CN213755045U - 一种驱动电路 - Google Patents

Abstract

为了解决现有驱动方案在高频斩波场合无法正常工作，或无法获得精度较高的LED电流的技术问题，本实用新型提出了一种驱动电路，包括恒压源和可调电路，恒压源的第一端用于连接负载的第一端，可调电路包括：可调电压源，可调电压源的第一端与恒压源的第二端连接；斩波开关，斩波开关的第一端与可调电压源的第二端连接，斩波开关的第二端用于连接负载的第二端；控制电路，控制电路的第一端用于连接负载的第一端，控制电路的第二端与斩波开关的第三端连接，控制电路的第三端与可调电压源的第三端连接，控制电路用于控制斩波开关，还用于根据负载电流信号控制可调电压源的电压，使可调电压源的电压和恒压源的电压之和与目标电压相匹配。

Description

一种驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电路电子领域，具体涉及一种驱动电路。

背景技术

在植物照明领域，常常用如图1所示的驱动电路来为植物照明的LED灯具供电。开关S0作为斩波开关，使LED灯具接收到的直流电为高频斩波直流电，电流波形如图2所示。为了植物能够更好的光合作用，或者更高效的使用照明电能，斩波开关S0的频率f通常在兆赫以上。

在图1的驱动电路中，前级的恒定电压源Q0输出一个电压幅值恒定不变的直流电，而为了稳定LED灯具的亮度，需要在LED灯支路中串联限流模块A1，该限流模块A1的电路结构图如图3所示，实时检测LED灯的电流通过检测电阻R0，并将检测值I_LED与预先设定值Iref比较，控制限流模块两端的阻抗，以使LED灯支路的电流与预先设定值相等。

而当图1的电路使用在植物照明领域时，由于斩波开关的工作频率f属于高频领域，即兆赫以上，也即斩波开关的导通时间很短，在较短的导通时间内，限流模块需要较快速的调整动作才能使LED的电流等于预设值，但现有的限流模块的调整速度是不可能在兆赫以上的斩波时间内调整完毕的。因此，现有的驱动方案不能使用在植物照明领域中，会导致LED灯电流无法稳定在预定的幅值上，也就使LED灯的亮度不稳定，不利于操控LED灯具的亮度。

因此，有必要提供一种方案，解决现有的驱动方案在高频斩波场合无法正常工作，或者无法获得精度较高的LED电流的技术问题。

实用新型内容

在植物照明领域，需要LED灯电流波形是被高频斩波的PWM波形，而现有的驱动方案在高频斩波场合无法正常工作，或者无法获得精度较高的LED电流。为了解决现有的驱动方案在高频斩波场合无法正常工作，或者无法获得精度较高的LED电流的技术问题，本实用新型提出了一种驱动电路，本实用新型具体是以如下技术方案实现的。

本实用新型提供一种驱动电路，包括恒压源和可调电路，所述恒压源的第一端用于连接负载的第一端，所述可调电路包括：

可调电压源，所述可调电压源的第一端与所述恒压源的第二端连接；

斩波开关，所述斩波开关的第一端与所述可调电压源的第二端连接，所述斩波开关的第二端用于连接所述负载的第二端；

控制电路，所述控制电路的第一端用于连接所述负载，所述控制电路的第二端与所述斩波开关的第三端连接，所述控制电路的第三端与所述可调电压源的第三端连接，所述控制电路用于控制所述斩波开关，还用于根据负载电流信号控制所述可调电压源的电压，使所述可调电压源的电压和所述恒压源的电压之和与目标电压相匹配。

本实用新型提供的驱动电路的进一步改进在于，所述可调电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述可调电压源的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述恒压源的第一端连接。

本实用新型提供的驱动电路的进一步改进在于，所述可调电压源包括晶体管，所述晶体管的第一端与所述恒压源的第二端连接，所述晶体管的第二端与所述斩波开关的第一端连接，所述晶体管的第三端与所述控制电路连接，所述控制电路用于根据所述负载电流信号控制所述晶体管的阻抗以控制所述可调电压源的电压。

本实用新型提供的驱动电路的进一步改进在于，所述控制电路包括用于生成PWM信号的PWM发生器，所述PWM发生器与所述斩波开关的第三端连接。

本实用新型提供的驱动电路的更进一步改进在于，所述PWM发生器还用于调节所述PWM信号的占空比或频率。

本实用新型提供的驱动电路的更进一步改进在于，所述控制电路还包括采样模块和比较模块；

所述采样模块与所述恒压源连接，所述采样模块用于连接所述负载并采样所述负载电流信号；

所述比较模块分别与所述采样模块和所述可调电压源连接，所述比较模块用于根据所述负载电流信号和基准信号生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述可调电压源。

本实用新型提供的驱动电路的更进一步改进在于，所述比较模块包括第二电容、第一电阻和运算放大器，所述运算放大器的反相输入端分别与所述第二电容的第一端和所述采样模块连接，所述运算放大器的同相输入端用于接收所述基准信号，所述第二电容的第二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述运算放大器的输出端和所述可调电压源的第三端连接。

本实用新型提供的驱动电路的更进一步改进在于，所述采样模块包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述比较模块连接，所述第二电阻的第一端还用于连接所述负载，所述第二电阻的第二端分别与接地端和所述恒压源的第一端连接，所述第二电阻用于采样负载电流幅值并生成所述负载电流信号，其中，采样频率低于所述PWM信号的频率。

本实用新型提供的驱动电路的更进一步改进在于，所述采样模块还包括滤波单元和比值运算器；

所述滤波单元包括第三电阻和第三电容，所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端接地，所述滤波单元用于根据所述第二电阻采样的负载电流生成电流均值信号；

所述比值运算器的第一端与所述第三电阻的第二端连接，所述比值运算器的第二端与所述PWM发生器连接，所述比值运算器的第三端与所述比较模块连接，所述比值运算器用于根据所述电流均值信号和所述PWM信号的占空比生成电流幅值信号，所述电流幅值信号作为所述负载电流信号。

本实用新型提供的驱动电路的进一步改进在于，包括多个所述可调电路，多个所述可调电路用于一一对应地连接多组所述负载。

本实用新型应用于植物照明领域，可以维持斩波开关的高频工作；删去了现有技术中的限流模块，使斩波开关的斩波频率不受限制，有利于植物的光合作用，也不需要限流模块在斩波开关的极短的导通时间内调整好LED电流；控制电路的环路速度可以远低于斩波开关的工作速度，降低了电路的设计难度。

为了给LED灯提供稳定的直流电，通过检测其平均电流，结合斩波开关的占空比、通过比值运算，获得LED灯在斩波开关导通时间内的电流幅值，与基准信号比较后调整前级可调电压源的输出电压幅值，使电源的输出电压幅值大小往目标电压的方向调整，以便达到LED灯电流幅值等于目标电流的效果，稳定了LED灯的电流，提高其电流控制精度，使LED灯的亮度稳定而可控。本实用新型适用于高频斩波场合下，能够获得高精度LED电流。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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为现有技术中的驱动电路的电路图。

图2为图1中LED灯的电流图。

图3为图1中限流模块的电路图。

图4为本实用新型实施例1提供的驱动电路的电路图。

图5为图4中LED灯的电流图。

图6为本实用新型实施例1中晶体管与其他元件的电路连接关系图。

图7为本实用新型实施例1中控制电路与其他元件的电路连接关系图。

图8为本实用新型实施例2提供的驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有的驱动方案在高频斩波场合无法正常工作，或者无法获得精度较高的LED电流的技术问题，本实用新型提出了一种驱动电路，本实用新型具体是以如下技术方案实现的。

结合图4所示，本实施例1提供的驱动电路，包括恒压源Qs和可调电路，恒压源Qs的第一端用于连接负载的第一端，可调电路包括：

可调电压源Qr，可调电压源Qr的第一端与恒压源Qs的第二端连接；

斩波开关S1，斩波开关S1的第一端与可调电压源Qr的第二端连接，斩波开关S1的第二端用于连接负载的第二端；

控制电路L，控制电路L的第一端用于连接负载，控制电路L的第二端与斩波开关S1的第三端连接，控制电路L的第三端与可调电压源Qr的第三端连接，控制电路L用于控制斩波开关S1，还用于根据负载电流信号控制可调电压源Qr的电压，使可调电压源Qr的电压和恒压源Qs的电压之和与目标电压相匹配。

本实施例1中，目标电压为负载在额定电流下呈现出的电压值。本实施例1中，恒压源Qs和可调电压源Qr相串联，两者串联后一同作为该电回路中其他元件(包括负载)的电源，其他元件得到的电压为恒压源Qs的输出电压与可调电压源Qr的输出电压之和；其中，恒压源Qs的输出电压大小固定不变，可调电压源Qr的输出电压大小可以受到控制电路L的控制。控制电路L一方面输出斩波信号给斩波开关S1，使斩波开关S1工作在斩波信号控制下，从而工作在开通和关断状态；另一方面，控制电路L可以检测负载的负载电流信号，根据负载电流信号控制可调电压源Qr的电压。本实施例1中根据负载电流信号控制可调电压源Qr的电压，使可调电压源Qr的电压和恒压源Qs的电压之和与目标电压相匹配，其中，目标电压为负载在额定电流下呈现出的电压值；具体地，相匹配可以是指相等，也可以是和值与目标电压保持在预设差值范围内。本实施例1中负载为LED灯。

进一步地，可调电路还包括第一电容C1，第一电容C1的第一端与可调电压源Qr的第二端连接，第一电容C1的第二端与恒压源Qs的第一端连接。

为了让恒压源Qs和可调电压源Qr更好地在高频斩波场合下工作，避免损坏恒压源Qs和可调电压源Qr，本实施例1中在可调电压源Qr的第二端连接第一电容C1的第一端，在恒压源Qs的第一端连接第一电容C1的第二端。

结合图6所示，进一步地，可调电压源Qr包括晶体管T，晶体管T的第一端与恒压源Qs的第二端连接，晶体管T的第二端与斩波开关S1的第一端连接，晶体管T的第三端与控制电路L连接，控制电路L用于根据负载电流信号控制晶体管T的阻抗以控制可调电压源Qr的电压。

可调电压源Qr包括可变阻抗的晶体管T，晶体管T可以为MOS管(金属—氧化物—半导体场效应晶体管T)或者三极管。本实施例1中，晶体管T为N沟道场效应管，N沟道场效应管的漏极与恒压源Qs连接，N沟道场效应管的源极与斩波开关S1连接，N沟道场效应管的栅极与控制电路L连接。控制电路L可以控制晶体管T并改变晶体管T两端的阻抗，以改变晶体管T两端的电压，改变恒压源Qs与晶体管T的输出电压之和，使恒压源Qs与晶体管T的输出电压之和往目标电压的方向调整。

结合图7所示，进一步地，控制电路L包括用于生成PWM信号的PWM发生器U0，PWM发生器U0与斩波开关S1的第三端连接。本实施例1中，斩波开关S1接收控制电路L输出的斩波信号，斩波信号为PWM信号。

更进一步地，PWM发生器U0还用于调节PWM信号的占空比D或频率。本实施例1中，PWM发生器U0可以调节PWM信号的占空比D，用户可以根据对LED灯亮度的需求调节PWM发生器U0，从而调节PWM信号的占空比D。当需要将LED亮度调高时，用户可以控制PWM发生器U0而增大占空比D。当需要将LED亮度降低时，用户可以控制PWM发生器U0而减小占空比D。

更进一步地，控制电路L还包括采样模块和比较模块；采样模块与恒压源Qs连接，采样模块用于连接负载并采样负载电流信号；比较模块分别与采样模块和可调电压源Qr连接，比较模块用于根据负载电流信号和基准信号Vref生成控制信号，并根据控制信号控制可调电压源Qr。

更进一步地，比较模块包括第二电容C2、第一电阻R1和运算放大器U1，运算放大器U1的反相输入端分别与第二电容C2的第一端和采样模块连接，运算放大器U1的同相输入端用于接收基准信号Vref，第二电容C2的第二端与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端分别与运算放大器U1的输出端和可调电压源Qr的第三端连接。

更进一步地，采样模块包括第二电阻R2，第二电阻R2的第一端与比较模块连接，第二电阻R2的第一端还用于连接负载，第二电阻R2的第二端分别与接地端和恒压源Qs的第一端连接，第二电阻R2用于采样负载电流幅值并生成负载电流信号，其中，采样频率低于PWM信号的频率。

本实施例1中，通过第二电阻R2进行采样，在第二电阻R2两端的电压信号可以代表LED灯支路的电流信号(为PWM波形的电流信号)，即，在第二电阻R2两端的电压信号可以表征负载电流信号，因此，第二电阻R2可以采样负载电流幅值并生成负载电流信号；本实施例1中，比较模块可以将基准信号Vref与实时采样得到的信号直接进行比较，根据比较结果控制晶体管T的阻抗，使电源(恒压源Qs和可调电压源Qr串联形成的电源)两端的电压幅值往目标电压的方向调整，以使LED电流等于目标电流，其中，目标电压为负载在额定电流下呈现出的电压值，目标电流为负载的额定电流。基准信号Vref可以根据负载的需求决定，不同的负载需要不同幅值的电流，本实施例1中，基准信号Vref的值可以等于采样电阻的阻值与负载额定电流的乘积。在其他实施例中，目标电流和基准信号Vref的值也可以由用户所需的LED灯的亮度决定，在确定目标电流时可以根据实际需求确定电流值，只要该电流值不超过LED灯的额定电流即可，再根据目标电流与采样电阻的阻值确定基准信号Vref的电压值。

本实施例1中，控制可调电压源Qr的输出电压的幅值大小，使电源的输出电压往目标电压的方向调整，例如，目标电压为50V，恒压源Qs的输出电压为40V，当前可调电压源Qr的输出电压为8V，则电源的电压为48V，也就是说，欲得到“电源的输出电压往目标电压的方向调整”则需要调整可调电压源Qr的输出电压增大；若当前可调电压源Qr的输出电压为13V，则调整可调电压源Qr的输出电压减小。

进一步地，采样模块还包括滤波单元和比值运算器U2；滤波单元包括第三电阻R3和第三电容，第三电阻R3的第一端与第二电阻R2的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端接地，滤波单元用于根据第二电阻R2采样的负载电流生成电流均值信号；比值运算器U2的第一端与第三电阻R3的第二端连接，比值运算器U2的第二端与PWM发生器U0连接，比值运算器U2的第三端与比较模块连接，比值运算器U2用于根据电流均值信号和PWM信号的占空比D生成电流幅值信号，电流幅值信号作为负载电流信号。

本实施例1中，滤波单元和比值运算器U2可以分别对第二电阻R2采样得到的信号进行滤波和均值化处理，得到可以表征负载电流幅值的信号，将其传输至比较模块，比较模块将该信号与基准信号Vref进行比较。根据比较结果控制可调电压源Qr的输出电压的幅值大小，使电源的输出电压往目标电压的方向调整，以使比值运算器U2的比值运算结果等于目标电流与采样电阻的乘积。本实施例1将采样得到的信号进行滤波和均值化处理后，再输入至比较模块，该方案便于操作，对其后级电路要求较低，便于实现。本实施例1中，目标电压为负载在额定电流下呈现出的电压值，目标电流为负载的额定电流。

控制电路L一方面输出斩波信号给斩波开关S1，使斩波开关S1工作在斩波信号控制下并工作在开通、关断状态；另一方面检测LED灯的平均电流或LED电流幅值，当检测的是LED灯的平均值时，通过比值运算器U2将平均电流检测值与斩波信号的占空比D作比值运算，并预先设定LED灯的电流值(目标电流)；在比较模块中，将比值运算的结果或者LED电流幅值与目标电流比较，根据比较结果控制可调电压源Qr的输出电压的幅值大小，使电源的输出电压往目标电压的方向调整，以使比值运算结果或者LED电流幅值等于目标电流。

实施例2：

本实施例2中，驱动电路可以包括多个可调电路，多个可调电路用于一一对应地连接多组负载。如图8所示，n个可调电路用于一一对应地连接n组负载,当LED灯负载为n路时，每路LED灯负载对应一个斩波开关、一个可调电压源，多路LED负载共用一个恒压源Qs。多路输出的驱动电路中，允许各路LED灯的电压不相同，通过每个支路中的可调电压源两端的电压调节，补足该路LED灯的电压差值，使每路的可调电压源与LED灯电压之和相等恒压源的参数电压。每组LED负载可以包括串联的多个LED灯。图8中有n组可调电路，第一组可调电路中包括第一组可调电压源Qr1、第一组第一电容C1、第一组斩波开关S1、第一组控制电路L1，第一组可调电路用于连接第一组负载LED1；第n组可调电路中包括第n组可调电压源Qrn、第n组第一电容Cn、第n组斩波开关Sn、第n组控制电路Ln，第n组可调电路用于连接第n组负载LEDn。

本实用新型可以维持斩波开关S1的高频工作；并且不存在限流模块，也不需要限流模块在斩波开关S1的极短的导通时间内调整好LED电流，而是对高频的LED灯电流进行平均值采样，如图5所示，采样数个、数十个或者更多数目的周期内的LED灯的电流幅值、或者LED灯的平均电流，通过电流幅值或平均值来控制可调电压源Qr，采样周期长使控制电路L的环路速度可以远低于斩波开关S1的工作速度，使控制电路L对可调电压源Qr的控制脱离了斩波开关S1的工作频率的限制，降低了电路的设计难度。

本实用新型应用于植物照明领域，删去了现有技术中的限流模块，并且可以使斩波开关S1的斩波频率不受限制，有利于植物的光合作用。为了给LED灯提供稳定的直流电，通过检测其平均电流，结合斩波开关S1的占空比D、通过比值运算，获得LED灯在斩波开关S1导通时间内的电流幅值，与基准信号Vref比较后调整前级可调电压源Qr的输出电压幅值，使电源的输出电压幅值大小往目标电压的方向调整，以便达到LED灯电流幅值等于目标电流值的效果，稳定了LED灯的电流，提高其电流控制精度，使LED灯的亮度稳定而可控。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括恒压源(Qs)和可调电路，所述恒压源(Qs)的第一端用于连接负载的第一端，所述可调电路包括：

可调电压源(Qr)，所述可调电压源(Qr)的第一端与所述恒压源(Qs)的第二端连接；

斩波开关(S1)，所述斩波开关(S1)的第一端与所述可调电压源(Qr)的第二端连接，所述斩波开关(S1)的第二端用于连接所述负载的第二端；

控制电路(L)，所述控制电路(L)的第一端用于连接所述负载，所述控制电路(L)的第二端与所述斩波开关(S1)的第三端连接，所述控制电路(L)的第三端与所述可调电压源(Qr)的第三端连接，所述控制电路(L)用于控制所述斩波开关(S1)，还用于根据负载电流信号控制所述可调电压源(Qr)的电压，使所述可调电压源(Qr)的电压和所述恒压源(Qs)的电压之和与目标电压相匹配。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述可调电路还包括第一电容(C1)，所述第一电容(C1)的第一端与所述可调电压源(Qr)的第二端连接，所述第一电容(C1)的第二端与所述恒压源(Qs)的第一端连接。

3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述可调电压源(Qr)包括晶体管(T)，所述晶体管(T)的第一端与所述恒压源(Qs)的第二端连接，所述晶体管(T)的第二端与所述斩波开关(S1)的第一端连接，所述晶体管(T)的第三端与所述控制电路(L)连接，所述控制电路(L)用于根据所述负载电流信号控制所述晶体管(T)的阻抗以控制所述可调电压源(Qr)的电压。

4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制电路(L)包括用于生成PWM信号的PWM发生器(U0)，所述PWM发生器(U0)与所述斩波开关(S1)的第三端连接。

5.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述PWM发生器(U0)还用于调节所述PWM信号的占空比或频率。

6.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述控制电路(L)还包括采样模块和比较模块；

所述采样模块与所述恒压源(Qs)连接，所述采样模块用于连接所述负载并采样所述负载电流信号；

所述比较模块分别与所述采样模块和所述可调电压源(Qr)连接，所述比较模块用于根据所述负载电流信号和基准信号生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述可调电压源(Qr)。

7.如权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述比较模块包括第二电容(C2)、第一电阻(R1)和运算放大器(U1)，所述运算放大器(U1)的反相输入端分别与所述第二电容(C2)的第一端和所述采样模块连接，所述运算放大器(U1)的同相输入端用于接收所述基准信号，所述第二电容(C2)的第二端与所述第一电阻(R1)的第一端连接，所述第一电阻(R1)的第二端分别与所述运算放大器(U1)的输出端和所述可调电压源(Qr)的第三端连接。

8.如权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述采样模块包括第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)的第一端与所述比较模块连接，所述第二电阻(R2)的第一端还用于连接所述负载，所述第二电阻(R2)的第二端分别与接地端和所述恒压源(Qs)的第一端连接，所述第二电阻(R2)用于采样负载电流幅值并生成所述负载电流信号，其中，采样频率低于所述PWM信号的频率。

9.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所述采样模块还包括滤波单元和比值运算器(U2)；

所述滤波单元包括第三电阻(R3)和第三电容(C3)，所述第三电阻(R3)的第一端与所述第二电阻(R2)的第一端连接，所述第三电阻(R3)的第二端与所述第三电容(C3)的第一端连接，所述第三电容(C3)的第二端接地，所述滤波单元用于根据所述第二电阻(R2)采样的负载电流生成电流均值信号；

所述比值运算器(U2)的第一端与所述第三电阻(R3)的第二端连接，所述比值运算器(U2)的第二端与所述PWM发生器(U0)连接，所述比值运算器(U2)的第三端与所述比较模块连接，所述比值运算器(U2)用于根据所述电流均值信号和所述PWM信号的占空比生成电流幅值信号，所述电流幅值信号作为所述负载电流信号。

10.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，包括多个所述可调电路，多个所述可调电路用于一一对应地连接多组所述负载。

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