一種LED驅動裝置及其線電壓補償電路的製作方法

2023-06-01 18:17:06

本實用新型涉及LED照明技術領域，特別涉及一種LED驅動裝置及其線電壓補償電路。

背景技術：

現有的線性恆流驅動結構如圖1所示，當輸入市電電壓波動時，由於內部的參考電壓恆定(如圖2所示)，所以輸入電流恆定，但是由於輸入電壓波動，所以輸入功率會同步發生變化，從而造成整燈存在壓閃。其功率隨著線電壓變化曲線如圖3所示，會出現當線電壓增大時，其功率也會增加的現象。

因而現有技術還有待改進和提高。

技術實現要素：

鑑於上述現有技術的不足之處，本實用新型的目的在於提供一種LED驅動裝置及其線電壓補償電路，可得到帶有修正的輸入電壓來控制恆流驅動部分，實現功率的恆定。

為了達到上述目的，本實用新型採取了以下技術方案：

一種LED驅動裝置的線電壓補償電路，其包括相位時間轉換模塊、時間電壓轉換模塊和電壓運算模塊；由相位時間轉換模塊對經LED燈串降壓後的輸入電壓進行採樣，並根據採樣電壓輸出相應的時間脈衝信號；時間電壓轉換模塊將所述時間脈衝信號轉換為對應的直流電壓至電壓運算模塊，由電壓運算模塊根據所述直流電壓對參考電壓進行調整並輸出修正電壓以控制恆流驅動。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述相位時間轉換模塊包括第一分壓單元、比較單元和邏輯運算單元；由第一分壓單元對經LED燈串降壓後的輸入電壓進行採樣，比較單元根據採樣電壓輸出相應的電平信號至邏輯運算單元，邏輯運算單元根據所述電平信號輸出第一時間脈衝信號和第二時間脈衝信號。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述時間電壓轉換模塊包括電流源、第一開關單元、第二開關單元和充放電單元；所述第一開關單元根據第一時間脈衝信號閉合或斷開，所述第二開關單元根據第二時間脈衝信號閉合或斷開；

當第一開關單元斷開且第二開關單元閉合時，電流源輸出第一電流對充放電單元充電；當第一開關單元閉合且第二開關單元斷開時，充放電單元進行放電，輸出直流電壓至電壓運算模塊。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述電壓運算模塊包括恆流源單元、電流減法器和第二分壓單元；所述恆流源單元根據所述直流電壓輸出相應的第二電流，所述第二電流經過電流減法器後輸出第三電流，第二分壓單元根據所述第三電流對參考電壓進行調整並輸出修正電壓。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述第一分壓單元包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻；所述比較單元包括第一比較器、第二比較器和第三比較器；所述邏輯運算單元包括第一非門、第二非門、第一與門和第二與門；

所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻依次串聯在LED燈串和地之間，所述第一電阻和第二電阻的中點連接第一比較器的同相輸入端，所述第二電阻和第三電阻的中點連接第二比較器的同相輸入端，所述第三電阻和第四電阻的中點連接第三比較器的同相輸入端，所述第一比較器、第二比較器和第三比較器的反相輸入端均連接參考電壓端；所述第一比較器的輸出端連接第一與門的一個輸入端，所述第二比較器的輸出端連接第二與門的一個輸入端、還通過第一非門連接第一與門的另一個輸入端，所述第三比較器的輸出端通過第二非門連接第二與門的另一個輸入端；所述第一與門的輸出端連接時間轉換模塊的第一輸入端，所述第二與門的輸出端連接時間電壓轉換模塊的第二輸入端。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述第一開關單元包括第一模擬開關，所述第二開關單元包括第二模擬開關，所述充放電單元包括第一電容；所述第一模擬開關的控制端連接所述邏輯運算單元的第一輸出端，所述第一模擬開關的一個連接端連接第一電容的一端、第二模擬開關的一個連接端和電壓運算模塊的輸入端，所述第一模擬開關的另一個連接端和第一電容的另一端均接地；所述第二模擬開關的另一個連接端通過電流源連接VCC供電端，所述第二模擬開關的控制端連接邏輯運算單元的第二輸出端。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述恆流源單元包括運算放大器、第一MOS管和第五電阻；所述電流減法器包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管；所述第二分壓單元包括第六電阻、第七電阻和第八電阻；所述運算放大器的同相輸入端連接時間電壓轉換模塊的輸出端，所述運算放大器的反相輸入端連接第一MOS管的源極和第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端接地；所述運算放大器的輸出端連接第一MOS管的柵極；所述第一MOS管的漏極連接第二MOS管的漏極、第二MOS管的柵極和第三MOS管的柵極；所述第二MOS管的源極和所述第三MOS管的源極均連接VCC供電端；所述第三MOS管的漏極連接第四MOS關的漏極、第六電阻的一端和第七電阻的一端；所述第四MOS管的柵極連接第五MOS管的柵極、第五MOS管的漏極和外部電流源，所述第四MOS管的源極和第五MOS管的源極接地；所述第六電阻的另一端連接參考電壓端；所述第七電阻的另一端通過第八電阻接地，所述第七電阻和第八電阻的中點輸出所述修正電壓。

所述的LED驅動裝置的線電壓補償電路中，所述第一MOS管、第四MOS管和第五MOS管為N溝道MOS管；所述第二MOS管和第三MOS管為P溝道MOS管。

一種LED驅動裝置，包括LED燈串、用於對輸入交流電進行整流的整流模塊以及用於保持輸入電流恆定的恆流驅動模塊，其還包括如上所述的線電壓補償電路，用於根據輸入電壓的變化輸出修正電壓至恆流驅動模塊，以保持功率的恆定；所述整流模塊的輸入端連接交流電，所述整流模塊的輸出端通過LED燈串連接線電壓補償電路；所述線電壓補償電路連接恆流驅動模塊。

相較於現有技術，本實用新型提供的LED驅動裝置及其線電壓補償電路中，所述LED驅動裝置的線電壓補償電路包括相位時間轉換模塊、時間電壓轉換模塊和電壓運算模塊；由相位時間轉換模塊對經LED燈串降壓後的輸入電壓進行採樣，並根據採樣電壓輸出相應的時間脈衝信號；時間電壓轉換模塊將所述時間脈衝信號轉換為對應的直流電壓至電壓運算模塊，由電壓運算模塊根據所述直流電壓對參考電壓進行調整並輸出修正電壓以控制恆流驅動，通過使用帶有修正的輸入電壓來控制恆流驅動部分，實現功率的恆定。

附圖說明

圖1為現有技術中LED照明驅動電路的結構框圖。

圖2為現有技術中LED照明驅動電路的輸入市電電壓與參考電壓曲線圖。

圖3為現有技術中LED照明驅動電路的功率-電壓曲線圖。

圖4為本實用新型提供的LED驅動裝置的原理圖。

圖5為本實用新型提供的LED驅動裝置的輸入市電電壓與採樣電壓曲線圖。

圖6本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路中相位時間轉換模塊的電路圖。

圖7本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路中相位時間轉換模塊輸出的時間脈衝信號示意圖。

圖8本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路中時間電壓轉換模塊的電路圖。

圖9本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路中電壓運算模塊第一實施例的電路圖。

圖10本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路輸出的修正電壓示意圖。

圖11本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路功率-電壓曲線圖。

圖12本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路中電壓運算模塊第二實施例的電路圖。

圖13本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償電路中電壓運算模塊第三實施例的電路圖。

圖14本實用新型提供的LED驅動裝置的線電壓補償方法的流程圖。

具體實施方式

鑑於現有技術中當線電壓出現波動時，LED驅動電路的輸入功率會隨之產生波動等缺點，本實用新型的目的在於提供一種LED驅動裝置及其線電壓補償電路，可得到帶有修正的輸入電壓來控制恆流驅動部分，實現功率的恆定。

為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

請參閱圖4，本實用新型提供的LED驅動裝置包括LED燈串11、用於對輸入交流電進行整流的整流模塊12、用於保持輸入電流恆定的恆流驅動模塊13以及用於根據輸入電壓的變化輸出修正電壓至恆流驅動模塊13，以保持功率恆定的線電壓補償電路14，所述整流模塊12的輸入端連接交流電，所述整流模塊12的輸出端通過LED燈串11連接線電壓補償電路14；所述線電壓補償電路14連接恆流驅動模塊13。通過增設線電壓補償電路14實現電壓補償，在輸入市電電壓出現波動時，可輸出一修正電壓至恆流驅動模塊13進行驅動，以實現功率的恆定，避免出現壓閃的現象。本實施例中，所述整流模塊12為整流橋。

具體地，所述LED驅動裝置的線電壓補償電路14包括相位時間轉換模塊10、時間電壓轉換模塊20和電壓運算模塊30，所述相位時間轉換模塊10連接LED燈串11的負極、還依次連接時間電壓轉換模塊20和電壓運算模塊30，由相位時間轉換模塊10對經LED燈串11降壓後的輸入電壓進行採樣，即對圖中DOUT處進行電壓採樣，並根據採樣電壓輸出相應的時間脈衝信號，該時間脈衝信號與市電電壓經整流後輸出的線電壓VAC相關，具體請一併結合圖5，相位時間轉換模塊10從DOUT處進行採樣，即DOUT處的電壓是線電壓VAC經過一定數目LED燈串11壓降後的電壓，所以DOUT處電壓已經包含了線電壓VAC的特點，不同的線電壓VAC與對應的DOUT電壓關係如圖5所示，當市電電壓發生變化時，DOUT也發生相應變化，相位時間轉換模塊10將根據採集的DOUT電壓輸出一個與線電壓VAC大小相關的時間脈衝信號。

之後時間電壓轉換模塊20接收相位時間轉換模塊10輸出的時間脈衝信號，將所述時間脈衝信號轉換為對應的直流電壓至電壓運算模塊30，所述直流電壓同樣與線電壓VAC相關，之後由電壓運算模塊30根據所述直流電壓對參考電壓進行調整並輸出修正電壓以控制恆流驅動，根據市電電壓的波動實時調整輸出至恆流驅動電路的修正電壓，實現輸入功率的恆定，避免LED因功率波動受損。

進一步地，請一併參閱圖6，所述相位時間轉換模塊10包括第一分壓單元101、比較單元102和邏輯運算單元103，所述第一分壓單元101連接LED燈串11的負極、還依次連接所述比較單元102和邏輯運算單元103，所述邏輯運算單元103的輸出端連接時間電壓轉換模塊20，由第一分壓單元101對經LED燈串11降壓後的輸入電壓進行採樣，比較單元102根據採樣電壓輸出相應的電平信號至邏輯運算單元103，邏輯運算單元103根據所述電平信號輸出第一時間脈衝信號和第二時間脈衝信號。具體來說，本實用新型通過第一分壓單元101對DOUT電壓進行採集，之後比較單元102根據採集的DOUT電壓生成不同寬度的脈衝電壓，經邏輯運算單元103對所述脈衝電壓進行邏輯運算處理後，根據脈衝寬度的不同最終輸出兩個與線電壓VAC大小相關的時間脈衝信號，即第一時間脈衝信號和第二時間脈衝信號。

優選地，所述第一分壓單元101包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4；所述比較單元102包括第一比較器A1、第二比較器A2和第三比較器A3；所述邏輯運算單元103包括第一非門NOT1、第二非門NOT2、第一與門AND1和第二與門AND2。

所述第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4依次串聯在LED燈串11和地之間，所述第一電阻R1和第二電阻R2的中點連接第一比較器A1的同相輸入端，所述第二電阻R2和第三電阻R3的中點連接第二比較器A2的同相輸入端，所述第三電阻R3和第四電阻R4的中點連接第三比較器A3的同相輸入端，所述第一比較器A1、第二比較器A2和第三比較器A3的反相輸入端均連接參考電壓端；所述第一比較器A1的輸出端連接第一與門AND1的一個輸入端，所述第二比較器A2的輸出端連接第二與門AND2的一個輸入端、還通過第一非門NOT1連接第一與門AND1的另一個輸入端，所述第三比較器A3的輸出端通過第二非門NOT2連接第二與門AND2的另一個輸入端；所述第一與門AND1的輸出端連接時間轉換模塊的第一輸入端，所述第二與門AND2的輸出端連接時間電壓轉換模塊20的第二輸入端。

其中，所述第一比較器A1、第二比較器A2和第三比較器A3的檢測閾值分別為Vth1、Vth2和Vth3，當LED燈串11下方電壓DOUT超過Vth1、Vth2、Vth3（其中Vth1<Vth2<Vth3）時，第一比較器A1、第二比較器A2和第三比較器A3分別輸出高電平，具體請一併參閱圖7，即第一比較器A1、第二比較器A2和第三比較器A3的輸出電壓AO、BO和CO為不同寬度的脈衝電壓，之後三個比較器的輸出電壓經過兩個非門和兩個與門的邏輯運算後輸出第一時間脈衝信號DISCHG和第二時間脈衝信號CHG至時間電壓轉換模塊20，這兩個時間脈衝信號為佔空比與線電壓VAC相關的信號，反映了線電壓VAC的變化，具體當LED燈串11下方電壓DOUT在Vth1到Vth2之間時，DISCHG有效，當燈串下方電壓DOUT在Vth2到Vth3之間時，CHG有效，時間電壓轉換模塊20根據所述第一時間脈衝信號DISCHG和第二時間脈衝信號CHG的高電平維持時間將其轉換為相應的直流電壓。

進一步地，請一併參閱圖8，所述時間電壓轉換模塊20包括電流源201I1、第一開關單元202、第二開關單元203和充放電單元204，所述第一開關單元202和第二開關單元203均連接所述邏輯運算單元103，分別接收邏輯運算單元103輸出的第一時間脈衝信號DISCHG和第二時間脈衝信號CHG，所述電流源201I1通過第二開關電源連接第一開關單元202和充放電單元204，所述充放電單元204還連接電壓運算模塊30。其中所述第一開關單元202根據第一時間脈衝信號DISCHG閉合或斷開，所述第二開關單元203根據第二時間脈衝信號CHG閉合或斷開；當第一開關單元202斷開且第二開關單元203閉合時，電流源201輸出第一電流對充放電單元204充電；當第一開關單元202閉合且第二開關單元203斷開時，充放電單元204進行放電，輸出直流電壓至電壓運算模塊30。根據第一時間脈衝信號DISCHG和第二時間脈衝信號CHG分別控制第一開關單元202和第二開關單元203的工作狀態，進而控制充放電單元204的充電或放電，輸出一直流電平至電壓運算模塊30，實現時間脈衝到電壓的轉換。

具體地，所述第一開關單元202包括第一模擬開關S1，所述第二開關單元203包括第二模擬開關S2，所述充放電單元204包括第一電容C1；所述第一模擬開關S1的控制端連接所述邏輯運算單元103的第一輸出端，所述第一模擬開關S1的一個連接端連接第一電容C1的一端、第二模擬開關S2的一個連接端和電壓運算模塊30的輸入端，所述第一模擬開關S1的另一個連接端和第一電容C1的另一端均接地；所述第二模擬開關S2的另一個連接端通過電流源201連接VCC供電端，所述第二模擬開關S2的控制端連接邏輯運算單元103的第二輸出端。

當第一時間脈衝信號CHG有效時，即為高電平時，此時第二時間脈衝信號DISCHG為低電平，則第二模擬開關S2閉合而第一模擬開關S1斷開，電流源201I1通過第二模擬開關S2對第一電容C1進行充電；當第二時間脈衝信號DISCHG有效時，即為高電平時，此時第一時間脈衝信號CHG為低電平，則第一模擬開關S1閉合而第二模擬開關S2斷開，第一電容C1通過第一模擬開關S1放電，從而輸出直流電平Vadj至電壓運算模塊30，為後續計算修正電壓提供基礎。

更進一步地，請一併參閱圖9，所述電壓運算模塊30包括恆流源單元301、電流減法器302和第二分壓單元303，所述恆流源單元301連接所述充放電單元204，所述恆流源單元301還通過所述電流減法器302連接第二分壓單元303，所述第二分壓單元303連接恆流驅動模塊13，所述恆流源單元301根據所述直流電壓輸出相應的第二電流，所述第二電流經過電流減法器302後輸出第三電流，第二分壓單元303根據所述第三電流對參考電壓進行調整並輸出修正電壓。

具體地，本實用新型提供的線電壓補償電路14中，所述電壓運算模塊30提供三種實施例，如圖9所示，第一種實施例中，所述恆流源單元301包括運算放大器OP1、第一MOS管M1和第五電阻R5；所述電流減法器302包括第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5；所述第二分壓單元303包括第六電阻R6、第七電阻R7和第八電阻R8；所述運算放大器OP1的同相輸入端連接時間電壓轉換模塊20的輸出端，所述運算放大器OP1的反相輸入端連接第一MOS管M1的源極和第五電阻R5的一端，所述第五電阻R5的另一端接地；所述運算放大器OP1的輸出端連接第一MOS管M1的柵極；所述第一MOS管M1的漏極連接第二MOS管M2的漏極、第二MOS管M2的柵極和第三MOS管M3的柵極；所述第二MOS管M2的源極和所述第三MOS管M3的源極均連接VCC供電端；所述第三MOS管M3的漏極連接第四MOS關的漏極、第六電阻R6的一端和第七電阻R7的一端；所述第四MOS管M4的柵極連接第五MOS管M5的柵極、第五MOS管M5的漏極和外部電流源201，所述第四MOS管M4的源極和第五MOS管M5的源極接地；所述第六電阻R6的另一端連接參考電壓端；所述第七電阻R7的另一端通過第八電阻R8接地，所述第七電阻R7和第八電阻R8的中點輸出所述修正電壓。本實施例中，所述第一MOS管M1、第四MOS管M4和第五MOS管M5為N溝道MOS管；所述第二MOS管M2和第三MOS管M3為P溝道MOS管。

其中，所述恆流源單元301根據充放電單元204輸出的直流電壓Vadj，生成相應的第二電流Iadj，Iadj=Vadj/R5，所述第二電流Iadj經過電流減法器302後輸出第三電流Icomp，Icomp=Idc-Iadj=Idc-Vadj/R5，電流減法器302從第二分壓單元303的第六電阻R6R6中抽取一定的電流，最終的修正電壓輸出為：

經本實用新型提供的線電壓補償電路14進行電壓修正後，產生的修正電壓Vrefx的波形如圖10所示，當輸入電壓升高時，對應的Vref會相應減小，功率對電壓的變化如圖11所示，可以發現功率基本不隨線電壓的變化而變化，當輸入電壓產生波動時，系統功率也能維持恆定，大大提高了輸入功率的穩定性，提高LED產品的可靠性。

如圖12所示，其為本實用新型提供的電壓運算模塊30第二種實施例，其與上述第一種實施例的不同之處在於採用一恆流源Iref代替電壓源Vref，如圖13所示，其為本實用新型提供的電壓運算模塊30第三種實施例，其與上述第一種實施例的不同之處在於將電壓源Vref去除掉，直接用採樣轉換的電流來驅動電阻串提供修正電壓Vrefx。

更進一步地，本實用新型提供的線電壓補償電路14還可實現填谷應用，將相位時間轉換模塊10的採樣電壓處從LED燈串11下方移至整流橋的正輸出端，由於填谷應用中DOUT電壓與線電壓的相關性不再是那麼強，因此從VAC處檢測線電壓進行補償。

相應地，本實用新型還相應提供一種LED驅動裝置的線電壓補償方法，如圖14所示，所述LED驅動裝置的線電壓補償方法包括如下步驟：

S100、由相位時間轉換模塊對經LED燈串降壓後的輸入電壓進行採樣，並根據採樣電壓輸出相應的時間脈衝信號；

S200、由時間電壓轉換模塊將所述時間脈衝信號轉換為對應的直流電壓；

S300、由電壓運算模塊根據所述直流電壓對參考電壓進行調整並輸出修正電壓以控制恆流驅動。

本實用新型還相應提供一種LED驅動裝置的線電壓補償電路，由於上文已對所述線電壓補償電路進行了詳細介紹，此處不再詳述。

綜上所述，本實用新型提供的LED驅動裝置及其線電壓補償電路中，所述LED驅動裝置的線電壓補償電路包括相位時間轉換模塊、時間電壓轉換模塊和電壓運算模塊；由相位時間轉換模塊對經LED燈串降壓後的輸入電壓進行採樣，並根據採樣電壓輸出相應的時間脈衝信號；時間電壓轉換模塊將所述時間脈衝信號轉換為對應的直流電壓至電壓運算模塊，由電壓運算模塊根據所述直流電壓對參考電壓進行調整並輸出修正電壓以控制恆流驅動，通過使用帶有修正的輸入電壓來控制恆流驅動部分，實現功率的恆定。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。