CN203504823U - 一种led驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED驱动器，包括直流变换单元、控制直流变换单元的控制单元和LED负载，直流变换单元给LED负载供电，控制单元包括用于控制LED驱动器的输入电流峰值的峰值控制单元和用于控制LED驱动器的输入电流谷值的谷值控制单元。

Description

一种LED驱动器

【技术领域】

本实用新型涉及一种驱动器的电流控制方法及驱动器，尤其指一种LED驱动器的输入电流控制方法及LED驱动器。

【背景技术】

电子变压器在照明领域应用非常广泛，由于其工作在高频，和传统硅钢片变压器相比较，在重量以及体积方面有很大的优势，同时，电子变压器输出是安全隔离的低压交流电压，非常适合对安全有严格要求的场合，如商场橱柜照明、酒店房间照明和家居照明等等。传统光源和电子变压器配套的是卤钨灯，一般常用的功率约为20W~60W，这是一种热辐射发光的灯，发光效率仅在20lm/W左右，寿命只有3000~5000小时，光谱中除了可见光，还含有一定成分的红外光和紫外光，这些局限性限制了卤钨灯的使用范围。随着发光二极管（LED）技术和市场的日益成熟，使用LED来替代卤钨灯的应用也越来越受到重视。作为固态照明的代表，LED具有更高的发光效率和更长的使用寿命，同时，LED所发出的光谱中不含有红外和紫外成分，这些优点使得LED非常适合用来替换卤钨灯。

传统的用于连接电子变压器的LED驱动通常采用降压电路或者升降压电路等直流变换拓扑。由于电子变压器输出为交流信号，在LED驱动中一般加有整流桥进行交直流变换，这样交流信号经过整流后变成直流信号。当后面直流变换电路采用降压结构时，由于降压电路只在输入电压比输出电压高的时候才能正常工作，导致电子变压器在低输出电压时出现空载，而只有在高输出电压时才带有负载，这样电子变压器在交流输入较低的时候由于空载而无法工作，在交流输入接近峰值时输出电压，使得在交流输入工频周期内电子变压器只是工作很短的时间，这种较短的工作时间不利于接入切相调光系统。另一方面，由于降压电路的输入电流是非连续的斩波电流，为了避免电子变压器提前关断，同时考虑到前面所提到的电子变压器在工频周期内只有较短的工作时间，往往在整流桥后加入非常大的电容，如330uF的电解电容，这样虽然可以使驱动电源的输入电流平滑，输出LED电流的低频脉动减少，但是大电容整流的使用却使电路呈现容性负载特性，系统功率因数下降，同时，由于电子变压器输出的是高频方波电压，此电压加到大电容上却会使带有过载保护的电子变压器误动作。如果把降压电路改为升降压电路，虽然可以适当减少输入电容容量，但由于占空比的限制，也无法完全减免上述的不良影响。因此现有技术中的LED驱动的输入电流会影响LED驱动与电子变压器的兼容性问题。

因此，为了克服上述缺陷，有必要提供一种改进的LED驱动器的输入电流控制方法及LED驱动器。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种LED驱动器。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种LED驱动器，包括直流变换单元、控制所述直流变换单元的控制单元和LED负载，所述直流变换单元给所述LED负载供电，所述控制单元包括用于控制所述LED驱动器的输入电流峰值的峰值控制单元和用于控制所述LED驱动器的输入电流谷值的谷值控制单元。

优选地，所述谷值控制单元包括输入电流采样单元、信号处理单元以及比较电路，所述信号处理单元提供参考信号，所述输入电流采样单元采样输入电流信号，所述输入电流信号与所述参考信号通过所述比较电路后输出控制信号。

优选地，所述峰值控制单元包括输入电流采样单元、信号处理单元以及比较电路，所述信号处理单元提供参考信号，所述输入电流采样单元采样输入电流信号，所述输入电流信号与所述参考信号通过所述比较电路后输出控制信号。

优选地，所述峰值控制单元和所述谷值控制单元共用同一输入电流采样单元以及同一信号处理单元。

优选地，所述输入电流采样单元采样完整的输入电流，形成输入电流信号，其包括对地的采样电阻、连接采样电阻的分压电阻以及叠加电路，所述叠加电路输入端连接一带隙参考值，所述叠加电路将所述带隙参考值与所述采样到的输入电流叠加，从而形成输入电流信号。

优选地，所述叠加电路具有分压电阻，所述分压电阻一端连接所述带隙参考值，另一端与所述输入电流采样单元的分压电阻并联。

优选地，所述控制单元还包括输出信号反馈单元，所述输出信号反馈单元一端连接所述直流变换单元的输出端，另一端连接所述信号处理单元，所述输出信号反馈单元反馈输出信号给所述信号处理单元。

优选地，所述控制单元还包括输入电压信号采样单元，所述输入电压信号采样单元一端采样所述LED驱动器的输入电压，另一端连接所述信号处理单元。

优选地，所述信号处理单元具有至少一个输入端以及两个输出端，所述第一输出端连接所述谷值控制单元的输入端，所述第二输出端连接所述峰值控制单元的输入端。

优选地，所述控制单元还包括控制驱动单元，所述谷值控制单元的输出端和所述峰值控制单元的输出端分别连接所述控制驱动单元，所述控制驱动单元连接所述直流变换单元，所述谷值控制单元和所述峰值控制单元的输出信号通过所述控制驱动单元控制所述直流变换单元的导通和关断。

相较于现有技术，本实用新型LED驱动器有以下优点：很大的提高了LED驱动器对电子变压器的兼容性。

【附图说明】

图1为本实用新型LED驱动器与电子变压器的连接示意图。

图2为本实用新型第一种LED驱动器的输入电流控制方法的输入电流波形图。

图3为本实用新型第二种LED驱动器的输入电流控制方法的输入电流波形图。

图4为本实用新型第三种LED驱动器的输入电流控制方法的输入电流波形图。

图5为本实用新型第四种LED驱动器的输入电流控制方法的输入电流波形图。

图6为本实用新型LED驱动器的电路图。

【具体实施方式】

请参照图1至图5所示，本实用新型LED驱动器连接电子变压器9，本实用新型提供一种LED驱动器的输入电流I2控制方法。该LED驱动器的输入控制方法包括：

第一步，将电子变压器输出的交流电流整流后形成直流输入电流I2；

第二步，同时控制输入电流I2的峰值和谷值。

同时控制峰值和谷值的方法使得本实用新型的控制方法能够在控制输入电流I2峰值的同时，控制输入电流I2的谷值始终为一个大于零的值。将输入电流I2峰值控制在可以使电子变压器驱动磁芯（未图示）饱和的范围内，同时保证输入电流I2谷值不会为零，使得电子变压器半桥开关（未图示）能够保持正常开关频率。因此，本实用新型的输入电流I2控制方法能够保证在LED驱动器连接不同负载、尤其是轻载的情况下电子变压器能够正常输出，从而提高LED驱动器对各种电子变压器的兼容性。

LED驱动器都具有整流桥和闭环控制环路（未图示）以控制LED驱动器恒流或者恒压输出。如图1所示，电子变压器输出的电流I1、电压V1经过LED驱动器的整流桥后形成LED驱动器的输入电压V2和输入电流I2。同时控制输入电流峰值和谷值的方法包括以下几种。

请参照图2所示，第一种控制方法为固定输入电流I2的峰值，调整电流谷值，电流谷值被控制在大于零的一个固定值。进一步地，峰值被控制在达到电子变压器驱动磁芯饱和的范围，而电流谷值则根据LED驱动器的闭环控制环路进行调整，但是有一个最小值，避免电流进入临界或断续模式，影响电子变压器正常开关。当输入电流I2达到设定的峰值时，LED驱动器内部开关将关闭，使得输入电流I2下降，当输入电流I2下降到环路设定的谷值时，LED驱动器内部开关又会重新动作，促使输入电流I2上升。输入电流I2的平均值可以表达为：平均值=（峰值+谷值）/2。当谷值调整时，输入电流I2的平均值也随之变化，这种控制方式在一定的负载范围内是可以满足兼容电子变压器的要求。

请参照图3所示，第二种控制方法为固定输入电流的谷值，调整电流峰值，电流峰值被控制在一个固定值。输入电流I2的谷值被固定，而峰值则根据闭环控制环路的调整而变化，当输入电流I2到达闭环控制环路设定的峰值时LED驱动器内部的开关动作，使得输入电流I2下降，而当输入电流I2下降到设定的谷值时，LED驱动器内部的开关再次动作，电流上升。这种控制方式和传统的峰值电流控制最大的不同在于将输入电流I2谷值控制在一个固定值，且该固定值大于零，这样确保输入电流I2是连续的。传统峰值电流控制无法确保输入电流连续，会由于输入电压的变化或者负载的变化导致临界或断续模式出现。峰值电流控制的一个好处是，当一个电子变压器拖多个LED驱动器时，通过闭环控制环路的设计可以降低每个LED驱动器的输入电流峰值，使得电子变压器总输出电流峰值下降，有利于更多LED驱动器并联使用而不会超出电子变压器的额定电流值或者触发过载保护。

请参照图4所示，第三种控制方法为固定输入电流I2的谷值，调整输入电流I2峰值，输入电流I2峰值在不同的时段被控制在不同的固定值，输入电流I2峰值具有至少两个固定值，固定值的变化呈周期性重复，从而达到输入电流I2峰值的分段控制。考虑到兼容不同功率的LED负载，特别是低功率的应用，在峰值电流控制的基础上，加入峰值分段控制，以便兼顾低功率和适应电子变压器的需求。输入电流I2的谷值保持不变，当输入电流I2到达设定谷值时LED驱动器的内部开关动作，使输入电流I2上升，当输入电流I2上升到闭环控制环路设定的峰值时，LED驱动器的内部开关再次动作，使输入电流I2下降。本控制方式中，输入电流I2峰值分为两种：峰值1和峰值2，峰值1在整流桥后输入电压V2过零时触发，该触发可以是利用输入电压V2的下降沿或者上升沿触发。在连接有切相调光器的系统中，这个输入电压过零信号可以同时作为切相调光导通角度的检测，从而相应控制LED驱动器的输出电流值。峰值1的幅值可以是固定，也可以根据功率需求调节，但是最小值必须保证电子变压器驱动磁芯饱和，同时，峰值1的维持时间可以是固定的一个时间，也可以随LED驱动器开关频率或者电子变压器开关频率改变；峰值2则是由LED驱动器内部环路设定，根据输入信号或者输出信号自动进行调节，从而适应不同功率不同输入输出电压的需求，峰值2的维持时间根据峰值1的维持时间被动调节，峰值1和峰值2的维持时间之和等于电子变压器开关周期的一半。从功能来看，峰值1主要是适应电子变压器正常工作的要求，而峰值2则是满足不同功率输出的要求，分段的峰值控制可以同时实现功率和兼容性的兼顾。

请参考图5所示，第四种控制方法为在不同的时段使输入电流I2具有不同的谷值和峰值，电流峰值具有至少两个固定值，电流谷值具有至少两个固定值，对应的电流峰值和电流谷值呈周期性变化，从而实现输入电流I2峰值和谷值的分段控制。该控制方法采用滞环控制，输入电流I2工作在连续状态，输入电流I2的峰峰值保持不变，但是可以根据闭环控制环路的设定进行整体上升或下降。对应第三种控制方法，就是对峰值2进行调节，由于峰峰值保持不变，在调节峰值2的时候，其实谷值也在相应变化。峰值1在整流桥后输入电压V2过零触发，同样，峰值1的幅值可以是固定，也可以根据功率需求调节，但是最小值必须保证电子变压器驱动磁芯的饱和。同时，峰值1的维持时间可以是固定的，也可以随LED驱动器开关频率或者电子变压器开关频率改变。第四种控制方法可以根据需求固定峰峰值，方便根据不同的需要设计LED驱动器的电感感值和计算开关频率。    

请参照图6所示，本实用新型一种LED驱动器1，包括直流变换单元12、控制直流变换单元12的控制单元10和LED负载（未图示）。直流变换单元12给LED负载供电。控制单元10还包括用于控制LED驱动器1的输入电流I2峰值的峰值控制单元（未标号）和用于控制所述LED驱动器1的输入电流I2谷值的谷值控制单元（未标号）。

本实用新型的控制单元10既具有谷值控制单元又具有峰值控制单元，使得LED驱动器1的控制单元10可以同时控制输入电流的峰值和谷值。当LED驱动器1与电子变压器（未图示）连接时，本实用新型LED驱动器1可以通过上述多种不同的控制方式，在控制输入电流峰值的同时，控制输入电流的谷值始终为一个大于零的值。本实用新型LED驱动器1可以将输入电流峰值控制在可以使电子变压器驱动磁芯（未图示）饱和的范围内，同时保证输入电流谷值不会为零，使得电子变压器半桥开关（未图示）能够保持正常开关频率。因此，本实用新型LED驱动器1能够保证在LED驱动器1连接不同负载、尤其是轻载的情况下电子变压器能够正常输出，从而提高LED驱动器1对各种电子变压器的兼容性。

谷值控制单元包括输入电流采样单元103、信号处理单元105以及比较电路101。信号处理单元105提供参考信号，输入电流采样单元103采样输入电流信号，输入电流信号与参考信号通过比较电路101后输出控制信号。峰值控制单元包括输入电流采样单元103、信号处理单元105以及比较电路102。信号处理单元105提供参考信号，输入电流采样单元103采样输入电流信号，输入电流信号与参考信号通过比较电路后输出控制信号。本实施例中，峰值控制单元和谷值控制单元共用同一输入电流采样单元103以及同一信号处理单元105。其他实施例中，峰值控制单元和谷值控制单元也可以分别采用不同的信号处理单元和输入电流采样单元。

本实施例中，谷值控制单元的比较电路101包括比较器U1，比较器U1的输入端（未标号）具有正极和负极。比较器U1的正极连接输入电流信号，比较器U1的负极连接参考信号。峰值控制单元的比较电路102包括比较器U2，比较器U2的输入端（未标号）具有正极和负极，比较器U2的负极连接输入电流信号，比较器U2的正极连接参考信号。

输入电流采样单元103采样完整的输入电流。当LED驱动器1用第一种控制方法控制输入电流时，峰值控制单元的输入端正极接入的参考信号为一固定值，从而使得输入电流的峰值固定。而谷值控制单元的输入端负极接入的参考信号为一变量，根据这个变量调节输入电流的谷值。当LED驱动器1采用第二种控制方式控制输入电流时，谷值控制单元的输入端负极接入的参考信号的值为一固定值，从而使得输入电流的谷值固定。峰值控制单元的输入端正极接入的参考信号的值为一变量，根据这个变化的参考信号值控制输入电流的峰值。当LED驱动器1用第三种控制方法控制输入电流时，谷值控制单元的输入端负极接入的参考信号值为一固定值，从而使得输入电流的谷值固定。峰值控制单元的输入端正极接入的参考信号的值为两个变量，根据变化的参考信号值控制输入电流的峰值1和峰值2。当LED驱动器1用第四种控制方法控制输入电流时，峰值控制单元的输入端正极接入的参考信号的值为两个变量，根据变化的参考信号值控制输入电流的峰值1和峰值2。谷值控制单元的输入端负极接入的参考信号的值也为两个变量，谷值参考信号值由峰值参考信号值经过一个偏置电路（未图示）得到。

输入电流采样单元103包括对地的采样电阻Rs、连接采样电阻Rs的分压电阻R2以及叠加电路1031，叠加电路1031输入端连接一带隙参考值，叠加电路1031将带隙参考值与采样到的输入电流电压叠加，从而形成输入电流信号。本实施例中，采样电阻Rs的一端接地、另一端连接输入电流采样单元103，这样，输入电流采样单元103采样到的输入电流电压为负值，因此需要通过叠加电路1031叠加一带隙参考值，从而形成正值的输入电流信号。其他实施例中，也可以将输入电流采样单元103连接于采样电阻Rs和地之间，这样采样到的输入电流电压为正值，此时就不需要叠加电路1031引入一带隙参考值。叠加电路1031具有分压电阻R1，分压电阻R1一端连接带隙参考值，另一端与输入电流采样单元103的分压电阻R2并联。输入电流采样单元103采样完整的输入电流，形成输入电流信号。输入电流信号分别接入谷值控制单元和峰值控制单元。具体的，输入电流信号分别接入谷值控制单元的输入端正极以及峰值控制单元的输入端负极。谷值控制单元中，输入电流信号与谷值控制单元输入端负极的参考值比较，峰值控制单元中，输入电流信号与峰值控制单元输入端正极的参考值比较。当输入电流信号大于谷值参考值，LED驱动器1控制输入电流增大，当输入电流信号小于峰值参考值，LED驱动器1控制输入电流减小。本实用新型中输入电流信号为电压。

控制单元10还包括控制驱动单元106，谷值控制单元的输出端和峰值控制单元的输出端分别连接控制驱动单元106，控制驱动单元106连接直流变换单元12，谷值控制单元和峰值控制单元的输出信号通过控制驱动单元106控制直流变换单元12的导通和关断。

控制单元10还包括输出信号反馈单元104。本实施例中，信号处理单元105具有至少一个输入端a以及两个输出端c、d。输入端a连接输出信号反馈单元104，第一输出端c连接谷值控制单元的输入端，第二输出端d连接峰值控制单元的输入端。输出信号反馈单元104一端连接LED驱动器1的输出端，另一端连接信号处理单元105的输入端a，输出信号反馈单元104反馈输出信号给信号处理单元104。当LED驱动器1使用上述第一种控制方法控制输入电流时，输出信号经过信号处理单元104的处理后形成谷值参考值输入谷值参考单元101。当LED驱动器1使用上述第二种控制方法控制输入电流时，输出信号经过信号处理单元104的处理后形成峰值参考值输入峰值控制单元。

当LED驱动器1使用上述第三、第四种控制方法控制输入电流时，控制单元10还包括输入电压信号采样单元107，信号处理单元105还包括第二输入端b。输入电压信号采样单元107一端采样LED驱动器1的输入电压，另一端连接信号处理单元105的第二输入端b。本实施例中，输入电压信号采样单元107包括分压电阻R3、R4，两个电阻R3、R4串联连接，电阻R3一端连接LED驱动器1的输入端采样输入电压，另一端连接电阻R4；电阻R4一端连接电阻R3，另一端接地。信号处理单元105的第二输入端b连接于电阻R3和电阻R4之间。此时，信号处理单元105的输入信号由两个，一个是输入电压V2的信号，经过电阻R3、R4进行分压输入信号处理单元105，在信号处理单元105可以通过一个电压比较器（未图示）对输入电压V2进行过零检测，也可以通过其他方式来处理输入电压V2信号；另外一个是输出信号，即输出信号反馈单元104反馈的信号，该信号可以是输出电压也可以是输出电流，用于使输出电压或者输出电流恒定。信号处理单元105利用这两个反馈信号，输出合适的电流峰值参考值和谷值参考值，可以非常方便地实现本专利提出的四种电流控制方式。

通过本实用新型的电流控制方法，可以使得LED驱动器1可以根据电子变压器的工作特点，对LED驱动器的输入电流的峰值和谷值进行合理的控制，从而保证电子变压器在不同负载，尤其在轻载的情况下实现正常输出，避免在连接LED负载时出现异常保护、间歇性工作和噪声等问题，提高LED驱动器对各种电子变压器的兼容。

Claims (10)

1.一种LED驱动器，包括直流变换单元、控制所述直流变换单元的控制单元和LED负载，所述直流变换单元给所述LED负载供电，其特征在于，所述控制单元包括用于控制所述LED驱动器的输入电流峰值的峰值控制单元和用于控制所述LED驱动器的输入电流谷值的谷值控制单元。

2.如权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述谷值控制单元包括输入电流采样单元、信号处理单元以及比较电路，所述信号处理单元提供参考信号，所述输入电流采样单元采样输入电流信号，所述输入电流信号与所述参考信号通过所述比较电路后输出控制信号。

3.如权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述峰值控制单元包括输入电流采样单元、信号处理单元以及比较电路，所述信号处理单元提供参考信号，所述输入电流采样单元采样输入电流信号，所述输入电流信号与所述参考信号通过所述比较电路后输出控制信号。

4.如权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述峰值控制单元和所述谷值控制单元共用同一输入电流采样单元以及同一信号处理单元。

5.如权利要求2至4中任意一项所述的LED驱动器，其特征在于，所述输入电流采样单元采样完整的输入电流，形成输入电流信号，其包括对地的采样电阻、连接采样电阻的分压电阻以及叠加电路，所述叠加电路输入端连接一带隙参考值，所述叠加电路将所述带隙参考值与所述采样到的输入电流叠加，从而形成输入电流信号。

6.如权利要求5所述的LED驱动器，其特征在于，所述叠加电路具有分压电阻，所述分压电阻一端连接所述带隙参考值，另一端与所述输入电流采样单元的分压电阻并联。

7.如权利要求2至4中任意一项所述的LED驱动器，其特征在于，所述控制单元还包括输出信号反馈单元，所述输出信号反馈单元一端连接所述直流变换单元的输出端，另一端连接所述信号处理单元，所述输出信号反馈单元反馈输出信号给所述信号处理单元。

8.如权利要求7所述的LED驱动器，其特征在于，所述控制单元还包括输入电压信号采样单元，所述输入电压信号采样单元一端采样所述LED驱动器的输入电压，另一端连接所述信号处理单元。

9.如权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述信号处理单元具有至少一个输入端以及两个输出端，所述第一输出端连接所述谷值控制单元的输入端，所述第二输出端连接所述峰值控制单元的输入端。

10.如权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述控制单元还包括控制驱动单元，所述谷值控制单元的输出端和所述峰值控制单元的输出端分别连接所述控制驱动单元，所述控制驱动单元连接所述直流变换单元，所述谷值控制单元和所述峰值控制单元的输出信号通过所述控制驱动单元控制所述直流变换单元的导通和关断。

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