CN204810620U - 一种分段线性led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分段线性LED驱动电路，包括：提供输入电压的电压输入模块；LED灯串；根据LED灯段的两端电位调节驱动电压的驱动电压调节模块；多个控制管；通过检测输出电流来控制各控制管的导通和关断的控制模块以及采样电阻。本实用新型的分段线性LED驱动电路通过改变线性LED驱动电路的结构，同时实现了高功率因数与恒功率输出，保证输出光通量的恒定，从发光总量方面解决了工频闪烁，并且提高了效率。

Description

一种分段线性LED驱动电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种分段线性LED驱动电路。

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。

在线性LED驱动中为了得到高的功率因数(PowerFactor，PF)，通常采用分段驱动方案，如图1所示为常见的分段线性LED驱动电路1，包括电源输入模块11，用于提供输入电压Vin；连接于所述电源输入模块11的LED灯串12，在本实施例中，所述LED灯串12包括第一LED灯段D1、第二LED灯段D2、第三LED灯段D3以及第四LED灯段D4；各LED灯段的输出端连接于恒流控制芯片13的恒流控制端，所述恒流控制芯片13的采样端CS通过电阻R1接地。但是所述分段线性LED驱动电路1存在工频闪烁的问题，并且高电压输入时效率不高。

为了滤除工频闪烁并提高效率，通常只驱动1段LED，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C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C、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分别通过电容及电阻接地。所述线性LED驱动电路2通过电解电容C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。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种分段线性LED驱动电路，用于解决现有技术中线性LED驱动电路高功率因数和无频闪的两个性能无法兼顾的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种分段线性LED驱动电路，所述分段线性LED驱动电路包括：

电压输入模块、LED灯串、驱动电压调节模块、多个控制管、控制模块以及采样电阻；

所述电压输入模块用于提供输入电压；

所述LED灯串连接于所述电压输入模块的输出端，所述LED灯串包括串联的多个LED灯段；

所述驱动电压调节模块连接于所述LED灯串中一LED灯段的两端，用于检测所述LED灯段的两端电位，并根据所述LED灯段的两端电位调节驱动电压；

所述控制管的漏端分别连接于各LED灯段的输出端，通过不同的控制管的导通实现不同数量的LED灯段的点亮；

所述控制模块连接于各控制管的源端和栅端，通过检测输出电流来控制各控制管的导通和关断；

所述采样电阻的一端连接于所述控制模块、另一端接地，用于对所述输出电流进行采样。

优选地，所述驱动电压调节模块连接于与所述输入电压相连的LED灯段的两端。

优选地，与所述输入电压相连的LED灯段的输出端连接有电源电压产生模块，用于向所述控制模块提供工作电压。

更优选地，所述电源电压产生模块的输出端还连接一滤波电容。

优选地，所述驱动电压调节模块包括：

第一二极管、第二二极管、储能电容以及开关管；

所述第一二极管的阴极连接于所述电压输入模块的输出端，所述第一二极管的阳极连接于所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接于与所述输入电压相连的LED灯段的输出端；

所述储能电容的上极板连接于所述第一二极管及所述第二二极管之间、下极板连接于所述开关管的输入端，所述开关管的输出端和控制端连接所述控制模块。

如上所述，本实用新型的分段线性LED驱动电路，具有以下有益效果：

本实用新型的分段线性LED驱动电路通过改变线性LED驱动电路的结构，同时实现了高功率因数、恒功率输出以及无频闪的兼顾，保证输出光通量的恒定，从发光总量方面解决了工频闪烁，并且提高了效率，且结构简单，易于实现。

附图说明

图1显示为现有技术中的分段线性LED驱动电路示意图。

图2显示为现有技术中的线性LED驱动电路示意图。

图3显示为本实用新型的分段线性LED驱动电路示意图。

图4显示为本实用新型的分段线性LED驱动方法流程示意图。

图5～图7显示为本实用新型的分段线性LED驱动电路的工作原理示意图。

图8显示为本实用新型的分段线性LED驱动电路的各点工作波形示意图。

元件标号说明

1分段线性LED驱动电路

11电源输入模块

12LED灯串

13恒流控制芯片

2线性LED驱动电路

21电源输入模块

22LED灯串

23恒流控制芯片

3分段线性LED驱动电路

31电压输入模块

32LED灯串

33驱动电压调节模块

34控制模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图8。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实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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。

如图3～图8所示，本实用新型提供一种分段线性LED驱动电路3，所述分段线性LED驱动电路3至少包括：

电压输入模块31、LED灯串32、驱动电压调节模块33、多个控制管、控制模块34以及采样R_CS。

如图3所示，所述电压输入模块31用于提供输入电压HV。

具体地，如图3所示，所述电压输入模块31包括连接于交流电压Vin_ac的第一连接端AC1及第二连接端AC2之间的整流桥，所述整流桥由4个首尾相连的二极管构成，所述第二连接端AC2与所述整流桥之间连接有保险丝F1。如图8所示，所述交流电压Vin_ac为正弦波，经所述整流桥后，所述输入电压HV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。

如图3所示，所述LED灯串32连接于所述电压输入模块31的输出端，所述LED灯串32包括串联的多个LED灯段。

具体地，如图3所示，在本实施例中，所述LED灯串32包括4个LED灯段，在实际应用中，可根据需要设定LED灯段的数量，不以本实施例为限。第一LED灯段LED1的输入端连接所述电压输入模块31的输出端，第二LED灯段LED2的输入端连接所述第一LED灯段LED1的输出端，第三LED灯段LED3的输入端连接所述第二LED灯段LED2的输出端，第二四LED灯段LED4的输入端连接所述第三LED灯段LED3的输出端。其中，各LED灯段中包含的LED个数可根据设计要求做具体设定。

所述驱动电压调节模块33连接于一LED灯段的两端，用于检测所述LED灯段的两端电位，并根据所述LED灯段的两端电位调节驱动电压。

如图3所示，在本实施例中，为了得到最高的功率因数，所述驱动电压调节模块33连接于所述第一LED灯段LED1的两端。具体地，所述驱动电压调节模块33包括：第一二极管D1、第二二极管D2、储能电容C1以及开关管Q5。所述第一二极管D1的阴极连接于所述电压输入模块31的输出端，所述第一二极管D1的阳极连接于所述第二二极管D2的阴极，所述第二二极管D2的阳极连接于所述第一LED灯段LED1和所述第二LED灯段LED2之间；所述储能电容C1的上极板连接于所述第一二极管D1及所述第二二极管D2之间、下极板连接于所述开关管Q5的输入端，所述开关管Q5的输出端和控制端连接所述控制模块34，所述开关管Q5的输出端经所述控制模块34后接地，所述开关管Q5的控制端受所述控制模块34的输出信号的控制。在本实施例中，所述开关管Q5为NMOS管，所述开关管Q5的输入端为漏端、输出端为源端、控制端为栅端。所述驱动电压调节模块33在所述输入电压HV较低时，向所述LED灯串32提供电能；当所述输入电压HV足够高时，驱动电压调节模块33停止向所述LED灯串32提供电能，由所述输入电压HV向所述LED灯串32提供电能；当所述输入电压HV过高时，所述输入电压HV给所述驱动电压调节模块33充电。

如图3所示，各控制管的输入端分别连接于各LED灯段的输出端，用于调节输出电流。

具体地，如图3所示，在本实施例中，包括4个控制管，第一控制管Q1的输入端连接于所述第一LED灯段LED1的输出端，第二控制管Q2的输入端连接于所述第二LED灯段LED2的输出端，第三控制管Q3的输入端连接于所述第三LED灯段LED3的输出端，第四控制管Q4的输入端连接于所述第四LED灯段LED4的输出端，各控制管的输出端及控制端连接于所述控制模块34，各控制管的输出端经所述控制模块34后接地，各控制管的控制端受所述控制模块34的输出信号的控制，所述控制模块34根据采样电流的大小控制各控制管的导通和关断。在本实施例中，各控制管为NMOS管，各控制管的输入端为漏端、输出端为源端、控制端为栅端。

如图3所示，所述控制模块34连接于各控制管以及所述开关管Q5的输出端和控制端，通过检测输出电流来控制各控制管的导通和关断。

具体地，如图3所示，所述控制模块34连接于所述第一控制管Q1、所述第二控制管Q2、所述第三控制管Q3、所述第四控制管Q4以及所述开关管Q5的源端及栅端，控制所述第一控制管Q1、所述第二控制管Q2、所述第三控制管Q3、所述第四控制管Q4以及所述开关管Q5的导通和关断以调节输出电流。

如图3所示，所述采样电阻Rcs的一端连接于所述控制模块34、另一端接地GND，用于对所述输出电流进行采样。

如图3所示，所述第一LED灯段LED1的输出端还连接有电源电压产生模块35，所述电源电压产生模块35从所述第一控制管Q1的漏端获取电能，产生电源电压VCC，用于给所述控制模块34提供工作电压。

如图3所示，所述电源电压产生模块35的输出端还连接一滤波电容C2，所述第一控制管Q1、所述第二控制管Q2、所述第三控制管Q3、所述第四控制管Q4、所述开关管Q5、所述控制模块34以及所述电源电压产生模块35构成控制芯片，所述滤波电容C2位于所述控制芯片的片外，可对外供电，简化电路结构。

如图3～图8所示，上述分段线性LED驱动电路的驱动方法如下：

步骤S1：启动电路，所述输入电压HV逐渐上升，所述驱动电压调节模块中的储能电容向所述LED灯串供电，各控制管受所述控制模块的控制点亮相应的LED灯段并调节输出电流。

具体地，如图5及图8所示，在t0时刻，所述输入电压HV为0，所述储能电容C1的两端电压为VC1，所述分段线性LED驱动电路3启动，所述输入电压HV开始上升，此时，所述输入电压HV的电位低于所述储能电容C1的上极板的电位，所述第一二极管D1导通，所述储能电容C1开始放电，电流经过所述第一二极管D1，流至所述LED灯串32。在本实施例中，设定所述储能电容C1的最低放电电压大于所述第一LED灯段LED1的两端电压，因此至少保证所述第一LED灯段LED1能点亮，所述控制模块34控制各控制管Q1～Q4根据驱动电压的变化导通或关断(同一时刻仅一个控制管导通)以点亮相应的LED灯段并调节输出电流。同时所述开关管Q5导通，形成所述储能电容C1到所述LED灯串中的部分LED灯串或全部LED灯串，再到控制管Q1～Q4中的一个，再从所述开关管Q5回到所述储能电容C1的回路。

步骤S2：所述输入电压HV继续上升，当所述输入电压HV的电位高于所述储能电容C1的上极板电位时，所述储能电容C1停止供电，由所述输入电压HV向所述LED灯串32供电，各控制管受所述控制模块34的控制点亮相应的LED灯段并调节输出电流。

具体地，如图6及图8所示，所述输入电压HV不断上升，所述储能电容C1的两端电压VC1不断下降，在t1时刻，所述输入电压HV的电位高于所述储能电容C1的上极板的电位，所述第一二极管D1截止，所述储能电容C1停止放电，所述输入电压HV供电，电流从所述电压输入模块31流出，流入所述LED灯串32，随着所述输入电压HV的不断增大，逐渐导通的LED灯段的数量也在增加，所述控制模块34控制各控制管Q1～Q4根据驱动电压的变化导通或关断(同一时刻仅一个控制管导通)以点亮相应的LED灯段并调节输出电流。此时所述开关管Q5关断，电流流经所述采样电阻Rcs后到地。

步骤S3：所述输入电压HV继续上升，当所述第一LED灯段LED1的输出端电位高于所述储能电容C1的上极板电位时，所述输入电压HV流经所述第一LED灯段LED1后给所述储能电容C1充电，所述开关管Q5受所述控制模块34的控制对流经所述第一LED灯串LED1的电流进行调节。

具体地，如图7及图8所示，所述输入电压HV不断上升，在t2时刻，所述第一LED灯段LED1的输出端Q1_D电位高于所述储能电容C1的上极板电位，所述第二二极管D2导通，所述储能电容C1开始充电，电流从所述电压输入模块31流出，流入所述第一LED灯段LED1，再经过所述第二二极管D2流入所述储能电容C1，再经过所述开关管Q5到所述采样电阻Rcs后接地。此时，各控制管Q1～Q4关断，所述开关管Q5受所述控制模块34控制对流经所述第一LED灯串LED1的电流进行调节。

步骤S4：所述储能电容C1的上极板电位随着所述输入电压HV的充电不断上升，所述输入电压HV到达峰值后逐渐下降，当所述第一LED灯段LED1的输出端Q1_D电位低于所述储能电容C1的上极板电位时，所述开关管Q5关断，所述输入电压HV停止向所述储能电容C1充电，各控制管受所述控制模块34的控制点亮相应的LED灯段并调节输出电流。

具体地，如图6及图8所示，所述输入电压HV继续升高至峰值后开始慢慢下降，在t3时刻，所述第一LED灯段LED1的输出端Q1_D电位低于所述储能电容C1的上极板电位，所述第二二极管D2截止，所述输入电压HV停止向所述储能电容C1充电，电流从所述电压输入模块31输出，流入所述LED灯串32，所述控制模块34控制各控制管Q1～Q4根据驱动电压的变化导通或关断(同一时刻仅一个控制管导通)以点亮相应的LED灯段并调节输出电流。此时所述开关管Q5关断，电流流经所述采样电阻Rcs后到地。

步骤S5：所述输入电压HV继续下降，当所述输入电压HV的电位低于所述储能电容C1的上极板电位时，所述储能电容C1向所述LED灯串32供电，各控制管受所述控制模块34的控制点亮相应的LED灯段并调节输出电流。

具体地，如图5及图8所示，所述输入电压HV继续下降，在t4时刻，所述输入电压HV的电位低于所述储能电容C1的上极板电位，所述第一二极管D1导通，所述输入电压HV停止向所述LED灯串32供电，电流从所述储能电容C1的上极板流出，经过所述第一二极管D1流入所述LED灯串32。在本实施例中，设定所述储能电容C1的最低放电电压大于所述第一LED灯段LED1的两端电压，因此至少保证所述第一LED灯段LED1能点亮，所述控制模块34控制各控制管Q1～Q4根据驱动电压的变化导通或关断(同一时刻仅一个控制管导通)以点亮相应的LED灯段并调节输出电流。同时所述开关管Q5导通，形成所述储能电容C1到所述LED灯串中的部分LED灯串或全部LED灯串，再到控制管Q1～Q4中的一个，再从所述开关管Q5回到所述储能电容C1的回路。

步骤S6：所述输入电压HV继续下降，直至所述输入电压HV下降至零后逐渐上升，进入下一周期的驱动控制。

本实用新型的分段线性LED驱动电路具有以下有益效果：

高功率因数：本实用新型的分段线性LED驱动电路将所述LED灯段LED1的两端电压设置为所述输入电压HV的峰值的一半，因此输入电压的导通角为arcsin(0.5)，至少从30度～150度，扩展了导通角，就可以得到很高的功率因数，通过***的仿真及实际测试可得，本实用新型的分段线性LED驱动电路的功率因数>0.9。

无频闪：本实用新型的分段线性LED驱动电路中的LED灯串虽然是分段导通，但在任意工作时刻都有LED灯段导通(LED1)，设置只有所述第一LED灯段LED1导通时输出电流为I1(所述第一LED灯段LED1两端的电压为V1)，只有所述第一LED灯段LED1与所述第二LED灯段LED2导通时输出电流为I2(所述第一LED灯段LED1与所述第二LED灯段LED2两端的电压为V2)，以此类推，所述第一LED灯段LED1～第X段LED灯段LEDx导通时输出电流为Ix(所述第一LED灯段LED1～第X段LED灯段LEDx两端的电压为Vx)，只要满足P_LED＝I₁*V₁＝I₂*V₂＝…＝Ix*Vx，在任意时刻LED的输出功率都相等，因此输出的光通量就能保持恒定，从发光总量上消除了频闪。

高效率：本实用新型的分段线性LED驱动电路是线性驱动，***的损耗主要是控制管Q1～Q4及开关管Q5导通时漏端承担的电压的损耗，本方案由于采用分段导通的控制，在输入高电压时控制管承担的电压就会逐级被分段的LED灯段分担一部分，从而减小损耗。分段段数越多，整体效率就越高，在输入电压越高时效率相对提升越多。

综上所述，本实用新型提供一种分段线性LED驱动电路，包括：提供输入电压的电压输入模块；LED灯串；根据LED灯段的两端电位调节驱动电压的驱动电压调节模块；多个控制管；通过检测输出电流来控制各控制管的导通和关断的控制模块以及采样电阻。本实用新型的分段线性LED驱动电路通过改变线性LED驱动电路的结构，同时实现了高功率因数与恒功率输出，保证输出光通量的恒定，从发光总量方面解决了工频闪烁，并且提高了效率。所以，本实用新型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实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种分段线性LED驱动电路，其特征在于，所述分段线性LED驱动电路包括：

电压输入模块、LED灯串、驱动电压调节模块、多个控制管、控制模块以及采样电阻；

所述电压输入模块用于提供输入电压；

所述LED灯串连接于所述电压输入模块的输出端，所述LED灯串包括串联的多个LED灯段；

所述驱动电压调节模块连接于所述LED灯串中一LED灯段的两端，用于检测所述LED灯段的两端电位，并根据所述LED灯段的两端电位调节驱动电压；

所述控制管的漏端分别连接于各LED灯段的输出端，通过不同的控制管的导通实现不同数量的LED灯段的点亮；

所述控制模块连接于各控制管的源端和栅端，通过检测输出电流来控制各控制管的导通和关断；

所述采样电阻的一端连接于所述控制模块、另一端接地，用于对所述输出电流进行采样。

2.根据权利要求1所述的分段线性LED驱动电路，其特征在于：所述驱动电压调节模块连接于与所述输入电压相连的LED灯段的两端。

3.根据权利要求1所述的分段线性LED驱动电路，其特征在于：与所述输入电压相连的LED灯段的输出端连接有电源电压产生模块，用于向所述控制模块提供工作电压。

4.根据权利要求3所述的分段线性LED驱动电路，其特征在于：所述电源电压产生模块的输出端还连接一滤波电容。

5.根据权利要求1所述的分段线性LED驱动电路，其特征在于：所述驱动电压调节模块包括：

第一二极管、第二二极管、储能电容以及开关管；

所述第一二极管的阴极连接于所述电压输入模块的输出端，所述第一二极管的阳极连接于所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接于与所述输入电压相连的LED灯段的输出端；

所述储能电容的上极板连接于所述第一二极管及所述第二二极管之间、下极板连接于所述开关管的输入端，所述开关管的输出端和控制端连接所述控制模块。