CN105764178A - 一种无频闪的分段式恒流led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路。它包括LC低通滤波电路，整流滤波电路，桥式逆变电路，LC谐振滤波电路和分段式恒流LED驱动电路，使分段式恒流LED驱动电路具有较强的通用性和适用性，从而提高了分段式驱动方案的在LED照明领域的应用范围。

Description

一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，特别是针对交流直接驱动LED驱动电路，提出了一种无频闪的交流直接驱动的分段式恒流LED驱动电路。

背景技术

LED是***照明光源。LED具有节能、环保、高效、安全等特点，因此，被广泛应用于景观、路灯和电子产品背光灯等照明场合。随着LED照明在很多场合的应用，设计成熟高效的LED驱动电源是LED照明中至关重要的环节。

LED灯对驱动电源有严格的要求，LED驱动电路都是采用恒流驱动LED负载工作。传统的两级驱动电路方案虽然可以达到很高的驱动性能，但存在所用的器件多，驱动器尺寸大，费用高等的缺点。从发展前景来看，目前体积小、集成化、重量轻，是LED驱动电源未来共同技术发展方向，采用市电直接给LED供电方式更是LED驱动电源发展的大方向。

目前较为流行的交流直接驱动LED的方式为分段式恒流LED驱动方式，主要依据交流电压追踪式原理提出的，即采用阶梯式驱动方式来逐步点亮LED负载，基于这一类方法的LED驱动方案常见结构如图1所示：

该驱动电路主电路一般包括整流电路、采样电路、控制电路、开关电路以及电流控制电路。采样电路为开关控制电路提供所需的电压和电流信号；开关控制电路控制各段LED的开启与关闭，开关器件多为高压MOS管；电流控制电路控制LED电流的变化过程，可根据设计的要求实现各段恒流或是变流。由此可见，这种驱动方法的核心是通过开关器件对LED负载进行分组驱动，从而使各组LED负载随着输入电压的变化依次地点亮与熄灭，并通过电流控制电路得到期望的LED电流波形。

但对于交流直接驱动的分段式恒流LED的驱动电路来说，由于没有电解电容，驱动电流中含有两倍工频的交流分量，因此在50Hz市电下LED存在100Hz的频闪。虽然100Hz的频闪高于人眼视觉暂留的频率，人眼无法感知该频率的光线脉动，但近年的研究发现，在这种有频闪的光源下长期工作，人眼的视觉***需要不断的调节，以保证视网膜上成像的清晰性，这会加重人眼的负担，产生用眼疲劳现象，从而制约了这一类LED驱动方案的广泛应用。

为了降低频闪的危害，现有的解决方案主要是在整流电路后并联滤波电容，该方案利用电解电容吸收部分交流纹波，但是当纹波控制到一定范围以后(10%)，很难再进一步降低，无法消除频闪现象，而且电解电容会增加体积、寿命方面的问题，很难满***流直驱电源小体积、高可靠、易集成的要求。也有LED芯片厂家提出采用填谷技术，在填谷电容中存储一定量的电荷，当全波整流后的电压降至过零点附近时，填谷电容对LED灯串放电，保证整个整流周期中LED负载输出光效恒定，但也只是一定程度上缓解了频闪现象。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明主要目的是解决现有分段式恒流LED驱动电路存在的100HZ频闪的问题。提供一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，利用桥式逆变电路可提高交流信号频率的特点，通过提高分段式恒流LED驱动电路的输入信号的工作频率，在保有分段式恒流LED驱动电路特点的基础上实现LED负载无频闪的功能，使分段式恒流LED驱动电路具有较强的通用性和适用性，从而提高了分段式驱动方案的在LED照明领域的应用范围。

为了达到上述目的，本发明的构思是：

本发明提出的无频闪的分段式恒流LED驱动电路，将市电交流信号经过整流滤波后，通过桥式逆变电路和LC谐振滤波电路，转变为高频近正弦波交流信号作为分段式恒流LED驱动电路的输入信号，从而提高了流过LED负载的脉动电流的工作频率，解决了50HZ交流市电直接驱动LED方案中LED负载存在100HZ频闪的问题，实现了LED负载无频闪。

本发明中的高频交流信号（大于1KHZ）的输出可通过桥式逆变电路产生，通过控制开关管的导通和关断，将整流滤波后的直流电压信号转换为高频方波或高频准方波电压信号输出，然后通过LC谐振滤波网络得到高频正弦波信号。高频输出正弦波逆变电路结构如图2所示。

所述的桥式拓扑包括全桥和半桥拓扑，由于桥式拓扑开关管的电压应力等于直流输入电压，在输入交流电压为220V或者更高的场合中普遍的使用桥式拓扑。优选的，当开关管为MOSFET时，通过合理设置LC谐振滤波网络参数，可以实现MOSFET的零电压开通，降低开关损耗。所述的LC谐振滤波网络为无源滤波器，包括LC串联谐振，LC并联谐振和LC串并联谐振几种拓扑，谐振滤波网络针对所需要的高频交流信号的频率而设计，具有良好的选频滤波效果。优选的，当谐振滤波网络为LC串并联谐振网络时，对高频方波的基波串联谐振的LC和对基波并联谐振的LC同时使用，前者使基波压降为零，对谐波则呈现感性高电抗，后者使并联电路的基波电流总和为零，对谐波则呈现容性低阻抗，具有优良的滤波特性，可以使波形更接近正弦波，同时可以实现开关管的软开关。

为实现上述构思，本发明采用的技术方案是：

一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，包括LC低通滤波电路，整流滤波电路，桥式逆变电路，LC谐振滤波电路和分段式恒流LED驱动电路，其特征在于：电源依次经LC低通滤波电路，整流滤波电路，桥式逆变电路，LC谐振滤波电路连接至分段式恒流LED驱动电路；利用桥式逆变电路可提高交流信号频率的特点，通过提高分段式恒流LED驱动电路的输入信号的工作频率，在保有分段式恒流LED驱动电路特点的基础上实现LED负载无频闪的功能。

所述的LC低通滤波电路1连接在交流市电的火线和零线端；所述的整流滤波电路2有两个输入端和两个输出端，一个输入端与LC低通滤波电路1联接，另一个输入端与交流市电的零线联接。两个输出端连接所述的桥式逆变电路3；所述的LC谐振滤波电路4并联在所述的桥式逆变电路3的两端；所述的分段式恒流LED驱动电路5与所述的LC谐振滤波电路4的两个输出端相连接。

所述的LC低通滤波器可以有效的防止高频电流流入交流输入侧，而且滤除高次谐波，减小对电网的谐波污染；所述的整流滤波电路包括桥式整流电路和滤波电容，利用二极管的单向导通性对交流市电进行整流，转换成为脉动的直流电，脉动的直流电经过电容滤波后形成一个平滑的直流电压；所述的桥式逆变电路，通过开关管的斩波将整流滤波后直流信号转换为高频的方波信号；所述的LC谐振滤波电路，将高频方波信号转换为高频近正弦波信号，作为所述分段式恒流LED驱动的输入信号；所述的分段式恒流电路，根据输入交流信号的电压变化，通过控制开关器件实现LED负载的分段点亮，并采用线性控制技术保证每一段工作在恒流状态。由于电路输入信号为高频近正弦波信号，从而提高了流过LED负载的脉动电流的工作频率，进而实现无频闪的功能。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：

1.本发明采用了LC谐振滤波电路，谐振网络具有良好的滤波特性和***稳定性，而且谐振电路可以实现桥式逆变电路的软开关，从而降低了电源的损耗，提高了电源的效率。

2.本发明能有效的与分段式LED驱动相结合，相比传统的交流直接驱动LED方案，提高了LED负载的电流工作频率，消除了频闪现象，并提高了驱动效率，可以获得较高的功率因数，并且保留了原有分段式恒流LED驱动的优点。

3.另外，桥式逆变电路和分段式恒流LED驱动电路都可以采用专门的LED芯片进行控制，从而实现整体电路的工作频率可调，分段式恒流LED驱动电路也可实现调光功能，易于产品商业化。

综上所述，本发明所述的无频闪的分段式恒流LED驱动电路解决了现有交流直接驱动的分段式恒流LED驱动方案中存在的LED负载具有100HZ频闪的问题，整体电路结构简单，体积小，成本低，易模块化，通用化，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1现有交流直接驱动的分段式恒流LED驱动方案图

图2本发明的高频输出正弦波逆变电路结构框图

图3本发明的无频闪的分段式恒流LED驱动结构框图

图4本发明实施例中的无频闪的分段式恒流LED驱动结构框图

图5本发明实施例中的无频闪的分段式恒流LED驱动电路原理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图3，本无频闪的分段式恒流LED驱动电路，包括LC低通滤波电路1，整流滤波电路2，桥式逆变电路3，LC谐振滤波电路4和分段式恒流LED驱动电路5，其特征在于：电源依次经LC低通滤波电路1，整流滤波电路2，桥式逆变电路3，LC谐振滤波电路4连接至分段式恒流LED驱动电路5；利用桥式逆变电路可提高交流信号频率的特点，通过提高分段式恒流LED驱动电路的输入信号的工作频率，在保有分段式恒流LED驱动电路特点的基础上实现LED负载无频闪的功能。

实施例二：

参见图4，本无频闪的分段式恒流LED驱动电路包括依次串联的LC低通滤波器电路1，整流滤波电路2，半桥逆变电路3，LC串并联谐振电路4和分段式恒流LED驱动电路5。

所述的LC低通滤波器1可防止高频电流流入交流输入侧，而且滤除高次谐波，减小对电网的谐波污染；所述的整流滤波电路2将输入的交流电转换成一个波形相对较为平滑的直流电；所述的半桥逆变电路3通过开关管的斩波将直流信号转换为高频的方波信号；所述的LC串并联谐振电路4具有较好的滤波特性，高频方波信号通过LC串并联谐振网络，可以生成高频的近正弦波信号；所述的分段式LED驱动电路5的输入信号为高频近正弦波交流信号,通过芯片的开关控制电路控制着MOSFET场效应管的开启与关闭，进而依次导通LED负载。由于提高了输入交流信号的工作频率，从而提高了流过LED负载的脉动电流的工作频率，解决了50HZ交流市电直接驱动分段式恒流LED驱动方案中LED负载存在100HZ频闪的问题，实现了LED负载无频闪。

特别的，本实例中所述的半桥逆变电路是所述的桥式逆变电路的一种，不限于本实例中的具体实施方式；所述的LC串并联谐振网络是所述的LC谐振滤波网络的一种，亦不限于本发明所给出的具体实施方式。所述的分段LED驱动可以是一种通用的交流直接驱动的分段LED驱动，亦不限于本发明所给出的具体实施方式。

无频闪的分段式恒流LED驱动电路具体工作原理如图5所示，所述的LC低通滤波电路1包括一个电感L1和一个电容C1，其中电感L1直接与交流输入端相连接，电容C1一端与交流输入端相连接，一端与电感L1相连接，两者的公共端连接到整流滤波电路2中D1二极管的正极；所述的半桥逆变电路包括两个电阻R1和R2，两个电容C3、C4和C5，一个快恢复二极管D5，两个MOSFET场效应管Q1和Q2，其中电阻R1和电容C3串联，两者的公共端连接到驱动芯片IR2153的VCC引脚；电阻R2和电容CT串联，其中电阻R2一端接驱动芯片IR2153的RT端，电阻R2和电容C4的公共端接驱动芯片IR2153的CT引脚；二极管D5和电容C5串联在驱动芯片的VCC引脚和VS引脚之间；场效应管Q1和Q2分别与驱动芯片IR2153的HO和LO引脚相连接，两者的公共端与驱动芯片的VS引脚相连接。所述的LC串并联谐振电路包括两个电感L2和L3，两个电容C6和C7，其中电感L2连接驱动芯片VS引脚，电感L2和电容C6串联，电感L3和电容C7并联，输出高频正弦交流信号。所述的分段式恒流电路驱动电路由5个二极管D6-D10,九个电阻R3-R11，一个电容，四个MOSFET开关管Q3-Q6和驱动芯片CL2012组成，二极管D6-D9组成整流电路，降压电阻R9和C1串联，两者的公共端连接驱动芯片的VCC引脚,电阻R7-R10组成电阻网络，驱动芯片的G1-G4引脚分别连接MOSFET开关管Q3-Q6的G端，电阻R3-R6串联，其中电阻R3连接芯片引脚S1,电阻R3与R4的公共端连接芯片引脚S2,电阻R4与R5的公共端连接芯片引脚S3,电阻R5与R6的公共端连接芯片引脚S4。

具体工作过程

本发明实例按照附图5接入50HZ工频交流市电，经过电感L1和电容C1组成的低通滤波器1后，可有效滤除高次谐波，减小对电网的谐波污染。消除了干扰后的交流电经过整流滤波电路2转换成为一个平滑的直流母线电压；

直流母线电压经过通过降压电阻R1给驱动芯片3的电源电容C3充电，当电容C3的端电压超过驱动芯片3的欠电压锁定解除阈值时，芯片会自启动。驱动芯片3开始工作后，高端HO引脚和低端输出LO引脚输出信号控制MOSFET开关管的开通关断，且两个开关管的占空比都为0.5，并且交替互补导通。其中R2和C4决定驱动开关管的开关频率（大于等于1KHZ)。直流母线电压经过MOSFET开关管Q1和Q2的斩波后，驱动芯片3的VS引脚输出工作频率等于开关频率的高频方波电压;

高频方波电压经过电感L2和L3，电容C6和C7构成的串并联谐振滤波网络4后得到高频近正弦交流电压。其中电感L2和电容C6构成的串联支路的谐振角频率约等于开关频率，电感L3和电容C7构成的并联支路的谐振频率略高于开关频率，使整个谐振网络呈感性，以实现MOS开关管S的零电压开通，从而减小开关损耗，提高换效率频率。

高频正弦交流电压经过整流电路5转换成为高频的脉动直流电，通过驱动芯片6内部的采样电路和开关控制电路，驱动芯片6通过控制MOSFET开关管Q3-Q6的导通和关断，从而对LED负载进行分组，以达到各组的LED负载随着输入电压的变化依次地发光与熄灭的效果，并通过驱动芯片6内部的电流控制电路得到期望的LED电流波形。其中流过各段LED负载的电流由电阻R3-R6设定，驱动芯片的G1-G4引脚控制MOSFET开关管Q3-Q6交替工作在完全导通、线性恒流、完全关断状态。由于输入交流信号为高频的交流信号，从而提高了流过LED负载的脉动电流的工作频率，解决了50HZ交流市电直接驱动分段式恒流LED驱动方案中LED负载存在100HZ频闪的问题，实现了LED负载无频闪。

以上对本发明所述的无频闪的分段式恒流LED驱动进行了详细描述，并给出了应用该无频闪的分段式恒流LED驱动电路的电路图，本领域的普通技术人员据此可以实现相应的无频闪的分段式恒流LED驱动电路。本发明所述的无频闪的分段式恒流LED驱动电路，解决了50HZ交流市电直接驱动LED方案中LED负载存在100HZ频闪的问题，实现了LED负载无频闪。

Claims (5)

1.一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，包括LC低通滤波电路（1），整流滤波电路（2），桥式逆变电路（3），LC谐振滤波电路（4）和分段式恒流LED驱动电路（5），其特征在于：电源依次经LC低通滤波电路（1），整流滤波电路（2），桥式逆变电路（3），LC谐振滤波电路（4）连接至分段式恒流LED驱动电路（5）；利用桥式逆变电路可提高交流信号频率的特点，通过提高分段式恒流LED驱动电路的输入信号的工作频率，在保有分段式恒流LED驱动电路特点的基础上实现LED负载无频闪的功能。

2.根据权利要求1所述的一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，其特征在于：所述LC低通滤波电路（1）包括一个电感L1和一个电容C1，所述电感L1直接与交流输入端相连接，电容C1一端与交流输入端相连接，另一端与电感L1相连接，电感L1和电容C1的公共端连接到流滤波电路（2）；采用LC低通滤波器，可有效的防止高频电流流入交流输入侧，而且滤除高次谐波，减小对电网的谐波污染。

3.根据权利要求1所述的一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，其特征在于：采用桥式逆变电路，通过开关管的斩波将整流滤波后直流信号转换为高频的方波信号，提高了整体电路的工作频率。

4.根据权利要求1所述的一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，其特征在于：采用LC谐振滤波电路，谐振网络具有良好的滤波特性和***稳定性，而且谐振电路可以实现桥式逆变电路的软开关，从而降低了电源的损耗，提高了电源的效率。

5.权利要求1所述的一种无频闪的分段式恒流LED驱动电路，其特征在于：采用分段式恒流LED驱动电路，驱动电路根据输入交流电压信号的电压变化，通过控制开关器件实现LED负载的分段点亮，并采用线性控制技术保证每一段工作在恒流状态，具有拓扑简单，功率因数高的特点。