专利名称：一种高效率的led驱动电路及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，更具体的说，涉及一种应用于LED装置的驱动电路及其驱动方法。
背景技术：
随着照明行业的不断创新和迅速发展，加之节能和环保日益重要，LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。然而，由于LED灯的亮度与光输出强度参数相关，其与它的电流及正向压降成正比，并随温度变化而变化。因此，LED的驱动需要恒流电源，以保证LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。可见，选择正确的LED驱动至关重要。没有好的LED驱动电源的匹配，LED照明的优势无法得以体现。现有技术中，通常采用两种类型的功率调节器来作为LED驱动器，一种是线性调节器，另一种是开关型调节器。参考图1A，所示为现有技术中的一种采用线性调节器的LED 驱动器的原理框图，其包括功率开关Ml，误差放大器EAl和检测电阻Rsensel。检测电阻Rsensel 采样功率开关Ml的输出电流，并与一基准值Vkefi通过所述误差放大器EAl进行误差放大运算，以得到一误差信号Verrorl。功率开关Ml接收直流母线电压Vbus和所述误差信号VCTral，以产生基本恒定的输出电压和输出电流来驱动LED装置。可见，采用线性调节器的LED驱动器，电路结构相对简单，元器件较少，成本也较小；但是，这种LED驱动器的效率很低。例如， 输入交流电压的范围为90-265V，经过整流桥获得的直流母线电压的范围约为120V-375V。 因此，所述LED装置的驱动电压不能大于最小母线电压(即120V)，显然，对375V的直流母线电压(交流而言，所产生的功率损耗是非常大的，效率将会低于35%。参考图1B，所示为现有技术中的一种采用开关型调节器的LED驱动器的原理框图；其中，功率开关M2，输出电感Li，输出二极管Dl组成一降压型拓扑结构；检测电阻Rsense2 采样流过所述LED装置的电流，并与一基准值Vkef2进行误差运算，以得到一误差信号Vctm2 ； 控制和驱动电路接收所述误差信号Votot2,以产生相应的驱动信号来驱动功率开关M2，使其周期性的导通或者关断，从而输出一基本恒定的输出电压和输出电流来驱动LED装置。如果不考虑功率开关和磁性元件(电感)上的导通损耗，开关型调节器理论上可以达到接近 100%的工作效率。但是，开关型调节器的工作频率很高，因此EMI滤波电路是必不可少的。 因此，相比于线性调节器，开关型调节器的元器件数目较多，尺寸较大，成本也相对较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效率的LED驱动电路，其只采用一个功率开关；根据输入电压与驱动电压之间的数值关系，选择性的输出电流；当输入电压较高时，没有输出电流；当输入电压较小时，输出一定电流以驱动LED装置。依据本发明的一实施例的一种高效率的LED驱动方法，用以驱动一 LED装置，包括接收一交流输入电压，并进行检测以获得所述交流输入电压的绝对值；
一功率开关接收一直流母线电压，并产生一驱动电压和驱动电流，来驱动所述LED 装置；所述直流母线电压由所述交流输入电压经过整流获得；根据当前驱动电流和所述LED装置的期望驱动电流来产生一可变的第一基准电压；采样所述LED装置的驱动电压；比较所述交流输入电压的绝对值和所述驱动电压与所述第一基准电压之和；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压与第一基准电压之和时，关断所述功率开关；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压而小于所述驱动电压与第一基准电压之和时，导通所述功率开关，以产生一输出电流；所述输出电流的平均值与所述期望驱动电流相匹配。进一步的，所述第一基准电压的产生步骤还包括采样所述LED装置的当前驱动电流；计算当前驱动电流和期望驱动电流之间的误差，以获得一误差控制信号；当当前驱动电流小于所述期望驱动电流时，所述误差控制信号调节所述第一基准电压，以使第一基准电压增加；当当前驱动电流大于所述期望驱动电流时，所述误差控制信号调节所述第一基准电压，以使第一基准电压减小。优化的，所述第一基准电压的产生步骤包括根据所述误差控制信号控制一可控电流源；利用所述可控电流源给一电阻充电，从而将所述电阻两端的电压作为所述第一基准电压。优化的，所述LED驱动方法还包括，对所述功率开关的导通电流进行限流。优化的，所述LED驱动方法包括，对所述功率开关的导通电流的波形进行整形操作。依据本发明一实施例的一种高效率的LED驱动电路，包括一功率开关，以接收一交流输入电压，并产生驱动电压和驱动电流来驱动一 LED装置，包括，交流电压检测电路，用以接收所述交流输入电压，并获得所述交流输入电压的绝对值；反馈控制电路，用以根据接收到的所述驱动电流和所述LED装置的期望驱动电流
来产生一可变的第一基准电压；第一比较电路，分别与所述交流电压检测电路和所述反馈控制电路连接，用以比较接收到的所述交流输入电压的绝对值与所述第一基准电压和所述驱动电压之和；所述功率开关的第一功率端接收一直流母线电压，所述直流母线电压由所述交流输入电压经过一整流桥整流后获得；第二功率端连接至一输出电容；控制端连接至所述第一比较电路；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压和所述第一基准电压之和时，所述第一比较电路控制所述功率开关关断；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压而小于所述驱动电压和所述第一基准电压之和时，所述第一比较电路控制所述功率开关导通，从而产生一输出电流，并且保证所述输出电流的平均值与所述期望驱动电流相匹配。优选的，所述反馈控制电路包括检测电路，误差放大器，第一基准电压发生电路； 其中，所述检测电路串联连接至输出电容和所述LED装置之间，以采样当前驱动电流；所述误差放大器用以计算接收到的当前驱动电流和所述期望驱动电流之间的误
差，以获得一误差控制信号；所述第一基准电压发生电路根据接收到的所述误差控制信号，以相应的产生变化的所述第一基准电压，并与所述驱动电压叠加后，输入至所述第一比较电路。优选的，所述第一基准电压发生电路包括一可控电流源和一电阻；所述误差控制信号输入至所述可控电流源，以控制所述可控电流源的输出电流； 所述可控电流源的输出电流在一电阻上的电压作为所述第一基准电压。优化的，所述LED驱动电路还包括连接在所述功率开关和所述整流桥之间的限流电路，以对所述功率开关的导通电流进行限制。优化的，所述LED驱动电路还包括连接在所述功率开关和所述整流桥之间的波形整形电路，以对所述功率开关的导通电流的波形进行整形，以减小其谐波分量。依照本发明所公开的高效率的LED驱动电路和驱动方法，根据输入电压与驱动电压之间的数值关系，选择性的输出电流，以实现最大的工作效率；同时，主电路结构相对简单，不再需要复杂的电磁干扰滤除电路，尺寸和成本相对也得到了较好的优化。
图IA所示为采用现有技术的一种线性调节器的LED驱动器的原理框图；图IB所示为采用现有技术的一种开关型调节器的LED驱动器的原理框图；图2A所示为依据本发明一实施例的高效率的LED驱动电路的原理框图；图2B所示为图2A所示的依据本发明的LED驱动电路的工作波形图；图3所示为依据本发明另一实施例的高效率的LED驱动电路的原理框图；图4所示为依据本发明的一优选实施例的高效率的LED驱动方法的流程框图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。以下结合具体实施例详细说明依据本发明的LED驱动电路的实现方式。参考图2A，所示为依据本发明的第一实施例的高效率的LED驱动电路的原理框图。在该实施例中，所述LED驱动电路包括功率开关、，输出电容C。ut，第一比较电路201、 反馈控制电路202和输入交流电压检测电路203 ；其中，所述功率开关、第一功率端耦合至直流母线电压Vbus (输入电压)的第一端，第二功率端耦合至一 LED装置的第一端，所述直流母线电压Vbus由输入交流电压经过整流桥整
6流获得； 所述输出电容C。ut与所述LED装置并联连接，并且其第一端耦合至功率开关、的第二功率端，第二端耦合至所述直流母线电压Vbus的第二端； 所述输入交流电压检测电路203用以接收输入交流电压，并获得交流输入电压绝对值Vab;所述反馈控制电路202接收表征当前所述LED装置的驱动电流I·的第一控制信号Ismse和表征期望驱动电流的第二基准电压vMf2，以产生所述可调节的第一基准电压 V ·
“refl ‘所述第一比较电路201的第一输入端与所述交流输入电压检测电路203连接，以接收所述交流输入电压绝对值Vab，第二输入端接收所述LED装置的驱动电压V·与所述第一基准电压VMfl的和值；第一比较电路201的输出端耦合至所述功率开关、的控制端，以利用驱动信号Vtoire控制所述功率开关、的状态；当所述交流输入电压的绝对值Vab大于所述驱动电压Vmi和所述第一基准电压 Vrefl之和时，所述第一比较电路201控制所述功率开关、关断；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压Vmi而小于所述驱动电压Vmi和所述第一基准电压之和时，导通所述功率开关SM，从而产生一输出电流I。ut，并且保证所述输出电流的平均值与所述期望驱动电流相匹配。以下结合图2B所示的图2A所示的LED驱动电路的工作波形图详细说明依据本发明的图2A所示的LED驱动电路的工作过程。当所述交流输入电压绝对值Vab大于所述驱动电压Vmi和所述第一基准电压VMfl 之和时，所述第一比较电路201控制所述功率开关、关断，没有输出电流；当所述交流输入电压绝对值Vab大于所述驱动电压Vmi而小于所述驱动电压Vmi和所述第一基准电压Vrefl之和时，导通所述功率开关、，以产生一定的输出电流I。ut ；在半个工作周期T/2内，输出电流I。ut的持续时间2X、；由于可调节的第一基准电压表征当前的 LED驱动电流与期望驱动电流之间的差异，所以通过对第一基准电压VMfl数值的调节，保证功率开关、的输出电流I。ut的平均值与期望驱动电流相匹配。当所述直流母线电压Vbus小于所述驱动电压Vmi时，所述LED驱动电路不工作，即此时功率开关、的输出电流为零。采用图2A所示的依据本发明的LED驱动电路，在直流母线电压即输入电压较小时，功率开关、在一定的时间区间内输出一定的输出电流；由于该时间区间表征当前的 LED驱动电流与期望驱动电流之间的差异，所以可以保证所述输出电流的平均值与所需的驱动电流相匹配，以满足驱动LED装置的要求；而在直流母线电压较大时，关断所述功率开关，因此与现有技术中采用线性调节器的LED驱动器相比，其工作效率大大提升。例如，假设LED装置的驱动电压V· = 120V，直流母线电压的峰值Vpk = 240V，LED 装置的驱动电流为I^1 = IOOmA ；则对采用线性调节器的LED驱动器而言(如图1A)，其工作效率为
权利要求
1.一种高效率的LED驱动方法，用以驱动一 LED装置，其特征在于，包括 接收一交流输入电压，并进行检测以获得所述交流输入电压的绝对值；一功率开关接收一直流母线电压，并产生一驱动电压和驱动电流，来驱动所述LED装置；所述直流母线电压由所述交流输入电压经过整流获得；根据当前驱动电流和所述LED装置的期望驱动电流来产生一可变的第一基准电压； 采样所述LED装置的驱动电压；比较所述交流输入电压的绝对值和所述驱动电压与所述第一基准电压之和； 当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压与第一基准电压之和时，关断所述功率开关；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压而小于所述驱动电压与第一基准电压之和时，导通所述功率开关，以产生一输出电流；所述输出电流的平均值与所述期望驱动电流相匹配。
2.根据权利要求1所述的LED驱动方法，其特征在于，还包括 采样所述LED装置的当前驱动电流；计算当前驱动电流和期望驱动电流之间的误差，以获得一误差控制信号； 当当前驱动电流小于所述期望驱动电流时，所述误差控制信号调节所述第一基准电压，以使第一基准电压增加；当当前驱动电流大于所述期望驱动电流时，所述误差控制信号调节所述第一基准电压，以使第一基准电压减小。
3.根据权利要求2所述的LED驱动方法，其特征在于，还包括 根据所述误差控制信号控制一可控电流源；利用所述可控电流源给一电阻充电，从而将所述电阻两端的电压作为所述第一基准电压。
4.根据权利要求1所述的LED驱动方法，其特征在于，还包括，对所述功率开关的导通电流进行限流。
5.根据权利要求1所述的LED驱动方法，其特征在于，还包括，对所述功率开关的导通电流的波形进行整形操作。
6.一种高效率的LED驱动电路，包括一功率开关，以接收一交流输入电压，并产生驱动电压和驱动电流来驱动一 LED装置，其特征在于，包括，交流电压检测电路，用以接收所述交流输入电压，并获得所述交流输入电压的绝对值；反馈控制电路，用以根据接收到的所述驱动电流和所述LED装置的期望驱动电流来产生一可变的第一基准电压；第一比较电路，分别与所述交流电压检测电路和所述反馈控制电路连接，用以比较接收到的所述交流输入电压的绝对值与所述第一基准电压和所述驱动电压之和；所述功率开关的第一功率端接收一直流母线电压，所述直流母线电压由所述交流输入电压经过一整流桥整流后获得；第二功率端连接至一输出电容；控制端连接至所述第一比较电路；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压和所述第一基准电压之和时，所述第一比较电路控制所述功率开关关断；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压而小于所述驱动电压和所述第一基准电压之和时，所述第一比较电路控制所述功率开关导通，从而产生一输出电流，并且保证所述输出电流的平均值与所述期望驱动电流相匹配。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括检测电路，误差放大器，第一基准电压发生电路；其中，所述检测电路串联连接至输出电容和所述LED装置之间，以采样当前驱动电流；所述误差放大器用以计算接收到的当前驱动电流和所述期望驱动电流之间的误差，以获得一误差控制信号；所述第一基准电压发生电路根据接收到的所述误差控制信号，以相应的产生变化的所述第一基准电压，并与所述驱动电压叠加后，输入至所述第一比较电路。
8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一基准电压发生电路包括一可控电流源和一电阻；所述误差控制信号输入至所述可控电流源，以控制所述可控电流源的输出电流；所述可控电流源的输出电流在一电阻上的电压作为所述第一基准电压。
9.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括连接在所述功率开关和所述整流桥之间的限流电路，以对所述功率开关的导通电流进行限制。
10.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括连接在所述功率开关和所述整流桥之间的波形整形电路，以对所述功率开关的导通电流的波形进行整形，以减小其谐波分量。
全文摘要
依据本发明的一种高效率的LED驱动方法，用以驱动一LED装置，包括接收一交流输入电压，并进行检测以获得所述交流输入电压的绝对值；一功率开关接收一直流母线电压，并产生一驱动电压和驱动电流，来驱动所述LED装置；所述直流母线电压由所述交流输入电压经过整流获得；根据所述驱动电流调节第一基准电压；采样所述LED装置的驱动电压；比较所述交流输入电压的绝对值和所述驱动电压与所述第一基准电压之和；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压与第一基准电压之和时，关断所述功率开关；当所述交流输入电压的绝对值大于所述驱动电压而小于所述驱动电压与第一基准电压之和时，导通所述功率开关，以产生一输出电流；所述输出电流的平均值与所述LED装置所需的驱动电流相匹配。
文档编号H05B37/02GK102523666SQ201210012098
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者陈伟 申请人:杭州矽力杰半导体技术有限公司