一种线性恒流驱动电路的制作方法

本发明涉及LED驱动电路，具体涉及一种线性恒流驱动电路，尤其涉及到能够使用集成电路实现的线性恒流驱动方案。

背景技术：

当前的LED驱动方案以传统的高频开关电源为主，该方案使用高频开关电路，电路复杂，成本高，使得众多厂商开始研究简单、可靠和廉价的线性恒流驱动方案。

图1为目前使用的一种线性恒流驱动电路,包含一市电VAC1，一整流桥DB1、一LED串LED1，一电流源CC1。

整流桥DB1的输入端与市电VAC1相连，输出端正极与LED1的阳极相连，负极接地，LED1的阴极经电流源CC1与整流桥的负极相连。

该方案中，市电整流电压幅值超过LED1压降的部分全部转换成热量，消耗在恒流源CC1上。

恒流源CC1两端的电压为整流桥的整流电压克服LED1压降后的剩余值，该部分剩余值越大，则恒流源CC1的发热量越大，电路的效率越低，为提高效率，降低发热量，需要使得LED的压降尽可能的接近整流电压，但这样一来，当市电电压降低时，LED1上流过的电流又会比较明显的下降，因此实际应用中，必须在效率和输入电压范围之间做出折衷选择。当前，比较常用的配置为：在220vac输入电压下，LED1的总电压设计为230-260V；对于120vac输入电压下，LED1的总电压设计为120-135V，不同的功率，不同的产品，都是如此，这给LED照明产品的方案设计和成本控制带来了极大的困难。

因此，需要一种线性恒流电路结构，在固定的市电供电时，能允许较宽范围的LED电压，使得照明设计者对LED的选择更加灵活。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的技术缺陷，本发明提供了一种线性恒流驱动电路以及使用集成电路实现的线性恒流驱动电路。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，由市电供电，包括：整流桥、LED串、储能电容、第一开关子电路、第二开关子电路和第三开关子电路；整流桥的输入连接市电，包含两个输出端；LED串由若干个LED串联组成，具有第一端、第二端和抽头端，抽头端为LED串的任一串联节点或第一端；LED串的第一端连接到整流桥的一个输出端、第二端经由第一开关子电路和储能电容的一端连接，储能电容的另一端连接到整流桥的另一个输出端，构成能量吸收支路；第二开关子电路的一端连接到第一开关子电路和储能电容的交汇点，另一端连接到LED串的抽头端；第三开关子电路的一端连接到LED串的第二端，另一端连接到整流桥和储能电容的交汇点；储能电容、第二开关子电路、LED串的抽头端与第二端之间的LED和第三开关子电路构成能量泄放支路；整流桥的两个输出端、LED串和第三开关子电路构成LED直通支路。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：当整流桥的输出电压幅值大于LED串的电压和储能电容两端电压之和时，第一开关子电路和能量吸收支路导通；第二开关子电路、第三开关子电路、能量泄放支路和LED直通支路截止；当整流桥的输出电压幅值大于LED串的电压，但小于LED串的电压和储能电容两端电压之和时，第三开关子电路和LED直通支路导通，第一开关子电路、第二开关子电路、能量吸收支路和能量泄放支路均截止；当整流桥的输出电压幅值小于LED串的电压时，第一开关子电路、能量吸收支路和LED直通支路截止，第二开关子电路、第三开关子电路和能量泄放支路导通。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：第三开关子电路为一受控电流源，受控电流源在能量吸收支路导通时处于截止状态，反之处于导通状态，导通状态时具有限流功能。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：在能量吸收支路上的任一位置串联入一电流源，电流源在能量吸收支路导通时承受正向电压，具有限流功能。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：电流源的限流值大于受控电流源的限流值。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：第一开关子电路和/或第二开关子电路为一二极管。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一集成电路；第一开关子电路为第一二极管，第二开关子电路为第二二极管，第三开关子电路为第二集成电路；整流桥的输入连接市电，输出第一端为正，第二端接地；第一集成电路和第二集成电路均具有三个脚，第一脚为电流输入端，第二脚为芯片地，第三脚为电流检测端；第一集成电路包含第一压控电流源和第一信号基准，第一压控电流源包含两个功率端和两个控制端，第一压控电流源的两个功率端分别连接到第一集成电路第一脚和第三脚，第一压控电流源的一个控制端与第一信号基准的正极相连，另一个控制端连接到第一集成电路的第三脚，第一信号基准的负极连接到第一集成电路的第二脚；第二集成电路包含第二压控电流源和第二信号基准，第二压控电流源包含两个功率端和两个控制端，第二压控电流源的两个功率端分别连接到第二集成电路第一脚和第三脚，第二压控电流源的一个控制端与第二信号基准的正极相连，另一个控制端连接到第二集成电路的第三脚，第二信号基准的负极连接到第二集成电路的第二脚；LED串的第一端连接到整流桥输出的第一端、第二端接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极与储能电容的一端连接，储能电容的另一端经由第一电阻连接到第一集成电路的第一脚，第一集成电路的第三脚经由第二电阻接地；第一集成电路的第二脚接地；第二二极管的阳极连接到第一二极管和储能电容的交汇点，阴极连接到LED串的抽头端；第二集成电路第一脚连接到LED串的第二端、第二脚连接到第一集成电路的第一脚、第三脚经由第三电阻连接到储能电容与第一电阻的交汇处。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：还包括第四电阻、第五电阻和第三集成电路；第一开关子电路为第一二极管，第二开关子电路为第二二极管；第三开关子电路为第四集成电路；整流桥的输入连接市电，输出第一端为正，第二端接地；第三集成电路和第四集成电路均具有三个脚，第一脚为电流输入端，第二脚为芯片地，第三脚为电流检测端；第三集成电路包含第三压控电流源和第三信号基准，第三压控电流源包含两个功率端和两个控制端，第三压控电流源的两个功率端分别连接到第三集成电路的第一脚和第三脚，第三压控电流源的一个控制端与第三信号基准的正极相连，另一个控制端连接到第三集成电路的第三脚，第三信号基准的负极连接到第三集成电路的第二脚；第四集成电路包含第四压控电流源和第四信号基准，第四压控电流源包含两个功率端和两个控制端，第四压控电流源的两个功率端分别连接到第四集成电路的第一脚和第三脚，第四压控电流源的一个控制端与第四信号基准的正极相连，另一个连接到第四集成电路的第三脚，第四信号基准的负极连接到第四集成电路的第二脚；LED串的第一端连接到整流桥输出的第一端、第二端接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极与储能电容的一端连接，储能电容的另一端连接到第三集成电路的第一脚，第三集成电路的第三脚经由第四电阻接地；第四集成电路第一脚连接到LED串的第二端、第三脚经由第五电阻连接到第三集成电路的第三脚；第三集成电路和第四集成电路的第二脚均接地；第二二极管的阳极连接到第一二极管和储能电容的交汇点，阴极连接到LED串的抽头端。

本发明提供一种线性恒流驱动电路，还具有以下特征：还包括一并联在整流桥输出两端的开关电流源，开关电流源在能量吸收支路和LED直通支路中的任意一个导通的时候截止，反之导通。

本发明提供了一种线性恒流驱动电路以及使用集成电路实现的线性恒流驱动电路，其有益效果为：在固定的市电供电电压下，能允许较宽范围的LED电压，使得照明设计者对LED的选择更加灵活。

附图说明

图1为目前使用的一种线性恒流驱动电路。

图2是本发明的线性恒流驱动电路的原理图。

图3是实施例一的线性恒流驱动电路图。

图4是实施例二的线性恒流驱动电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

图2是本发明的线性恒流驱动电路的原理图。

如图2所示，线性恒流驱动电路包括：市电AC2、整流桥DB2、LED12至LEDn2依次串联组成的LED串、储能电容C2、第一开关子电路SA2、第二开关子电路SB2和第三开关SC2子电路。

整流桥DB2的输入连接市电AC2，包含两个输出端。

LED串由LED12至LEDn2若干个LED串联组成。LED串具有第一端L1、第二端L2和抽头端LC，分别定义如下：未与其他LED相连的LED12的一端为第一端L1、未与其他LED相连的LEDn2的一端为第二端L2，LED串的任一串联节点或第一端为抽头端LC。

LED串的第一端L1连接到整流桥DB2的一个输出端、第二端L2经由第一开关SA2和储能电容C2的一端连接，储能电容C2的另一端连接到整流桥DB2的第二输出端，构成能量吸收支路。

第二开关SB2的一端连接到第一开关SA2和储能电容C2的交汇点，另一端连接到LED串的抽头端LC。第三开关SC2的一端连接到LED串的第二端L2，另一端连接到整流桥DB2的另一输出端。储能电容C2、第二开关SB2、LED串的抽头端LC与第二端L2之间的LEDn2和第三开关SC2构成能量泄放支路。

整流桥DB1的输出、LED串和第三开关SC2构成LED直通支路。

其工作原理为：

当整流桥DB2的输出电压幅值大于LED串的电压和储能电容C2两端电压之和时，第一开关SA2和能量吸收支路导通；第二开关SB2、第三开关SC2、能量泄放支路和LED直通支路截止。

当整流桥DB2的输出电压幅值大于LED串的电压，但小于LED串的电压和储能电容C2两端电压之和时，第三开关SC2和LED直通支路导通，第一开关SA2、第二开关SB2、能量吸收支路和能量泄放支路均截止。

当整流桥DB2的输出电压幅值小于LED串的电压时，第一开关SA2、能量吸收支路和LED直通支路截止，第二开关SB2、第三开关SC2和能量泄放支路导通。

因此，图2的电路结构和工作原理具有如下有益效果：

1)利用储能电容吸收了市电整流电压的峰值能量，该峰值能量在市电电压较低时被释放到部分或者全部LED中去，避免了传统线性恒流驱动电路将市电整流电压幅值超过LED门限电压的部分转换成热量的缺点，因而，在实际LED照明产品设计中，可以使用较低压降的LED串。

2)由于可以使用较低压降的LED串，图2中的LED直通支路允许LED串在较低的市电幅值电压下导通，这使得实际LED照明产品的输入电压范围更宽。

3)由于LED串的电压较低，使得市电输入电流的导通角度加大，导通占空比更大，因此功率因数获得改善，减少了对电网的干扰。

4)当使用交流调压器逐渐降低市电电压降或者在交流电上串联切相调光器对LED调光时，在低亮度时所有的LED亮度一致。

5)上述3)和4)使得该方案适合应用在交流侧串联切相调光器的场合。

公知的是，LED为电流型驱动器件，但图2中并未包含任何电流限制的器件，这是为了简化说明本发明的思路和电路原理。

对图2做如下处理，可以使之成为一个实用的线性恒流驱动电路：

1)将图2中的第三开关SC2替换为一受控电流源，并使该受控电流源在能量吸收支路导通时处于截止状态，反之处于导通状态。

2)在能量吸收支路上的任一位置串联入一电流源，电流源在能量吸收支路导通时具有限流功能。

3)将图2中的第一开关SA2和第二开关SB2分别替换为二极管。

图3是实施例一的线性恒流驱动电路图。

如图3所示，线性恒流驱动电路，包括：整流桥DB3、LED串、储能电容C3、第一开关子电路SA3、第二开关子电路SB3、第一电阻R13、第二电阻R23、第三电阻R33、第一集成电路UA3和第三开关子电路UB3。

第一开关子电路SA3为第一二极管，第二开关子电路SB3为第二二极管。第三开关子电路UB3为第二集成电路。整流桥DB3的输入连接市电AC3，第一输出端I3为正，第二输出端II3接地。

LED串由LED13至LEDn3若干个LED串联组成，具有第一端L31、第二端L32和抽头端L3C，分别定义如下：未与其他LED相连的LED13的一端为第一端L31、未与其他LED相连的LEDn3的一端为第二端L32，LED串的任一串联节点或第一端为抽头端L3C。

第一集成电路UA3和第二集成电路UB3均具有三个脚，第一脚为电流输入端，第二脚为芯片地，第三脚为电流检测端。

第一集成电路UA3内部包含第一压控电流源CCA3和第一信号基准VA3，第一压控电流源CCA3包含两个功率端和两个控制端，两个功率端分别连接到第一集成电路UA3的第一脚1和第三脚3。第一压控电流源CCA3的一个控制端与第一信号基准VA3的正极相连，另一个连接到第一集成电路UA3的第三脚3，第一信号基准VA3的负极连接到第一集成电路UA3的第二脚2。

作为第三开关子电路的第二集成电路UB3内部包含：第二压控电流源CCB3和第二信号基准VB3，第二压控电流源CCB3包含两个功率端和两个控制端，两个功率端分别连接到第二集成电路UB3的第一脚4和第三脚6。第二压控电流源CCB3的一个控制端与第二信号基准VB3的正极相连，另一个控制端连接到第二集成电路UB3的第三脚6，第二信号基准VB3的负极连接到第二集成电路UB3的第二脚5。

LED串的第一端L31连接到整流桥DB3的第一输出端I3，第二端L32接第一二极管SA3的阳极，第一二极管SA3的阴极与储能电容C3的一端连接，储能电容C3的另一端经由第一电阻R13连接到第一集成电路UA3的第一脚1，第一集成电路UA3的第三脚3经由第二电阻R23接地。

第一集成电路UA3的第二脚2和整流桥DB3的第二输出端II3接地。

第二二极管SB3的阳极连接到第一二极管SA3和储能电容C3的交汇点，阴极连接到LED串的抽头端L3C。

第二集成电路UB3的第一脚4连接到LED串的第二端L32、第二脚5连接到第一集成电路UA3的第一脚1、第三脚6经由第三电阻R33连接到储能电容C3与第一电阻R13的交汇处。

整流桥DB3的输出、LED串、第一二极管SA3、储能电容C3、第一电阻R13、第一集成电路的第一脚1至第三脚3和第二电阻R23构成了能量吸收支路。

储能电容C3、第二二极管SB3、LED串的抽头端与第二端之间的LEDn3、第二集成电路UB3的第一脚4至第三脚6和第三电阻R33构成能量泄放支路。

整流桥DB3的输出、LED串、第二集成电路UB3的第一脚4至第三脚6、第三电阻R33、第一电阻R13、第一集成电路UA3的第一脚1至第三脚2和第二电阻R23构成LED直通支路。

其工作原理为：

当整流桥DB3的输出电压幅值大于LED串的电压和储能电容C3两端电压之和时，第一二极管SA3和能量吸收支路导通；第二二极管SB3、第二集成电路UB3、能量泄放支路和LED直通支路截止；

当整流桥DB3的输出电压幅值大于LED串的电压，但小于LED串的电压和储能电容C3两端电压之和时，第二集成电路UB3和LED直通支路导通，第一二极管SA3、第二二极管SB3、能量吸收支路和能量泄放支路均截止；

当整流桥DB3的输出电压幅值小于LED串的电压时，第一二极管SA3、能量吸收支路和LED直通支路截止，第二二极管SB3、第二集成电路UB3和能量泄放支路导通。

实施例一中的线性恒流驱动电路，利用两个独立的集成电路实现了本发明的有益效果。

实施例二

图4是实施例二的线性恒流驱动电路图。

如图4所示，线性恒流驱动电路，包括整流桥DB4、LED串、储能电容C4、第一开关子电路SA4、第二开关子电路SB4、第四电阻R14、第五电阻R24和第三集成电路UA4。

第一开关子电路SA4为第一二极管，第二开关子电路SB4为第二二极管，第四集成电路UB4作为第三开关子电路。

整流桥DB4的输入连接市电AC4，第一输出端I4为正，第二输出端II4接地。

LED串由LED14至LEDn4若干个LED串联组成，具有第一端L41、第二端L42和抽头端L4C，分别定义如下：未与其他LED相连的LED14的一端为第一端L41、未与其他LED相连的LEDn4的一端为第二端L42，LED串的任一串联节点或第一端为抽头端L4C。

第三集成电路UA4和第四集成电路UB4均具有三个脚。

第三集成电路UA4内部包含第三压控电流源CCA4和第三信号基准VA4，第三压控电流源CCA4包含两个功率端和两个控制端，两个功率端分别连接到第三集成电路UA4的第一脚12和第三脚14，两个控制端的一个与第三信号基准VA4的正极相连，另一个控制端连接到第三集成电路UA4的第三脚14，第三信号基准VA4的负极连接到第三集成电路UA4的第二脚13。

第四集成电路UB4内部包含：第四压控电流源CCB4和第四信号基准VB4，第四压控电流源CCB4包含两个功率端和两个控制端，两个功率端分别连接到第四集成电路UB4的第一脚15和第三脚17，两个控制端的一个与第四信号基准VB4的正极相连，另一个连接到第四集成电路UB4的第三脚17，第四信号基准VB4的负极连接到第四集成电路UB4的第二脚16。

LED串的第一端L41连接到整流桥DB4的第一输出端I4、第二端L42接第一二极管SA4的阳极，第一二极管SA4的阴极与储能电容C4的一端连接，储能电容C4的另一端连接到第三集成电路UA4的第一脚12，第三集成电路UA4的第三脚14经由第四电阻R14接地。

第四集成电路UB4第一脚15连接到LED串的第二端L42、第三脚17经由第五电阻R24连接到第三集成电路UA4的第三脚14。

第三集成电路UA4的第二脚13和第四集成电路UB4的第二脚16均接地。

第二二极管SB4的阳极连接到第一二极管SA4和储能电容C4的交汇点，阴极连接到LED串的抽头端L4C。

整流桥DB4的输出、LED串、第一二极管SA4、储能电容C4、第三集成电路UA4的第一脚12至第三脚14和第四电阻R14构成了能量吸收支路。

储能电容C4、第二二极管SB4、LED串的抽头端L4C与第二端L42之间的LEDn4、第四集成电路UB4的第一脚15至第三脚17、第五电阻R24和第三集成电路UA4的第三脚14至第一脚12，构成能量泄放支路。

整流桥DB4的输出、LED串、第四集成电路UB4的第一脚15至第三脚17、第五电阻R24、第四电阻R14，构成LED直通支路。

其工作原理为：

当整流桥DB4的输出电压幅值大于LED串的电压和储能电容C4两端电压之和时，第一二极管SA4和能量吸收支路导通；第二二极管SB4、第四集成电路UB4、能量泄放支路和LED直通支路截止；

当整流桥DB4的输出电压幅值大于LED串的电压，但小于LED串的电压和储能电容C4两端电压之和时，第四集成电路UB4和LED直通支路导通，第一二极管SA4、第二二极管SB4、能量吸收支路和能量泄放支路均截止；

当整流桥DB4的输出电压幅值小于LED串的电压时，第一二极管SA4、能量吸收支路和LED直通支路截止，第二二极管SB4、第四集成电路UB4和能量泄放支路导通。

本实施例中的第三集成电路UA4和第四集成电路UB4使用同一个地电平，方便集成到一个封装内实现本发明的有益效果。

在所有上述实施例的基础上，均可以在整流桥的输出两端并联一开关电流源，该开关电流源并联在整流桥的输出两端，在能量吸收支路和LED直通支路中的任意一个导通的时候截止，反之导通，其有益效果是：维持市电电流连续，使本发明更好地兼容使用传统可控硅调光器的供电场合。

上述实施例是为了说明而不是限制本发明，在不脱离所附权利要求的保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本发明要求保护的范围内。词语“包含”或“包括”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同元件或步骤的存在，元件“一”或“一个”不排除多个元件的存在，在列举几种电路的权利要求中，这些电路中的几个可以由一个来表现，电子器件项也是同样，仅仅因为某些方法是在互不相同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。