CN202918536U

CN202918536U - 发光二极管驱动电路和包括其的照明设备

Info

Publication number: CN202918536U
Application number: CN 201220242384
Authority: CN
Inventors: 张书常; 武俊
Original assignee: Philips China Investment Co Ltd
Current assignee: Philips China Investment Co Ltd
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-05-28

Abstract

本实用新型公开了一种发光二极管驱动电路和包括其的照明设备。该发光二极管驱动电路含有功率因数校正电路、可支持三端双向可控硅调光的磁环自激振荡电路、LC串联谐振电路以及全桥输入整流电路。该发光二极管驱动电路可支持三端双向可控硅调光并且可用作高功率因数可调光电流源。本实用新型还公开了一种包括一个或多个发光二极管的照明设备，该发光二极管由本实用新型的LED驱动电路驱动。

Description

发光二极管驱动电路和包括其的照明设备

技术领域

本实用新型涉及发光二极管（LED）驱动技术领域，并且更具体而言涉及一种LED驱动电路和包括该LED驱动电路的照明设备。

背景技术

LED是一种半导体光源。在施加正向偏置电压时，LED利用注入的电子和空穴的复合产生光子，从而将电能转化为光子形式。LED在许多装置中被用作指示灯，并且LED由于其发光效率高、寿命长等优点而越来越多地被用于一般照明。

三端双向可控硅（TRIAC）调光器被广泛地用于消费市场和专业市场，以利用LED灯完全取代白炽灯。这要求LED驱动电路应支持TRIAC调光。

磁环自激振荡半桥电路具有磁性好且成本低的优点，已经在节能灯中广泛使用。在节能灯的启动阶段，磁环自激振荡半桥电路输出高电压从而点亮灯。在灯点亮之后，磁环自激振荡半桥电路像电流源一样工作，使节能灯工作于稳定状态。

在稳定状态下，假设白炽灯灯丝的温度保持恒定，该白炽灯灯丝实际上为纯电阻并且白炽灯的输入阻抗恒定。由于白炽灯的电阻负载，输入电流将固有地循着输入电压变化，并且因此实现理想的调光。对于其它驱动器解决方案，在与TRIAC调光器串联时通常将观察到闪烁。某些可调光驱动器可以很好地支持前沿调光器，但是不支持尾沿调光器。各种类型调光器的多样性使得极难支持LED驱动器。另外，TRIAC调光器的最小工作电流是LED灯闪烁的另一个起因。

在LED的典型电压-电流曲线中，当正向电压从2.8V变化到3.1V时，正向电流将急剧地从约200mA变化到约1000mA。为了保证LED工作于稳定状态，驱动电路必须要像电流源一样工作，从而达到稳定的光输出。

因此，需要一种改进的LED驱动电路，该驱动电路可以支持TRIAC调光，提高功率因数，以及提供小波纹直流电流用于驱动LED。

实用新型内容

尽管磁环自激振荡半桥电路已经在节能灯中使用，但是在包括LED的照明设备的驱动电路中从未使用磁环自激振荡半桥电路。有鉴于此，本实用新型将磁环自激振荡半桥电路结合到LED驱动电路中，从而降低LED驱动电路成本并提高性能。

本实用新型的目的是提供一种LED驱动电路和包括其的照明设备。该LED驱动电路可以支持TRIAC调光并且可以用作高功率因数可调光电流源。

根据本实用新型的一个方面，通过一种LED驱动电路实现一个或多个上述目的，该LED驱动电路包括：输入整流电路，其将接收的输入交流电压转换为时变直流电压；以及输出整流电路，其提供小波纹直流电流用于驱动LED。该发光二极管(LED)驱动电路还包括：可支持三端双向可控硅(TRIAC)调光的磁环自激振荡电路，其连接在所述输入整流电路的输出端和所述输出整流电路的输入端之间，控制该LED驱动电路的工作频率。

在本实用新型的优选实施例中，该磁环自激振荡电路包括三组磁环、电容对、二极管对和开关元件对，所述三组磁环、电容对、二极管对和开关元件对连接成半桥拓扑。

在本实用新型的优选实施例中，该LED驱动电路还包括LC串联谐振电路，其包括串联连接的电感和电容，并且连接在所述输入整流电路输出端之一和所述磁环自激振荡电路的输出端之间。

在本实用新型的优选实施例中，该LED驱动电路还包括直流分压电路，其提供分压输出到该输出整流电路的输入端。

在本实用新型的优选实施例中，该直流分压电路包括并联连接在所述输入整流电路输出端之间的电容对、二极管对和开关元件对。

在本实用新型的优选实施例中，该LED驱动电路还包括电磁干扰滤波器电路，其连接在所述输入整流电路的输出端和所述磁环自激振荡电路的输入端之间。

在本实用新型的优选实施例中，该输入整流电路为全桥整流电路，所述全桥整流电路提供脉动电压输出。

在本实用新型的优选实施例中，该LED驱动电路还包括功率因数校正电路，其连接在所述输入整流电路的输出端和所述磁环自激振荡电路的输入端之间。

在本实用新型的优选实施例中，该功率因数校正电路还包括用于在调光时提供反馈的一个电容或者一对串联电容。

在本实用新型的优选实施例中，该输出整流电路包括全桥整流滤波电路。

在本实用新型的优选实施例中，该全桥整流滤波电路包括：并联连接在所述输出整流电路的输入端之间的第三反向串联二极管对和第四反向串联二极管对，以及连接在所述输出整流电路的输出端之间的电容。

在本实用新型的优选实施例中，该输出整流电路包括变压器。

在本实用新型的优选实施例中，该LED驱动电路还包括输出过电压保护电路，用于在该LED驱动电路的输出电压超过阈值输出电压时切断该LED驱动电路。

根据本实用新型的另一方面，提出了一种包括一个或多个LED的照明设备，该LED由本实用新型的LED驱动电路驱动。

本实用新型的这些和其它方面将通过下述各实施例变得清楚明白并得到阐述。

附图说明

下面将参照附图借助非限制性实施例来更详细地阐述本实用新型，在附图中：

图1为根据本实用新型的一个实施例的LED驱动电路的电路图；

图2A为根据本实用新型的一个实施例的输入电压和电流波形，其中LED驱动电路不包括反馈电容；

图2B为根据本实用新型的一个实施例的输入电压和电流波形，其中LED驱动电路包括一个反馈电容；

图2C为根据本实用新型的一个实施例的输入电压和电流波形，其中LED驱动电路包括一对反馈电容；

图3为根据本实用新型的一个实施例的输出过电压保护电路的电路图；

图4为根据本实用新型的另一实施例的LED驱动电路的电路图；

图5为根据本实用新型的又一实施例的LED驱动电路的电路图；以及

图6为根据本实用新型的再一实施例的LED驱动电路的电路图。

附图中的图示是示意性的。在不同附图中，相似或相同的元件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

下面将参考图1描述根据本实用新型的一个实施例的LED驱动电路100。根据本实用新型的优选实施例，LED驱动电路100可包括输入整流电路101、磁环自激振荡电路102、输出整流电路103、电磁干扰滤波器电路104、功率因数校正电路105、启动电路106、LC串联谐振电路107和输出过电压保护电路108。如下文所指出并且如本领域技术人员所知晓，LED驱动电路不一定包括所有上述电路部分。技术人员可根据具体应用情景对该LED驱动电路进行适当增减。

继续参考图1，详细描述LED驱动电路100的各个可能电路组成部分。

根据本实用新型的一个实施例，LED驱动电路100可包括输入整流电路101。输入整流电路101用于接收输入的交流电源F1、F2（通常为市电），并将所接收的输入交流电压转换为时变直流电压。在图1中，输入整流电路101为全桥整流电路BD。该全桥整流电路BD包括并联连接在输入整流电路101的两个输入端之间的第一反向串联二极管对和第二反向串联二极管对，并且提供脉动电压输出。

优选地，LED驱动电路100还可包括可支持TRIAC调光的磁环自激振荡电路102。该磁环自激振荡半桥电路102连接在输入整流电路101的输出端和输出整流电路103的输入端之间。

磁环自激振荡电路102包括三组磁环（见图1的附图标记“Toroid”所指示），电容对C3、C4，二极管对D9、D10以及开关元件对T1、T2。上述三组磁环、电容对、二极管对和开关元件对连接成半桥拓扑。磁环自激振荡半桥电路102作为LED驱动电路100的控制电路部分，根据磁环内的电流波形控制该LED驱动电路100的工作频率。

根据本实用新型的一个实施例，LED驱动电路100还可包括输出整流电路103。在此实施例中，输出整流电路103包括全桥整流滤波电路。例如，输出整流电路103包括：并联连接在反向串联的二极管对D12、D13和反向串联的二极管对D15、D14以及连接在输出端之间的电容C10。输出整流电路103将LED驱动电路100连接到高压LED或LED串，并提供小波纹直流电流用于驱动LED或LED串。

为了消除开关电源在高频开关状态工作时，在内部产生的很高的电流、电压变化率而引起的较强电磁干扰，本实用新型的LED驱动电路100还可包括电磁干扰（EMI）滤波器电路104。该EMI滤波器电路104连接在输入整流电路101的输出端和磁环自激振荡电路102的输入端之间，用于隔绝电网和LED驱动电路100之间的电磁干扰。例如，在此实施例中，EMI滤波器电路104包括并联连接的电容CX1、CX2、CX3，并包括与电容CX1串联连接的电阻RX1、RX2以及与电容CX3串联连接的电感LX1。

根据本实用新型的一个实施例，LED驱动电路100还可包括功率因数校正电路105。如图1所示，该功率因数校正电路连接在输入整流电路101的输出端和磁环自激振荡电路102的输入端之间。例如，在此实施例中，功率因数校正电路105包括隔离二极管D2，用于将功率因数校正电路105与输入整流电路101隔开。在工作时，电容C1a和C1b通过同向串联连接的二极管D5、D6以串联的方式充电，并且利用二极管D4、D7以并联的方式放电。通过该功率因数校正电路的填谷功能，增加了整流电路的导通角，通过填平电流波形中的谷点，使输入电流从尖峰脉冲转变为接近正弦波的波形。藉此，可以提高LED驱动电路100的功率因数，减小谐波失真，并且可以避免调光期间LED的闪烁。

优选地，该功率因数校正电路105可包括电容C8。电容C8通过隔离二极管D2连接在功率因数校正电路105的输入端和输出整流电路103的输入端之间。在电容C1a和C1b以并联的方式放电时，上述电容C8作为反馈电容，可以改善输入电流的波形，使其接近正弦波的波形，如图2B所示。

优选地，该功率因数校正电路105还可包括与电容C8串联连接的另一电容C7。这种情况下，功率因数校正电路105还包括相应的隔离二极管D3。通过上述两个反馈电容C7、C8，可以进一步改善输入电流的波形，使其更接近正弦波的波形，如图2C所示。

图2A中还示出了没有反馈电容时的输入电压和电流波形。从图2A、2B、2C可以清楚地看出，通过在LED驱动电路100中添加一个或一对反馈电容，可以显著改善输入电流的波形。例如，当包括两个反馈电容C7和C8时，输入电流的波形非常接近正弦波的波形，这意味着该LED驱动电路100的输入阻抗行为非常类似于纯电阻。

根据本实用新型的一个实施例，LED驱动电路100还可包括启动电路106。例如，在图1所示的实施例中，启动电路106可由串联连接的电阻R1a、电阻R2和电容C3，以及与电容C3并联的双向触发二极管DB3构成。当该启动电路连接到市电上时，电容C3通过电阻R1a和R2被充电，当电容C3两端的电压达到双向触发二极管DB3的导通电压时，向晶体管T2的基极注入电流，使晶体管T2导通。电路起振之后，双向触发二极管DB3不再导通。

根据本实用新型的一个实施例，LED驱动电路100还可包括LC串联谐振电路107。例如，在图1所示的实施例中，LC串联谐振电路107可由串联连接的电感L2和电容C5组成。

根据本实用新型的优选实施例，LED驱动电路100还可包括输出过电压保护电路108，其用于在LED驱动电路100的输出电压超过阈值输出电压时切断该LED驱动电路。如图3所示，该输出过电压保护电路108包括电阻R10、R11、R12、R13，电容C10，双向触发二极管DB11和开关元件Q11。串联连接电阻R10和R11中的电阻R11上的电压降施加在并联连接的双向触发二极管DB11和电容C10上。当LED驱动电路100的输出电压高于阈值电压时，双向触发二极管DB11将导通并触发开关Q11，通过的电流使得熔断电阻R13熔断，从而切断LED驱动电路100。优选地，开关Q11为单向可控硅开关（PCR406）。此外，表1示出某些实施例中输出过电压保护电路108的电路元件的参数。

表1

R10、R11	1206封装	510K欧姆
			R12	1206封装	330K欧姆
R13	熔断电阻（~1/2W）	10欧姆
			C10	1206封装	47纳法
DB11	--	DB3
			Q11	TO92封装	PCR406

在该实施例中，输出电流的脉动幅度小。由此可见，利用上述磁环自激振荡电路102、输出整流电路103、LC串联谐振电路107等构成的LED驱动电路100可以像电流源一样工作，从而使LED达到稳定的光输出。

当在不同相位角调节该调光器时，LED驱动电路100的总线电压将相应地变化。同时，能量将通过电容C7和C8从输出LC串联谐振电路反馈，因此在LED内传导的电流将减小，并且利用前沿调光器和尾沿调光器而进行理想的调光。

参考图4，其示出了根据本实用新型的另一实施例的LED驱动电路200。该LED驱动电路200为一种高功率因数的不可调光LED驱动电路，其含有仅仅一个反馈电容C8。与上述可调光的LED驱动电路100不同在于，LED驱动电路200不包括上述的填谷电路部分并且包括仅仅一个反馈电容C8。

参考图5，其示出了根据本实用新型的又一实施例的LED驱动电路300。与图4所示的LED驱动电路200相似，该LED驱动电路300为一种低功率因数的不可调光LED驱动电路，其不包括上述的填谷电路部分并且不包括任何反馈电容。

参考图6，其示出了根据本实用新型的再一实施例的LED驱动电路400。与图5所示的LED驱动电路300相似，不同之处在于，该LED驱动电路400使用变压器，从而根据该变压器的匝数比将初级电压转变为不同的次级电压。

此外，本实用新型的上述LED驱动电路100、200、300、400可以应用于照明设备。该照明设备可包括一个或多个LED，所述LED利用LED驱动电路100、200、300、400任何其一来驱动。

需要指出的是，上述各实施例对本实用新型予以说明，而非限制本实用新型，并且所属技术领域的普通技术人员能够设计出许多可替换实施例而不背离由权利要求限定的本实用新型的保护范围。

Claims

1. 一种发光二极管驱动电路，包括：输入整流电路，其将接收的输入交流电压转换为时变直流电压；以及输出整流电路，其提供小波纹直流电流用于驱动发光二极管，

其特征在于，该发光二极管驱动电路还包括：可支持三端双向可控硅调光的磁环自激振荡电路，其连接在所述输入整流电路的输出端和所述输出整流电路的输入端之间，控制该发光二极管驱动电路的工作频率。

2. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，该磁环自激振荡电路包括三组磁环、电容对、二极管对和开关元件对，所述三组磁环、电容对、二极管对和开关元件对连接成半桥拓扑。

3. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，还包括LC串联谐振电路，其包括串联连接的电感和电容，并且连接在所述输入整流电路输出端之一和所述磁环自激振荡电路的输出端之间。

4. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，还包括直流分压电路，其提供分压输出到该输出整流电路的输入端。

5. 根据权利要求4的发光二极管驱动电路，其特征在于，该直流分压电路包括并联连接在所述输入整流电路输出端之间的电容对、二极管对和开关元件对。

6. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，还包括电磁干扰滤波器电路，其连接在所述输入整流电路的输出端和所述磁环自激振荡电路的输入端之间。

7. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，该输入整流电路为全桥整流电路，所述全桥整流电路提供脉动电压输出。

8. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，还包括功率因数校正电路，其连接在所述输入整流电路的输出端和所述磁环自激振荡电路的输入端之间。

9. 根据权利要求8的发光二极管驱动电路，其特征在于，该功率因数校正电路还包括用于在调光时提供反馈的一个电容或者一对串联电容。

10. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，该输出整流电路包括全桥整流滤波电路。

11. 根据权利要求10的发光二极管驱动电路，其特征在于，该全桥整流滤波电路包括：并联连接在所述输出整流电路的输入端之间的第一反向串联二极管对和第二反向串联二极管对，以及连接在所述输出整流电路的输出端之间的电容。

12. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，该输出整流电路包括变压器。

13. 根据权利要求1的发光二极管驱动电路，其特征在于，还包括输出过电压保护电路，用于在该发光二极管驱动电路的输出电压超过阈值输出电压时切断该发光二极管驱动电路。

14. 一种照明设备，包括一个或多个发光二极管，其特征在于，所述发光二极管由根据权利要求1-12中任意一项的发光二极管驱动电路驱动。