CN113993243A - 一种高压恒流驱动电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压恒流驱动电路,包括整流桥堆、依次与所述整流桥堆电连接的滤波电路和开关模块、与所述开关模块电连接的LED灯串和储能模块,以及与所述LED灯串和储能模块电连接的限流模块;所述整流桥堆,用于将高压交流输入整流成半波直流电压输出;所述滤波电路用于对所述半波直流电压进行滤波;所述开关模块,用于控制所述LED灯串的电流流向;所述开关模块包括第一开关,以及与所述第一开关电连接的第二开关、第三开关及第四开关。本发明能够提高LED光源的驱动效率,降低峰值纹波电流,增加半波周期内电流导通角,LED灯串接数量控制灵活,超额电压由储能模块分压,满足了实际应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域,特别是涉及一种高压恒流驱动电路及方法。
背景技术
在使用LED为光源的城市景观亮化灯具中,为了追求高性价比,LED驱动电路通常采用最简洁的驱动方式,即将LED光源串接一定的数量,再串接限流电阻,防止过流烧坏LED光源。然后接入经整流后的高压市电直接点亮LED灯具。虽然该驱动方式可以节省使用开关电源及恒流驱动器的成本,但也给LED光源的使用带来不少弊端:流经LED光源的峰值电流纹波过大,缩短光源使用寿命;若加大限流电阻阻值,输出电流变小,输出功率达不到要求,同时电流导通角变小,电流导通时间变短,容易引起光源闪烁;若减少限流电阻阻值,电流峰值纹波又过大,LED峰值纹波过大也会影响到光源的发光效率,降低光效。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的是提供一种能够提高LED光源的驱动效率,降低峰值纹波电流,增加半波周期内电流导通角的高压恒流驱动电路及方法。
一种高压恒流驱动电路,包括整流桥堆、依次与所述整流桥堆电连接的滤波电路和开关模块、与所述开关模块电连接的LED灯串和储能模块,以及与所述LED灯串和储能模块电连接的限流模块;所述整流桥堆,用于将高压交流输入整流成半波直流电压输出;所述滤波电路用于对所述半波直流电压进行滤波;所述开关模块,用于控制所述LED灯串的电流流向;所述开关模块包括第一开关,以及与所述第一开关电连接的第二开关、第三开关及第四开关。
另外,根据本发明提供的高压恒流驱动电路,还可以具有如下附加的技术特征:
进一步地,所述储能模块包括依次连接的第二电容及第三电容;其中,所述第二电容的上极板与所述第二开关及第三开关所形成的节点电连接,所述第三电容的上极板与所述第四开关及所述第二电容的下极板所形成的节点电连接。
进一步地,所述限流模块包括第一电阻及第二电阻;其中,所述第一电阻的第一端与所述LED灯串电连接,所述第二电阻的第一端与所述第三电容的下极板电连接,所述第一电阻及所述第二电阻的第二端接地。
本发明的另一实施例提出一种高压恒流驱动方法,应用于上述的高压恒流驱动电路,所述方法包括:
检测半波直流电压的电压幅值,并根据电压的上升阶段及下降阶段将所述半波电压划分为多个电压分区;
根据所述电压分区选择所述开关模块中各开关的导通状态,控制所述LED灯串中的电流流向。
进一步地,多个所述电压分区分别为:A1、A2、A3、A4;
在电压上升阶段,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时为A1分区,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件V1<U<=V2时为A2分区;
在电压下降阶段,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件V1<U<V2时为A3分区;所述半波直流电压的电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时为A4分区;其中,V1为LED灯串允许最大峰值电流的直流输入电压,V2为半波整流后的峰值电压,Vf为LED灯串的导通压降。
进一步地,根据所述电压分区选择所述开关模块中各开关的导通状态,控制所述LED灯串中的电流流向的方法包括:
在分区A1,当电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时,第二开关、第三开关断开,第一开关、第四开关闭合,第一电流路、第二电流路导通;
在分区A2,当电压幅值U满足条件V1<U<=V2时,第一开关、第三开关断开,第二开关、第四开关闭合,第三电流路、第四电流路导通;
在分区A3,当电压幅值U满足条件V1<U<V2时,第一开关、第二开关、第四开关断开,第三开关闭合,第五电流路导通;
在分区A4,当电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时,第二开关、第三开关断开,第一开关、第四开关闭合,第一电流路、第二电流路导通。
进一步地,所述第一电流路包括依次连通的第一开关、LED灯串及第一电阻,所述第二电流路包括依次连通的第一开关、第四开关、第三电容及第二电阻,当电压幅值U达到V1时,所述第一电流路中的第一电流到达峰值后截止,所述第二电流路中的第二电流截止,第三电容进行储能,第二电阻进行限流;其中峰值Imax=(V1-Vf)/R1。
进一步地,所述第三电流路包括依次联通的第二开关、第二电容、第四开关、LED灯串及第一电阻,所述第四电流路包括依次连通的第二开关、第二电容、第三电容及第二电阻,第三电容两端的电容电压始终保持大于Vf值,超过V1的电压加载在第一电容上,第一电容进行储能分压,同时所述第四电流路中部分第四电流流经第二电容、第三电容,给第三电容充电维持LED灯串两端电压的变化;其中,所述第三电容C3=(V2-V1)*C2/V1。
进一步地,所述第五电流路包括依次连通的第三电容、第二电容、第三开关、LED灯串、第一电阻及第二电阻,当第二电容、第三电容两端的电容电压相加已经达到峰值电压V2时,所述LED灯串由第二电容、第三电容储能电容供电,第一电阻、第二电阻进行限流。
进一步地,当电压U下降到U<=V1时,第一电流路、第二电流路重新导通,流经所述LED灯串的电流由峰值开始,逐渐变小,直到电压U小于Vf值时,电流截止。
根据本发明提出的高压恒流驱动电路,包括整流桥堆、依次与所述整流桥堆电连接的滤波电路和开关模块、与所述开关模块电连接的LED灯串和储能模块,以及与所述LED灯串和储能模块电连接的限流模块;所述整流桥,用于将高压交流输入整流成半波直流电压输出;所述滤波电路用于对所述半波直流电压进行滤波;所述开关模块,用于控制所述LED灯串的电流流向;所述开关模块包括第一开关,以及与所述第一开关电连接的第二开关、第三开关及第四开关。本发明能够提高LED光源的驱动效率,降低峰值纹波电流,增加半波周期内电流导通角,LED灯串接数量控制灵活,超额电压由储能模块分压,满足了实际应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高压恒流驱动电路的电路图;
图2为本发明实施例提供的高压恒流驱动方法的流程图;
图3为本发明实施例提供的高压恒流驱动电路的电压分区图;
图4为本发明实施例提供的高压恒流驱动电路中分区A1的电流流向图;
图5为本发明实施例提供的高压恒流驱动电路中分区A2的电流流向图;
图6为本发明实施例提供的高压恒流驱动电路中分区A3的电流流向图;
图7为本发明实施例提供的高压恒流驱动电路中流经LED灯串的电流波形图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
现有基本型单管脚晶体振荡器的低振荡幅度节点振荡信号的最大值被电源电压限制,从而电源噪声会较大程度恶化相位噪声;高振荡幅度节点振荡信号的最小值只能由VSS限制而间接得到限制,但是高振荡幅度节点振荡信号的最小值远低于VSS,从而导致ESD电路被频繁触发,易导致闩锁效应的发生。
如图1所示,基于上述问题,本发明实施例公开了一种高压恒流驱动电路,包括整流桥堆BD1、依次与所述整流桥堆BD1电连接的滤波电路和开关模块、与所述开关模块电连接的LED灯串和储能模块,以及与所述LED灯串和储能模块电连接的限流模块。所述整流桥堆BD1,用于将高压交流输入整流成半波直流电压输出;所述滤波电路用于对所述半波直流电压进行滤波;所述开关模块,用于控制所述LED灯串的电流流向。其中,所述整流桥堆BD1的第二端2及第一端1分别与高压交流电的L端及N端电连接,所述整流桥堆的第三端3与开关模块电连接,所述整流桥堆的第四端接4地。所述滤波电路包括第一电容C1,所述第一电容C1为滤波电容,所述滤波电容的上极板与所述整流桥堆BD1的第三端3电连接,所述滤波电容的下极板接地。
进一步地,所述开关模块包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4。其中,所述第一开关K1的第一端与所述第二开关K2的第一端所形成的节点与所述整流桥堆BD1的第三端3电连接,所述第二开关K2的第二端与所述第三开关K3的第二端电连接,所述第三开关K3的第一端与所述第四开关K4的第一端所形成的节点与所述第一开关K1的第二端电连接。
进一步地,所述LED灯串包括依次连接的第一LED灯LED1、第二LED灯LED2、第三LED灯LED3、第四LED灯LED4及第五LED灯LED5。其中,所述第一LED灯LED1的第一端与所述第一开关K1的第二端及所述第三开关K3的第一端与所述第四开关K4的第一端所形成的节点电连接。可以理解的,在其他实施例中,所述LED灯的数量还可根据实际需求进行调整。
进一步地,所述储能模块包括依次连接的第二电容C2及第三电容C3。其中,所述第二电容C2的上极板与所述第二开关K2的第二端及第三开关K3的第二端所形成的节点电连接,所述第三电容C3的上极板与所述第四开关K4的第二端及所述第二电容C2的的下极板所形成的节点电连接。
进一步地,所述限流模块包括第一电阻R1及第二电阻R2。其中,所述第一电阻R1的第一端与所述LED灯串电连接,所述第二电阻R2的第一端与所述第三电容C3的下极板电连接,所述第一电阻R1及所述第二电阻R2的第二端接地。
可以理解的,本发明在半波整流的电压上升阶段:当检测输入电压小于某一阀值时,即电流小于LED灯串的额定峰值电流时,开关模块引导电流流经LED灯串;当检测输入电压高于某一额定阀值时,即电流大于LED灯串的额定峰值电流时,开关模块引导电流流经储能模块,储能模块起到储能及分压的作用,同时让流经LED灯串的电流持续导通。在半波整流的电压下降阶段:当检测输入电压高于某一额定阀值时,开关模块切断外部输入电压,储能模块导通供电;当检测输入电压小于某一阀值时,开关模块接入外部输入电压,电流直接流经LED灯串。
本发明提出的一种高压恒流驱动电路,包括整流桥堆、依次与所述整流桥堆电连接的滤波电路和开关模块、与所述开关模块电连接的LED灯串和储能模块,以及与所述LED灯串和储能模块电连接的限流模块;所述整流桥堆,用于将高压交流输入整流成半波直流电压输出;所述滤波电路用于对所述半波直流电压进行滤波;所述开关模块,用于控制所述LED灯串的电流流向;所述开关模块包括第一开关,以及与所述第一开关电连接的第二开关、第三开关及第四开关。本发明能够提高LED光源的驱动效率,降低峰值纹波电流,增加半波周期内电流导通角,LED灯串接数量控制灵活,超额电压由储能模块分压,满足了实际应用需求。
如图2所示,是本发明提供的一种高压恒流驱动方法的流程图,所述方法包括步骤S21至步骤S22:
步骤S21,检测半波直流电压的电压幅值,并根据电压的上升阶段及下降阶段将所述半波电压划分为多个电压分区。
请参阅图3,多个所述电压分区分别为:A1、A2、A3、A4。具体的,
在电压上升阶段,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时为A1分区,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件V1<U<=V2时为A2分区;
在电压下降阶段,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件V1<U<V2时为A3分区;所述半波直流电压的电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时为A4分区;其中,V1为LED灯串允许最大峰值电流的直流输入电压,V2为半波整流后的峰值电压,Vf为LED灯串的导通压降。
步骤S22,根据所述电压分区选择所述开关模块中各开关的导通状态,控制所述LED灯串中的电流流向。
具体的,在分区A1,当电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时,第二开关K2、第三开关K3断开,第一开关K1、第四开关K4闭合,第一电流路I1、第二电流路导通I2;
在分区A2,当电压幅值U满足条件V1<U<=V2时,第一开关K1、第三开关K3断开,第二开关K2、第四开关K4闭合,第三电流路I3、第四电流路I4导通;
在分区A3,当电压幅值U满足条件V1<U<V2时,第一开关K1、第二开关K2、第四开关K4断开,第三开关K3闭合,第五电流路I5导通;
在分区A4,当电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时,第二开关K2、第三开关K3断开,第一开关K1、第四开关K4闭合,第一电流路I1、第二电流路I2导通。
进一步地,请参阅图4,所述第一电流路I1包括依次连通的第一开关K1、LED灯串及第一电阻R1,所述第二电流路I2包括依次连通的第一开关K1、第四开关K4、第三电容C3及第二电阻R2,当电压幅值U达到V1时,所述第一电流路I1中的第一电流到达峰值后截止,所述第二电流路I2中的第二电流截止,第三电容C3进行储能,第二电阻R2进行限流。可以理解而,首先第二电流路导通,第二电流流经电容C3,当C3电压超过LED灯串Vf值时,第一电流路导通,第一电流流经LED灯串,第一电阻R1起到限流作用,第一电流随着电压升高逐渐上升,当电压幅值U达到V1时,第一电流到达峰值Imax后截止,第二电流截止;电容C3起到储能使用,电阻R2起到限流作用。
进一步地,请参阅图5,所述第三电流路I3包括依次联通的第二开关K2、第二电容C2、第四开关K4、LED灯串及第一电阻R1,所述第四电流路I4包括依次连通的第二开关K2、第二电容C2、第三电容C3及第二电阻R2,第三电容C3两端的电容电压始终保持大于Vf值,超过V1的电压加载在第一电容C1上,起到储能分压的作用,第一电容C1进行储能分压,同时所述第四电流路I4中部分第四电流流经第二电容C、第三电容C3,给第三电容C3充电维持LED灯串两端电压的变化。
进一步地,请参阅图6,所述第五电流路I5包括依次连通的第三电容C3、第二电容C2、第三开关K3、LED灯串、第一电阻R1及第二电阻R2,当第二电容C2、第三电容C3两端的电容电压相加已经达到峰值电压V2时,所述LED灯串由第二电容C2、第三电容C3储能电容供电,第一电阻R1、第二电阻R2进行限流。
在分区A4,当电压U下降到U<=V1时,开关K2、K3断开,K1、K4闭合,第一电流路、第二电流路重新导通,流经所述LED灯串的电流由峰值Imax开始,逐渐变小,直到电压U小于Vf值时,电流截止。
请参阅图7,本发明在半波整流的电压上升阶段:当检测输入电压小于某一阀值时,即电流小于LED灯串的额定峰值电流时,开关模块引导电流流经LED灯串;当检测输入电压高于某一额定阀值时,即电流大于LED灯串的额定峰值电流时,开关模块引导电流流经储能模块,储能模块起到储能及分压的作用,同时让流经LED灯串的电流持续导通。在半波整流的电压下降阶段:当检测输入电压高于某一额定阀值时,开关模块切断外部输入电压,储能模块导通供电;当检测输入电压小于某一阀值时,开关模块接入外部输入电压,电流直接流经LED灯串。
具体来讲,假设LED灯串的压降为Vf,额定允许最大电流为Imax;限流电阻为R1,其中R1=R2,考虑到电路工作的效率,R1参数可以根据需求选择确定。由公式Imax=(V1-Vf)/R1,可求得V1=(R1*Imax)+Vf;整流后半波峰值电压V2=√2*U有效值;由当前输入电压有效值U决定。由RC滤波电路计算公式f=1/(2πRC),f为RC滤波电路的截止频率,经整流桥堆BD1整流后的半波频率为100Hz,为了允许更低频率通过电路,f取值要缩小到10倍左右,如f取值f1=100/10,再计算电容值C2=1/(2πRf1);电容C3的值由公式C2/C3=V1/(V2-V1),可求得C3=(V2-V1)*C2/V1。
本发明提出的一种高压恒流驱动方法,检测半波直流电压的电压幅值,并根据电压的上升阶段及下降阶段将所述半波电压划分为四个电压分区;根据所述电压分区选择所述开关模块中各开关的导通状态,控制所述LED灯串中的电流流向。本发明能够提高LED光源的驱动效率,降低峰值纹波电流,增加半波周期内电流导通角,LED灯串接数量控制灵活,超额电压由储能模块分压,满足了实际应用需求。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高压恒流驱动电路,其特征在于,包括整流桥堆、依次与所述整流桥堆电连接的滤波电路和开关模块、与所述开关模块电连接的LED灯串和储能模块,以及与所述LED灯串和储能模块电连接的限流模块;所述整流桥堆,用于将高压交流输入整流成半波直流电压输出;所述滤波电路用于对所述半波直流电压进行滤波;所述开关模块,用于控制所述LED灯串的电流流向;所述开关模块包括第一开关,以及与所述第一开关电连接的第二开关、第三开关及第四开关。
2.根据权利要求1所述的高压恒流驱动电路,其特征在于,所述储能模块包括依次连接的第二电容及第三电容;其中,所述第二电容的上极板与所述第二开关及第三开关所形成的节点电连接,所述第三电容的上极板与所述第四开关及所述第二电容的下极板所形成的节点电连接。
3.根据权利要求2所述的高压恒流驱动电路,其特征在于,所述限流模块包括第一电阻及第二电阻;其中,所述第一电阻的第一端与所述LED灯串电连接,所述第二电阻的第一端与所述第三电容的下极板电连接,所述第一电阻及所述第二电阻的第二端接地。
4.一种高压恒流驱动方法,其特征在于,应用于上述的高压恒流驱动电路,所述方法包括:
检测半波直流电压的电压幅值,并根据电压的上升阶段及下降阶段将所述半波电压划分为多个电压分区;
根据所述电压分区选择所述开关模块中各开关的导通状态,控制所述LED灯串中的电流流向。
5.根据权利要求4所述的高压恒流驱动方法,其特征在于,多个所述电压分区分别为:A1、A2、A3、A4;
在电压上升阶段,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时为A1分区,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件V1<U<=V2时为A2分区;
在电压下降阶段,所述半波直流电压的电压幅值U满足条件V1<U<V2时为A3分区;所述半波直流电压的电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时为A4分区;其中,V1为LED灯串允许最大峰值电流的直流输入电压,V2为半波整流后的峰值电压,Vf为LED灯串的导通压降。
6.根据权利要求5所述的高压恒流驱动方法,其特征在于,根据所述电压分区选择所述开关模块中各开关的导通状态,控制所述LED灯串中的电流流向的方法包括:
在分区A1,当电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时,第二开关、第三开关断开,第一开关、第四开关闭合,第一电流路、第二电流路导通;
在分区A2,当电压幅值U满足条件V1<U<=V2时,第一开关、第三开关断开,第二开关、第四开关闭合,第三电流路、第四电流路导通;
在分区A3,当电压幅值U满足条件V1<U<V2时,第一开关、第二开关、第四开关断开,第三开关闭合,第五电流路导通;
在分区A4,当电压幅值U满足条件Vf<=U<=V1时,第二开关、第三开关断开,第一开关、第四开关闭合,第一电流路、第二电流路导通。
7.根据权利要求6所述的高压恒流驱动方法,其特征在于,所述第一电流路包括依次连通的第一开关、LED灯串及第一电阻,所述第二电流路包括依次连通的第一开关、第四开关、第三电容及第二电阻,当电压幅值U达到V1时,所述第一电流路中的第一电流到达峰值后截止,所述第二电流路中的第二电流截止,第三电容进行储能,第二电阻进行限流;其中峰值Imax=(V1-Vf)/R1。
8.根据权利要求6所述的高压恒流驱动方法,其特征在于,所述第三电流路包括依次联通的第二开关、第二电容、第四开关、LED灯串及第一电阻,所述第四电流路包括依次连通的第二开关、第二电容、第三电容及第二电阻,第三电容两端的电容电压始终保持大于Vf值,超过V1的电压加载在第一电容上,第一电容进行储能分压,同时所述第四电流路中部分第四电流流经第二电容、第三电容,给第三电容充电维持LED灯串两端电压的变化;其中,所述第三电容C3=(V2-V1)*C2/V1。
9.根据权利要求6所述的高压恒流驱动方法,其特征在于,所述第五电流路包括依次连通的第三电容、第二电容、第三开关、LED灯串、第一电阻及第二电阻,当第二电容、第三电容两端的电容电压相加已经达到峰值电压V2时,所述LED灯串由第二电容、第三电容储能电容供电,第一电阻、第二电阻进行限流。
10.根据权利要求7所述的高压恒流驱动方法,其特征在于,当电压U下降到U<=V1时,第一电流路、第二电流路重新导通,流经所述LED灯串的电流由峰值开始,逐渐变小,直到电压U小于Vf值时,电流截止。
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