一种LED驱动电路及LED照明装置的制作方法

本申请涉及LED(发光二极管)驱动技术领域，具体涉及一种LED驱动电路、LED照明装置以及电子设备。

背景技术：

目前，LED照明装置因为其高效能、易控性、环保无辐射得到了越来越广泛的应用。初阶段的LED照明装置中电源驱动方案几乎全是芯片方案，芯片方案存在成本高及芯片交付时间不稳定等问题。

请参考图1，现有LED照明装置包括灯壳20以及设置在灯壳内的驱动电路10和由驱动电路提供电源的LED模块30。该驱动电路10包括整流电路11、滤波电路12以及DC转换电路13。如图2所示，输入电压从整流电路11的ACN,ACL两端输入,再经过整流桥DB1进行整流；整流后的电压经过滤波电路12进行滤波处理得到比较干净的脉动直流电；最后通过DC转换电路13得到所需要的电压。

LED照明装置的驱动电路工作在高频模式下，产生主要电磁干扰。请进一步参考图2，现有的LED照明装置电路大多采用芯片作为驱动电路的主控电路的方案,如图2DC转换电路13使用的BP2831A芯片，因芯片方案具有其本身的工作模式,产生的干扰需要增加滤波电路才能满足产品认证干扰要求,即使满足认证干扰要求的产品干扰仍然不小，在特定LED应用场合无法支持遥控器远程控制。为了进一步降低干扰需要增加大量的干扰滤波元器件，导致成本和产品体积增加，无法满足产品应用的需求。

改进的LED照明装置采用自激振荡电路具有成本低，寿命长，电磁干扰(E l ectro Magnet i c I nterference，EM I)低,无元件交付时间长等优点，但是，自激振荡电路在LED照明装置上用的很少。现有的自激振荡电路大多数没有控制电路或采用一个三极管做为控制电路，而三极管存在温度漂移及反应速度慢等缺点,温度漂移导致产品常温与高温环境下输出电流和电压发生很大变化,反应速度慢致使产品出现异常时不能快速的关断开关管,导致产品损坏,在生产及客户端有很大比例的不良。此类电路在输入电流或者电压突变时给产品稳定性带来很大隐患。

因此，现有技术的LED照明装置还有待于改进。

技术实现要素：

本申请主要解决的技术问题是提供一种安全、稳定、电磁干扰低的LED驱动电路、LED照明装置以及电子设备。

为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案。

第一方面，本申请实施例提供了一种LED驱动电路，包括整流电路、滤波电路以及供电电路，该整流电路将交流输入转换成直流输入，该滤波电路对转换的直流输入进行滤波处理得到脉动直流电，

该供电电路包括开关装置、储能装置、恒流装置、切换控制装置以及保护装置，该开关装置一侧连接该滤波电路，另一侧连接该储能装置和该切换控制装置，该切换控制装置连接该保护装置并且耦合该储能装置，该储能装置连接该恒流装置，该恒流装置的输出为负载装置提供额定电压；

该保护装置，在开关装置切换至该滤波电路的脉动直流电为恒流装置充电时，该保护装置用于在该交流输入出现输入突变时，瞬时切断该开关装置。

其中，该交流输入正常输入时，该切换控制装置感应该储能装置的电能磁能变化并向该开关装置馈入反馈电流，当瞬时反馈电流变化率趋近于零时，该开关装置截止，当该储能装置的瞬时感应电压变化率趋近于零时，开关装置导通，其中，该开关装置导通时由该脉动直流电为恒流装置提供电能，该开关装置截止时由该储能装置为恒流装置提供能量。

该保护装置包括连接和控制该开关装置的三极管以及运算放大器，该运算放大器连接基准电压电路。

作为一实施例，该基准电压电路为稳压二极管和电阻。

作为另一实施例，该基准电压电路为基准电压芯片和电阻。

该供电电路包括启动装置，该开关装置连接该启动装置，该启动装置包括保证开关管微导通的启动电阻。

其中，该开关装置为开关三极管，该储能装置包括变压器的原边线圈和二极管，该恒流装置包括充电电容和与该充电电容并联的电阻；该切换控制装置包括该变压器的副边线圈、隔直电容和电阻。

第二方面，本申请实施例还提供了一种LED照明装置，包括LED负载装置以及LED驱动电路，该LED驱动电路包括整流电路、滤波电路以及供电电路，该整流电路将交流输入转换成直流输入，该滤波电路对转换的直流输入进行滤波处理得到脉动直流电，该供电电路包括开关装置、储能装置、恒流装置、切换控制装置以及保护装置，该开关装置一侧连接该滤波电路，另一侧连接该储能装置和该切换控制装置，该切换控制装置连接该保护装置并且耦合该储能装置，该储能装置连接该恒流装置，该恒流装置的输出为负载装置提供额定电压；该保护装置，在开关装置切换至该滤波电路的脉动直流电为恒流装置充电时，该保护装置用于在该交流输入出现输入突变时，瞬时切断该开关装置。

其中，该交流输入正常输入时，该切换控制装置感应该储能装置的电能磁能变化并向该开关装置馈入反馈电流，当瞬时反馈电流变化率趋近于零时，该开关装置截止，当该储能装置的瞬时感应电压变化率趋近于零时，开关装置导通，其中，该开关装置导通时由该脉动直流电为恒流装置提供电能，该开关装置截止时由该储能装置为恒流装置提供能量。

在具体实施时，该保护装置包括连接和控制该开关装置的三极管以及运算放大器，该运算放大器连接基准电压电路。

在一实施例中，该基准电压电路为稳压二极管和电阻。

在另一实施例中，该基准电压电路为基准电压芯片和电阻。

该供电电路包括启动装置，该开关装置连接该启动装置，该启动装置包括保证开关管微导通的启动电阻。

在具体实施时，该开关装置为开关三极管，该储能装置包括变压器的原边线圈和二极管，该恒流装置包括充电电容和与该充电电容并联的电阻；该切换控制装置包括该变压器的副边线圈、隔直电容和电阻。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，其中，包括：

至少一个处理器；以及，

与该至少一个处理器通信连接的交互单元、控制机构以及如前述权利要求的LED照明装置，其中，该处理器根据用户在交互单元输入的指令，操控该控制机构以及开启或者关闭该LED照明装置。

在具体实施时，还包括与该至少一个处理器通信连接的存储器和通信组件。

本申请的有益效果在于，本申请实施例提供的LED驱动电路以及LED照明装置，在脉动直流电的低电压输入时有很好的低干扰效果,在脉动直流电的高电压或导常高电压输入时又有很好的快速保护作用。

其输出端为负载稳定的LED光源,不会对LED照明装置的电源电路产生工作不稳定影响，所以输出端不会对产品的稳定带有影响。但输入端为连接发电机,可能存在同一电网的大型机器开关动作导致的电压波动，或者雷击引起的突变电压。当驱动电路受到突变的高压时,设置的保护装置对细微电压能快速比较放大最终控制关断该开关装置，起到保护驱动电路的作用。该保护装置包括运算放大器，在突变电压开始增大瞬时即可被本申请的保护装置快速关断开关装置,加上运算放大器本身具有精准的比较运算，能够保证LED产品的功率一致,并且保护装置的运算放大器不存在温度高与温度低的基准发生变化，故不会有温度漂移问题。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是常规LED照明装置的结构示意图；

图2是现有LED照明驱动电路的电路图；

图3是本申请实施例LED驱动电路的等效电路图；

图4是本申请实施例LED驱动电路的具体电路图；

图5是本申请实施例LED驱动电路的保护装置的一种实施例电路图；

图6是本申请实施例LED驱动电路的保护装置的另一种实施例电路图；

图7是本申请实施例包括LED照明装置的电子设备结构框图；以及

图8是本申请另一实施例包括LED照明装置的电子设备结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请涉及LED驱动电路、LED照明装置以及使用该LED照明装置的电子设备，本申请的LED驱动电路以及LED照明装置设置保护装置，该保护装置可以为保护电路或者作为独立器件封装成芯片。该保护装置采用运算放大器电路来放大输入突变中的电压参数或者电流参数，使得微小的变化即可被识别从而保护电路器件并控制LED驱动电路的运行。保护装置中的运算放大器具有性能稳定,低温漂,精准比较等优点。

LED照明装置的开关电源在高频模式下工作，电容充放电、开关管的电压、电流在高频工作时的快速切换均构成电磁干扰源。该开关电源产生电磁干扰的根本原因在于其工作过程中产生很高的电流变化率(单位时间内电流的变化，d i/dt)和电压变化率(单位时间内电压的变化，dv/dt)，相应产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。本申请的技术方案，在电流变化率和电压变化率几乎趋近于零时，开关装置才截止和导通，几乎趋近于零的d i/dt或dv/dt变化率使得本申请的驱动电路最大限度降低干扰源，电磁干扰有很大降低，并且能保证使用该LED照明装置的电子设备的无线通讯不受影响。

请参考图3，本申请实施例的LED照明装置，包括负载装置104以及LED驱动电路。该LED驱动电路包括整流电路101、滤波电路102以及供电电路103。该整流电路101将交流输入转换成直流输入，该滤波电路102对转换的直流输入进行滤波处理得到脉动直流电。

该供电电路包括启动装置1，开关装置6、储能装置2、恒流装置3、切换控制装置4以及保护装置5。

该启动装置1连接至滤波电路102，开关装置6连接该滤波电路102、恒流装置3以及切换控制装置4。该切换控制装置4耦合该储能装置2，该储能装置2连接该恒流装置3，该恒流装置3的输出为负载装置104提供额定电压。本申请实施例中，该开关装置6为工作在饱和导通下的开关三极管(简称开关管)。

请一并参考图4所示的本申请实施例的具体电路图。该供电电路的启动装置1包括使开关管Q1微导通的启动电阻R2。该启动装置的启动路径包括电阻R2,电阻R4,开关管Q1,以及电阻R1，形成启动路径。

该储能装置2包括变压器T1的原边线圈和二极管D1。该恒流装置3包括充电电容C4和并联的电阻R6。该切换控制装置4包括变压器T1的副边线圈、隔直电容C3、电阻R4和电阻R1。

该开关装置6连接保护装置5，该保护装置5在遇到输入突变时，切断该开关装置6。该保护装置5在开关装置6切换至由滤波电路的脉动直流电的高电压为恒流装置充电时，用于在该交流输入出现输入突变时，瞬时切断开关装置6，避免突变电压或者电流对LED驱动电路或者LED照明装置造成损坏。

如图4所示，本申请实施例的保护装置包括连接和控制该开关装置的三极管Qa以及运算放大器AP。该运算放大器AP连接基准电压电路。该运算放大器AP对细微电压能快速比较放大用于判断是否需要关断开关装置以保护整个电路，起到保护整个电路的作用。该运算放大器AP在突变电压开始增大的瞬时即可完成判断并通过三极管Qa快速关断开关管Q1。该运算放大器AP具有精准的比较运算，能够保证LED产品的功率一致。并且该运算放大器AP不存在温度高与温度低的基准发生变化，故不会有温度漂移问题。

该保护装置的三极管Qa、运算放大器AP以及基准电压电路可以一体集成为保护芯片，插入驱动电路即可起到保护作用。

请一并参考图5所示的本申请实施例的保护装置的一种实施例电路图。其中不同之处在于，该基准电压电路为稳压二极管ZD和电阻R3。

请一并参考图6所示的本申请实施例的保护装置的另一种实施例电路图。其中不同之处在于,该基准电压电路为基准电压电路，优选的可以为基准电压芯片以及电阻R3。

该LED驱动电路的开关装置、储能装置2、切换控制装置4工作在准谐振工作模式中，从滤波电路2处理的脉动直流电和储能装置充放频率配合恰当，使得恒流装置的电容C4获得持续稳定的电能。

该切换控制装置4谐振该储能装置2的电能磁能变化并向开关装置输入反馈电流，当瞬时反馈电流变化率d i/dt趋近于零时，该开关装置截止，当该储能装置的瞬时感应电压变化率dv/dt趋近于零时，开关装置导通；其中，该开关装置导通时由该脉动直流电为恒流装置提供电能，该开关装置截止时由该储能装置为恒流装置提供能量。因此对外电磁干扰非常低，

降低电磁干扰的原理如下:

输入电压经过整流电路101将输入的交流电压转换成直流电压,再经过整流电路102的兀型滤波电路对整流后的脉动电压进行滤波处理得到脉动直流电源。该供电电路103将脉动直流电转换成需要的直流输出。

开关管Q1工作在On-Off快速循环转换的状态，dv/dt和d i/dt都在急剧变化中相互转换，在变压器T1感生电压瞬时变为零电压时，开关管再次导通时,即dv/dt中的dv为零,也就是dv/dt为零,所产生的电磁干扰最小。当该切换控制装置4的反馈电流为零，该开关管Q1截止时,即d i/dt中的d i为零,也就是d i/dt为零,该瞬间在开关管上产生的电磁干扰也最小。在高频转换过程中，每次开关管Q1的切换都在d i/dt为零或者dv/dt为零时发生，因此整个驱动过程的电磁干扰都很小。

请参阅图4，输入电压从L,N两端输入,经过整流桥BR1整流后,再经过C1,L1,C2组成的兀型滤波器进行滤波,滤波后的脉动直流电通过R2,R4,Q1,R1进行电路启动,启动后开关管Q1处于微导通状态。变压器T1原边线圈由C4正极到C4负极,再通过变压器的7到8脚形成的储能装置2。变压器T1原边线圈上感应一个7正8负的电压，同时会在该切换控制装置4的一侧副边绕组1,2脚感应一个1正2负的电压。此电压通过隔直电容C3向开关管Q1形成正反馈,正反馈能够进一步确保开关管Q1饱和导通。随着C3电容的电压慢慢升高，反馈电流慢慢减小，但电流方向不变,仍然能够保证开关管Q1正常导通,储存的能量继续增加。当C3电容电压充满时，此时该切换控制装置4馈入开关管Q1的反馈电流为零，反馈电流不能维持开关管Q1继续导通而使得开关管Q1截止，这就是零电流截止。开关管Q1截止同时，由于变压器T1上的电流突然变为零,根据“楞次定律”此时变压器上的感应电压会发生翻转,为7负8正,由于D1反向截止，此时由电容C4储存的电能为负载供电，通过C4向次级也就是负载装置提供额定电压,直至电容C4完成释放能量。同时变压器1,2脚的电压也会发生翻转,为1负2正,相位电压翻转而使开关管Q1进一步截止。

随着次级能量的释放,电流减小。当电流减小到零时，此时变压器T1上的感应电动势会进一步发生翻转，开关管Q1重新导通。这就是零电压导通。开关管Q1在零电流截止，在零电压导通，干扰都比较低。因此本实施例中，脉动直流电的高频切换设置在把d I/dt或dV/dt的变化率趋近于零时进行,驱动电路产生的电磁干扰被大大降低。

该交流输入正常输入时，该切换控制装置4感应该储能装置2的电能磁能变化并向该开关装置馈入反馈电流，当瞬时反馈电流变化率趋近于零时，该开关装置截止，当该储能装置2的瞬时感应电压变化率趋近于零时，开关装置导通，其中，该开关装置导通时由该脉动直流电为恒流装置3提供电能，该开关装置截止时由该储能装置2为恒流装置3提供能量。

该交流输入出现输入突变时(该输入突变可以是异常突变电压或者异常突变电流)，并且在开关装置导通，由该滤波电路102的脉动直流电为恒流装置3充电时，该保护装置5在该交流输入出现输入突变时，瞬时切断该开关装置以保护驱动电路和负载104。

具体工作过程介绍如下：

如图3和图4所示，交流输入通过保险丝RF1,整流桥BR1整流后,经过C1,L1,C2组成的兀型滤波器进行滤波,滤波后的脉动直流通过R2,R4,Q1,R1形成启动电路使得开关管Q1处于微导通状态。当启动电路工作后，变压器T1通过正反馈，副边线圈感应的电压经过隔直电容C3向开关管Q1形成正反馈。随着C3电容的电压慢慢升高，反馈电流慢慢减小。而储存在变压器T1中的能量慢慢增加,根据能量公式:P＝1/2*L*I*I*F,在R1上的电流会增加。

在开关装置切换至由滤波电路102的脉动直流电为恒流装置3充电时，此时隔直电容C3的电压还没有充满,电阻R1上形成的电压已经达到运算放大器AP的基准电压,在出现输入突变时，运算放大器AP将电阻R1输入信号进行比较后迅速放大输出,再经过三极管Qa控制开关管Q1快速关断,从而起到保护驱动电路和负载的作用。该保护装置5开启保护的情况包括输入异常突变电流和输入异常突变电压.

在开关装置切换至该储能装置2为恒流装置3充电时，保护装置不对开关装置进行关断操作，驱动电路仍然以低电磁干扰方式工作。此时，隔直电容C3的电压充满,电阻R1上形成的电压还达不到运算放大器AP的基准电压，当隔直电容C3电压充满时，此时反馈电流为零，开关管Q1截止，这就是零电流截止。开关管Q1截止后，变压器T1储存能量向次级释放能量，因变压器T1相位电压翻转而使开关管Q1进一步截止。随着次级的能量释放，根据能量公式:W＝(1/2)*L*i*i,随着能量的释放减小,电流减小，当电流减小到零时，此时变压器T1上的电动势为零。此时变压器T1电压相位翻转，开关管Q1重新导通，实现在零电压导通。开关管Q1在零电流截止，在零电压导通,产生的电磁干扰都比较低。

本申请技术方案LED驱动电路，在脉动直流电的低电压输入时有很好的低干扰效果,在脉动直流电的高电压或异常高电压输入时又有很好的快速保护作用。

请参考图7，现有的带有LED照明装置的电子设备，系统构造越来越庞杂，除了控制自身的控制机构，还需要可与系统通信并受系统的调度管理。本申请提供的LED照明装置中的LED驱动电路工作在准谐振安全模式中，其电磁干扰减至最低，不影响电子设备的遥控和无线通信并且不受输入突变干扰，安全稳定。

本申请实施例进一步涉及相关电子设备，其中，包括至少一个处理器以及与该至少一个处理器通信连接的交互单元、控制机构以及如前述的LED照明装置，其中，该处理器根据用户在交互单元输入的指令，操控该控制机构以及开启或者关闭该LED照明装置。

如图7所示为本申请涉及的电子设备600。该电子设备600实施例可以是开门机，也可以是任何使用该LED照明装置650的单片机控制系统。

该电子设备600包括至少一个处理器610、与该至少一个处理器610通信连接的人机交互单元630、控制机构660以及LED照明装置650。该控制机构在该处理器610的驱动控制下完成预设的功能，比如开门机的马达和传动机构等。

其中，该处理器610根据用户发送给人机交互单元630的指令，操控该控制机构运作的同时根据产品设计需要开启或者关闭该LED照明装置650。

该LED照明装置650的结构和设计和前述LED照明装置一样，包括启动装置1、储能装置2、恒流装置3、切换控制装置4、保护装置5以及开关装置6，电路运行时电磁干扰低，电路不受输入突变的影响，安全可靠性高。

如图8所示，在其它实施例中，该电子设备可与其它相关设备组网通信建立系统，因此该电子装置还包括与该至少一个处理器610通信连接的存储器620和通信组件640。

本申请的技术方案，提供稳定可靠的保护装置，该保护装置运用运算放大器组成控制保护电路，因充分利用了运算放大器的性能稳定，低温漂，精准比较等优点。

本申请实施例提供的LED驱动电路以及LED照明装置，其输出端为负载稳定的LED光源,不会对LED照明装置的电源电路产生工作不稳定影响，所以输出端不会对产品的稳定带有影响。但输入端为连接发电机,可能存在同一电网的大型机器开关动作导致的电压波动，或者雷击引起的突变电压。当驱动电路受到突变的高压时,设置的保护装置对细微电压能快速比较放大最终控制关断该开关装置，起到保护驱动电路的作用。该保护装置包括运算放大器，在突变电压开始增大瞬时即可被本申请的保护装置快速关断开关装置,加上运算放大器本身具有精准的比较运算，能够保证LED产品的功率一致,并且保护装置的运算放大器不存在温度高与温度低的基准发生变化，故不会有温度漂移问题。

并且，本申请实施例提供的LED驱动电路以及LED照明装置，设置切换控制装置，当切换控制装置的瞬时反馈电流变化率趋近于零时，该开关装置截止，当该储能装置的瞬时感应电压变化率趋近于零时，开关装置导通，使得高频工作的电路在转换瞬间的电流变化率d i/dt和电压变化率dv/dt最小，从而从根本上减少了电磁干扰源，极大降低了电路的电磁干扰，并使得使用该种新型LED驱动电路的相应的电子设备的无线通讯不受影响；本申请提供的LED照明装置可以应用在有低干扰需求的产品应用场合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。