CN104202876A - 一种单电感的led驱动电路及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单电感的LED驱动电路及驱动方法，通过恒流控制电路控制功率级电路的输出信号恒定，以为LED负载提供恒定的电流信号，并且通过调光控制单元控制LED负载的亮度，恒压产生电路接收功率级电路输出端的电流信号并获得储备供电电压，所述储备供电电压为调光控制单元提供供电电压。相对于现有技术的方案，本发明技术方案无需单独的供电电压芯片，减少了电感、整流管等元件，***电路简单，***整体体积也大大减小。

Description

一种单电感的LED驱动电路及驱动方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种单电感多路LED的驱动电路及驱动方法。
背景技术
LED灯负载作为新时代的节能环保理想产品，已广泛应用于照明和装饰领域。而LED照明结构特点决定其需要专门的驱动电路来实现恒流控制，一般驱动电路为集成芯片，如图1所示，芯片1为LED灯的恒流控制芯片，芯片1接收直流母线电压，经开关QM1、QR1和电感L1形成的Buck电路处理后以输出一恒流信号Vout1来驱动LED灯。当LED光源为多路LED时，需要有调光控制单元(如图1MCU)对所述多路LED负载进行调光控制以提供需要的色温和亮度，现有技术中，如图1所示，需要有给所述调光控制单元的供电芯片，一般而言，所述调光控制单元的供电电压较低，如3.3V或5V，而从直流母线电压中获得的电压信号不能满足直接调光电路控制单元的要求，因此需要有一电压调节电路，例如芯片2，芯片2接收所述直流母线电压，经开关QM2、QR2和电感L2形成的Buck电路处理后以输出一恒压信号Vout2传输给调光控制单元MCU。
但从上述电路结构可以看出，现有技术的多路LED驱动电路***器件复杂，至少需要两个开关管、两个整流管和两个电感，芯片数量也需要2个，成本高，控制也比较复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一个单电感的LED驱动电路及驱动方法，其一方面可以实现对LED负载的恒流控制，另一方面可以通过恒压产生电路获得储备供电电压，以用于给调光控制单元或者USB接口供电，所述的储备供电电压通过功率级电路输出端的电流信号给恒压产生电路的电容充电获得，其无需再增加另外的芯片，仅需一块芯片就可以完成LED负载的恒流控制和亮度调节。
依据本发明的一种单电感的LED驱动电路，包括，
功率级电路，接收一直流母线电压，以输出恒定信号来驱动LED负载；
恒流控制电路，接收表征所述LED负载的电流反馈信号并据此控制所述功率级电路中的功率开关管和整流管的工作状态，以控制所述功率级电路的输出信号维持恒定；
恒压产生电路，串联连接在所述LED负载和地之间，所述恒压产生电路接收所述功率级电路输出端的电流信号，所述电流信号对所述恒压产生电路中的电容充电以获得一恒压信号，所述恒压信号作为LED驱动电路的储备供电电压。
优选的，所述LED驱动电路还包括调光控制单元，
所述调光控制单元接收调光信号以控制所述LED负载的电流平均值，以获得与所述调光信号相对应的亮度；
其中，所述储备供电电压用于给所述调光控制单元提供供电电压。
优选的，所述LED驱动电路还包括USB连接口，
所述储备供电电压用于给所述USB连接口供电。
进一步的，所述恒压产生电路包括第一开关、第二开关、电容和电压控制电路，所述第一开关和电容串联连接在所述LED负载的负极和地之间；所述电容两端电压信号作为所述恒压信号；
所述第二开关连接在所述LED负载的负极和地之间；
所述电压控制电路接收所述电容两端电压信号和一参考电压信号，并输出第一开关控制信号和第二开关控制信号，其中，所述第一开关控制信号控制所述第一开关的开关状态，所述第二开关控制信号控制所述第二开关的开关状态。
进一步的，所述电压控制电路包括电压采样电路、比较器和驱动电路，
所述电压采样电路采样所述电容两端电压信号，以获得一反馈信号；
所述比较器接收所述反馈信号和参考电压信号，经比较处理后获得一比较信号；
所述驱动电路接收所述比较信号以产生所述第一开关控制信号和第二开关控制信号。
优选的，所述参考电压信号根据所述储备供电电压的供电对象不同而不同。
优选的，所述LED负载为一路或多路LED灯串。
优选的，所述恒压产生电路中的第一开关、第二开关、电压控制电路和所述恒流控制电路集成在一个芯片中。
依据本发明的一种单电感的LED驱动方法，应用于LED驱动电路中，所述LED驱动电路包括有功率级电路，包括以下步骤：
接收一直流母线电压，以输出恒定信号来驱动LED负载；
接收表征所述LED负载的电流反馈信号并据此控制所述功率级电路中的功率开关管和整流管的工作状态，以控制所述功率级电路的输出信号维持恒定；
接收所述功率级电路输出端的电流信号，所述电流信号对一电容充电以获得一恒压信号，所述恒压信号作为LED驱动电路的储备供电电压，其中，所述电容串联连接在所述LED负载和地之间。
根据上述的单电感的LED驱动电路及驱动方法，通过恒流控制电路控制功率级电路的输出信号恒定，以为LED负载提供恒定电流信号，并且通过调光控制单元控制LED负载的亮度，恒压产生电路接收功率级电路输出端的电流信号并获得储备供电电压，所述储备供电电压为调光控制单元提供供电电压。相对于现有技术的方案，本发明技术方案无需单独的供电电压芯片，减少了电感、整流器等器件，***电路简单，体积小，成本低。
附图说明
图1所示为现有技术的LED驱动电路的电路图；
图2所示为依据本发明的单电感的LED驱动电路的原理图；
图3所示为依据本发明的单电感的LED驱动电路的具体电路图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图2所示为依据本发明的单电感的LED驱动电路的原理图，如图2所示，所述LED驱动电路包括功率级电路，在本实施方式中，所述功率级电路包括开关管QM，整流管QR和第一电感L1，其构成一降压型电压转换电路，这里所述整流管以开关管为例，所述功率级电路接收一直流母线电压VBUS，以输出恒定信号来驱动LED负载，这里所述恒定信号指的是恒定电流信号，以下均相同。所述LED驱动电路还包括恒流控制电路101，恒流控制电路101接收表征所述LED的电流反馈信号IFB并据此控制所述功率级电路中的功率开关管QM和整流管QR的工作状态，以控制所述功率级电路的输出信号维持恒定。
进一步的，所述LED驱动电路还包括恒压产生电路102，如图2所示，所述恒压产生电路串联连接在所述LED负载和地之间，具体的，所述恒压产生电路102包括第一开关QA、第二开关QB、电容C2和电压控制电路102-1，所述第一开关QA和电容C2串联连接在所述LED负载的负极和地之间，所述电容两端电压信号Vout2作为所述储备供电电压；所述第二开关QB连接在所述LED负载的负极和地之间；所述电压控制电路102-1接收所述电容两端电压信号Vout2和参考电压信号Vref1，并输出第一开关控制信号VC1和第二开关控制信号VC2，其中，所述第一开关控制信号VC1控制所述第一开关QA的开关状态，所述第二开关控制信号VC2控制所述第二开关QB的开关状态。此外，图2中的功率级电路的输出端电压Vout1为LED负载的驱动电压。
具体地，参见图3，在本实施例中，所述电压控制电路102-1具体包括由电阻R1和电阻R2构成的电压采样电路、比较器CMP和驱动电路102-2，所述电压采样电路接收所述电容两端电压信号Vout2，经分压处理后获得一反馈信号Vfb；所述比较器接收所述反馈信号Vfb和参考电压信号Vref1，经比较处理后获得一比较信号；所述驱动电路接收所述比较信号以产生所述第一开关控制信号VC1和第二开关控制信号VC2。本领域技术人员可知，所述电压采样电路也可直接接收所述电容两端电压信号作为反馈信号Vfb。
在本实施方式中，所述LED驱动电路还包括调光控制单元MCU，所述调光控制单元MCU接收调光信号如PWM调光信号以控制所述LED负载的电流平均值，以获得与所述调光信号相对应的亮度；其中，所述储备供电电压用于为所述调光控制单元MCU提供供电电压。本领域技术人员可知，所述LED负载可以为一路或多路LED灯串，本实施例中以一路LED灯串为例，开关管Q1与所述LED灯串并联连接，调光控制单元MCU与所述恒流控制电路101连接，所述恒流控制电路输出调光控制信号如图2中VQ1来控制开关管Q1的开关状态以控制所述LED灯串的电流平均值(或亮度)。在另一实施方式中，如图3中所示实施例，所述LED负载为两路LED灯串，开关管Q1和Q2分别与所述两路LED灯串并联连接，所述调光控制单元MCU与所述恒流控制电路101连接，所述恒流控制电路输出调光控制信号如VQ1和VQ2来控制开关管Q1和Q2的开关状态以控制所述两路LED灯串的电流平均值(或亮度)。
本领域技术人员容易理解，当所述LED驱动电路不需要调光时，所述储备供电电压可用作其他用途，如给USB连接口供电等，因此，所述参考电压信号Vref1的值相应地根据所述储备供电电压的供电对象不同而不同。
结合上述电路图阐述本实施例的工作过程，当调光控制单元MCU的期望供电电压为预定值，例如3.3V或5V时，所述参考电压信号Vref1的值相应地设置为所述预定值经分压电阻网络分压后对应的电压值，当所述反馈信号Vfb表征所述储备供电电压Vout2小于预定值时，则第一开关QA导通，第二开关QB关断，所述功率级电路的输出电流信号给电容C2充电，当所述反馈信号Vfb表征所述储备供电电压Vout2大于预定值时，则第一开关QA关断，第二开关QB导通，所述输出电流信号停止给电容C2充电。通过上述的过程，则所述储备供电电压Vout2可调整为期望的预定值。需要补充的是，当所述功率级电路开始工作时，所述输出端的电流信号可以通过开关管Q1给所述电容C2充电，当电容C2两端电压达到调光控制单元MCU的工作电压时，调光控制单元MCU开始工作。
通过上述可知，本发明的技术方案无需另外的芯片将直流母线电压的能量转换为供电电能，而是利用负载端的能量对电容充电获得供电电能，功率级电路只需一个电感即可，其节省了电压转换电路，芯片也较现有技术减少了。
上述以功率级电路为Buck降压型电路为例，但本发明的技术方案不限于此，也可应用于Buck-Boost升降压型电路等任何合适的功率级电路。
此外需要说明的是，根据本发明的技术方案，所述恒压产生电路中的第一开关QA、第二开关QB、电压控制电路102-1和恒流控制电路101集成在一个芯片中，如图2或图3中的控制芯片，此外，所述功率级电路中的功率开关管QM、整流管QR也可集成在该控制芯片中，当然，在LED驱动电路还包括调光控制单元MCU时，调光控制单元MCU也可集成在该控制芯片。
最后，本发明还提供了一种单电感的LED驱动方法，应用于LED驱动电路中，所述LED驱动电路包括有功率级电路，包括以下步骤：
S1：接收一直流母线电压，以输出恒定信号来驱动LED负载；
S2：接收表征所述LED负载的电流反馈信号并据此控制所述功率级电路中的功率开关管和整流管的工作状态，以控制所述功率级电路的输出信号维持恒定；
S3：接收所述功率级电路输出端的电流信号，所述输出电流信号对一电容充电以获得一供电电压信号，所述供电电压信号作为LED驱动电路的储备供电电压，其中，所述电容串联连接在所述LED负载和地之间。
容易理解，在本发明实施例的基础上，还可以推知其他的功率级电路的拓扑结构也可应用本发明的技术方案，在此不一一概述，在本发明的思想和精神范围的替换和修改都在本发明的保护范围之内。
综上所述，依据本发明的一种单电感的LED驱动电路及驱动方法，无需另外的芯片将直流母线电压的能量转换为供电电能，而是利用输出端的能量对电容充电获得供电电能，功率级电路只需一个电感即可，其节省了电压转换电路，芯片也较现有技术减少了。
以上对依据本发明的优选实施例的单电感的LED驱动电路及驱动方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种单电感的LED驱动电路，其特征在于，包括，
功率级电路，接收一直流母线电压，以输出恒定信号来驱动LED负载；
恒流控制电路，接收表征所述LED负载的电流反馈信号并据此控制所述功率级电路中的功率开关管和整流管的工作状态，以控制所述功率级电路的输出信号维持恒定；
恒压产生电路，串联连接在所述LED负载和地之间，所述恒压产生电路接收所述功率级电路输出端的电流信号，所述电流信号对所述恒压产生电路中的电容充电以获得一恒压信号，所述恒压信号作为LED驱动电路的储备供电电压。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括调光控制单元，
所述调光控制单元接收调光信号以控制所述LED负载的电流平均值，以获得与所述调光信号相对应的亮度；
其中，所述储备供电电压用于给所述调光控制单元提供供电电压。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括USB连接口，
所述储备供电电压用于给所述USB连接口供电。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述恒压产生电路包括第一开关、第二开关、电容和电压控制电路，
所述第一开关和电容串联连接在所述LED负载的负极和地之间；所述电容两端电压信号作为所述恒压信号；
所述第二开关连接在所述LED负载的负极和地之间；
所述电压控制电路接收所述电容两端电压信号和一参考电压信号，并输出第一开关控制信号和第二开关控制信号，其中，所述第一开关控制信号控制所述第一开关的开关状态，所述第二开关控制信号控制所述第二开关的开关状态。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述电压控制电路包括电压采样电路、比较器和驱动电路，
所述电压采样电路采样所述电容两端电压信号，以获得一反馈信号；
所述比较器接收所述反馈信号和参考电压信号，经比较处理后获得一比较信号；
所述驱动电路接收所述比较信号以产生所述第一开关控制信号和第二开关控制信号。
6.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述参考电压信号根据所述储备供电电压的供电对象不同而不同。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述LED负载为一路或多路LED灯串。
8.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述恒压产生电路中的第一开关、第二开关、电压控制电路和所述恒流控制电路集成在一个芯片中。
9.一种单电感的LED驱动方法，应用于LED驱动电路中，所述LED驱动电路包括有功率级电路，其特征在于，包括以下步骤：
接收一直流母线电压，以输出恒定信号来驱动LED负载；
接收表征所述LED负载的电流反馈信号并据此控制所述功率级电路中的功率开关管和整流管的工作状态，以控制所述功率级电路的输出信号维持恒定；
接收所述功率级电路输出端的电流信号，所述电流信号对一电容充电以获得一恒压信号，所述恒压信号作为LED驱动电路的储备供电电压，其中，所述电容串联连接在所述LED负载和地之间。
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