CN109951070A - 电压转换电路、转换方法及应用其的led控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种电压转换电路、转换方法及应用其的LED控制电路，所述电压转换电路包括电荷泵电路和驱动电路，交流输入经整流桥得到输入电压，所述电荷泵电路接收所述输入电压，所述驱动电路连接在所述电荷泵电路的输出端，控制所述电荷泵电路的工作状态以调节所述输出电压或输出电流。本发明电压转换电路应用范围广，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种电压换电路、转换方法及应用 其的LED控制电路。
背景技术
现有技术电压转换电路原理图如图1所示，交流电压经整流电路后得到 输入电压VIN，电容C1用于滤除输入电压中的大的纹波，LED正极接收输入 电压VIN，负极连接LED驱动电路。由于输入电压VIN最小值要小于LED 正常工作电压，而其最大值会远比LED正常工作电压大，使得输入电压应用 效率低，应用范围窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压转化电路、转化方法及应用其的LED控制 电路，用于解决现有技术存在输入电压利用效率不高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电压转化电路，包括电荷泵电路和 驱动电路，交流输入经整流桥得到输入电压，所述电荷泵电路接收所述输入 电压，所述驱动电路连接在所述电荷泵电路的输出端，控制所述电荷泵电路 的工作状态以调节所述输出电压或输出电流。
可选的，所述电荷泵电路包括第一电容和第二电容，第一电容两端分别 连接整流桥的两个输出端，第二电容充电时，所述输入电压给第二电容充电； 第一电容和第二电容串联向负载放电；
当输出电压或者输出电流小于相应阈值时，延长第二电容充电时间，缩 短第二电容放电时间；或者，增大电荷泵电路的充放电频率；或者，增大电 荷泵电路的充放电电流；
当输出电压或者输出电流大于相应阈值时，缩短第二电容充电时间，延 长第二电容放电时间；或者，减小电荷泵电路的充放电频率；或者，减小电 荷泵电路的充放电电流。
可选的，所述第二电容以第一电流充电，以第二电流放电。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一开关管和第二开关管；
当输入电压给第二电容充电时，所述第一开关管关断，所述第二开关管 导通；当第二电容放电时，所述第一开关管导通，第二开关管关断，所述第 一电容和第二电容串联。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一电流源和第二电流源，所述第一电 流源输出第一电流，所述第二电流源输出第二电流。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一开关管 第一端连接第一电容高电位端，第二开关管第一端连接第一电容低电位端， 第一开关管第二端和第二开关管第二端连接，第二电容第一端连接第一开关 管和第二开关管公共端，第二电容第二端连接第一二极管负极和第二二极管 正极，第一二极管正极和第一电容高电位端连接，第二二极管负极连接所述 电荷泵电路的高电位输出端。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一开关管 第一端连接第一电容低电位端，第二开关管第一端连接第一电容高电位端， 第一开关管第二端和第二开关管第二端连接，第二电容第一端连接第一开关 管和第二开关管公共端，第二电容第二端连接第一二极管正极和第二二极管 负极，第一二极管负极和第一电容低电位端连接，第二二极管正极连接所述 电荷泵电路的低电位输出端。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一电流源 和第一开关管串联组成第一串联电路，第二电流源和第二开关管串联组成第 二串联电路，第一串联电路第一端连接第一电容高电位端，第二串联电路第 一端连接第一电容低电位端，第一串联电路第二端和第二串联电路第二端连 接，第二电容第一端连接第一串联电路和第二串联电路公共端，第二电容第 二端连接第一二极管负极和第二二极管正极，第一二极管正极和第一电容高 电位端连接，第二二极管负极连接所述电荷泵电路的高电位输出端。
可选的，所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第一电 容并联在整流桥两端，第一电流源和第一开关管串联组成第一串联电路，第 二电流源和第二开关管串联组成第二串联电路，第一串联电路第一端连接第 一电容低电位端，第二串联电路第一端连接第一电容高电位端，第一串联电 路第二端和第二串联电路第二端连接，第二电容第一端连接第一串联电路和 第二串联电路公共端，第二电容第二端连接第一二极管正极和第二二极管负 极，第一二极管负极和第一电容低电位端连接，第二二极管正极连接所述电荷泵电路的低电位输出端。
本发明还提供一种电压转换方法，交流输入经整流桥得到输入电压，电 荷泵电路接收输入电压，驱动电路连接在所述电荷泵电路的输出端，控制所 述电荷泵电路的工作状态以调节所述输出电压。
可选的，所述电荷泵电路包括第一电容和第二电容，第一电容两端分别 连接整流桥的两个输出端，第二电容充电时，所述输入电压给第二电容充电； 第一电容和第二电容串联向负载放电；
当输出电压或者输出电流小于相应阈值时，延长第二电容充电时间，缩 短第二电容放电时间；或者，增大电荷泵电路的充放电频率；或者，增大电 荷泵电路的充放电电流；
当输出电压或者输出电流大于相应阈值时，缩短第二电容充电时间，延 长第二电容放电时间；或者，减小电荷泵电路的充放电频率；或者，减小电 荷泵电路的充放电电流。
本发明还提供一种LED控制电路，包括以上任意一种电压转换电路，所 述的电压转换电路中的驱动电路为线性驱动电路或开关电路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：交流输入经整流桥得到输入电 压，电荷泵电路接收输入电压，驱动电路连接在所述电荷泵电路的输出端， 当输出电压或者输出电流达到相应阈值时，控制所述电荷泵电路以调节输出 电压。本发明极大提高了输入电压的利用效率。
附图说明
图1为现有技术电压转换电路原理图；
图2为本发明第一种电压转换电路原理图；
图3为本发明第二种电压转换电路原理图；
图4为本发明电压转换电路工作波形图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是， 附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助 说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明第一种电压转化电路原理图，电压转化电路 包括电荷泵电路和驱动电路U02，交流输入经整流桥U01得到输入电压VIN， 电荷泵电路接收输入电压VIN，驱动电路U02和LED负载串联后与输出电容 C3并联，电荷泵电路的两个输出端分别与输出电容C3的高电位端和低电位 端连接，当输出电压VOUT或者输出电流IOUT达到相应阈值时，控制电荷 泵电路以调节输出电压VOUT。所述电荷泵电路包括第一电容C1、第二电容 C2、第一开关管M1、第二开关管M2、第一电流源I1(可选)、第二电流源 I2(可选)、第一二极管D1和第二二极管D2，第一电流源I1和第二电流源 I2分别输出第一电流和第二电流。所述第一电容C1并联在整流桥两端，第一 电流源I1和第一开关管M1串联组成第一串联电路，第二电流源I2和第二开 关管M2串联组成第二串联电路，第一串联电路第一端连接第一电容C1高电 位端，第二串联电路第一端连接第一电容C1低电位端，第一串联电路第二端 和第二串联电路第二端连接，第二电容C2第一端连接第一串联电路和第二串 联电路公共端，第二电容C2第二端连接第一二极管D1负极和第二二极管D2 正极，第一二极管D1正极和第一电容C1高电位端连接，第二二极管D2负 极和输出电容C3高电位端连接。
如图3所示，示意了本发明第二种电压转换电路原理图，电压转化电路 包括电荷泵电路和驱动电路U02，交流输入经整流桥U00得到输入电压VIN， 电荷泵电路接收输入电压VIN，驱动电路U02和LED负载串联后与输出电容 C3并联，电荷泵电路的两个输出端分别与输出电容C3的高电位端和低电位 端连接，当输出电压VOUT或者输出电流IOUT达到相应阈值时，控制电荷 泵电路以调节输出电压VOUT。所述电荷泵电路包括第一电容C1、第二电容 C2、第一开关管M1、第二开关管M2、第一电流源I1(可选)、第二电流源 I2(可选)、第一二极管D1和第二二极管D2，第一电流源I1和第二电流源 I2分别输出第一电流和第二电流。所述第一电容C1并联在整流桥两端，第一 电流源I1和第一开关管M1串联组成第一串联电路，第二电流源I2和第二开 关管M2串联组成第二串联电路，第一串联电路第一端连接第一电容C1低电 位端，第二串联电路第一端连接第一电容C2高电位端，第一串联电路第二端 和第二串联电路第二端连接，第二电容C2第一端连接第一串联电路和第二串 联电路公共端，第二电容C2第二端连接第一二极管D1正极和第二二极管D2 负极，第一二极管D1负极和第一电容C1低电位端连接，第二二极管D2正 极和输出电容C3低电位端连接。
第一开关管M1关断，第二开关管M2导通时，输入电压VIN给第一电 容C1和第二电容C2充电，第二电容C2上电压为输入电压VIN(忽略二极 管D1压降)。第一开关管M1导通，第二开关管M2关断时，第一电容C1 和第二电容C2串联放电，输出电压VOUT等于第一电容C1和第二电容C2 上电压之和。当输出电压VOUT大于第一阈值VREF时(或者输出电流小于 相应阈值时)，第二电容C2充电时间下降，放电时间增加，或者第二电容 C2充放电频率减小；或者第二电容充放电电流减小；当输出电压VOUT小于 等于第一阈值VREF(或者输出电流大于等于相应阈值时)时，第二电容C2 充电时间增大，放电时间减小，或者，第二电容C2充放电频率增加；或者第 二电容充放电电流增加。
如图4所示，示意了本发明转换电路工作波形图，结合图2实施例，输 入电压VIN以线性直流电为例，PWM1为第一开关管M1脉宽调制信号， PWM2为第二开关管M2脉宽调制信号。当PWM1为低电平、PWM2为高电 平即第一开关管M1关断、第二开关管M2导通时，第二电容C2充电，第一 电压V1接近输入电压VIN，电容C3放电，输出电压VOUT减小；当PWM1 为高电平、PWM2为低电平即第一开关管M1导通、第二开关管M2关断时， 第一电容C1和第二电容C2串联向负载放电，第一电压V1接近第一电容C1 上电压和第二电容C2上电压之和，即接近2VIN，电容C3充电，输出电压 VOUT增加到接近2VIN。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域 普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施 例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在 上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含 在该技术方案的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种电压转换电路，其特征在于：包括电荷泵电路和驱动电路，交流输入经整流桥得到输入电压，所述电荷泵电路接收所述输入电压，所述驱动电路连接在所述电荷泵电路的输出端，控制所述电荷泵电路的工作状态以调节所述输出电压或输出电流。
2.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路包括第一电容和第二电容，第一电容两端分别连接整流桥的两个输出端，第二电容充电时，所述输入电压给第二电容充电；第一电容和第二电容串联向负载放电；
当输出电压或者输出电流小于相应阈值时，延长第二电容充电时间，缩短第二电容放电时间；或者，增大电荷泵电路的充放电频率；或者，增大电荷泵电路的充放电电流；
当输出电压或者输出电流大于相应阈值时，缩短第二电容充电时间，延长第二电容放电时间；或者，减小电荷泵电路的充放电频率；或者，减小电荷泵电路的充放电电流。
3.根据权利要求2所述的电压转换电路，其特征在于：所述第二电容以第一电流充电，以第二电流放电。
4.根据权利要求2或3所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一开关管和第二开关管；
当输入电压给第二电容充电时，所述第一开关管关断，所述第二开关管导通；当第二电容放电时，所述第一开关管导通，第二开关管关断，所述第一电容和第二电容串联。
5.根据权利要求4所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源输出第一电流，所述第二电流源输出第二电流。
6.根据权利要求4所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一开关管第一端连接第一电容高电位端，第二开关管第一端连接第一电容低电位端，第一开关管第二端和第二开关管第二端连接，第二电容第一端连接第一开关管和第二开关管公共端，第二电容第二端连接第一二极管负极和第二二极管正极，第一二极管正极和第一电容高电位端连接，第二二极管负极连接所述电荷泵电路的高电位输出端。
7.根据权利要求4所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一开关管第一端连接第一电容低电位端，第二开关管第一端连接第一电容高电位端，第一开关管第二端和第二开关管第二端连接，第二电容第一端连接第一开关管和第二开关管公共端，第二电容第二端连接第一二极管正极和第二二极管负极，第一二极管负极和第一电容低电位端连接，第二二极管正极连接所述电荷泵电路的低电位输出端。
8.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一电流源和第一开关管串联组成第一串联电路，第二电流源和第二开关管串联组成第二串联电路，第一串联电路第一端连接第一电容高电位端，第二串联电路第一端连接第一电容低电位端，第一串联电路第二端和第二串联电路第二端连接，第二电容第一端连接第一串联电路和第二串联电路公共端，第二电容第二端连接第一二极管负极和第二二极管正极，第一二极管正极和第一电容高电位端连接，第二二极管负极连接所述电荷泵电路的高电位输出端。
9.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括第一二极管和第二二极管，第一电流源和第一开关管串联组成第一串联电路，第二电流源和第二开关管串联组成第二串联电路，第一串联电路第一端连接第一电容低电位端，第二串联电路第一端连接第一电容高电位端，第一串联电路第二端和第二串联电路第二端连接，第二电容第一端连接第一串联电路和第二串联电路公共端，第二电容第二端连接第一二极管正极和第二二极管负极，第一二极管负极和第一电容低电位端连接，第二二极管正极连接所述电荷泵电路的低电位输出端。
10.一种电压转换方法，其特征在于：交流输入经整流桥得到输入电压，电荷泵电路接收输入电压，驱动电路连接在所述电荷泵电路的输出端，控制所述电荷泵电路的工作状态以调节所述输出电压或者输出电流。
11.根据权利要求10所述的电压转换方法，其特征在于：所述电荷泵电路包括第一电容和第二电容，第一电容两端分别连接整流桥的两个输出端，第二电容充电时，所述输入电压给第二电容充电；第一电容和第二电容串联向负载放电；
当输出电压或者输出电流小于相应阈值时，延长第二电容充电时间，缩短第二电容放电时间；或者，增大电荷泵电路的充放电频率；或者，增大电荷泵电路的充放电电流；
当输出电压或者输出电流大于相应阈值时，缩短第二电容充电时间，延长第二电容放电时间；或者，减小电荷泵电路的充放电频率；或者，减小电荷泵电路的充放电电流。
12.一种LED控制电路，其特征在于：包括以上权利要求1-9任意一种电压转换电路，所述的电压转换电路中的驱动电路为线性驱动电路或开关电路。
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