高效率线性拓扑结构led驱动电路的制作方法
【专利摘要】高效率线性拓扑结构LED驱动电路，包括整流桥、控制恒流输出的线性IC调节器、主灯串，所述线性IC调节器与主灯串之间连接有一优化恒流输出的智能开关调节电路，所述智能开关调节电路的SW端与线性IC调节器的GND端连接，所述智能开关调节电路的GND端与主灯串连接，所述智能开关调节电路是由一个或多个串接的智能开关调节器组成，所述智能开关调节器包括一由阈值电压控制开闭的开关，所述开关的输入端为SW端，其输出端为GND端，所述智能开关调节器的SW端与智能开关调节器的GND端之间并接有功率电阻或一个LED灯串。本发明的有益效果：扩大了输入电压范围，使系统的效率及功率因数变的更高。
【专利说明】高效率线性拓扑结构LED驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高效率线性拓扑结构LED驱动电路。
【背景技术】
[0002]LED照明在市场中已得到了广泛的应用，如商业照明，家庭照明等。目前，越来越多的照明电器被LED灯具取代，很多国家也正在计划性地淘汰传统白炽灯，留下的光源主要是节能灯和LED。LED照明虽然已得到普及，但是LED驱动电路还存在着许多的问题。
[0003]参照图1，传统的AC/DC恒流驱动线性拓扑结构例一使用了恒流装置(CRD)来控制恒流输出。它需要一些电压裕量来保持电流恒定。它没有过温保护功能，抗浪涌能力弱。该方案的功率因数比较低。
[0004]参照图2，传统的AC/DC恒流驱动线性拓扑结构例二使用IC工艺技术控制恒流输出。一般情况下，输出电流通过外部电阻来编程控制。它有过温保护功能，部分方案也能通过浪涌测试，但功率因数比较低。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种功率因数高、不会产生过高温度、使用安全的高效率线性拓扑结构LED驱动电路。
[0006]为达到发明目的本发明采用的技术方案是:
高效率线性拓扑结构LED驱动电路，其特征在于:包括整流桥、控制恒流输出的线性IC调节器、主灯串，所述整流桥的正极输出端与负极输出端之间连接有输入电容，所述线性IC调节器包括一电源开关管，所述电源开关管的输入端为Vrc端，其与整流桥的正极输出端连接，所述电源开关管的输出端为Iset端，其上连接有一用于设置LED的电流的外部电阻，所述外部电阻的另一端与线性IC调节器的GND端连接，所述线性IC调节器与主灯串之间连接有一优化恒流输出的智能开关调节电路，所述智能开关调节电路的SW端与线性IC调节器的GND端连接，所述智能开关调节电路的GND端与主灯串连接，所述智能开关调节电路是由一个或多个串接的智能开关调节器组成，所述智能开关调节器包括一由阈值电压控制开闭的开关，所述开关的输入端为SW端，其输出端为GND端，所述智能开关调节器的SW端与智能开关调节器的GND端之间并接有功率电阻或一个LED灯串。
[0007]进一步，所述智能开关调节器还包括一个比较器、内部参考电压Vkef，所述比较器的同相端连接所述内部参考电压Vkef，所述比较器的反相端为设置阈值电压的Vth端，所述比较器与给其提供工作电流的Vin端连接，所述比较器的输出端与控制开关开闭的控制线连接，所述智能开关调节器的Vin端与整流桥的正极输出端连接或者Vin端与整流桥的正极输出端通过一个电阻连接，所述智能开关调节器的GND端与整流桥的正极输出端之间连接有电阻分压器，所述智能开关调节器的Vth端与电阻分压器的中间点连接。
[0008]进一步，所述线性IC调节器还包括调节电源输出电流的运算放大器与内部参考电压Vkef，所述运算放大器的正极输入端与内部参考电压Vkef的正端连接，其负极输入端与电源开关管的输出端连接，其输出端与电源开关管的控制端连接，所述电源开关管的输入端与内部参考电压Vkef的供电端连接，所述内部参考电压Vkef的负端为GND端。
[0009]本发明采用线性IC调节器+智能开关调节器的结构来驱动LED，通过线性IC调节器来控制恒流输出，通过智能开关调节器来选择流过主灯串的电流通过通道，当智能开关调节器的Vth端的电压大于其内的参考电压时，智能开关调节器内的开关的断开，流过主灯串的电流从功率电阻或一个LED灯串流过，扩大了线性IC调节器的输入电压，同时不会让线性IC调节器产生过多的热量。而且还可以通过选择流过主灯串的电流通过通道来提高功率因数，设置多个串接的智能开关调节器，可以根据输入电压的大小来选择性开启或关闭部分LED灯串，来消耗过多的能量或实现恒流输出和高系统效率。
[0010]本发明的有益效果:扩大了线性恒流调节器的输入电压范围。它支持在输入电压为220VAC+-20%或120VAC+-20%的条件下工作，并且在高温环境中也不会受到伤害。通过线性IC调节器与智能开关调节器或智能开关调节器的衍生品的有效结合，可以避免极高温度情况的产生，优化的配置也可以使系统的效率及功率因数变的更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为传统的AC/DC恒流驱动线性拓扑结构例一。
[0012]图2为传统的AC/DC恒流驱动线性拓扑结构例二。
[0013]图3为本发明的第一种实施例的电路原理图。
[0014]图4为本发明的线性IC调节器的内部结构图。
[0015]图5为本发明的智能开关调节器的内部结构图。
[0016]图6为本发明的第一种实施例的效率示意图。
[0017]图7为本发明的第二种实施例的电路原理图。
[0018]图8为本发明的第三种实施例的电路原理图。
[0019]图9为本发明的第四种实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些【具体实施方式】。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
[0021]实施例一
参照图3、图4、图5，高效率线性拓扑结构LED驱动电路，包括整流桥1、控制恒流输出的线性IC调节器HL2601、主灯串3，所述整流桥I的正极输出端与负极输出端之间连接有输入电容Cl，所述线性IC调节器HL2601包括一电源开关管SW2，所述电源开关管SW2的输入端为V。。端,其与整流桥I的正极输出端连接,所述电源开关管SW2的输出端为Iset端，其上连接有一用于设置LED的电流的外部电阻R1，所述外部电阻Rl的另一端与线性IC调节器HL2601的GND端连接，所述线性IC调节器HL2601与主灯串3之间连接有一优化恒流输出的智能开关调节电路，所述智能开关调节电路的SW端与线性IC调节器HL2601的GND端连接，所述智能开关调节电路的GND端与主灯串3连接，所述智能开关调节电路是由一个智能开关调节器HL2701组成，所述智能开关调节器HL2701包括一由阈值电压控制开闭的开关SWl，所述开关SWl的输入端为SW端，其输出端为GND端，所述智能开关调节器HL2701的Sff端与智能开关调节器HL2701的GND端之间并接有功率电阻或一个LED灯串2。
[0022]所述智能开关调节器HL2701还包括一个比较器Ql、内部参考电压VKEF，所述比较器Ql的同相端连接所述内部参考电压Vkef，所述比较器Ql的反相端为设置阈值电压的Vth端，所述比较器Ql与给其提供工作电流的Vin端连接，所述比较器Ql的输出端与控制开关SWl开闭的控制线连接，所述智能开关调节器HL2701的Vin端与整流桥的正极输出端连接或者Vin端与整流桥的正极输出端通过一个电阻连接，所述智能开关调节器HL2701的GND端与整流桥的正极输出端之间连接有电阻分压器，所述智能开关调节器HL2701的Vth端与电阻分压器的中间点连接。
[0023]所述线性IC调节器HL2601还包括调节电源输出电流的运算放大器Al与内部参考电压Vkef，所述运算放大器Al的正极输入端与内部参考电压Vkef的正端连接，其负极输入端与电源开关管SW2的输出端连接，其输出端与电源开关管SW2的控制端连接，所述电源开关管SW2的输入端与内部参考电压Vkef的正端连接，所述内部参考电压Vkef的负端为GND端。
[0024]本实施例的智能开关调节器HL2701芯片是由电压控制的条件性开/关设备，电压由外部电阻分压器R2和R4来控制。线性IC调节器HL2601的GND端与智能开关调节器HL2701的SW端连接，Rl用于设置LED的电流。Vin端提供智能开关调节器HL2701的工作电流。Cl为整流桥后的输入电容。智能开关调节器HL2701的SW端和GND端之间可以并联一个功率电阻或者一个LED灯串2。主灯串3为智能开关调节器HL2701 GND端以下的LED灯串。输出电流由外接电阻Rl程控。根据电阻分压器R2和R4预定义的电压，智能开关调节器HL2701可以条件性地让电流从功率电阻/LED灯串2或者从智能开关调节器HL2701内部开关流过。控制电压在Vth端上设置，智能开关调节器HL2701内部也设置了参考电压。当Vth端电压大于参考电压时，智能开关调节器HL2701内部开关断开，流过主灯串3的电流可以从功率电阻或外接LED灯串2流过。这样的配置可以让系统的输入电压范围变得更宽，同时也不会让线性IC调节器HL2601产生过多的热量。
[0025]参照图6，本实施例使用时，在理想的交流输入电压范围内可以得到很高的效率曲线。根据效率曲线，可以在固定的输入电压点调节最优化的系统效率。
[0026]实施例二
参照图7，本实施例与实施例一的不同之处是所述智能开关调节电路是由二个串接的智能开关调节器组成，这让线性LED驱动有了更多的选择。外部电阻分压器R3和R4控制智能开关调节器HL2701 (1)的Vth端电压，电阻分压器R5和R6控制智能开关调节器HL2701 (2)的Vth端电压。线性IC调节器HL2601的GND端与智能开关调节器HL2701 (I)的SW端连接，智能开关调节器HL2701 (1)芯片的GND端与智能开关调节器HL2701 (2)的SW端连接，外接电阻Rl用于设置LED的电流。R2和R7分别为智能开关调节器HL2701 (1)和智能开关调节器HL2701 (2)的Vin端提供工作电流。Cl为整流桥I后的输入电容。智能开关调节器HL2701 (I)的SW端和GND端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串2，以及智能开关调节器HL2701 (2)的SW端和GND端之间可以并联一个功率电阻或者一个LED灯串4。智能开关调节器HL2701 (2) GND端以下的LED灯串为主灯串3。当输入电压低于预期电压的时候，智能开关调节电路会将LED灯串2和4关闭来维持恒流；当输入电压达到预期电压的时候，智能开关调节电路会将LED灯串2关闭来维持恒流和实现高效率。当输入电压高于预期电压的时候，智能开关调节电路会打开功率电阻或额外的LED灯串2和4，避免系统消耗过多的能量，从而实现恒流输出和高系统效率。
[0027]实施例三
参照图8，本实施例与实施例一的不同之处是所述智能开关调节电路是由三个串接的智能开关调节器组成，此架构在桥堆后可以使用很小的的输入电容，从而可以获取更高的功率因数。外部电阻分压器R3和R4控制智能开关调节器HL2701 (1)的Vth端电压，电阻分压器R5和R6控制智能开关调节器HL2701⑵的Vth端电压，电阻分压器R9和RlO控制智能开关调节器HL2701 (3)的Vth端电压。线性IC调节器HL2601的GND端与智能开关调节器HL2701 (1)的SW端连接，外接电阻Rl用于设置LED的电流。R2，R7和R8分别为智能开关调节器HL2701 (1)，智能开关调节器HL2701 (2)和智能开关调节器HL2701 (3)的Vin端提供工作电流。Cl为整流桥I后的输入电容。智能开关调节器HL2701 (I)的SW端和GND端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串2，智能开关调节器HL2701 (2)的SW端和GND端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串4，智能开关调节器HL2701 (3)的SW端和GND端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串5。智能开关调节器HL2701 (3)的GND端以下的LED灯串为主灯串3。
[0028]实施例四
参照图9，多个智能开关调节器HL2701结合可以用于系统的局部优化，在功率转换时的某些波段，随着各个智能开关调节器HL2701在不同电压时的开关，它可以优化系统效率在某个范围以上。外部电阻分压器R5和R6控制智能开关调节器HL2701 (1)的Vth端电压，外部电阻分压器R3和R4控制智能开关调节器HL2701 (2)的Vth端电压，外部电阻分压器Rl和R2控制智能开关调节器HL2701 (3)的Vth端电压。线性IC调节器HL2601芯片的Iset引脚连接的R8用于设置LED的电流。R7为智能开关调节器HL2701 (1)、智能开关调节器HL270K2)和智能开关调节器HL2701 (3)的Vin端提供工作电流。Cl为整流桥I后的输入电容。整流桥I输出端的正极和智能开关调节器HL2701 (I)的SW端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串2，智能开关调节器HL2701 (I)的SW端和智能开关调节器HL2701 (2)的SW端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串4，智能开关调节器HL2701 (2)的SW端和智能开关调节器HL2701 (3)的SW端之间并联一个功率电阻或者一个LED灯串5。在输入电压开始逐渐上升时，电阻分压器R5和R6设置成智能开关调节器HL2701 (I)先关闭，让与智能开关调节器HL2701 (I)并联的LED灯串2导通；在输入电压不断上升时，电阻分压器R3和R4设置成智能开关调节器HL2701 (2)随后关闭，让与智能开关调节器HL2701 (2)并联的LED灯串4导通；在输入电压继续上升时，电阻分压器Rl和R2设置成智能开关调节器HL2701 (3)随后关闭，让与智能开关调节器HL2701 (3)并联的LED灯串5导通。这样，在输入电压波动时，各个智能开关调节器HL2701有选择性地关闭，让多余的电压落在LED灯串上，提高系统的效率。例如，系统的效率可以在200V到240V交流电输入时其效率在86%-90% 之间。
【权利要求】
1.高效率线性拓扑结构LED驱动电路，其特征在于:包括整流桥、控制恒流输出的线性IC调节器、主灯串，所述整流桥的正极输出端与负极输出端之间连接有输入电容，所述线性IC调节器包括一电源开关管，所述电源开关管的输入端为V。。端，其与整流桥的正极输出端连接，所述电源开关管的输出端为Iset端，其Iset端口上连接有一用于设置LED的电流的外部电阻，所述外部电阻的另一端与线性IC调节器的GND端连接，所述线性IC调节器与主灯串之间连接有一优化恒流输出的智能开关调节电路，所述智能开关调节电路的SW端与线性IC调节器的GND端连接，所述智能开关调节电路的GND端与主灯串连接，所述智能开关调节电路是由一个或多个串接的智能开关调节器组成，所述智能开关调节器包括一由阈值电压控制开闭的开关，所述开关的输入端为SW端，其输出端为GND端，所述智能开关调节器的SW端与智能开关调节器的GND端之间并接有功率电阻或一个LED灯串。
2.根据权利要求1所述的高效率线性拓扑结构LED驱动电路，其特征在于:所述智能开关调节器还包括一个比较器、内部参考电压VKEF，所述比较器的同相端连接所述内部参考电压Vkef，所述比较器的反相端为设置阈值电压的Vth端，所述比较器与给其提供工作电流的Vin端连接，所述比较器的输出端与控制开关开闭的控制线连接，所述智能开关调节器的Vin端与整流桥的正极输出端连接或者Vin端与整流桥的正极输出端通过一个电阻连接，所述智能开关调节器的GND端与整流桥的正极输出端之间连接有电阻分压器，所述智能开关调节器Vth端与电阻分压器的中间点连接。
3.根据权利要求1或2所述的高效率线性拓扑结构LED驱动电路，其特征在于:所述线性IC调节器还包括调节电源输出电流的运算放大器与内部参考电压，所述运算放大器的正极输入端与内部参考电压的正端连接，其负极输入端与电源开关管的输出端连接，其输出端与电源开关管的控制端连接，所述电源开关管的输入端与内部参考电压的供电端连接，所述内部参考电压的负端为GND端。
【文档编号】H05B37/02GK103702483SQ201310711872
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】陈龙 申请人:绍兴恒力特微电子有限公司