CN110891347B

CN110891347B - 线性led驱动***、线性升压电路及方法

Info

Publication number: CN110891347B
Application number: CN201811042970.2A
Authority: CN
Inventors: 刘军; 吴泉清
Original assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: CN110891347A

Abstract

本发明提供一种线性LED驱动***、线性升压电路及方法，包括：接收输入电压的第一整流模块；第一储能电容；第二整流模块；第二储能电容；及控制所述第一储能电容及所述第二储能电容的充电电流的线性恒流驱动模块。在输入电压的正半周期，输入电压从大于第一储能电容上的电压到减小至第一储能电容的饱和电压的变化过程中，第一储能电容充电；在输入电压的负半周期，输入电压的绝对值从大于第二储能电容上的电压到减小至第二储能电容的饱和电压的变化过程中，第二储能电容充电。本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法可以实现输入高功率因数的同时输出无纹波，且输出电压高于输入电压。

Description

线性LED驱动***、线性升压电路及方法

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种线性LED驱动***、线性升压电路及方法。

背景技术

如图1所示为常见的线性LED驱动***1，交流电压AC通过整流桥11后转化为输入电压V_IN，并向LED灯段供电，所述LED灯段由n个LED灯串联形成，所述LED灯段的输出端连接恒流控制芯片12，通过所述恒流控制芯片12内的恒流控制管的开关实现恒流控制，电容C和电阻R并联于输入电压的两端，为可调器件。通常情况下，在线性LED驱动中输出给LED的电压是低于输入电压的，因此输出只能做降压应用。

现有技术中也提供一些倍压电路用于驱动LED，但是现有的倍压电路只能做低功率因数的应用，并且要求输出的LED电压比较高，否则，和正常高压输入时一样，效率都比较低。

因此，如何提出一种高功率因数的升压电路及方法已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种线性LED驱动***、线性升压电路及方法，用于解决现有技术中升压电路功率因数低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性升压电路，所述线性升压电路至少包括：

第一整流模块、第一储能电容、第二整流模块、第二储能电容及线性恒流驱动模块；

所述第一整流模块的第一输入端连接相线、第二输入端连接零线，用于接收输入电压；

所述第一储能电容的上极板连接所述第一整流模块的第一输出端、下极板连接所述第二整流模块的第一输入端，用于储存电能；

所述第二整流模块的第二输入端连接零线，用于接收输入电压；

所述第二储能电容的上极板连接所述第二整流模块的第一输入端、下极板连接参考地，用于储存电能；

所述线性恒流驱动模块并联于所述第二整流模块的第一输出端和第二输出端之间，用于控制所述第一储能电容及所述第二储能电容的充电电流。

优选地，所述第一整流模块及所述第二整流模块的结构相同，包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极，并作为第一输入端；所述第二二极管的阴极连接所述第一二极管的阴极，并作为第一输出端；所述第三二极管的阴极连接所述第二二极管的阳极，并作为第二输入端；所述第四二极管的阳极连接所述第三二极管的阳极，并作为第二输出端。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种基于上述线性升压电路的线性升压方法，所述线性升压方法至少包括：

在输入电压的正半周期，随着所述输入电压的增大，当所述输入电压大于所述第一储能电容上的电压时，所述输入电压对所述第一储能电容恒流充电；随着所述输入电压增大至最大值，所述输入电压开始慢慢减小，当所述输入电压小于所述第一储能电容的饱和电压时，所述输入电压停止对所述第一储能电容充电；

在所述输入电压的负半周期，随着所述输入电压的减小，当所述输入电压的绝对值大于所述第二储能电容上的电压时，所述输入电压对所述第二储能电容恒流充电；随着所述输入电压下降至最小值，所述输入电压开始慢慢增大，当所述输入电压的绝对值小于所述第二储能电容的饱和电压时，所述输入电压停止对所述第二储能电容充电；

其中，所述第一储能电容与所述第二储能电容上的电压线性增大，且所述第一储能电容与所述第二储能电容上的电压之和大于所述输入电压。

优选地，所述线性升压方法进一步包括：

当所述第一储能电容充电时，正相电流从相线流入第一整流模块，经过所述第一整流模块后为所述第一储能电容充电，再经第二整流模块、线性恒流驱动模块及所述第二整流模块从零线流出；当所述第二储能电容充电时，反相电流从零线流入所述第二整流模块，经过所述线性恒流驱动模块、所述第二整流模块后为所述第二储能电容充电，再经过所述第一整流模块从相线流出。

优选地，所述第一储能电容及所述第二储能电容的充放电电流总和为零。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种线性LED驱动***，所述线性LED驱动***至少包括：

上述线性升压电路、LED负载及去纹波电路；

所述LED负载的正极连接于所述第一储能电容的上极板、负极连接所述去纹波电路的一端，所述去纹波电路的另一端连接所述第二储能电容的下极板。

优选地，所述LED负载的工作电压介于所述输入电压的最大峰值与两倍所述输入电压的最小峰值之间。

如上所述，本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法，具有以下有益效果：

1、本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法通过线性升压使输出电压高于输入电压。

2、本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法在每个周期内对充电电流进行控制，可实现高功率因数的输入，并通过合适的驱动方式实现***的高效率。

3、本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法采用两个整流模块，可简化线性恒流控制模块的设计。

4、本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法基于去纹波控制实现无纹波输出，大大提高LED驱动***的性能。

附图说明

图1显示为现有技术中的线性LED驱动***的结构示意图。

图2显示为本发明的线性LED驱动***的结构示意图。

图3显示为本发明的线性LED驱动***在第一储能电容充电时的工作原理示意图。

图4显示为本发明的线性LED驱动***在第二储能电容充电时的工作原理示意图。

图5显示为本发明的线性升压方法的原理示意图。

元件标号说明

1 线性LED驱动***

11 整流桥

12 恒流控制芯片

2 线性升压电路

21 第一整流模块

22 第二整流模块

23 线性恒流驱动模块

3 去纹波电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本发明提供一种线性LED驱动***，所述线性LED驱动***包括：

线性升压电路2、LED负载及去纹波电路3。

如图2所示，所述线性升压电路2为所述LED负载供电。

具体地，所述线性升压电路2包括第一整流模块21、第一储能电容C1、第二整流模块22、第二储能电容C2及线性恒流驱动模块23。

更具体地，所述第一整流模块21的第一输入端通过保险丝F1连接相线L、第二输入端连接零线N，用于接收输入电压AC。如图2所示，在本实施例中，所述第一整流模块21包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4。所述第一二极管D1的阳极连接所述第四二极管D4的阴极，两者的中间节点作为第一输入端；所述第二二极管D2的阴极连接所述第一二极管D1的阴极，两者的中间节点作为第一输出端；所述第三二极管D3的阴极连接所述第二二极管D2的阳极，两者的中间节点作为第二输入端；所述第四二极管D4的阳极连接所述第三二极管D3的阳极，两者的中间节点作为第二输出端。

需要说明的是，所述保险丝F1可替换为其他在大电流情况下断开的器件，以保护电路安全，在此不一一赘述。

更具体地，所述第二整流模块22的第一输入端连接所述第一储能电容C1的下极板、第二输入端连接所述零线N。所述第二整流模块22的结构与所述第一整流模块21的结构相同，在此不一一赘述。

更具体地，所述第一储能电容C1的上极板连接所述第一整流模块21的第一输出端、下极板连接所述第二整流模块22的第一输入端，用于储存电能。

更具体地，所述第二储能电容C2的上极板连接所述第二整流模块22的第一输入端、下极板连接参考地，用于储存电能。

更具体地，所述线性恒流驱动模块23并联于所述第二整流模块22的第一输出端和第二输出端之间，用于控制所述第一储能电容C1及所述第二储能电容C2的充电电流恒定，控制充电电流的恒定相当于控制了输出电流的恒定。

需要说明的是，所述线性恒流驱动模块23的具体电路结构不限，可以是任意能实现恒流控制的电路，在此不一一赘述。

如图2所示，所述LED负载的正极连接于所述第一储能电容C1的上极板、负极连接所述去纹波电路3的一端，所述去纹波电路3的另一端连接所述第二储能电容C2的下极板。

具体地，所述LED负载的工作电压满足如下关系式：Vin_max_pk<VLED<2Vin_min_pk，其中，VLED为所述LED负载的工作电压，Vin_max_pk为所述输入电压的最大峰值，Vin_min_pk为所述输入电压的最小峰值。所述去纹波电路3对所述输出电流进行去纹波处理，使所述LED负载无频闪，所述去纹波电路3的具体电路结构不限，在此不一一列举。

需要说明的是，所述线性升压电路2可通过连接不同的负载应用到其他需要升压的场合，包括但不限于本实施例所列举的LED线性驱动领域以及充电领域，在此不一一赘述。

实施例二

本实施例提供一种线性升压方法，在本实施例中，所述线性升压方法基于所述线性升压电路2实现，所述线性升压方法包括：

在所述输入电压AC的正半周期，随着输入电压AC的增大，当所述输入电压AC大于所述第一储能电容C1上的电压时，所述输入电压AC对所述第一储能电容C1恒流充电；随着所述输入电压C增大至最大值，所述输入电压AC开始慢慢减小，当所述输入电压AC小于所述第一储能电容C1的饱和电压时，所述输入电压AC停止对所述第一储能电容C1充电。

具体地，如图3所示，当所述第一储能电容C1充电时，正相电流从所述相线L流入，通过所述第一整流模块21中的第一二极管D1流过所述第一储能电容C1，为所述第一储能电容C1充电，再经所述第二整流模块22中的第一二极管D1、所述线性恒流驱动模块23、所述第二整流模块22中的第三二极管D3从所述零线N流出。

在所述输入电压AC的负半周期，随着所述输入电压AC的减小，当所述输入电压AC的绝对值大于所述第二储能电容C2上的电压时，所述输入电压AC对所述第二储能电容C2恒流充电；随着所述输入电压AC下降至最小值，所述输入电压AC开始慢慢增大，当所述输入电压AC的绝对值小于所述第二储能电容C2的饱和电压时，所述输入电压AC停止对所述第二储能电容C2充电。

具体地，如图4所示，当所述第二储能电容C2充电时，反相电流从所述零线N流入，通过所述第二整流模块22中的第二二极管D2、所述线性恒流驱动模块23、所述第二整流模块22中的第四二极管D4流过所述第二储能电容C2，为所述第二储能电容充电，再经过所述第一整流模块21中的第四二极管D4、从所述相线L流出。

所述线性升压方法输出的电压为所述第一储能电容C1及所述第二储能电容C2上电压的总和。

如图5所示，所述输入电压AC为交流电压，呈正弦波形，其电压值为Vin。在所述输入电压AC的正半周期，在t0时刻，当所述输入电压AC小于所述第一储能电容C1与第二储能电容C2上的电压之和时，输入电流Iin为0，所述第一储能电容C1及所述第二储能电容C2均处于放电状态，由于所述去纹波电路3的存在，所述第一储能电容C1与所述第二储能电容C2的放电电流-I_LED恒定。

如图5所示，随着所述输入电压AC的增大，在t1时刻，所述第一储能电容C1上的电压放电至最小值VLED/2(VLED为所述LED负载的工作电压)，所述输入电压AC上升至VLED/2，当所述输入电压AC大于所述第一储能电容C1上的电压时，所述输入电压AC对所述第一储能电容C1恒流充电，所述第一储能电容C1的充电电流I_C1及所述输入电流Iin均为恒定值。

如图5所示，随着所述输入电压AC增大至最大值，所述输入电压AC开始慢慢减小，t2时刻，当所述输入电压AC小于所述第一储能电容C1的饱和电压VC1_max时，所述输入电压AC停止对所述第一储能电容C1充电；需要说明的是，在本实施例中，为了便于示意，以VLED/2代替VC1_max，实际上，电容充电时其电压会上升，所述第一储能电容C1的饱和电压VC1_max大于VLED/2。

如图5所示，随着所述输入电压AC的减小，t3时刻，所述输入电压AC进入负半周期，所述第一储能电容C1及所述第二储能电容C2均处于放电状态，所述输入电流Iin为0，所述第一储能电容C1及所述第二储能电容C2均处于放电状态，由于所述去纹波电路3的存在，所述第一储能电容C1与所述第二储能电容C2的放电电流-I_LED恒定。

如图5所示，随着所述输入电压AC的减小，在t4时刻，所述第二储能电容C2上的电压放电至最小值VLED/2，所述输入电压AC下降至-VLED/2，当所述输入电压AC的绝对值大于所述第二储能电容C2上的电压时，所述输入电压AC对所述第二储能电容C2恒流充电，所述第二储能电容C2的充电电流I_C2及所述输入电流Iin均为恒定值。

如图5所示，随着所述输入电压AC减小至最小值，所述输入电压AC开始慢慢增大，t5时刻，当所述输入电压AC的绝对值小于所述第二储能电容C2的饱和电压VC2_max时，所述输入电压AC停止对所述第二储能电容C2充电；需要说明的是，在本实施例中，为了便于示意，以VLED/2代替VC2_max，实际上，所述第二储能电容C2的饱和电压VC2_max大于VLED/2。

如图5所示，随着所述输入电压AC的增大，t6时刻，所述输入电压AC的负半周期结束。

需要说明的是，由于所述线性恒流驱动模块23及所述去纹波电路3的控制，所述第一储能电容C1与所述第二储能电容C2上的电压线性增大或减小，且所述第一储能电容C1与所述第二储能电容C2上的电压之和大于所述输入电压AC的绝对值。

如图5所示，在整个周期中，所述第一储能电容C1及所述第二储能电容C2的充放电电流总和为零，即图中阴影部分A和B的面积相等，通过对输入电流Iin的控制可实现输入的高功率因数。

本发明使输出电压高于输入电压；且在每个周期内对充电电流进行控制，可实现高功率因数的输入，并通过合适的驱动方式实现***的高效率；同时，采用两个整流模块，可简化线性恒流控制模块的设计；此外，本发明基于去纹波控制实现无纹波输出，大大提高LED驱动***的性能。

综上所述，本发明提供一种线性LED驱动***、线性升压电路及方法，包括：接收输入电压的第一整流模块；第一储能电容；第二整流模块；第二储能电容；及控制所述第一储能电容及所述第二储能电容的充电电流的线性恒流驱动模块。在输入电压的正半周期，随着所述输入电压的增大，当所述输入电压大于所述第一储能电容上的电压时，所述输入电压对所述第一储能电容恒流充电；随着所述输入电压增大至最大值，所述输入电压开始慢慢减小，当所述输入电压小于所述第一储能电容的饱和电压时，所述输入电压停止对所述第一储能电容充电；在所述输入电压的负半周期，随着所述输入电压的减小，当所述输入电压的绝对值大于所述第二储能电容上的电压时，所述输入电压对所述第二储能电容恒流充电；随着所述输入电压下降至最小值，所述输入电压开始慢慢增大，当所述输入电压的绝对值小于所述第二储能电容的饱和电压时，所述输入电压停止对所述第二储能电容充电。本发明的线性LED驱动***、线性升压电路及方法可以实现输入高功率因数的同时输出无纹波，且输出电压高于输入电压。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种线性升压电路，其特征在于，所述线性升压电路至少包括：

所述第二储能电容的上极板连接所述第二整流模块的第一输入端、下极板与所述第一整流模块的第二输出端连接参考地，用于储存电能；

2.根据权利要求1所述的线性升压电路，其特征在于：所述第一整流模块及所述第二整流模块的结构相同，包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的阳极连接所述第四二极管的阴极，并作为第一输入端；所述第二二极管的阴极连接所述第一二极管的阴极，并作为第一输出端；所述第三二极管的阴极连接所述第二二极管的阳极，并作为第二输入端；所述第四二极管的阳极连接所述第三二极管的阳极，并作为第二输出端。

3.一种基于权利要求1～2任意一项所述的线性升压电路的线性升压方法，其特征在于，所述线性升压方法至少包括：

4.根据权利要求3所述的线性升压方法，其特征在于：所述线性升压方法进一步包括：

5.根据权利要求3所述的线性升压方法，其特征在于：所述第一储能电容及所述第二储能电容的充放电电流总和为零。

6.一种线性LED驱动***，其特征在于，所述线性LED驱动***至少包括：

如权利要求1～2任意一项所述的线性升压电路、LED负载及去纹波电路；

7.根据权利要求6所述的线性LED驱动***，其特征在于：所述LED负载的工作电压介于所述输入电压的最大峰值与两倍所述输入电压的最小峰值之间。