CN210444531U

CN210444531U - 线性led驱动系统及效率补偿电路

Info

Publication number: CN210444531U
Application number: CN201920514505.8U
Authority: CN
Inventors: 刘娜; 张炜; 邓超; 张洪波; 王佳; 陈泽强
Original assignee: BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Current assignee: BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2029-04-16

Abstract

本实用新型提供一种线性LED驱动系统，包括电源电路，输出电路，功率管，输出采样电路，功率管瞬时电流控制电路，功率管平均电流控制电路及效率补偿电路。功率管瞬时电流控制电路的第一输入端与输出采样电路耦合，输出端与功率管控制端耦合，用于控制功率管中流过电流的瞬时值。功率管平均电流控制电路的第一输入端与输出采样电路耦合，第二输入端与第一参考信号耦合。效率补偿电路的第一输入端与电源电路的输出端耦合，采样母线电压，第二输入端与功率管平均电流控制电路输出端耦合，输出端与功率管瞬时电流控制电路的第二输入端耦合，用于向功率管瞬时电流控制电路提供一与母线电压变化趋势相反的第二参考信号，以实现功率管的效率补偿。

Description

线性LED驱动系统及效率补偿电路

技术领域

本申请涉及LED驱动技术领域，尤其涉及一种线性LED调光系统中的效率补偿电路。

背景技术

在线性LED调光驱动系统中，如图1所示，AC电源Vac通过Triac调光器连接到整流桥上。在Triac调光器的作用下，线电压产生带切角的半波波型。这样的常规电路可以被定义为线性LED驱动系统的电源电路10，当然，如果没有Triac调光器，那么所述电源电路10输出的波形就是没有被切的半波波形。在图1所示的线性LED调光驱动系统中，电源电路10的输出，即系统的母线电压经过一二极管最后为LED输出负载提供能量，当母线电压足够大，使二极管导通，那么通过二极管的能量同时为LED负载及输出电容供电；当母线电压不够大，二极管不导通时，输出电容为LED负载提供能量。如图所示，我们可以将LED输出负载、输出电容，及R5这一部分常规电路，定义为线性LED驱动系统的输出电路11。当然，为了使LED负载能够得到稳定的电流输出，我们通常需要相关的控制电路对功率管13进行控制，如图1所示，相关控制电路包括：功率管瞬时电流控制电路12、功率管平均电流控制电路14，R3是输出电流采样电路，用于采样系统的输出电流。

如图2所示，图2为图1的线性LED调光系统关键节点的波形图。以130V/60mA为例，R3上的电压Visen用来反应流过功率管的电流值。图2中在bus电压大于LED电压时，Visen是一个DC值，不随线电压的变化而变化，在bus电压达到峰值的时候，功率管工作在高电压高电流的情况下，损耗较大。此时，流过LED中的电流ILED成三角波，纹波较大，大约37mA，约为额定输出值的+/-31％，需要进一步增大输出电容或者增加额外的去纹波电路来达到客户对输出电流纹波的要求，增加了系统成本。

可见，如何在线性LED调光驱动系统中对功率管进行效率补偿，以及提高LED输出负载的光效，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请目的在于提供一种线性LED驱动系统、及应用其的效率补偿电路，以保证能在功率管导通过程中对效率进行补偿，同时，还能够提高LED输出负载的光效。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种线性LED驱动系统，包括与AC电流源耦合的电源电路，及与输出LED耦合的输出电路，其特征在于，所述线性LED驱动系统还包括：

与所述输出电路耦合的功率管；

与所述功率管第一端耦合的输出采样电路；

功率管瞬时电流控制电路，第一输入端与所述输出采样电路耦合，输出端与所述功率管控制端耦合，用于控制所述功率管中流过电流的瞬时值；

功率管平均电流控制电路，第一输入端与所述输出采样电路耦合，第二输入端与第一参考信号耦合；以及

效率补偿电路，第一输入端与所述电源电路的输出端耦合，采样母线电压，第二输入端与所述功率管平均电流控制电路输出端耦合，输出端与所述功率管瞬时电流控制电路的第二输入端耦合；用于向所述功率管瞬时电流控制电路提供一与所述母线电压变化趋势相反的第二参考信号，从而使得所述功率管导通过程中的效率得到补偿。

优选的，所述效率补偿电路包括相位移动电路。

在一实施例中，所述相位移动电路是通过模拟电路实现。

在一实施例中，所述相位移动电路是通过数字电路实现。

优选的，所述效率补偿电路还包括信号处理电路。

在一实施例中，所述信号处理电路包括减法电路。

在一实施例中，所述信号处理电路包括除法电路。

本申请还提供一种效率补偿电路，应用于线性LED驱动系统中，包括：

第一输入端，与所述线性LED驱动系统的电源电路耦合，采样母线电压；

第二输入端，获得第三采样信号；

输出端，与功率管瞬时电流控制电路耦合；

所述效率补偿电路将所述母线电压及所述第三采样信号进行信号运算，向所述功率管瞬时电流控制电路提供一与所述母线电压变化趋势相反的第二参考信号，从而使得线性LED驱动系统的功率管在导通过程中的效率得到补偿。

优选的，所述效率补偿电路包括相位移动电路。

在一实施例中，所述相位移动电路是通过模拟电路实现。

在一实施例中，所述相位移动电路是通过数字电路实现。

优选的，所述效率补偿电路还包括信号处理电路。

在一实施例中，所述信号处理电路包括减法电路。

在一实施例中，所述信号处理电路包括除法电路。

从上述的技术方案可以看出，本申请通过引入母线电压的采样信号Vbus反作用于环路的补偿信号COMP，得到受线电压调制(反向变化)的功率管瞬时电流基准信号Vref2，通过功率管瞬时电流控制电路使得Visen的瞬时值等于Vref2，从而使得功率管不再是在大电压大电流下导通，对其效率进行的补偿；同时，在实施例中，增加了相位移动电路能够提高LED输出负载的光效，解决了现有技术的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有线性LED调光驱动系统框图；

图2为为图1的线性LED调光系统关键节点的波形图；

图3为为本申请线性LED驱动系统的系统框图；

图4为本申请补偿电路的一实施例示意图；

图5为本申请效率补偿最优时系统相关节点波形图；

图6为本申请补偿电路中加入相位移动电路后系统各关键节点波形图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图3，图3为本申请线性LED驱动系统的系统框图。如图所示，本申请实施例公开了一种线性LED驱动系统，包括与AC电流源耦合的电源电路20，与输出LED耦合的输出电路21，以及连接在两者之间的二极管D，关于线性LED驱动系统的基本原理以及所述电源电路20、输出电路21，都是以常规电路为例，在此不做详细说明。

如图3所示，本申请所述线性LED驱动系统还包括：与所述输出电路耦合的功率管23；与所述功率管第一端耦合的输出采样电路R3，其中功率管第二端与输出电路21耦合。

功率管瞬时电流控制电路22，第一输入端与所述输出采样电路耦合，采样获得表征功率管及输出电流的信号Visen，输出端与所述功率管控制端耦合，用于控制所述功率管23中流过电流的瞬时值；

功率管平均电流控制电路24，第一输入端与所述输出采样电路耦合，采样获得表征功率管及输出电流的信号Visen，第二输入端与第一参考信号耦合；以及

效率补偿电路26，第一输入端与所述电源电路20的输出端耦合，采样母线电压Vbus，需要说明的是，本实施例中，母线电压Vbus是通过连接在所述电源电路20输出端的，串联在一起的R1和R2分压的方式采样获得。第二输入端与所述功率管平均电流控制电路24输出端耦合，输出端与所述功率管瞬时电流控制电路22的第二输入端耦合；用于向所述功率管瞬时电流控制电路22提供一与所述母线电压变化趋势相反的第二参考信号Vref2，从而使得所述功率管导通过程中的效率得到补偿。

请参考图4，图4是本申请补偿电路的一实施例示意图，在本实施例中，所述补偿电路26依然可以应用于上述线性LED驱动系统中，系统中其他电路相似，这里不再详细描述。

所述效率补偿电路26包括相位移动电路261。

在一实施例中，所述相位移动电路261是通过模拟电路实现；当然在其他实施例中，所述相位移动电路也可以是通过数字电路实现。如图4所示，补偿电路26产生Vref2，Vref2输入到功率管瞬时电流控制电路22的正端，本实施例中，所述功率管瞬时电流控制电路22是运算放大器Opa1，Opa1的负端接反应功率管电流的电压信号Visen，Opa1的作用是使得Visen的瞬时值等于Vref2，其形状如同图5所示的随线电压增加而减小的倒碗状的形状。

功率管平均电流控制电路24，在本实施例中是运算放大器Opa2，其输入是DC电压Vref1以及反应功率管电流的电压信号Visen，Opa2的作用是使得Visen的平均值等于Vref1，从而保证LED的输出电流恒定，并且实现了闭环控制。补偿电路26的输入为Vbus信号和环路补偿信号COMP，该信号近似为一直流电压，Vbus输入到补偿电路26，先输入相位移动电路261(Phase shift电路)，产生信号Vp。根据对系统效率以及LED电流纹波光效的要求来选取合适的相移值。Phase shift电路可以模拟电路的方法实现，也可以用数字电路的方法实现，不局限于图中所示的RC实现方式。Opa3和Opa4将Vp和COMP信号转化为电流，再进行运算，最后通过电阻再转回电压产生信号Vref2。

所述效率补偿电路26还包括信号处理电路。在本实施例中，所述信号处理电路包括减法电路，本实施例中Vref2＝K*(VCOMP-Vp)，由公式可以看出Vref2随着Vbus的增加而减小的趋势。Vref2的产生除了可以采用减法还可以采用除法，所有可以让Vref2与Vbus变化趋势相反的电路都可以采用不以此为限。

请一并参阅图5和图2，其中图5是本申请效率补偿最优时系统相关节点波形图。由两图的比较可以获知：

基于图2，本申请引入线电压的采样信号Vbus反作用于环路的补偿信号COMP，得到受线电压调制的功率管瞬时电流基准信号Vref2，也即第二参考信号，通过Opa1使得Visen的瞬时值等于Vref2，从而得到图5所示的系统波形。当Vin大于VLED之后，Visen随着Vbus电压的增大而减小，在bus电压达到峰值的时候，功率管里流过的电流最小，功率管工作在高电压小电流的相对安全的工作区域。与图2相比系统效率可以提高3％～4％左右。此时，流过LED的电流ILED形状分为3个部分，在充电部分出现两段，第一段从42.7mA充到65.5mA，第二段从65.5mA充到78.7mA，然后当Vin小于VLED阶段，ILED从78.6mA放电至43.2mA，纹波电流减小到36mA，约为额定输出值的+/-30％，纹波电流以及峰值电流较图2小，光效优于图2。

请参考图6，图6是本申请补偿电路中加入相位移动电路后系统各关键节点波形图。将bus电压产生一定相移之后引入到补偿电路，得到如图6所示的系统各关键节点波形。流过LED的电流ILED形状和图5一样分3个部分，在充电部分出现两段，第一段从42mA充到70.4mA，第二段从70.4mA充到76.2mA，然后进入第三段从76.2mA放电至42mA，纹波为34.2mA，约为额定输出值的+/-28％，与图5相比系统效率相当，输出电流纹波更小，输出电流峰值也更小，光效更优。我们可以通过在bus端引入的相移大小，在提高系统效率的同时，得到满足客户要求的输出电流波形，提高输出LED的光效。

本申请还提供一种效率补偿电路26，应用于线性LED驱动系统中，其特征在于，包括：

第二输入端，获得第三采样信号；

输出端，与功率管瞬时电流控制电路耦合；

优选的，所述效率补偿电路包括相位移动电路。

在一实施例中，所述相位移动电路是通过模拟电路实现。

在一实施例中，所述相位移动电路是通过数字电路实现。

优选的，所述效率补偿电路还包括信号处理电路。

在一实施例中，所述信号处理电路包括减法电路。

在一实施例中，所述信号处理电路包括除法电路。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，所述程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种线性LED驱动系统，包括与AC电流源耦合的电源电路，及与输出LED耦合的输出电路，其特征在于，所述线性LED驱动系统还包括：

与所述输出电路耦合的功率管；

与所述功率管第一端耦合的输出采样电路；

2.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于，所述效率补偿电路包括相位移动电路。

3.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于，所述相位移动电路是通过模拟电路实现。

4.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于，所述相位移动电路是通过数字电路实现。

5.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于，所述效率补偿电路还包括信号处理电路。

6.根据权利要求5所述的线性LED驱动系统，其特征在于，所述信号处理电路包括减法电路。

7.根据权利要求5所述的线性LED驱动系统，其特征在于，所述信号处理电路包括除法电路。

8.一种效率补偿电路，应用于线性LED驱动系统中，其特征在于，包括：

第二输入端，获得第三采样信号；

输出端，与功率管瞬时电流控制电路耦合；

9.根据权利要求8所述的效率补偿电路，其特征在于，所述效率补偿电路包括相位移动电路。

10.根据权利要求9所述的效率补偿电路，其特征在于，所述相位移动电路是通过模拟电路实现。

11.根据权利要求9所述的效率补偿电路，其特征在于，所述相位移动电路是通过数字电路实现。

12.根据权利要求8所述的效率补偿电路，其特征在于，所述效率补偿电路还包括信号处理电路。

13.根据权利要求12所述的效率补偿电路，其特征在于，所述信号处理电路包括减法电路。

14.根据权利要求12所述的效率补偿电路，其特征在于，所述信号处理电路包括除法电路。