一種LED恆流驅動電路及LED照明裝置的製作方法

2023-11-10 07:20:55

本實用新型屬於LED驅動控制領域，尤其涉及一種LED恆流驅動電路及LED照明裝置。

背景技術：

目前，LED(Light Emitting Diode，發光二極體)作為一種新型光源，由於其具有能耗低、亮度強且壽命長的優點，已經被廣泛應用於各個領域。LED是典型的電流型器件，其對工作電流的穩定性要求很高，若用於驅動LED的電流中存在工頻波紋，則會導致LED會出現頻閃現象，而人們長期工作在頻閃的光源下，會產生視覺疲勞。

現有的無頻閃LED驅動電路是將輸入電網的交流電整流濾波成直流電來驅動LED，從而實現LED的無頻閃，但因現有的無頻閃LED驅動電路的輸入端接有大電容，導致整個電路的功率因數非常低，這樣會對公用線網造成一定程度的諧波汙染。而為了滿足高功率因數的要求，現有的高功率因數LED驅動電路的輸入端一般不接電容，但這樣會導致其輸出端的電流存在很大的工頻波紋，無法實現LED的無頻閃。

綜上可知，現有的高功率因數LED驅動電路因輸出端電流存在較大的工頻波紋而導致無法實現LED的無頻閃。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種LED恆流驅動電路及LED照明裝置，旨在解決現有的高功率因數LED驅動電路因輸出端電流存在較大的工頻波紋而導致無法實現LED無頻閃的問題。

本實用新型是這樣實現的，一種LED恆流驅動電路，與LED燈串連接，所述LED恆流驅動電路包括整流模塊、儲能電感及二極體，所述整流模塊對交流電進行整流，並輸出直流電通過所述儲能電感和所述二極體對LED燈串進行供電，所述LED恆流驅動電路還包括：恆壓控制模塊、反饋控制模塊及恆流驅動模塊；

所述恆壓控制模塊的第一端與所述儲能電感的第二端及所述二極體的陽極連接，所述反饋控制模塊的採樣端與所述恆流驅動模塊的第一端共接於所述LED燈串的輸出端，所述反饋控制模塊的第一輸出端和第二輸出端分別與所述恆壓控制模塊的輸入端和所述恆流驅動模塊的輸入端連接，所述恆壓控制模塊的第二端與所述恆流驅動模塊的第二端共接於地；

所述恆壓控制模塊控制所述儲能電感的儲能和釋能；所述反饋控制模塊對所述LED燈串的輸出電壓進行採樣，並將採樣電壓與預設基準電壓進行比較並處理後輸出第一控制電壓和恆定電壓，所述恆壓控制模塊根據所述第一控制電壓調節所述儲能電感的儲能時間和釋能時間，以使所述LED燈串的輸出電壓與所述預設基準電壓相等；同時，所述恆流驅動模塊根據所述恆定電壓對流過所述LED燈串的電流進行恆流控制。

本實用新型還提供了一種LED照明裝置，與交流電源連接，且包括LED燈串，所述LED照明裝置還包括上述的LED恆流驅動電路。

本實用新型提供的LED恆流驅動電路是高功率因數無頻閃LED驅動電路，包括恆壓控制模塊、反饋控制模塊及恆流驅動模塊模塊，反饋控制模塊對LED燈串的輸出電壓進行採樣，並將採樣電壓與預設基準電壓進行比較並處理後輸出第一控制電壓和恆定電壓，恆壓控制模塊根據第一控制電壓使LED燈串的輸出電壓與預設基準電壓相等，恆流驅動模塊根據恆定電壓對流過LED燈串的電流進行恆流控制，從而消除了現有高功率LED驅動電路輸出端的電流工頻紋波對LED燈串的影響，進而消除了LED的頻閃現象。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的LED恆流驅動電路的模塊結構示意圖；

圖2是本實用新型另一實施例提供的LED恆流驅動電路的模塊結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的LED恆流驅動電路的電路結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例提供的LED恆流驅動電路中可控矽控制開關的不同切相角所對應的輸入電壓、輸入電流及輸出電流的波形示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

本發實施例提供的LED恆流驅動電路是高功率因數無頻閃LED驅動電路，包括恆壓控制模塊、反饋控制模塊及恆流驅動模塊模塊，反饋控制模塊對LED燈串的輸出電壓進行採樣，並將採樣電壓與預設基準電壓進行比較並處理後輸出第一控制電壓和恆定電壓，恆壓控制模塊根據第一控制電壓使LED燈串的輸出電壓與預設基準電壓相等，恆流驅動模塊根據恆定電壓對流過LED燈串的電流進行恆流控制，從而消除了現有高功率LED驅動電路輸出端電流的工頻紋波對LED燈串的影響，進而消除了LED的頻閃現象。

圖1示出了本實用新型實施例提供的LED恆流驅動電路的模塊結構，為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

一種LED恆流驅動電路1，與LED燈串2連接，LED恆流驅動電路1包括整流模塊10、儲能電感L1及二極體D1，整流模塊10對交流電進行整流，並輸出直流電通過儲能電感L1和二極體D1對LED燈串2進行供電。其中，LED燈串2由多個發光二極體按照上一發光二極體的陰極連接下一發光二極體的陽極的形式依次串聯構成，LED燈串2中第一個發光二極體的陽極為LED燈串2的輸入端，LED燈串2中最後一個發光二極體的陰極為LED燈串2的輸出端。

LED恆流驅動電路1還包括：恆壓控制模塊11、反饋控制模塊12及恆流驅動模塊13。

恆壓控制模塊11的第一端與儲能電感L1的第二端及二極體D1的陽極連接，反饋控制模塊12的採樣端與恆流驅動模塊13的第一端共接於LED燈串2的輸出端，反饋控制模塊12的第一輸出端和第二輸出端分別與恆壓控制模塊11的輸入端和恆流驅動模塊13的輸入端連接，恆壓控制模塊11的第二端與恆流驅動模塊13的第二端共接於地。

恆壓控制模塊11通過導通和關斷來控制儲能電感L1的儲能和釋能；反饋控制模塊12對LED燈串2的輸出電壓進行採樣，並將採樣電壓與預設基準電壓進行比較並處理後輸出第一控制電壓和恆定電壓，恆壓控制模塊11根據第一控制電壓調節儲能電感L1的儲能時間和釋能時間，以使LED燈串2的輸出電壓與預設基準電壓相等；同時，恆流驅動模塊13根據恆定電壓對流過LED燈串2的電流進行恆流控制。

在本實用新型實施例中，整流模塊10的第一輸出端與儲能電感L1的第一端連接，儲能電感L1的第二端與二極體D1的陽極連接，二極體D1的陰極與LED燈串2的輸入端連接，整流模塊10的第二輸出的接地。在實際應用中，整流模塊10可以為橋式整流電路。

在本實用新型實施例中，當恆壓控制模塊11導通時，整流模塊10輸出的直流電對儲能電感L1進行充電(即儲能電感L1進行儲能)，當恆壓控制模塊11關斷時，儲能電感L1通過二極體D1對LED燈串2進行放電(即儲能電感L1進行釋能或消磁)。當LED燈串2的輸出電壓較高時，反饋控制模塊12輸出的第一控制電壓越低，恆壓控制模塊根據第一控制電壓，使儲能電感L1的儲能時間減小，從而使儲能電感L1向LED燈串2釋放的電能減少，LED燈串2的輸出電壓降低，反之亦然。通過反饋控制模塊12的反覆採樣和恆壓控制模塊11的反覆調節，最終使LED燈串2的輸出電壓穩定在預設基準電壓。而恆流驅動模塊13根據反饋控制模塊12輸出的恆定電壓輸出恆定電流，以使LED燈串2流過恆定電流，從而消除了現有高功率LED驅動電路輸出端電流的工頻紋波對LED燈串2的影響，進而消除了LED的頻閃現象。

作為本實用新型一實施例，LED恆流驅動電路1還包括可控矽控制開關14，可控矽控制開關14連接在交流電源AC的正輸出端與整流模塊10的第一輸入端之間，整流模塊10的第二輸入端與交流電源AC的負輸出端連接。

當對LED燈串2進行亮度調節時，LED燈串2的輸出電壓與可控矽控制開關14的切相角相對應，反饋控制模12塊根據LED燈串2的輸出電壓輸出相應的恆定電壓使恆流驅動模塊13對流過LED燈串2的電流進行相應的恆流控制。

在本實用新型實施例中，可通過控制可控矽控制開關14的切相角來控制其對交流電的切相。可控矽控制開關的切相角越小，其對交流電的切相越大，交流電經整流後每個線網周期輸出的直流電的平均值就越小，使得LED燈串2的輸出電壓越小，當LED燈串2的輸出電壓小於預設電壓值時，反饋控制模塊12輸出至恆流驅動模塊13的恆定電壓減小，從而使得恆流驅動模塊13輸出的電流減小，即流過LED燈串2的電流減小，LED燈串2變暗，由此可對LED燈串2實現亮度調節。

圖2示出了本實用新型另一實施例提供的LED恆流驅動電路1的模塊結構，為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，恆壓控制模塊11包括：開關單元110、控制單元111、關斷信號產生單元111及導通信號產生單元113。

其中，開關單元110的高電位端與導通信號產生單元113的第一端共接作為恆壓控制模塊11的第一端，導通信號產生單元113的第二端與關斷信號產生單元112的第二端共接作為恆壓控制模塊11的第二端，開關單元110的低電位端與關斷信號產生單元112的第一端連接，關斷信號產生單元112的輸出端和導通信號產生單元113的輸出端分別與控制單元111的第一輸入端和第二輸入端連接，控制單元111的輸出端與開關單元110的控制端連接，關斷信號產生單元112的輸入端為恆壓控制模塊11的輸入端。

導通信號產生單元113在檢測到儲能電感L1釋能(消磁)結束時，輸出導通信號至控制單元111，以使控制單元111控制開關單元110導通。關斷信號產生單元112在檢測到儲能電感L1的峰值電流達到預設峰值電流時，輸出關斷信號至控制單元111，以使控制單元111控制開關單元110關斷。

作為本實用新型一實施例，反饋控制模塊12包括第二基準電壓源120、誤差放大器U5及穩壓單元121。

其中，誤差放大器U5的同相輸入端與第二基準電壓源120連接，誤差放大器U5的反相輸入端為反饋控制模塊12的採樣端，誤差放大器U5的輸出端接穩壓單元121的輸入端，穩壓單元121的第一輸出端和第二輸出端分別為反饋控制模塊12的第一輸出端和第二輸出端。

圖3示出了本實用新型實施例提供的LED恆流驅動電路1的電路結構，為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

作為本實用新型一實施例，開關單元112為NMOS管Q2，NMOS管Q2的漏極為開關單元112的高電位端，NMOS管Q2的源極為開關單元112的低電位端，NMOS管Q2的柵極為開關單元112的控制端。

作為本實用新型一實施例，導通信號產生單元113包括第三電阻R3、第二電容C2、第一比較器U1及第一基準電壓源1130。

其中，第三電阻R3的第一端為導通信號產生單元113的第一端，第二電容C2的負極為導通信號產生單元113的第二端，第三電阻R3的第二端和第二電容C2的正極共接於第一比較器U1的同相輸入端，第一比較器U1的反相輸入端與第一基準電壓源1130連接，第一比較器U1的輸出端為導通信號產生單元113的輸出端。

作為本實用新型一實施例，關斷信號產生單元112包括第二比較器U2和第二電阻R2。

第二比較器U2的同相輸入端為關斷信號產生單元112的輸入端，第二比較器U2的反相輸入端與第二電阻R2的第一端共接作為關斷信號產生單元112的第一端，第二電阻R2的第二端為關斷信號產生單元112的第二端，第二比較器U2的輸出端為關斷信號產生單元112的輸出端。

作為本實用新型一實施例，控制單元111包括RS觸發器U7和反相器U8。

RS觸發器U7的置位端S和復位端R分別為控制單元111的第一輸入端和第二輸入端，RS觸發器U7的同相輸出端Q與反相器U8的輸入端連接，反相器U8的輸出端為控制單元111的輸出端。

作為本實用新型一實施例，穩壓單元121包括：第三開關管Q3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一運算放大器U3、第二運算放大器U4、第三基準電壓源1210、第四開關管Q4、第七電阻R7及第八電阻R8。

第三開關管Q3的控制端為穩壓單元121的輸入端，第三開關管Q3的高電位端接電源VCC，第三開關管Q3的低電位端接第四電阻R4的第一端，第四電阻R4的第二端與第五電阻R5的第一端共接於第一運算放大器U3的同相輸入端，第五電阻R5的第二端與第六電阻R6的第一端共接作為穩壓單元121的第一輸出端，第六電阻R6的第二端接地，第四開關管Q4的高電位端接電源VCC，第四開關管Q4的控制端接第一運算放大器U3的輸出端，第一運算放大器U3的反相輸入端與第七電阻R7的第一端共接於第四開關管Q4的低電位端，第七電阻R7的第二端與第八電阻R8的第一端共接於第二運算放大器U4的反相輸入端，第二運算放大器U4的同向輸入端接第三基準電壓源1210，第二運算放大器U4的輸出端與第八電阻R8的第二端共接作為穩壓單元121的第二輸出端。

在本實用新型實施例中，第四開關管Q4為NMOS管，NMOS管的漏極為第四開關管Q4的高電位端，NMOS管的源極為第四開關管Q4的低電位端，NMOS管的柵極為第四開關管Q4的控制端。

在本實用新型實施例中，第五開關管Q5為NMOS管，NMOS管的漏極為第五開關管Q5的高電位端，NMOS管的源極為第五開關管Q5的低電位端，NMOS管的柵極為第五開關管Q5的控制端。

作為本實用新型一實施例，反饋控制模塊12還包括第一電容C1，第一電容C1的正極接誤差放大器U5的輸出端，第一電容C1的負極接地。

作為本實用新型一實施例，恆流驅動模塊13包括：第一開關管Q1、第三運算放大器U6及第一電阻R1。

第一開關管Q1的高電位端為恆流驅動模塊13的第一端，第一開關管Q1的控制端接第三運算放大器U6的輸出端，第三運算放大器U6的同相輸入端為恆流控制模塊13的輸入端，第三運算放大器U6的反相輸入端與第一電阻R1的第一端共接於第一開關管Q1的低電位端，第一電阻R1的第二端為恆流驅動模塊13的第二端。

在本實用新型實施例中，第一開關管Q1為NMOS管，NMOS管的漏極為第一開關管Q1的高電位端，NMOS管的源極為第一開關管Q1的低電位端，NMOS管的柵極為第一開關管Q1的控制端。

作為本實用新型一實施例，LED恆流驅動電路1還包括第三電容C3，第三電容C3的正極接二極體D1的陰極與LED燈串2的陽極，第三電容C3的負極接地。在本實用新型實施例中，當第二開關管Q2導通時，第三電容C3對LED燈串2供電，以保證LED燈串2不會熄滅。

本實用新型實施例還提供了一種LED照明裝置，與交流電源AC連接，LED照明裝置包括LED燈串2，LED照明裝置還包括上述的LED恆流驅動電路1。

以下結合工作原理，對本實用新型實施例作進一步說明：

如圖3所示，LED燈串2輸出恆壓控制通過第二開關管Q2的導通和關斷實現，第二開關管Q2工作在臨界導通狀態，當第二開關管Q2導通時，整流模塊10輸出的直流電對儲能電感L1進行充電(即儲能電感L1進行儲能)，當恆壓控制模塊11關斷時，儲能電感L1通過二極體D1對LED燈串2進行放電(即儲能電感L1進行釋能或消磁)。具體的，當導通信號產生單元113中檢測到儲能電感L1釋能(消磁)結束時，輸出導通信號至控制單元111，控制單元111根據所述導通信號控制第二開關管Q2導通，當關斷信號產生單元112檢測到儲能電感L1的峰值電流達到預設峰值電流時，輸出關斷信號至控制單元111，控制單元111根據所述關斷信號控制第二開關管Q2關斷。更具體的，第三電阻R3和第二電容C2構成釋能檢測電路，當儲能電感L1釋能結束時，第一比較器U1通過將第三電阻R3第二端的電壓與第一基準電壓源的電壓進行比較後，輸出開啟信號至控制單元111，此時，控制單元111輸出高電平信號至第二開關管Q2的控制端，以控制第二開關管Q2導通；當第二開關管Q2導通後，第二電阻R2上有電流通過，當通過第二電阻的電流達到預設峰值電流，即第二電阻R2第一端的電壓cs達到預設峰值電壓vt_cs時，第二比較器U2輸出關斷信號至控制單元111，此時控制單元111輸出低電平信號至第二開關管Q2的控制端，以控制第二開關管Q2關斷。

反饋控制模塊13對LED燈串2的輸出電壓進行採樣，並將採樣電壓與預設基準電壓(第二基準電壓源的電壓)進行比較，並輸出第一控制電壓vt_cs和恆定電壓vt_out。LED燈串2的輸出電壓越高，反饋控制模塊12輸出的第一控制電壓vt_cs就越低，關斷信號產生模塊112產生關斷信號的速度就越快，即第二開關管Q2就越快關斷，這樣，儲能電感L1存儲的電能就越少，從而使儲能電感L1向LED燈串2釋放的電能減少，LED燈串2的輸出電壓降低。通過反饋控制模塊12的反覆採樣和恆壓控制模塊11的反覆調節，最終使LED燈串2的輸出電壓穩定在預設基準電壓(即第二基準電壓源的電壓)。而恆流驅動模塊13根據反饋控制模塊12輸出的恆定電壓vt_out輸出恆定電流(恆流驅動模塊13輸出的電流Iout＝vt_out/R1)，以使LED燈串2流過恆定電流，從而消除了現有高功率LED驅動電路輸出端電流的工頻紋波對LED燈串2的影響，進而消除了LED的頻閃現象。

當通過可控矽控制開關14對LED燈串2進行亮度調節時，通過控制可控矽控制開關14的切相角來控制其對交流電的切相。如圖4所示，可控矽控制開關14的切相角越小，其對交流電的切相越大，交流電經整流後每個線網周期輸出的直流電的平均值就越小，使得LED燈串2的輸出電壓越小，當LED燈串2的輸出電壓小於預設電壓值時，反饋控制模塊12輸出至恆流驅動模塊13的恆定電壓減小，從而使得恆流驅動模塊13輸出的電流減小，即流過LED燈串2的電流減小，LED燈串2變暗，由此可對LED燈串2實現亮度調節。

同時，由於整流模塊10的輸出端沒有接大電容，因此輸入電流相位跟隨輸入電壓相位，因此可實現高功率因數。

綜上所述，本實用新型實施例提供的LED恆流驅動電路1在滿足高功率因數的要求下，可實現LED的無頻閃以及對LED燈串2的亮度調節。

本發實施例明提供的LED恆流驅動電路是高功率因數無頻閃LED驅動電路，包括恆壓控制模塊、反饋控制模塊及恆流驅動模塊模塊，反饋控制模塊對LED燈串的輸出電壓進行採樣，並將採樣電壓與預設基準電壓進行比較並處理後輸出第一控制電壓和恆定電壓，恆壓控制模塊根據第一控制電壓使LED燈串的輸出電壓與預設基準電壓相等，恆流驅動模塊根據恆定電壓對流過LED燈串的電流進行恆流控制，從而消除了現有高功率LED驅動電路輸出端的工頻波紋對LED燈串的影響，進而消除了LED的頻閃現象。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。