CN111642042A

CN111642042A - 线性led驱动电路及其驱动方法

Info

Publication number: CN111642042A
Application number: CN201910156206.6A
Authority: CN
Inventors: 刘军; 吴泉清
Original assignee: CR Powtech Shanghai Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: CN111642042B

Abstract

本发明提供一种线性LED驱动电路及其驱动方法，包括：正极连接电压输入模块，负极连接第一恒流控制模块的第一LED灯段；输出端连接第一采样电阻第二端及第二采样电阻第一端的第一恒流控制模块；第一采样电阻的第二端与第二采样电阻串联，第一端接地；正极连接第一LED灯段的负极，负极经由第二恒流控制模块连接第二采样电阻第一端的第二LED灯段；第一二极管与第二二极管串联后与第一LED灯段并联；电容的一端连接第二二极管的负极，另一端经由第三恒流控制模块连接第二采样电阻的第一端。本发明可实现高功率因数、无频闪、低成本、高效率；且可兼容可控硅调光，适用范围广；在低输入电压时仍保持工作；同时，结构简单，易于实现。

Description

线性LED驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种线性LED驱动电路及其驱动方法。

背景技术

LED是一种能发光的半导体电子元件，这种电子元件早期只能发出低光度的红光，随着技术的不断进步，现在已发展到能发出可见光、红外线及紫外线的程度，光度也有了很大的提高。LED具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点，已被广泛应用于指示灯、显示器及照明领域。

通常情况下，单段线性LED驱动中整体的效率由LED导通电压与输入电压决定，满足如下关系：

如图1所示，在线性LED驱动方案中，为了得到高功率因数(Power Factor，PF)，常采用无电解单段驱动结构1，包括：交流电压Vin_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；LED灯段的输出端连接恒流控制芯片12，通过恒流控制芯片12内的恒流控制管的开关实现恒流控制，电容C1’和电阻R1’并联于输入电压的两端，为可调器件。由于串联LED数目是固定的，因此在输入电压超过LED正向压降时多余的电压是由LED下方的恒流控制管承担的，V_IN-V_LED就是调整管上的电压，输入电压越高，***的效率就越低；而且该结构存在工频闪烁的问题。

为了滤除工频闪烁并提高效率，需要输入增加电解电容，如图2所示是一种改进的线性LED驱动电路2，包括电源输入模块21，用于提供输入电压；连接于所述电源输入模块21的LED灯串22，电阻R2’连接于所述LED灯串22的输出端，所述电阻R2’的两端连接于恒流控制芯片23；所述电源输入模块21的输出端通过电解电容C2’和二极管D’后连接至所述恒流控制芯片23，所述二极管D’的阳极连接所述电解电容C2’、阴极连接所述恒流控制芯片23，所述二极管D’的阳极还连接一控制管M，所述控制管M的控制端连接于所述恒流控制芯片23；所述恒流控制芯片23分别通过电容C3’、C4’及电阻R3’、R4’接地。所述线性LED驱动电路2通过电解电容C2’的储能来滤除频闪并相应提高一些效率，但是会因此降低功率因数，其功率因数为0.5～0.7。

现有的线性LED驱动方案中高功率因数和无频闪这两个性能是一对矛盾体，无法得到完美的解决。

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驱动电路及其驱动方法，用于解决现有技术中高功率因数和无频闪不能兼顾的问题。

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

电压输入模块、第一LED灯段、第二LED灯段、第一恒流控制模块、第二恒流控制模块、第三恒流控制模块、第一二极管、第二二极管、第一采样电阻、第二采样电阻及电容；

所述第一LED灯段的正极连接所述电压输入模块的输出端，负极连接所述第一恒流控制模块；

所述第一恒流控制模块包括第一功率开关管及第一运算放大器，所述第一功率开关管连接于所述第一LED灯段的负极与所述第一采样电阻的第一端之间，所述第一功率开关管的控制端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输入端分别连接所述第二采样电阻的第一端及第一基准电压；所述第一采样电阻的第二端接地，所述第二采样电阻的第二端连接所述第一采样电阻的第一端；

所述第二LED灯段的正极连接所述第一LED灯段的负极，负极经由所述第二恒流控制模块连接所述第二采样电阻的第一端；

所述第一二极管的负极连接所述第一LED灯段的正极，所述第一二极管的正极连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第一LED灯段的负极；

所述电容的一端连接所述第二二极管的负极，另一端经由所述第三恒流控制模块连接所述第二采样电阻的第一端。

可选地，所述第一LED灯段的导通电压不大于所述电压输入模块的输出电压平均值的一半。

更可选地，所述第一LED灯段的灯珠数量大于所述第二LED灯段的灯珠数量。

更可选地，所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的灯珠数量比值包括2：1。

更可选地，所述第二恒流控制模块包括第二功率开关管及第二运算放大器；所述第二功率开关管连接于所述第二LED灯段的负极与所述第二采样电阻的第一端之间，控制端连接所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的输入端分别连接所述第二采样电阻的第一端及第二基准电压。

更可选地，所述第三恒流控制模块包括第三功率开关管、第三运算放大器、第三二极管及第四二极管；所述第三功率开关管连接于所述电容与所述第三二极管的正极之间，控制端连接所述第三运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的输入端分别连接所述第三二极管的负极及第三基准电压；所述第三二极管的负极连接所述第二采样电阻的第一端；所述第四二极管的正极接地，负极连接所述第三二极管的正极。

更可选地，所述线性LED驱动电路还包括基准电压产生模块，所述基准电压产生模块用于为所述线性LED驱动电路提供基准电压。

更可选地，所述基准电压产生模块还连接电压检测模块，所述电压检测模块检测所述输入电压，所述基准电压产生模块基于所述电压检测模块的检测信号调整各基准电压，以实现输入功率恒定。

更可选地，所述线性LED驱动电路还包括泻放电流控制模块，所述泻放电流控制模块连接所述电压输入模块的输出端及所述第二采样电阻的第一端，用于使流过可控硅的电流大于等于所述可控硅的保持电流。

更可选地，所述泻放电流控制模块包括第五二极管、第四功率开关管、采样单元、第四运算放大器及电流检测单元；所述第五二极管的正极连接所述电压输入模块的输出端，负极连接所述第一LED灯段的正极；所述第四功率开关管连接于所述电压输入模块的输出端与所述采样单元的一端之间，控制端连接所述第四运算放大器的输出端；所述采样单元的领一端接地；所述电流检测单元连接所述采样单元及所述第二采样电阻，将流经所述采样单元及各LED灯段的电流求和；所述第四运算放大器的输入端分别连接所述电流检测单元及泻放阈值电压，基于所述电压输入模块的输出电流调整流经所述采样单元的泻放电流大小。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述线性LED驱动电路的驱动方法，所述线性LED驱动电路的驱动方法至少包括：

当输入电压大于第一LED灯段的导通电压，且小于第一LED灯段与第二LED灯段的导通电压之和时，基于第一恒流控制模块对流经所述第一LED灯段的电流进行恒流控制；

当所述输入电压大于所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的导通电压之和，且小于所述第一LED灯段的导通电压与电容两端电压之和时，基于第二恒流控制模块对流经所述第一LED灯段及所述第二LED灯段的电流进行恒流控制；

当所述输入电压大于所述第一LED灯段的导通电压与所述电容两端电压之和时，基于第三恒流控制模块对流经所述第一LED灯段的电流进行恒流控制，且所述输入电压对所述电容充电；

当所述输入电压小于所述电容两端的电压时，所述电容开始放电；当所述输入电压大于所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的导通电压之和时，基于所述第二恒流控制模块对流经所述第一LED灯段及所述第二LED灯段的电流进行恒流控制；当所述输入电压小于所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的导通电压之和，且大于所述第一LED灯段的导通电压时，基于所述第一恒流控制模块对流经所述第一LED灯段的电流进行恒流控制。

可选地，调整第一采样电阻及第二采样电阻的比值，以使得输出功率恒定。

更可选地，所述线性LED驱动电路的输出功率满足如下关系式：

Vref1*VLED1/Rs1＝Vref2*(VLED1+VLED2)/(Rs1+Rs2)＝Vref3*VLED1/(Rs1+Rs2)其中，VLED1为第一LED灯段的导通电压，VLED2为第二LED灯段的导通电压，Vref1为第一基准电压，Vref2为第二基准电压，Vref3为第三基准电压，Rs1为第一采样电阻的阻值，Rs2为第二采样电阻的阻值。

更可选地，检测所述第一LED灯段的正极电压，当所述第一LED灯段的正极电压大于设定电压时降低各恒流控制模块的基准电压。

更可选地，检测电压输入模块的输出电流，当所述电压输入模块的输出电流小于可控硅的保持电流时，增加泻放通路，使流过可控硅的电流大于等于所述可控硅的保持电流。

如上所述，本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法，具有以下有益效果：

1、本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法中输入电压的导通时间较长，且基于恒功率输出去去除频闪，可实现高功率因数与无频闪的兼顾。

2、本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法中通过特定架构减少LED灯珠的使用数量，且通过电容充电减小高压时功率开关管的电压损耗，可实现成本与效率的兼顾。

3、本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法可兼容可控硅调光，适用范围广。

4、本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法通过电容储能在低输入电压时仍保持工作。

5、本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法结构简单，易于实现。

附图说明

图1显示为现有技术中的无电解单段驱动结构示意图。

图2显示为现有技术中改进的线性LED驱动电路示意图。

图3显示为本发明的线性LED驱动电路的一种结构示意图。

图4显示为本发明的线性LED驱动电路的各节点波形构示意图。

图5显示为本发明的线性LED驱动电路在交流电压供电时的工作原理示意图。

图6显示为本发明的线性LED驱动电路在电容放电时的工作原理示意图。

图7显示为本发明的线性LED驱动电路的另一种结构示意图。

图8显示为本发明的线性LED驱动电路的又一种结构示意图。

图9显示为本发明的线性LED驱动电路的再一种结构示意图。

元件标号说明

1 无电解单段驱动结构

11 整流桥

12 恒流控制芯片

2 线性LED驱动电路

21 电源输入模块

22 LED灯串

23 恒流控制芯片

3 线性LED驱动电路

31 电压输入模块

311 可控硅

32 第一恒流控制模块

33 第二恒流控制模块

34 第三恒流控制模块

35 基准电压产生模块

351 基准电压产生单元

36 工作电压产生模块

37 电压检测模块

38 数字滤波模块

39 泻放电流控制模

391 采样单元

392 电流检测单元

393 阈值电压产生单元

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3～图9。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3所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，所述线性LED驱动电路3包括：

电压输入模块31、第一LED灯段LED1、第二LED灯段LED2、第一恒流控制模块32、第二恒流控制模块33、第三恒流控制模块34、第一二极管D1、第二二极管D2、第一采样电阻Rs1、第二采样电阻Rs2及电容C1。

如图3所示，所述电压输入模块31供电。

具体地，在本实施例中，所述电压输入模块31包括连接于交流电压Vin_ac两端的整流桥BD1，所述整流桥BD1由4个首尾相连的二极管构成，所述交流电压Vin_ac与所述整流桥BD1之间连接有保险丝F1。所述交流电压Vin_ac为正弦波，经所述整流桥BD1后，所述电压输入模块31的输出电压为对所述交流电压Vin_ac取绝对值，周期为所述交流电压Vin_ac的一半。在实际使用中，任意可将交流电转换为直流电的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。

如图3所示，所述第一LED灯段LED1及所述第二LED灯段LED2依次串联于所述电压输入模块31的输出端。

具体地，所述第一LED灯段LED1的正极连接所述电压输入模块31的输出端，负极连接所述第二LED灯段LED2的正极及所述第一恒流控制模块32，所述第二LED灯段LED2的负极连接所述第二恒流控制模块33。

需要说明的是，为了兼顾***效率与灯珠成本，在本实施例中，所述第一LED灯段LED1的导通电压等于所述电压输入模块的输出电压平均值的一半，可根据LED灯珠的不同导通电压设置所述第一LED灯段LED1中灯珠的数量；所述第一LED灯段LED1与所述第二LED灯段LED2的灯珠数量比值设置为2：1。则相对于单段式LED驱动电路，本发明中串联的总灯珠数量就只有原先的(2+1)/(2+2)＝75％。在实际使用中，所述第一LED灯段LED1的导通电压小于所述电压输入模块的输出电压平均值的一半即可；灯珠的数量及比例也可以调整，确保总的灯珠的数量比单段式LED灯珠数量少，所述第一LED灯段LED1的灯珠数量不大于单段式LED灯珠数量的一半，且所述第一LED灯段LED1中的灯珠数量大于所述第二LED灯段LED2中的灯珠数量。

如图3所示，所述第一恒流控制模块32连接所述第一LED灯段LED1、所述第一采样电阻Rs1及所述第二采样电阻Rs2，用于对所述第一LED灯段LED1进行恒流控制。

具体地，所述第一恒流控制模块32包括第一功率开关管Q1及第一运算放大器OP1。在本实施例中，所述第一功率开关管Q1为NMOS管，则所述第一功率开关管Q1的漏极连接所述第一LED灯段LED1的负极，源极连接所述第一采样电阻Rs1的第一端，栅极连接所述第一运算放大器OP1的输出端，在实际使用中所述第一功率开关管Q1可采用其他类型，包括但不限于绝缘栅双极型晶体管；所述第一运算放大器OP1的输入端分别连接所述第二采样电阻Rs2的第一端及第一基准电压Vref1，在本实施例中，所述第一运算放大器OP1的反相输入端连接所述第二采样电阻Rs2的第一端，正相输入端连接所述第一基准电压Vref1，在实际使用中，可通过增加反相器改变输入信号与输入端口极性的对应关系，不以本实施例为限；所述第一采样电阻Rs1的第二端接地，所述第二采样电阻Rs2的第二端连接所述第一采样电阻Rs1的第一端。

如图3所示，所述第二恒流控制模块33连接所述第二LED灯段LED2及所述第二采样电阻Rs2，用于对所述第一LED灯段LED1及所述第二LED灯段LED2进行恒流控制。

具体地，所述第二恒流控制模块33包括第二功率开关管Q2及第二运算放大器OP2。在本实施例中，所述第二功率开关管Q2为NMOS管，则所述第二功率开关管Q2的漏极连接所述第二LED灯段LED2的负极，源极连接所述第二采样电阻Rs2的第一端，栅极连接所述第二运算放大器OP2的输出端，在实际使用中所述第二功率开关管Q2可采用其他类型，包括但不限于绝缘栅双极型晶体管；所述第二运算放大器OP2的输入端分别连接所述第二采样电阻Rs2的第一端及第二基准电压Vref2，在本实施例中，所述第二运算放大器OP2的反相输入端连接所述第二采样电阻Rs2的第一端，正相输入端连接所述第二基准电压Vref2，在实际使用中，可通过增加反相器改变输入信号与输入端口极性的对应关系，不以本实施例为限。

如图3所示，所述第一二极管D1的负极连接所述第一LED灯段LED1的正极，所述第一二极管D1的正极连接所述第二二极管D2的负极，所述第二二极管D2的正极连接所述第一LED灯段LED1的负极；所述电容C1的一端连接所述第二二极管D2的负极，另一端连接所述第三恒流控制模块34。所述第一二极管D1用于形成放电通路，所述第二二极管D2用于形成充电通路，所述电容C1用于充放电。

如图3所示，所述第三恒流控制模块33连接所述电容C1及所述第二采样电阻Rs2，用于对所述第一LED灯段LED1进行恒流控制。

具体地，所述第三恒流控制模块33包括第三功率开关管Q3、第三运算放大器OP3、第三二极管D3及第四二极管D4。在本实施例中，所述第三功率开关管Q3为NMOS管，则所述第三功率开关管Q3的漏极连接所述电容C1，源极连接所述第三二极管D3的正极，栅极连接所述第三运算放大器OP3的输出端，在实际使用中所述第三功率开关管Q3可采用其他类型，包括但不限于绝缘栅双极型晶体管；所述第三运算放大器OP3的输入端分别连接所述第三二极管D3的负极及第三基准电压Vref3，在本实施例中，所述第三运算放大器OP3的反相输入端连接所述第三二极管D3的负极，正相输入端连接所述第三基准电压Vref3，在实际使用中，可通过增加反相器改变输入信号与输入端口极性的对应关系，不以本实施例为限；所述第三二极管D3的负极连接所述第二采样电阻Rs2的第一端；所述第四二极管D4的正极接地，负极连接所述第三二极管D3的正极。

作为本实施例的一种实现方式，所述线性LED驱动电路3还包括基准电压产生模块35，用于为所述线性LED驱动电路3提供基准电压。

具体地，在本实施例中，所述基准电压产生模块35包括第一设置电阻Rset1、基准电压产生单元351、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2及第三分压电阻R3。所述第一设置电阻Rset1连接所述基准电压产生单元351，用于设置所述基准电压产生单元351输出的基准电压；所述第三分压电阻R3、所述第二分压电阻R2及所述第一分压电阻R1依次串联于所述基准电压产生单元351的输出端，用于得到多个不同电压值的基准电压。任意能产生基准电压的电路结构均适用于本发明的基准电压产生模块35，不以本实施例为限。

作为本实施例的一种实现方式，所述线性LED驱动电路3还包括工作电压产生模块36，所述工作电压产生模块36连接所述第一LED灯段LED1的正极，通过所述第一LED灯段LED1的正极获取电能为各模块提供稳定的工作电压。

需要说明的是，所述第一恒流控制模块32、所述第二恒流控制模块33、所述第三恒流控制模块34、所述第一采样电阻Rs1、所述第二采样电阻Rs2、所述基准电压产生单元351、所述第一分压电阻R1、所述第二分压电阻R2、所述第三分压电阻R3及所述工作电压产生模块36可集成于芯片内。

本实施例的线性LED驱动电路3的工作原理如下：

步骤1)当输入电压大于第一LED灯段的导通电压，且小于第一LED灯段与第二LED灯段的导通电压之和时，基于第一恒流控制模块对流经所述第一LED灯段的电流进行恒流控制。

具体地，如图4所示，起始状态，所述交流电压Vin_ac为0；所述电容C1的两端电压为VC1，在本实施例中，设定所述电容C1的两端的最低放电电压大于所述第一LED灯段LED1的导通电压VLED1(至少保证所述第一LED灯段LED1点亮)。所述线性LED驱动电路3启动，所述输入电压VHV的电位低于所述电容C1的上极板的电位，所述电容C1开始放电，所述输入电压VHV逐渐上升。

具体地，如图4所示，随着所述交流电压Vin_ac的升高，所述输入电压VHV不断升高，当VLED1<VHV<VLED1+VLED2时(其中，VLED2为所述第二LED灯段LED2的导通电压)，所述线性LED驱动电路3稳态工作，如图5所示，电流I1流过所述第一LED灯段LED1、所述第一恒流控制模块32及所述第一采样电阻Rs1，所述第二采样电阻Rs2将所述第一采样电阻Rs1上的电压分压至所述第一运算放大器OP1，所述第一运算放大器OP1基于所述第二采样电阻Rs2上的电压及所述第一基准电压Vref1控制所述第一功率开关管Q1恒流，此时，所述第一LED灯段LED1导通，所述第二LED灯段LED2截止，输出LED功率P1＝I1*VLED1，其中I1＝Vref1/Rs1。

步骤2)当所述输入电压大于所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的导通电压之和，且小于所述第一LED灯段的导通电压与电容两端电压之和时，基于第二恒流控制模块对流经所述第一LED灯段及所述第二LED灯段的电流进行恒流控制。

具体地，如图4所示，所述交流电压Vin_ac升高，相应地，所述输入电压VHV继续升高，当VLED1+VLED2<VHV<VLED1+VC1时，此时VC1≥VLED1，如图5所示，电流I2流过所述第一LED灯段LED1、所述第二LED灯段LED2、所述第二恒流控制模块33、所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1，所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1上的采样电压反馈至所述第二运算放大器OP2，所述第二运算放大器OP2基于所述采样电压及所述第二基准电压Vref2控制所述第二功率开关管Q2恒流。此时，所述第一LED灯段LED1及所述第二LED灯段LED2均导通，输出LED总功率P2＝I2*(VLED1+VLED2)，其中，I2＝Vref2/(Rs1+Rs2)，为保证输出恒功率，因此P1＝P2，从而得到Vref1*VLED1/Rs1＝Vref2*(VLED1+VLED2)/(Rs1+Rs2)，在本实施例中，由于VLED1＝2*VLED2，可以得到Vref1/Rs1＝Vref2/(Rs1+Rs2)*1.5，设置合适的Rs1，Rs2，并使得Vref2>Vref1，在所述第二功率开关管Q2流过恒定电流时可将所述第一功率开关管Q1关断，同时总输出功率保持不变。

步骤3)当所述输入电压大于所述第一LED灯段的导通电压与所述电容两端电压之和时，基于第三恒流控制模块对流经所述第一LED灯段的电流进行恒流控制，且所述输入电压对所述电容充电。

具体地，如图4所示，所述交流电压Vin_ac继续升高，相应地，所述输入电压VHV也持续升高，当VHV>VLED1+VC1时(在本实施例中，为方便起见，转折点VLED1+VC1为一固定值)，如图5所示，所述输入电压VHV经所述第一LED灯段LED1，所述第二二极管D2，所述第三二极管D2对所述电容C1开始充电，电流I3经过所述第一LED灯段LED1、所述第二二极管D2、所述第三恒流控制模块34、所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1，所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1上的采样电压反馈至所述第三运算放大器OP3，所述第三运算放大器OP3基于所述采样电压及所述第三基准电压Vref3控制所述第三功率开关管Q3恒流。此时，所述第一LED灯段LED1导通，所述第二LED灯段LED2截止，输出LED总功率P3＝I3*VLED1，其中I3＝Vref1/(Rs1+Rs2)，为保证输出功率恒定，P1＝P2＝P3，得到Vref1*VLED1/Rs1＝Vref2*(VLED1+VLED2)/(Rs1+Rs2)＝Vref3*VLED1/(Rs1+Rs2)，使Vref3>Vref2>Vref1，在所述第三功率开关管Q3恒流期间，所述第二功率开关管Q2及所述第三功率开关管Q3被关断。在此期间所述电容C1由于充电两端电压会不断上升，并且VC1>VLED1，所述第三功率开关管Q3承担的电压损耗VQ3＝VHV-VLED1-VC1<VHV-2*VLED1，因此在减少灯珠数量的情况下相对单段式LED驱动效率仍会得到提高。

具体地，如图4所示，所述交流电压Vin_ac达到峰值后开始下降，相应地，所述输入电压VHV开始下降，在VHV>VLED1+VC1之前保持经由所述第一LED灯段LED1、所述第二二极管D2向所述电容C1充电的状态，如图5所示，所述电容C1两端的电压VC1持续升高。

步骤4)当所述输入电压小于所述电容两端的电压时，所述电容开始放电；当所述输入电压大于所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的导通电压之和时，基于所述第二恒流控制模块对流经所述第一LED灯段及所述第二LED灯段的电流进行恒流控制；当所述输入电压小于所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的导通电压之和，且大于所述第一LED灯段的导通电压时，基于所述第一恒流控制模块对流经所述第一LED灯段的电流进行恒流控制。

具体地，如图4所示，所述交流电压Vin_ac继续下降，相应地，所述输入电压VHV也继续下降，当VHV<VLED1+VC1时，所述电容C1停止充电，如图5所示，电流I2流过所述第一LED灯段LED1、所述第二LED灯段LED2、所述第二恒流控制模块33、所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1，基于所述第二功率开关管Q2实现恒流。

具体地，如图4所示，所述交流电压Vin_ac继续下降，相应地，所述输入电压VHV也继续下降，当VHV<VC1时(在本实施例中，此时所述交流电压Vin_ac<VLED1+VLED2)，所述电容C1开始放电；当VHV<VLED1+VLED2时，如图6所示，所述电容C1通过所述第一二极管D1及所述第四二极管D4对所述第一LED灯段LED1放电，电流I1流过所述第一LED灯段LED1、所述第一恒流控制模块32、所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1，基于所述第一功率开关管Q1实现恒流。

需要说明的是，放电期间流过LED的电流仍然由I1，I2控制保持恒定输出功率，直到VC1放电到VLED1停止放电。由于所述电容C1的放电作用，使得输入电压VHV谷底期间LED仍能导通，从而降低了频闪。由于输入最小导通电压为VLED1，使得输入电压VHV的导通时间比较长，从而能够得到高功率因数(本发明的线性LED驱动电路3的功率因数大于0.9)，并且相对单段式LED驱动能够在更低的电压仍能点亮LED，扩大了工作电压范围，以满足一些特殊应用场合。

需要说明的是，在本实施例中，假设VC1_max＝VLED1+VLED2，其中IC1为所述电容C1的充放电电流，所述电容C1的充电电流的阴影面积A与所述电容C1的放电电流的阴影面积B相等。

需要说明的是，在本实施例中，所述交流电压Vin_ac<VLED1+VLED2后，所述电容C1开始放电。在实际使用中，在VLED1+VLED2<Vin_ac<VC1时所述电容C1开始放电，则如图6所示，所述电容C1放电后，所述电容C1通过所述第一二极管D1及所述第四二极管D4对所述第一LED灯段LED1及所述第二LED灯段LED2放电，电流I2流过所述第一LED灯段LED1、所述第二LED灯段LED2、所述第二恒流控制模块33、所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1，基于所述第二功率开关管Q2实现恒流。在交流电压Vin_ac<VC1<VLED1+VLED2时所述电容C1开始放电，则如图6所示，所述电容C1放电后，所述电容C1通过所述第一二极管D1及所述第四二极管D4对所述第一LED灯段LED1放电，电流I1流过所述第一LED灯段LED1、所述第一恒流控制模块32、所述第二采样电阻Rs2及所述第一采样电阻Rs1，基于所述第一功率开关管Q1实现恒流。根据实际电路情况，在Vin_ac<VC1时自然实现放电，并形成放电路径I1和/或I2，不以本实施例为限。

实施例二

如图7所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，与实施例一的不同之处在于，本实施例还包括电压检测模块37。

如图7所示，所述电压检测模块37连接于所述电压输入模块31的输出端，检测所述输入电压VHV。

具体地，在本实施例中，所述电压检测模块37包括第一检测电阻Rx1、第二检测电阻Rx2、滤波电阻Rx3及滤波电容Cx。所述第一检测电阻Rx1及所述第二检测电阻Rx2串联后并联于所述电压输入模块31两端；所述滤波电阻Rx3一端连接所述第一检测电阻Rx1及所述第二检测电阻Rx2的连接节点，另一端输出检测信号LN；所述滤波电容Cx一端连接所述检测信号，另一端接地。

需要说明的是，所述电压检测模块37可替换为数字滤波模块38，如图8所示，通过数字滤波技术对所述输入电压VHV进行滤波，并得到检测信号LN。所述数字滤波模块38可集成在芯片内。

虽然本发明的效率相对单段式有提高，但是随着输入电压的上升效率仍然会下降，因此可以针对所述输入电压VHV做检测并进行线电压补偿，本实施例的线性LED驱动电路3在实施例一的基础上对基准电压进行调整，以实现输入功率恒定，具体原理如下：

所述基准电压产生模块35接收所述电压检测模块37输出的检测信号LN，并基于所述检测信号LN调整所述第一基准电压Vref1、所述第二基准电压Vref2及所述第三基准电压Vref3；当所述检测信号的电压值大于设定电压时，降低所述第一基准电压Vref1、所述第二基准电压Vref2及所述第三基准电压Vref3的值，从而减小输入电压为高压时的输出电流，降低输出功率，从而保持输入功率恒定。

需要说明的是，所述设定电压可根据实际需要进行设定，在此不一一赘述。

实施例三

如图9所示，本实施例提供一种线性LED驱动电路3，与实施例一及实施例二的不同之处在于，本实施例还包括兼容可控硅调光应用。

如图9所示，所述电压输入模块31中串联可控硅311，所述泻放电流控制模39连接所述电压输入模块311的输出端及所述第二采样电阻的第一端，用于使流过可控硅311的电流大于等于所述可控硅311的保持电流。

具体地，所述泻放电流控制模块39包括第五二极管D5、第四功率开关管Q4、采样单元391、第四运算放大器OP4及电流检测单元392。所述第五二极管D5的正极连接所述电压输入模块31的输出端，负极连接所述第一LED灯段LED1的正极。所述第四功率开关管Q4连接于所述电压输入模块31的输出端与所述采样单元391之间，控制端连接所述第四运算放大器OP4的输出端；在本实施例中，所述第四功率开关管Q4为NMOS管，则所述第四功率开关管Q4的漏极连接所述第五二极管D5的正极，源极连接所述采样单元391，栅极连接所述第四运算放大器OP4的输出端，在实际使用中所述第四功率开关管Q4可采用其他类型，包括但不限于绝缘栅双极型晶体管。所述采样单元391的一端连接所述第四功率开关管Q4的源极，另一端接地；在本实施例中，所述采样单元391采用第三采样电阻Rs3实现。所述电流检测单元392连接所述采样单元391及所述第二采样电阻Rs1的第一端，将流经所述采样单元391及各LED灯段的电流求和。所述第四运算放大器OP4的输入端分别连接所述电流检测单元392及泻放阈值电压，基于所述电压输入模块31的输出电流调整流经所述采样单元391的泻放电流大小，在本实施例中，所述第四运算放大器OP4的反相输入端连接所述电流检测单元392，正相输入端连接所述泻放阈值电压，在实际使用中，可通过增加反相器改变输入信号与输入端口极性的对应关系，不以本实施例为限。所述泻放阈值电压基于阈值电压产生单元393获得，所述阈值电压产生单元393通过接地的第二设置电阻Rset2调整所述泻放阈值电压，灵活性大大提高；在实际使用中，所述泻放阈值电压也可通过所述基准电压产生模块35产生，不以本实施例为限。

当所述电压输入模块的输出电流小于可控硅的保持电流时，所述第四功率开关管Q4导通，部分电流经由所述第四功率开关管Q4及所述采样单元391产生泻放电流，使流过可控硅的电流大于等于所述可控硅311的保持电流，维持所述可控硅311正常工作。

相对于单段式LED驱动来说，由于所述第一LED灯段LED1的导通电压比较低，因此***需要的泻放电流消耗也相对减少，可以提高整体效率。

综上所述，本发明提供一种线性LED驱动电路及其驱动方法，包括：电压输入模块、第一LED灯段、第二LED灯段、第一恒流控制模块、第二恒流控制模块、第三恒流控制模块、第一二极管、第二二极管、第一采样电阻、第二采样电阻及电容；所述第一LED灯段的正极连接所述电压输入模块的输出端，负极连接所述第一恒流控制模块；所述第一恒流控制模块包括第一功率开关管及第一运算放大器，所述第一功率开关管连接于所述第一LED灯段的负极与所述第一采样电阻的第一端之间，所述第一功率开关管的控制端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输入端分别连接所述第二采样电阻的第一端及第一基准电压；所述第一采样电阻的第二端接地，所述第二采样电阻的第二端连接所述第一采样电阻的第一端；所述第二LED灯段的正极连接所述第一LED灯段的负极，负极经由所述第二恒流控制模块连接所述第二采样电阻的第一端；所述第一二极管的负极连接所述第一LED灯段的正极，所述第一二极管的正极连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第一LED灯段的负极；所述电容的一端连接所述第二二极管的负极，另一端经由所述第三恒流控制模块连接所述第二采样电阻的第一端。本发明的线性LED驱动电路及其驱动方法可实现高功率因数、无频闪、低成本、高效率；且可兼容可控硅调光，适用范围广；在低输入电压时仍保持工作；同时，结构简单，易于实现。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LED驱动电路，其特征在于，所述线性LED驱动电路至少包括：

2.根据权利要求1所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述第一LED灯段的导通电压不大于所述电压输入模块的输出电压平均值的一半。

3.根据权利要求1或2所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述第一LED灯段的灯珠数量大于所述第二LED灯段的灯珠数量。

4.根据权利要求3所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述第一LED灯段与所述第二LED灯段的灯珠数量比值包括2：1。

5.根据权利要求1或2所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述第二恒流控制模块包括第二功率开关管及第二运算放大器；所述第二功率开关管连接于所述第二LED灯段的负极与所述第二采样电阻的第一端之间，控制端连接所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的输入端分别连接所述第二采样电阻的第一端及第二基准电压。

6.根据权利要求1或2所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述第三恒流控制模块包括第三功率开关管、第三运算放大器、第三二极管及第四二极管；所述第三功率开关管连接于所述电容与所述第三二极管的正极之间，控制端连接所述第三运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的输入端分别连接所述第三二极管的负极及第三基准电压；所述第三二极管的负极连接所述第二采样电阻的第一端；所述第四二极管的正极接地，负极连接所述第三二极管的正极。

7.根据权利要求1或2所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述线性LED驱动电路还包括基准电压产生模块，所述基准电压产生模块用于为所述线性LED驱动电路提供基准电压。

8.根据权利要求7所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述基准电压产生模块还连接电压检测模块，所述电压检测模块检测所述输入电压，所述基准电压产生模块基于所述电压检测模块的检测信号调整各基准电压，以实现输入功率恒定。

9.根据权利要求1或2所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述线性LED驱动电路还包括泻放电流控制模块，所述泻放电流控制模块连接所述电压输入模块的输出端及所述第二采样电阻的第一端，用于使流过可控硅的电流大于等于所述可控硅的保持电流。

10.根据权利要求9所述的线性LED驱动电路，其特征在于：所述泻放电流控制模块包括第五二极管、第四功率开关管、采样单元、第四运算放大器及电流检测单元；所述第五二极管的正极连接所述电压输入模块的输出端，负极连接所述第一LED灯段的正极；所述第四功率开关管连接于所述电压输入模块的输出端与所述采样单元的一端之间，控制端连接所述第四运算放大器的输出端；所述采样单元的领一端接地；所述电流检测单元连接所述采样单元及所述第二采样电阻，将流经所述采样单元及各LED灯段的电流求和；所述第四运算放大器的输入端分别连接所述电流检测单元及泻放阈值电压，基于所述电压输入模块的输出电流调整流经所述采样单元的泻放电流大小。

11.一种如权利要求1～10任意一项所述的线性LED驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述线性LED驱动电路的驱动方法至少包括：

12.根据权利要求11所述的线性LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：调整第一采样电阻及第二采样电阻的比值，以使得输出功率恒定。

13.根据权利要求12所述的线性LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述线性LED驱动电路的输出功率满足如下关系式：

Vref1*VLED1/Rs1＝Vref2*(VLED1+VLED2)/(Rs1+Rs2)＝Vref3*VLED1/(Rs1+Rs2)

其中，VLED1为第一LED灯段的导通电压，VLED2为第二LED灯段的导通电压，Vref1为第一基准电压，Vref2为第二基准电压，Vref3为第三基准电压，Rs1为第一采样电阻的阻值，Rs2为第二采样电阻的阻值。

14.根据权利要求11～13任意一项所述的线性LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：检测所述第一LED灯段的正极电压，当所述第一LED灯段的正极电压大于设定电压时降低各恒流控制模块的基准电压。

15.根据权利要求11～13任意一项所述的线性LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：检测电压输入模块的输出电流，当所述电压输入模块的输出电流小于可控硅的保持电流时，增加泻放通路，使流过可控硅的电流大于等于所述可控硅的保持电流。