CN207150908U - 一种高功率因数的线性恒流led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路，包括整桥输入电路和LED串，还包括第一MOS管、第二MOS管、第一电阻、第二电阻、第一放大器、第二放大器、电容和积分器，该具有功率因数校正功能的LED线性恒流驱动电路通过MOS电阻采样整流电路输出的电压，通过积分器采样输出电流的平均值，经过计算后对LED电流进行控制，使LED输出瞬时电流跟随输入交流电压线性变化，该电路结构简单，且成本低，且LED输出平均电流不随输入交流电压和LED负载电压变化，具有较高的电流精度。

Description

一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路

技术领域

本实用新型涉及LED驱动电路领域，特别涉及一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路。

背景技术

LED灯具因为耗能低，使用寿命长和光效高等优点在照明和装饰等领域得到了广泛应用。为了减少对电网的谐波污染，提高输入侧功率因数，功率因数校正技术在LED灯具中的应用也逐渐普及。

一般带有功率因数校正功能的LED驱动电路采用开关电源驱动技术或者分段线性恒流技术，电流精度不高，结构较复杂并且成本较高，不适用于低成本小功率LED驱动电源，目前的LED电路具有以下两种形式：

第一种是由整流桥输入电路、led串、放大器、MOS管和采样电阻组成的现有线性恒流LED驱动电路。该电路不具有功率因数校正功能，LED瞬时电流恒定等于参考电压Vref/采样电阻RS。

第二种是现有的一种具有功率因数校正功能的分段线性恒流LED驱动电路，该电路包括整流桥输入电路、led串、恒流控制电路、MOS管和采样电阻组成，该电路实现功率因数校正的方式为：LED灯串随着输入电压变化而分段导通，当输入电压较低时，只有部分LED灯串导通；当输入电压较高时，所有LED灯串导通，从而实现输入功率随输入交流电压改变，该电路的缺点是结构较复杂，需要使用较多LED灯珠，LED灯珠利用率不高。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种电路结构简单，且成本低的一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路，包括整流桥输入电路和LED串，还包括第一MOS管、第二MOS管、第一电阻、第二电阻、第一放大器、第二放大器、电容和积分器，所述整流桥输入电路与LED串正极连接，所述第一MOS管的漏极与LED串负极连接，所述第一电阻的一端分别与第一MOS管的源极和积分器的输入端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述积分器的输出端与第一放大器的同向输入端连接，所述第一放大器的反向输入端与参考电压连接，所述第一放大器的输出端与第二MOS管的栅极连接，第二MOS管的漏极分别与第二放大器的同向输入端和第二电阻的一端连接，第二MOS管的源极接地，所述第二电阻的另一端与LED串的输出端连接，所述第二放大器的反向输入端与积分器的输入端连接，所述电容的一端与第一放大器的输出端连接，所述电容的另一端接地。

本实用新型还公开了一种高功率因数的线性恒流LED驱动方法，包括上述的一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路，设参考电压为Vref，第一电阻电阻值为RS，第二MOS管的等效电阻值为R_{ON_N2}，当LED串输出平均电流大于Vref/RS时，积分器采集平均电流后输出的电压值大于Vref，使得第一放大器的输出电压增大，使得第二MOS管的等效电阻值R_{ON_N2}减小，第二MOS管与第二电阻分压后输入第二放大器同相输入端的电压平均值减小，使得第二放大器输入第一MOS管栅极电压平均值减小，从而使得第一MOS管导通电阻平均值增大，使得LED串输出平均电流减小，当系统通过反馈达到稳定时，LED平均电流维持在

进一步的是：第二MOS管(4)工作在线性区，并与第二电阻(9)构成分压电阻串，使第二放大器(7)的同相输入端电压跟随整流桥输出电压变化，LED瞬时电流跟随输入交流电压变化，LED灯串瞬时电流与整流桥后的正弦电压信号同相位，即输入功率与正弦电压信号同相位。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的LED驱动电路通过闭环反馈调节，使第一电阻上的第一电压的平均值与参考电压值相等，使得LED平均电流维持在同时LED瞬时电流跟随交流输入电压变化，LED灯串瞬时电流与整流桥后的正弦电压信号同相位，即输入功率与正弦电压信号同相位，使驱动电路具有较高的功率因数。

附图说明

图1为一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路示意图。

图2为一种高功率因数的线性恒流LED驱动时序图。

图3为现有的线性恒流LED驱动电路图。

图4为现有的分段线性恒流LED驱动电路图。

图中标记为：整流桥输入电路1、LED串2、第一MOS管3、第二MOS管4、积分器5、第一放大器6、第二放大器7、第一电阻8、第二电阻9、电容10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示的、一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路，包括整流桥输入电路1和LED串2，还包括第一MOS管3、第二MOS管4、第一电阻8、第二电阻9、第一放大器6、第二放大器7、电容10和积分器5，所述整流桥输入电路1与LED串2正极连接，所述第一MOS管3的漏极与LED串2负极连接，所述第一电阻8的一端分别与第一MOS管3的源极和积分器5的输入端连接，所述第一电阻8的另一端接地，所述积分器5的输出端与第一放大器6的同向输入端连接，所述第一放大器6的反向输入端与参考电压连接，所述第一放大器6的输出端与第二MOS管4的栅极连接，第二MOS管4的漏极分别与第二放大器7的同向输入端和第二电阻9的一端连接，第二MOS管4的源极接地，所述第二电阻9的另一端与LED串2的输出端连接，所述第二放大器7的反向输入端与积分器5的输入端连接，所述电容10的一端与第一放大器6的输出端连接，所述电容10的另一端接地。

其工作原理如下所述：上述电路的第一电阻8为采样电阻，流过LED灯串的平均电流在采样电阻RS上产生的电压经过积分器5计算得到平均值再输入到第一放大器6的正向输入端并与第一放大器6反向端输入的参考电压比较并运算，当第一放大器6的正向输入端电压大于参考电压时，第一放大器6输出电压增大，当第一放大器6的正向输入端电压小于参考电压时，第一放大器6输出电压减小，第一放大器6的输出电压用于控制第二MOS管4，第二MOS管4工作在线性区，相当于一个可变电阻，其等效阻值由第一放大器6的输出电压控制，即当第一放大器6输出电压高时，第二MOS管4的等效电阻小，当第一放大器6输出电压低时，第二MOS管4的等效电阻大，第二MOS管4与其串联的第二电阻9构成分压电阻结构，当第二MOS管4的等效电阻小时，第二放大器7的同向输入端电压小，从而使得第一MOS管3的栅极电压值减小，第一MOS管3的导通电阻值增大，从而使得LED平均电流逐渐减小至(参考电压/第一电阻8)，并稳定至(参考电压/第一电阻8)，因此上述电路的设置，则LED输出平均电流稳定为Vref为参考电压值，RS为第一电阻8值；根据放大器的特性，因为负反馈原理，使得第一放大器6同相输入端和反相输入端电压相等使得LED平均电流不随交流输出电压和LED电压而变化，LED输出平均电流具有较高的精度。电容10用于稳定第二MOS管4的栅极电压，在系统稳定工作后，MOS管4的栅极电压基本维持不变，第二MOS管4的等效电阻基本维持不变，第二电阻9和第二MOS管4构成分压电阻，使第二放大器7的同相输入端电压跟随整流桥输出电压变化，流过LED灯串的瞬时电流在第一电阻8上产生的瞬时电压跟随第二放大器7的同相输入端电压变化，即跟随整流桥输出电压变换，从而实现LED灯串的瞬时电流随输入交流电压改变、输入功率随输入交流电压改变，即实现功率因数校正功能。

进一步解释为：设参考电压为Vref，第一电阻8电压为RS，第二MOS管4的等效电阻值为R_{ON_N2}，当LED串2输出平均电流大于Vref/RS时，积分器5采集平均电流后输出的电压值大于Vref，使得第一放大器6的输出电压增大，使得第二MOS管4的等效电阻值R_{ON_N2}减小，第二MOS管4与第二电阻9分压后输入第二放大器7同相输入端的电压平均值减小，使得第二放大器7输入第一MOS管3栅极电压平均值减小，从而使得第一MOS管3导通电阻平均值增大，使得LED串2输出平均电流减小，以此实现闭环控制。

进一步解释为：整流桥输入电路1的正弦电压可表示为V_AC＝1.414×Vin×|sinwt|，其中Vin是交流市电有效值，LED灯串负端的电压信号可以表示为：V_LED-＝V_AC-V_OUT，其中VOUT为LED灯串上的电压降，第二电阻9和第二MOS管4的等效电阻R_{ON_N2}构成的分压电阻对LED灯串负端的电压进行分压，分压后得到的信号连接到第二放大器7的同相端输入端，该电压可以表示为：任意时刻，流过LED灯串的瞬时电流I_OUT在第一电阻8即采样电阻RS上产生的电压与第二放大器7同相端电压相等，即：任意时刻LED瞬时电流可以表示为：根据以上等式可知，LED灯串瞬时电流与整流桥后的正弦电压信号同相位，即输入功率与正弦电压信号同相位，所以该LED驱动电路具有较高的功率因数。

因此，本实用新型结构简单，成本低，并且LED输出平均电流不随输入电压和LED负载电压改变，具有较好的调整率，非常适用于低成本小功率LED驱动电源。

本实用新型还公开了一种高功率因数的线性恒流LED驱动方法，包括上述的一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路，设参考电压为Vref，第一电阻8电压为RS，第二MOS管4的等效电阻值为R_{ON_N2}，当LED串2输出平均电流大于Vref/RS时，积分器5采集平均电流后输出的电压值大于Vref，使得第一放大器6的输出电压增大，使得第二MOS管4的等效电阻值R_{ON_N2}减小，第二MOS管4与第二电阻9分压后输入第二放大器7同相输入端的电压平均值减小，使得第二放大器7输入第一MOS管3栅极电压平均值减小，从而使得第一MOS管3导通电阻平均值增大，使得LED串2输出平均电流减小，当系统通过闭环反馈达到稳定时，LED输出平均电流维持在同时，LED灯串瞬时电流与整流桥后的正弦电压信号同相位，即输入功率与正弦电压信号同相位，所以该LED驱动电路具有较高的功率因数。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高功率因数的线性恒流LED驱动电路，包括整流桥输入电路(1)和LED串(2)，其特征在于：还包括第一MOS管(3)、第二MOS管(4)、第一电阻(8)、第二电阻(9)、第一放大器(6)、第二放大器(7)、电容(10)和积分器(5)，所述整流桥输入电路(1)与LED串(2)正极连接，所述第一MOS管(3)的漏极与LED串(2)负极连接，所述第一电阻(8)的一端分别与第一MOS管(3)的源极和积分器(5)的输入端连接，所述第一电阻(8)的另一端接地，所述积分器(5)的输出端与第一放大器(6)的同向输入端连接，所述第一放大器(6)的反向输入端与参考电压连接，所述第一放大器(6)的输出端与第二MOS管(4)的栅极连接，第二MOS管(4)的漏极分别与第二放大器(7)的同向输入端和第二电阻(9)的一端连接，第二MOS管(4)的源极接地，所述第二电阻(9)的另一端与LED串(2)的输出端连接，所述第二放大器(7)的反向输入端与积分器(5)的输入端连接，所述电容(10)的一端与第一放大器(6)的输出端连接，所述电容(10)的另一端接地。