一种电压可调的LED控制电路及其控制方法与流程

本发明一种电压可调的led控制电路及其控制方法属于led控制领域，特别是一种能够电压自动调节的led控制电路。

背景技术：

led灯作为一种价格便宜，发光效率高，稳定性强的光源，受到人们的普遍使用，但随之而来的控制问题成为人们长期研究的主题，尤其是如何控制调节电路电压的问题。

目前已有的一种负载控制电路及装置（中国申请cn104049559）公开了一种负载控制电路及装置，通过整流滤波模块将市电去杂后转换为负载所需的直流电，然后通过升压模块将整流滤波模块输出的直流电进行升压，减少电能在电路中的损耗，通过dc-dc变换电路将升压后的电压转换为负载所需的电压，最后通过反馈调节模块根据负载的输入电压控制dc-dc变换电路对输出的电压进行调节使负载的输入电压维持稳定。但其存在的不足是：1）输出电压固定，而这将导致led的亮度会变化；2）该发明未公开如何控制led电流。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种电压可调的led控制电路及其控制方法，能有效提高电源转换效率，节约用电，并自动调节led灯珠的总压差，延长了led灯的使用寿命。

本发明是采取以下技术方案实现的：

一种电压可调的led控制电路，包括桥式整流电路、恒流电流控制电路、可调升压电路和过电压保护电路；桥式整流电路设置在电压可调的led控制电路与电源相连的最前端，用于将交流电压整流得到直流电；

恒流电流控制电路包括第一比较器cmp1、第一mos管m1和可变电阻r1，第一比较器cmp1的输出端与第一mos管m1的栅极相连；第一比较器cmp1的反相输入端与第一mos管m1的源极相连后再与可变电阻r1相串联；第一比较器cmp1用来比较与其同相输入端相连的基准电压ref1电位和第一mos管m1的源极端的b点电位vb,并将vb电压值固定，且与ref1电压相同，通常设定在0.1v～0.3v；调节电阻r1的阻值，从而控制灯珠的电流，此电流不受电源电压、温度和led灯珠个数的影响；

可调升压电路包括第二比较器cmp2、脉冲宽度调制电路pwm、第二mos管m2、电感l1和高压二极管d1，第二比较器cmp2的输出端与脉冲宽度调节电路pwm相连；第二比较器cmp2的输出端与第二mos管m2的栅极相连；第二mos管m2的漏极与高压二极管d1相连；第二比较器cmp2用来比较与其同相输入端相连的基准电压ref2电位和第一mos管m1的漏极端的a点电位va，利用比较后的结果控制脉冲宽度调制电路pwm，脉冲宽度调制电路pwm控制第二mos管m2；

过电压保护电路由第三比较器cmp3、第一mos管m1、脉冲宽度调制电路pwm和第二mos管m2组成，第三比较器cmp3的输出端接到第一mos管m1的栅极，同时比较器cmp3的输出端接到第一mos管m1的栅极，且与脉冲宽度调制电路pwm连接；第三比较器cmp3用来比较与其同相输入端相连的基准电压ref3电位和第一mos管m1的漏极端的a点电位va，利用比较后的结果控制第一mos管m1和第二mos管m2的关闭；当电源电压异常偏高，或者led灯珠短路的个数过多时，导致a点电压va超过基准电压ref3时，第三比较器cmp3输出低电位信号，此信号将关闭第一mos管m1和第二mos管m2，从而关断led灯珠的电流，保护led灯泡，避免出现安全事故。

家用220v交流电源经过桥式整流得到300v左右的直流电源。led灯珠在常温下的点亮电压约为2v～3v。

本发明电路将整流后的直流电压升到一定电压给串联的led灯珠供电。由于家用220v交流电源通常有±20%的变化幅度，led灯珠在不同温度下，其点亮电压也不同，升压倍数1.2～2倍即可满足一般家庭应用。

基准电压ref1的电压约为0.1v～0.2v，通常基准电压ref1，基准电压ref2和基准电压ref3的电位较高，且基准电压ref3的电压为基准电压ref2电位的2～3倍。

一种电压可调的led控制电路的控制方法，包括如下步骤：

1）家用220v电源通电后，通过桥式整流电路将交流电整为直流电压vf；

2）通过电感l1和高压二极管d1将led灯珠的输入电压vc电位提高到led灯珠工作电压；

3）第一mos管m1的漏极端的a点电位va电压小于参考电压ref2，启动脉冲宽度调制电路pwm，通过第二mos管m2、电感l1和高压二极管d1提升led灯珠的vc的电位；

4）当led灯珠的输入电压vc的电位超过led灯珠工作的最小电压后（如前文所述单颗led导通电压为2v～3v，此电压为2v*led总数目），led灯珠开始有电流流过，此电流在电阻r1上形成压降，该压降小于0.1v，led灯珠电流随着led灯珠的输入电压vc的电位的升高而升高；当led灯珠的输入电压vc电位继续升高，直到可变电阻r1上的电压等于参考电压ref1，led灯珠的电流将恒定，不再随着led灯珠的vc的升高而升高；此时第一mos管m1的漏极端的a点电位va尚未超过参考电压ref2的电位，led灯珠的输入电压vc电压还将继续升高，直到第一mos管m1的漏极端的a点电位va电压超过参考电压ref2后，脉冲宽度调制电路pwm将关闭第二mos管m2，led灯珠的输入电压vc电压将不再升高；

5）led灯珠电流由与其并联的电容c1提供，因此led灯珠的输入电压vc将逐渐变低，直到第一mos管m1的漏极端的a点电位va电压小于参考电压ref2后，脉冲宽度调制电路pwm将重新开启，控制第二mos管m2，将通过电感l1、第二mos管m2和高压二极管d1来提升led灯珠的vc的电压，直到第一mos管m1的漏极端的a点电位va超过参考电压ref2的电位，关闭第二mos管m2，led灯珠的输入电压vc将停止上升；如此循环下去，直到220v电源关闭，或者led灯珠出现异常，或者220v电源出现异常高。

在步骤5）中，如果交流电源出现异常，通过桥式整流电路后，电源电压vf电位和led灯珠的输入电压vc电压均远超过led灯珠工作电压，第一mos管m1的漏极端的a点电位va高于参考电压ref3的电压，比较器cmp1输出低电压信号，将关闭第一mos管m1和第二mos管m2，从而切断了led灯珠上的电流，有效避免出现安全事故。

本发明的优点：

1、与现在的led灯泡相比更节能；

现在的led灯泡主要通过降压的方式供电，其降压幅度较大；而采用升压的方式，其电压升高的幅度比正常市电高一点即可，可以提高电源转换效率，节约用电；

2、可以节约成本；

升压型led灯泡只需要串联即可达到较大的功率，不需要并联，因此对led灯珠的一致性要求不高，可以节约成本；

3、本方法采用恒定电流供电方式，可以消除闪烁现象，有利于保护眼睛；

4、本方法设有过电压保护电路；

当电源电压异常偏高或者led灯珠短路的个数过多时，将关闭led灯珠电流，保护led灯泡，避免出现安全事故，消除安全隐患；

5、能自动调节led灯珠的总压差；

led灯珠对温度比较敏感，随着温度的升高，led两端的电压会降低，控制电路会降低led灯珠的总压降；

6、在本方法中，如果有灯珠短路，可以不影响整个灯泡的正常使用。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的led控制电路原理图；

图2是本发明电路的led电位和频率调节波形图。

具体实施方式

参照附图1～2，本发明电压可调的led控制电路，包括桥式整流电路、恒流电流控制电路、可调升压电路和过电压保护电路；桥式整流电路设置在电压可调的led控制电路与电源相连的最前端，用于将交流电压整流得到直流电；

恒流电流控制电路包括第一比较器cmp1、第一mos管m1和可变电阻r1，第一比较器cmp1的输出端与第一mos管m1的栅极相连；第一比较器cmp1的反相输入端与第一mos管m1的源极相连后再与可变电阻r1相串联；第一比较器cmp1用来比较与其同相输入端相连的基准电压ref1电位和第一mos管m1的源极端的b点电位vb,并将vb电压值固定，且与ref1电压相同，通常设定在0.1v～0.3v；调节电阻r1的阻值，从而控制灯珠的电流，此电流不受电源电压、温度和led灯珠个数的影响；

可调升压电路包括第二比较器cmp2、脉冲宽度调制电路pwm、第二mos管m2、电感l1和高压二极管d1，第二比较器cmp2的输出端与脉冲宽度调节电路pwm相连；第二比较器cmp2的输出端与第二mos管m2的栅极相连；第二mos管m2的漏极与高压二极管d1相连；第二比较器cmp2用来比较与其同相输入端相连的基准电压ref2电位和第一mos管m1的漏极端的a点电位va，利用比较后的结果控制脉冲宽度调制电路pwm，脉冲宽度调制电路pwm控制第二mos管m2；

过电压保护电路由第三比较器cmp3、第一mos管m1、脉冲宽度调制电路pwm和第二mos管m2组成，第三比较器cmp3的输出端接到第一mos管m1的栅极，同时比较器cmp3的输出端接到第一mos管m1的栅极，且与脉冲宽度调制电路pwm连接；第三比较器cmp3用来比较与其同相输入端相连的基准电压ref3电位和第一mos管m1的漏极端的a点电位va，利用比较后的结果控制第一mos管m1和第二mos管m2的关闭；当电源电压异常偏高，或者led灯珠短路的个数过多时，导致a点电压va超过基准电压ref3时，第三比较器cmp3输出低电位信号，此信号将关闭第一mos管m1和第二mos管m2，从而关断led灯珠的电流，保护led灯泡，避免出现安全事故。

家用220v交流电源经过桥式整流得到300v左右的直流电源。led灯珠在常温下的点亮电压约为2v～3v。

可调升压电路的原理如附图2所示，当第一mos管m1的漏极端的a点电位低于基准电压ref2时，脉冲宽度调制电路pwm输出一高电位控制信号vd，此控制信号开启第二mos管m2，从而拉低e点电位，对电感l1充电，此充电时间为t1，t1时间结束，脉冲宽度调制电路pwm输出信号vd从高电位转换为低电位，第二mos管m2关闭，电感l1的电流将通过高压二极管流到led的输入端，同时也流到与led并联的电容c1上，从而提升了led的输入电压vc，第一mos管m1的漏极端的a点电位va也会上升；当第一mos管m1的漏极端的a点电位va高于基准电压ref2时，pwm输出电位保持为低电位，直到第一mos管m1的漏极端的a点电位va低于基准电压ref2。

脉冲宽度调制电路pwm输出高电位信号的时间为固定时间t1,低电位信号的时间为t2，t2的时间可调且与电源电压vf、led灯珠的电压相关，当电源电压vf与pump电压vc比值较小时，t2时间较短；电源电压vf与pump电压vc比值较大时，t2时间较长。

pump电压vc=n*vled+va，n为led灯珠的个数，vled为led灯珠的电压。通常温度固定后，vled电压也固定；当电源f点的电位vf异常偏高时，将会导致第一mos管m1的漏极端的a点电位va偏高；当led灯珠短路的个数偏多时，第一mos管m1的漏极端的a点电位va也将偏高。

电路工作过程：假设单颗led灯珠的正常导通电压是3v，这一串led灯珠颗数为150颗，参考电压ref1为0.1v，参考电压ref2为5v，参考电压ref3为10v。家用220v电源通电后，通过桥式整流电路将交流电整为直流电压vf，此电压约为300v，同时通过电感l1，高压二极管d1将led灯珠的vc电位提高到300v左右。由于led灯珠正常发光电压约为450v，因此va电压远小于参考电压ref2，将启动脉冲宽度调制电路pwm，通过mos管m2，电感l1和高压二极管d1提升vc的电位。当vc电位超过一定电压后，led灯珠开始有电流流过，此电流会在电阻r1上形成压降，该压降小于0.1v，led灯珠电流会随着vc的升高而升高。当vc电压超过450v后，r1上的电压固定到0.1v，led灯珠的电流将恒定，不再随着vc的升高而升高。由于va电位尚未超过5v，vc电压将继续升高，当超过455v后，va电压超过参考电压ref2后，脉冲宽度调制电路pwm将关闭mos管m2，vc电压将不再升高。led灯珠电流由与其并联的电容c1提供，因此vc将逐渐变低，当vc低于455v，va电压小于参考电压ref2后，pwm将从新开启，控制mos管m2，将通过l1，m2和d1来提升vc的电压，直到vc电位超过455v，va超过5v，关闭m2，vc将停止上升，如此循环下去，直到220v电源关闭，或者led灯珠出现异常，或者220v电源出现异常高。

假设交流电源出现异常，高达330v，通过桥式整流电路后，vf电位超过460v，vc电压也超过460v，va电压超过10v，va高于参考电压ref3的10v电压，比较器cmp1输出低电压信号，将关闭mosm1和mosm2，从而切断了led灯珠上的电流，有效避免出现安全事故。