分段式 led 驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种分段式LED驱动电路，其中包括LED模块，其中包括数串首尾相接的LED灯串；功率管模块，其中包括与数串LED灯串在数量上相对应的数个功率管，且每个功率管只对应一串LED灯串；功率因数调整模块，其中包括与数个功率管在数量上相对应的数个电压比较单元，且每个电压比较单元只对应一个功率管；基准源模块，其中包括与所述的电压比较单元在数量上相对应的数个电压输出端及一个基准信号输出端，所述的电路还包括恒流补偿模块。采用本实用新型的分段式LED驱动电路，通过开关分段导通使得LED驱动电流随交流输入电压变化，从而获得较高的功率因数，同时，通过恒流补偿模块获得较高的线性调整率，结构简单，应用范围广泛。
【专利说明】 分段式LED驱动电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子【技术领域】，尤其涉及电路，具体是指一种分段式LED驱动电路。
【背景技术】
[0002]常见的高功率因数电路一般是开关电源类电路在控制器内部集成功率因数校正电路，电路比较复杂，相对于开关电源式驱动，线性恒流式驱动无高频开关引起的EMI问题，无需电解电容，无需电感和变压器，外围电路简单，体积更小，成本更低廉，但现有技术的线性恒流驱动电路线性调整率比较低，且无功率因数校正电路。
[0003]请参阅图1所示，为现有技术中的LED驱动电路，VIN为交流输入电压Vac通过整流后的半波信号，VIN>Vth时，功率管流过的电流逐渐增加，最终通过运放、Res和功率管组成的反馈环路将电流稳定，Iled = VREF/RCS。
[0004]请参阅图2所示，为现有技术的LED驱动电路的波形图，其中现有技术的LED驱动电路具有以下几点缺陷:
[0005](I)宽电压输入范围内电流一致性差，当输入交流信号Va。发生变化时，在一个半波周期内电流恒定的时间会发生变化，当VINDVIN2，一个周期内VINl大于VTH的时间Tl大于VIN2大于VTH的时间T2输出电流IAV1>IAV2。
[0006](2)当LED灯个数一定时，VIN较高时才会被同时点亮，所以LED的利用率很低，如果减少LED灯数量，虽然可以增加利用率，但会使线电路的功耗大大增加，从而降低整个LED驱动方案的整体工作效率。
[0007](3)低PF (功率因数)值和THD (总谐波失真)。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现提高LED驱动电路的功率因数、提高LED驱动电路的线性调整率、应用范围广泛的分段式LED驱动电路。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型的分段式LED驱动电路具有如下构成:
[0010]该分段式LED驱动电路，其主要特点是，所述的电路包括:
[0011]LED模块，其中包括数串首尾相接的LED灯串；
[0012]功率管模块，其中包括与所述的数串LED灯串在数量上相对应的数个功率管，且每个功率管只对应一串LED灯串；
[0013]功率因数调整模块，其中包括与所述的数个功率管在数量上相对应的数个电压比较单元，且每个电压比较单元只对应一个功率管；
[0014]基准源模块，其中包括与所述的电压比较单元在数量上相对应的数个电压输出端及一个基准信号输出端；
[0015]整流滤波模块的输入端与电源相连接，所述的整流滤波模块的输出端与所述的LED模块的输入端相连接，每个LED的反向输入端与与之相对应的功率管的第一端相连接，每个功率管与与之相对应的电压比较单元相连接，每个电压比较单元与与之相对应的基准源模块的电压输出端相连接。
[0016]进一步地，所述的每个电压比较单元包括运算放大器及第二端与所述的运算放大器的输出端相连接的开关，所述的基准源模块的电压输出端分别与与之相对应的电压比较单元中的运算放大器的正向输入端相连接，所述的每个运算放大器的反向输入端、所述的每个开关的第三端及采样电阻(Rs)的第一端相连接，每个功率管的第三端与与之相对应的电压比较单元中的开关的第一端相连接，所述的每个功率管的第二端与内部电源相连接，所述的采样电阻(Rs)的第二端与地相连接。
[0017]更进一步地，所述的开关为三极管或场效应管。
[0018]更进一步地，所述的电路还包括恒流补偿模块，所述的恒流补偿模块包括误差放大单元、电流镜像单元及第一电阻(R1);所述的误差放大单元包括比较运算放大器(EA)、第一电容(C1)及信号放大部件；所述的第一电阻(R1)的第一端、所述的电流镜像单元的输出端及所述的每个电压比较单元中的运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与所述的每个开关的第三端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的正向输入端与所述的采样电阻(Rs)的第一端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的反向输入端与所述的基准源模块的基准信号输出端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的输出端、第一电容(C1)的第一端及信号放大部件的第二端相连接，所述的第一电容(C1)的第二端及信号放大部件的第一端与地相连接，所述的信号放大部件的第三端与电流镜像单元的输入端相连接。
[0019]再进一步地，所述的信号放大部件为三极管放大电路或场效应管放大电路。
[0020]更进一步地，所述的电路还包括恒流补偿模块，所述的恒流补偿模块包括电流减法单元、V-1转换单元、电压采样单元及第一电阻(R1)，所述的电压采样单元包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)及第二电容(C2),所述的第一电阻(R1)的第一端、所述的电流减法单元的输出端及所述的每个电压比较单元中的运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与所述的每个开关的第三端相连接，所述的第二电阻(R2)的第一端与所述的整流滤波模块的输出端相连接，所述的第二电阻(R2)的第二端、第三电阻(R3)的第一端、第二电容(C2)的第一端、V-1转换单元的输入端相连接，所述的第二电容(C2)的第二端及第三电阻(R3)的第二端与地相连接，所述的V-1转换单元的输出端与所述的电流减法单元的第一输入端相连接，所述的电流减法单元的第二输入端与所述的基准源模块的基准信号输出端相连接。
[0021]进一步地，所述的功率管为闻频开关。
[0022]进一步地，所述的LED灯串包括数个LED灯。
[0023]采用了该实用新型中的分段式LED驱动电路，与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0024]本实用新型的分段式LED驱动电路，随着VIN的升高流过LED的电流逐级升高，使得该电路有较高PF值和THD ;本实用新型的分段式LED驱动电路，通过负反馈环路调节最终％的平均值无限逼近VREF，当对于不同的VIN输入，通过这样一个负反馈调节，输出电流平均值不会随VIN的增大而增大，而是一个固定值VREF/RS，提高了线性调整率；本实用新型的分段式LED驱动电路，结构简单，使用方便，应用范围广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为现有技术的LED驱动电路。
[0026]图2为现有技术的LED驱动电路的波形图。
[0027]图3为本实用新型的分段式LED驱动电路的第一种电路结构示意图。
[0028]图4为本实用新型的分段式LED驱动电路的第二种电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0030]请参阅图3至图4所示,本实用新型的分段式LED驱动电路包括:
[0031 ] LED模块，其中包括数串首尾相接的LED灯串；
[0032]功率管模块，其中包括与所述的数串LED灯串在数量上相对应的数个功率管，且每个功率管只对应一串LED灯串；
[0033]功率因数调整模块，其中包括与所述的数个功率管在数量上相对应的数个电压比较单元，且每个电压比较单元只对应一个功率管；
[0034]基准源模块，其中包括与所述的电压比较单元在数量上相对应的数个电压输出端及一个基准信号输出端；
[0035]整流滤波模块的输入端与电源相连接，所述的整流滤波模块的输出端与所述的LED模块的输入端相连接，每个LED的反向输入端与与之相对应的功率管的第一端相连接，每个功率管与与之相对应的电压比较单元相连接，每个电压比较单元与与之相对应的基准源模块的电压输出端相连接。
[0036]所述的每个电压比较单元包括运算放大器及第二端与所述的运算放大器的输出端相连接的开关，所述的基准源模块的电压输出端分别与与之相对应的电压比较单元中的运算放大器的正向输入端相连接，所述的每个运算放大器的反向输入端、所述的每个开关的第三端及采样电阻(Rs)的第一端相连接，每个功率管的第三端与与之相对应的电压比较单元中的开关的第一端相连接，所述的每个功率管的第二端与内部电源相连接，所述的采样电阻(Rs)的第二端与地相连接。
[0037]所述的开关为三极管或场效应管。
[0038]通过上述的开关分段导通，使得LED驱动电流随交流输入电压变化，从而获得较高的功率因数。一般情况下，随着VIN的升高流过LED的电流逐级升高，使得该电路有较高PF值和THD。
[0039]为了实现上述的技术效果，本实用新型的关键一处是W……〈Vn ;这样随着交流输入电压的升高，LED模块导通LED个数逐渐增加，驱动电流逐级升高。
[0040]请参阅图3所示，为本实用新型的分段式LED驱动电路的第一种电路结构示意图，所述的电路还包括恒流补偿模块，所述的恒流补偿模块包括误差放大单元、电流镜像单元及第一电阻(R1);所述的误差放大单元包括比较运算放大器(EA)、第一电容(C1)及信号放大部件；所述的第一电阻(R1)的第一端、所述的电流镜像单元的输出端及所述的每个电压比较单元中的运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与所述的每个开关的第三端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的正向输入端与所述的采样电阻(Rs)的第一端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的反向输入端与所述的基准源模块的基准信号输出端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的输出端、第一电容(C1)的第一端及信号放大部件的第二端相连接，所述的第一电容(C1)的第二端及信号放大部件的第一端与地相连接，所述的信号放大部件的第三端与电流镜像单元的输入端相连接。
[0041 ] 所述的信号放大部件为三极管放大电路或场效应管放大电路。
[0042]该电路的工作原理是:
[0043]VIN为交流输入电压Vac通过整流后的半波信号，LED模块由η个LED灯组串联而成，功率管用于驱动LED灯组发光，功率因数调整模块可以自动检测输入电压的大小控制LED功率管的开关，并通过恒流补偿模块稳定每段输出电流。基准源模块产生η+1个基准值，分别输入到电压比较单元的输入端。
[0044]VIN是一个半波信号，VIN升高到足够使LED1、M1、Q1通路有电流时，Ι?ΕΙ)1 = V1ZRs,随着VIN的增大，LED2、M2、Q2通路也会有电流，VS>V1； Ql被关断，此时IlED1+lED2 = V2/Rs，如此类推，VIN大于一定值后，LEDn, Mn、Qn通路流过电流，Vs>Vn_1； Qlri被关断，只剩最后一路导通》!LED1+LED2......+LEDn — ^n/°
[0045]电阻Rs对流过LED模块的电流进行采样转化为电压Vs，Ve为采样电压Vs和VREF的误差放大信号的积分信号，该信号是一个动态值，随着Rs上电流变化而变化，Vs的平均值大于VREF，Ve会增大，通过％、P1, P2产生的电流增大，R1上的压降增大会减小流过Rs的电流，Vs的平均值小于VREF，Ve会减小，通过NpPpP2产生的电流减小，R1上的压降减小会增大流过Rs的电流，这样的反馈使得多个工作周期后系统稳定，Ve稳定在一个固定值，Vs平均值无限接近于VREF。
[0046]请参阅图4所示，为本实用新型的分段式LED驱动电路的第二种电路结构示意图，所述的电路还包括恒流补偿模块，所述的恒流补偿模块包括电流减法单元、V-1转换单元、电压采样单元及第一电阻(R1),所述的电压采样单元包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)及第二电容(C2)，所述的第一电阻(R1)的第一端、所述的电流减法单元的输出端及所述的每个电压比较单元中的运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与所述的每个开关的第三端相连接，所述的第二电阻(R2)的第一端与所述的整流滤波模块的输出端相连接，所述的第二电阻(R2)的第二端、第三电阻(R3)的第一端、第二电容(C2)的第一端、V-1转换单元的输入端相连接，所述的第二电容(C2)的第二端及第三电阻(R3)的第二端与地相连接，所述的V-1转换单元的输出端与所述的电流减法单元的第一输入端相连接，所述的电流减法单元的第二输入端与所述的基准源模块的基准信号输出端相连接。
[0047]该电路的工作原理是:
[0048]R2和R3对VIN采样，并通过电容C2积分，该积分电压通过V-1转化电路转化为一电流II，该电流Il减去一个基准电流IREF流过R115 VIN增加，C2积分电压增加，Il增加，R1上压降增加，LED导通时Rs上的电流减小，采样电阻Rs设置需满足在多个周期内不同输入电压Rs上的平均电流相等。
[0049]以上两种电路结构都是通过线电压补偿获得较高的线性调整率，通过负反馈环路调节最终Vs的平均值无限逼近VREF，当对于不同的VIN输入，通过这样一个负反馈调节，输出电流平均值不会随VIN的增大而增大，而是一个固定值VREF/RS，
[0050]另外，所述的功率管为高频开关。
[0051 ] 所述的LED灯串包括数个LED灯，其中，所述的LED灯串中的LED灯的连接方式可以是串联、并联或者混联，且所述的LED灯串中LED灯的个数并不是一成不变的，可以由用户根据需要来设定。
[0052]采用了该实用新型中的分段式LED驱动电路，与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0053]本实用新型的分段式LED驱动电路，随着VIN的升高流过LED的电流逐级升高，使得该电路有较高PF值和THD ;本实用新型的分段式LED驱动电路，通过负反馈环路调节最终％的平均值无限逼近VREF，当对于不同的VIN输入，通过这样一个负反馈调节，输出电流平均值不会随VIN的增大而增大，而是一个固定值VREF/RS，提高了线性调整率；本实用新型的分段式LED驱动电路，结构简单，使用方便，应用范围广泛。
[0054]在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
【权利要求】
1.一种分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的电路包括: LED模块，其中包括数串首尾相接的LED灯串； 功率管模块，其中包括与所述的数串LED灯串在数量上相对应的数个功率管，且每个功率管只对应一串LED灯串； 功率因数调整模块，其中包括与所述的数个功率管在数量上相对应的数个电压比较单元，且每个电压比较单元只对应一个功率管； 基准源模块，其中包括与所述的电压比较单元在数量上相对应的数个电压输出端及一个基准信号输出端； 整流滤波模块的输入端与电源相连接，所述的整流滤波模块的输出端与所述的LED模块的输入端相连接，每个LED的反向输入端与与之相对应的功率管的第一端相连接，每个功率管与与之相对应的电压比较单元相连接，每个电压比较单元与与之相对应的基准源模块的电压输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的每个电压比较单元包括运算放大器及第二端与所述的运算放大器的输出端相连接的开关，所述的基准源模块的电压输出端分别与与之相对应的电压比较单元中的运算放大器的正向输入端相连接，所述的每个运算放大器的反向输入端、所述的每个开关的第三端及采样电阻(Rs)的第一端相连接，每个功率管的第三端与与之相对应的电压比较单元中的开关的第一端相连接，所述的每个功率管的第二端与内部电源相连接，所述的采样电阻(Rs)的第二端与地相连接。
3.根据权利要求2所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的开关为三极管或场效应管。
4.根据权利要求2所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的电路还包括恒流补偿模块，所述的恒流补偿模块包括误差放大单元、电流镜像单元及第一电阻(R1);所述的误差放大单元包括比较运算放大器(EA)、第一电容(C1)及信号放大部件；所述的第一电阻(R1)的第一端、所述的电流镜像单元的输出端及所述的每个电压比较单元中的运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与所述的每个开关的第三端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的正向输入端与所述的采样电阻(Rs)的第一端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的反向输入端与所述的基准源模块的基准信号输出端相连接，所述的比较运算放大器(EA)的输出端、第一电容(C1)的第一端及信号放大部件的第二端相连接，所述的第一电容(C1)的第二端及信号放大部件的第一端与地相连接，所述的信号放大部件的第三端与电流镜像单元的输入端相连接。
5.根据权利要求4所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的信号放大部件为三极管放大电路或场效应管放大电路。
6.根据权利要求2所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的电路还包括恒流补偿模块，所述的恒流补偿模块包括电流减法单元、V-1转换单元、电压采样单元及第一电阻(R1),所述的电压采样单元包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)及第二电容(C2),所述的第一电阻(R1)的第一端、所述的电流减法单元的输出端及所述的每个电压比较单元中的运算放大器的反向输入端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与所述的每个开关的第三端相连接，所述的第二电阻(R2)的第一端与所述的整流滤波模块的输出端相连接，所述的第二电阻(?)的第二端、第三电阻(?)的第一端、第二电容(C2)的第一端、V-1转换单兀的输入端相连接，所述的第二电容(C2)的第二端及第三电阻(R3)的第二端与地相连接，所述的V-1转换单元的输出端与所述的电流减法单元的第一输入端相连接，所述的电流减法单元的第二输入端与所述的基准源模块的基准信号输出端相连接。
7.根据权利要求1所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的功率管为高频开关。
8.根据权利要求1所述的分段式LED驱动电路，其特征在于，所述的LED灯串包括数个LED 灯。
【文档编号】H05B37/02GK204090255SQ201420626627
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】刘玉芳, 夏虎, 罗先才, 徐栋, 丁增伟 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司