专利名称：一种具有高功率因数的led线性恒流驱动控制器的制作方法
一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器技术领域
本发明属于LED恒流控制技术领域，尤其涉及一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器及LED驱动装置。
背景技术：
公知地，目前高功率因数的LED驱动装置有两种实现方式:
一种是反激式或DC-DC升降压的开关电源类的恒流驱动控制电路。由于此种电路拓扑结构中存在变压器或电感等储能元件，且高功率因数电路有分立的填谷电路或控制器内部集成的功率因数修正电路，其电路的输入部分与输出部分是分开的电流回路，输出电压(即作为负载的LED单元的电压之和)不受输入电压的限制，所以输入电压可以实现宽范围变化。但该种恒流驱动控制电路结构复杂，占用的电路板体积大，成本闻，不利于生广和推广。
针对上述实现方式存在的不足，提出了另一种线性LED恒流驱动控制电路。该种电路的拓扑结构中无变压器或电感等储能元件，并且输入部分和输出部分同在一个电流回路中。如图1示出了现有技术提供的一种具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路，该电路中，作为负载的多段发光二极管单元是分段导通的，当输入电压幅度较低时，只有部分发光二极管单元亮起或没有发光二极管单元亮起，输出功率减小；当输入电压较高时，各段的发光二极管单元均可亮起，之后若输入电压继续升高时，各段的发光二极管单元仍可正常亮起，但恒流控制器上的损耗会增大，长时间工作甚至会烧毁恒流控制器。
可见，现有具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路中，各段的发光二极管单元不是在所有的时间内全亮，其利用率低，而若以固定功率输出给负载，则输入电压无法实现宽范围调节。发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，旨在解决现有具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路中，发光二极管单元分段导通，各段的发光二极管单元不是在所有的时间内全亮，其利用率低的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，所述LED线性恒流驱动控制器包括:
电压采样电路，用于采样LED驱动装置中整流电路输出的电压，并输出采样结果信号和米样电压；
电压调节电路，用于根据所述采样结果信号，对所述整流电路输出的电压的大小进行调节后，输出给发光二极管单元的正输入端；
功率因数修正电路，用于对所述采样电压做平方或等效处理后输出；
恒流控制电路，用于根据所述功率因数修正电路输出的电压，对所述发光二极管单元进行恒流控制。
本发明实施例的另一目的在于提供一种LED驱动装置，包括整流电路，所述LED驱动装置还包括如上所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器。
本发明实施例提供的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其通过电压采样电路采样整流电路输出的电压，并输出采样结果信号和采样电压；采样结果信号输入到电压调节电路，若整流电路输出的电压过高或过低，则由电压调节电路对其进行调节后，输出给作为负载的发光二极管单元的正输入端，采样电压输入到功率因数修正电路，功率因数修正电路对采样电压做平方或等效处理后输出，之后恒流控制电路根据功率因数修正电路输出的电压，对作为负载的发光二极管单元进行恒流控制。相对于现有的具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路，在提高功率因数、减小对电网污染的同时，还使得发光二极管单元中的全部LED均同时亮起，提高了 LED的利用率；同时，利用电压调节电路实现输入电压的宽范围调节，且安全可靠。
图1是现有技术提供的具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路的原理图2是本发明实施例提供的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的电路原理图3是图2中，电压调节电路的电路原理图4是图2中，电压采样电路的电路图5是图3中，电压选择电路的电路图6是图2中，功率因数修正电路的电路图7是图2中，恒流控制电路的电路图8是图2中，发光二极管单元的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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。
针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其通过电压采样电路采样整流电路输出的电压，并输出采样结果信号和采样电压；采样结果信号输入到电压调节电路，若整流电路输出的电压过高或过低，则由电压调节电路对其进行调节后，输出给作为负载的发光二极管单元的正输入端，采样电压输入到功率因数修正电路，功率因数修正电路对采样的电压做平方或等效处理后输出，之后恒流控制电路根据功率因数修正电路输出的电压，对作为负载的发光二极管单元进行恒流控制。
图2示出了本发明实施例提供的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的电路原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
详细而言，本发明实施例提供的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器包括:电压采样电路12，电压采样电路12的输入端连接整流电路的输出端，用于采样LED驱动装置中、整流电路输出的电压Vinp，并输出采样结果信号和采样电压；电压调节电路11，电压调节电路11的输入端连接电压采样电路12的第一输出端，电压调节电路11的电源端连接整流电路的输出端，电压调节电路11的输出端连接作为负载的发光二极管单元的正输入端，用于根据采样结果信号，对整流电路输出的电压Vinp的大小进行调节后，输出给发光二极管单元的正输入端；功率因数修正电路14，功率因数修正电路14的输入端连接电压采样电路12的第二输出端，用于对采样电压做平方或等效处理后输出；恒流控制电路13，恒流控制电路13的第一输入端连接发光二极管单元的负输入端，恒流控制电路13的第二输入端连接功率因数修正电路14的输出端，用于根据功率因数修正电路14输出的电压，对发光二极管单元进行恒流控制。本发明实施例提供的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其通过电压采样电路采样整流电路输出的电压，并输出采样结果信号和采样电压；采样结果信号输入到电压调节电路，若整流电路输出的电压过高或过低，则由电压调节电路对其进行调节后，输出给作为负载的发光二极管单元的正输入端，采样电压输入到功率因数修正电路，功率因数修正电路对采样的电压做平方或等效处理后输出，之后恒流控制电路根据功率因数修正电路14输出的电压，对作为负载的发光二极管单元进行恒流控制。相对于现有的具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路，在提高功率因数、减小对电网污染的同时，还使得发光二极管单元中的全部LED均同时亮起，提高了 LED的利用率；同时，利用电压调节电路11实现输入电压的宽范围调节，且安全可靠。图3示出了图2中，电压调节电路11的电路原理。具体地，电压调节电路11可以包括:电压选择电路111，还包括升压电路112和/或降压电路113。电压选择电路111的输入端作为电压调节电路11的输入端连接电压采样电路12的输出端，电压选择电路111的电源端作为电压调节电路的电源端连接整流电路的输出端，电压选择电路111的输出端作为电压调节电路11的输出端连接作为负载的发光二极管单元的正输入端，电压选择电路111的控制端连接升压电路112和/或降压电路113，电压选择电路111用于根据采样结果信号，若整流电路输出的电压Vinp小于第二预设值，则控制升压电路112对整流电路输出的电压Vinp进行升压处理，并将升压电路112升压处理后的电压输出给发光二极管单元的正输入端，和/或根据采样结果信号，若整流电路输出的电压Vinp大于第一预设值，则控制降压电路113对整流电路输出的电压Vinp进行降压处理，并将降压电路113降压处理后的电压输出给发光二极管单元的正输入端，电压选择电路111还用于根据采样结果信号，若整流电路输出的电压Vinp不大于第一预设值且不小于第二预设值，则直接将整流电路输出的电压Vinp输出给发光二极管单元的正输入端。图4示出了图2中，电压采样电路12的电路。具体地，电压采样电路12可以包括:电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、比较器Ul和比较器U2。其中，电阻R3、电阻R2、电阻Rl和电阻RO依次串联在整流电路的输出端和地之间，且电阻R3不与电阻R2连接的一端作为电压采样电路12的输入端；电阻R3与电阻R2连接的一端同时连接比较器Ul的同相端+，比较器Ul的反相端-连接第一基准电压Vrh;电阻R2与电阻Rl连接的一端同时连接比较器U2的同相端+，比较器U2的反相端-连接第二基准电压Vrl ;电阻Rl与电阻RO连接的一端同时作为电压采样电路12的第二输出端而连接功率因数修正电路14的输入端；比较器Ul的输出端和比较器U2的输出端共同作为电压米样电路12的第一输出端输出端而连接电压选择电路111的输入端。图5示出了图3中，电压选择电路111的电路。
具体地，电压选择电路111可以包括:N沟道的金属氧化物半导体场效管(以下简称MOS管)Ql、N沟道的MOS管Q2、N沟道的MOS管Q3、N沟道的MOS管Q4、N沟道的MOS管Q5、与门U3、反相器U4、或非门U5和或非门U6。其中，N沟道的MOS管Q4的漏极、N沟道的MOS管Q3的漏极和N沟道的MOS管Ql的漏极连接，并共同连接整流电路的输出端；N沟道的MOS管Q5的源极、N沟道的MOS管Q3的源极和N沟道的MOS管Q2的源极连接，并共同连接发光二极管单元的正输入端；N沟道的MOS管Q4的栅极连接N沟道的MOS管Q5的栅极，并共同连接与门U3的输出端；N沟道的MOS管Ql的栅极连接N沟道的MOS管Q2的栅极，并共同连接或非门U6的输出端；N沟道的MOS管Q3的栅极连接或非门U5的输出端；与门U3的一个输入端连接或非门U5的一个输入端和或非门U6的一个输入端,并共同连接电压采样电路12的输出端，参考图4，则连接比较器Ul的输出端；与门U3的另一个输入端连接反相器的输入端和或非门U6的另一个输入端，并共同连接电压采样电路12的输出端，参考图4，则连接比较器U2的输出端；反相器U4的输出端连接或非门U5的另一个输入端#沟道的MOS管Q4的源极和N沟道的MOS管Q5的漏极连接降压电压113，N沟道的MOS管Ql的源极和N沟道的MOS管Q2的漏极连接升压电路112。
图6示出了图2中，功率因数修正电路14的电路。
具体地，功率因数修正电路14可以包括:乘法器141，乘法器141的输入端作为功率因数修正电路14的输入端，乘法器141的输出端作为功率因数修正电路14的输出端，用于对采样电压做平方或等效处理后输出。乘法器电路属于本领域的公知技术，不再赘述。
图7示出了图2中，恒流控制电路13的电路。
具体地，恒流控制电路13包括:误差放大器U7、N沟道的MOS管Q6和电阻R4。其中，误差放大器U7的同相端+作为恒流控制电路13的第二输入端而连接功率因数修正电路14的输出端，误差放大器U7的反相端-通过电阻R4接地，误差放大器U7的输出端连接N沟道的MOS管Q6的栅极；N沟道的MOS管Q6的漏极作为恒流控制电路13的第一输入端连接发光二极管单元的负输入端；N沟道的MOS管Q6的源极连接误差放大器U7的反相端_。
图8示出了图2中，发光二极管单元的电路。
本发明实施例中，作为负载的发光二极管单元可以包括至少一组发光二极管组，若发光二极管单元包括两组或两组以上的发光二极管组时，该两组或两组以上的发光二极管组相互并联连接。每一发光二极管组又包括至少一个发光二极管，若发光二极管组包括两个或两个以上的发光二极管时，该两个或两个以上的发光二极管首尾顺次连接。发光二极管组的阳极作为发光二极管单元的正输入端，发光二极管组的阴极作为发光二极管单元的负输入端。
本发明实施例中，升压电路112可采用现有的电荷泵结构即可实现，且可采用一级或多级升压结构，具体结构为本领域公知，在此不赘述；降压电路113可采用现有的线性稳压器结构，具体结构为本领域公知，在此不赘述。下面结合图4至图8，详细说明上述电路的工作原理:
假设第一预设值是VH，第二预设值是VL，且有VH>VL。对于电压采样电路12，当整流电路的输出电压Vinp低于第二预设值是VL时，S卩电阻分压低于比较器U2反相端-的第二基准电压Vrl时，比较器U2的输出电平ENl为低电平(记为0)，此时整流电路的输出电压Vinp低于第一预设值VH，电阻分压低于比较器Ul反相端-的第一基准电压Vrh，故比较器Ul的输出电平EN2为低电平(记为O)，则电压采样电路12输出的采样结果信号为OO ;当整流电路的输出电压Vinp小于或等于第一预设值VH而大于或等于第二预设值是VL时，即电阻分压低于比较器Ul反相端-的第一基准电压Vrh，故比较器Ul的输出电平EN2为低电平(记为0)，而电阻分压高于比较器U2反相端-的第二基准电压Vrl时，故比较器U2的输出电平ENl为高电平(记为1)，则电压采样电路12输出的采样结果信号为10 ;当整流电路的输出电压Vinp高于第一预设值VH时，即电阻分压高于比较器Ul反相端-的第一基准电压Vrh，故比较器Ul的输出电平EN2为高电平(记为1)，此时整流电路的输出电压Vinp高于第二预设值VL，即电阻分压高于比较器U2反相端-的第二基准电压Vrl，故比较器U2的输出电平ENl为高电平(记为1)，则电压米样电路12输出的米样结果信号为11。对于电压调节电路11，当采样结果信号为00时，电压选择电路111内部的N沟道的MOS管Ql和N沟道的MOS管Q2导通，整流电路的输出电压Vinp经过N沟道的MOS管Ql传输后的电压Vla输入到升压电压112,升压电路112对输入的电压Vla做升压处理后，输出电压Vlb经过N沟道的MOS管Q2输出到发光二极管单元的正输入端Voutp。当采样结果信号为10时，电压选择电路111内部N沟道的MOS管Q3导通，整流电路的输出电压Vinp经过N沟道的MOS管Q3输出到发光二极管单元的正输入端Voutp。当采样结果信号为11时，电压选择电路111内部N沟道的MOS管Q4与N沟道的MOS管Q5导通，整流电路的输出电压Vinp经过N沟道的MOS管Q4传输后的电压V2a输入到降压电压113，降压电路113对输入电压做降压处理后，输出电压V2b经过N沟道的MOS管Q5输出到发光二极管单元的正输入端Voutp。通过电压调节电路11的处理，可使得发光二极管单整流电路的输出电压Vinp在第一预设值是VH和第二预设值VL之间变化，从而实现输入电压的宽范围可调，并保证电路不会由于过高的电压波动而被烧坏。对于功率因数修正电路14，其功率因数的修正原理是:假设经整流电路整流后，输入到该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的电压的瞬时值为Vinp(t)、峰值为Vp、半波正弦信号为Isin wt ;经整流电路整流后，输入到该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的电流的瞬时值为Iin(t);该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的输出瞬时功率为pout (t)，该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的输入瞬时功率为pin (t)，该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的效率为η ;该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的输出电流的瞬时值(即负载的瞬时电流为iout(t);负载的电压降之和为Vied ;k = Vp.Ip.n表示一固定的常数，交流市电周期为Tac，半波正弦信号在一个周期内的输出电流的平均值为1ut_avg(T)。则交流市电经整流电路后的半波正弦信号可以表示为:Vinp (t) = Vp.| sin wt |。若要实现高功率因数，要求该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的输入电压与输入电流同相位变化，这样就要求输入电流的瞬时值也为同相位的正弦半波信号，表示为:Iin(t) = Ip.I sin wt |。由功率计算公式可知，pout (t) = pin(t).η ,即:Vp.| sinwt I.Ip.I sin wt|.n = iout(t).Vied,则可得到该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器的输出电流的瞬时值iout(t)满足:
权利要求
1.一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器包括: 电压采样电路，用于采样LED驱动装置中整流电路输出的电压，并输出采样结果信号和米样电压； 电压调节电路，用于根据所述采样结果信号，对所述整流电路输出的电压的大小进行调节后，输出给发光二极管单元的正输入端； 功率因数修正电路，用于对所述采样电压做平方或等效处理后输出； 恒流控制电路，用于根据所述功率因数修正电路输出的电压，对所述发光二极管单元进行恒流控制。
2.如权利要求1所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述电压调节电路包括电压选择电路，还包括升压电路和/或降压电路； 所述电压选择电路用于根据所述采样结果信号，若所述整流电路输出的电压小于第二预设值，则控制所述升压电路对所述整流电路输出的电压进行升压处理，并将所述升压电路升压处理后的电压输出给所述发光二极管单元的正输入端，和/或根据所述采样结果信号，若所述整流电路输出的电压大于第一预设值，则控制所述降压电路对所述整流电路输出的电压进行降压处理，并将所述降压电路降压处理后的电压输出给所述发光二极管单元的正输入端。
3.如权利要求2所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述电压选择电路还用于根据所述采样结果信号，若所述整流电路输出的电压不大于第一预设值且不小于第二预设值，则直接将 所述整流电路输出的电压输出给所述发光二极管单元的正输入端。
4.如权利要求2所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述电压采样电路包括:电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、比较器Ul和比较器U2 ； 所述电阻R3、所述电阻R2、所述电阻Rl和所述电阻RO依次串联在所述整流电路的输出端和地之间；所述电阻R3与所述电阻R2连接的一端同时连接所述比较器Ul的同相端，所述比较器Ul的反相端连接第一基准电压；所述电阻R2与所述电阻Rl连接的一端同时连接所述比较器U2的同相端，所述比较器U2的反相端连接第二基准电压；所述电阻Rl与所述电阻RO连接的一端同时连接所述功率因数修正电路的输入端；所述比较器Ul的输出端和所述比较器U2的输出端共同连接所述电压选择电路的输入端。
5.如权利要求2所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述电压选择电路包括=N沟道的MOS管Q1、N沟道的MOS管Q2、N沟道的MOS管Q3、N沟道的MOS管Q4、N沟道的MOS管Q5、与门U3、反相器U4、或非门U5和或非门U6 ； 所述N沟道的MOS管Q4的漏极、所述N沟道的MOS管Q3的漏极和所述N沟道的MOS管Ql的漏极连接，并共同连接所述整流电路的输出端；所述N沟道的MOS管Q5的源极、所述N沟道的MOS管Q3的源极和所述N沟道的MOS管Q2的源极连接，并共同连接所述发光二极管单元的正输入端；所述N沟道的MOS管Q4的栅极连接所述N沟道的MOS管Q5的栅极，并共同连接所述与门U3的输出端；所述N沟道的MOS管Ql的栅极连接所述N沟道的MOS管Q2的栅极，并共同连接所述或非门U6的输出端；所述N沟道的MOS管Q3的栅极连接所述或非门U5的输出端；所述与门U3的一个输入端连接所述或非门U5的一个输入端和所述或非门U6的一个输入端,并共同连接所述电压米样电路的输出端；所述与门U3的另一个输入端连接所述反相器U4的输入端和所述或非门U6的另一个输入端，并共同连接所述电压采样电路的输出端；所述反相器U4的输出端连接所述或非门U5的另一个输入端；所述N沟道的MOS管Q4的源极和所述N沟道的MOS管Q5的漏极连接所述降压电压，所述N沟道的MOS管Ql的源极和所述N沟道的MOS管Q2的漏极连接所述升压电路。
6.如权利要求1所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述恒流控制电路包括:误差放大器U7、N沟道的MOS管Q6和电阻R4 ； 所述误差放大器U7的同相端连接所述功率因数修正电路的输出端，所述误差放大器U7的反相端通过所述电阻R4接地，所述误差放大器U7的输出端连接所述N沟道的MOS管Q6的栅极；所述N沟道的MOS管Q6的漏极连接所述发光二极管单元的负输入端；所述N沟道的MOS管Q6的源极连接所述误差放大器U7的反相端。
7.如权利要求1所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述功率因数修正电路包括: 乘法器，用于对所述采样电压做平方或等效处理后输出。
8.如权利要求1所述的具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器，其特征在于，所述发光二极管单元包括至少一组相互并联的发光二极管组，每一发光二极管组包括至少一个首尾顺次连接的发光二极管。
9.一种LED驱动装置，包括整流电路，其特征在于，所述LED驱动装置还包括如权利要求I至8任一项所述的具 有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器。
全文摘要
本发明属于LED恒流控制技术领域，提供了一种具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器及LED驱动装置。该具有高功率因数的LED线性恒流驱动控制器通过电压采样电路采样整流电路输出的电压，之后功率因数修正电路对采样的电压做平方或等效处理后输出，之后恒流控制电路根据功率因数修正电路输出的电压，对作为负载的发光二极管单元进行恒流控制。相对于现有的具有高功率因数的线性LED恒流驱动控制电路，在提高功率因数、减小对电网污染的同时，还使得发光二极管单元中的全部LED均同时亮起，提高了LED的利用率；同时，利用电压调节电路实现输入电压的宽范围调节，且安全可靠。
文档编号H05B37/02GK103179755SQ20131008833
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者赵春波, 李照华, 林道明, 胡乔, 谢靖, 付凌云 申请人:深圳市明微电子股份有限公司