非隔離型led驅動電路的製作方法

2023-04-28 23:15:11 1

非隔離型led驅動電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種非隔離型LED驅動電路，主要解決現有技術應用電路複雜、壽命短、功率因數低、電磁幹擾大的問題。本發明包括整流橋(1)、控制器(2)、儲能單元(3)和被驅動單元(4)；整流橋(1)的輸出端o通過開關器件Q1連接至儲能單元(3)的輸入端a；採樣電阻RS跨接於儲能單元(3)的輸入端a和輸入端b之間，用於採樣流過儲能單元(3)的電流，並產生採樣信號VS；控制器(2)通過判斷採樣信號VS的大小控制開關器件Q1的導通與關斷；儲能單元(3)的兩個輸出端均連接到被驅動單元(4)，為其提供工作電壓和工作電流。本發明有效地簡化了應用電路，延長了使用壽命，改善了功率因數和電磁幹擾，可用於三端可控矽調光器和非隔離型AC-DC轉換器。
【專利說明】非隔離型LED驅動電路【技術領域】
[0001]本發明屬於電子電路【技術領域】，特別是一種非隔離型LED驅動電路，適用於三端可控娃調光器和非隔離型AC-DC轉換器。
【背景技術】
[0002]發光二級管簡稱為LED。由鎵(Ga)與砷(As)、磷(P)的化合物製成的二極體，當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體。據《2013-2017年中國LED照明產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》分析認為，LED照明市場一直被認為是LED最重要、最具發展前景的應用，總體來看，宏觀環境對於LED照明應用的發展非常有利，主要表現為:1)節能減排成為全球關注的議題並得到積極推進；2)傳統光源技術成長緩慢，面臨發展瓶頸；3)由於LED照明技術的不斷進步與成本的不斷降低，長期市場的障礙已不大。LED照明是當下的熱點，但是LED驅動電路的設計卻給工程設計帶來了挑戰。
[0003]目前市面上最主流的LED驅動方案為原邊反饋PSR隔離型結構，比傳統的副邊反饋省卻了光耦和穩壓器。這種結構儘管已廣泛應用於LED照明，但必須使用大電解電容和變壓器，使得LED燈的使用壽命受到限制，且應用電路設計比較複雜，很難實現小型化。此外，上述LED驅動電路不能直接用於三端可控矽調光器，必須通過添加額外電路來實現。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於針對上述現有LED驅動電路的不足，提出了一種非隔離型LED驅動電路，以提高功率因數，降低電磁幹擾，延長使用壽命，使其能直接用於三端可控矽調光器。
[0005]為實現上述目的，·本發明包括:整流橋I和被驅動單元4 ;其特徵在於還包括:控制器2和儲能單元3 ；
[0006]所述整流橋1，其輸出端ο通過開關器件Ql連接至儲能單元3的輸入端a，該輸入端a通過採樣電阻Rs連接至參考地，用於對流過儲能單元3的電流進行採樣，並輸出採樣信號\ ；
[0007]所述控制器2，其輸入端CS連接採樣信號Vs，其輸出端G連接至開關器件Ql的控制端，通過判斷採樣信號Vs的大小控制開關器件Ql的導通與關斷；
[0008]所述儲能單元3，其輸入端b連接至參考地，其輸出端c和輸出端d均連接至被驅動單元4，為被驅動單元4提供工作電壓和工作電流。
[0009]作為優選，上述非隔離型LED驅動電路，其中所述控制器2包括:計時器21、比較器22、或門23和基準模塊24 ；
[0010]所述基準模塊24，用於產生兩個零溫度係數的基準電壓Vkefi和VKEF2，且VKEF1>VKEF2 ；
[0011]所述計時器21，其輸出端連接至或門23的第一輸入端D，用於對開關器件Ql的導通時間進行計時；
[0012]所述比較器22，其第一輸入端A作為控制器2的CS端，連接採樣信號Vs ;其第二輸入端B連接第一基準電壓Vkefi ;其第三輸入端C連接第二基準電壓Vkef2 ;其輸出端O連接至或門23的第二輸入端E ;
[0013]所述或門23，其輸出端作為控制器2的輸出端G，控制開關器件Ql的導通與關斷。
[0014]作為優選，上述非隔離型LED驅動電路，其中所述儲能單元3包括電感L1、二極體Dl和電容Qjut ;其中二極體Dl的負端作為儲能單元3輸入端a，其正端作為儲能單元3的輸出端C，並通過電容Qm連接至電感LI的一端；電感LI的另一端作為儲能單元3的輸入端b，電感LI與電容Qjut的公共端作為儲能單元3的輸出端d。
[0015]上述非隔離型LED驅動電路，其中所述被驅動的單元4包括一個或多個LED燈，其採用串聯連接或並聯連接或串並聯連接後跨接於儲能單元3的輸出端c和儲能單元3的輸出端d之間,且任意一個LED燈的的正端或負端均可作為接地端。
[0016]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0017]( I)本發明由於添加了控制器，使得LED驅動電路在輸入電壓較低時處於恆定導通時間的工作模式，降低了電感電流的峰值，減小了輸入功率，從而提高了功率因數PF;在輸入電壓較高時，控制器通過比較採樣電阻Rs上的採樣信號與基準電壓來控制開關器件的導通和關斷時間，使得整個電路的工作頻率隨輸入電壓的變化而變化，從而減小了電磁幹擾EMI，可用於可控矽調光；
[0018](2)本發明的由於添加了儲能單元，使得LED驅動電路既可以實現升壓又可以實現降壓，無需使用電解電容，提高了整個電路的使用壽命；
[0019](3)本發明採用的非隔離型結構，無需變壓器，從而延長整個電路的使用壽命，充分利用了 LED的使用壽命長的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的結構框圖；
[0021]圖2是本發明的第一實施例電路原理圖；
[0022]圖3是本發明第一實施例中開關器件導通時的工作電流流向示意圖；
[0023]圖4是本發明第一實施例中開關器件關斷時的工作電流流向示意圖；；
[0024]圖5是本發明第二實施例電路原理圖以及工作電流流向示意圖；
[0025]圖6是本發明第二實施例電路原理圖以及工作電流流向不意圖；
[0026]圖7是本發明的外部輸入交流電經過整流橋後一個周期內的電壓以及電流波形圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖及其實施例對本發明作進一步描述。
[0028]參照圖1，本發明的LED驅動電路包括:整流橋1，控制器2，儲能單元3，被驅動單兀4,開關器件Ql和米樣電阻Rs ；
[0029]所述整流橋1，設有兩個輸入端m、n和兩個輸出端h、o ;該第一輸入端m連接外部交流電源的正端，第二輸入端η連接外部交流電源的負端，第一輸出端h連接至地,第二輸出端ο通過開關器件Ql連接至儲能單元3的輸入端a。
[0030]所述儲能單元3，設有兩個輸入端a、b和兩個輸出端C、d ;該第一輸入端a通過採樣電阻Rs連接至參考地，用於對流過儲能單元的電流進行採樣，並輸出採樣信號Vs ;第二輸入端b連接至參考地，第一輸出端c和第二輸出端d連接至被驅動單元4，為被驅動單元4提供工作電壓和工作電流。
[0031]所述控制單元2，設有一個輸入端CS和一個輸出端G ;該輸入端CS連接採樣信號Vs，輸出端G連接到開關器件Ql的控制端；通過判斷採樣信號Vs的大小控制開關器件Ql的導通與關斷。
[0032]所述被驅動單元4,包括一個或多個LED燈；這些LED燈經串聯連接或並聯連接或串並聯連接後跨接於儲能單元3的輸出端c和儲能單元3的輸出端d之間，且任意一個LED燈的正端或負端均可作為接地端。
[0033]針對圖1所示的結構框圖，本發明給出了如下實施例:
[0034]實施例1
[0035]參照圖2，本實例的控制器2包括:計時器21、比較器22、邏輯門23和基準模塊24 ；儲能單元3包括:二極體Dl、電感LI和電容Qjut ;被驅動單元4，包括N個LED燈，N≤2 ;整流橋I採用傳統的全橋整 流結構；開關器件Ql採用N型場效應管。
[0036]所述各部件的連接關係如下:
[0037]整流橋I的輸出端O連接至N型場效應管的漏極，該N型場效應管的源極連接至儲能單元3的輸入端a，並通過採樣電阻Rs連接到參考地，採樣電阻Rs上的電壓為採樣信號Vs。
[0038]二極體Dl的負端作為儲能單元3的輸入端a，其正端作為儲能單元3的輸出端C，並通過電容Qm連接至電感LI的一端；電感LI的另一端作為儲能單元3的輸入端b連接到參考地，電感LI與電容Qjut的公共端作為儲能單元3的輸出端d。
[0039]基準模塊24，採用傳統帶隙基準結構實現，用於產生兩個零溫度係數的基準電壓Vrefi 和 Vref2,且 Vrefi〉Vref2°
[0040]計時器21，其輸出端連接至或門23的第一輸入端D，用於對N型場效應管的導通時間進行計時。
[0041]比較器22,其第一輸入端A作為控制器2的CS端,連接米樣信號Vs ;其第二輸入端B連接第一基準電壓Vkefi ;其第三輸入端C連接第二基準電壓Vkef2 ;其輸出端O連接或門23的第二輸入端E ;該或門23的輸出端作為控制器2的輸出端G，並連接至N型場效應管的柵極，控制N型場效應管的導通與關斷。通過比較採樣信號Vs與基準電壓Vkefi和基準電壓Vkef2控制N型場效應管的導通與關斷。
[0042]N個LED燈採用串聯連接結構，第I個LED燈的正端連接至儲能單元3的輸出端d ;第N個LED燈的負端連接至儲能單元3的輸出端c ;這N個LED燈中的任意一個LED燈的正端或負端均可作為接地端g，本實例選取第I個LED燈的正端作為接地端。
[0043]本實例的工作原理如下:
[0044]根據圖3給出的LED驅動電路的工作電流流向。當N型場效應管導通時，計時器21開始計時，充電電流Ic整流橋1、N型場效應管、採樣電阻Rs為電感LI充電，電容Qjut為被驅動單元4供電，此時二極體Dl不導通，流過電感LI的充電電流I。不斷增大，採樣電阻Rs兩端電壓不斷升高，即採樣信號\增大，當採樣信號\的電壓高於基準電壓Vkefi時或計時器21計時達到設定值N型場效應管關斷，計時器21清零。[0045]圖4給出的LED驅動電路的工作電流流向。當N型場效應管關斷時，電感LI與電容Qjut為被驅動單元4供電，流過電感LI上的放電電流Id逐漸減小，採樣電阻Rs兩端的電壓逐漸降低，即採樣信號Vs減小，當採樣信號Vs的電壓低於基準電壓Vkef2時N型場效應管導通，計時器21開始計時。
[0046]實施例2
[0047]參照圖5，本實例的整流橋1，控制器2，儲能單元3和開關器件Ql所採用的部件，及各部件之間的連接關係均與實施例1相同；被驅動單元4，包括M個LED燈，MS I。
[0048]M個LED燈採用並聯連接結構；這M個LED燈的正端連接至儲能單元3的輸出端d;負端連接至儲能單元3的輸出端c ;這M個LED燈的正端或負端均可作為接地端g,本實例選取負端作為接地端g。
[0049]本實例的工作原理如下:
[0050]根據圖5給出的LED驅動電路的工作電流流向。當N型場效應管導通時，計時器21開始計時，充電電流Ic流過整流橋1、N型場效應管、採樣電阻Rs為被驅動單元4供電，並給電容Qjut充電；此時二極體Dl不導通，流過電感LI的充電電流Ic不斷增大，採樣電阻Rs兩端電壓不斷升高，即採樣信號\增大，當採樣信號\的電壓高於基準電壓Vkefi時或計時器21計時達到設定值時N型場效應管關斷，計時器21清零；當N型場效應管關斷時，電感LI與電容Qm為被驅動單元4供電，流過電感LI上的放電電流Id電流逐漸減小，採樣電阻Rs兩端的電壓逐漸降低，即採樣信號Vs減小，當採樣信號Vs的電壓低於基準電壓Vkef2時N型場效應管導通，計時器21開始計時。
[0051]實施例3·[0052]參照圖6，本實例的整流橋1，控制器2和儲能單元3所採用的部件，及各部件之間的連接關係均與實施例1相同；被驅動單元4，包括H個LED燈，H ^ 3 ;開關器件Ql採用N
型三級管。
[0053]H個LED燈採用串並聯連接結構，其連接方式多樣，本實例選取的連接方式為--第H-1個LED燈與第H個LED燈並聯後與其餘H-2個LED燈串聯連接；第I個LED燈的正端連接至儲能單元3的輸出端d ;第H-1個LED燈與第H個LED燈的負端連接至儲能單元3的輸出端c ;該H個LED燈中任意一個LED燈的正端或負端均可作為接地端g，本實例選取第H-2個LED燈的負端作為接地端g。
[0054]本實例的工作原理如下:
[0055]根據圖6給出的LED驅動電路的工作電流流向。當N型三級管導通時，計時器21開始計時，充電電流Ic流過整流橋1、N型三級管、採樣電阻Rs為被驅動單元4供電，並給電容Qm充電；此時二極體Dl不導通，流過電感LI的充電電流I。不斷增大，採樣電阻Rs兩端電壓不斷升高，即採樣信號\增大，當採樣信號\的電壓高於基準電壓Vkefi時或計時器21計時達到設定值時N型三級管關斷，計時器21清零；當N型三級管關斷時，電感LI與電容Cqut為被驅動單元4供電，流過電感LI上的放電電流Id電流逐漸減小，採樣電阻Rs兩端的電壓逐漸降低，即採樣信號Vs減小，當採樣信號Vs的電壓低於基準電壓Vkef2時N型三級管導通，計時器21開始計時。
[0056]參照圖7，本發明的效果可論證如下:
[0057]當外部輸入的交流電壓Vin較高時，本發明的LED驅動電路工作在恆定峰值電流模式，此時，恆定峰值電流Ipk和輸入功率P分別表示如下:
[0058]
【權利要求】
1.一種非隔離型LED驅動電路，包括:整流橋(I)和被驅動單元(4);其特徵在於還包括:控制器(2)和儲能單元(3); 所述整流橋(I )，其輸出端ο通過開關器件Ql連接至儲能單元(3)的輸入端a，該輸入端a通過採樣電阻Rs連接至參考地，用於對流過儲能單元(3)的電流進行採樣，並輸出採樣信號\ ； 所述控制器(2)，其輸入端CS連接採樣信號Vs，其輸出端G連接至開關器件Ql的控制端，通過判斷採樣信號Vs的大小控制開關器件Ql的導通與關斷； 所述儲能單元(3)，其輸入端b連接至參考地，其輸出端c和輸出端d均連接至被驅動單元(4)，為被驅動單元(4)提供工作電壓和工作電流。
2.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述控制器(2)包括:計時器(21)、比較器(22)、或門(23)和基準模塊(24)； 所述基準模塊(24)，用於產生兩個零溫度係數的基準電壓Vkefi和VKEF2，且VKEF1>VKEF2 ； 所述計時器(21)，其輸出端連接至或門(23)的第一輸入端D，用於對開關器件Ql的導通時間進行計時； 所述比較器(22),其第一輸入端A作為控制器(2)的CS端,連接米樣信號Vs ;其第二輸入端B連接第一基準電壓Vkefi ;其第三輸入端C連接第二基準電壓Vkef2 ;其輸出端O連接至或門(23)的第二輸入端E ; 所述或門(23)，其輸出端作為控制器(2)的輸出端G，控制開關器件Ql的導通與關斷。
3.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述儲能單元(3)包括電感L1、二極體Dl和電容Qjut ;其中二極體Dl的負端作為儲能單元(3)輸入端a，其正端作為儲能單元(3)的輸出端C，並通過電容Ctot連接至電感LI的一端；電感LI的另一端作為儲能單元(3)的輸入端b，電感LI與電容Qm的公共端作為儲能單元(3)的輸出端d。
4.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述被驅動單元(4)採用一個LED燈，該LED燈跨接於儲能單元(3)的輸出端c和儲能單元(3)的輸出端d之間，且該LED燈的正端或負端均可作為接地端。
5.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述被驅動單元(4)包括多個LED燈，這些LED燈串聯連接後跨接於儲能單元(3)的輸出端c和儲能單元(3)的輸出端d之間,且任意一個LED燈的正端或負端均可作為接地端。
6.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述被驅動單元(4)包括多個LED燈，這些LED燈並聯連接後跨接於儲能單元(3)的輸出端c和儲能單元(3)的輸出端d之間，且這些LED燈的正端或負端均可作為接地端。
7.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述被驅動單元(4)包括多個LED燈，這些LED燈經串並聯連接後跨接於儲能單元(3)的輸出端c和儲能單元(3)的輸出端d之間,且任意一個LED燈的正端或負端均可作為接地端。
8.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述開關器件Ql採用場效應管或三極體。
9.根據權利要求1所述的非隔離型LED驅動電路，其特徵在於所述的流過儲能單元(3)的電流，包括充電電流和放電電流。
【文檔編號】H05B37/02GK103596327SQ201310503707
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】來新泉, 韓傑, 何惠森, 邵麗麗 申請人:西安銓芯電子有限公司