全周期恒功率负载驱动系统的制作方法

本发明涉及负载驱动系统技术领域，具体为全周期恒功率负载驱动系统。

背景技术：

驱动电路(drivecircuit)，位于主电路和负载装置之间，是用于将主电路输出的信号进行处理以便驱动后端的负载装置的中间电路。

在电学领域里，led驱动电路(ledcircuit)，为发光二极管灯具的核心器件，是一个用来使发光二极管(led)发亮的电路。

随着全球倡导绿色照明以及节能的迫切需求。越来越多的照明产品进入到发光二极管光源的时代。而作为发光二极管灯具的核心器件，led驱动芯片扮演着越来越重要的角色。

驱动led时，其最终目的都是要控制流经led的电流以达到或贴近原有设计要求的数值，并使其稳定而不受或减少被电源电压、温度、顺向偏压差异等因素的影响，从而得到所需亮度、防止led寿命减短或被损坏。

led工作于直流电，其顺向偏压与电流成指数关系，因此极细小的电压变化也会使其电流、亮度有很大变化，严重的更会因为功耗过高而永久损坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了全周期恒功率负载驱动系统，旨在解决交流电的周期峰谷间，由于电压的变化导致电流出现很大变化，甚至因功耗过高而损坏led的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

全周期恒功率负载驱动系统，配合交流电源设置，包括整流器、负载模块、恒功率电流切换模块、以及电流补充模块。整流器连接至交流电源的输出端以接收交流信号，并将接收到的交流信号转换为正向波信号。负载模块包括多个负载单元，且设置于整流器的输出端。恒功率电流切换模块与各个负载单元的输出端相连，且用于控制各个负载单元的工作周期并令负载模块的总通过电流与正向波信号反相以输出恒功率。电流补充模块连接至整流器的输出端以及负载模块的输入端，电流补充模块包括在任一负载单元的工作周期进行充电的充电状态、以及在正向波信号不足以驱动负载模块时输出电流至负载模块的供电状态。

作为本申请另一实施例，恒功率电流切换模块包括多个限流模块，限流模块与负载单元一一对应，限流模块连接于对应的负载单元的输出端，恒功率电流切换模块配置为在正向波信号为上升段时依序切换限流模块的开关以将负载模块的总通过电流输出为下降阶梯信号，并在正向波信号为下降段时依序切换限流模块的开关以将负载模块的总通过电流输出为上升阶梯信号。

作为本申请另一实施例，每个限流模块的输入端分别连接于对应的负载单元的输出端，以与对应的负载单元构成工作回路。

作为本申请另一实施例，限流模块包括串联设置于工作回路上的电流源、开关单元、以及依据所在工作回路所检测到的电压启闭开关单元的电压检测器。

作为本申请另一实施例，电流补充模块包括电容a、充电电流源、电容充电单元、以及电容供电单元。电容a的输入端连接于整流器及负载模块之间。充电电流源串联设置于电容a的后端。电容充电单元包括检测负载模块的输入电压的电压传感器，以及串联设置于充电电流源的后端的开关组件，电压传感器基于负载模块的输入电压决定是否开启开关组件以对电容a进行充电。电容供电单元包括设置于电容a的输入端与负载模块之间的开关控制回路、以及电流传感器，电流传感器检测对应于串联设置的第一组负载单元的通过电流，依据通过电流决定是否开启开关控制回路的开关以经由开关控制回路对负载单元进行供电。

作为本申请另一实施例，电流补充模块包括电容b、背对背接nmos电路和电容充放电控制单元。电容b的输入端连接于整流器及负载模块之间。背对背接nmos电路与电容b串联设置。电容充放电控制单元连接至背对背接nmos电路的闸极以控制背对背接nmos电路的启闭，并检测对应于串联设置的第一组负载单元的通过电流，依据通过电流决定开启或关闭背对背接nmos电路的开关，以对电容b进行充电或经由电容b对负载单元进行供电。

作为本申请另一实施例，各个负载单元分别包括有一个或多个串联或并联相接的led灯。

本发明达到了在交流电源的全周期供应电流至负载单元的效果，能够解决交流电源的交流信号在周期峰谷间信号断续(例如频闪)的问题，有效提升产品的寿命及可靠度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种实施例的方块示意图；

图2为本发明的另一种实施例的电路示意图；

图3为本发明的再一种实施例的电路示意图；

图4为本发明中正向波信号与阶梯信号的示意图(一)；

图5为本发明中正向波信号与阶梯信号的示意图(二)；

图6为本发明中正向波信号与阶梯信号的示意图(三)。

图中：

100、全周期恒功率负载驱动系统；

10、交流电源；20、整流器；

30、负载模块；30a、负载单元；

30b、负载单元；30c、负载单元；

40、恒功率电流切换模块；41a、限流模块；

411a、电流源；412a、开关单元；

413a、电压检测器；41b、限流模块；

411b、电流源；412b、开关单元；

413b、电压检测器；41c、限流模块；

411c、电流源；412c、开关单元；

413c、电压检测器；50、电流补充模块；

51、电容a；52、充电电流源；

53、电容充电单元；531、电压传感器；

532、开关组件；54、电容供电单元；

541、开关控制回路；542、电流传感器；

5411、开关；60、电流补充模块；

61、电容b；62、充电控制模块；

621、第一电压传感器；622、第一控制开关；

623、第一电流源；63、供电控制模块；

631、第二电压传感器；632、第二控制开关；

vin1、第一临界电压；vin2、第二临界电压；

vin3、第三临界电压；ith1、电流；

ith2、电流；ith3、电流；

itr、电流；e1、触发边界；

e2、触发边界。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

有关本发明的详细说明及技术内容，现配合附图说明如下。再者，本发明中的附图，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，附图及其比例并非用以限制本发明的范围，在此先行叙明。

以下针对本发明的一种实施例进行说明，请参阅图1及图2，为本发明的一种实施例的方块示意图及基础电路示意图，如图所示。

本实施例提供了一种全周期恒功率负载驱动系统100，全周期恒功率负载驱动系统100可以作为led驱动电路实施、或是可以用于其他任意形式的负载，本发明中不予以限制。

全周期恒功率负载驱动系统100配合交流电源10设置，包括整流器20、负载模块30、恒功率电流切换模块40、以及电流补充模块。

整流器20连接至交流电源10的输出端以接收交流信号，并将所接收到的交流信号转换为正向波信号。整流器20可以是全波整流器、半波整流器、桥氏整流器、或其他类此的电路，本发明中不予以限制。

负载模块30包括多个负载单元30a-30c，多个负载单元30a-30c串联设置于整流器20的输出端。在一种实施例中，负载单元30a-30c分别包括有一个或多个串联或并联相接的led灯，即每一个负载单元可以是单个led灯、或是由多个led灯以串联形式、或并联形式、或串联及并联形式构成的灯组，本发明中不予以限制。

恒功率电流切换模块40连接至多个负载单元30a-30c的输出端，恒功率电流切换模块40控制每个负载单元的工作周期并令负载模块30的总通过电流与正向波信号反相以输出恒功率。在一种实施例中，恒功率电流切换模块40包括多个限流模块41a-41c，限流模块与负载单元一一对应，每个限流模块的输入端连接于对应的负载单元的输出端，以分别与对应的负载单元构成工作回路。恒功率电流切换模块40配置为在正向波信号为上升段时依序切换限流模块41a-41c的开关以将负载模块30的总通过电流输出为下降阶梯信号，并在正向波信号为下降段时依序切换限流模块41a-41c的开关以将负载模块30的总通过电流输出为上升阶梯信号。

在一种实施例中，限流模块41a的输入端连接至负载单元30a与负载单元30b之间的节点上，借此与负载单元30a构成第一阶梯回路；限流模块41b的输入端连接至负载单元30b与负载单元30c之间的节点上，借此与负载单元30b构成第二阶梯回路；限流模块41c的输入端连接至负载单元30c的输出端(或是连接于负载单元30c与下一负载单元之间的节点上，此部分根据设置的阶梯数量而定)，借此与负载单元30c构成第三阶梯回路；每一个独立的阶梯回路分别对应至阶梯信号中的阶段。

其中，该限流模块41a包括串联设置于对应的工作回路上的电流源411a、开关单元412a、以及依据该工作回路的电压启闭开关单元412a的电压检测器413a；限流模块41b包括串联设置于对应的工作回路上的电流源411b、开关单元412b、以及依据该工作回路的电压启闭开关单元412b的电压检测器413b；限流模块41c包括串联设置于对应的工作回路上的电流源411c、开关单元412c、以及依据该工作回路的电压启闭开关单元412c的电压检测器413c。

在此所述的负载单元及限流模块虽然于附图中设定的数量为三(对应于三段阶梯波)，但是负载单元的数量与限流模块的数量可以为二或向后继续串联为四或四个以上，负载单元及限流模块的数量于本发明中不予以限制。在负载单元(及对应的限流模块)增加数量的情况下，可以进一步增加阶梯波的阶段数量。

电流补充模块连接至整流器20的输出端以及负载模块30的输入端，电流补充模块包括在任一负载单元的工作周期进行充电的充电状态、以及在正向波信号不足以驱动负载模块30时输出电流至负载模块30的供电状态。在此所述的正向波信号不足以驱动负载模块30的期间，主要是指正向波信号各周期间的波谷区段(如图4所示，区段ttr)。

在一种实施例中，电流补充模块50包括电容a51、充电电流源52、电容充电单元53、以及电容供电单元54。电容a51的输入端连接于整流器20及负载模块30之间。充电电流源52串联设置于电容a51的后端。

电容充电单元53包括电压传感器531、以及开关组件532。电压传感器531用以检测负载模块30的输入电压，开关组件532串联设置于充电电流源52的后端。电压传感器531基于工作周期对应的输入电压决定是否开启开关组件532以对电容a51进行充电；电容供电单元54包括设置于电容a51的输入端与负载单元30a之间的开关控制回路541、以及电流传感器542。电流传感器542检测对应于串联设置的第一组负载单元(即负载单元30a)的限流模块41a的通过电流(电流ith1)，依据该通过电流决定是否开启开关控制回路541的开关5411以经由开关控制回路541对负载单元30a进行供电。在一种可行的实施例中，在供电状态时，也可以同时对多个负载单元(例如负载单元30a-30c)进行供电，本发明中不予以限制。

其中，电流补充模块50可以修改，并可以通过修改后的电路实现相同或相似的功能，以下举一具体实施例，由于以下实施例与前一实施例仅在于电路的设计上不同，针对相同部分不再与以赘述。请参阅图3，为本发明的再一种实施例的电路示意图，如图所示。

本实施例中，电流补充模块60包括电容b61、背对背接nmos电路、以及电容充放电控制单元。电容b61的输入端连接于整流器20及负载模块30之间的节点上。背对背接nmos电路与电容b61串联设置，并于背对背接nmos电路的输出端(低侧的源极)连接至接地端。电容充放电控制单元连接至背对背接nmos电路的闸极以控制背对背接nmos电路的启闭，并检测对应于串联设置的第一组负载单元(即负载单元30a)的限流模块41a的通过电流(电流ith1)，依据该通过电流决定开启或关闭背对背接nmos电路的开关，以对电容b61进行充电或经由电容b61对负载单元30a进行供电。

作为一种具体的实施方式，电流补充模块60包括电容b61、充电控制模块62、以及供电控制模块63。电容b61的输入端连接于整流器20及负载模块30之间的节点上。

背对背接nmos电路为充电控制模块62。充电控制模块62包括第一电压传感器621、第一控制开关622、以及第一电流源623。电容b61的输入端及输出端分别与第一电压传感器621的两个输入端相连，第一电压传感器621的输出端连接至第一控制开关622的闸极以控制第一控制开关622的导通或关闭。电容充放电控制单元为供电控制模块63。供电控制模块63包括第二电压传感器631、以及第二控制开关632。第二电压传感器631的输入端连接至电流源411a及开关单元412a之间的节点上，第二电压传感器631的输出端连接至第二控制开关632的闸极以控制第二控制开关632的导通或关闭。其中第一控制开关622与第二控制开关632以串联方式连接，且第一控制开关622的汲极与第二控制开关632的汲极相连以构成背对背接形式(backtoback)。第一电流源623串联设置于第一控制开关622与第二控制开关632的回路上。

关于充电状态的切换模式，第一电压传感器621在检测到输入电压到达对应准位时，开启(导通)第一控制开关622并借此对电容b61进行充电(相当于图4中的触发边界e1)，充电路径由高压端至低压端分别为整流器20的高压输出端→电容b61→第二控制开关632的体二极管→第一电流源623→第一控制开关622→接地端；当检测到该电容的跨电压到达设定数值(充足电)时，关闭第一控制开关622以完成充电程序。关于供电状态的切换模式，供电控制模块63的第二电压传感器631在检测到第一组负载单元(即负载单元30a)的限流模块41a的通过电流(电流ith1)由高准位下降至低准位甚至0时(相当于图4中的触发边界e2)，此时开启(导通)第二控制开关632，借此使电容b61对负载进行放电，放电路径由高压端至低压端分别为电容b61→负载(负载模块30)→接地端；并在供电控制模块63的第二电压传感器631检测到通过电流(电流ith1)由低准位或0上升至高准位时关闭第二控制开关632。

在本实施例中，采用电压检知的方式检测通过电流；在其他实施例中也可以通过电流检知的方式检测通过电流，本发明中不予以限制。

以下配合电路针对正向波信号与阶梯信号的关联性进行说明，请一并参阅图4、图5、及图6，本发明中正向波信号与阶梯信号的示意图(一)、正向波信号与阶梯信号的示意图(二)、正向波信号与阶梯信号的示意图(三)，如图所示。

本发明中所述的正向波信号主要是指经过整流器20后的输入电压，本发明中所指的阶梯信号是指对应于正向波信号的电流信号。

如图4所示，本实施例中的阶梯信号主要依据限流模块41a、41b、41c个别触发。基本上，为了达到恒功率的效果(或近似于恒功率的效果)，在正向波信号(负载模块30输入侧的电压)为上升状态时，随着正向波信号上升、逐阶降低通过负载模块30的总通过电流；在正向波信号为下降状态时，随着正向波信号下降、逐阶增加通过负载模块30的总通过电流。

在正向波信号为上升段时，限流模块41a检测到正向波信号上升到达了第一临界电压vin1，此时限流模块41a开启开关(限流模块41b、及限流模块41c关闭)，使负载模块30的总通过电流为通过负载单元30a的电流ith1；于此同时，电流补充模块50检测到第一临界电压vin1后对电容a51进行充电，并于启动一段时间后或是于充足电量后关闭。然后，限流模块41b在检测到正向波信号上升到达了第二临界电压vin2，此时限流模块41b开启开关(限流模块41a、及限流模块41c关闭)，使负载模块30的总通过电流为通过负载单元30b的电流ith2；最终，限流模块41c在检测到正向波信号上升到达了第三临界电压vin3，此时限流模块41c开启开关(限流模块41a、及限流模块41b关闭)，使负载模块30的总通过电流为通过负载单元30c的电流ith3。电流ith1大于电流ith2，电流ith2则大于电流ith3，借此随着正向波信号(电压)的上升输出下降阶梯波(电流)。

在正向波信号为下降段时，限流模块41b检测到正向波信号下降到达了第三临界电压vin3，此时限流模块41b开启开关(限流模块41a、及限流模块41c关闭)，负载模块30的总通过电流上升至电流ith2；然后，限流模块41a检测到正向波信号下降到达了第二临界电压vin2，此时限流模块41a开启开关(限流模块41b、及限流模块41c关闭)，负载模块30的总通过电流上升至电流ith1；借此随着正向波信号(电压)的下降输出上升阶梯波(电流)。最终，限流模块41a在检测到正向波信号下降到达了第一临界电压vin1以下时，此时限流模块41a、限流模块41b、及限流模块41c同时关闭开关，于此同时，电流补充模块50将电容a51所储存的电流itr输出至负载单元30a-30c，以于正向波信号波谷时补足所需的电流。

在另一实施例中，如图5所示，除了可以在正向波信号上升段时启动电流补充模块50对电容a51进行充电外，亦可以在其他工作周期(例如高于第三临界电压vin3时)对电容进行充电，于本发明中不予以限制。

在另一实施例中，如图6所示，除了可以在正向波信号上升段时启动电流补充模块50对电容a51进行充电外，亦可以在正向波信号下降段时对电容进行充电(例如下降至低于第二临界电压vin2)，于本发明中不予以限制。

综上所述，本发明达到了在交流电源的全周期供应电流至负载单元的效果，能够解决交流电源的交流信号在周期峰谷间信号断续(例如频闪)的问题，有效提升产品的寿命及可靠度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。