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CN102076138B - 一种市电输入led恒流驱动器 - Google Patents

一种市电输入led恒流驱动器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种市电输入LED恒流驱动器，该LED恒流驱动器包括：电源转换器和电流控制器，电流控制器包括电流检测器、振荡器、误差放大器、积分器、比较器、锁存器、开关驱动器、开关、二极管、电感、带隙基准电压源；其中积分器，对误差放大器输出的差值信号进行积分，输出锯齿波电压信号。本发明以改进的Buck驱动电路为基础，设计了新的电流控制方法-I2控制方法，利用检测信号与参考信号的差值积分来调节脉冲信号的宽度，使得稳态时单个周期开关导通期间电压Vcs的平均值等于基准电压Vref，消除平均电流的稳态误差，从而精确平均电流。具有比普通电流控制电路更好的调节性能，控制的作用更明显。

Description

一种市电输入LED恒流驱动器
技术领域
本发明属于LED的市电照明领域，具体涉及一种市电输入照明LED恒流驱动器。
背景技术
LED由于寿命长、光电转换效率高、节能环保、响应时间短等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展异常迅速。在LED照明应用日趋广泛的同时，LED驱动电路也面临更大的挑战，如必须能够处理越来越大的电流。因为很小的电压波动会引起LED电流的较大变化，因此为防止LED损坏，则需要专门的驱动电路来控制LED阵列中每个LED的电流保持恒定。此外由于LED照明需要调光或更复杂的控制属性，为此必须提供多种控制策略。
传统的恒压驱动方式，如图1所示，存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点。由于LED为电流敏感型器件，正常工作时，稳压电源很小的电压变化会引起LED电流的较大变化。随着LED电流的变化，LED的亮度会明亮不一致，同时也会因为LED组里面某个LED的损坏使得整体的电流变大，容易导致整个LED组损坏和寿命缩短，因而这种驱动电路急需改良。
为了克服恒压驱动方式的弊端，现在广泛采用恒流驱动方式。如图2所示，目前的恒流驱动器普遍采用的控制策略：检测LED中的电流，并将其作为反馈信号，误差放大器A11对电流检测器F11输出的电流反馈电压Vcs与带隙基准电压源U13输出的基准电压Vref的差值进行放大，并将差值放大信号送入脉冲宽度(PWM)调制器U11，PWM调制器U11根据差值信号的幅值产生对应脉冲宽度调制信号，开关驱动器U12根据脉冲宽度调制信号来控制开关Q11的导通关断，使电感L11充放电，来保持流经LED中平均电流的恒定。但，此种策略跟踪能力差，容易导致LED中的电流在目标值附近振荡，稳定能力差。
发明内容
为了解决上述问题，提出本发明，并且本发明的目的是提供一种电路结构简单、稳定性好、成本低、稳流精度高和转换效率高的新型LED恒流驱动器。
为了能够实现上述目的，本发明采取如下技术方案：一种市电输入LED恒流驱动器包括：电源转换器，把输入的市电经过全桥整流、滤波变成直流电；电流控制器，通过控制开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经LED电路中的电流恒定。
根据本发明的一方面，电源转换器包括：整流桥，把输入的交流电压转换成直流电压；两个并联的电解电容，对直流电压进行滤波，滤除直流电压中的交流成分，保持输出电压的稳定。
电流控制器包括：电流检测器、振荡器、误差放大器、积分器、比较器、锁存器、开关驱动器、开关、二极管、电感、带隙基准电压源；其中积分器，对误差放大器输出的差值信号进行积分，输出锯齿波电压信号；
电流控制器各部分连接关系为：电流检测器的一端与开关的源极连接，另一端接地；开关的栅极接开关驱动器的输出端，开关的漏极接二极管的阳极和电感的第一端，二极管的阴极接负载LED组的阳极，电感的第二端接负载LED组的阴极，误差放大器的同相输入端接基准电压，反相输入端接电流检测器的输出反馈电压，输出端接积分器的输入，积分器的输出接比较器的反向输入端，比较器的同向输入端接电流检测器的输出反馈电压，锁存器的复位端接比较器的输出，置位端接振荡器产生的时钟信号，同相输出端接开关驱动器。
本发明的有益效果为：根据以上技术方案提出的LED恒流驱动器，以改进的Buck驱动电路为基础，设计了新的电流控制方法-I2控制方法，利用检测信号与参考信号的差值积分来调节脉冲信号的宽度，使得稳态时单个周期开关导通期间电压Vcs的平均值等于基准电压Vref，消除平均电流的稳态误差，从而精确平均电流。具有比普通电流控制电路更好的调节性能，控制的作用更明显。
附图说明
图1示出了传统的恒压驱动方式的构造；
图2示出了目前LED恒流驱动器普遍采用的控制结构的构造；
图3示出了本发明提出的LED恒流驱动器的主要结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。以下将详细描述本发明的一种示例性实施例。
一种市电输入LED恒流驱动器包括：电源转换器，把输入的市电经过全桥整流、滤波变成直流电；电流控制器，通过控制开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经LED电路中的电流恒定。
根据本发明的一方面，电源转换器包括：整流桥，把输入的交流电压转换成直流电压；两个并联的滤波电容，对直流电压进行滤波，滤除直流电压中的交流成分，保持输出电压的稳定。
LED恒流驱动器驱动负载LED组30，该负载LED组30作为大功率照明灯、LCD背光灯、指示灯及汽车内外照明。
如图3所示，LED恒流驱动器包括电源转换器20和电流控制器10。
电源转换器20包括：整流桥D22，电解电容C21、C22。整流桥D22对输入的交流电进行全波整流，变成直流电；并联的电容C21、C22对直流电进行滤波，滤除直流电中的交流成分。
电流控制器10使得在负载LED组30中流动的电流Io达到预定电流值。这里，预定值表示将被施加到负载LED组30的电流。
电流控制器10包括电流检测器F21、振荡器T21、误差放大器A21、积分器J21、比较器A22、锁存器U21、开关驱动器U22、开关Q21、二极管D21、电感L21、带隙基准电压源U23。
电流检测器F21检测在负载LED组30中流动的电流Io。电流检测器F21可用预定阻值的电阻器来实现，其中，电流检测器F21的一端与开关Q21的源极连接，电流检测器F21的另一端接地。在此实施例中，在负载LED组30流动的电流Io可根据电流Io流过电流检测器F21产生的电压和电流检测器F21的电阻来计算。当然，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，任何其它适合的电流检测器都能用作设计选择的电流检测器。
开关Q21的栅极接开关驱动器U22的输出端，开关Q21的漏极接二极管D21的阳极和电感L21的第一端。二极管D21的阴极接负载LED组30的阳极。电感L21的第二端接负载LED组30的阴极。优选地，开关Q21用N道沟金属氧化物半导体场效应管(NMOSFET)来实现。
开关Q21栅极上电压的大小决定开关Q21的导通关断状态。当开关Q21导通时，电流流过电感L21，电感电流iL增加；当开关管Q21关断时，电感电流通过二极管D21续流，电感电流iL下降。LED20与电感L21串联，所以流过LED20的电流即为iL。
误差放大器A21的同相输入端接基准电压Vref，反相输入端接电流检测器F21的输出反馈电压Vcs，输出端接积分器J21的输入。积分器J21的输出接比较器A22的反向输入端。比较器A22的同向输入端接电流检测器F21的输出反馈电压Vcs。开关Q21导通时，反馈电压Vcs近似线性上升，误差放大器A21将反馈电压Vcs与基准电压Vref求差值并放大，并将放大后的差值信号送入积分器J21。积分器J21对差值信号进行积分，产生一个锯齿波电压信号，并将该信号输出到比较器A22的反向输入端。比较器A22将锯齿波电压信号与反馈Vcs进行比较，输出占空比可调的脉冲宽度调制信号。
锁存器U21的复位端R接比较器A22的输出，置位端S接振荡器T21产生的时钟信号，同相输出端Q接开关驱动器U22。比较器A22输出为高电平时，Q端输出逻辑0，开关驱动器U22输出低电压信号，开关S的关断。比较器A22输出为低电平时，Q端输出逻辑由时钟信号决定，时钟为高电平时，Q端输出逻辑1，开关驱动器U22输出高电压信号，开关S导通；时钟为低电平时，Q端输出为保持上个状态。这样，该实施例的电流控制器10就能通过检测在负载LED组30中流动的电流Io来控制开关Q21的导通关断时间的长短来控制电流Io达到预定目标值为止。
本发明实施例的LED恒流驱动器，恒定电流输出，电流可调，从几十毫安到1安培，适用于多个串联的大功率LED的应用；电路结构简单，外围元器件少，生产成本低，转换效率可大于90％；适用于1W-3W大功率LED照明灯，大屏幕LCD的背光照明、LED信号灯、警示灯、应急灯、矿灯及各种发光颜色的照明灯，公共场所的照明灯，汽车内外照明及信号指示灯。
以上描述了本发明的一种实施例，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的原理和精神的情况可对这些实施例作改变。

Claims (2)

1.一种市电输入LED恒流驱动器，包括：
电源转换器，把输入的市电经过全桥整流、滤波变成直流电；
电流控制器，通过控制开关的导通关断时间，使电感充放电，来保持流经LED电路中的电流恒定；
其中，电源转换器由整流桥、两个并联的电解电容组成；电流控制器包括：电流检测器、振荡器、误差放大器、比较器、锁存器、开关驱动器、开关、二极管、电感、带隙基准电压源；
其特征在于：在电流控制器中还包括：积分器，对误差放大器输出的差值信号进行积分，输出锯齿波电压信号；
电流控制器各部分连接关系为：电流检测器(F21)的一端与开关(Q21)的源极连接，另一端接地；开关(Q21)的栅极接开关驱动器(U22)的输出端，开关(Q21)的漏极接二极管(D21)的阳极和电感(L21)的第一端，二极管(D21)的阴极接负载LED组的阳极，电感(L21)的第二端接负载LED组的阴极，误差放大器(A21)的同相输入端接带隙基准电压源的一端，带隙基准电压源的另一端接负载LED组的阳极，误差放大器(A21)的反相输入端接电流检测器(F21)的输出反馈电压，误差放大器(A21)的输出端接积分器(J21)的输入，积分器(J21)的输出接比较器(A22)的反向输入端，比较器(A22)的同向输入端接电流检测器(F21)的输出反馈电压，锁存器(U21)的复位端(R)接比较器(A22)的输出，锁存器(U21)的置位端(S)接振荡器(T21)产生的时钟信号，锁存器(U21)的同相输出端(Q)接开关驱动器(U22)。
2.如权利要求1所述的一种市电输入LED恒流驱动器，其特征在于：电流控制器中的开关(Q21)选用N道沟金属氧化物半导体场效应管来实现。
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