CN211930938U - 高功率因数低谐波的led驱动电路及led装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于LED驱动的技术领域，公开了一种高功率因数低谐波的LED驱动电路及LED装置，通过分压电路对直流电压进行分压以生成参考电压，钳位电路输出与参考电压相等的模拟量信号；恒流电路根据模拟量信号对输出电流进行控制以使所述输出电流与模拟量信号成正比，或者对输出电流进行控制以使输出电流与参考电压成正比使得恒流电路的输出电流与直流电压成正比，从而降低了高功率因数低谐波的LED驱动电路的谐波失真。

Description

高功率因数低谐波的LED驱动电路及LED装置

技术领域

本实用新型属于LED驱动的技术领域，尤其涉及一种高功率因数低谐波的LED驱动电路及LED装置。

背景技术

传统的LED驱动电路一般采用恒流驱动，而对于利用运算放大器和开关元件实现的恒流驱动一般存在着功率因数低和谐波失真过大的问题，尤其对于大功率的LED驱动电路，其功率因数低和谐波失真的问题就更明显。故传统的LED驱动电路将其改进为通过利用分段式驱动电路对LED进行驱动，从而提高其功率因数，但是该种驱动方式下仍然没有解决其谐波失真过大的问题。因此，需要一种高功率因数低谐波的LED驱动电路，用以解决LED驱动中存在的谐波失真过大的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种高功率因数低谐波的LED驱动电路及LED装置，旨在解决传统的技术方案中存在的谐波失真过大的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种高功率因数低谐波的LED驱动电路，所述高功率因数低谐波的LED驱动电路包括分压电路、LED组件、N个钳位电路、N+1个恒流电路以及限流组件；

所述分压电路配置为当接入直流电压时，对所述直流电压进行分压以生成参考电压；

所述LED组件包括依次串联的N+1个负载，所述N+1个负载包括第一负载至第N+1个负载，所述第一负载的正极接入直流电压，第k个负载的负极与第k+1个负载的正极连接；其中，N为大于等于1的整数，k为小于等于于N的正整数；

第i个钳位电路，与所述分压电路连接，配置为当所述参考电压小于所述第i个钳位电路的钳位电压且当所述参考电压大于等于所述第i-1个钳位电路的钳位电压时，输出与所述参考电压相等的模拟量信号；其中，i为小于等于N的正整数；

第j个恒流电路，与所述第j个钳位电路、第j个负载、第j+1个负载以及所述限流组件连接，配置为根据所述模拟量信号对输出电流进行控制以使所述输出电流与所述模拟量信号成正比；其中，j为小于等于N的正整数；

第N+1个恒流电路，与第N+1个负载、所述分压电路以及所述限流组件连接，配置为当所述参考电压大于等于所述第N个钳位电路的钳位电压且所述参考电压小于上限电压时，对输出电流进行控制以使所述输出电流与所述参考电压成正比；

所述限流组件配置为对所述恒流电路的输出电流进行限流。

在第一方面的其中一实施例，N个钳位电路均包括钳位组件，所述钳位组件包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一场效应管和第一电阻；

所述第一运算放大器的同相输入端为钳位电路的参考电压输入端，所述第二运算放大器的同相输入端为钳位电路的钳位电压输入端，所述第一运算放大器的反相输入端、第二运算放大器的反相输入端和第一场效应管的源极和第一电阻的第一端共同构成钳位电路的输出端，所述第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端共接于第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极与内部电源连接，所述第一电阻的第二端与电源地连接。

在第一方面的其中一实施例，N个恒流电路均包括恒流组件，所述恒流组件包括第三运算放大器和第二场效应管；

所述第三运算放大器的同相输入端为恒流组件的模拟量信号输入端，所述第三运算放大器的输出端与第二场效应管的栅极连接，所述第三运算放大器的负相输入端与第二场效应管的源极共同构成恒流组件的输出电流输出端，所述第二场效应管的漏极为恒流组件的输入电压输入端；

所述第N+1个恒流电路包括第四运算放大器和第三场效应管；

所述第四运算放大器的同相输入端为第N+1个恒流电路的上限电压输入端，所述第四运算放大器的输出端与第三场效应管的栅极连接，所述第四运算放大器的负相输入端与第三场效应管的源极共同构成第N+1个恒流电路的输出电流输出端，所述第三场效应管的漏极为第N+1个恒流电路的输入电压输入端。

在第一方面的其中一实施例，所述分压电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第二端与第三电阻的第一端共同构成分压电路的参考电压输出端；所述第二电阻的第一端为分压电路的直流电压第一输入端，所述第三电阻的第二端为分压电路的直流电压第二输入端。

在第一方面的其中一实施例，所述高功率因数低谐波的LED驱动电路还包括：

与交流电连接，用于对交流电进行整流以生成直流电压的整流电路。

在第一方面的其中一实施例，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的正极与第四二极管的正极共同构成整流电路的第二直流电压输出端，所述第一二极管的负极与第二二极管的正极共同构成整流电路的第一交流电输入端，所述第二二极管的负极与第三二极管的负极共同构成整流电路的第一直流电压输出端，所述第三二极管的正极与第四二极管的负极共同构成整流电路的第二交流电输入端。

本实用新型实施例的第二方面提供一种LED装置，LED装置包括第一方面任一实施例所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路。

上述的高功率因数低谐波的LED驱动电路通过设置N个钳位电路和N+1个恒流电路；当参考电压小于第i个钳位电路的钳位电压且当参考电压大于等于第i-1个钳位电路的钳位电压时，第i个钳位电路输出与参考电压相等的模拟量信号给第j个恒流电路，第j个恒流电路根据模拟量信号对输出电流进行控制以使所述输出电流与模拟量信号成正比；第N+1个恒流电路当所述参考电压大于等于所述第N个钳位电路的钳位电压且所述参考电压小于上限电压时，对输出电流进行控制以使所述输出电流与参考电压成正比；因此在N个钳位电路和N+1个恒流电路因此在从而使得LED驱动电路的输出电流保持与直流电压成正比，减小了LED驱动电路的谐波失真。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一实施例提供的高功率因数低谐波的LED驱动电路的原理框图；

图2为本申请一实施例提供的钳位组件的电路原理图；

图3为本申请一实施例提供的恒流组件的电路原理图；

图4为本申请一实施例提供的第N+1个恒流电路的电路原理图；

图5为本申请一实施例提供的分压电路的电路原理图；

图6为本申请另一实施例提供的高功率因数低谐波的LED驱动电路的原理框图；

图7为本申请一实施例提供的整流电路的电路原理图；

图8为本申请一实施例提供的高功率因数低谐波的LED驱动电路的电路原理图；

图9为本申请高功率因数低谐波的LED驱动电路的输出电压电流波形。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种高功率因数低谐波的LED驱动电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下，一种高功率因数低谐波的LED驱动电路，高功率因数低谐波的LED驱动电路1包括分压电路101、LED组件11、N个钳位电路、N+1个恒流电路以及限流组件14。

分压电路101配置为当接入直流电压时，对直流电压进行分压以生成参考电压。

LED组件11包括依次串联的N+1个负载，N+1个负载包括第一负载111至第N+1个负载11n+1，第一负载111的正极接入直流电压，第k个负载的负极与第k+1个负载的正极连接；其中，N为大于等于1的整数，即相当于LED组件11至少包括2个负载；其中，k为不大于N的正整数。

N个钳位电路中的第i个钳位电路12i与分压电路101连接，第i个钳位电路12i输入参考电压，第i个钳位电路12i还配置为当参考电压小于第i个钳位电路12i的钳位电压且当参考电压大于等于第i-1个钳位电路的钳位电压时，输出与参考电压相等的模拟量信号；其中，第i-1个钳位电路的钳位电压小于第i个钳位电路12i的钳位电压；其中，i为小于等于N的正整数，因为N是大于等于1的整数，因此i的最小值为1；需要注意的是，当N为1时，即i也为1的时候，则不存在第i-1个钳位电路，此时第一个钳位电路配置为当参考电压小于第一个钳位电路121的钳位电压，输出与参考电压相等的模拟量信号。

N+1个恒流电路包括N个恒流电路和第N+1个恒流电路。其中，N个恒流电路中的第j个恒流电路13j分别与第j个钳位电路、第j个负载、第j+1个负载以及限流组件14连接；第j个恒流电路13j还配置为根据模拟量信号对输出电流进行控制以使输出电流与模拟量信号成正比；其中，j为小于等于N的正整数。第j个恒流电路13j的输出电流与模拟量信号成正比，模拟量信号与参考电压相等，而参考电压由直流电压分压得到，因此当第j个恒流电路13j输出电流与直流电压成正比，LED驱动电路谐波失真较小。

第N+1个恒流电路13n+1分别与第N+1个负载11n+1、分压电路101以及限流组件14连接；第N+1个恒流电路13n+1还配置为当参考电压大于等于第N个钳位电路的钳位电压且参考电压小于上限电压时，对输出电流进行控制以使输出电流与参考电压成正比。其中，上限电压为参考电压在正常情况下的直流电压能到达的峰值。因为参考电压由直流电压分压得到，参考电压的波形是与直流电压的波形相同的，而且第N+1个恒流电路13n+1输出电流是与参考电压的波形成正比的，所以第N+1个恒流电路13n+1的输出电流与直流电压成正比，因此在第N+1个恒流电路13n+1输出的时候，LED驱动电路的谐波失真小。

限流组件14配置为对恒流电路的输出电流进行限流。

如图2所示，在一个实施例中，N个钳位电路均包括钳位组件，钳位组件包括：第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一场效应管Q1和第一电阻R1；第一运算放大器U1的同相输入端为钳位电路的参考电压输入端；第二运算放大器U2的同相输入端为钳位电路的钳位电压输入端；第一运算放大器U1的反相输入端、第二运算放大器U2的反相输入端和第一场效应管Q1的源极和第一电阻R1的第一端共同构成钳位电路的输出端；第一运算放大器U1的输出端和第二运算放大器U2的输出端共接于第一场效应管Q1的栅极；第一场效应管Q1的漏极与内部电源连接；第一电阻R1的第二端与电源地连接。

如图3所示，在一个实施例中，N个恒流电路均包括恒流组件，恒流组件包括第三运算放大器U3和第二场效应管Q2；第三运算放大器U3的同相输入端为恒流组件的模拟量信号输入端；第三运算放大器U3的输出端与第二场效应管Q2的栅极连接；第三运算放大器U3的负相输入端与第二场效应管Q2的源极共同构成恒流组件的输出电流输出端；第二场效应管Q2的漏极为恒流组件的输入电压输入端。

如图4所示，在一个实施例中，第N+1个恒流电路13n+1包括第四运算放大器U4和第三场效应管Q3；第四运算放大器U4的同相输入端为第N+1个恒流电路13n+1的上限电压输入端；第四运算放大器U4的输出端与第三场效应管Q3的栅极连接；第四运算放大器U4的负相输入端与第三场效应管Q3的源极共同构成第N+1个恒流电路13n+1的输出电流输出端；第三场效应管Q3的漏极为第N+1个恒流电路13n+1的输入电压输入端。

如图5所示，在一个实施例中，分压电路101包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端共同构成分压电路101的输出端；第二电阻R2的第一端为分压电路101的直流电压第一输入端，第三电阻R3的第二端为分压电路101的直流电压第二输入端。

如图6所示，在一个实施例中，高功率因数低谐波的LED驱动电路1还包括整流电路105，整流电路105与交流电连接，用于对交流电进行整流以生成直流电压。

如图7所示，在一个实施例中，整流电路105包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；第一二极管D1的正极与第四二极管D4的正极共同构成整流电路105的第二输出端，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极共同构成整流电路105的第一输入端，第二二极管D2的负极与第三二极管D3的负极共同构成整流电路105的第一输出端，第三二极管D3的正极与第四二极管D4的负极共同构成整流电路105的第二输入端。

下面结合工作原理对图8所示的作进一步说明，其中，图7所示的是N为2时的高功率因数低谐波的LED驱动电路的电路原理图，即高功率因数低谐波的LED驱动电路1包括整流电路105、分压电路101、LED组件11、两个钳位电路、三个恒流电路及限流组件14，限流组件14为电阻R4，其中LED组件11包括第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和第三发光二极管L3；应该注意的是，本实施例并不是对高功率因数低谐波的LED驱动电路1进行限制，而是其中一个实例性说明，不能据此认为高功率因数低谐波的LED驱动电路1的N只能取值为2。其中整流电路105对交流电进行整流输出直流电压，第二电阻R2和第三电阻R3对直流电压进行分压并且输出参考电压。

当参考电压不大于第一钳位电路121的钳位电压时，第一钳位电路121的第一运算放大器U1的正相输入端输入参考电压，第二运算放大器U2的正相输入端输入钳位电压V1，因为第一运算放大器U1的负相输入端、第二运算放大器U2的负相输入端、第一场效应管Q1的源极和第一电阻R1的第一端共接，第一运算放大器U1输出高电平给第一场效应管Q1的栅极，使得第一场效应管Q1导通，从而使得第一场效应管Q1的源极输出与参考电压相等的模拟量信号给第三运算放大器U3的正相输入端，因此第三运算放大器U3的输出端输出高电平给第一恒流电路131的第二场效应管Q2的栅极，使得第一恒流电路131的第二场效应管Q2导通，同时因为第三运算放大器U3的负相输入端、第二场效应管Q2的源极和限流组件14(第四电阻R4)的第一端共接，所以使得流过第一发光二极管L1的电流与模拟量信号成正比，从而使得流过第一发光二极管L1的电流与直流电压成正比，因此当只有第一发光二极管L1导通时，LED驱动电路的输出电流与直流电压成正比，谐波失真较小。

当参考电压大于第一钳位电路121的钳位电压时，且参考电压不大于第二钳位电路122的钳位电压时，又因为第一钳位电路121的第三运算放大器U3的负相输入端电压大于正相输入端，因此第一钳位电路121的第三运算放大器U3的输出端输出低电平使得第一恒流模块121的第二场效应管Q2截止，此时第二钳位电路122输出与参考电压相等的模拟量给第二恒流模块132的使第二恒流模块132的第二场效应管Q2导通，使得流过第一发光二极管L1和第二发光二极管L2的电流与直流电压成正比，所以当第一发光二极管L1和第二发光二极管L2均导通时，LED驱动电路的输出电流与直流电压成正比，谐波失真较小。

当参考电压大于第二钳位电路122的钳位电压时，第二钳位电路122的第三运算放大器U3的负相输入端的电压大于正相输入端的电压，第二钳位电路122的第三运算放大器U3输出端输出低电平使得第二钳位电路122的第二场效应管Q2截止，同时第四运算放大器U4输出高电平给第三场效应管Q3，使得第三场效应管Q3导通，使得流过第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和第三发光二极管L3的电流与参考电压成正比，从而使得流过第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和第三发光二极管L3的电流与直流电压成正比，因此在第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和第三发光二极管L3均导通的时候，本高功率因数低谐波的LED驱动电路1的输出电流和直流电压也是成正比的，谐波失真小。综上，高功率因数低谐波的LED驱动电路1的输出电流和直流电压的波形为如图9所示波形，其谐波失真较小。

本实用新型实施例还提供了一种LED装置，LED装置包括上列任一实施例的高功率因数低谐波的LED驱动电路，因为本实施例中的LED装置包括了上列任一项实施例的高功率因数低谐波的LED驱动电路，因此本实施例中的LED装置至少含有上列任一项实施例的高功率因数低谐波的LED驱动电路对应的有益效果。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高功率因数低谐波的LED驱动电路，其特征在于，

所述高功率因数低谐波的LED驱动电路包括分压电路、LED组件、N个钳位电路、N+1个恒流电路以及限流组件；

所述分压电路配置为当接入直流电压时，对所述直流电压进行分压以生成参考电压；

所述LED组件包括依次串联的N+1个负载，所述N+1个负载包括第一负载至第N+1个负载，所述第一负载的正极接入直流电压，第k个负载的负极与第k+1个负载的正极连接；其中，N为大于等于1的整数，k为小于等于N的正整数；

第i个钳位电路，与所述分压电路连接，配置为当所述参考电压小于所述第i个钳位电路的钳位电压且当所述参考电压大于等于所述第i-1个钳位电路的钳位电压时，输出与所述参考电压相等的模拟量信号；其中，i为小于等于N的正整数；

第j个恒流电路，与所述第j个钳位电路、第j个负载、第j+1个负载以及所述限流组件连接，配置为根据所述模拟量信号对输出电流进行控制以使所述输出电流与所述模拟量信号成正比；其中，j为小于等于N的正整数；

第N+1个恒流电路，与第N+1个负载、所述分压电路以及所述限流组件连接，配置为当所述参考电压大于等于所述第N个钳位电路的钳位电压且所述参考电压小于上限电压时，对输出电流进行控制以使所述输出电流与所述参考电压成正比；

所述限流组件配置为对所述恒流电路的输出电流进行限流。

2.如权利要求1所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路，其特征在于，N个钳位电路均包括钳位组件，所述钳位组件包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一场效应管和第一电阻；

所述第一运算放大器的同相输入端为钳位电路的参考电压输入端，所述第二运算放大器的同相输入端为钳位电路的钳位电压输入端，所述第一运算放大器的反相输入端、第二运算放大器的反相输入端和第一场效应管的源极和第一电阻的第一端共同构成钳位电路的输出端，所述第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端共接于第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极与内部电源连接，所述第一电阻的第二端与电源地连接。

3.如权利要求1所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路，其特征在于，N个恒流电路均包括恒流组件，所述恒流组件包括第三运算放大器和第二场效应管；

所述第三运算放大器的同相输入端为恒流组件的模拟量信号输入端，所述第三运算放大器的输出端与第二场效应管的栅极连接，所述第三运算放大器的负相输入端与第二场效应管的源极共同构成恒流组件的输出电流输出端，所述第二场效应管的漏极为恒流组件的输入电压输入端；

所述第N+1个恒流电路包括第四运算放大器和第三场效应管；

所述第四运算放大器的同相输入端为第N+1个恒流电路的上限电压输入端，所述第四运算放大器的输出端与第三场效应管的栅极连接，所述第四运算放大器的负相输入端与第三场效应管的源极共同构成第N+1个恒流电路的输出电流输出端，所述第三场效应管的漏极为第N+1个恒流电路的输入电压输入端。

4.如权利要求1所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路，其特征在于，所述分压电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第二端与第三电阻的第一端共同构成分压电路的参考电压输出端；所述第二电阻的第一端为分压电路的直流电压第一输入端，所述第三电阻的第二端为分压电路的直流电压第二输入端。

5.如权利要求1所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路，其特征在于，所述高功率因数低谐波的LED驱动电路还包括：

与交流电连接，用于对交流电进行整流以生成直流电压的整流电路。

6.如权利要求5所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路，其特征在于，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的正极与第四二极管的正极共同构成整流电路的第二直流电压输出端，所述第一二极管的负极与第二二极管的正极共同构成整流电路的第一交流电输入端，所述第二二极管的负极与第三二极管的负极共同构成整流电路的第一直流电压输出端，所述第三二极管的正极与第四二极管的负极共同构成整流电路的第二交流电输入端。

7.一种LED装置，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的高功率因数低谐波的LED驱动电路。

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