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CN103260316B - 一种双回路限流驱动电路和双回路限流驱动方法 - Google Patents

一种双回路限流驱动电路和双回路限流驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双回路限流驱动电路和双回路限流驱动方法，主要应用于LED发光管的供电，电路包括一交流电源、一整流器、一储能电容、一双限流回路和一负载；交流电源与整流器的输入端相连接，整流器一输出端与双限流回路的第一端相连，整流器另一输出端与储能电容和负载的一端分别相连，储能电容的另一端与双限流回路的第二端相连，负载的另一端与双限流回路的第三端相连。该方法包括：当交流电的相位电压大于储能电容两端电压时，交流电给储能电容充电，同时，交流电给负载供电，供电电流受控于限流电路；当交流电的相位电压小于储能电容两端电压时，储能电容给负载管供电。本发明的技术效果是：功率因数较高，输出无频闪，并且电路简单。

Description

一种双回路限流驱动电路和双回路限流驱动方法
技术领域
本发明涉及供电电路和方法，具体涉及一种双回路限流驱动电路和方法，尤其适用于是LED照明驱动。
技术背景
目前，LED照明以其节能,环保和长寿命正在迅速推广,LED灯具已经广泛的进入到各个领域的照明应用。LED不能直接连接到交流电，需要配置相应的限流驱动装置，当前LED驱动使用的方案以传统的高频开关电源为主，该方案由于需要高频开关电路，电路复杂，成本高，使得众多厂商转用线性限流驱动方案。
图1中，交流电101经由整流器102在正弦波的正负半周峰值给储能电容103充电，储能电容103维持其两端的电压始终大于LED发光管105两端的电压，限流器104承担储能电容上超出LED的电压以维持LED发光管105的电流恒定。在交流电101给储能电容103充电时，充电电流峰值很高，造成图1驱动电路的功率因数很低，通常只有0.5左右。
图2在图1的基础上去掉储能电容，其工作原理是交流电201正弦波电压瞬时值大于LED发光管204时，交流电201电流经由整流器202给LED发光管204和限流器203供电，当交流电201正弦波瞬时值小于LED发光管204时，没有能量输出。由于整流器202后没有直接连接大的储能电容，使得该电路的功率因数得以提高，但是LED发光管上的电流是断续的，其断续周期为交流电频率的2倍，这将造成人眼可感知的光闪烁。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种功率因数高，无感知输出闪频的驱动电路和驱动方法。
为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：一种双回路限流驱动电路，包括一交流电源、一整流器、一储能电容、一双限流回路和一负载；其中，所述交流电源为正弦波交流电，交流电源与整流器的输入端相连接，整流器一输出端与双限流回路的第一端相连，整流器另一输出端与储能电容和负载的一端分别相连，储能电容的另一端与双限流回路的第二端相连，负载的另一端与双限流回路的第三端相连。
作为优选方案，所述负载为LED发光管。
作为优选方案，所述双限流回路包括一可调电流源、一限流电路、一控制电路。
所述可调电流源第一功率端连接到双限流回路的第一端，第二功率端连接到双限流回路的第二端，控制端连接到控制电路的输出端。
所述限流电路的第一功率端连接到双限流回路的第一端，第二功率端连接到双限流回路的第三端，输出端连接到控制电路的输入端。
所述限流电路的第一功率端连接到双限流回路的第二端，第二功率端连接到双限流回路的第三端，输出端连接到控制电路的输入端。
作为优选方案，所述控制电路包含误差放大器。
作为优选方案，所述控制电路包含积分器。
作为优选方案，所述可调电流源第一功率端和第二功率端之间并联一开关，该开关用以提供储能电容对负载放电时的电流通路，在储能电容充电时截止，放电时导通。
作为优选方案，所述开关为二极管。
作为优选方案，所述限流电路包含至少一个电阻。
作为优选方案，所述限流电流包括一场效应管、一运算放大器、一参考电压和一电阻。
作为优选方案，所述可调电流源包括一场效应管和一电阻。
本发明提出的一种双回路限流驱动方法，包括：当交流电的相位电压大于储能电容两端电压时，交流电给储能电容充电，充电电流值受控于可调电流源，在交流电给储能电容充电的同时，交流电给负载供电，供电电流受控于限流电路；当交流电的相位电压小于储能电容两端电压时，储能电容给负载供电，供电电流受控于限流电路。
作为优选方案，该方法中所述可调电流源受控于限流电路功率端的压降,在该压降升高时，可调电流源输出电流降低，在该压降降低时，可调电流源输出电流升高。
作为优选方案，该方法中所述可调电流源受控于流经限流电路的电流，在流经限流电路的电流升高时，可调电流源输出电流降低，在流经限流电路的电流降低时，可调电流源输出电流升高。
双限流回路在交流电不同相位区间，实现交流电、储能电容和负载间能量交换的不同配置，其中，通过可调电流源限制交流电给储能电容充电的电流来改善功率因数，通过限流电路限制流经负载的电流使输出电流平稳，通过检测限流电路的运行参数/特征实现储能电容充电电流的调整，优化驱动电路的效率。
本发明取得的技术效果是：功率因数较高，输出到LED发光管无频闪，并且电路简单，成本低，易于广泛应用。
附图说明
图1传统的线性限流驱动电路。
图2是现有技术中改善功率因数的线性限流驱动电路。
图3是本发明双回路限流驱动电路工作原理图。
图4是本发明双回路限流驱动电路的另一工作原理图。
图5是本发明双回路限流驱动电路的一种优选实施例。
图6是本发明双回路限流驱动电路的另一种优选实施例。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。
图3是本发明电路原理图，图中交流电源301连接整流器302的输入端，整流器302的输出一端连接双限流回路318，整流器302的另一端连接储能电容303和负载314的一端，负载314和储能电容303的另一端分别连接到双限流回路318中的两个端口，其中双限流回路318包括可调电流源315、控制电路316和限流电路317。
双限流回路318在交流电301不同的相位区间，实现交流电301、储能电容303和负载314之间能量交换的不同配置，其中，通过可调电流源315限制交流电301给储能电容303充电的电流来改善功率因数，通过限流电路317限制流经负载314的电流使输出电流平稳，通过检测限流电路317的运行参数/特征实现储能电容304充电电流的调整，优化驱动电路的效率。
图4是本发明另一电路原理图，图中交流电源401连接整流器402的输入端，整流器402的输出一端连接双限流回路418，整流器402的另一端连接储能电容403和负载414的一端，负载414和储能电容403的另一端分别连接到双限流回路418中的两个端口，其中双限流回路418包括可调电流源415、控制电路416和限流电路417。
双限流回路418在交流电401不同的相位区间，实现交流电401、储能电容403和LED发光管414之间能量交换的不同配置，其中，通过可调电流源415限制交流电401给储能电容403充电的电流来改善功率因数，通过限流电路417限制流经LED发光管414的电流使输出电流平稳，通过检测限流电路417的运行参数/特征实现储能电容403充电电流的调整，优化驱动电路的效率。
图5是本发明双回路限流驱动电路的一种实施例示意图，包括：交流电501、整流器502、储能电容503、双限流回路518和LED发光管514。其中，
交流电501与整流器502输入相连，整流器502的输出负极与双限流回路518的第一端连接地，整流器502的输出正极与储能电容503的一端相连，储能电容503的另一端与双限流回路518的第二端相连，LED发光管514的阳极与整流器502的输出正极相连，阴极与双限流回路518的第三端相连。
双限流回路518包括二极管504、可调电流源515、控制电路516和限流电路517。其中，可调电流源515包括场效应管505和电阻506；
控制电路516包括跨导放大器508，参考电压509和补偿电容507；
限流电路包括参考电压510，运算放大器511,场效应管512和电阻513。
场效应管512的漏极连接到LED发光管514的阴极，源极经由电阻513接地，门极连接到运算放大器511的输出，运算放大器511的同相输入端连接到参考电压510的正极，反相输入端连接到场效应管512的源极与电阻513的交汇处；
跨导放大器508的反相输入端连接到运算放大器511的反相输入端，同相输入端连接到参考电压509的正极，输出端对地并联补偿电容507，并连接到场效应管505的门极；
场效应管505的漏极连接到二极管504的阴极，源极经由电阻506接地；
二极管504的阳极、参考电压509的负极和参考电压510的负极接地；
该电路的工作原理如下：
当交流电501的相位电压大于储能电容503两端电压时，整流桥502导通，二极管504反向截止，交流电501给储能电容503的充电，充电电流受控于可调电流源515，充电电流路径为：交流电501→整流器502→储能电容503→场效应管505→电阻506→整流桥502→交流电501，同时，交流电501为LED发光管514供电，供电电流受限流电路517控制，电流流通路径为：交流电501→整流器502→LED发光管514→场效应管512→电阻513→整流桥502→交流电501；当交流电501的相位电压小于储能电容503两端电压时，二极管504导通，整流桥502反向截止，LED发光管514的能量由储能电容503提供，储能电容对LED发光管514的放电电流受控于限流电路517，放电电流路径为：储能电容503→LED发光管514→场效应管512→电阻513→二极管504→储能电容503。
电阻513两端的电压馈入到跨导放大器508的反相输入端，跨导放大器508和补偿电容507对该电压与参考电压509之间的误差做积分运算，积分后的电压控制流经场效应管505和电阻506的电流，因此，
当电阻513两端的电压大于参考电压509时，跨导放大器508的输出电压下降，可调电流源515使得交流电501给储能电容503的充电电流减小，进一步地，储能电容503两端电压下降，再进一步地，场效应管512两端的电压也下降；
当电阻513两端的电压小于参考电压509时，跨导放大器508的输出电压上升，可调电流源515使得交流电501给储能电容503的充电电流增加，进一步地，储能电容503两端电压上升，再进一步地，场效应管512两端的电压也上升；
上述调整过程的结果是：电阻513两端的电压的平均值等于参考电压509的设定值，LED发光管514的最大电流为限流电路517的设定值，平均电流为参考电压509的设定电压与电阻513的比值。
图6是本发明双回路限流驱动电路的另一种实施例示意图，包括：交流电601、整流器602、储能电容603、双限流回路618和LED发光管614。其中，
交流电601与整流器602输入相连，整流器602的输出负极与双限流回路618的第一端连接地，整流器602的输出正极与储能电容603的一端相连，储能电容603的另一端与双限流回路618的第二端相连，LED发光管614的阳极与整流器602的输出正极相连，阴极与双限流回路618的第三端相连。
双限流回路618包括可调电流源615、控制电路616和限流电路617。其中，可调电流源615包括场效应管605和电阻606；
控制电路616包括跨导放大器608，参考电压609和补偿电容607；
限流电路包括电阻611、612和613，三极管610。
电阻611连接到双限流回路的第二端和第三端，三极管610的发射极连接到双限流回路618的第三端，基极经由电阻612连接到双限流回路618的第二端，集电极经由电阻613接地；
跨导放大器608的反相输入端连接到三极管610和电阻613的交汇点，同相输入端连接到参考电压609的正极，输出端对地并联补偿电容607，并连接到场效应管605的门极；
场效应管605的漏极连接到双限流回路618的第二端，源极经由电阻606接地；
参考电压609的负极接地；
该电路的工作原理如下：
当交流电601的相位电压大于储能电容603两端电压时，整流桥602导通，交流电601给储能电容603的充电，充电电流受控于可调电流源615，充电电流路径为：交流电601→整流器602→储能电容603→场效应管605→电阻606→整流桥602→交流电601，同时，交流电601为LED发光管614供电，供电电流受限流电路617控制，电流流通路径为：交流电601→整流器602→LED发光管614→电阻611→场效应管605→电阻606→整流桥602→交流电601；当交流电601的相位电压小于储能电容603两端电压时，整流桥602反向截止，LED发光管614的能量由储能电容603提供，储能电容603对LED发光管614的放电电流受控于限流电路617，放电电流路径为：储能电容603→LED发光管614→电阻611→储能电容603。
流经LED发光管614的电流，由电阻611限制，并由电阻612、和三极管610感知并反应在电阻613两端，电阻613两端的电压馈入到跨导放大器608的反相输入端，跨导放大器608和补偿电容607对该电压与参考电压609之间的误差做积分运算，积分后的电压控制流经场效应管605和电阻606的电流，因此，
当电阻613两端的电压大于参考电压609时，跨导放大器608的输出电压下降，可调电流源615使得交流电601给储能电容603的充电电流减小，进一步地，储能电容603两端电压下降，再进一步地，电阻611两端的电压也下降；
当电阻613两端的电压小于参考电压609时，跨导放大器608的输出电压上升，可调电流源615使得交流电601给储能电容603的充电电流增加，进一步地，储能电容603两端电压上升，再进一步地，电阻611两端的电压也上升；
上述调整过程的结果是：电阻613两端的电压的平均值等于参考电压609的设定值，LED发光管614的最大电流为电阻611限制，平均电流与参考电压609的设定电压值相关。
上述实施例是为了说明而不是限制本发明，那些本领域的技术人员将能够在不背离所附权利要求的范围的条件下设计许多可选实施例，词语“包含”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同元件或步骤的存在，元件“一”或“一个”不排除多个元件的存在，在列举几种电路的权利要求中，这些电路中的几个可以由一个来表现，电子器件项也是同样，仅仅因为某些方法是在互不相同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。以上具体实施例仅描述了本方案的主要特征和创新点。本领域的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制。在不脱离本创新点和保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本方案要求保护的范围内。本方案要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物限定，所述开关包括各种等效开关电子器件，不限于二极管或者三极管。

Claims (15)

1.一种双回路限流驱动电路，其特征在于：包括一交流电源、一整流器、一储能电容、一双限流回路和一负载；其中，所述交流电源为正弦波交流电，交流电源与整流器的输入端相连接，整流器一输出端与双限流回路的第一端相连，整流器另一输出端与储能电容和负载的一端分别相连，储能电容的另一端与双限流回路的第二端相连，负载的另一端与双限流回路的第三端相连；所述双限流回路包括一可调电流源、一限流电路、一控制电路。
2.根据权利要求1所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述负载为LED发光管。
3.根据权利要求1所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述可调电流源第一功率端连接到双限流回路的第一端，第二功率端连接到双限流回路的第二端，控制端连接到控制电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述限流电路的第一功率端连接到双限流回路的第一端，第二功率端连接到双限流回路的第三端，输出端连接到控制电路的输入端。
5.根据权利要求1所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述限流电路的第一功率端连接到双限流回路的第二端，第二功率端连接到双限流回路的第三端，输出端连接到控制电路的输入端。
6.根据权利要求1所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述控制电路包含误差放大器。
7.根据权利要求1所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述控制电路包含积分器。
8.根据权利要求3所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述可调电流源第一功率端和第二功率端之间并联一开关，该开关用以提供储能电容对负载放电时的电流通路，在储能电容充电时截止，放电时导通。
9.根据权利要求8所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述开关为二极管。
10.根据权利要求4或5所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述限流电路包含至少一个电阻。
11.根据权利要求4或5所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述限流电流包括一场效应管、一运算放大器、一参考电压和一电阻。
12.根据权利要求3所述的双回路限流驱动电路，其特征在于：所述可调电流源包括一场效应管和一电阻。
13.一种利用权利要求1或2所述双回路限流驱动电路的双回路限流驱动方法，其特征在于：当交流电的相位电压大于储能电容两端电压时，交流电给储能电容充电，充电电流值受控于可调电流源，在交流电给储能电容充电的同时，交流电给负载供电，供电电流受控于限流电路；当交流电的相位电压小于储能电容两端电压时，储能电容给负载供电，供电电流受控于限流电路。
14.根据权利要求13所述双回路限流驱动方法，其特征在于：所述可调电流源受控于限流电路功率端的压降，在该压降升高时，可调电流源输出电流降低，在该压降降低时，可调电流源输出电流升高。
15.根据权利要求13所述双回路限流驱动方法，其特征在于：所述可调电流源受控于流经限流电路的电流，在流经限流电路的电流升高时，可调电流源输出电流降低，在流经限流电路的电流降低时，可调电流源输出电流升高。
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