发光二极管驱动电路及信号处理方法与流程

本发明涉及一种发光二极管驱动电路及信号处理方法，尤指一种能提高与电子镇流器兼容性的发光二极管驱动电路及信号处理方法。

背景技术：

过往的照明市场中，大量传统CFL灯管类产品被使用在各种办公商业场所。CFL灯管类产品如T8、T10和T5灯管通常安装有相应的电子镇流器，举例来说，图1显示了这样的一种具有电子镇流器的电路，该电子镇流器电路输出高频交流电。

如今，越来越多发光二极管(LED)灯具替代了传统的CFL灯管。原因在于LED光源具有很明显的优势，例如更高的光效、更长的寿命等。因此，很多情况下人们希望将CFL灯管替换成LED灯管。然而，替换过程却不是容易实现的，为了将CFL灯管替换成LED灯管，需要对原有的灯具内部线路进行更改，并去除或旁路现有电子镇流器，同时重新布线替换LED灯管，这将带来极大的人工成本和代价。

因此，直接用LED灯管替换原有的CFL灯管是最简单的方式，替换过程无需更改布线或去除电子镇流器。

在现有的LED驱动器中，为了兼容传统电子镇流器，绝大多数LED终端灯源厂以阻容线性降压方案为主，如图2所示。这种方案的特点是结构简单，电源与灯板成一体化，成本低，易于生产作业。但存在光输出量随外围条件(输入电压、电子镇流器系统、环境温度)的变化而严重波动的缺陷，很难实现单级功率因数校正(PFC)闭环控制的LED高恒流精度。

因此，如何提供一种具有单级PFC控制的高恒流精度以及能兼容电子镇流器电路的发光二极管驱动电路及信号处理方法，即为各家业者亟待解决的课题。

技术实现要素：

鉴于悉知技术的种种缺失，本发明的主要目的，即在于提供一种具有单级PFC控制的高恒流精度以及能兼容电子镇流器电路的发光二极管驱动电路及信号处理方法。

为了达到上述目的及其他目的，本发明遂提供一种发光二极管驱动电路，包括输入整流模块、阻抗匹配模块、外围控制模块、功率因数校正控制芯片以及输出整流模块。输入整流模块用于将输入的交流电转换成直流电；阻抗匹配模块用于提供该输入整流模块的阻抗匹配并抑制电磁干扰；外围控制模块以及功率因数校正控制芯片，与该阻抗匹配模块及该输入整流模块连接，用于对该直流电进行调整以及输出受控制的输出电流；以及输出整流模块用于对该输出电流进行整流并输出至外部发光二极管电路。

本发明还提供一种发光二极管驱动电路的信号处理方法，应用于提高与电子镇流器电路的兼容性，其特征在于，将来自电子镇流器电路的交流电源连接至如前述的发光二极管驱动电路的该输入整流模块，该输入整流模块将输入的交流电转换成直流电；以该阻抗匹配模块匹配该输入整流模块的阻抗并抑制电磁干扰；以外围控制模块以及功率因数校正控制芯片对该直流电进行调整以及输出受控制的输出电流；以及以输出整流模块对该输出电流进行整流并输出至外部发光二极管电路。

相较于悉知技术，由于本发明的发光二极管驱动电路及信号处理方法，使用了功率因数校正控制芯片，故具有单级PFC控制的高恒流精度；除此之外，还以输入整流模块将交流电转换成直流电，阻抗匹配模块用于提供该输入整流模块的阻抗匹配并抑制电磁干扰，以外围控制模块以及功率因数校正控制芯片对该直流电进行调整以及输出受控制的输出电流，以及输出整流模块用于对该输出电流进行整流并输出至外部发光二极管电路，以此方式将电子镇流器电路的交流电转换为直流电，并调整使其适合驱动该外部发光二极管电路，故能兼容电子镇流器电路，充分地解决了现有技术的缺失。

附图说明

图1为悉知的具有电子镇流器的电路架构图。

图2为悉知的阻容线性降压LED驱动器的电路架构图。

图3为本发明的发光二极管驱动电路的电路架构示意图。

图4为本发明的发光二极管驱动电路另一实施例的电路架构示意图。

图5为本发明的功率因数校正控制芯片的内部电路架构示意图。

符号说明：

1 发光二极管驱动电路

2 外部发光二极管电路

10 输入整流模块

11 阻抗匹配模块

12 外围控制模块

13 功率因数校正控制芯片

14 输出整流模块

130 反馈电路

131 误差放大器

132 导通时间产生电路

133 频率自适应电路

134 逻辑电路

135 驱动电路

136 检测电路

137 电源电路

Vref 基准信号

DB1、DB2 第一、第二整流桥

AC1～AC4 第一～第四输入端

VR1、VR2 第一、第二压敏电阻

F1、F2 第一、第二保险丝

C1～C8 第一～第八电容

L1、L2 第一、第二电感

Q1～Q3 第一～第三开关管

Q’1、Q’2 第一、第二三极管

R1～R16 第一～第十六电阻

D1～D8 第一～第八二极管

D’1、D’2 第一、第二钳位管

SW1、SW2、VG1、LED、CS、DRV、GND、VIN、COMP、ZCS 接脚

T1 变压器

T1A、T1B 第一、第二绕组

LED1、LED2 第一、第二输出端

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。

请参阅图3，以了解本发明所述的发光二极管驱动电路的运作方式。如图所示，本发明的发光二极管驱动电路1包括输入整流模块10、阻抗匹配模块11、外围控制模块12、功率因数校正控制芯片13以及输出整流模块14。

输入整流模块10用于将输入的交流电转换成直流电；阻抗匹配模块11用于提供输入整流模块10的阻抗匹配并抑制电磁干扰(EMI)；加减电压(Buck-Boost)控制模块12以及功率因数校正控制芯片13，与阻抗匹配模块11及输入整流模块10连接，用于对该直流电进行调整以及输出受控制的输出电流；以及输出整流模块14用于对该输出电流进行整流并输出至外部发光二极管电路2。

于一实施例中，该输入的交流电是来自电子镇流器电路，经输入整流模块10、阻抗匹配模块11转换成相对应的直流电并进行滤波处理后，送至外围控制模块12以及功率因数校正控制芯片13，功率因数校正控制芯片13提供精确的恒流控制和PFC校正，最后由输出整流模块14输出恒定的直流电给外部发光二极管电路2使用。

请参阅图4，图4为本发明的发光二极管驱动电路另一实施例的电路架构示意图。如图所示，输入整流模块10可包括：由高频二极管所组成的第一整流桥DB1以及第二整流桥DB2；与第一整流桥DB1连接的第一输入端AC1及第二输入端AC2；以及与第二整流桥DB2连接的第三输入端AC3及第四输入端AC4。第一到第四输入端AC1～AC4满足传统CFL灯管支架内四端输入的需要

于一实施例中，输入整流模块10还可包括：并联于该第一输入端AC1及第二输入端AC2 之间的第一压敏电阻VR1；并联于第三输入端AC3及第四输入端AC4之间的第二压敏电阻VR2；串联于第一输入端AC1及第一整流桥DB1之间的第一保险丝F1；以及串联于第二输入端AC2及第一整流桥DB1之间的第二保险丝F2。

于一实施例中，阻抗匹配模块11可包括：并联于第一输入端AC1及第二输入端AC2之间的第一电容C1；并联于第三输入端AC3及第四输入端AC4之间的第二电容C2；串联于第一保险丝F1及第一整流桥DB1之间的第一电感L1；并联于第一整流桥DB1及第二整流桥DB2之间的第二电感L2；以及与第一整流桥DB1及第二整流桥DB2连接的第三电容C3。

于一实施例中，输入整流模块10及阻抗匹配模块11将电子镇流器电路输出的高频交流电转换成相对应的直流电压，阻抗匹配模块11的第一到第三电容C1～C3起到失谐的作用，通过压敏电阻VR1和压敏电阻VR2进行钳位限压，并对直流电进行滤波处理。

于一实施例中，第一、第二保险丝F1、F2和第一、第二压敏电阻VR1、VR2构成过压保护和异常保护电路，确保输入电压在可靠范围内，避免后面的组件受到冲击；第一、第二电感L1、L2及第一、第二电容C1、C2构成阻抗匹配模块，起到抑制EMI作用，第三电容C3可采用小容量金属膜电容，保证高PF性能，便于后面的功率因数校正控制芯片13采样使用。

于一实施例中，如果本发明的发光二极管驱动电路1装入安装有电感式镇流器的灯管支架内，灯管四个端口是固定的，启辉器无法有任何的工作电流流过，所以一直工作在开路状态，所以第一整流桥DB1的第一、第二输入端AC1和AC2中也只有一个能接到市电输入，同时第二整流桥DB2的第三、第四输入端AC3和AC4中也只有一个可以接到市电输入的另一端，这样只能由第一整流桥DB1和第二整流桥DB2中的任意两个桥形成对输入电网电压的全桥整流，然后再通过第三电容C3平滑进入主回路。

于另一实施例中，如果发光二极管驱动电路1装入安装有电子镇流器的灯管支架内，由于该电子镇流器支架的线路内有谐振电容存在，所以就导致第一到第四输入端AC1～AC4都会接入电路中，该电子镇流器处于高频工作状态，第一整流桥DB1及第二整流桥DB2均采用快速的高频二极管，输入整流模块10及阻抗匹配模块11结合工作可保证该电子镇流器处于正常的工作状态。

于一实施例中，功率因数校正控制芯片13还可包括接脚SW1、SW2、VG1、LED、CS、DRV、GND、VIN、COMP以及ZCS。

如图4所示，于一实施例中，外围控制模块12还可包括：第一开关管Q1、具有第一绕组T1A及第二绕组T1B的变压器T1、第一到第七二极管D1～D7、第一到第九电阻R1～R9、 第四到第七电容C4～C7；第一二级管D1的阴极连接SW2脚；第一二极管D1的阳极连接第四电容C4、第二二极管D2及第三二极管D3的阳极；第二二极管D2的阴极连接该第一绕组T1A；第四二极管D4及第五二极管D5的阴极连接LED脚；第四二极管D4及第五二极管D5的阳极连接输出整流模块14；第一开关管Q1的栅极通过第一电阻R1连接至DRV脚；第二电阻R2的一端连接CS脚；第二电阻R2的另一端连接第三电阻R3及第一开关管Q1的源极；第四电阻R4及第五电容C5连接VIN脚；第二绕组T1B依序通过第六二极管D6和第五电阻R5连接VIN脚；第六电阻R6的一端及第七电阻R7连接ZCS脚；第六电阻R6的另一端连接第二绕组T1B；第八电阻R8通过第六电容C6连接COMP脚；第一开关管Q1的漏极连接第七二极管D7的阳极；以及第七二极管D7的阴极连接第九电阻R9和第七电容C7。

于一实施例中，如果发光二极管驱动电路1装入安装有电子镇流器的灯管支架内，由于电子镇流器支架的线路内有谐振电容存在，第二电感L2通过第二输入端AC2和第四输入端AC4与镇流器内置的电容组成谐振回路。第一绕组T1A、第一到第五二极管D1～D5、第十到十四电阻R10～R14(于功率因数校正控制芯片13的内部，容后再述)、第四电容C4组成高频切换电路电路。第四电阻R4和第五电容C5构成功率因数校正控制芯片13的启动电路，变压器T1的第二绕组T1B通过第六二极管D6和第五电阻R5为功率因数校正控制芯片13辅助供电，此外，通过第六电阻R6和第七电阻R7组成的分压电路对功率因数校正控制芯片13的ZCS脚进行电压采样检测。第二电阻R2、第三电阻R3为功率因数校正控制芯片13进行电流检测，控制整个环路工作状态。可通过改变第三电阻R3的阻值灵活调节输出电流。第一开关管Q1则由功率因数校正控制芯片13的DRV脚通过第一电阻R1驱动从而进行高频开关切换。第七二极管D7、第九电阻R9、第七电容C7构成RCD缓冲电路，吸收漏感能量，目的是减小MOS管关断瞬间电压尖峰。第八电阻R8和第六电容C6用于补偿网络。

请参阅图5，图5为本发明的功率因数校正控制芯片的内部电路架构示意图。如图5所示，功率因数校正控制芯片13的内部还可包括：第二开关管Q2及第三开关管Q3、第一三极管Q’1、第十到十四电阻R10～R14、第一钳位管D’1及第二钳位管D’2、基准信号Vref、电源电路137、检测电路136、反馈电路130、误差放大器131、导通时间产生电路132、频率自适应电路133、逻辑电路134以及驱动电路135；SW1脚连接第一钳位管D’1、第十电阻R10的一端及第二开关管Q2的漏极；第十电阻R10的另一端连接第十一电阻R11及第三开关管Q3的栅极；SW2脚连接第三开关管Q3的漏极；VG1脚连接第二开关管Q1的栅极及第二钳位管D’2；LED脚连接第一三极管Q’1的集极；第一三极管Q’1的射极依序连接第十二电阻R12及第十三电阻R13；第一三极管R’1的射极和基极间连接第十四电阻R14；该CS 脚连接反馈电路130；反馈电路130及基准信号Vref连接误差放大器131的输入端；误差放大器131的输出端连接导通时间产生电路132和频率自适应电路133；导通时间产生电路132和频率自适应电路133连接逻辑电路134；逻辑电路134连接驱动电路135的输入端；驱动电路135的输出端连接DRV脚；ZCS连接检测电路136；检测电路136连接逻辑电路134；以及VIN脚连接电源电路137。

于一实施例中，电源电路137根据VIN的电压进行电源管理工作，包括欠压保护、上电复位、提供内部低压电源、提供基准信号Vref等。检测电路136采样第二绕组T1B的分压信号(ZCS脚电压)进行退磁检测，并控制逻辑电路134的工作。反馈电路130接收第三开关管Q3的CS信号，并与内部基准信号Vref进行误差放大，误差放大器131输出误差放大信号至COMP。在导通时间产生电路132中，由COMP的该误差放大信号产生导通时间，以控制逻辑电路134，并令驱动电路135输出合理的驱动脉宽驱动第一开关管Q1高频切换。频率自适应电路133由COMP的误差放大信号产生对应的频率，以控制逻辑电路134，并令驱动电路135输出合理的驱动频率驱动第一开关管Q1高频切换。第十电阻R10和第十一电阻R11组成分压网络，采样第二开关管Q2的源漏电压，控制第三开关管Q3的开启或关断，从而控制输出整流回路。

如图4所示，于一实施例中，输出整流模块14可包括：第十五电阻R15及第十六电阻R16、第八二极管D8、第八电容C8、第二三极管Q’2、该第一输出端LED1及第二输出端LED2；第二三极管D’2的射极与集极间连接第十五电阻R15；第二三极管D’2的射极与基极间连接第三二极管D3；第二三极管Q’2的基极通过并联的第八二极管D8、第八电容C8及第十六电阻R16连接至第一输出端LED1及外围控制模块12；以及第二三极管Q’2的集极连接至第二输出端LED2及外围控制模块12。

于一实施例中，第一三极管Q’1、第三开关管Q3与第一绕组T1A、第一到第五二极管D1～D5、第十到十四电阻R10～R14、第四电容C4以及第二三级管Q’2组成高频切换电路电路。

本发明的发光二极管驱动电路1的信号处理方法，包括以下步骤，将来自电子镇流器电路的交流电源连接至前述的发光二极管驱动电路1的输入整流模块10，透过输入整流模块10将输入的交流电转换成直流电；透过阻抗匹配模块11提供匹配输入整流模块10的阻抗并抑制电磁干扰；透过外围控制模块12以及功率因数校正控制芯片13对该直流电进行调整以及输出受控制的输出电流；以及透过输出整流模块14对该输出电流进行整流并输出至外部发光二极管电路2。

相较于悉知技术，由于本发明的发光二极管驱动电路及信号处理方法，使用了功率因数校正控制芯片，可通过功率因数校正控制芯片精确控制闭环恒流和PFC校正，故具有单级PFC控制的高恒流精度；除此之外，还以输入整流模块将交流电转换成直流电，阻抗匹配模块用于提供该输入整流模块的阻抗匹配并抑制电磁干扰，以外围控制模块以及功率因数校正控制芯片对该直流电进行调整以及输出受控制的输出电流，以及输出整流模块用于对该输出电流进行整流并输出至外部发光二极管电路，以此方式将电子镇流器电路的交流电转换为直流电，并调整使其适合驱动该外部发光二极管电路，故能兼容电子镇流器电路，大幅改善了现有技术的种种缺失。

藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如权利要求所列。