无频闪线性led驱动模块及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无频闪线性LED驱动模块，包括模拟数字控制块、LED负载模块、功率控制开关；所述LED负载模块为：LED负载与电流源ILED相串联成一支路，为LED负载和电流源ILED支路；储能电容CD与上述LED负载和电流源ILED支路相并联构成LED负载模块；模拟数字控制块根据LED负载模块的输出信号来控制功率控制开关。所述模拟数字控制块由运算放大器、比较器和数字电路组成；所述功率控制开关为由有源开关和无源开关组成的切换开关。采用若干个本发明所述的无频闪的线性LED驱动模块与线性电流源IIN组合后，所得的系统具有如下高效率、LED输出光没有频闪等技术优势。
【专利说明】无频闪线性LED驱动模块及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无频闪线性LED驱动模块及其工作方法。
【背景技术】
[0002]相对开关型LED驱动电源，线性LED驱动电源可以省去十分复杂的EMI问题而使得这线性LED驱动电源的设计及实施比较简单。在高压小电流的应用中，它(线性LED驱动电源)具有独特的优势。在目前广泛实施的交直流线性驱动方案中，主要采用分段驱动方式(如图1所示)来提高线性驱动电源的效率及功率因数。在交直流分段驱动方案中，线性电流源是以一定的占空比去断续驱动LED负载。由于LED的驱动电流是一断续的电流，这方案所存在的问题是LED的光效利用率低，LED是具有两倍市电频率的频闪。要提高LED的光效利用率，并克服这两倍市电频率的频闪，希望这LED的驱动电流是一连续的直流驱动电流。
[0003]最简单的方法来达到LED的驱动电流为一连续的并接近直流驱动电流的方法是在LED负载上并联一大电容Cd来储能(如图2所示)。虽然线性电流源是以一定的占空比去驱动LED负载及大储能电容CD，由于大电容Cd的储能，这使得LED持续有驱动电流成为可能。德州仪器的产品TPS92411就是采用这一思路构成LED驱动模块的。在这分段驱动方案中，若干个TPS92411构成的LED驱动模块组合就能使得该线性驱动方案的效率和功率因数高，并且没有EMI的问题。但在该LED驱动模块中，LED驱动电流的纹波大小是由该大电容Q3与LED负载的时间常数τ和线性电流源的占空比的周期T决定。显然τ越大于Τ，该驱动电流的纹波越小。LED负载可以看成是由一电压源Vmi与一动态电阻Rd相串联。该大电容Cd与LED负载的时间常数τ可以表达如下:
[0004]τ = CD.Rd ；
[0005]LED负载的动态电阻Rd通常是比较小的；要使得电容Cd与LED负载的时间常数τ大，就要使得电容Cd值尽可能大。这存在性价比的问题。如何增加电容Cd与LED驱动模块的时间常数τ，使这驱动电流的纹波尽可能小，而无需大幅度增加电容Cd值是本行业目前迫切希望解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种高效率、无频闪的线性LED驱动模块。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种无频闪线性LED驱动模块，包括模拟数字控制块、LED负载模块、功率控制开关；
[0008]所述LED负载模块为:LED负载与电流源Imi相串联成一支路，为LED负载和电流源Imi支路；储能电容Cd与上述LED负载和电流源Imi支路相并联构成LED负载模块；
[0009]模拟数字控制块根据LED负载模块的输出信号来控制功率控制开关。
[0010]作为本发明的无频闪线性LED驱动模块的改进:
[0011]所述模拟数字控制块由运算放大器、比较器和数字电路组成；
[0012]所述功率控制开关为由有源开关和无源开关组成的切换开关。[0013]作为本发明的无频闪线性LED驱动模块的进一步改进:
[0014]LOGIC模块包含了运算放大器和数字电路；
[0015]所述有源开关为开关K;
[0016]所述无源开关为二极管D ；
[0017]线性电流源Iin经IN+和IN-端驱动无频闪的线性LED驱动模块；
[0018]电流源Imi的端电压分别与对应Vl的比较器、对应V2的比较器、对应V3的比较器的输入端之一相连；上述对应Vl的比较器、对应V2的比较器、对应V3的比较器的另一输入端分别与V1、V2、V3的参考电平相连；
[0019]对应Vl的比较器、对应V2的比较器、对应V3的比较器的输出是LOGIC模块的输入；该LOGIC模块的输入端同时也是CONT输入端；
[0020]开关K受控于LOGIC模块；开关K的两端分别为线性电流源Iin的IN+端和IN-端；
[0021]二极管D与LED负载模块串联后所形成的支路与开关K的两端并联；
[0022]OUTl和0UT2分别为LOGIC模块的输出端。
[0023]作为本发明的无频闪线性LED驱动模块的进一步改进:
[0024]LOGIC模块的输出端OUTl控制电流源Imi的大小。
[0025]作为本发明的无频闪线性LED驱动模块的进一步改进:
[0026]所述无频闪的线性LED驱动模块还包括电阻Rs及相应的两个LOGIC模块输入端；在无频闪的线性LED驱动模块的IN-端串联电阻Rs，上述LOGIC模块的两个输入端分别与电阻Rs的两端相连。
[0027]本发明还同时提供了利用上述无频闪线性LED驱动模块制备而成的无频闪的交直流线性LED驱动系统:至少2个的无频闪线性LED驱动模块串联后，与一外接附有通信功能的线性电流源Iin组合。
[0028]本发明还同时提供了利用上述无频闪线性LED驱动模块的一种工作方法:
[0029]当输入端CONT是低电平“O”时，LOGIC模块控制开关K导通；无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端被开关K导通短路而呈零电平，线性电流源Iin不对这无频闪的线性LED驱动模块供电；仅由储能电容Cd的储能对LED负载供电；
[0030]当输入端CONT是高电平“ I”时，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端不被LOGIC模块输入端CONT控制开关K导通短路；经无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd供电；如电流源Imi上的端电压V.低于VI，输出端OUTl呈高电平反馈给线性电流源Iin以增加输入电流；如电流源Iled上的端电压Viled是V2〈Viled〈V3，LOGIC模块控制开关K开路，输出端0UT2呈低电平，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd供电；无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现储能电容Cd电压；但如电流源Imi上的电压Vmd大于V3，LOGIC模块控制开关K导通，输出端0UT2呈高电平，线性电流源Iin经开关K短路，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现零电平，储能电容Cd对LED负载供电；储能电容Cd电压开始减小直至电流源Im上的端电压Vmd小于V2 ;当电流源Im上的端电压Vmd小于V2，LOGIC模块控制开关K开路，输出端0UT2呈低电平，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd开始供电；储能电容Cd电压开始增加直至电流源Imi上的端电压V.大于V3 ;在此期间，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现储能电容Cd电压；开关K的切换是用来控制储能电容Cd电压在允许的范围内变化，即控制其纹波电压的大小；由于开关K的切换，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端将呈现零电平或储能电容Cd电压；模块的输出端电平信号OUTl和0UT2以及输入端CONT是将参与其他无频闪的线性LED驱动模块进行组合控制用的。
[0031]本发明还同时提供了利用上述无频闪线性LED驱动模块的另一种工作方法:
[0032]当输入端CONT是低电平“O”时，LOGIC模块控制开关K导通，对应给定周期和占空比的线性电流源Iin的零输入电流；该无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端被开关K导通短路而呈零电平，线性电流源Iin对这无频闪的线性LED驱动模块供电为零；仅由储能电容Cd对LED负载供电；
[0033]当输入端CONT是高电平“I”时，对应给定周期和占空比的线性电流源Iin输入电流，这无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端不被LOGIC模块输入端CONT控制开关K导通短路；经无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd供电；无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现储能电容Cd电压；当电流源上的电压Vmd低于VI，LOGIC模块输出端OUTl输出低参考电平调节电流源值(使电流源值减小)，从而使储能电容Cd有足够的充电电流进行储能；如电流源上的电压Vmd是大于V3，LOGIC模块输出端OUTl输出高参考电平调节电流源Im值(使电流源U值增大)，以减小储能电容Cd的储能充电电流；
[0034]在每占空比周期开始时刻，即LOGIC模块输入端CONT控制的开关K由导通到关断时刻，电流源上的端电压Vmd与V2参考电平进行比较；其差值经输出量OUTl用来调节电流源Im值；如电流源U上的电压Vmd>V2，这表明储能电容Cd的充电电流大了，要增加电流源Im值来减小储能电容Cd的充电电流，即Iin-1-;如电流源Imi上的端电压V_〈V2，这表明储能电容Cd的充电电流小了，要减小电流源Im值来增加储能电容Cd的充电电流， Ih_IlED。
[0035]本发明还同时提供了利用上述无频闪线性LED驱动模块的又一种工作方法:
[0036]电阻Rs去采集输入线性电流源Iin的电流值以及经这线性电流源Iin传输的数字控制信号；由于电阻民的电压降给予了输入驱动电流值，这有利于LOGIC模块产生合适的输出控制量OUTl控制电流源Imi ;另外经线性电流源Iin传输的数字控制信号在电阻Rs上产生相应的数字信号电压传输到LOGIC模块，LOGIC模块根据这输入的数字信号控制开关K开通或关断。
[0037]在本发明的上述LED负载模块中，电流源Imi的动态电阻可被认为无穷大，也就是说，LED负载和电流源Im支路的动态电阻Rd可看作无穷大；因此，该构成的LED负载模块的时间常数τ可以远大于线性电流源Iin的占空比的周期Τ。
[0038]所述LED负载模块在控制特性上呈现是一个时间常数很大的一阶惯性系统。对一时间常数很大的一阶惯性系统是比较容易采用各种已有的控制方法来控制这一系统。
[0039]由于LED负载的电流是由电流源Imi决定的，线性电流源Iin对这LED负载模块供电时，大于Imi的电流是对储能电容Cd充电的；储能电容Cd的充电电压表达式为:
【权利要求】
1.无频闪线性LED驱动模块，其特征是:包括模拟数字控制块、LED负载模块、功率控制开关; 所述LED负载模块为:LED负载与电流源Im相串联成一支路，为LED负载和电流源Im支路；储能电容Cd与上述LED负载和电流源Imi支路相并联构成LED负载模块； 模拟数字控制块根据LED负载模块的输出信号来控制功率控制开关。
2.根据权利要求1所述的无频闪线性LED驱动模块，其特征是: 所述模拟数字控制块由运算放大器、比较器和数字电路组成； 所述功率控制开关为由有源开关和无源开关组成的切换开关。
3.根据权利要求2所述的无频闪线性LED驱动模块，其特征是: LOGIC模块包含了运算放大器和数字电路； 所述有源开关为开关K; 所述无源开关为二极管D ； 线性电流源Iin经IN+和IN-端驱动无频闪的线性LED驱动模块； 电流源Imi的端电压分别与对应Vl的比较器、对应V2的比较器、对应V3的比较器的输入端之一相连；上述对应Vl的比较器、对应V2的比较器、对应V3的比较器的另一输入端分别与V1、V2、V3的参考电平相连； 对应Vl的比较器、对应V2的比较器、对应V3的比较器的输出是LOGIC模块的输入；该LOGIC模块的输入端同时也是CONT输入端； 开关K受控于LOGIC模块；开关K的两端分别为线性电流源Iin的IN+端和IN-端； 二极管D与LED负载模块串联后所形成的支路与开关K的两端并联； OUTl和0UT2分别为LOGIC模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的无频闪线性LED驱动模块，其特征是: LOGIC模块的输出端OUTl控制电流源Imi的大小。
5.根据权利要求2、3或4所述的无频闪线性LED驱动模块，其特征是: 所述无频闪的线性LED驱动模块还包括电阻Rs及相应的两个LOGIC模块输入端；在无频闪的线性LED驱动模块的IN-端串联电阻Rs，上述LOGIC模块的两个输入端分别与电阻Rs的两端相连。
6.利用如权利要求5所述的无频闪线性LED驱动模块制备而成的无频闪的交直流线性LED驱动系统，其特征是: 至少2个的无频闪线性LED驱动模块串联后，与一外接附有通信功能的线性电流源Iin组合。
7.如权利要求1~3任一所述的无频闪线性LED驱动模块的工作方法，其特征是: 当输入端CONT是低电平“O”时，LOGIC模块控制开关K导通；无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端被开关K导通短路而呈零电平，线性电流源Iin不对这无频闪的线性LED驱动模块供电；仅由储能电容Cd的储能对LED负载供电； 当输入端CONT是高电平“ I ”时，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端不被LOGIC模块输入端CONT控制开关K导通短路；经无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd供电；如电流源Imi上的端电压Vmd低于VI，输出端OUTl呈高电平反馈给线性电流源Iin以增加输入电流；如电流源Imi上的端电压Vmd是V2〈VttED〈V3，LOGIC模块控制开关K开路，输出端0UT2呈低电平，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd供电；无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现储能电容Cd电压；但如电流源Imi上的电压Vmd大于V3，LOGIC模块控制开关K导通，输出端0UT2呈高电平，线性电流源Iin经开关K短路，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现零电平，储能电容Cd对LED负载供电；储能电容Cd电压开始减小直至电流源Im上的端电压Vmd小于V2 ;当电流源Imi上的端电压Vmd小于V2，LOGIC模块控制开关K开路，输出端0UT2呈低电平，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd开始供电；储能电容Cd电压开始增加直至电流源Imi上的端电压Vmd大于V3 ;在此期间，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现储能电容Cd电压；开关K的切换是用来控制储能电容Cd电压在允许的范围内变化，即控制其纹波电压的大小；由于开关K的切换，无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端将呈现零电平或储能电容Cd电压；模块的输出端电平信号OUTl和0UT2以及输入端CONT是将参与其他无频闪的线性LED驱动模块进行组合控制用的。
8.如权利要求4所述的无频闪线性LED驱动模块的工作方法，其特征是: 当输入端CONT是低电平“O”时，LOGIC模块控制开关K导通，对应给定周期和占空比的线性电流源Iin的零输入电流；该无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端被开关K导通短路而呈零电平，线性电流源Iin对这无频闪的线性LED驱动模块供电为零；仅由储能电容Cd对LED负载供电； 当输入端CONT是高电平“ I ”时，对应给定周期和占空比的线性电流源Iin输入电流，这无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端不被LOGIC模块输入端CONT控制开关K导通短路；经无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端，线性电流源Iin通过二极管D对LED负载和储能电容Cd供电；无频闪的线性LED驱动模块的IN+和IN-端呈现储能电容Cd电压；当电流源Im上的电压Vmd低于VI，LOGIC模块输出端OUTl输出低参考电平调节电流源值，从而使储能电容C d有足够的充电电流进行储能；如电流源Im上的电压Vmd是大于V3，LOGIC模块输出端OUTl输出高参考电平调节电流源Imi值，以减小储能电容Cd的储能充电电流； 在每占空比周期开始时刻，即LOGIC模块输入端CONT控制的开关K由导通到关断时亥IJ，电流源上的端电压Vmd与V2参考电平进行比较；其差值经输出量OUTl用来调节电流源Im值；如电流源U上的电压Vmd>V2，这表明储能电容Cd的充电电流大了，要增加电流源U值来减小储能电容Cd的充电电流，即Iin-1led ;如电流源Im上的端电压Vmd〈V2，这表明储能电容Cd的充电电流小了，要减小电流源Im值来增加储能电容Cd的充电电流，P Ih_IlED。
9.根据权利要 求8所述的无频闪线性LED驱动模块的工作方法，其特征是: 电阻Rs去采集输入线性电流源Iin的电流值以及经这线性电流源Iin传输的数字控制信号；由于电阻民的电压降给予了输入驱动电流值，这有利于LOGIC模块产生合适的输出控制量OUTl控制电流源Im ;另外经线性电流源Iin传输的数字控制信号在电阻Rs上产生相应的数字信号电压传输到LOGIC模块，LOGIC模块根据这输入的数字信号控制开关K开通或关断。
【文档编号】H05B37/02GK103889127SQ201410140566
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】翁大丰, 魏其萃 申请人:魏其萃