降压型或者升压型或者SEPIC拓扑结构。 

优选的，所述MR16LED灯驱动电路还包括一调光信号发生电路，所述调光信号发生电路接收所述输入电压，并与一基准值进行比较，以获得表征所述调光器的导通相角的调光信号，所述第二级电压转换电路根据所述调光信号调节所述MR16LED灯的亮度。 

依据本实用新型一实施例的MR16LED灯照明系统，接收一交流电源，其特征在于，包括与MR16LED灯的数目相匹配的如上述所述的任一MR16LED灯驱动电路，还包括一电子变压器和一整流电路； 

所述电子变压器接收所述交流电源，以产生一交流电压； 

所述整流电路接收所述交流电压，并进行整流以获得一直流电压； 

所述每一MR16LED灯驱动电路相互并联连接，以接收所述整流电路输出的直流电压，以驱动每一MR16LED灯。 

进一步的，还包括一连接至所述交流电源和所述电子变压器之间的调光器，以对后续MR16LED灯的亮度进行调节。 

采用本实用新型的MR16LED灯驱动电路，至少可以实现以下有益效果： 

(1)采用第一级电压转换电路替换传统的大的电解电容，以将直流电压进行升压以给后级电路提供电源； 

(2)不再存在由电解电容引起的大的冲击电流，增加了电子变压器的可靠性和稳定性； 

(3)由于避免了输入侧的大的电解电容的使用，增加了MR16LED灯的使用寿命； 

(4)可以方便的实现多个MR16LED灯的并联，MR16LED灯驱动电路的带载能力显著提高； 

(5)驱动电路中可以引入调光器，以对MR16LED灯的亮度进行调节。 

(6)另外，采用本实用新型的最优方案的MR16LED灯驱动电路，使电子变压器的负载模拟为阻性负载，最大限度的提高电路的工作性能。 

附图说明

图1A所示为采用现有技术的一种MR16LED灯的Buck型驱动电路； 

图1B所示为采用现有技术的另一种MR16LED灯的Buck-boost型驱动电路； 

图2所示为依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的一优选实施例的原理框图； 

图3所示为依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的一实施例的调光信号发生电路的原理框图； 

图4A所示为依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的一实施例的第一级电压转换电路的原理框图； 

图4B所示为图4A所示的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的实施例的工作波形图； 

图5A所示为依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的第一实施例的第一级电压转换电路的第一级控制电路的原理框图； 

图5B所示为图5A所示的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的第一级控制电路的工作波形图； 

图6所示为依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的第二实施例的第一级电压转换电路的第一级控制电路的原理框图； 

图7所示为依据本实用新型的一优选实施例的MR16LED灯照明系统的原理框图。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的几个优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。 

参考图2，所示为依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的第一实施例的原理框图。在该实施例中，电子变压器输出的交流电压V_ac经过整流电路 整流后获得一直流电压V_dc，所述直流电压V_dc经过RC网络滤波后获得一平滑的输入电压V_in。这里，RC网络中的电容选择为数值较小的陶瓷电容即可。所述MR16LED灯驱动电路还包括第一级电压转换电路201和第二级电压转换电路202。其中， 

所述第一级电压转换电路201接收所述输入电压V_in，并将其转换为第一输出电压V_out1；第二级电压转换电路202接收所述第一输出电压V_out1，并将其转换为与所述MR16LED灯所需的驱动电压相匹配的第二输出电压V_out2，以来驱动所述MR16LED灯207。 

在该实施例中，采用第一级电压转换电路201替换了现有技术中的具有很大的电容值的电解电容，不会产生大的冲击电流，不会影响电子变压器的正常工作，增加了电子变压器的可靠性和稳定性，同时也增加了MR16LED灯的使用寿命。 

所述第一级电压转换电路201优选为采用电感结构的能够实现升压功能的拓扑结构，例如升压型电压转换器，或者升压-降压型电压转换器。所述第二级电压转换电路202可以为降压型、升压-降压型或者SEPIC型等合适拓扑结构的电压转换器。 

其中，所述第一级电压转换电路201可以包括第一级功率级电路203和第一级控制电路204；所述第二级电压转换电路202可以包括第二级功率级电路205和第二级控制电路206。所述第二级控制电路205根据所述MR16LED灯所需的驱动电压调节所述第二输出电压V_out2，使之能够正常驱动所述MR16LED灯。第一级控制电路204接收所述第二输出电压V_out2，来调节所述第一输出电压V_out1，使之能够尽可能的接近所述第二输出电压V_out2，从而获得最大的工作效率。 

在集成电路领域中，第一级控制电路204和第二级控制电路206可以制作为不同的芯片，也可以集成于同一芯片中。当第一级控制电路204为一单颗的芯片时，可以利用第一输出电压V_out1来为其提供电源，以获得更高的利用率。 

可见，采用依据本实用新型实施例的MR16LED灯驱动电路，通过第一 级电压转换电路对输入电压的电压转换，避免了大的电解电容的使用，避免了电解电容对电子变压器的冲击电流的影响；通过第二级电压转换电路的再次电压转换，获得了足以驱动MR16LED灯的输出电压和输出电流，实现了最大的工作效率和利用率。 

因此，采用依据本实用新型实施例的MR16LED灯驱动电路可以方便的实现多个MR16LED灯的并联。并且，可以实现对后续MR16LED灯的亮度的调节。 

对于具有调光需求的LED照明系统，在外部交流电源和所述电子变压器之间增加一调光器，通过对调光器的操作，使得所述输入电压为一缺相位角度的直流电压。 

参考图3，所示为依据本实用新型的一优选实施例的调光信号发生电路的原理框图。在该实施例中，所述调光信号发生电路300包括由电阻301和电阻302组成的电阻分压网络，滤波电容303，比较器304以及保护和箝位电路315；其中， 

电阻301和电阻302依次串联连接在输入电压V_in和地之间，以在两者的公共连接点M点获得一表征所述输入电压V_in的电压V₁，所述电压V₁经过滤波电容303滤波后，获得一平滑的电压V_cmp，并输入至比较器304的同相输入端，比较器304的反相输入端接收一基准电压V_ref4。 

以下以晶体管为MOSFET晶体管为例进行说明。 

当电压V_cmp大于基准电压V_ref4时，比较器304输出一高电平信号；通过反相器308后，流入P型MOSFET晶体管的漏极的信号为低电平，晶体管306处于关断状态； 

当电压V_cmp小于基准电压V_ref4时，比较器304输出一低电平信号；通过反相器308后，流入P型MOSFET晶体管307的漏极的信号为高电平，晶体管306处于导通状态；电流开始流过晶体管306和电阻312，N点的电压被拉低； 

当电阻312和晶体管306的公共连接点O点的电压大于基准值V_ref5时，比较器310输出一高电平信号，晶体管307关断，从而晶体管306关断，没 有电流流过晶体管306，N点的电压不会再被拉低。 

本领域技术人员可以得知，可以不同的方法来对所述调光信号发生电路进行箝位或者保护，来使所述调光信号更加稳定。对此，不再进行赘述。 

通过上述操作，在比较器304的输出端获得了一稳定的调光信号S_dim(方波信号)，所述调光信号表征所述调光器的导通相角范围。 

所述调光信号S_dim可以通过控制第二级电压转换电路的工作状态来达到调光的目的。如所述调光信号S_dim可以作为所述第二级电压转换电路的使能信号，当所述调光信号S_dim处于有效状态时，所述第二级电压转换电路处于工作状态，以根据所述调光信号来调节MR16LED灯的亮度；当所述调光信号S_dim处于无效状态时，所述第二级电压转换电路不对MR16LED灯的亮度进行调节，进而通过这种方式，根据所述导通相角范围调节MR16LED灯的亮度。 

或者，利用所述调光信号S_dim来调节第二级电压转换电路的控制信号(例如通过所述调光信号S_dim调节第二级电压转换电路中的第二级控制电路即PWM控制信号产生电路的基准值)来实现对MR16LED灯的亮度的调节。 

通过以上依据本实用新型的实施例已经可以获得稳定的，可靠性高的MR16LED灯驱动电路，但是如果采用一定的控制方案能够将电子变压器的负载由电压型转换为电阻性负载，则电子变压器将具有更好的工作性能，进而整个MR16LED灯驱动电路将会达到更优化的驱动效果。 

在以下实施例中，利用第一级控制电路204对第一级功率级电路203的工作模式的控制，使其工作于临界导通模式(BCM)和恒定导通时间模式，来实现一PFC功率因数校正功能，使得第一级电压转换电路201的输入电压和输入电流同相位，从将电子变压器的负载由现有技术中的电压型转换为一模拟电阻性负载。通过这种实现方式，MR16LED灯驱动电路的工作性能将会达到最优化。以下将结合具体实施例，来详细说明依据本实用新型的第一级电压转换电路的实现原理。 

参考图4A，所示为依据本实用新型的优选实施例的第一级电压转换电路的原理框图。在该实施例中，所述MR16LED灯驱动电路的第一级电压转换电路包括第一级功率级电路401、第一级控制电路402以及逻辑和驱动电路 403；其中， 

第一级功率级电路401接收输入电压V_in，并产生一定的第一输出电压V_out1； 

第一级控制电路402分别接收所述输入电压V_in、所述第一输出电压V_out1以及所述第一级功率级电路的开关节点电压V_LX，以在所述开关节点电压V_LX过零时，产生一过零信号S_zero；并且，根据所述第一输出电压V_out1产生一固定时间信号T_fix； 

所述逻辑和驱动电路403与所述第一级控制电路402连接，以分别接收所述过零信号S_zero和所述固定时间信号T_fix，并产生相应的驱动信号V_drive来驱动所述第一级功率级电路401中的功率开关管。 

以下结合附图4B所示的图4A所示的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的第一级电压转换电路的工作波形图，来详细说明图4A所示的MR16LED灯驱动电路的第一级电压转换电路的工作原理。 

电子变压器输出的交流电压信号V_ac为正弦电压信号(高频脉冲信号)，经过整流电路和RC网络后转换为输入电压V_in； 

当所述第一级功率级电路401的开关节点电压V_LX过零点时，所述逻辑和驱动电路403产生一定的驱动信号V_drive来导通所述第一级功率级电路301中的功率开关管；所述第一级功率级电路401中的电感电流i_L开始由零逐渐线性上升，经过所述固定时间信号T_fix表征的一固定时间后，所述逻辑和驱动电路403关断所述第一级功率级电路中的功率开关管；则电感电流的峰值I_pk可以表示为下式(1)： 

$I_{\mathrm{pk}}=\mathrm{\ΔI}=\frac{V_{\mathrm{in}}\·\sin \mathrm{\ωt}}{L}\·T_{\mathrm{fix}}---\left(1\right)$

从公式(1)可以看出，电感电流i_L的峰值包络线为一正弦波曲线，与所述输入电压V_in呈线性正比例关系。 

则输入电流的平均值I_inavg可以表示为公式(2)： 

$I_{\mathrm{inavg}}=\frac{V_{\mathrm{in}}\·\sin \mathrm{\ωt}}{2L}\·T_{\mathrm{fix}}---\left(2\right)$

从公式(2)，可以看出，第一级功率级电路中的电感的电感值和固定时 间信号均为恒定值，因此，输入电流的平均值I_inavg与输入电压V_in同相位； 

因此，输入阻抗R_in可以表示为公式(3)： 

$R_{\mathrm{in}}=\frac{V_{\mathrm{in}}}{I_{\mathrm{inavg}}}=\frac{2L}{T_{\mathrm{fix}}}---\left(3\right)$

因此，输入阻抗R_in为一恒定值，对电子变压器而言，其负载此时模拟为一电阻性负载。 

可见，采用图4A所示的依据本实用新型一优选实施例的MR16LED灯驱动电路的第一级电压转换电路，通过第一级控制电路402对第一级功率级电路401的控制，使得所述第一级功率级电路401以BCM临界连续模式和恒定导通时间控制方式工作，从而实现一PFC功率因数校正功能，使得输入电压和输入电流同相位，将电子变压器的负载模拟为一电阻性负载。 

由于电子变压器的负载模拟为阻性负载，并且不再需要大的电解电容，因此电路系统工作更加稳定；进而也不再存在由电解电容引起的大的冲击电流，增加了电子变压器的可靠性和稳定性，增加了MR16LED灯的使用寿命。 

可见，采用图4A所示的依据本实用新型的一优选实施例的MR16LED灯驱动电路，可以方便的实现多个MR16LED灯的并联；并且，可以在外部交流电源和所述电子变压器之间增加一调光器，以对后续MR16LED灯的亮度进行调节。 

另外，为了使所述MR16LED灯的驱动电路具有更佳的工作性能，所述第一级电压转换电路还可以包括一过流保护电路405，所述过流保护电路405采样所述第一级功率级电路401中的功率开关管的电流I_sense，并与一电流基准值I_ref进行比较；当检测到所述功率开关管的电流超过所述电流基准值时，关断所述功率开关管，以防止电流过流，而损坏后级元器件。 

在该实施例中，所述第一级功率级电路401优选为升压型或者升压-降压型拓扑结构。 

参考图5A，所示为依据本实用新型的第一实施例的第一级电压转换电路的第一级控制电路的原理框图。在该实施例中，以功率级电路为升压型拓扑结构为例进行说明。所述功率级电路包括电感501，功率开关管502，二极管503和输出电容504。 

过零检测电路504接收所述输入电压V_in和所述第一级功率级电路的开关节点电压V_LX(即功率开关管502和二极管503的公共连接点上的电压)；当检测到的开关节点电压V_LX比检测到的输入电压V_in小一预设值时，判断此时开关节点电压V_LX过零点，进而产生过零信号S_zero。所述预设值优选设置为2V。过零检测电路的上述实现方式，通过输入电压和开关节点电压的数值比较，能够避免由于电路的震荡而引起的对过零时刻的误判断，实现对开关节点电压V_LX的过零时刻的精确判断，避免误操作。 

第一固定时间发生电路513包括第一基准电压发生电路505，第一斜坡信号发生电路506和第一比较电路507；其中， 

所述第一基准电压发生电路505用以产生一恒定的第一基准电压V_ref1；在该实施例中，所述第一基准电压V_ref1通过一恒流源I₁在电阻R₁产生的压降来实现。恒流源I₁和电阻R₁串联连接在电压源V_CC和地之间，公共连接点A处的电压作为所述第一基准电压V_ref1；为了使第一基准电压V_ref1更加平滑稳定，增加了一与电阻R₁并联的电容C₁对所述第一基准电压V_ref1进行滤波。 

所述第一斜坡信号发生电路506包括串联连接在电压源V_CC和地之间的压控电流源I₂和电容C₂，以及与电容C₂并联连接的开关管M2；所述开关管M2的状态由RS触发器508的输出信号Q的非信号进行控制；压控电流源I₂和电容C₂的公共连接点B处的电压作为所述第一斜坡信号V_slopel。当所述开关节点电压V_LX过零点时，过零信号S_zero为有效状态(高电平)，开关管M2断开，压控电流源I₂对电容C₂进行充电，公共连接点B处的电压持续线性上升。 

所述第一比较电路507包括一比较器，其反相输入端接收所述第一基准电压V_ref1，同相输入端接收所述第一斜坡信号V_slope1，输出端的输出信号作为所述固定时间信号T_fix。 

逻辑和驱动电路包括一RS触发器508和驱动电路509；所述RS触发器508的置位端S接收所述过零信号Szero，复位端R接收所述固定时间信号T_fix，输出端Q的输出信号传递至驱动电路509，进而驱动电路509产生相应的驱动信号V_drive来驱动所述功率开关管502。 

以下结合图5B所示的第一固定时间发生电路513的工作波形图来详细说明图5A所示的依据本实用新型一实施例的MR16LED灯驱动电路的第一级电压转换电路的工作过程。 

如图5B所示，当所述过零信号S_zero为高电平时，RS触发器508的输出端Q输出一高电平信号，进而驱动电路509相应的产生一驱动信号V_drive来驱动所述功率开关管502导通，因此电感电流i_L持续上升；开关节点电压V_LX持续上升；同时，压控电流源I₂持续对电容C₂进行充电，公共连接点B处的第一斜坡信号V_slope1持续线性上升；当所述第一斜坡信号V_slope1上升至所述第一基准电压V_ref1时，固定信号时间T_fix由低电平变为高电平，从而复位RS触发器508的复位端，RS触发器508输出一低电平信号，从而功率开关管502断开；开关节点电压V_LX开始下降；同时，开关管M2闭合，电容C2的电压通过开关管M2快速放电，公共连接点B处的电压快速下降； 

上述状态持续至再次检测到所述开关节点电压V_LX过零时，过零信号S_zero再次由低电平变为高电平；由于第一基准电压V_ref1为一固定值，当第一输出电压V_out1保持恒定时，所述第一斜坡信号V_slope1的上升时间t_fix1保持不变，其数值如下式所示： 

$t_{\mathrm{fix}1}=\frac{V_{\mathrm{ref}1}\·C_2}{I_2}---\left(4\right)$

其中，C₂为电容C2的电容值，I₂为压控电流源I2的电流值； 

因此，第一斜坡信号由零上升至第一基准电压的时间为一恒定时间，该恒定时间即为所述功率开关管502的导通时间；周而复始，所述MR16LED灯驱动电路的第一级电压转换电路以恒定导通时间，临界导通模式BCM工作，从而使得电感电流i_L的峰值包络线与所述输入电压V_in呈正比例关系，电感电流i_L的平均值即输入电流平均值i_inavg与输入电压呈线性正比例关系，使得对于电子变压器而言，负载模拟为电阻性负载。 

优化的，第一级电压转换电路还可以包括如图5A所示的过流保护电路512；所述过流保护电路512包括连接在功率开关管502和地之间的检测电阻R3，公共连接点C处的电压作为表征流过所述功率开关管402的电流的电压 检测信号I_sense；电压检测信号I_sense通过一比较器CMP与表征电流阈值的电流基准信号I_ref进行比较，当检测到的电压检测信号I_sense大于所述电流基准信号I_ref时，所述比较器CMP输出一高电平信号；通过或门510复位RS触发器的复位端R，进而提前关断功率开关管502，防止过流的发生。在该实施方式中，第一比较电路507输出的固定时间信号T_fix连接至或门510的另一输入端。 

优化的，第一基准电压发生电路505中的电阻R1可以选择为一可调节电阻；通过对电阻R1的电阻值的调节，实现了对第一基准电压V_ref1数值的调节；通过上述工作原理的分析，第一基准电压V_ref1数值的变化改变了基准斜坡信号能上升的高度，也即改变了功率开关管502的导通时间，进而实现了对功率级电路的输出功率的调节。 

参考图6，所示为依据本实用新型的第二实施例的第一级电压转换电路的第一级控制电路的原理框图。与图5A所示的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的一实施例不同的是，图6所示的实施例采用了另一种技术方案的固定时间发生电路；为了方便叙述，图6所示的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的实施例中与图5A所示的实施例相同的电路结构采样相同的标号，相应的相同的电路结构的工作原理也均相同，在此不再赘述。以下结合附图6详细说明固定时间发生电路的实现原理。 

第二固定时间发生电路包括第二基准电压发生电路605，第二斜坡信号发生电路606和第二比较电路607；其中， 

所述第二基准电压发生电路605接收所述第一级功率级电路的第一输出电压V_out1，以产生基于所述第一输出电压的V_out1的第二基准电压V_out2。具体实现方式为：串联连接在第一输出电压V_out1和地之间的电阻501和电阻502组成的电阻分压网络对第一输出电压V_out1进行采样，以在电阻501和电阻502的公共连接点D处获得表征所述第一输出电压V_out1的反馈电压信号V_fb；误差运算放大器603的同相输入端接收所述反馈电压V_fb，反相输入端接收一表征期望输出电压的基准电压源V_ref3，输出端的输出信号经过由电阻604和电容609组成的补偿电路进行补偿运算后，作为所述第二基准电压V_out2；当所述第一输出电压V_out1维持基本不变时，所述第二基准电压V_out2维持基本恒定。 

所述第二斜坡信号发生电路606包括串联连接在电压源V_CC和地之间的恒流源610和电容611，两者的公共连接点为E；箝位开关管612与所述电容611并联连接，并且，控制端连接至E点；开关管613同样与所述电容611并联连接，控制端通过一单脉冲发生电路608接收过零信号S_zero的非信号 

所述第二比较电路607为一比较器，其同相输入端接收所述第二斜坡信号V_slope2，反相输入端接收第二基准电压V_ref2，输出端的输出信号作为所述固定时间信号T_fix。 

图6所示的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路的实施例的工作过程如下： 

当所述过零信号S_zero为高电平时，RS触发器508输出一高电平信号，进而驱动信号V_drive驱动所述功率开关管502导通，电感电流i_L持续上升；开关节点电压V_LX持续上升；并且，开关管613处于断开状态，恒流源610持续对电容611进行充电，公共连接点E处的第二斜坡信号V_slope2持续线性上升；当所述第二斜坡信号V_slope2上升至所述第二基准电压V_ref2时，固定信号时间T_fix由低电平变为高电平，从而复位RS触发器508的复位端，RS触发器508输出一低电平信号，从而功率开关管502断开；开关节点电压V_LX开始下降；同时，开关管613闭合，电容611的电压通过开关管613快速放电，公共连接点E处的电压快速下降；箝位开关管612用以箝位E点的电压，所述箝位开关管也可以替换为一稳压管。 

上述状态持续至再次检测到所述开关节点电压V_LX过零时，过零信号S_zero再次由低电平变为高电平；由于当第一输出电压V_out1保持恒定时，第二基准电压V_ref2为一固定值，所述第二斜坡信号V_slope2的上升时间t_fix2保持不变，其数值如下式(5)所示： 

$t_{\mathrm{fix}2}=\frac{V_{\mathrm{ref}2}\·C_{611}}{I_{610}}---\left(5\right)$

其中，C₆₁₁表示电容611的电容值，I₆₁₀表示恒流源610的电流值； 

因此，第二斜坡信号由零上升至第二基准电压的时间为一恒定时间，该 恒定时间即为所述功率开关管502的导通时间；周而复始，所述MR16LED灯驱动电路以恒定导通时间，临界导通模式BCM工作，从而使得电感电流i_L的峰值包络线与所述输入电压即直流电压信号呈正比例关系，电感电流i_L的平均值即输入电流平均值i_inavg与输入电压呈线性正比例关系，使得对于电子变压器而言，负载模拟为电阻性负载。 

采用上述依据本实用新型优选实施例的MR16LED灯驱动电路，实现了输入电压和输入电流同相位，使电子变压器的负载模拟为电阻性负载，进而不再需要大的电解电容，因此，依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路可应用于驱动多个MR16LED灯以及具有调光需求的LED照明系统。 

参见图7，所示为依据本实用新型的一优选实施例的MR16LED灯照明系统。所述MR16LED灯照明系统包括多组并联的MR16LED灯。外部交流输入电源(通常为110/220VAC)经过电子变压器702进行电压转换，以产生交流电压信号V_ac；交流电压信号V_ac经过整流电路703进行整流后获得直流电压信号V_ac；由于没有大的电解电容，所以所述直流电压信号V_dc可以传递至多个并联的依据本实用新型的MR16LED灯驱动电路，每一个MR16LED灯驱动电路驱动一MR16LED灯；并且，还可以在交流输入电源和电子变压器702之间增加一调光器701，通过所述调光器对输入的外部交流输入电源进行切相操作，进而调整用于驱动所述MR16LED灯的输入电压，实现了对MR16LED灯的亮度调节。本领域技术人员可以得知，任何合适形式的调光器均可以应用于所述MR16LED灯照明系统。 

综上所述，以上对依据本实用新型的优选实施例的MR16LED灯驱动电路进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。例如，功率级电路的拓扑结构并不局限于上述实施例所选择的拓扑结构，任何合适形式的拓扑结构均可适用于本实用新型，例如升压型，降压型，升压-降压型拓扑结构等；功率开关管以及开关管可以选择为任何合适形式的开关器件，如MOSFET晶体管等；恒定的第一基准电压和第二基准电压的发生电路可以如上述实施例所列举的实现方式，也可以选为一恒定的电压源；所述第一斜坡信号发生电路以及第 二斜坡信号发生电路可以为任何合适形式的能够获得一斜坡信号的电路结构。 

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (22)

1.一种MR16LED灯驱动电路，用以接收一直流电压，所述直流电压由一整流电路对由一调光器和一电子变压器输出的交流电压进行整流获得，进而来驱动一MR16LED灯，其特征在于，包括一RC网络，第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中，

所述RC网络的第一端连接至所述整流电路的第一输出端，第二端连接至地，以将所述直流电压转换为一平滑的输入电压；

所述第一级电压转换电路与所述RC网络连接，以接收所述输入电压，并将所述输入电压转换为第一输出电压；

所述第二级电压转换电路与所述第一级电压转换电路连接，以接收所述第一输出电压，并将所述第一输出电压转换为第二输出电压和第二输出电流，以来驱动所述MR16LED灯。

2.根据权利要求1所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一级电压转换电路包括第一级功率级电路和第一级控制电路，其中，

所述第一级功率级电路接收所述输入电压；

所述第一级控制电路控制所述第一级功率级电路，以产生基于所述输入电压的所述第一输出电压；

所述第一级功率级电路为升压型或者升压-降压型拓扑结构。

3.根据权利要求2所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一级控制电路根据所述MR16LED灯所需要的驱动电压来控制所述第一级功率级电路，以使所述第一输出电压接近于所述驱动电压。

4.根据权利要求2所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一级控制电路包括一控制芯片，并且所述第一输出电压为所述控制芯片提供电源供应。

5.根据权利要求2所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一级电压转换电路还包括连接在所述第一级控制电路和第一级功率级电路之间的逻辑和驱动电路；

所述第一级控制电路接收所述第一级功率级电路中的开关节点电压和所述第一输出电压，以在所述开关节点电压过零时，产生一过零信号；并依据 所述第一输出电压产生一固定时间信号；

所述逻辑和驱动电路接收所述过零信号和所述固定时间信号；

当所述开关节点电压过零时，所述逻辑和驱动电路产生一定的驱动信号来导通所述第一级功率级电路中的功率开关管；

在经过所述固定时间信号表征的一固定时间后，所述逻辑和驱动电路关断所述第一级功率级电路中的功率开关管，从而使得所述第一级功率级电路的输入电流的峰值与所述直流电压呈线性正比例关系。

6.根据权利要求5所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，

所述第一级控制电路包括一过零检测电路，所述过零检测电路分别接收所述输入电压和所述第一级功率级电路的开关节点电压；

在所述第一级功率级电路中的功率开关管关断后，当所述开关节点电压比所述输入电压低一预设值时，产生所述过零信号。

7.根据权利要求5所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一级控制电路包括第一固定时间发生电路，所述第一固定时间发生电路包括：

第一基准电压发生电路，用以产生第一基准电压；

第一斜坡信号发生电路，用以根据所述第一输出电压产生第一斜坡信号；

第一比较电路，分别与所述第一基准电压发生电路和所述第一斜坡信号发生电路连接，以对接收到的所述第一基准电压和所述第一斜坡信号进行比较；

当所述第一输出电压恒定时，所述第一斜坡信号的数值在经过所述固定时间后达到所述第一基准电压。

8.根据权利要求7所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一基准电压发生电路包括串联连接的第一电流源和第一电阻，所述第一电流源和第一电阻的公共节点的电压作为所述第一基准电压。

9.根据权利要求8所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一电阻为可调节电阻，通过调节所述第一电阻来对所述第一级功率级电路的输出功率进行调节。

10.根据权利要求7所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述 第一斜坡信号发生电路包括串联连接的压控电流源和第一电容，所述压控电流源和第一电容的公共连接点的电压作为所述第一斜坡信号；所述压控电流源由所述第一级功率级电路的第一输出电压进行控制。

11.根据权利要求5所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一级控制电路包括第二固定时间发生电路，所述第二固定时间发生电路包括：

第二基准电压发生电路，用以接收所述第一输出电压，并产生第二基准电压；

第二斜坡信号发生电路，用以产生一固定斜率的第二斜坡信号；

第二比较电路，分别与所述第二基准电压发生电路和所述第二斜坡信号发生电路连接，以对接收到的所述第二基准电压和所述第二斜坡信号进行比较；

当所述第一输出电压恒定时，所述第二斜坡信号的数值在经过所述固定时间后达到所述第二基准电压。

12.根据权利要求11所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第二基准电压发生电路包括一误差和补偿运算电路，用以对接收到的表征所述第一输出电压的反馈电压信号和一基准电压进行误差和补偿运算，以产生所述第二基准电压。

13.根据权利要求11所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第二斜坡信号发生电路包括串联连接的第二电流源和第二电容，所述第二电流源和所述第二电容的公共连接点的电压作为所述第二斜坡信号；当所述开关节点电压过零时，所述第二斜坡信号持续上升，直至到达所述第二基准电压。

14.根据权利要求5所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述逻辑和驱动电路包括一RS触发器，所述RS触发器的置位端接收所述过零信号，复位端接收所述固定时间信号。

15.根据权利要求5所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，还包括一过流保护电路，所述过流保护电路采样所述功率开关管的电流，并与一 电流基准值进行比较，当检测到所述功率开关管的电流超过所述电流基准值时，关断所述功率开关管。

16.根据权利要求1所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第二级电压转换电路包括第二级功率级电路和第二级控制电路，其中，所述第二级功率级电路接收所述第一输出电压；所述第二级控制电路根据所述MR16LED灯所需要的驱动电流控制所述第二级功率级电路输出的第二输出电压与所述MR16LED灯所需要的驱动电压一致。

17.根据权利要求16所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述第二级功率级电路为降压型或者升压-降压型或者升压型或者SEPIC拓扑结构。

18.根据权利要求1所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述MR16LED灯驱动电路还包括一调光信号发生电路，所述调光信号发生电路接收所述输入电压，并与一基准值进行比较，以获得表征所述调光器的导通相角的调光信号，所述第二级电压转换电路根据所述调光信号调节所述MR16LED灯的亮度。

19.根据权利要求18所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述调光信号为一方波信号，当所述调光信号处于有效状态时，所述第二级电压转换电路根据所述调光信号调节MR16LED灯的亮度；当所述调光信号处于无效状态时，所述第二级电压转换电路不对MR16LED灯的亮度进行调节。

20.根据权利要求18所述的MR16LED灯驱动电路，其特征在于，所述调光信号调节所述第二级电压转换电路的控制信号。

21.一种MR16LED灯照明系统，接收一交流电源，其特征在于，包括与所述MR16LED灯照明系统中的MR16LED灯的数目相匹配的如权利要求1-20所述的任一MR16LED灯驱动电路，还包括一电子变压器和一整流电路；

所述电子变压器接收所述交流电源，以产生一交流电压；

所述整流电路接收所述交流电压，并进行整流以获得一直流电压；

所述每一MR16LED灯驱动电路相互并联连接，以接收所述整流电路输出的直流电压，以驱动每一MR16LED灯。 

22.根据权利要求21所述的MR16LED灯照明系统，其特征在于，还包括一连接至所述交流电源和所述电子变压器之间的调光器，以对后续MR16LED灯的亮度进行调节。 

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