LED驱动装置及其驱动方法与流程

本发明属于LED驱动领域，特别是涉及一种LED驱动装置及其驱动方法。

背景技术：

21世纪追求节能减排和绿色环保，LED背光和照明作为新型绿色照明日益走进千家万户，虽然目前的LED方案比起传统光源节能、环保寿命长体积小等优势，但由于发热高灯具成本高等因素，LED方案还没有得到大量的普及。

目前的LED背光或者照明驱动装置中，最普通的做法开关电源方式，是用电感的高频开关来实现恒流控制。图1为现有典型的LED照明驱动装置，所述驱动装置包括由外接电源输入端、整流桥BD1及滤波电容C1组成的电压输入模块、恒流驱动芯片U1、电阻Rstart、Rcs、R3、R4及R5、电容C2、C3及C4、续流二极管D1就D2、电感L1及LED负载；其中，所述恒流驱动芯片U1包括功率开关脚SW、接地引脚GND、电源采样端CS、芯片供电电源VCC、反馈信号采样端DET及环路补偿脚COMP，所述功率开关脚SW与所述电源输入模块相连接，所述接地引脚GND接地。所述电阻Rstart与所述电阻R5及所述续流二极管D2串联后连接于所述电源输入模块及LED负载之间；所述电阻Rcs作为采样电阻一端与所述电源采样端CS相连接，另一端经由所述电感L1与所述LED负载相连接；所述电阻R3及R4串联后与所述电感L1并联；所述电容C3与所述LED负载并联；所述反馈信号采样端DET连接于所述电阻R3与R4之间；所述电容C2一端与所述芯片供电电源VCC相连接，另一端接地；所述电容C4一端与所述环路补偿脚COMP相连，另一端接地；所述续流二极管D1一端连接于所述电阻Rcs与所述电源采样端CS之间，另一端接地。但这种LED照明驱动装置中使用了电感L1，使用电感L1的高频开关实现恒流控制，电感L1的使用会使得LED照明驱动装置的成本及体积增加。

图2为现有技术中有源PF线性电源驱动装置，所述驱动装置包括外接交流电源(包括火线ACL和零线ACN)、整流桥DB1、保险丝F1、LED负载的正极LED+及负极LED-、电解电容CE1、开关管Q1、恒流控制器U1、电容C1、C2及C3、电阻R1～R9；其中，所述恒流控制器1包括输出引脚OUT、环路补偿脚COM、接地引脚GND、芯片供电电源VCC及电源采样端CS；所述整流桥DB1与所述外接交流电源相连接；所述保险丝F1连接于所述整流桥DB1与所述外接交流电源之间的火线ACL上；所述电解电容CE1、开关管Q1及电阻R2串联后一端与所述整流桥DB1的正向输出端相连接，另一端与所述整流桥DB1的负向输出端相连接；所述电阻R1 与所述电阻R2并联；所述LED负载的正极LED+与所述整流桥DB1的正向输出端相连接；所述电阻R4及R6串联后连接于所述LED负载的正极LED+与负极LED-之间；所述LED负载的负极LED-与所述输出引脚OUT相连接；所述电阻R6一端与所述开关管Q1的栅极相连接，另一端与所述环路补偿脚COM相连接；所述第一电容C1一端与所述芯片供电电源VCC相连接，另一端接地；所述电容C2一端与所述环路补偿脚COM相连接，另一端接地；所述电容C3与所述电容C2并联；所述电阻R7作为采样电阻，一端与所述电源采样端CS相连接，另一端接地；所述电阻R8及R9并联后一端与所述LED负载的负极LED-相连接，另一端与所述电阻R7相连接。但这种有源PF(高功率因数)线性电源驱动装置，该电路虽然能保证高功率因数，但该电路的效率很低，间接增加了散热片的成本。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED驱动装置及其驱动方法，用于解决现有技术中的LED驱动装置由于使用电感而导致的使LED驱动装置的成本及体积增加的问题，以及使用有源PF线性电源驱动装置存在的效率很低，间接增加了散热片成本的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED驱动装置，所述LED驱动装置包括：电压输入模块、第一供电模块、第一开关管、第二供电及负载模块及控制模块；

所述电压输入模块、第一供电模块、第一开关管、第二供电及负载模块依次连接；所述电压输入模块适于提供输入电压；所述第一供电模块适于在所述第一开关管导通时为所述第二供电及负载模块供电；所述第二供电及负载模块包括第二供电单元及负载，所述第二供电单元与所述负载相连接，适于为所述负载供电；

所述控制模块与所述第一开关管及所述第二供电及负载模块相连接，适于根据所述第二供电及负载模块输出的电压输出对所述第一开关管的控制信号。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述电压输入模块包括交流电源及连接于所述交流电源的整流桥。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述第一供电模块包括第一电容，所述第二供电单元包括第二电容。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述第一供电模块还包括第二开关管，所述第二开关管与所述第一供电模块相连接，适于对所述第一供电模块自身充电的控制。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述LED驱动装置还包括检测模块；

所述检测模块与所述电压输入模块及所述控制模块相连接，适于检测所述电压输入模块输出的正向电压值，并将检测到的正向电压值提供给所述控制模块，以便于所述控制模块根据所述正向电压值输出对所述第二开关管的控制信号。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述检测模块包括第一电阻及第二电阻；所述第一电阻与所述第二电阻串联形成串联结构，所述串联结构一端与所述电压输入模块相连接，另一端接地。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述第二供电及负载模块还包括恒流控制管，所述恒流控制管与所述负载及所述控制模块相连接，适于对所述负载进行恒流控制。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述LED驱动装置还包括采样电阻，所述采样电阻一端与所述恒流控制管相连接，另一端接地，适于将所述恒流控制管输出的电流转换为采样电压。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述LED驱动装置还包括驱动模块，所述驱动模块与所述电压输入模块、所述控制模块及所述第一开关管相连接，适于驱动所述第一开关管。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述LED驱动装置还包括第三供电模块，适于为所述驱动模块供电。

作为本发明的LED驱动装置的一种优选方案，所述LED驱动装置还包括VCC端口及滤波电容；

所述VCC端口与所述电压输入模块及所述控制模块相连接，适于为所述控制模块供电；

所述滤波电容一端与所述VCC端口相连接，另一端接地。

本发明还提供一种上述方案中所述的LED驱动装置的驱动方法，所述驱动方法至少包括：

所述控制模块检测所述第二供电及负载模块输出端的电压信号；

所述第二供电及负载模块输出端的电压大于或等于第一设定电压VH时，所述第一开关管关断，只有所述第二供电单元为所述负载供电；

所述第二供电及负载模块输出端的电压小于或等于第二设定电压VL时，所述第一开关管导通，所述第一供电模块为所述第二供电单元充电并为所述负载供电。

作为本发明的LED驱动装置的驱动方法的一种优选方案，所述第一供电模块及所述第二供电单元同时为所述负载供电的过程中，所述第一供电模块的电压小于所述电压输入模块的输出电压及第三设定电压Vth时，所述电压输入模块为所述第一供电模块充电，所述第一供电模块的电压达到所述第三设定电压Vth时，所述电压输入模块停止为所述第一供电模块充 电。

作为本发明的LED驱动装置的驱动方法的一种优选方案，所述第一供电模块的电压小于所述电压输入模块的输出电压及第三设定电压Vth时，所述电压输入模块为所述第一供电模块充电的同时为所述第二供电单元充电，并为所述负载供电。

如上所述，本发明提供一种LED驱动装置及其驱动方法，具有以下有益效果：本发明的LED驱动装置不需要电感即能实现恒流控制，可以减小驱动装置的体积并节约成本；在整个工作电压范围内具有较高的输出效率；充电过程均为无损充电，有效降低了损耗。

附图说明

图1显示为现有技术中的LED照明驱动装置的示意图。

图2显示为现有技术中的有源PF线性电源驱动装置的示意图。

图3显示为本发明的LED驱动装置中各模块的连接结构示意图。

图4显示为本发明的LED驱动装置的电路示意图。

图5显示为本发明的LED驱动装置的各部分的工作波形图。

图6至图9显示为本发明的LED驱动装置在不同工作阶段中的电路示意图。

图10显示为本发明的LED驱动装置的驱动方法的流程图。

元件标号说明

1 电压输入模块

2 第一供电模块

3 第二供电及负载模块

4 控制模块

5 检测模块

6 驱动模块

7 第三供电模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图3至图4，本实施例提供一种LED驱动装置，所述LED驱动装置包括：电压输入模块1、第一供电模块2、第一开关管Q2、第二供电及负载模块3及控制模块4；

所述电压输入模块1、第一供电模块2、第一开关管Q2、第二供电及负载模块3依次连接；所述电压输入模块1适于提供输入电压；所述第一供电模块2适于在所述第一开关管Q2导通时为所述第二供电及负载模块3供电；所述第二供电及负载模块3包括第二供电单元及负载，所述第二供电单元与所述负载相连接，适于为所述负载供电；

所述控制模块4与所述第一开关管Q2及所述第二供电及负载模块3相连接，适于根据所述第二供电及负载模块3输出的电压输出对所述第一开关管Q2的控制信号。

作为示例，所述电压输入模块1包括交流电源，所述交流电源包括输出端AC1与AC2、保险丝F1及整流桥BD1。

作为示例，所述交流电源的输出端AC1及AC2输出电压为正弦电压，所述交流电源的输出端AC1连接于所述整流桥BD1，输出端AC2经由所述保险丝F1连接于所述整流桥BD1。所述保险丝连接于所述交流电源与所述整流桥BD1之间，用于保护所述电压输入模块1；所述整流桥BD1包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述交流电源的输出端AC2经由所述保险丝F1连接于其中一个二极管组的两个二极管之间。所述电压输入模块1的输出电压为正弦电压整流后的整流电压，即为正弦电压的绝对值。

作为示例，所述负载包括至少一个LED，优选地，本实施例中，所述负载包括一个额定电压为250V的LED。

作为示例，所述第一开关管Q2可以为上开关管，也可以为下开关管。所述第一开关管Q2为高端开关管；所述第一开关管Q2可以为PMOS管或NMOS管，优选地，本实施例中，所述第一开关管Q2为上开关管，且为NMOS管，所述第一开关管Q2的漏极与所述电压输入模块1相连接，源极与所述负载相连接；NMOS管相较于PMOS管具有导通电阻小、成本低、容易制造的优点。

作为示例，所述第一供电模块2包括第一电容C1，所述第二供电单元包括第二电容C2。使用电容作为供电模块为所述负载进行供电，通过电容的充放电控制，可以实现无损充电，微损放电，有效地降低了所述LED驱动装置工作中的损耗。在整个工作周期内，所述第一电容C1及所述第二电容C2至少一者为所述负载不间断供电，确保整个工作周期内所述负载不 会出现闪烁。

作为示例，所述第一供电模块2还包括第二开关管Q1，所述第二开关管Q1可以连接于所述第一电容C1与所述电压输入模块1之间，也可以连接于所述第一电容C1与接地端之间；即所述第二开关管可以一端与所述电压输入模块1相连接，另一端与所述第一电容C1相连接，也可以一端与所述第一电容C1相连接，另一端接地。

作为示例，所述第二开关管Q1可以为PMOS管或NMOS管，优选地，本实施例中，所述第二开关管Q1为NMOS管，所述第二开关管Q1的漏极与所述电压输入模块1相连接，源极接地，栅极与所述控制模块4相连接；NMOS管相较于PMOS管具有导通电阻小、成本低、容易制造的优点。

作为示例，所述LED驱动装置还包括检测模块5；所述检测模块5与所述电压输入模块1及所述控制模块4相连接，适于检测所述电压输入模块1输出的正向电压值，并将检测到的正向电压值提供给所述控制模块4，以便于所述控制模块4根据所述正向电压值输出对所述第二开关管Q1的控制信号。

作为示例，所述检测模块5包括第一电阻R1及第二电阻R2；所述第一电阻R1与所述第二电阻R2串联形成串联结构，所述串联结构一端与所述电压输入模块1相连接，另一端接地；优选地，本实施例中，所述第一电阻R1一端与所述电压输入模块1相连接，另一端经由所述第二电阻R2接地，所述控制模块4连接于所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间的电位。

作为示例，所述检测模块5检测HVin电压，当HVin电压小于第三设定电压Vth及所述电压输入模块1的输出电压时，所述第二开关管Q1导通，所述电压输入模块1为所述第一供电模块2充电；当HVin电压达到所述第三设定电压Vth时，所述控制模块4控制所述第二开关管Q1关断，所述电压输入模块1停止为所述第一供电模块2充电；此时，所述第一供电模块2的电压值保持为Vth不变。在所述检测模块5检测到HVin电压达到第三设定电压Vth以后关断所述第二开关管Q1，停止为所述第一供电模块2供电，可以防止所述第一供电模块2的电压过高，进而避免给所述第二充电模块4充电时产生比较大的放电损耗。

作为示例，所述第二供电及负载模块3还包括恒流控制管Q3，所述恒流控制管Q3可以是三极管等任何一种能实现恒流控制的器件，优选地，本实施例中，所述恒流控制管Q3为NMOS管。

作为示例，所述恒流控制管Q3可以与所述负载的输入端相连接，也可以与所述负载的输出端相连接，优选地，本实施例中，所述恒流控制管Q3与所述负载的输出端相连接。更为优选地，所述恒流控制管Q3的漏极与所述负载的输出端相连接，且所述恒流控制管Q3的 栅极、源极及漏极均与所述控制模块4相连接。

作为示例，所述LED驱动装置还包括一采样电阻Rcs；所述采样电阻Rcs的一端与所述恒流控制管Q3相连接，另一端接地，适于将所述恒流控制管Q3输出的电流转换为采样电压；具体的，本实施例中，所述采样电阻Rcs一端与所述恒流控制管Q3的源极相连接，另一端接地，适于将所述恒流控制管Q3输出的电流转换为采样电压Vcs。

作为示例，所述控制模块4与所述恒流控制管Q3的栅极、源极及漏极相连接，且与所述第一开关管Q2的栅极相连接；所述控制模块4检测所述恒流控制管Q3_D极(即恒流控制管Q3漏极)所述负载返回的电压V_{Q3_D}(即所述负载输出端的电压)，当所述V_{Q3_D}大于或等于第一设定电压VH时，所述控制模块4控制所述第一开关管Q2关断，只有所述第二电容C2为所述负载提供电流，此时所述第二电容C2的电压开始下降，所述V_{Q3_D}也随之下降；当所述V_{Q3_D}低于第二设定电压VL时，所述控制模块4控制所述第一开关管Q2导通，所述第一电容C1及所述第二电容C2同时为所述负载供电，且所述第一电容C1同时为所述第二电容C2充电，确保所述负载不会出现闪烁。

作为示例，所述LED驱动装置还包括驱动模块6，所述驱动模块6与所述电压输入模块1、所述控制模块4及所述第一开关管Q2相连接，适于驱动所述第一开关管Q2的关断与导通。

作为示例，所述LED驱动装置还包括第三供电模块7，所述第三供电模块7一端与所述驱动模块6及外部集成电路BS相连接，另一端与所述第一开关管Q2的源极相连接，适于为所述驱动模块6供电。优选地，本实施例中，所述第三供电模块7包括第三电容C3。

作为示例，所述LED驱动装置还包括VCC端口及滤波电容CVcc；所述VCC端口与所述电压输入模块1及所述控制模块4相连接，适于为所述控制模块4供电；所述滤波电容CVcc一端与所述VCC端口相连接，另一端接地。

作为示例，所述控制模块4、驱动模块6、第一开关管Q2、第一开关管Q1、恒流控制管Q3及VCC端口均集成于一芯片内。

请参阅图5，图5为本发明的LED驱动装置的各部分的工作波形图。其中，Vin_ac为输入交流电源的电压，HVin为所述整流桥BD1后的电压，VC1为所述第一电容C1两端的电压，VC2为所述第二电容C2两端的电压，Q3_D为所述恒流控制管Q3漏极的电压，t0至t5为一个工作周期。

在t0时刻，输入Vin_ac电压为0，此时所述恒流控制管Q3漏极的电压V_{Q3_D}比较低，所述第一电容C1及所述第二电容C2同时为LED供电。随着Vin_ac电压的升高，直到t1时刻，所述第一电容C1及所述第二电容C2的电压放至最低点，VC1＝VC2＝HVin。t0时刻至t1 时刻的电流方向如图6所示，图中虚线即为电流路径，箭头表示电流的方向。

随着输入Vin_ac电压的继续升高，此时HVin电压高于所述第一电容C1及所述第二电容C2的电压，HVin同时为所述第一电容C1及所述第二电容C2充电，并同时为所述LED供电，该过程持续至t2时刻。t1时刻至t2时刻的电流方向如图7所示，图中虚线即为电流路径，箭头表示电流的方向。

在t2时刻，由于HVin电压的升高，V_{Q3_D}升高到所述第一设定电压VH，所述控制模块4将所述第一开关管Q2关断，所述第二电容C2与所述LED同HVin断开，由所述C2对所述LED供电。为方便示意，设定所述第一电容C1的电压此时达到Vth，所述第二开关管Q1关断，所述第一电容C1停止充电(调整Vth可使系统达到最佳性能)。直到t3时刻之前，HVin电压随Vin_ac变化升到最高点然后开始下降，在此期间一直由所述第二电容C2对LED进行供电。t2到t3时刻的电流方向如图8所示，图中虚线即为电流路径，箭头表示电流的方向。

在t3时刻，所述第二电容C2由于给LED供电电压降低，V_{Q3_D}电压随之下降，当V_{Q3_D}电压降到所述第二设定电压VL时，所述第一开关管Q2导通，此时由于Vin_ac电压下降比较低，因此HVin＝VC1，所述第一电容C1给所述第二电容C2充电并给LED供电。所述第一电容C1及所述第二电容C2此时的电压为V＝(VC1*C1+VC2*C2)/(C1+C2)，通常选取C1＝C2，可以得到V＝(VC1+VC2)/2，在t4时刻充电结束。t3到t4时刻的电流方向如图9所示，图中虚线即为电流路径，箭头表示电流的方向。

在t4时刻，虽然V_{Q3_D}与所述第二电容C2的电压有上升，但是V_{Q3_D}电压没有达到所述第一设定电压VH，因此所述第一开关管Q2一直开通，所述第一电容C1与所述第二电容C2同时给LED供电。在t5时刻Vin_ac降到0之前，所述第一电容C1及所述第二电容C2一直并联给LED供电。t4到t5时刻的电流方向如图6所示，图中虚线即为电流路径，箭头表示电流的方向。

在t5时刻之后，所述LED驱动装置开始下一个周期的工作并以此循环。

在此期间，由于LED一直有电流流过，因此不会出现任何闪烁的问题。

由于是线性驱动，系统主要的损耗是在V_{Q3_D}电压上，Eff≈VLED/(VLED+V_{Q3_D})，因此只要设定合适的所述第一设定电压VH和所述第二设定电压VL值，在整个工作电压的范围内所述LED驱动装置都能得到很高的效率。

请参阅图10，本发明还提供一种LED驱动装置的驱动方法，所述LED驱动装置与上述方案中所述的LED驱动方式相同，这里不再累述，所述驱动方法至少包括：

S1：所述控制模块检测所述第二供电及负载模块输出端的电压信号；

S2：所述第二供电及负载模块输出端的电压大于或等于第一设定电压VH时，所述第一开关管关断，只有所述第二供电单元为所述负载供电；

S3：所述第二供电及负载模块输出端的电压小于或等于第二设定电压VL时，所述第一开关管导通，所述第一供电模块为所述第二供电单元充电并为所述负载供电。

作为示例，所述第一供电模块及所述第二供电单元同时为所述负载供电的过程中，所述第一供电模块的电压小于所述电压输入模块的输出电压及第三设定电压Vth时，所述电压输入模块为所述第一供电模块充电，所述第一供电模块的电压达到所述第三设定电压Vth时，所述电压输入模块停止为所述第一供电模块充电。

作为示例，所述第一供电模块的电压小于所述电压输入模块的输出电压及第三设定电压Vth时，所述电压输入模块为所述第一供电模块充电的同时为所述第二供电单元充电，并为所述负载供电。

综上所述，本发明提供一种LED驱动装置及其驱动方法，本发明的LED驱动装置不需要电感即能实现恒流控制，可以减小驱动装置的体积并节约成本；在整个工作电压范围内具有较高的输出效率；充电过程均为无损充电，有效降低了损耗。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，例如，本发明也可以采用三外延层或多外延层。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。