一种可热插拔的LED驱动电源及其控制方法与流程

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种可热插拔的led驱动电源及其控制方法。

背景技术：

驱动电源输出通常带led灯负载，在现有驱动电源设计中，驱动电源的空载电压大于led灯的电压，由此点亮led灯。led灯市场化，已经成功的点亮各座大桥、每条大道、每座大厦、甚至入住家家户户，由此led灯的视觉效果将越来越被重视，在现实使用中，会出现led灯负载在带电的情况下拔下、并在带电的情况下接插上，由于驱动电源控制电路电压大于led灯电压，在瞬间就会出现灯闪的问题影响视觉效果。因此，急需一种led驱动电源，使led灯在带电的情况被拔下，不会出现灯闪的问题。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种分体式led灯具及其驱动电源插拔保护电路”，其公开号cn103037585b，其公开日2014年12月17日，包括与驱动电源的整流滤波电路、分压电阻r1、分压电阻r2、分压电阻r3、电阻r4及电压比较电路连接，所述分压电阻r1连接于所述整流滤波电路的输出端和所述分压电阻r2的第一端之间，所述分压电阻r2与所述分压电阻r3的共接于所述电阻r4的第一端，所述电阻r4的第二端连接电流比较电路的同相输入端，所述电压比较电路的输出电平与所述电流比较电路的输出电平共同对所述驱动电源的反馈电路所输出的反馈电流进行控制，使所述驱动电源的pwm控制电路根据所述反馈电流调整所述驱动电源的变压器t1的输出电压；所述驱动电源插拔保护电路包括：分压模块，输入端和输出端分别连接所述整流滤波电路的输出端和所述电压比较电路的反相输入端，用于对所述整流滤波电路输出的直流电进行分压处理以降低所述直流电的电压，并输出一分压直流电；电压检测模块，输入端连接所述电阻r4的第一端，用于对所述电阻r4的第一端的电压进行检测，并根据检测结果相应地输出控制电平信号；分压控制模块，控制端和分压调整端分别连接所述电压检测模块的输出端和所述分压模块的输出端，用于根据所述控制电平信号调整所述分压直流电的电压以使所述电压比较电路的输出电平相应地得到调节；所述电压检测模块包括：电阻r13、电阻r14、比较器、电阻r15及电容c2；所述电阻r13的第一端为所述电压检测模块的输入端，所述电阻r13的第二端与所述电阻r14的第一端共接于所述比较器的同相输入端，所述电阻r14的第二端与所述比较器的反相输入端共接于地，所述比较器的正电源端和负电源端分别连接所述直流电源和地，所述比较器的输出端为所述电压检测模块的输出端，所述电阻r15连接于所述比较器的输出端与所述电容c2的第一端之间，所述电容c2的第二端连接所述比较器的反相输入端。通过电压检测模块和分压控制模块对led驱动电源输送给led的电压进行检测和控制，但依然没有解决在电动情况下，拔下led灯时，驱动电源的输出空载电压大于led灯电压造成的灯闪问题

技术实现要素：

本发明主要解决现有的技术无法解决led灯在带电情况下被拔下后插上造成灯闪的问题；提供一种可热插拔的led驱动电源及其控制方法，解决了led灯在带电情况下被拔下、并在带电情况下重新接上，由于驱动电源输出空载电压大于led灯电压出现的灯闪问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种可热插拔的led驱动电源，包括主电路、开关管s2、主控制电路、子控制电路以及电阻r1，所述主电路包含开关管s1，所述主电路在所述主控制电路的控制下处理功率级的能量转换并供给led负载；所述主控制电路的输入端与所述主电路的输出端连接，用于采样所述主电路的输出电压，所述主控制电路的控制端与所述子控制电路连接，所述主控制电路的输出端与所述开关管s1的控制端连接；所述开关管s2串联在所述主电路与led负载之间，所述开关管s2的控制端与所述子控制电路连接；所述电阻r1并联在所述开关管s2上；所述子控制电路包括第一采样端、第二采样端、第一输出端和第二输出端，所述第一采样端采样所述主电路的输出电压，所述第二采样端采样所述电阻r1的电压，所述第一输出端与所述主控制电路连接，所述第二输出端与所述开关管s2连接，所述子控制电路检测到所述主电路输出电压超过第三预设值时，控制开关管s2关断；当检测到所述电阻r1的电压超过第四预设值、并同时检测到所述主电路输出电压超过第三预设值时，通过控制所述主控制电路控制所述主电路的输出电压降低，并控制所述开关管s2闭合。通过子控制电路检测主电路的输出电压v0，控制开关管s2的关断，通过检测电阻r1的电压，控制开关管s2闭合，通过控制开关管s2的通断，使主电路与led负载之间的连接通断，当led负载在带电情况下被拔掉时，断开主电路的输出和led负载之间的连接；当led负载在带电情况下重新接插上，子控制电路控制主控制电路，通过主控制电路控制主电路先减小主电路输出的空载电压、再闭合主电路的输出和led负载之间的连接、然后再调回主电路输出的空载电压，由此避免led灯在带电的情况下接插上，由于驱动电源空载电压大于led灯电压，在瞬间就会出现灯闪的问题。

作为优选，所述电阻r1的阻抗为所述led负载阻抗的数倍或数十倍。通过设定电阻r1的阻抗为led负载阻抗的数倍或数十倍，使子控制电路在检测电阻r1的电压时，能更好的检测到led负载的情况，方便调节主电路输出的空载电压。

作为优选，所述主控制电路包括驱动电路、光电耦合电路以及电压环，所述电压环的输入端与所述主电路的输出端连接，所述电压环的输出端与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端经所述光电耦合电路与所述开关管s1连接。通过电压环对设定主电路输出电压v0的额定值，对主电路的输出电压v0进行调节，通过光电耦合电路将驱动电路和主电路进行电气隔离，对电路进行有效保护。

作为优选，所述电压环包括运算放大器us1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1和开关管s3，所述运算放大器us1的正相输入端输入第一电压基准信号vref1，所述电阻r3的一端与所述主电路的输出正端连接，所述电阻r3的另一端与所述电阻r4的一端连接，所述电阻r4的另一端与所述运算放大器us1的负相输入端、电容c1的第一端以及所述电阻r5的一端连接，所述电容c1的第二端与电阻r2的一端连接，所述运算放大器us1的输出端分别与电阻r2的另一端以及所述驱动电路的输入端连接，所述r5的另一端接地，所述开关管s3并联在电阻r3上，所述开关管s3的控制端作为主控制电路的控制端与子控制电路连接。运算放大器us1的负相端的输入信号由电阻r3、电阻r4和电阻r5对所述主电路的输出电压vo进行分压，通过由电阻r2和电容c1组成的补偿网络，所述运算放大器us1将负相端的输入信号与正相端的第一电压基准信号vref1进行差分运算放大并输出反馈信号输送给所述驱动电路，所述驱动电路通过光电耦合电路输出驱动信号控制所述主电路的开关管s1的通断，通过开关管s1的通断控制主电路的输出电压，主电路的输出电压v0的额定值由第一电压基准信号vref1、电阻r3、电阻r4和电阻r5设定，当开关管s3接收到所述子控制电路的输出信号使其闭合时，所述主电路的输出电压v0设定值变小，通过运算放大器us1正相输入端的第一电压基准信号vref1与负相输入端的输入信号的差分运算后输出第一反馈信号给驱动电路，驱动电路输出驱动信号给主电路，使主电路的输出电压v0变小，当所述开关管s3接收到所述子控制电路的输出信号使其断开时，主电路的输出电压v0设定值回到额定值，通过运算放大器us1正相输入端的第一电压基准信号vref1与负相输入端的输入信号的差分运算后输出第一反馈信号给驱动电路，驱动电路输出驱动信号给主电路，使主电路的输出电压v0回到额定值。

作为优选，所述电压环包括运算放大器us2、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电容c2和开关管s4，电阻r7的一端与所述主电路的输出端连接，所述电阻r7的另一端分别与所述运算放大器us2的负相输入端、电容c2的第一端以及电阻r8的一端连接，所述电容c2的第二端与电阻r6的一端连接，所述运算放大器us2的输出端分别与电阻r6的另一端以及所述驱动电路的输入端连接，所述电阻r8的另一端接到地；所述电阻r9的一端输入第二电压基准信号vref2，所述电阻r9的另一端与所述运算放大器us2的正相输入端相连作为公共端，所述公共端与所述电阻r10和电阻r11的一端连接，所述电阻r11的另一端接到地，所述电阻r10的另一端与所述开关管s4的一端连接，所述开关管s4的另一端接到地，所述开关管s4的控制端与所述子控制电路的连接。运算放大器us2的负相输入端的输入信号由电阻r7和电阻r8对主电路的输出电压v0进行分压所得，运算放大器us2的正相输入端的输入信号由电阻r9、电阻r10和电阻r11对第二电压基准信号vref2进行分压所得，通过由电阻r6和电容c2组成的补偿网络，运算放大器us2将负相端的输入信号与正相端的输入信号进行差分运算放大并输出第二反馈信号给驱动电路，使驱动电路输出驱动信号给主电路，使主电路的输出电压v0变小以及回到额定值。

作为优选，所述子控制电路包括比较器us3、比较器us4、rs触发器a1、rs触发器a2、rs触发器a3、与门电路and、第一延迟电路和第二延迟电路，所述比较器us3的正相输入端与所述主电路的输出端连接，所述比较器us3的负相输入端输入第三电压基准信号vref3，所述比较器us3的输出端与rs触发器a1的s端连接，所述rs触发器a1的q端分别与第一延迟电路的输入端以及rs触发器a3的r端连接，所述第一延迟电路的输出端和与门电路and的第一输入端连接，所述比较器us4的正相输入端输入电阻r1的电压采样值，所述比较器us4的负相输入端输入第四电压基准信号vref4，所述比较器us4的输出端和与门电路and的第二输入端连接，所述与门电路and的输出端与rs触发器a2的s端连接，所述rs触发器a3的q端分别与rs触发器a1的r端、rs触发器a2的r端以及开关管s2的控制端连接，所述rs触发器a3的s端与第二延迟电路的输出端连接，所述rs触发器a2的q端分别与第二延迟电路的输入端以及所述主控制电路的控制端连接。rs触发器a1、rs触发器a2和rs触发器a3的r端接收触发时，输出q端置低，s端接收触发时，输出q端置高，第一延迟电路和第二延迟电路对输入信号进行延迟；当led负载在led驱动器正常工作的情况下断开时，比较器us3的正相端电压高于负相端电压，输出高电平到触发器a1的r端，所述触发器a1的q端输出高电平到第一延迟电路和触发器a3，所述触发器a3的r端接收到高电平则q端输出低电平vx2给开关管s2，所述开关管s2断开，主电路与led负载断开；所述与门and的第一端输入高电平，由于led负载拔掉，电阻r1和led负载间无电压、则比较器us4的正相端低于负相端，比较器us4输出低电平，与门and不工作；当led负载在led驱动器正常工作的情况下重新接插上时，由于led负载重新接插上电阻r1上，电压上升至第四电压基准信号vref4、则比较器us4的正相端高于负相端，比较器us4输出高电平，与门and工作输出高电平到触发器a2的s端，触发器a2的q端输出高电平给第二延迟电路和主控制电路中的电压环的开关管s3或开关管s4，子控制电路中电压环的开关管s3或开关管s4闭合减小了所述主电路的输出电压vo，所述第二延迟电路经过延迟将触发器a2输出的高电平输送到所述触发器a3的s端，所述触发器a3的q端输出高电平给所述触发器a1的r端和所述开关管s2，所述开关管s2导通，同时所述触发器a1输出低电平使与门输出低电平，则触发器a2的q端输出低电平，断开所述主控制电路中电压环的开关管s3或开关管s4，输出电压v0恢复到额定值；防止了led在带电情况下插上时，驱动电源输出空载电压大于led负载电压，出现的灯闪问题。

本发明还提供一种可热插拔的led驱动电源的控制方法，包括以下步骤：s01：采样所述主电路的输出电压；s02：采样所述电阻r1的电压；s03：判断主电路输出电压是否超过第三电压基准信号vref3，判断为是时，进入步骤s04，判断为否，则回到步骤s03；s04：关断开关管s2；s05：判断电阻r1的电压是否超过第四电压基准信号vref4，判断为是时，进入步骤s06，判断为否，则回到步骤s03；s06：降低主电路输出电压；s07：闭合开关管s2；s08：升高主电路输出电压至额定值。通过步骤s01至s08的控制方法，解决了驱动电源输出的空载电压大于led负载电压的问题，防止led出现灯闪的情况。

作为优选，所述的步骤s08中，所述主电路输出电压额定值的计算式为：

其中，v1为主电路的输出电压额定值。当电阻r3被开关管s3短路，则主电路的输出电压v0减小，当电阻r3不被短路，则主电路的输出电压v0回到额定值。

作为优选，所述的步骤s08中，所述主电路输出电压额定值的计算式为：

其中，z1为电阻r10和电阻r11的并联电阻值，v3为运算放大器us2的正相输入端输入的电压值，v1为主电路的输出电压额定值。当开关管s4闭合，则电阻r10与电阻r11并联，主电路的输出电压v0减小，当开关管s4断开，则电阻r10与电阻r11不并联，主电路的输出电压v0会带额定值。

本发明的有益效果是：通过在驱动电源的输出端增加开关管s2、电阻r1以及子控制电路，使led负载在拔掉后先断开开关管s2，使驱动电源的输出与led负载断开；在重新接上led负载时先降低驱动电源的输出电压、再合上开关管s2，在开关管s2合上后再使驱动电源的输出电压回升到原始输出电压，从而实现重新接上led负载时使led灯电流从小值开始上升到额定值，避免了led灯负载在带电的情况下拔下、并在带电的情况下重新接上，由于驱动电源输出空载电压大于led灯电压，在瞬间就会出现灯闪的问题。

附图说明

图1是实施例一的led驱动电源的电路框图。

图2是实施例一的电压环的电路连接原理图。

图3是实施例二的电压环的电路连接原理图。

图4是实施例一的子控制电路的电路连接原理图。

图5是本发明的一种led驱动电源控制方法的流程框图。

图中1.主电路，2.主控制电路，3.子控制电路，4.驱动电路，5.电压环，6.第一延迟电路，7.第二延迟电路，8.led负载。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：一种可热插拔的led驱动电源，如图1所示，包括主电路1、开关管s2、主控制电路2、子控制电路3以及电阻r1，主电路1包含开关管s1，主电路1在主控制电路2的控制下处理功率级的能量转换并供给led负载8；主控制电路2的输入端与主电路1的输出端连接，用于采样主电路1的输出电压，主控制电路2的控制端与子控制电路3连接，主控制电路2的输出端与开关管s1的控制端连接；开关管s2串联在主电路1与led负载8之间，开关管s2的控制端与子控制电路3连接；电阻r1并联在开关管s2上；子控制电路3包括第一采样端、第二采样端、第一输出端和第二输出端，第一采样端采样主电路1的输出电压，第二采样端采样电阻r1的电压，第一输出端与主控制电路2连接，第二输出端与开关管s2连接，子控制电路检测到主电路输出电压超过第三预设值时，控制开关管s2关断；当检测到电阻r1的电压超过第四预设值、并同时检测到主电路输出电压超过第三预设值时，通过控制主控制电路控制主电路的输出电压降低，并控制开关管s2闭合，电阻r1的阻抗为led负载阻抗的数倍或数十倍，主控制电路2包括驱动电路4、光电耦合电路以及电压环5，电压环5的输入端与主电路1的输出端连接，电压环5的输出端与驱动电路4的输入端连接，驱动电路4的输出端经光电耦合电路与开关管s1连接。

如图2所示，电压环5包括运算放大器us1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1和开关管s3，运算放大器us1的正相输入端输入第一电压基准信号vref1，电阻r3的一端与主电路1的输出正端连接，电阻r3的另一端与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与运算放大器us1的负相输入端、电容c1的第一端以及电阻r5的一端连接，电容c1的第二端与电阻r2的一端连接，运算放大器us1的输出端分别与电阻r2的另一端以及驱动电路4的输入端连接，r5的另一端接地，开关管s3并联在电阻r3上，开关管s3的控制端作为主控制电路2的控制端与子控制电路3连接。

如图4所示，子控制电路3包括比较器us3、比较器us4、rs触发器a1、rs触发器a2、rs触发器a3、与门电路and、第一延迟电路6和第二延迟电路7，比较器us3的正相输入端与主电路1的输出端连接，比较器us3的负相输入端输入第三电压基准信号vref3，比较器us3的输出端与rs触发器a1的s端连接，rs触发器a1的q端分别与第一延迟电路6的输入端以及rs触发器a3的r端连接，第一延迟电路6的输出端和与门电路and的第一输入端连接，比较器us4的正相输入端输入电阻r1的电压采样值，比较器us4的负相输入端输入第四电压基准信号vref4，比较器us4的输出端和与门电路and的第二输入端连接，与门电路and的输出端与rs触发器a2的s端连接，rs触发器a3的q端分别与rs触发器a1的r端、rs触发器a2的r端以及开关管s2的控制端连接，rs触发器a3的s端与第二延迟电路7的输入端连接，rs触发器a2的q端分别与第二延迟电路7的输出端以及主控制电路2连接。第三电压基准信号vref3用于设定第三预设值，第四电压基准信号vref4用于设定第四预设值。

在具体应用中，当led负载8在led驱动器正常工作的情况下断开时，比较器us3的正相端电压高于负相端电压，输出高电平到触发器a1的r端，触发器a1的q端输出高电平到第一延迟电路6和触发器a3，触发器a3的r端接收到高电平则q端输出低电平给开关管s2，开关管s2断开，主电路1与led负载8断开；与门and的第一端输入高电平，由于led负载8拔掉，电阻r1和led负载8间无电压、则比较器us4的正相端低于负相端，比较器us4输出低电平，与门and不工作；当led负载8在led驱动器正常工作的情况下重新接插上时，由于led负载8重新接插上电阻r1上，电压上升至第四电压基准信号vref4、则比较器us4的正相端高于负相端，比较器us4输出高电平，与门and工作，输出高电平到触发器a2的s端，触发器a2的q端输出高电平给第二延迟电路7和主控制电路2中的电压环5的开关管s3，开关管s3闭合，运算放大器us1的负相端的输入信号由电阻r3、电阻r4和电阻r5对主电路1的输出电压vo进行分压，通过由电阻r2和电容c1组成的补偿网络，运算放大器us1将负相端的输入信号与正相端的第一电压基准信号vref1进行差分运算放大并输出反馈信号输送给驱动电路4，驱动电路4通过光电耦合电路输出驱动信号控制主电路1的开关管s1的通断，通过开关管s1的通断控制主电路1的输出电压，主电路1的输出电压v0的额定值由第一电压基准信号vref1、电阻r3、电阻r4和电阻r5设定，当开关管s3接收到子控制电路3的输出信号使其闭合时，主电路1的输出电压v0设定值变小，通过运算放大器us1正相输入端的第一电压基准信号vref1与负相输入端的输入信号的差分运算后输出第一反馈信号给驱动电路4，驱动电路4输出驱动信号给主电路1，使主电路1的输出电压v0变小，第二延迟电路7经过延迟将触发器a2输出的高电平输送到触发器a3的s端，触发器a3的q端输出高电平给触发器a1的r端和开关管s2，开关管s2导通，同时触发器a1输出低电平使与门输出低电平，则触发器a2的q端输出低电平，断开主控制电路2中电压环5的开关管s3，电阻r3不在被短路，主电路1的输出电压v0回到额定值，通过运算放大器us1正相输入端的第一电压基准信号vref1与负相输入端的输入信号的差分运算后输出第一反馈信号给驱动电路4，驱动电路4输出驱动信号给主电路1，使主电路1的输出电压v0回到额定值。本实施例中的开关管s3也可并联在电阻r4的两端。

实施例二，一种可热插拔的led驱动电源，如图3所示，电压环5包括运算放大器us2、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电容c2和开关管s4，电阻r7的一端与主电路1的输出端连接，电阻r7的另一端分别与运算放大器us2的负相输入端、电容c2的第一端以及电阻r8的一端连接，电容c2的第二端与电阻r6的一端连接，运算放大器us2的输出端分别与电阻r6的另一端以及驱动电路4的输入端连接，电阻r8的另一端接到地；电阻r9的一端输入第二电压基准信号vref2，电阻r9的另一端与运算放大器us2的正相输入端相连作为公共端，公共端与电阻r10和电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端接到地，电阻r10的另一端与开关管s4的一端连接，开关管s4的另一端接到地，开关管s4的控制端与子控制电路3的连接。其余电路同实施例一。本实施例同实施例一相比，通过电阻r10和电阻r11是否并联，对运算放大器us2的正相输入端的输入信号进行调节，电压信号调节幅度更大。本实施例中的开关管s4也可于电阻r11串联。

如图5所示，为本发明的一种可热插拔的led驱动电源的控制方法，包括以下步骤：s01：采样主电路1的输出电压；s02：采样电阻r1的电压；s03：判断主电路1输出电压是否超过第三电压基准信号vref3，判断为是时，进入步骤s04，判断为否，则回到步骤s03；s04：关断开关管s2；s05：判断电阻r1的电压是否超过第四电压基准信号vref4，判断为是时，进入步骤s06，判断为否，则回到步骤s03；s06：降低主电路1输出电压；s07：闭合开关管s2；s08：升高主电路1输出电压至额定值。

在实施例一中，主电路1输出电压额定值的计算式为：

其中，v1为主电路1的输出电压额定值。

在实施例二中，主电路1输出电压额定值的计算式为：

其中，z1为电阻r10和电阻r11的并联电阻值，v3为运算放大器us2的正相输入端输入的电压值，v1为主电路1的输出电压额定值。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。