一种LED驱动装置及其线电压补偿电路与补偿方法与流程

本发明涉及LED照明技术领域，特别涉及一种LED驱动装置及其线电压补偿电路与补偿方法。

背景技术：

现有的线性恒流驱动结构如图1所示，当输入市电电压波动时，由于内部的参考电压恒定(如图2所示)，所以输入电流恒定，但是由于输入电压波动，所以输入功率会同步发生变化，从而造成整灯存在压闪。其功率随着线电压变化曲线如图3所示，会出现当线电压增大时，其功率也会增加的现象。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种LED驱动装置及其线电压补偿电路与补偿方法，可得到带有修正的输入电压来控制恒流驱动部分，实现功率的恒定。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种LED驱动装置的线电压补偿电路，其包括相位时间转换模块、时间电压转换模块和电压运算模块；由相位时间转换模块对经LED灯串降压后的输入电压进行采样，并根据采样电压输出相应的时间脉冲信号；时间电压转换模块将所述时间脉冲信号转换为对应的直流电压至电压运算模块，由电压运算模块根据所述直流电压对参考电压进行调整并输出修正电压以控制恒流驱动。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述相位时间转换模块具体用于根据采样电压曲线若干位置处的斜率输出相应的时间脉冲信号。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述相位时间转换模块包括第一分压单元、比较单元和逻辑运算单元；由第一分压单元对经LED灯串降压后的输入电压进行采样，比较单元根据采样电压输出相应的电平信号至逻辑运算单元，逻辑运算单元根据所述电平信号输出第一时间脉冲信号和第二时间脉冲信号。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述时间电压转换模块包括电流源、第一开关单元、第二开关单元和充放电单元；所述第一开关单元根据第一时间脉冲信号闭合或断开，所述第二开关单元根据第二时间脉冲信号闭合或断开；

当第一开关单元断开且第二开关单元闭合时，电流源输出第一电流对充放电单元充电；当第一开关单元闭合且第二开关单元断开时，充放电单元进行放电，输出直流电压至电压运算模块。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述电压运算模块包括恒流源单元、电流减法器和第二分压单元；所述恒流源单元根据所述直流电压输出相应的第二电流，所述第二电流经过电流减法器后输出第三电流，第二分压单元根据所述第三电流对参考电压进行调整并输出修正电压。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述第一分压单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述比较单元包括第一比较器、第二比较器和第三比较器；所述逻辑运算单元包括第一非门、第二非门、第一与门和第二与门；

所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻依次串联在LED灯串和地之间，所述第一电阻和第二电阻的中点连接第一比较器的同相输入端，所述第二电阻和第三电阻的中点连接第二比较器的同相输入端，所述第三电阻和第四电阻的中点连接第三比较器的同相输入端，所述第一比较器、第二比较器和第三比较器的反相输入端均连接参考电压端；所述第一比较器的输出端连接第一与门的一个输入端，所述第二比较器的输出端连接第二与门的一个输入端、还通过第一非门连接第一与门的另一个输入端，所述第三比较器的输出端通过第二非门连接第二与门的另一个输入端；所述第一与门的输出端连接时间转换模块的第一输入端，所述第二与门的输出端连接时间电压转换模块的第二输入端。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述第一开关单元包括第一模拟开关，所述第二开关单元包括第二模拟开关，所述充放电单元包括第一电容；所述第一模拟开关的控制端连接所述逻辑运算单元的第一输出端，所述第一模拟开关的一个连接端连接第一电容的一端、第二模拟开关的一个连接端和电压运算模块的输入端，所述第一模拟开关的另一个连接端和第一电容的另一端均接地；所述第二模拟开关的另一个连接端通过电流源连接VCC供电端，所述第二模拟开关的控制端连接逻辑运算单元的第二输出端。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述恒流源单元包括运算放大器、第一MOS管和第五电阻；所述电流减法器包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管；所述第二分压单元包括第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述运算放大器的同相输入端连接时间电压转换模块的输出端，所述运算放大器的反相输入端连接第一MOS管的源极和第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地；所述运算放大器的输出端连接第一MOS管的栅极；所述第一MOS管的漏极连接第二MOS管的漏极、第二MOS管的栅极和第三MOS管的栅极；所述第二MOS管的源极和所述第三MOS管的源极均连接VCC供电端；所述第三MOS管的漏极连接第四MOS关的漏极、第六电阻的一端和第七电阻的一端；所述第四MOS管的栅极连接第五MOS管的栅极、第五MOS管的漏极和外部电流源，所述第四MOS管的源极和第五MOS管的源极接地；所述第六电阻的另一端连接参考电压端；所述第七电阻的另一端通过第八电阻接地，所述第七电阻和第八电阻的中点输出所述修正电压。

所述的LED驱动装置的线电压补偿电路中，所述第一MOS管、第四MOS管和第五MOS管为N沟道MOS管；所述第二MOS管和第三MOS管为P沟道MOS管。

一种LED驱动装置的线电压补偿方法，其包括如下步骤：

A、由相位时间转换模块对经LED灯串降压后的输入电压进行采样，并根据采样电压输出相应的时间脉冲信号；

B、由时间电压转换模块将所述时间脉冲信号转换为对应的直流电压；

C、由电压运算模块根据所述直流电压对参考电压进行调整并输出修正电压以控制恒流驱动。

一种LED驱动装置，包括LED灯串、用于对输入交流电进行整流的整流模块以及用于保持输入电流恒定的恒流驱动模块，其还包括如上所述的线电压补偿电路，用于根据输入电压的变化输出修正电压至恒流驱动模块，以保持功率的恒定；所述整流模块的输入端连接交流电，所述整流模块的输出端通过LED灯串连接线电压补偿电路；所述线电压补偿电路连接恒流驱动模块。

相较于现有技术，本发明提供的LED驱动装置及其线电压补偿电路与补偿方法中，所述LED驱动装置的线电压补偿电路包括相位时间转换模块、时间电压转换模块和电压运算模块；由相位时间转换模块对经LED灯串降压后的输入电压进行采样，并根据采样电压输出相应的时间脉冲信号；时间电压转换模块将所述时间脉冲信号转换为对应的直流电压至电压运算模块，由电压运算模块根据所述直流电压对参考电压进行调整并输出修正电压以控制恒流驱动，通过使用带有修正的输入电压来控制恒流驱动部分，实现功率的恒定。

附图说明

图1为现有技术中LED照明驱动电路的结构框图。

图2为现有技术中LED照明驱动电路的输入市电电压与参考电压曲线图。

图3为现有技术中LED照明驱动电路的功率-电压曲线图。

图4为本发明提供的LED驱动装置的原理图。

图5为本发明提供的LED驱动装置的输入市电电压与采样电压曲线图。

图6本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路中相位时间转换模块的电路图。

图7本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路中相位时间转换模块输出的时间脉冲信号示意图。

图8本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路中时间电压转换模块的电路图。

图9本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路中电压运算模块第一实施例的电路图。

图10本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路输出的修正电压示意图。

图11本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路功率-电压曲线图。

图12本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路中电压运算模块第二实施例的电路图。

图13本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿电路中电压运算模块第三实施例的电路图。

图14本发明提供的LED驱动装置的线电压补偿方法的流程图。

具体实施方式

鉴于现有技术中当线电压出现波动时，LED驱动电路的输入功率会随之产生波动等缺点，本发明的目的在于提供一种LED驱动装置及其线电压补偿电路与补偿方法，可得到带有修正的输入电压来控制恒流驱动部分，实现功率的恒定。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图4，本发明提供的LED驱动装置包括LED灯串11、用于对输入交流电进行整流的整流模块12、用于保持输入电流恒定的恒流驱动模块13以及用于根据输入电压的变化输出修正电压至恒流驱动模块13，以保持功率恒定的线电压补偿电路14，所述整流模块12的输入端连接交流电，所述整流模块12的输出端通过LED灯串11连接线电压补偿电路14；所述线电压补偿电路14连接恒流驱动模块13。通过增设线电压补偿电路14实现电压补偿，在输入市电电压出现波动时，可输出一修正电压至恒流驱动模块13进行驱动，以实现功率的恒定，避免出现压闪的现象。本实施例中，所述整流模块12为整流桥。

具体地，所述LED驱动装置的线电压补偿电路14包括相位时间转换模块10、时间电压转换模块20和电压运算模块30，所述相位时间转换模块10连接LED灯串11的负极、还依次连接时间电压转换模块20和电压运算模块30，由相位时间转换模块10对经LED灯串11降压后的输入电压进行采样，即对图中DOUT处进行电压采样，并根据采样电压输出相应的时间脉冲信号，该时间脉冲信号与市电电压经整流后输出的线电压VAC相关，具体请一并结合图5，相位时间转换模块10从DOUT处进行采样，即DOUT处的电压是线电压VAC经过一定数目LED灯串11压降后的电压，所以DOUT处电压已经包含了线电压VAC的特点，不同的线电压VAC与对应的DOUT电压关系如图5所示，当市电电压发生变化时，DOUT也发生相应变化，相位时间转换模块10将根据采集的DOUT电压输出一个与线电压VAC大小相关的时间脉冲信号。

优选地，所述相位时间转换模块10具体用于根据采样电压（DOUT电压）曲线若干位置处的斜率输出相应的时间脉冲信号，DOUT电压曲线不同斜率位置处对应不同的电压大小，根据曲线斜率的不同可对应输出若干个电平信号，选取的曲线斜率与输出的电平信号的脉冲宽度相关，之后根据所述电平信号的脉冲宽度输出相应的时间脉冲信号。根据DOUT电压曲线的特点，可根据斜率的绝对值进行判断，例如当斜率的绝对值处于第一斜率和第二斜率之间时输出一个时间脉冲信号，而当斜率的绝对值处于第二斜率和第三斜率之间时输出另一个时间脉冲信号，由于某一点的斜率对应代表了该点的电压大小即相位大小，因此成功将采样电压的相位和电压信息转换成了时间脉冲信号。

之后时间电压转换模块20接收相位时间转换模块10输出的时间脉冲信号，将所述时间脉冲信号转换为对应的直流电压至电压运算模块30，所述直流电压同样与线电压VAC相关，之后由电压运算模块30根据所述直流电压对参考电压进行调整并输出修正电压以控制恒流驱动，根据市电电压的波动实时调整输出至恒流驱动电路的修正电压，实现输入功率的恒定，避免LED因功率波动受损。

进一步地，请一并参阅图6，所述相位时间转换模块10包括第一分压单元101、比较单元102和逻辑运算单元103，所述第一分压单元101连接LED灯串11的负极、还依次连接所述比较单元102和逻辑运算单元103，所述逻辑运算单元103的输出端连接时间电压转换模块20，由第一分压单元101对经LED灯串11降压后的输入电压进行采样，比较单元102根据采样电压输出相应的电平信号至逻辑运算单元103，逻辑运算单元103根据所述电平信号输出第一时间脉冲信号和第二时间脉冲信号。具体来说，本发明通过第一分压单元101对DOUT电压进行采集，之后比较单元102根据采集的DOUT电压生成不同宽度的脉冲电压，经逻辑运算单元103对所述脉冲电压进行逻辑运算处理后，根据脉冲宽度的不同最终输出两个与线电压VAC大小相关的时间脉冲信号，即第一时间脉冲信号和第二时间脉冲信号。

优选地，所述第一分压单元101包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述比较单元102包括第一比较器A1、第二比较器A2和第三比较器A3；所述逻辑运算单元103包括第一非门NOT1、第二非门NOT2、第一与门AND1和第二与门AND2。

所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4依次串联在LED灯串11和地之间，所述第一电阻R1和第二电阻R2的中点连接第一比较器A1的同相输入端，所述第二电阻R2和第三电阻R3的中点连接第二比较器A2的同相输入端，所述第三电阻R3和第四电阻R4的中点连接第三比较器A3的同相输入端，所述第一比较器A1、第二比较器A2和第三比较器A3的反相输入端均连接参考电压端；所述第一比较器A1的输出端连接第一与门AND1的一个输入端，所述第二比较器A2的输出端连接第二与门AND2的一个输入端、还通过第一非门NOT1连接第一与门AND1的另一个输入端，所述第三比较器A3的输出端通过第二非门NOT2连接第二与门AND2的另一个输入端；所述第一与门AND1的输出端连接时间转换模块的第一输入端，所述第二与门AND2的输出端连接时间电压转换模块20的第二输入端。

其中，所述第一比较器A1、第二比较器A2和第三比较器A3的检测阈值分别为Vth1、Vth2和Vth3（分别对应DOUT电压曲线的不同斜率），当LED灯串11下方电压DOUT超过Vth1、Vth2、Vth3（其中Vth1<Vth2<Vth3）时，第一比较器A1、第二比较器A2和第三比较器A3分别输出高电平，具体请一并参阅图7，即第一比较器A1、第二比较器A2和第三比较器A3的输出电压AO、BO和CO为不同宽度的脉冲电压，之后三个比较器的输出电压经过两个非门和两个与门的逻辑运算后输出第一时间脉冲信号DISCHG和第二时间脉冲信号CHG至时间电压转换模块20，这两个时间脉冲信号为占空比与线电压VAC相关的信号，反映了线电压VAC的变化，具体当LED灯串11下方电压DOUT在Vth1到Vth2之间时，DISCHG有效，当灯串下方电压DOUT在Vth2到Vth3之间时，CHG有效，时间电压转换模块20根据所述第一时间脉冲信号DISCHG和第二时间脉冲信号CHG的高电平维持时间将其转换为相应的直流电压。

进一步地，请一并参阅图8，所述时间电压转换模块20包括电流源201I1、第一开关单元202、第二开关单元203和充放电单元204，所述第一开关单元202和第二开关单元203均连接所述逻辑运算单元103，分别接收逻辑运算单元103输出的第一时间脉冲信号DISCHG和第二时间脉冲信号CHG，所述电流源201I1通过第二开关电源连接第一开关单元202和充放电单元204，所述充放电单元204还连接电压运算模块30。其中所述第一开关单元202根据第一时间脉冲信号DISCHG闭合或断开，所述第二开关单元203根据第二时间脉冲信号CHG闭合或断开；当第一开关单元202断开且第二开关单元203闭合时，电流源201输出第一电流对充放电单元204充电；当第一开关单元202闭合且第二开关单元203断开时，充放电单元204进行放电，输出直流电压至电压运算模块30。根据第一时间脉冲信号DISCHG和第二时间脉冲信号CHG分别控制第一开关单元202和第二开关单元203的工作状态，进而控制充放电单元204的充电或放电，输出一直流电平至电压运算模块30，实现时间脉冲到电压的转换。

具体地，所述第一开关单元202包括第一模拟开关S1，所述第二开关单元203包括第二模拟开关S2，所述充放电单元204包括第一电容C1；所述第一模拟开关S1的控制端连接所述逻辑运算单元103的第一输出端，所述第一模拟开关S1的一个连接端连接第一电容C1的一端、第二模拟开关S2的一个连接端和电压运算模块30的输入端，所述第一模拟开关S1的另一个连接端和第一电容C1的另一端均接地；所述第二模拟开关S2的另一个连接端通过电流源201连接VCC供电端，所述第二模拟开关S2的控制端连接逻辑运算单元103的第二输出端。

当第一时间脉冲信号CHG有效时，即为高电平时，此时第二时间脉冲信号DISCHG为低电平，则第二模拟开关S2闭合而第一模拟开关S1断开，电流源201I1通过第二模拟开关S2对第一电容C1进行充电；当第二时间脉冲信号DISCHG有效时，即为高电平时，此时第一时间脉冲信号CHG为低电平，则第一模拟开关S1闭合而第二模拟开关S2断开，第一电容C1通过第一模拟开关S1放电，从而输出直流电平Vadj至电压运算模块30，为后续计算修正电压提供基础。

更进一步地，请一并参阅图9，所述电压运算模块30包括恒流源单元301、电流减法器302和第二分压单元303，所述恒流源单元301连接所述充放电单元204，所述恒流源单元301还通过所述电流减法器302连接第二分压单元303，所述第二分压单元303连接恒流驱动模块13，所述恒流源单元301根据所述直流电压输出相应的第二电流，所述第二电流经过电流减法器302后输出第三电流，第二分压单元303根据所述第三电流对参考电压进行调整并输出修正电压。

具体地，本发明提供的线电压补偿电路14中，所述电压运算模块30提供三种实施例，如图9所示，第一种实施例中，所述恒流源单元301包括运算放大器OP1、第一MOS管M1和第五电阻R5；所述电流减法器302包括第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5；所述第二分压单元303包括第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；所述运算放大器OP1的同相输入端连接时间电压转换模块20的输出端，所述运算放大器OP1的反相输入端连接第一MOS管M1的源极和第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端接地；所述运算放大器OP1的输出端连接第一MOS管M1的栅极；所述第一MOS管M1的漏极连接第二MOS管M2的漏极、第二MOS管M2的栅极和第三MOS管M3的栅极；所述第二MOS管M2的源极和所述第三MOS管M3的源极均连接VCC供电端；所述第三MOS管M3的漏极连接第四MOS关的漏极、第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端；所述第四MOS管M4的栅极连接第五MOS管M5的栅极、第五MOS管M5的漏极和外部电流源201，所述第四MOS管M4的源极和第五MOS管M5的源极接地；所述第六电阻R6的另一端连接参考电压端；所述第七电阻R7的另一端通过第八电阻R8接地，所述第七电阻R7和第八电阻R8的中点输出所述修正电压。本实施例中，所述第一MOS管M1、第四MOS管M4和第五MOS管M5为N沟道MOS管；所述第二MOS管M2和第三MOS管M3为P沟道MOS管。

其中，所述恒流源单元301根据充放电单元204输出的直流电压Vadj，生成相应的第二电流Iadj，Iadj=Vadj/R5，所述第二电流Iadj经过电流减法器302后输出第三电流Icomp，Icomp=Idc-Iadj=Idc-Vadj/R5，电流减法器302从第二分压单元303的第六电阻R6R6中抽取一定的电流，最终的修正电压输出为：

经本发明提供的线电压补偿电路14进行电压修正后，产生的修正电压Vrefx的波形如图10所示，当输入电压升高时，对应的Vref会相应减小，功率对电压的变化如图11所示，可以发现功率基本不随线电压的变化而变化，当输入电压产生波动时，系统功率也能维持恒定，大大提高了输入功率的稳定性，提高LED产品的可靠性。

如图12所示，其为本发明提供的电压运算模块30第二种实施例，其与上述第一种实施例的不同之处在于采用一恒流源Iref代替电压源Vref，如图13所示，其为本发明提供的电压运算模块30第三种实施例，其与上述第一种实施例的不同之处在于将电压源Vref去除掉，直接用采样转换的电流来驱动电阻串提供修正电压Vrefx。

更进一步地，本发明提供的线电压补偿电路14还可实现填谷应用，将相位时间转换模块10的采样电压处从LED灯串11下方移至整流桥的正输出端，由于填谷应用中DOUT电压与线电压的相关性不再是那么强，因此从VAC处检测线电压进行补偿。

相应地，本发明还相应提供一种LED驱动装置的线电压补偿方法，如图14所示，所述LED驱动装置的线电压补偿方法包括如下步骤：

S100、由相位时间转换模块对经LED灯串降压后的输入电压进行采样，并根据采样电压输出相应的时间脉冲信号；

S200、由时间电压转换模块将所述时间脉冲信号转换为对应的直流电压；

S300、由电压运算模块根据所述直流电压对参考电压进行调整并输出修正电压以控制恒流驱动。

本发明还相应提供一种LED驱动装置的线电压补偿电路，由于上文已对所述线电压补偿电路进行了详细介绍，此处不再详述。

综上所述，本发明提供的LED驱动装置及其线电压补偿电路与补偿方法中，所述LED驱动装置的线电压补偿电路包括相位时间转换模块、时间电压转换模块和电压运算模块；由相位时间转换模块对经LED灯串降压后的输入电压进行采样，并根据采样电压输出相应的时间脉冲信号；时间电压转换模块将所述时间脉冲信号转换为对应的直流电压至电压运算模块，由电压运算模块根据所述直流电压对参考电压进行调整并输出修正电压以控制恒流驱动，通过使用带有修正的输入电压来控制恒流驱动部分，实现功率的恒定。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。