分段式 led 驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種分段式LED驅(qū)動電路,其中包括LED模塊,其中包括數(shù)串首尾相接的LED燈串;功率管模塊,其中包括與數(shù)串LED燈串在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個功率管,且每個功率管只對應(yīng)一串LED燈串;功率因數(shù)調(diào)整模塊,其中包括與數(shù)個功率管在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓比較單元,且每個電壓比較單元只對應(yīng)一個功率管;基準(zhǔn)源模塊,其中包括與所述的電壓比較單元在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓輸出端及一個基準(zhǔn)信號輸出端,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊。采用本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,通過開關(guān)分段導(dǎo)通使得LED驅(qū)動電流隨交流輸入電壓變化,從而獲得較高的功率因數(shù),同時,通過恒流補(bǔ)償模塊獲得較高的線性調(diào)整率,結(jié)構(gòu)簡單,應(yīng)用范圍廣泛。
【專利說明】 分段式LED驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及電路,具體是指一種分段式LED驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]常見的高功率因數(shù)電路一般是開關(guān)電源類電路在控制器內(nèi)部集成功率因數(shù)校正電路,電路比較復(fù)雜,相對于開關(guān)電源式驅(qū)動,線性恒流式驅(qū)動無高頻開關(guān)引起的EMI問題,無需電解電容,無需電感和變壓器,外圍電路簡單,體積更小,成本更低廉,但現(xiàn)有技術(shù)的線性恒流驅(qū)動電路線性調(diào)整率比較低,且無功率因數(shù)校正電路。
[0003]請參閱圖1所示,為現(xiàn)有技術(shù)中的LED驅(qū)動電路,VIN為交流輸入電壓Vac通過整流后的半波信號,VIN>Vth時,功率管流過的電流逐漸增加,最終通過運(yùn)放、Res和功率管組成的反饋環(huán)路將電流穩(wěn)定,Iled = VREF/RCS。
[0004]請參閱圖2所示,為現(xiàn)有技術(shù)的LED驅(qū)動電路的波形圖,其中現(xiàn)有技術(shù)的LED驅(qū)動電路具有以下幾點(diǎn)缺陷:
[0005](I)寬電壓輸入范圍內(nèi)電流一致性差,當(dāng)輸入交流信號Va。發(fā)生變化時,在一個半波周期內(nèi)電流恒定的時間會發(fā)生變化,當(dāng)VINDVIN2,一個周期內(nèi)VINl大于VTH的時間Tl大于VIN2大于VTH的時間T2輸出電流IAV1>IAV2。
[0006](2)當(dāng)LED燈個數(shù)一定時,VIN較高時才會被同時點(diǎn)亮,所以LED的利用率很低,如果減少LED燈數(shù)量,雖然可以增加利用率,但會使線電路的功耗大大增加,從而降低整個LED驅(qū)動方案的整體工作效率。
[0007](3)低PF (功率因數(shù))值和THD (總諧波失真)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)提高LED驅(qū)動電路的功率因數(shù)、提高LED驅(qū)動電路的線性調(diào)整率、應(yīng)用范圍廣泛的分段式LED驅(qū)動電路。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路具有如下構(gòu)成:
[0010]該分段式LED驅(qū)動電路,其主要特點(diǎn)是,所述的電路包括:
[0011]LED模塊,其中包括數(shù)串首尾相接的LED燈串;
[0012]功率管模塊,其中包括與所述的數(shù)串LED燈串在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個功率管,且每個功率管只對應(yīng)一串LED燈串;
[0013]功率因數(shù)調(diào)整模塊,其中包括與所述的數(shù)個功率管在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓比較單元,且每個電壓比較單元只對應(yīng)一個功率管;
[0014]基準(zhǔn)源模塊,其中包括與所述的電壓比較單元在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓輸出端及一個基準(zhǔn)信號輸出端;
[0015]整流濾波模塊的輸入端與電源相連接,所述的整流濾波模塊的輸出端與所述的LED模塊的輸入端相連接,每個LED的反向輸入端與與之相對應(yīng)的功率管的第一端相連接,每個功率管與與之相對應(yīng)的電壓比較單元相連接,每個電壓比較單元與與之相對應(yīng)的基準(zhǔn)源模塊的電壓輸出端相連接。
[0016]進(jìn)一步地,所述的每個電壓比較單元包括運(yùn)算放大器及第二端與所述的運(yùn)算放大器的輸出端相連接的開關(guān),所述的基準(zhǔn)源模塊的電壓輸出端分別與與之相對應(yīng)的電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的正向輸入端相連接,所述的每個運(yùn)算放大器的反向輸入端、所述的每個開關(guān)的第三端及采樣電阻(Rs)的第一端相連接,每個功率管的第三端與與之相對應(yīng)的電壓比較單元中的開關(guān)的第一端相連接,所述的每個功率管的第二端與內(nèi)部電源相連接,所述的采樣電阻(Rs)的第二端與地相連接。
[0017]更進(jìn)一步地,所述的開關(guān)為三極管或場效應(yīng)管。
[0018]更進(jìn)一步地,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊,所述的恒流補(bǔ)償模塊包括誤差放大單元、電流鏡像單元及第一電阻(R1);所述的誤差放大單元包括比較運(yùn)算放大器(EA)、第一電容(C1)及信號放大部件;所述的第一電阻(R1)的第一端、所述的電流鏡像單元的輸出端及所述的每個電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的反向輸入端相連接,所述的第一電阻(R1)的第二端與所述的每個開關(guān)的第三端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的正向輸入端與所述的采樣電阻(Rs)的第一端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的反向輸入端與所述的基準(zhǔn)源模塊的基準(zhǔn)信號輸出端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的輸出端、第一電容(C1)的第一端及信號放大部件的第二端相連接,所述的第一電容(C1)的第二端及信號放大部件的第一端與地相連接,所述的信號放大部件的第三端與電流鏡像單元的輸入端相連接。
[0019]再進(jìn)一步地,所述的信號放大部件為三極管放大電路或場效應(yīng)管放大電路。
[0020]更進(jìn)一步地,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊,所述的恒流補(bǔ)償模塊包括電流減法單元、V-1轉(zhuǎn)換單元、電壓采樣單元及第一電阻(R1),所述的電壓采樣單元包括第二電阻(R2)、第三電阻(R3)及第二電容(C2),所述的第一電阻(R1)的第一端、所述的電流減法單元的輸出端及所述的每個電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的反向輸入端相連接,所述的第一電阻(R1)的第二端與所述的每個開關(guān)的第三端相連接,所述的第二電阻(R2)的第一端與所述的整流濾波模塊的輸出端相連接,所述的第二電阻(R2)的第二端、第三電阻(R3)的第一端、第二電容(C2)的第一端、V-1轉(zhuǎn)換單元的輸入端相連接,所述的第二電容(C2)的第二端及第三電阻(R3)的第二端與地相連接,所述的V-1轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述的電流減法單元的第一輸入端相連接,所述的電流減法單元的第二輸入端與所述的基準(zhǔn)源模塊的基準(zhǔn)信號輸出端相連接。
[0021]進(jìn)一步地,所述的功率管為聞頻開關(guān)。
[0022]進(jìn)一步地,所述的LED燈串包括數(shù)個LED燈。
[0023]采用了該實(shí)用新型中的分段式LED驅(qū)動電路,與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下有益效果:
[0024]本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,隨著VIN的升高流過LED的電流逐級升高,使得該電路有較高PF值和THD ;本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,通過負(fù)反饋環(huán)路調(diào)節(jié)最終%的平均值無限逼近VREF,當(dāng)對于不同的VIN輸入,通過這樣一個負(fù)反饋調(diào)節(jié),輸出電流平均值不會隨VIN的增大而增大,而是一個固定值VREF/RS,提高了線性調(diào)整率;本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,應(yīng)用范圍廣泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的LED驅(qū)動電路。
[0026]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的LED驅(qū)動電路的波形圖。
[0027]圖3為本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路的第一種電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路的第二種電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了能夠更清楚地描述本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容,下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0030]請參閱圖3至圖4所示,本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路包括:
[0031 ] LED模塊,其中包括數(shù)串首尾相接的LED燈串;
[0032]功率管模塊,其中包括與所述的數(shù)串LED燈串在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個功率管,且每個功率管只對應(yīng)一串LED燈串;
[0033]功率因數(shù)調(diào)整模塊,其中包括與所述的數(shù)個功率管在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓比較單元,且每個電壓比較單元只對應(yīng)一個功率管;
[0034]基準(zhǔn)源模塊,其中包括與所述的電壓比較單元在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓輸出端及一個基準(zhǔn)信號輸出端;
[0035]整流濾波模塊的輸入端與電源相連接,所述的整流濾波模塊的輸出端與所述的LED模塊的輸入端相連接,每個LED的反向輸入端與與之相對應(yīng)的功率管的第一端相連接,每個功率管與與之相對應(yīng)的電壓比較單元相連接,每個電壓比較單元與與之相對應(yīng)的基準(zhǔn)源模塊的電壓輸出端相連接。
[0036]所述的每個電壓比較單元包括運(yùn)算放大器及第二端與所述的運(yùn)算放大器的輸出端相連接的開關(guān),所述的基準(zhǔn)源模塊的電壓輸出端分別與與之相對應(yīng)的電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的正向輸入端相連接,所述的每個運(yùn)算放大器的反向輸入端、所述的每個開關(guān)的第三端及采樣電阻(Rs)的第一端相連接,每個功率管的第三端與與之相對應(yīng)的電壓比較單元中的開關(guān)的第一端相連接,所述的每個功率管的第二端與內(nèi)部電源相連接,所述的采樣電阻(Rs)的第二端與地相連接。
[0037]所述的開關(guān)為三極管或場效應(yīng)管。
[0038]通過上述的開關(guān)分段導(dǎo)通,使得LED驅(qū)動電流隨交流輸入電壓變化,從而獲得較高的功率因數(shù)。一般情況下,隨著VIN的升高流過LED的電流逐級升高,使得該電路有較高PF值和THD。
[0039]為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)效果,本實(shí)用新型的關(guān)鍵一處是W……〈Vn ;這樣隨著交流輸入電壓的升高,LED模塊導(dǎo)通LED個數(shù)逐漸增加,驅(qū)動電流逐級升高。
[0040]請參閱圖3所示,為本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路的第一種電路結(jié)構(gòu)示意圖,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊,所述的恒流補(bǔ)償模塊包括誤差放大單元、電流鏡像單元及第一電阻(R1);所述的誤差放大單元包括比較運(yùn)算放大器(EA)、第一電容(C1)及信號放大部件;所述的第一電阻(R1)的第一端、所述的電流鏡像單元的輸出端及所述的每個電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的反向輸入端相連接,所述的第一電阻(R1)的第二端與所述的每個開關(guān)的第三端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的正向輸入端與所述的采樣電阻(Rs)的第一端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的反向輸入端與所述的基準(zhǔn)源模塊的基準(zhǔn)信號輸出端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的輸出端、第一電容(C1)的第一端及信號放大部件的第二端相連接,所述的第一電容(C1)的第二端及信號放大部件的第一端與地相連接,所述的信號放大部件的第三端與電流鏡像單元的輸入端相連接。
[0041 ] 所述的信號放大部件為三極管放大電路或場效應(yīng)管放大電路。
[0042]該電路的工作原理是:
[0043]VIN為交流輸入電壓Vac通過整流后的半波信號,LED模塊由η個LED燈組串聯(lián)而成,功率管用于驅(qū)動LED燈組發(fā)光,功率因數(shù)調(diào)整模塊可以自動檢測輸入電壓的大小控制LED功率管的開關(guān),并通過恒流補(bǔ)償模塊穩(wěn)定每段輸出電流?;鶞?zhǔn)源模塊產(chǎn)生η+1個基準(zhǔn)值,分別輸入到電壓比較單元的輸入端。
[0044]VIN是一個半波信號,VIN升高到足夠使LED1、M1、Q1通路有電流時,Ι?ΕΙ)1 = V1ZRs,隨著VIN的增大,LED2、M2、Q2通路也會有電流,VS>V1; Ql被關(guān)斷,此時IlED1+lED2 = V2/Rs,如此類推,VIN大于一定值后,LEDn, Mn、Qn通路流過電流,Vs>Vn_1; Qlri被關(guān)斷,只剩最后一路導(dǎo)通》!LED1+LED2......+LEDn — ^n/°
[0045]電阻Rs對流過LED模塊的電流進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)化為電壓Vs,Ve為采樣電壓Vs和VREF的誤差放大信號的積分信號,該信號是一個動態(tài)值,隨著Rs上電流變化而變化,Vs的平均值大于VREF,Ve會增大,通過%、P1, P2產(chǎn)生的電流增大,R1上的壓降增大會減小流過Rs的電流,Vs的平均值小于VREF,Ve會減小,通過NpPpP2產(chǎn)生的電流減小,R1上的壓降減小會增大流過Rs的電流,這樣的反饋使得多個工作周期后系統(tǒng)穩(wěn)定,Ve穩(wěn)定在一個固定值,Vs平均值無限接近于VREF。
[0046]請參閱圖4所示,為本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路的第二種電路結(jié)構(gòu)示意圖,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊,所述的恒流補(bǔ)償模塊包括電流減法單元、V-1轉(zhuǎn)換單元、電壓采樣單元及第一電阻(R1),所述的電壓采樣單元包括第二電阻(R2)、第三電阻(R3)及第二電容(C2),所述的第一電阻(R1)的第一端、所述的電流減法單元的輸出端及所述的每個電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的反向輸入端相連接,所述的第一電阻(R1)的第二端與所述的每個開關(guān)的第三端相連接,所述的第二電阻(R2)的第一端與所述的整流濾波模塊的輸出端相連接,所述的第二電阻(R2)的第二端、第三電阻(R3)的第一端、第二電容(C2)的第一端、V-1轉(zhuǎn)換單元的輸入端相連接,所述的第二電容(C2)的第二端及第三電阻(R3)的第二端與地相連接,所述的V-1轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述的電流減法單元的第一輸入端相連接,所述的電流減法單元的第二輸入端與所述的基準(zhǔn)源模塊的基準(zhǔn)信號輸出端相連接。
[0047]該電路的工作原理是:
[0048]R2和R3對VIN采樣,并通過電容C2積分,該積分電壓通過V-1轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化為一電流II,該電流Il減去一個基準(zhǔn)電流IREF流過R115 VIN增加,C2積分電壓增加,Il增加,R1上壓降增加,LED導(dǎo)通時Rs上的電流減小,采樣電阻Rs設(shè)置需滿足在多個周期內(nèi)不同輸入電壓Rs上的平均電流相等。
[0049]以上兩種電路結(jié)構(gòu)都是通過線電壓補(bǔ)償獲得較高的線性調(diào)整率,通過負(fù)反饋環(huán)路調(diào)節(jié)最終Vs的平均值無限逼近VREF,當(dāng)對于不同的VIN輸入,通過這樣一個負(fù)反饋調(diào)節(jié),輸出電流平均值不會隨VIN的增大而增大,而是一個固定值VREF/RS,
[0050]另外,所述的功率管為高頻開關(guān)。
[0051 ] 所述的LED燈串包括數(shù)個LED燈,其中,所述的LED燈串中的LED燈的連接方式可以是串聯(lián)、并聯(lián)或者混聯(lián),且所述的LED燈串中LED燈的個數(shù)并不是一成不變的,可以由用戶根據(jù)需要來設(shè)定。
[0052]采用了該實(shí)用新型中的分段式LED驅(qū)動電路,與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下有益效果:
[0053]本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,隨著VIN的升高流過LED的電流逐級升高,使得該電路有較高PF值和THD ;本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,通過負(fù)反饋環(huán)路調(diào)節(jié)最終%的平均值無限逼近VREF,當(dāng)對于不同的VIN輸入,通過這樣一個負(fù)反饋調(diào)節(jié),輸出電流平均值不會隨VIN的增大而增大,而是一個固定值VREF/RS,提高了線性調(diào)整率;本實(shí)用新型的分段式LED驅(qū)動電路,結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,應(yīng)用范圍廣泛。
[0054]在此說明書中,本實(shí)用新型已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是,很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此,說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的電路包括: LED模塊,其中包括數(shù)串首尾相接的LED燈串; 功率管模塊,其中包括與所述的數(shù)串LED燈串在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個功率管,且每個功率管只對應(yīng)一串LED燈串; 功率因數(shù)調(diào)整模塊,其中包括與所述的數(shù)個功率管在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓比較單元,且每個電壓比較單元只對應(yīng)一個功率管; 基準(zhǔn)源模塊,其中包括與所述的電壓比較單元在數(shù)量上相對應(yīng)的數(shù)個電壓輸出端及一個基準(zhǔn)信號輸出端; 整流濾波模塊的輸入端與電源相連接,所述的整流濾波模塊的輸出端與所述的LED模塊的輸入端相連接,每個LED的反向輸入端與與之相對應(yīng)的功率管的第一端相連接,每個功率管與與之相對應(yīng)的電壓比較單元相連接,每個電壓比較單元與與之相對應(yīng)的基準(zhǔn)源模塊的電壓輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的每個電壓比較單元包括運(yùn)算放大器及第二端與所述的運(yùn)算放大器的輸出端相連接的開關(guān),所述的基準(zhǔn)源模塊的電壓輸出端分別與與之相對應(yīng)的電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的正向輸入端相連接,所述的每個運(yùn)算放大器的反向輸入端、所述的每個開關(guān)的第三端及采樣電阻(Rs)的第一端相連接,每個功率管的第三端與與之相對應(yīng)的電壓比較單元中的開關(guān)的第一端相連接,所述的每個功率管的第二端與內(nèi)部電源相連接,所述的采樣電阻(Rs)的第二端與地相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的開關(guān)為三極管或場效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊,所述的恒流補(bǔ)償模塊包括誤差放大單元、電流鏡像單元及第一電阻(R1);所述的誤差放大單元包括比較運(yùn)算放大器(EA)、第一電容(C1)及信號放大部件;所述的第一電阻(R1)的第一端、所述的電流鏡像單元的輸出端及所述的每個電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的反向輸入端相連接,所述的第一電阻(R1)的第二端與所述的每個開關(guān)的第三端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的正向輸入端與所述的采樣電阻(Rs)的第一端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的反向輸入端與所述的基準(zhǔn)源模塊的基準(zhǔn)信號輸出端相連接,所述的比較運(yùn)算放大器(EA)的輸出端、第一電容(C1)的第一端及信號放大部件的第二端相連接,所述的第一電容(C1)的第二端及信號放大部件的第一端與地相連接,所述的信號放大部件的第三端與電流鏡像單元的輸入端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的信號放大部件為三極管放大電路或場效應(yīng)管放大電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的電路還包括恒流補(bǔ)償模塊,所述的恒流補(bǔ)償模塊包括電流減法單元、V-1轉(zhuǎn)換單元、電壓采樣單元及第一電阻(R1),所述的電壓采樣單元包括第二電阻(R2)、第三電阻(R3)及第二電容(C2),所述的第一電阻(R1)的第一端、所述的電流減法單元的輸出端及所述的每個電壓比較單元中的運(yùn)算放大器的反向輸入端相連接,所述的第一電阻(R1)的第二端與所述的每個開關(guān)的第三端相連接,所述的第二電阻(R2)的第一端與所述的整流濾波模塊的輸出端相連接,所述的第二電阻(?)的第二端、第三電阻(?)的第一端、第二電容(C2)的第一端、V-1轉(zhuǎn)換單兀的輸入端相連接,所述的第二電容(C2)的第二端及第三電阻(R3)的第二端與地相連接,所述的V-1轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述的電流減法單元的第一輸入端相連接,所述的電流減法單元的第二輸入端與所述的基準(zhǔn)源模塊的基準(zhǔn)信號輸出端相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的功率管為高頻開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式LED驅(qū)動電路,其特征在于,所述的LED燈串包括數(shù)個LED 燈。
【文檔編號】H05B37/02GK204090255SQ201420626627
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】劉玉芳, 夏虎, 羅先才, 徐棟, 丁增偉 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司