TWI565355B - High efficiency, high power factor LED driver circuit - Google Patents

Description

高效率、高功率因數的LED驅動電路

本發明涉及電子技術領域，更具體的說，涉及一種應用於LED裝置的驅動電路及其驅動方法。

隨著照明行業的不斷創新和迅速發展，加之節能和環保日益重要，LED照明作為一種革命性的節能照明技術，正在飛速發展。然而，由於LED燈的亮度與光輸出強度參數相關，其與它的電流及正向壓降成正比，並隨溫度變化而變化。因此，LED的驅動需要恆流電源，以保證LED使用的安全性，同時達到理想的發光強度。可見，選擇正確的LED驅動至關重要。沒有好的LED驅動電源的匹配，LED照明的優勢無法得以體現。

現有技術中，LED驅動電源多採用升壓型轉換方法。然而，基於降壓型結構的驅動電源可以與很多環路控制結構進行很好的匹配，而且不用考慮穩定性的限制，磁滯控制也適合在開關頻率變換比較快和輸入範圍較小的情況下應用。這種特性剛好滿足LED電源的要求。現有的降壓型轉換方法由於種種限制應用並不廣泛。

參考圖1，所示為一種現有的採用降壓轉換的LED驅動電路，包括功率級電路、控制電路和驅動電路等。採用這種實現方法，為了給控制電路提供供電電源，額外設置了一輔助繞組104與功率級電路中的電感105耦合來獲取電量，而增加了電感的體積，不符合當今小型化的需求。另外，由於功率級電路中的功率開關電晶體101和控制電路103不是在同一電位上，因此功率開關電晶體101的驅動器102需要採用浮驅動技術，增加了電路複雜度，成本也相對較高；並且，一般的浮驅動電路的損耗也比採用直接驅動方式的驅動電路的損耗大一些。

參考圖2，所示為另一種採用現有技術的降壓轉換的LED驅動電路，與圖1所述的驅動電路結構不同的地方在於：其採用一單獨的線性降壓電晶體201給所述控制電路提供供電電源。但是採用這種供電方法，線性穩壓電晶體的損耗會隨著交流輸入電源的變換而變化。對於輸入電源電壓較高的場合，線性穩壓電晶體的損耗也較大，並且是不可忽略的，使得驅動電路的轉換效率較低。同時，由於採樣電阻203只能採樣功率開關電晶體204導通時的輸出電感電流，使得控制電路202無法直接接收LED上的電流信號，因此LED電流的調整精度下降。尤其對於輸入電壓範圍較寬，輸出電感的電感量變化較大的場合，LED電流的調整精度會更差。

有鑒於此，本發明的目的在於提供一種高效率、高功率因數的LED驅動電路，以解決功率開關電晶體驅動電路複雜以及採樣精度不準的問題。

依據本發明一實施例的一種高效率、高功率因數的LED驅動電路，用以驅動一LED裝置，包括一整流橋，其接收一交流輸入電壓源以獲得第一輸入位準和第二輸入位準，其特徵在於，所述LED驅動電路進一步包括控制電路、LED電流檢測電路和功率級電路；其中，所述LED電流檢測電路與所述LED裝置連接，用以產生表徵所述LED裝置的驅動電流和期望驅動電流之間誤差的反饋信號；所述功率級電路包括一功率開關電晶體，所述功率開關電晶體的第一功率端連接至第一輸入位準，第二功率端連接至地；所述控制電路分別與所述LED電流檢測電路和所述功率級電路連接，用以根據接收到的所述反饋信號以及所述功率開關電晶體的汲極-源極電壓產生一控制信號；在每一開關周期內，當所述汲極-源極電壓到達谷底時，所述控制信號控制所述功率開關電晶體開通，在經過所述反饋信號表徵的一固定時間區間後，關斷所述功率開關電晶體，以保證所述LED裝置的驅動電流恆定，並且保證所述LED驅動電路的平均輸入電流跟隨所述交流輸入電壓源。

進一步的，所述控制電路包括關斷信號發生電路，開 通信號發生電路和邏輯電路；其中，所述開通信號發生電路，用以檢測所述汲極-源極電壓，當所述汲極-源極電壓到達谷底時，產生一開通信號；所述關斷信號發生電路，用以接收所述反饋信號，在經過所述反饋信號表徵的一固定時間區間後，產生一關斷信號；所述邏輯電路，分別與所述開通信號發生電路和所述關斷信號發生電路連接，以根據接收到的所述開通信號和所述關斷信號產生所述控制信號。

較佳的，所述關斷信號發生電路在所述功率開關電晶體導通時間區間內，將所述反饋信號與一斜坡信號進行比較，當所述斜坡信號到達所述反饋信號時，產生所述關斷信號。

較佳的，當檢測到所述汲極-源極電壓過零後的一預設延時時間後，產生所述開通信號。

較佳的，所述邏輯電路包括一RS觸發器，其重定端接收所述關斷信號，置位元端接收所述開通信號，輸出端的輸出信號作為所述控制信號。

較佳的，所述功率級電路為降壓型拓撲結構。

較佳的，LED驅動電路包括一由串聯連接在所述功率級電路的電感和所述LED裝置的公共連接點和地之間的二極體和電容組成的偏壓電源發生電路，所述二極體和所述電容的公共連接點處的電壓作為所述控制電路的偏壓電 源。

較佳的，所述功率級電路為升壓-降壓型拓撲結構。

較佳的，功率級電路中的輸出二極體和所述LED裝置的公共連接點處的電壓作為所述控制電路的偏壓電源。

較佳的，所述功率開關電晶體為一由串聯連接的第一功率開關電晶體和第二功率開關電晶體組成的複合功率開關電晶體；其中，所述第一功率開關電晶體的第一功率端為所述複合功率開關電晶體的第一功率端，所述第二功率開關電晶體的第二功率端為所述複合功率開關電晶體的第二功率端，所述第二功率開關電晶體的控制端為所述複合功率開關電晶體的控制端；並且，所述第一功率開關電晶體的控制端和所述第二功率開關電晶體的第二功率端之間連接一電壓基準源。

採用本發明的LED驅動電路，至少可以達到以下有益效果：(1)可以根據輸入電源和輸出電壓的關係，設置不同的週邊電路，而配置為與應用場合匹配的不同的降壓型驅動電路和升壓-降壓型驅動電路，從而可以應用於更多的場合；(2)由於功率開關電晶體與控制電路共地，因此可以採用直接驅動方式來驅動功率開關電晶體，減小了電路板的體積，降低了電路的成本；有利於降低驅動損耗，同時能較容易實現軟開關的驅動，減少開關損耗；(3)控制電路能直接接收LED的驅動電流的反饋資 訊，從而提高了LED電流的調製精度；並且保證平均輸入電流能夠跟隨正弦波輸入電壓源，獲得了一較高的功率因數；(4)控制電路中元器件的電源可以從功率級電路直接獲取，不再需要複雜的磁性元件如變壓器或者多繞組的電感以及功率開關電晶體等器件，從而進一步降低了成本和功率損耗。

101‧‧‧開關電晶體

102‧‧‧驅動器

103‧‧‧控制電路

104‧‧‧輔助繞組

105‧‧‧電感

201‧‧‧降壓電晶體

202‧‧‧控制電路

203‧‧‧採樣電阻

204‧‧‧功率開關電晶體

301‧‧‧控制電路

302‧‧‧關斷信號發生電路

303‧‧‧開通信號發生電路

304‧‧‧邏輯電路

305‧‧‧驅動電路

306‧‧‧檢測電阻

307‧‧‧誤差放大器

401‧‧‧偏壓電源電路

501‧‧‧電流源

502‧‧‧電容

503‧‧‧開關電晶體

504‧‧‧比較器

505‧‧‧單脈衝發生電路

506‧‧‧電阻

507‧‧‧電阻

508‧‧‧電容

509‧‧‧比較器

510‧‧‧延時單脈衝發生電路

511‧‧‧RS正反器

512‧‧‧關斷信號發生電路

513‧‧‧開通信號發生電路

601‧‧‧啟動電路

602‧‧‧上功率開關電晶體

603‧‧‧下功率開關電晶體

604‧‧‧穩壓電晶體

609‧‧‧二極體

610‧‧‧濾波電容

611‧‧‧輸出二極體

612‧‧‧輸出電感

614‧‧‧輸出電容

615‧‧‧LED裝置

617‧‧‧電阻

618‧‧‧電容

619‧‧‧電阻

620‧‧‧電容

621‧‧‧二極體

622‧‧‧電阻

C1‧‧‧輸出電容

C1’‧‧‧輸出電容

C2‧‧‧濾波電容

C3‧‧‧電容

D1‧‧‧輸出二極體

D1’‧‧‧輸出二極體

D2‧‧‧二極體

L1‧‧‧輸出電感

L1’‧‧‧輸出電感

Q1‧‧‧功率開關電晶體

Q1’‧‧‧功率開關電晶體

圖1所示為採用現有技術的一種降壓型LED驅動電路的原理圖；圖2所示為採用現有技術的另一種降壓型LED驅動電路的原理圖；圖3A所示為依據本發明一實施例的LED驅動電路的原理方塊圖；圖3B所示為圖3A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路的工作波形圖；圖4所示為依據本發明一實施例的具有偏壓電源的降壓型LED驅動電路的原理方塊圖；圖5A所示為依據本發明另一實施例的具有複合功率開關電晶體的降壓型LED驅動電路的原理方塊圖；圖5B所示為圖5A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路的控制電路的工作波形圖；圖6所示為依據本發明一實施例的LED驅動電路的 控制電路的原理方塊圖；圖7所示為依據本發明另一實施例的升壓-降壓型LED驅動電路的原理方塊圖。

以下結合附圖對本發明的幾個較佳實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公衆對本發明有徹底的瞭解，在以下本發明較佳實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。

參考圖3A，所示為依據本發明一實施例的LED驅動電路的原理方塊圖。在該實施例中，正弦波交流輸入電源AC經過整流橋和濾波電容C2後，轉換為一正弦半波直流輸入電壓V_in，其具有第一輸入位準V _in ⁺和第二輸入位準V _in ^-。以功率級電路為降壓型拓撲結構為例，功率開關電晶體Q1、輸出二極體D1、輸出電感L1、輸出電容C1構成一成降壓型拓撲結構的功率級電路。當然輸出電容C1並不是必須的，在某些應用場合，其可以省略。這裏，以功率開關電晶體Q1為N型功率MOSFET為例進行說明。功率開關電晶體Q1的汲極連接至所述第一輸入位準V _in ⁺，源極連接至地；輸出二極體D1連接在所述第二輸入位準V _in ^-和功率開關電晶體Q1的源極之間；輸出電感L1連接在所述LED裝置和所述第二輸入位準之間；輸出 電容C1並聯連接在所述LED裝置和輸出電感L1的公共連接點和功率開關電晶體Q1的源極之間，以減小所述LED裝置上的交流電流分量。

LED電流檢測電路包括檢測電阻306和誤差放大器307；其中檢測電阻306的一端與所述LED裝置連接，公共連接點為A，另一端與功率開關電晶體Q1的源極連接，公共連接點為B；誤差放大器307的反相輸入端連接至公共連接點B，同相輸入端藉由表徵LED裝置的期望驅動電流的電壓基準源V_ref連接至公共連接點A。由於檢測電阻306直接與LED裝置連接，因此可以直接獲得精確的LED裝置的驅動電流資訊V_sense；誤差放大器307將接收到的所述驅動電流資訊V_sense和電壓基準源V_ref之間的誤差進行放大以獲得表徵所述LED裝置的當前驅動電流與期望驅動電流之間誤差資訊的反饋信號V_error。

在該實施例中，控制電路301包括關斷信號發生電路302，開通信號發生電路303和邏輯電路304。其中，開通信號發生電路303接收功率開關電晶體Q1的汲極-源極電壓V_DS，當汲極-源極電壓V_DS到達谷底時，產生開通信號S_on；關斷信號發生電路302接收所述反饋信號V_error，並根據所述反饋信號V_error產生一具有固定時間區間的關斷信號S_off；邏輯電路分別接收開通信號S_on和關斷信號S_off來產生控制信號V_ctrl。

驅動電路305接收所述控制信號V_ctrl以相應的產生驅動信號V_G來直接驅動功率開關電晶體Q1。在該實施例 中，由於功率開關電晶體Q1的源極直接連接至地，並且和控制電路301共地，因此驅動信號V_G可以直接驅動功率開關電晶體Q1。

以下結合圖3B所示的圖3A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路的工作波形圖來詳細說明LED驅動電路的工作原理。

圖3A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路工作在電感電流斷續模式(DCM)。在每一開關周期內，在功率開關電晶體Q1的關斷時間區間內(包括電感電流i_L數值為零的時間區間)，電感L1，功率開關電晶體Q1的寄生電容以及線路阻抗發生諧振，因此功率開關電晶體Q1的汲極-源極電壓V_DS呈衰減的正弦波波形。藉由開通信號發生電路303檢測所述汲極-源極電壓V_DS，以在汲極-源極電壓V_DS的谷底處開通功率開關電晶體，以將開關損耗減小至最小甚至是零，實現功率開關電晶體Q1的軟開關。

然後，關斷信號發生電路302根據接收到的反饋信號V_error在一定的固定時間區間後產生一關斷信號S_off來關斷所述功率開關電晶體Q1。所述固定時間區間t_on的長度由反饋信號來控制。由於反饋信號表徵了LED驅動電路的當前驅動電流和期望輸出電流之間的差值，因此藉由反饋信號對固定時間區間的長度的調節，實現了功率開關電晶體Q1的導通時間長度的控制，進而對LED驅動電路的驅動電流進行相應調節，使之與期望驅動電流保持一致。 由於，在正弦半波輸入電壓V_in的線半周期內，反饋信號V_error基本保持不變，所以固定時間區間t_on基本保持不變，即導通時間的長度基本不變。

並且，由降壓型功率級電路的工作原理可以得知，電感電流峰值i_pk的數值可以表示為：

其中，V_LED表示LED裝置的驅動電壓即LED驅動電路的輸出電壓，L表示電感L1的電感值，t_on表示每一開關周期內功率開關電晶體Q1的導通時間長度。

由於在正弦半波輸入電壓V_in的線周期內V_LED基本不變，電感值L不變，導通時間長度t_on不變，因此電感電流峰值i_pk跟隨正弦半波輸入電壓V_in，峰值包絡線為一正弦波波形，因此，電感電流的平均值即輸入電流i_in與正弦半波輸入電壓V_in基本同相，圖3A所示的LED驅動電路獲得了一較高的功率因數。

可見，採用圖3A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路，LED電流檢測電路可以精確的檢測所述LED裝置的電流，從而獲得一精確的表徵當前驅動電流和期望驅動電流之間的誤差的反饋信號V _error ；控制電路根據所述反饋信號調節功率開關電晶體的導通時間長度，使得所述LED裝置的電流能夠維持基本恆定，並且提高了控制精度；同時，實現了功率因數校正，獲得了一較高的功率因數；並且，功率開關電晶體Q1採用直接驅動的方式，實現較簡單、使得電路更加穩定，成 本和驅動功耗也相對減小。

本領域技術人員可以輕易得知，功率開關電晶體Q1可以為不同類型的開關器件；LED電流檢測電路也可以為其他合適形式的檢測電路結構；輸出電感L1也可以連接在所述LED裝置和所述功率開關電晶體的第二功率端之間；輸出電容C1可以並聯連接至所述輸出回路等各種不同的連接方式。

參考圖4，所示為依據本發明一實施例的具有偏壓電源的降壓型LED驅動電路的原理方塊圖。在該實施例中，LED裝置、電感L1和檢測電阻306依次連接在第二輸入位準V_in ^-和功率開關電晶體Q1的源極之間。輸出電容C1與LED裝置並聯連接。並且在圖3A所示的降壓型LED驅動電路的實施例的基礎上，增加了偏壓電源電路401。所述偏壓電源提供電路401包括二極體D2和電容C3。其中，二極體D2的一端連接至所述LED裝置和輸出電感L1的公共連接點C，另一端連接電容C3的一端，電容C3的另一端連接至功率開關電晶體Q1的源極；二極體D2和電容C3的公共連接點上的電壓作為輸入至所述控制電路301的偏壓電源。在該實施例中，輸出電容C1在某些場合中也可以省略。

其餘部分電路的工作方式和連接方式與圖3A所示的降壓型LED驅動電路相同，在此不再贅述。

可見，採用圖4所示的降壓型LED驅動電路，不僅實現了對LED電流的精確檢測，提高了電路的控制精度 以及簡化了功率開關電晶體的驅動，降低了成本以及驅動損耗，並且獲得了較高的功率因數；而且，藉由二極體D2形成的二極體峰值整流電路，將LED的輸出電壓轉換為控制電路301的偏壓電源。顯然，這樣的供電方式，降低損耗的同時也降低了實現成本。

當然，如果LED上的輸出電壓太高，控制電路301需要有降壓的穩壓器；如果LED上的輸出電壓太低，輸出電感L1上需要加以輔助繞組來產生控制電路301的偏壓電源；或者使用電荷泵技術來產生更高的電壓來作為控制電路301的偏壓電源。

以上採用降壓型拓撲結構的如圖3A和圖4所示的依據本發明實施例的LED驅動電路，由於功率開關電晶體Q1的最高耐壓為輸入峰值電壓，並且功率開關電晶體Q1的峰值電流數值與所述LED裝置的驅動電流基本相同，所以採用降壓型驅動電路，降低了電路的損耗，提高了電路的調整效率，並且降低了實現成本。

以下結合具體實施例詳細說明依據本發明的LED驅動電路的控制電路的實現方式。

參考圖5A，所示為依據本發明一實施例的LED驅動電路的控制電路的原理方塊圖；所述控制電路包括關斷信號發生電路512，開通信號發生電路513和邏輯電路511。結合圖5B所示的圖5A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路的控制電路的工作波形圖來詳細說明依據本發明實施例的控制電路的工作原理。

開通信號發生電路513用以在汲極-源極電壓V_DS到達谷底的時刻產生開通信號S_on。在該實施例中，在圖4所示的LED驅動電路的基礎上，開通信號發生電路513藉由檢測B點(功率開關電晶體Q1和檢測電阻306的公共連接點)和C點(LED裝置和電感L1的公共連接點)之間的電壓來檢測汲極-源極電壓的谷底時刻。在功率開關電晶體的關斷時間區間內，C點的電壓V_C與汲極-源極電壓的波形相同，因此，藉由對電壓V_C的檢測可以實現對谷底時刻的檢測。電阻506和電阻507串聯連接在B點和C點之間，公共連接點為D點，以對電壓V_C進行分壓以在D點獲得分壓電壓V_D，然後藉由連接在D點和地之間的電容508進行濾波後傳遞至比較器509的同相輸入端，比較器509的反相輸入端連接至地。當分壓電壓V_D為零時，比較器509的輸出端的輸出信號翻轉，觸發與之連接的延時單脈衝發生電路510產生一單脈衝信號來作為開通信號S_on，藉由設置延時單脈衝發生電路510的延時時間可以檢測到電壓V_C的谷底時刻，即功率開關電晶體的汲極-源極電壓的谷底時刻，實現了對功率開關電晶體的準諧振驅動，最大程度的減小了開關損耗。

關斷信號發生電路512用以根據反饋信號在功率開關電晶體導通一固定時間區間後產生一關斷信號S_off。在該實施例中，在功率開關電晶體的導通時間區間內，藉由一持續上升的斜坡信號與所述反饋信號進行比較來產生所述關斷信號。具體實現方式為：在電壓源V_CC和地之間設置 串聯連接的電流源501和電容502，開關電晶體503與電容502並聯連接，其開關狀態由控制信號V_ctrl的非信號進行控制。在功率開關電晶體的導通時間區間內，開關電晶體503斷開，電流源501持續對電容502進行充電，公共連接點E處的斜坡電壓V_ramp呈斜坡狀持續上升，並傳遞至比較器504的同相輸入端，反相輸入端接收反饋信號V_error。在經過一固定時間區間t_on後，斜坡電壓上升至反饋信號V_error時，比較器504的輸出端的輸出信號翻轉，觸發與之連接的單脈衝發生電路505，從而在此時以產生一單脈衝信號即關斷信號S_off。由於反饋信號V_error基本保持不變，所述固定時間區間t_on基本不變，在每一開關周期內，功率開關電晶體的導通時間維持基本恆定。

在該實施例中，邏輯電路為一RS正反器511，置位端與所述開通信號發生電路513連接，以接收開通信號S_on；重定端與所述關斷信號發生電路512連接，以接收關斷信號S_off，輸出端Q的輸出信號作為控制信號V_ctrl來控制功率開關電晶體的開關動作。當所述開通信號S_on有效時，控制信號V_ctrl導通功率開關電晶體，經過一固定時間區間後，所述關斷信號S_off變為有效，控制信號V_ctrl關斷功率開關電晶體，從而功率開關電晶體周期性的導通和關斷，以對LED驅動電路的驅動電流進行調節，使之與期望驅動電流保持一致；並且保證輸入電流與正弦波輸入電壓同相。

基於本發明的基本原理和公開的實施例的教導，本領 域技術人員可以得知，開通信號發生電路和關斷信號發生電路可以為其他任何合適形式的電路結構，例如開通信號發生電路的採樣電壓可以直接為功率開關電晶體的汲極-源極電壓，也可以如圖5A所示的實施例藉由表徵所述汲極-源極電壓的其他信號；谷底時刻檢測方法可以為任何已知的或者改進的檢測方法。

對於輸入電壓較高的應用場合，採用單一的功率開關電晶體可能不能滿足高耐壓的要求。因此，此時需要採用由兩個串聯連接的功率開關電晶體組成複合功率開關電晶體的實現方式。參考圖6，所示為依據本發明另一實施例的具有複合功率開關電晶體的降壓型LED驅動電路的原理方塊圖。

以下以降壓型LED驅動電路為例，詳細說明採用圖6所示的具有複合功率開關電晶體的LED驅動電路的工作原理。

在該實施例中，交流輸入電源AC經過整流橋和濾波電容C2後，轉換為一正弦半波輸入電壓V _in ，其具有第一輸入位準V _in ⁺和第二輸入位準V _in ^-。

串聯連接的上功率開關電晶體602和下功率開關電晶體603、輸出二極體611、輸出電容614、輸出電感612一起組成一降壓型拓撲結構。這裏以功率開關電晶體602和603為N型MOSFET為例。功率開關電晶體602和603，以及啟動電路601組成一複合的高壓功率開關電晶體。上功率開關電晶體602的源極連接下功率開關電晶體 603的汲極，上功率開關電晶體602的汲極連接第一輸入位準V _in ⁺，下功率開關電晶體603的源極連接至地。

啟動電路601包括穩壓電晶體604、電阻617和電容618。其中，電阻617的一端連接至第一輸入位準V _in ⁺，另一端連穩壓電晶體604的一端，穩壓電晶體604的另一端連接下功率開關電晶體603的源極。公共連接點E處的電壓相當於一基準電壓V _ref2 ，保護下功率開關電晶體603不會承受很高的電壓，上功率開關電晶體602的最高耐壓可降為輸入電源V _IN 和基準電壓V _ref2 之差。電容618和穩壓電晶體604並聯，以降低基準電壓V _ref2 的AC阻抗。藉由這種連接方式，下功率開關電晶體603上的耐壓不超過基準電壓V _ref2 ，上功率開關電晶體602上的耐壓降為輸入電壓峰值V_INPK和基準電壓V _ref2 之差。

輸出二極體611連接在第二輸入位準V _in ^-和下功率開關電晶體603的源極之間；輸出電感612和LED裝置615串聯連接在第二輸入位準V _in ^-和下功率開關電晶體603的源極之間，以減小LED裝置615上的交流電流；輸出電容614並聯連接在所述LED裝置615的兩端，以進一步減小LED裝置615上的交流電流。

LED電流檢測電路的檢測電阻306串聯在LED裝置615和輸出電感612組成的輸出回路上以精確獲取所述LED裝置的電流資訊V _sense ，藉由誤差放大器307與基準電壓源V_ref進行誤差運算，以獲得反饋信號V_error，並且直接連接至控制電路301的反饋輸入端。

控制電路的實現原理與圖3A和圖4所示的實施例相同，在此不再贅述。

較佳的，可以在下功率開關電晶體603的汲極和公共連接點E之間進一步連接一二極體621，吸收漏感尖峰並進行箝位。

當系統上電時，正弦半波直流輸入電壓V_in藉由電阻617和輸出回路(輸出電感612，檢測電阻306和LED裝置615)對電容618進行充電，公共連接點E處的電壓逐漸上升至穩壓電晶體604的箝位元電壓V _ref2 ，從而系統開始工作。並且將下功率開關電晶體603的汲極-源極極電壓箝位元至電壓V _ref2 左右。控制電路301的啟動電流由E端處的基準電壓V _ref2 經過電阻622獲得。當電容620上的電壓達到最低啟動電壓後，控制電路301開始工作，產生驅動信號來驅動功率開關電晶體603的導通和截止，從而產生足夠大的輸出電流來驅動LED裝置615。

二極體609、濾波電容610組成偏壓電源提供電路。其中，二極體609的一端連接至所述LED裝置615和輸出電感612的公共連接點，另一端和濾波電容610的一端的公共連接點為F端，濾波電容610的另一端連接至地；二極體609和濾波電容610的公共連接點F端上的電壓經過電阻619和電容620的再次濾波，而作為輸入至控制電路301的偏壓電源BIAS。

當下功率開關電晶體603導通時，上功率開關電晶體602的源極連接至地，閘極接收基準電壓V _ref2 ，功率開關 電晶體602隨之導通；當功率開關電晶體603截止時，功率開關電晶體603隨之截止。從而，上功率開關電晶體602和下功率開關電晶體603根據所述控制電路301輸出的控制信號進行相應的開關動作。

採用圖6所示的依據本發明的LED驅動電路，複合功率開關電晶體增強了電路的耐壓性能。上功率開關電晶體和下功率開關電晶體可以為不同類型的開關器件。偏壓電源的提供方式並不限於圖示公開的方法，基於本發明原理的偏壓電源提供方法均適用於本發明的LED驅動電路。

儘管以上詳細介紹了依據本發明的不同實施例的降壓型LED驅動電路，但是本領域技術人員可以輕易得知，依據本發明實施例的LED驅動電路中的控制電路藉由設置不同的週邊電路，如功率級電路以及電流檢測電路，而配置為與應用場合匹配的降壓型驅動電路和升壓-降壓型驅動電路。

以下結合具體實施例詳細說明採用本發明實施例的升壓-降壓型LED驅動電路。

參考圖7，所示為依據本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的一實施例的原理方塊圖。在該實施例中，交流輸入電源AC經過整流橋和濾波電容C2後，轉換為一直流電源V _in ，其具有第一輸入位準V _in ⁺和第二輸入位準V _in ^-。

功率開關電晶體Q1’、輸出二極體D1’、輸出電感L1’、輸出電容C1’構成一升壓-降壓型拓撲結構的功率級 電路。這裏，以功率開關電晶體Q1’為N型的功率MOSFET為例進行說明，功率開關電晶體Q1’的汲極連接至所述第一輸入位準，源極連接至控制電路401的地；輸出電感L1’連接在所述第二輸入位準和功率開關電晶體Q1’的源極之間；輸出二極體D1’連接在所述LED裝置和所述第二輸入位準之間；輸出電容C1’並聯連接在LED和檢測電阻306組成的輸出回路的兩端。

由於檢測電阻306直接串聯連接在所述LED裝置和功率開關電晶體Q1’的源極之間，所以控制電路301可以精確地獲取所述LED裝置的電流資訊。

控制電路301和LED電流檢測電路的工作原理同圖3A和圖4所示的實施例基本相同。根據本發明的教導，本領域技術人員可以輕易得知，功率開關電晶體Q1’可以為不同類型的開關器件；輸出電容C1’可以並聯連接至所述輸出回路等各種不同的連接方式。

控制電路301的偏壓電源BIAS可以由所述輸出二極體D1’和所述LED裝置的公共連接點上的電壓直接提供。當然，如果LED上的輸出電壓太高，控制電路401需要有降壓的穩壓器；如果LED上的輸出電壓太低，輸出電感L1’上需要加以輔助繞組來產生控制電路401的偏壓電源。這些技術都屬於本領域技術人員的常識，在此不再贅述。

對升壓-降壓型LED驅動電路而言，由於輸入平均電流I _in 沒有死角，升壓-降壓型LED驅動電路會取得更好的 功率因數。同時，輸出電壓對功率因數的影響較小，升壓-降壓型LED驅動電路可以使用於任意的輸出電壓和輸入電壓組合。相比於降壓型LED驅動電路，在同樣的輸入輸出條件下，採用升壓-降壓型LED驅動的實現方式，其中功率開關電晶體和輸出二極體需承受輸入峰值電壓和輸出電壓的總和，因而功率開關電晶體需要有更好的耐壓性能。

可見，採用圖7所示的升壓-降壓型LED驅動電路，不僅實現了對LED電流的精確檢測，提高了電路的轉換精度以及簡化了功率開關電晶體的驅動，降低了成本以及驅動損耗；而且，可以直接將LED的輸出電壓轉換為控制電路301的偏壓電源。顯然，這樣的供電方式，降低損耗的同時也降低了實現成本。並且，升壓-降壓型LED驅動電路具有較高的功率因數。

綜上所述，依據本發明實施例的LED驅動電路，其對功率開關電晶體採用直接驅動的方式，簡化了功率開關電晶體的驅動電路，減小了功率損耗；控制電路的電源可以由功率級電路直接提供，不再需要額外的附加的電路結構，節省了面積，成本，同時也減小了由附加的電路結構引起的功率損耗；同時，直接採樣LED裝置的驅動電流資訊，提高了LED驅動電路輸出的驅動電流的調節精度，並且，對驅動電流的控制方式保證了平均輸入電流能夠跟隨正弦波交流輸入電源，獲得了較高的功率因數。

依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有 詳盡敍述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。例如本發明的實施例都使用N型功率MOSFET電晶體，本發明的原理也可以應用於其他類型的功率器件，例如P型的功率MOSFET電晶體或者功率NPN電晶體或者功率PNP電晶體，本說明書就不具體敍述所有的實施例。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受申請專利範圍及其全部範圍和等效物的限制。

301‧‧‧控制電路

302‧‧‧關斷信號發生電路

303‧‧‧開通信號發生電路

304‧‧‧邏輯電路

305‧‧‧驅動電路

306‧‧‧檢測電阻

307‧‧‧誤差放大器

C1‧‧‧輸出電容

C2‧‧‧濾波電容

D1‧‧‧輸出二極體

L1‧‧‧輸出電感

Q1‧‧‧功率開關電晶體

Claims (9)

1. 一種高效率、高功率因數的LED驅動電路，用以驅動一LED裝置，包括一整流橋，其接收一交流輸入電壓源以獲得第一輸入位準和第二輸入位準，其特徵在於，該LED驅動電路進一步包括控制電路、LED電流檢測電路和功率級電路；其中，該LED電流檢測電路與該LED裝置連接，用以產生表徵該LED裝置的驅動電流和期望驅動電流之間誤差的反饋信號；該功率級電路包括一功率開關電晶體，該功率開關電晶體的第一功率端連接至第一輸入位準，第二功率端連接至地；該控制電路包括關斷信號發生電路、開通信號發生電路和邏輯電路；其中，該開通信號發生電路，用以檢測該汲極-源極電壓，當該汲極-源極電壓到達谷底時，產生一開通信號，控制該功率開關電晶體開通；該關斷信號發生電路，用以接收該反饋信號，在經過該反饋信號表徵的一固定時間區間後，產生一關斷信號，以關斷該功率開關電晶體；該邏輯電路，分別與該開通信號發生電路和該關斷信號發生電路連接，以根據接收到的該開通信號和該關斷信號產生一控制信號，以保證該LED裝置的驅動電流恆定，並且保證該LED驅動電路的平均輸入電流跟隨該交 流輸入電壓源。
2. 根據申請專利範圍第1項的LED驅動電路，其中，該關斷信號發生電路在該功率開關電晶體導通時間區間內，將該反饋信號與一斜坡信號進行比較，當該斜坡信號到達該反饋信號時，產生該關斷信號。
3. 根據申請專利範圍第1項的LED驅動電路，其中，當檢測到該汲極-源極電壓過零後的一預設延時時間後，產生該開通信號。
4. 根據申請專利範圍第1項的LED驅動電路，其中，該邏輯電路包括一RS觸發器，其重定端接收該關斷信號，置位端接收該開通信號，輸出端的輸出信號作為該控制信號。
5. 根據申請專利範圍第1項的LED驅動電路，其中，該功率級電路為降壓型拓撲結構。
6. 根據申請專利範圍第5項的LED驅動電路，其中，包括一由串聯連接在該功率級電路的電感和該LED裝置的公共連接點和地之間的二極體和電容組成的偏壓電源發生電路，該二極體和該電容的公共連接點處的電壓作為該控制電路的偏壓電源。
7. 根據申請專利範圍第1項的LED驅動電路，其中，該功率級電路為升壓-降壓型拓撲結構。
8. 根據申請專利範圍第7項的LED驅動電路，其中，該功率級電路中的輸出二極體和該LED裝置的公共連接點處的電壓作為該控制電路的偏壓電源。
9. 根據申請專利範圍第1項的LED驅動電路，其中，該功率開關電晶體為一由串聯連接的第一功率開關電晶體和第二功率開關電晶體組成的複合功率開關電晶體；其中，該第一功率開關電晶體的第一功率端為該複合功率開關電晶體的第一功率端，該第二功率開關電晶體的第二功率端為該複合功率開關電晶體的第二功率端，該第二功率開關電晶體的控制端為該複合功率開關電晶體的控制端；並且，該第一功率開關電晶體的控制端和該第二功率開關電晶體的第二功率端之間連接一電壓基準源。