恆功率的線性恆流LED驅動控制方法及電路結構與流程
2023-09-20 22:40:15 2
本發明涉及電子電路技術領域，尤其是一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法及電路結構。
背景技術：
LED發光二極體現在被廣泛應用於照明行業，LED在應用過程中需要對其進行穩定工作狀態和保護，即需要驅動電路。目前主要的驅動電源分為三類：開關電源驅動，非隔離開關驅動以及線性恆流驅動。線性恆流驅動，因其設計結構簡單，成本極低，可不含電感及電容等特點，使得其在產品壽命和系統成本等方面有巨大優勢，在市面上佔有較大的份額。但是目前現有的LED線性恆流驅動晶片所普遍採用的架構，有一些固有的缺點，比如僅支持很窄的電壓輸入範圍，具有頻閃，難以恆功率輸出等較為致命的缺點。這也是阻礙LED線性恆流驅動進一步推廣的主要原因之一。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法及電路結構，可以在寬輸入電壓下工作，並實現恆功率輸出，通過燈珠的電流恆定，避免LED燈珠串工作時出現頻閃，且LED燈珠串的正向壓降可在超寬範圍內任意選擇，以克服現有技術的不足。
本發明是這樣實現的：
一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法，該驅動控制方法是當全波整流電壓達到LED燈串的正向壓降與允許的最大燈串陰極電壓VDH之和時，由電容給負載供電；當電容電壓降低至燈串的正向壓降與允許的最小燈串陰極電壓VDL之和時，重新由全波整流電壓供電並給電容充電。
前述的一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法中，具體的驅動控制過程為：
過程一、LED燈串的交流輸入電壓首先經過整流橋產生全波整流電壓VS，並以此為LED燈串供電，而此時全波整流電壓VS的周期為To；
過程二、其中以正向壓降為VF的LED燈串為負載，以VDL為確保LED電流恆定所需的最小電壓，當電壓VS數值大於VF+VDL數值時，由全波整流電壓VS供電；
過程三、當VS值繼續升高時，LED電流恆定同時正向壓降也恆定，而此時LED燈串的陰極電壓Vled-會隨著VS以相同幅度增大；
過程四、其中以VDH是為控制系統效率而限定的LED燈串陰極的最大電壓，當LED燈串的陰極電壓Vled-會隨著VS以相同幅度繼續增大時一定程度，即Vled-數值達到VDH是，也即LED燈串陽極電壓Vled+數值達到VDH+VF時，停止由全波整流電壓VS供電，轉由電容C供電；該電容C採用並聯方式並聯與LED燈串的陽極與地之間，其電壓Vcap等於Vled+，且在全波整流電壓VS供電給LED燈串過程中，將電容C的電壓Vcap充電至VDH+VF的數值；
過程五、在電容供電期間，在一定的放電電流Io下，電容C電壓隨著時間逐漸下降，而此時全波整流電壓VS進入下一個周期的上升階段，當二者相等於某一電壓Vx，即Vcap=VS=Vx時，全波整流電壓VS重新供電且同時給電容C充電，然後重複過程三。
前述的一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法中，電容C的充放電周期時間T1與全波整流電壓VS周期To相等，且電容C相對於全波整流電壓VS來說屬於跨周期放電，並周期性循環。
前述的一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法中，在一定放電電流Io下，Vx應不小於VDL+VF，從而確保在電容C停止供電時而VS電壓值≥VDL+VF，從而實現LED燈串線性線性恆流且無閃頻，取VS= VDL+VF的臨界點，則電容Cmin=Io*T（VDH+VF至VDL+VF），其中T（VDH+VF至VDL+VF）是電充C的放電時間，即是電容C的電壓從VDH+VF下降到VDL+VF時間；則所選電容C不小於Cmin，該Vx值就不小於VDL+VF。
一種恆功率的線性恆流LED的電路架構，包括n個LED燈串，整流橋M輸入端接市電輸入；輸出端負極接地，正極VS通過開關S接二極體D的陽極，同時VS接至電壓檢測模塊sensor的輸入端；二極體D的陰極接LED燈串的陽極和電容C的一端，電容C的另一端接地；LED燈串的陰極接電壓檢測模塊sensor的另一輸入端和恆流模塊Isink的電流流入端，恆流模塊Isink的電流流出端接地，在電壓檢測模塊sensor與開關S之間設置控制模塊control實現彼此連通；電壓檢測模塊sensor通過檢測VS和Vled-電壓，與已知的預設電壓比較，產生一個控制信號，經控制模塊control控制開關S的開關狀態。
前述的一種恆功率的線性恆流LED的電路架構中，所述開關管S為MOSFET，BJT或其它可實現開關功能的元器件。
前述的一種恆功率的線性恆流LED的電路架構中，所述電壓檢測模塊sensor是用於實現電壓檢測與電壓比較功能的模塊。
由於採用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明的優點是：
由於電容的存在，保證了瞬時輸入電壓較低時LED負載電流的連續性，即實現了無頻閃。
由於在全波整流電壓瞬時值超過VF+VDH時，負載的供電由電容提供與輸入AC無關，所以交流輸入電壓AC只要滿足AC*1.414>VF+VDH，系統便能恆流工作，即保證了系統在寬電壓範圍下的高效率。
由於LED負載電流與系統輸入電流不直接相關，如圖2所示，當輸入交流電壓AC變化時，LED電流I-led始終為設定的電流值。即功率不隨輸入交流電壓變化，保證了恆功率。
附圖說明
附圖1是本發明的波形的示意圖；
附圖2是本發明中系統電流I-system與LED負載電流I-led的波形示意圖；
附圖3是本發明的電路架構的示意圖。
具體實施方式
本發明的實施例：一種恆功率的線性恆流LED驅動控制方法，該驅動控制方法是當全波整流電壓達到LED燈串的正向壓降與允許的最大燈串陰極電壓VDH之和時，由電容給負載供電；當電容電壓降低至燈串的正向壓降與允許的最小燈串陰極電壓VDL之和時，重新由全波整流電壓供電並給電容充電。
其中具體的驅動控制過程為：
過程一、LED燈串的交流輸入電壓首先經過整流橋產生全波整流電壓VS，並以此為LED燈串供電，而此時全波整流電壓VS的周期為To；
過程二、其中以正向壓降為VF的LED燈串為負載，以VDL為確保LED電流恆定所需的最小電壓，當電壓VS數值大於VF+VDL數值時，由全波整流電壓VS供電；
過程三、當VS值繼續升高時，LED電流恆定同時正向壓降也恆定，而此時LED燈串的陰極電壓Vled-會隨著VS以相同幅度增大；
過程四、其中以VDH是為控制系統效率而限定的LED燈串陰極的最大電壓，當LED燈串的陰極電壓Vled-會隨著VS以相同幅度繼續增大時一定程度，即Vled-數值達到VDH是，也即LED燈串陽極電壓Vled+數值達到VDH+VF時，停止由全波整流電壓VS供電，轉由電容C供電；該電容C採用並聯方式並聯與LED燈串的陽極與地之間，其電壓Vcap等於Vled+，且在全波整流電壓VS供電給LED燈串過程中，將電容C的電壓Vcap充電至VDH+VF的數值；
過程五、在電容供電期間，在一定的放電電流Io下，電容C電壓隨著時間逐漸下降，而此時全波整流電壓VS進入下一個周期的上升階段，當二者相等於某一電壓Vx，即Vcap=VS=Vx時，全波整流電壓VS重新供電且同時給電容C充電，然後重複過程三。
其中電容C的充放電周期時間T1與全波整流電壓VS周期To相等，且電容C相對於全波整流電壓VS來說屬於跨周期放電，並周期性循環，在一定放電電流Io下，Vx應不小於VDL+VF，從而確保在電容C停止供電時而VS電壓值≥VDL+VF，從而實現LED燈串線性線性恆流且無閃頻，取VS= VDL+VF的臨界點，則電容Cmin=Io*T（VDH+VF至VDL+VF），其中T（VDH+VF至VDL+VF）是電充C的放電時間，即是電容C的電壓從VDH+VF下降到VDL+VF時間；則所選電容C不小於Cmin，該Vx值就不小於VDL+VF，附圖1中當電容C=Cmin，該電容C的放電斜率最高，當所選電容C容值越來越大是，其逐漸減小。
根據上述方法所形成的一種恆功率的線性恆流LED的電路架構，如附圖所示包括n個LED燈串1，整流橋M2輸入端接市電輸入；輸出端負極接地，正極VS通過開關S3接二極體D4的陽極，同時VS接至電壓檢測模塊sensor5的輸入端；二極體D4的陰極接LED燈串1的陽極和電容C6的一端，電容C6的另一端接地；LED燈串1的陰極接電壓檢測模塊sensor5的另一輸入端和恆流模塊Isink7的電流流入端，恆流模塊Isink7的電流流出端接地，在電壓檢測模塊sensor5與開關S3之間設置控制模塊control8實現彼此連通；電壓檢測模塊sensor5通過檢測VS和Vled-電壓，與已知的預設電壓比較，產生一個控制信號，經控制模塊control8控制開關S3的開關狀態。
其中該開關管S3為MOSFET，BJT或其它可實現開關功能的元器件，該電壓檢測模塊sensor5是用於實現電壓檢測與電壓比較功能的模塊。
該驅動電路具體工作方式是：整流橋M的輸出電壓VS從零逐漸增大，當VS大於VDL+VF後Vled-的電壓將和VS同步增大。電壓檢測模塊sensor檢測到Vled-達到臨界電壓VDH（VDH＞VDL）時，控制模塊control控制開關S斷開，此時由電容C向LED燈珠串供電，電容C放電時電壓逐漸下降，開關S斷開後，VS電壓將繼續上升到最大值後降逐漸下降，在VS下降到接近0V之前電壓檢測模塊sensor通過控制模塊control使開關S閉合。VS電壓降至零後逐漸上升，由於二極體D的存在，VS並不能立即為系統供電，直到VS大於等於電容電壓Vcap時，二極體導通，VS為LED供電並同時為電容充電。電容值必須大於等於Cmin以保證在VS電壓上升同時Vcap電壓下降過程中，二者相等時的電壓值大於VDL+VF。當VS進一步上升至大於Vcap時，VS為LED供電並為電容C充電。直到Vcap達到VDH+VF也即Vled-等於VDH時再次斷開開關S，由此形成一個充放電周期並不斷循環，此過程，流過LED燈珠串的電流始終為恆流模塊Isink提供的恆定電流；因此，整個工作過程中，流過LED燈珠串的電流恆定。
上述方案的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和使用的發明，熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對實施方案做出各種修改，因此，本發明不限於上述實方案，本領域技術人員根據本發明的方法，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。