CN102647823A

CN102647823A - 一种led灯恒流驱动电路

Info

Publication number: CN102647823A
Application number: CN2011100423977A
Authority: CN
Inventors: 余建钟; 江步亨; 徐德飞; 潘磊佳
Original assignee: Inventronics Hangzhou Co Ltd
Current assignee: Inventronics Hangzhou Co Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: CN102647823B

Abstract

本发明公开了一种LED灯恒流驱动电路，包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，驱动控制电路的输出作用于PFC主电路，控制其给LED灯提供恒定电流；电流环调节电路包括：运放、可调反馈阻抗、可调补偿网络；运放的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接可调反馈阻抗；可调补偿网络连接在运放的反相输入端和输出端之间，且在控制信号电路控制下变换反馈阻抗或补偿网络阻抗。本发明提供的LED灯恒流驱动电路中，电流环调节电路受控制信号电路的控制，通过进行反馈阻抗变换或补偿网络的阻抗值变换，来变换电流环调节电路的环路参数，解决了电路轻载时，因低频纹波较大造成的LED灯闪烁问题。

Description

一种LED灯恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及LED灯驱动控制技术领域，尤其涉及一种LED灯恒流驱动电路。

背景技术

LED灯照明作为一种节能、环保的照明方式，在人们日常生活中的应用也越来越广泛。LED灯驱动通常采用恒流驱动，恒流驱动电路主要有以反激电路为拓扑的单极功率因数矫正电路(Power Factor Correction，PFC)组成，如图1所示为以反激电路为拓扑的恒流驱动电路。

为了满足重载下较高的功率因数，控制环路的带宽一般设计的很低，通常只有几赫兹到十几赫兹，而且环路速度很慢，因此输出的低频纹波较大，如果用于LED调光场合，通常最小的负载电流需要降到额定电流的10％甚至更低，而较大的低频纹波会造成输出电流不稳定，从而导致LED灯闪烁。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种LED灯恒流驱动电路，以解决现有技术恒流驱动电路轻载时，因低频纹波较大而造成的LED灯闪烁的问题，技术方案如下：

一种LED灯恒流驱动电路，包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，所述电流环调节电路采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入信号，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，所述驱动控制电路作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流；其中，所述电流环调节电路包括：运放、可调补偿网络和反馈阻抗；所述运放的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接所述反馈阻抗的；所述可调补偿网络连接在所述运放的反相输入端和输出端之间，且在所述控制信号的控制下变换补偿网络的阻抗。

一种LED灯恒流驱动电路，包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，所述电流环调节电路采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入信号，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，所述驱动控制电路作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流；其中，所述电流环调节电路包括：运放、可调反馈阻抗、补偿网络；所述运放的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接所述可调反馈阻抗；所述可调反馈阻抗在所述控制信号的控制下变换阻抗；所述补偿网络连接在所述运放的反相输入端和输出端之间。

从以上技术方案可以看出，本发明提供的LED灯恒流驱动电路中，电流环调节电路受控制信号的控制，通过进行反馈阻抗变换或补偿网络的阻抗变换，来变换电流环调节电路的环路参数，使电流环调节电路的带宽能够适应负载的变换，从而避免了现有技术恒流驱动电路轻载时，因低频纹波较大而造成的LED灯闪烁的问题，同时还能保证驱动电路重载或满载时有较高的功率因数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为现有技术提供的LED灯恒流驱动电路的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种LED灯恒流驱动电路原理示意图；

图3为本发明实施例提供的电流环调节电路原理示意图1；

图4为发明实施例提供的电流环调节电路原理示意图2；

图5为本发明实施例提供的另一种LED灯恒流驱动电路原理示意图；

图6为本发明实施例提供的电流环调节电路的原理示意图3；

图7为本发明实施例提供的电流环调节电路的原理示意图4；

图8为本发明实施例提供的另一种LED灯恒流驱动电路原理示意图；

图9为本发明实施例提供的控制信号电路的原理示意图。

具体实施方式

本发明实施例针对现有技术恒流驱动电路轻载时，因低频纹波较大而造成的LED灯闪烁的问题，提供了一种解决方案。

本发明提供LED灯恒流驱动电路包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，所述电流环调节电路采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，所述驱动控制电路的输出作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流。其中，电流环调节电路受控制信号电路的控制，通过进行反馈阻抗变换或补偿网络的阻抗变换，来变换电流环调节电路的环路参数，使电流环调节电路的带宽能够适应负载的变换，从而解决了轻载时LED灯闪烁的问题。

为了使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，以下将结合说明书附图，对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

如图2所示，本发明实施例提供的LED灯恒流驱动电路可以包括：

PFC主电路100、控制信号电路200、电流环调节电路300和驱动控制电路400；所述电流环调节电路300采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入，电流环调节电路300的输出作用于驱动控制电路400，所述驱动控制电路400的输出作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流。其中，所述电流环调节电路300包括：运放A、反馈阻抗S1、可调补偿网络Z；所述运放A的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接所述可调反馈阻抗S1；所述可调补偿网络Z连接在所述运放A的反相输入端和输出端之间，且在所述控制信号电路200的控制下变换反馈阻抗。

本发明的一个实施例中，参见图3所示，电流环调节电路中300中的反馈阻抗S1为第三电阻R，可调补偿网络Z可以包括：第一电阻R1，与所述第一电阻R1串联的开关SW，与所述开关SW和第一电阻R1组成的串联支路并联的第二电阻R2，与所述第二电阻R2和所述串联支路组成的并联支路串联的第一电容C1。

本发明实施例通过变换电流环调节电路300中的补偿网络Z，来改变电流环调节电路300的环路参数，即传递函数。

当SW断开时，传递函数：

H = - \frac{R 2 + 1 / sC 1}{R} = - (\frac{R 2}{R} + \frac{1}{RsC 1})

需要说明的是s为复变量，对于实际频率，s＝jw＝j2πf，则零点频率

极点频率f_p＝0，增益

当闭合SW时，R2和R1并联(记为R2//R1)，传递函数变为：

极点频率仍为f_p＝0，零点频率

增益

可以看出，SW断开较SW闭合时，零点频率变小但增益变大。

在实际应用中，可通过上述公式中阻容器件的具体参数设置来确定是零点频率还是增益对整个驱动电路带宽的影响更大，进而决定轻载时是断开SW还是闭合SW，总之，轻载较重载时应增大带宽来提高响应速度，解决轻载LED受低频纹波影响而产生的闪烁问题。

本发明的另一个实施例中，参见图4所示，电流环调节电路300中的反馈阻抗S1为第三电阻R，可调补偿网络Z可以包括：第二电容C2，与所述第二电容C2串联的开关SW，与所述开关SW和第二电容C2组成的串联支路并联的第一电容C1，与所述第一电容C1和所述串联支路组成的并联支路串联的第二电阻R2。

当控制信号电路200控制SW闭合，C1和C2并联，电流环调节电路300的传递函数

电流环调节电路300的零点频率

增益

当控制信号电路200控制SW断开，

零点频率极点频率f_p＝0，增益

可以看出，SW断开较SW闭合时，零点频率变大且增益变大。所以当轻载时应断开SW，使零点频率变大，使增益变大，从而增大带宽，响应速度加快，解决轻载LED受低频纹波影响而产生的闪烁问题。

参见图5所示，本发明实施例公开的另一种LED灯恒流驱动电路，可以包括：

PFC主电路100、控制信号电路200、电流环调节电路300和驱动控制电路400，所述电流环调节电路采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，所述驱动控制电路的输出作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流。其中，所述电流环调节电路300可以包括：运放A、可调反馈阻抗S、补偿网络Z1；所述运放A的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接所述可调反馈阻抗S；所述可调反馈阻抗S在所述控制信号电路200的控制下变换阻抗大小；所述补偿网络Z1连接在所述运放A的反相输入端和输出端之间。

本发明的一个实施例中，参见图6所示，电流环调节电路中300中的补偿网络Z1包括：第二电阻R2，与所述第二电阻R2串联的第一电容C1；所述可调反馈阻抗S包括：第一电阻R1，与所述第一电阻串联的开关SW，与所述开关SW和第一电阻R1组成的串联支路并联的第三电阻R。

本实施例中，当控制信号电路200控制开关SW断开时，

零点频率

极点频率f_p＝0，增益

当控制信号电路200控制开关SW闭合时，

电流环调节电路300的零点频率仍为

可以看出，SW断开较SW闭合时，零点频率不变，增益变小。所以当轻载时应闭合开关SW使增益变大，从而整个驱动电路的带宽提高，电路的响应速度加快，从而避免了轻载时LED灯闪烁的问题。

本发明的另一个实施例中，参见图7所示，电流环调节电路中300中的补偿网络Z1包括：第二电阻R2，与所述第二电阻R2串联的第一电容C1；所述可调反馈阻抗S包括：第一电阻R1，与所述第一电阻R1串联的开关SW和第二电容C2，与所述开关SW、第一电阻R1和第二电容C2组成的串联支路并联的第三电阻R。

本实施例中，当控制信号电路200控制开关SW断开时，零点频率极点频率f_p＝0，增益

当控制信号电路200控制开关SW闭合时，电流环调节电路300的传递函数

电流环调节电路300的零点频率分别为

和

极点频率分别为

和f_p＝0，增益

可见，开关SW闭合较SW断开时多增了一个零点和极点且增益变大，所以，轻载时应当闭合开关SW，增大电流环带宽从而提高响应速度。

需要说明的是，文中所述的轻载是指负载电流小于等于满载电流的一定百分比，例如30％，20％，10％，5％，可依据具体需要来设定。

此外，本领域技术人员应当理解，实际应用当中，采用不同拓扑作为PFC主电路的LED灯恒流驱动电路的形式有很多种，如PFC主电路可以为隔离型电路或非隔离型电路，所述的隔离型PFC主电路可以为Flyback电路，所述的非隔离型PFC主电路可以为boost电路。本文不可能穷尽所有的电路形式，以上所介绍的LED灯恒流驱动电路仅仅用于说明本发明的发明构思，并不代表本发明只能应用于上文所公开的电路中。LED灯恒流驱动电路中，电流环调节电路的数量和位置，需要根据实际的应用场景而定。例如一个LED灯恒流驱动电路中，可以拥有多个位于不同位置的电流环调节电路，以下将一个简单的实例来说明。

参见图8所示，当LED灯恒流驱动电路中的PFC主电路为反激电路Flyback时，电路中包括两个电流环调节电路，驱动控制电路包括原边控制芯片和隔离电路，其中第一个电流环调节电路和主变压器T的副边共地，第二个电流环调节电路和主变压器T原边共地，通常是位于原边PFC控制芯片内部的电流环调节电路。原边控制芯片内部电流环调节电路和副边电流环调节电路以K系数级联成的总控制环路的传递函数C＝KAB(其中原边控制芯片传递函数增益记为A，副边电流环传递函数增益记为B)，由log(KAB)＝log(KA)+log(B)可知，C的增益分贝数是A和B增益分贝数之和，因此无论改变原边还是副边电流环的参数都能影响总控制环路带宽进而影响其响应速度。

隔离电路在实际应用中可具体化为光耦，使主变压器的原边和副边的控制电路不共地。

需要说明的是，无论是原边的电流环调节电路还是副边的电流环调节电路都可以采用图4、图5、图6、图7的所示方式来改变环路参数。

需要说明的是，如图9所示，以上各实施例中所提到的控制信号电路可以包括：比较器U1和第四电阻R4；其中，所述比较器U1的一个输入端连接所述第四电阻R4，该输入端以LED灯电流作为输入的信号；所述运放U1的另一个输入端输入用户预设的轻载基准电流Iref，所述比较器U1的输出即为控制信号。当灯电流低于所述轻载基准电流Iref时，控制信号电路控制所述补偿网络的阻抗或反馈阻抗的变换。

需要说明的是，当所述的LED灯恒流驱动电路带有调光功能时，所述的控制信号电路的输入可以直接是相应的调光信号，比如所述的LED灯恒流驱动电路带有0到10V的调光功能时，所述的控制信号电路的输入为0到10V调光信号，其输出控制所述补偿网络的阻抗或反馈阻抗的变换。

此外，需要说明的是，以上各实施例中所提到的开关SW，实际应用中，可选择MOS管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、可控硅或继电器等等。

文中所述的驱动控制电路输出为脉冲信号，脉冲信号的占空比大小由驱动控制电路的输入决定，所述驱动控制电路的输出端连接PFC主电路中的开关器件的控制端，控制LED负载电流的大小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种LED灯恒流驱动电路，包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，所述电流环调节电路采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入信号，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，所述驱动控制电路作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流；其特征在于，所述电流环调节电路包括：运放、可调补偿网络和反馈阻抗；所述运放的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接所述反馈阻抗；所述可调补偿网络连接在所述运放的反相输入端和输出端之间，且在所述控制信号电路的控制下变换补偿网络的阻抗。

2.根据权利要求1所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述反馈阻抗为第三电阻。

3.根据权利要求2所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述可调补偿网络包括：第一电阻，与所述第一电阻串联的开关，与所述开关和第一电阻组成的串联支路并联的第二电阻，与所述第二电阻和所述串联支路组成的并联支路串联的第一电容。

4.根据权利要求2所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述可调补偿网络包括：第二电容，与所述第二电容串联的开关，与所述开关和第二电容组成的串联支路并联的第一电容，与所述第一电容和所述串联支路组成的并联支路串联的第二电阻。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述开关为MOS管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、可控硅或继电器。

6.一种LED灯恒流驱动电路，包括PFC主电路、控制信号电路、驱动控制电路和电流环调节电路，所述电流环调节电路采样LED灯电流或者与LED灯电流成比例的信号作为其输入信号，电流环调节电路的输出作用于驱动控制电路，所述驱动控制电路作用于PFC主电路，控制PFC主电路给LED灯提供恒定电流；其特征在于，所述电流环调节电路包括：运放、可调反馈阻抗、补偿网络；所述运放的同相输入端输入参考电压，反相输入端连接所述可调反馈阻抗；所述可调反馈阻抗在所述控制信号电路的控制下变换阻抗；所述补偿网络连接在所述运放的反相输入端和输出端之间。

7.根据权利要求6所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述补偿网络包括：第二电阻，与所述第二电阻串联的第一电容。

8.根据权利要求7所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述可调反馈阻抗包括：第一电阻，与所述第一电阻串联的开关，与所述开关和第一电阻组成的串联支路并联的第三电阻。

9.根据权利要求7所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述可调反馈阻抗包括：第一电阻，与所述第一电阻串联的开关和第二电容，与所述开关、第一电阻和第二电容组成的串联支路并联的第三电阻。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的LED灯恒流驱动电路，其特征在于，所述开关为MOS管、绝缘栅双极型晶体管、三极管、可控硅或继电器。