专利名称：动态线性控制led驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及LED驱动，尤其涉及一种动态线性控制LED驱动电路。
背景技术：
随着绿色照明的普及,发光二极管(LED:Light Emitting Diode)照明得到了飞速的发展。LED驱动电源普遍都是采用了开关电源来实现。线性的驱动电源因为效率的问题，都被工程师们摒弃。图1是传统的LED线性驱动电路的示意图，如图1所示，整流桥110由4个高压二极管组成，滤波电容101把市电信号(通常为正弦的交流电压)整流为直流电压。控制芯片105的供电模块包括分压电阻102、钳位二极管103、以及控制芯片的去耦电容104，供电模块可以从约300VDC的输入电压中分出约IOV的电压给驱动芯片工作。控制芯片105的主要功能是稳定LED的驱动电流，无论输入电压如何变化，或是无论LED负载106如何变化，其通过LED的驱动电流都是恒定不变的。其中，LED负载106就是本驱动的负载LED灯串，它需要恒定的电流来驱动，电流的大小由LED的种类来定，一般高亮度的LED驱动电流为300mA。驱动电源的驱动开关107一般为功率M0SFET。驱动电流的检测电阻108的阻值决定了驱动电流的大小。图1中的线性驱动电源的原理是:控制芯片采样54节点处的电压，通过调整53节点处的电压来保证54节点处为恒定的电压，从而通过LED的驱动电流为恒定值:1_led=Vcs/Rcs ;其中，I_led为通过LED负载106的驱动电流，Vcs为控制芯片CS管脚的电压，即节点504处的电压。这种线性恒流驱动的电路的优点就是电路简单，成本低，电磁干扰低，但是有一个致命的弱点:效率差，寿命受限制。图2示出了图1中节点50、51、53和54处的电压的波形图，如图2所示，节点50处为输入的市电信号的电压Vac，全球的市电信号的电压范围为90VAC 265VAC。节点51处是经过滤波后的线电压(也称之为线性电压)Vline，其大小为^ XVae。节点54处是由控制芯片105决定的基准电压Vcs，一般为0.5V左右的电压。节点53处为控制芯片105的驱动电压 Vout。其工作的效率 n = V_ledXI_led/(V_ledXI_led+I_ledXVd)，V_led 为LED负载106的压降，I_led为LED的驱动电流，Vd为功率开关管107漏端的电压，即节点52处的电压。例如，可以为输出电压为100V，输出电流为50mA的5W的高压LED方案。实际应用中，图1中的驱动电路在90VAC的效率高达78 %，但是在135VAC的输入电压时，效率只有52%，如果全电压范围工作，在265VAC时效率低至30%，系统根本无法工作。因此，上述驱动电路在单电压(90Vac 136Vac)的范围内可以勉强工作。但是其低效率的损耗都是集中在功率开关管107。功率开关管的散热和寿命对线性LED驱动电源提出了很高的要求。因此，需要一种解决效率和寿命的线性恒流驱动方案。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中线性控制LED驱动电路的效率低的缺陷，提供一种动态线性控制LED驱动电路。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:本实用新型提供了一种动态线性控制LED驱动电路，包括:整流模块，用于将输入的市电信号转换为线性驱动电压信号，以输出给LED负载；采样模块，用于获取流过所述LED负载的驱动电流；反馈模块，用于获取所述线性驱动电压信号；恒流控制模块，用于根据所述驱动电流生成恒流调节信号，以及用于根据所述线性电压信号生成恒流控制信号；恒流驱动模块，用于根据所述恒流调节信号和所述恒流控制信号来控制所述负载电流为恒流。在依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路中，所述整流模块包括整流桥，所述整流桥的共阴极端连接所述LED负载的正极端，所述整流桥的共阳极端接地，所述整流桥的另外两端接所述市电信号；所述恒流驱动模块包括功率开关管，所述功率开关管的栅极连接所述恒流控制模块的输出端，漏极连接所述LED负载的负极端；所述采样模块包括采样电阻，所述采样电阻的第一端连接所述功率开关管的源极以及连接所述恒流控制模块的第一输入端，第二端接地；以使得所述恒流控制模块根据所述采样电阻两端的电压大小生成用于控制所述功率开关管的栅极电压大小的所述恒流调节信号，并从所述输出端输出至所述功率开关管的栅极，以将所述采样电阻两端的电压控制为恒定电压；所述反馈模块包括包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的公共端连接所述恒流控制模块的第二输入端，所述第一电阻的另一端连接所述LED负载的负极端，所述第二电阻的另一端接地；以使得所述恒流控制模块根据所述公共端处的电压大小生成用于控制所述功率开关管导通或关闭的所述恒流控制信号，并从所述输出端输出至所述功率开关管的栅极。在依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路中，所述功率开关管为功率 MOSFET。在依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路中，所述动态线性控制LED驱动电路进一步包括用于提高所述动态线性控制LED驱动电路的功率因数的功率因数调节模块；其中，所述功率因数调节模块包括辅助LED负载和辅助功率开关管；所述辅助LED负载的正极端与所述LED负载的负极端连接；所述辅助功率开关管的漏极连接所述辅助LED负载的负极端，源极连接所述恒流控制模块的第一输入端，栅极连接所述恒流控制模块的第二输入端；以使得所述辅助功率开关管在所述恒流控制模块的控制下，在所述功率开关管的关闭周期内至少导通一段时间来提高所述驱动电流的连续性，以提高所述动态线性控制LED驱动电路的功率因数。在依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路中，所述辅助功率开关管为功率MOSFET。在依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路中，所述动态线性控制LED驱动电路进一步包括去耦电容；所述去耦电容的两端分别与所述LED负载的正极端和负极端连接。本实用新型产生的有益效果是:根据LED负载的线性电压大小选择功率开关管导通和关闭的模式，可以大大提高线性LED驱动的效率。具体而言，在低输入电压，高效率工作的时候，恒流控制模块把功率开关管导通，保证LED在恒流输出的状态。在高输入电压，低效率工作的时候，恒流控制模块把功率开关管强行关闭。所以，在一个周期的正弦交流电中，当市电输入电压处于非波峰时，本实用新型中的驱动电路的工作模式和现有的线性LED驱动电路一样。当市电输入电压处于波峰时，本实用新型中的驱动电路的功率开关管进入关闭模式，驱动电路不会从市电信号中消耗功率。那么和现有的线性LED驱动电路相比，效率得到明显的改善。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:图1是传统的LED线性驱动电路的示意图；图2示出了图1中节点50、51、53和54处的电压的波形图；图3示出了依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路的电路示意图；图4示出了图3中节点50、51、53和54处的电压的波形图；图5示出了包含功率因数调节模块的驱动电路的电路示意图；图6示出了图5中节点50、51、53、56和54处的电压的波形图；图7示出了依据本实用新型实施例的恒流控制模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。图3示出了依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路的电路示意图，如图3所示，该动态线性控制LED驱动电路(以下可简称为驱动电路)包括:整流模块100、采样模块200、反馈模块300、恒流控制模块400以及恒流驱动模块500。其中，整流模块100可将输入的市电信号转换为线性驱动电压信号，并将该线性驱动电压信号输出给LED负载，以驱动LED负载工作。采样模块200可获取流过LED负载的驱动电流，并输出给恒流控制模块400。反馈模块300可获取线性驱动电压信号，并反馈给恒流控制模块400。这样，恒流控制模块400可根据驱动电流生成恒流调节信号，以及根据线性电压信号生成恒流控制信号；并将该恒流调节信号和恒流控制信号输出给恒流驱动模块500。恒流驱动模块500可根据恒流调节信号和恒流控制信号来控制负载电流为恒流。具体而言，在本实用新型的优选实施例中，整流模块100包括整流桥，该整流桥可以由四个高压二极管构成。其中，整流桥的共阴极端连接LED负载的正极端，整流桥的共阳极端接地，整流桥的另外两端接市电信号，即图2中的AC输入。恒流驱动模块500包括功率开关管，该功率开关管可以是功率M0SFET。功率开关管的栅极连接恒流控制模块400的输出端0UT，漏极连接LED负载的负极端。在本实用新型中，数字标号500也可表示功率开关管。采样模块200包括采样电阻，采样电阻的第一端连接功率开关管的源极，并同时连接恒流控制模块400的第一输入端CS，第二端接地。以使得恒流控制模块400根据采样电阻两端的电压大小生成用于控制功率开关管的栅极电压大小的恒流调节信号，并从输出端OUT输出至功率开关管的栅极，以将采样电阻两端的电压控制为恒定电压。反馈模块300包括包括第一电阻310和第二电阻320，第一电阻310和第二电阻320的公共端连接恒流控制模块400的第二输入端FB，第一电阻310的另一端连接LED负载的负极端，第二电阻320的另一端接地；以使得恒流控制模块400根据公共端处的电压大小生成用于控制功率开关管导通或关闭的恒流控制信号，并从输出端OUT输出至功率开关管的栅极。图4示出了图3中节点50、51、53和54处的电压的波形图，下面将结合图4的电压波形图来阐述图3中的驱动电路的工作过程。首先，恒流控制模块400从第一输入端CS接收采样电阻两端的电压，因为通过采样电阻的电流决定了 LED负载的驱动电流，因此，只要将采样电阻两端的电压控制为恒压，就可以将LED负载的驱动电流控制为恒流。工作中，恒流控制模块400可根据获得的采样电阻两端的电压，生成恒流调节信号，该恒流调节信号可以为直接输出至功率开关管的栅极电压，通过调节该栅极电压的大小(即栅极电压具体的数值)可以确保采样电阻两端的电压为恒定值，从而使得流过LED负载的驱动电流为恒流。从这里可以看出，恒流调节信号决定了图4中的Vout的大小。另一方面，节点50处为输入的交流电压信号Vac，节点51处为经过整理滤波后的线性驱动电压信号(可以简称为线电压)Vline，该电压信号用于驱动LED负载工作。线电压经过LED负载、第一电阻310和第二电阻320的分压，节点55处的电压，即恒流控制模块400 的第二输入端 FB 的输入电压 VFB=(Vline-V_led) XR_320/(R_310+R_320)，其中，V_led为LED负载的电压降，R_310和R_320分别为图3的第一电阻310和第二电阻320的阻值。此时，节点55处的电压波形与节点51处的波形一样，即电压VFB的波形图与Vline的波形图一样。应当注意的是，图4中的线性电压Vline的波形不同于图2中的线性电压Vline的波形，这是因为图1的滤波电容101的容值很大，一般需要电解电容，并采用传统的工作模式，而且没有考虑功率因数的纠正。然而，对于图3中的驱动电路而言，其滤波电容101的容值很小，不需要采用电解电容，并且还有可能结合功率因数的优化，因此，图4和图2的Vline波形不一样。工作中，恒流控制模块400根据VFB的电压信息，生成用于控制功率开关管导通或关闭的恒流控制信号，该恒流控制信号从恒流控制模块400的输出端OUT输出给功率开关管的栅极。例如，如果VFB的电压大小大于一个预先设定的基准电压，恒流控制模块400生成关闭功率开关管的恒流控制信号，从而关闭输出端OUT的驱动电压。例如，如图4所示，参见恒流控制模块400的输出端OUT输出的电压Vout的波形，当V line的电压大于一定值时，Vout就变成零电位，因为输出端OUT为零电位，功率开关管就处于不导通状态，通过检测电阻的电流就为零，那么第一输入端CS的电压Vcs也为零，如图4所示。从这里可以看出，恒流控制信号决定了图4中的Vout是有驱动电压信号输出，还是零电压输出，即不输出驱动电压信号。[0046]这种根据V line的电压大小选择功率开关管导通和关闭的模式，可以大大提高线性LED驱动的效率。在低输入电压，高效率工作的时候，恒流控制模块400把功率开关管导通，保证LED在恒流输出的状态。在高输入电压，低效率工作的时候，恒流控制模块400把功率开关管强行关闭。所以，在一个周期的正弦交流电中，当输入电压Vac处于非波峰时，本实用新型中的驱动电路的工作模式和现有的线性LED驱动电路一样。当输入电压Vac处于波峰时，本实用新型中的驱动电路的功率开关管进入关闭模式，驱动电路不会从市电信号中消耗功率。那么和现有的线性LED驱动电路相比，效率得到明显的改善。另外，系统在一个周期中，有一部分时间处于关闭状态，恒定电流的控制比较困难，本实用新型采用的是平均电流反馈技术实现。图3的109为环路的补偿电容。采用反馈模块300虽然提高了效率，但是带来了另一个问题，因为在一个周期的波峰处，驱动电路处于关闭状态，输入电流(LED负载的驱动电流)为零，从而输入电压和输入电流的不同步，造成了功率因数变差。所以，要解决这个问题，依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路进一步包括用于提高该驱动电路的功率因数的功率因数调节模块。图5示出了包含功率因数调节模块的驱动电路的电路示意图，如图5所示,功率因数调节模块包括辅助LED负载710和辅助功率开关管720 ;辅助LED负载710的正极端与LED负载106的负极端连接；辅助功率开关管720的漏极连接辅助LED负载710的负极端，源极连接恒流控制模块400的第一输入端CS,栅极连接恒流控制模块400的第二输入端FB ;以使得辅助功率开关管720在恒流控制模块400的控制下，在功率开关管的关闭周期内至少导通一段时间来提高驱动电流的连续性，以提高动态线性控制LED驱动电路的功率因数。其中，辅助功率开关管720可以为功率M0SFET。图6示出了图5中节点50、51、53、56和54处的电压的波形图，其中，节点50处为输入的市电信号的电压Vac，;节点51处是经过滤波后的线电压Vline ;节点53处为恒流控制模块400的输出端OUT的输出电压Vout ;节点56处为恒流控制器的第二输出端0UT2的输出电压Vout2 ;节点54处是恒流控制模块400的第一输入端CS的电压Vcs。结合图5和图6可以看出，辅助LED负载710在功率开关管的关闭周期内至少导通一段时间，优选地，只在接近交流电输入的波峰区导通工作。辅助功率开关管720用于控制辅助LED负载710的工作周期。例如，如图6所示，参见恒流控制模块的第二输出端0UT2输出的辅助功率开关管的驱动电压Vout2的波形，其选择在接近波峰时区导通。这样可以大大减小功率开关管和辅助功率开关管都同时不导通的时间，即提高输入电流的连续性，从而提高了系统的功率因数。仍如图3和图5所示，依据本实用新型实施例的动态线性控制LED驱动电路还可进一步包括去耦电容600 ;该去耦电容600的两端分别与LED负载的正极端和负极端连接。该去耦电容可减小LED输出电流的纹波，减小LED的光衰，保证其寿命。图7示出了依据本实用新型实施例的恒流控制模块的结构示意图，如图7所示，该恒流控制模块包括供电单元401，为恒流控制模提高基准电压和供电电压。还包括线电压检测单元403，通过恒流控制模的第二输入端(即FB管脚)检测输入电压的大小，选择恒流控制模工作在不同的工作模式。恒流控制模还包括环路恒流控制单元404、405和406，以及平均电流检测单元404，通过检测线电压检测单元403和第一输入端的信号，计算通过LED负载的平均电流。其中标号405表示误差放大器，其作用是通过调整环路恒流控制单元406的输入信号来保证误差放大器405的反相端电压等于正相端的基准电压，从而保证输出电流恒定值。恒流控制模块还包括逻辑控制单元407，其为整个驱动电路的信号处理中心。它控制驱动单元408的开关，最终实现恒流驱动的同时，保证系统的高效率，高功率因数。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种动态线性控制LED驱动电路，其特征在于，包括: 用于将输入的市电信号转换为线性驱动电压信号的整流模块，并将所述线性驱动电压信号输出给LED负载； 用于获取流过所述LED负载的驱动电流的采样模块； 用于获取所述线性驱动电压信号的反馈模块； 用于根据所述驱动电流生成恒流调节信号、以及用于根据所述线性电压信号生成恒流控制信号的恒流控制模块； 用于根据所述恒流调节信号和所述恒流控制信号来控制所述负载电流为恒流的恒流驱动模块。
2.根据权利要求1所述的动态线性控制LED驱动电路，其特征在于， 所述整流模块包括整流桥，所述整流桥的共阴极端连接所述LED负载的正极端，所述整流桥的共阳极端接地，所述整流桥的另外两端接所述市电信号； 所述恒流驱动模块包括功率开关管，所述功率开关管的栅极连接所述恒流控制模块的输出端，漏极连接所述LED负载的负极端； 所述采样模块包括采样电阻，所述采样电阻的第一端连接所述功率开关管的源极以及连接所述恒流控制模块的第一输入端，第二端接地；以使得所述恒流控制模块根据所述采样电阻两端的电压大小生成用于控制所述功率开关管的栅极电压大小的所述恒流调节信号，并从所述输出端输出至所述功率开关管的栅极，以将所述采样电阻两端的电压控制为恒定电压； 所述反馈模块包括包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的公共端连接所述恒流控制模块的第二输入端，所述第一电阻的另一端连接所述LED负载的负极端，所述第二电阻的另一端接地；以使得所述恒流控制模块根据所述公共端处的电压大小生成用于控制所述功率开关管导通或关闭的所述恒流控制信号，并从所述输出端输出至所述功率开关管的栅极。
3.根据权利要求2所述的动态线性控制LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关管为功率 MOSFET。
4.根据权利要求2所述的动态线性控制LED驱动电路，其特征在于，所述动态线性控制LED驱动电路进一步包括用于提高所述动态线性控制LED驱动电路的功率因数的功率因数调节模块；其中， 所述功率因数调节模块包括辅助LED负载和辅助功率开关管； 所述辅助LED负载的正极端与所述LED负载的负极端连接； 所述辅助功率开关管的漏极连接所述辅助LED负载的负极端，源极连接所述恒流控制模块的第一输入端，栅极连接所述恒流控制模块的第二输入端；以使得所述辅助功率开关管在所述恒流控制模块的控制下，在所述功率开关管的关闭周期内至少导通一段时间来提高所述驱动电流的连续性，以提高所述动态线性控制LED驱动电路的功率因数。
5.根据权利要求4所述的动态线性控制LED驱动电路，其特征在于，所述辅助功率开关管为功率MOSFET。
6.根据权利要求1-5任一项所述的动态线性控制LED驱动电路，其特征在于，所述动态线性控制LED驱动电路进一步包括去耦电容；所述去耦电容的两端分别与所述LED负载的正极端和负极端连接 。
专利摘要本实用新型公开了一种动态线性控制LED驱动电路，包括整流模块，用于将输入的市电信号转换为线性驱动电压信号，以输出给LED负载；采样模块，用于获取流过LED负载的驱动电流；反馈模块，用于获取线性驱动电压信号；恒流控制模块，用于根据驱动电流生成恒流调节信号，以及根据线性电压信号生成恒流控制信号；恒流驱动模块，用于根据恒流调节信号和恒流控制信号来控制负载电流为恒流。根据LED负载的线性电压大小选择功率开关管导通和关闭的模式，可以大大提高线性LED驱动的效率。在低输入电压，高效率工作的时候，恒流控制模块把功率开关管导通，保证LED在恒流输出的状态。在高输入电压，低效率工作的时候，恒流控制模块把功率开关管强行关闭。
文档编号H05B37/02GK203072226SQ20132006793
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者廖伟明, 郑曰, 胡小波 申请人:深圳市芯飞凌半导体有限公司