CN116685022A - Led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
依据本发明的实施例揭露了一种LED驱动电路,所述LED驱动电路包括线性驱动电路,与所述LED负载串联耦接,用于控制流过LED负载的电流;第一电容,与所述线性驱动电路和所述LED负载组成的串联结构并联耦接;控制电路,减小所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值,以提高所述LED驱动电路的效率。本发明中的LED驱动电路减小了线性驱动电路的功率损耗,提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域,更具体的说,涉及一种LED驱动电路。
背景技术
发光二极管(LED)具有光效高、寿命长和功耗低等特点,因而广泛地被用作为光源。LED作为一种恒流负载,需要由能够输出恒定电流的驱动模块来驱动。图1给出了一种现有技术LED驱动电路的电路示意图,如图1所示,LED驱动电路包括整流电路10、电解电容C1和线性驱动电路20,整流电路10接收交流输入电压Vac,并将其转化为直流输入电压后输出,电解电容C1耦接在整流电路10的输出端,LED负载和线性驱动电路20串联耦接在整流电路10的输出端。在现有技术中,线性驱动电路20两端的压差较大,使得线性驱动电路20的功耗较大,LED驱动电路的效率较低。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种LED驱动电路,以减小线性驱动电路的功耗,提高LED驱动电路的效率。
本发明实施例提供了一种LED驱动电路,用于驱动LED负载,包括:线性驱动电路,与所述LED负载串联耦接,以控制流过LED负载的电流;第一电容,与所述线性驱动电路和所述LED负载组成的串联结构并联耦接;和
控制电路,被配置为减小所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值,以提高所述LED驱动电路的效率。
优选地,所述控制电路被配置为根据表征所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值的电压采样信号控制所述第一电容的电压。
优选地,所述控制电路被配置为根据表征所述线性驱动电路两端的压差的电压采样信号控制所述第一电容的电压。
优选地,所述控制电路被配置为比较所述电压采样信号和阈值电压以控制所述第一电容的电压,当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,控制所述第一电容的电压减小。
优选地,所述控制电路被配置为比较所述电压采样信号和阈值电压以控制所述第一电容的电压,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,控制所述第一电容的电压变大。
优选地,所述控制电路包括:第一控制信号生成电路,被配置为接收所述电压采样信号和阈值电压,以得到第一控制信号;和电压控制电路,接收所述第一控制信号,并根据所述第一控制信号控制所述第一电容的电压;其中,所述第一电容和所述电压控制电路串联耦接,或所述第一电容耦接在所述电压控制电路的输出端。
优选地,所述第一控制信号和所述电压采样信号的变化趋势相反,所述第一电容的电压与所述第一控制信号的变化趋势相同。
优选地,所述第一控制信号生成电路包括:第一比较器,第一输入端接收所述电压采样信号,第二输入端接收所述阈值电压,输出端产生第一比较信号;其中,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,所述第一控制信号增大,当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,所述第一控制信号减小。
优选地,所述第一控制信号生成电路还包括:第二电容和充放电电路,所述第二电容上的电压被配置为所述第一控制信号,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,所述充放电电路对所述第二电容进行充电,所述第一控制信号增大,当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,所述充放电电路对所述第二电容进行放电,所述第一控制信号减小。
优选地,所述充放电电路包括:第一恒流源和第一开关,串联耦接在供电电源和第一节点之间;和第二恒流源和第二开关,串联耦接在所述第一节点和地电位之间;所述第二电容耦接在所述第一节点和地电位之间,其中,利用所述第一比较信号控制所述第二开关的开关状态,利用所述第一比较信号的取反信号控制所述第一开关的开关状态。
优选地,所述第一控制信号生成电路还包括:计数器,被配置为接收所述第一比较信号和时钟信号,输出第一数字信号;数模转换电路,被配置为接收所述第一数字信号,并将所述第一数字信号转换为第一控制信号;其中,所述计数器被配置为利用时钟信号,每隔一段时间检测第一比较信号的电平,当所述第一比较信号为高电平时,所述计数器加1,当所述第一比较信号为低电平时,所述计数器减1。
优选地,所述电压控制电路和所述第一电容串联耦接在整流电路的输出端,所述电压控制电路根据所述第一控制信号控制流过所述第一电容的电流,以控制所述第一电容的电压。
优选地,所述电压控制电路包括:第一功率开关和第一采样单元,依次串联耦接在第二节点和地电位之间,和第一误差放大器,第一输入端耦接第一压控电压源的第一功率端,第二输入端耦接所述第一功率开关和所述第一采样单元的公共端,输出端耦接所述第一功率开关的控制端;其中,所述第一压控电压源的第二功率端接收所述第一控制信号,所述第一压控电压源的第一功率端的电压和所述第一控制信号的变化趋势相同。
优选地,所述电压控制电路包括:第一功率开关,串联耦接在第二节点和地电位之间,其中,第一功率开关的控制端耦接第一压控电压源的第一功率端,所述第一压控电压源的第二功率端接收所述第一控制信号,所述第一压控电压源的第一功率端的电压和所述第一控制信号的变化趋势相同。
优选地,所述电压控制电路包括:第一功率开关,串联耦接在第二节点和地电位之间,和第二比较器,第一输入端接收所述第一控制信号,第二输入端接收第一参考信号,输出端耦接所述第一功率开关的控制端。
优选地,所述第一电容耦接在所述整流电路的输出端的高电位端和第二节点之间。
优选地,所述第一电容耦接在所述整流电路的输出端的低电位端和地电位之间,所述第二节点被配置为所述整流电路的输出端的高电位端。
优选地,所述第一功率开关工作在线性状态,当所述第一控制信号增大时,流过所述第一功率开关的电流增大,所述第一电容的电压增大;当所述第一控制信号减小时,流过所述第一功率开关的电流减小,所述第一电容的电压减小。
优选地,所述第一功率开关工作在开关状态,当所述第一控制信号大于所述第一参考信号时,所述第一功率开关导通,有电流流过所述第一功率开关,所述第一电容的电压增大;当所述第一控制信号大于所述第一参考信号时,所述第一功率开关关断,流过所述第一功率开关的电流为零,所述第一电容的电压减小。
优选地,所述电压控制电路耦接在整流电路的输出端,所述第一电容耦接在所述电压控制电路的输出端,所述电压控制电路根据所述第一控制信号控制所述第一电容的电压。
优选地,所述电压控制电路包括功率级电路,耦接在所述整流电路的输出端,其中,所述第一电容耦接在所述功率级电路的输出端,利用所述第一控制信号控制所述功率级电路中开关管的导通时间,以控制所述第一电容的电压。
优选地,当所述第一控制信号增大时,控制所述功率级电路中主开关管的导通时间增大,所述第一电容的电压增大;当所述第一控制信号减小时,控制所述功率级电路中主开关管的导通时间减小,所述第一电容的电压减小。
优选地,所述控制电路还包括采样电路,用于生成表征所述线性驱动电路两端的压差的电压采样信号,其中,所述采样电路被配置为单端采样所述线性驱动电路和所述LED负载公共端的电压以生成所述电压采样信号,或差分采样所述线性驱动电路两端的电压以生成所述电压采样信号。
优选地,所述线性驱动电路包括:第二功率开关和第二采样单元,和LED负载串联耦接;第二误差放大器,第一输入端接收调光控制信号,第二输入端耦接所述第二功率开关和所述第二采样单元的公共端,输出端耦接所述第二功率开关的控制端;其中,所述采样电路差分采样所述第二功率开关两端的电压或单端采样所述第二功率开关和所述LED负载公共端的电压。
优选地,所述LED驱动电路还包括:调光控制电路,被配置为根据调光需求,生成调光控制信号,并提供给所述线性驱动电路;所述线性驱动电路被配置为根据所述调光控制信号控制流过LED负载的电流;辅助供电电路,并联耦接在所述第一电容的两端,用以将所述第一电容的电压转化为供电电压,以至少给所述调光控制电路供电。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:本发明的LED驱动电路包括线性驱动电路,与所述LED负载串联耦接,用于控制流过LED负载的电流;第一电容,与所述线性驱动电路和所述LED负载组成的串联结构并联耦接;控制电路,被配置为减小所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值,以提高所述LED驱动电路的效率。进一步的,所述控制电路被配置为根据表征所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值的电压采样信号控制所述第一电容的电压。具体的,根据表征所述线性驱动电路两端的压差的电压采样信号控制所述第一电容的电压,使得所述第一电容的电压和所述LED负载的电压接近,以提高LED驱动电路的效率。本发明中的LED驱动电路自适应控制所述第一电容的电压,使得线性驱动电路工作在效率较高点或最高点,从而减小了线性驱动电路的功损,提高了LED驱动电路的效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:
图1为现有技术LED驱动电路的电路示意图;
图2为本发明LED驱动电路实施例一的电路示意图;
图3为本发明LED驱动电路实施例二的电路示意图;
图4为本发明LED驱动电路实施例一和实施例二稳态时的工作波形图;
图5为本发明LED驱动电路实施例三的电路示意图;
图6为本发明LED驱动电路实施例四的电路示意图;
图7为本发明LED驱动电路实施例五的电路示意图;
图8为本发明LED驱动电路实施例六的电路示意图;
图9为本发明LED驱动电路实施例六稳态时的工作波形图;
图10为本发明LED驱动电路实施例七的电路示意图;
图11为本发明LED驱动电路实施例八的电路示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述,但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质,公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的附图都是为了说明的目的,并且附图不一定是按比例绘制的。
同时,应当理解,在以下的描述中,“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时,它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件,元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反,当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时,意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求,否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说,是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提供了一种LED驱动电路,用于驱动LED负载,包括:线性驱动电路,与所述LED负载串联耦接,以控制流过LED负载的电流;第一电容,与所述线性驱动电路和所述LED负载组成的串联结构并联耦接;和控制电路,被配置为减小所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值,以提高所述LED驱动电路的效率。
可选地,所述控制电路被配置为根据表征所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值的电压采样信号控制所述第一电容的电压。在一个实施例中,根据第一电容的电压和所述LED负载的负载电压生成所述差值,并采样所述差值以生成电压采样信号。由于所述线性驱动电路两端的压差可以表征所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值,因此,在另一个实施例中,所述控制电路被配置为根据表征所述线性驱动电路两端的压差的电压采样信号控制所述第一电容的电压。本发明后续以根据表征所述线性驱动电路两端的电压的电压采样信号控制所述第一电容的电压为例进行说明,但本发明对此不进行限制。进一步的,表征所述线性驱动电路两端的电压的电压采样信号可以通过单端采样或差分采样的方式获得。具体的,单端采样所述线性驱动电路和所述LED负载公共端的电压以生成所述电压采样信号,或差分采样所述线性驱动电路两端的电压以生成所述电压采样信号。
进一步的,所述控制电路被配置为比较所述电压采样信号和阈值电压以控制所述第一电容的电压,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,控制所述第一电容的电压变大,从而使得所述电压采样信号增大;当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,控制所述第一电容的电压减小,从而使得所述电压采样信号减小。后续给出了几种具体的实施例,但本发明对此不进行限制,任意能够实现:比较电压采样信号和阈值电压以控制第一电容的电压,当电压采样信号小于阈值电压时,控制第一电容的电压变大,当电压采样信号大于阈值电压时,控制第一电容的电压减小的控制电路均在本发明的保护范围内。
本发明的LED驱动电路自适应控制第一电容的电压,使得第一电容的电压接近LED负载的负载电压,即使得线性驱动电路的压差较小或者最小,从而所述LED驱动电路工作在效率较高点或最高点。
图2为本发明LED驱动电路实施例一的电路示意图;如图1所示,LED驱动电路包括线性驱动电路1、第一电容C1、控制电路2和整流电路3,线性驱动电路1与LED负载串联耦接,以控制流过LED负载的电流;第一电容C1与线性驱动电路1和LED负载组成的串联结构并联耦接;控制电路2被配置为减小第一电容C1的电压和LED负载的负载电压的差值,以提高LED驱动电路的效率,整流电路3用于接收所述交流输入电压Vac,并将其转换为母线电压VBUS。
控制电路2被配置为根据表征第一电容C1的电压和LED负载的负载电压的差值的电压采样信号控制第一电容C1的电压。在本实施例中,控制电路2被配置为根据表征线性驱动电路1两端的压差的电压采样信号控制第一电容C1的电压。具体的,线性驱动电路1和LED负载公共端的电压可以用于表征线性驱动电路1两端的压差,因此,在本实施例中,控制电路2还包括采样电路(图2中未给出),所述采样电路被配置为单端采样线性驱动电路1和LED负载公共端的电压以生成电压采样信号Vs。在本实施例中,线性驱动电路1包括第二功率开关Q2、第二采样单元和第二误差放大器GM2,第二采样单元包括第二电阻R2,第二电阻R2、第二功率开关Q2和LED负载串联耦接;第二误差放大器GM2的第一输入端接收调光控制信号Vrefi,调光控制信号Vrefi根据调光需求产生,可以为固定值,也可以为变化的值,本发明对此不进行限制。第二误差放大器GM2的第二输入端耦接第二功率开关Q2和第二电阻R2的公共端,第二误差放大器GM2的输出端耦接第二功率开关Q2的控制端;所述采样电路单端采样第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压。线性驱动电路1可以为其他的结构,本发明对此不进行限制。在本实施例中,LED负载、第二功率开关Q2和第二电阻R2依次串联耦接在电容C1的高电位端和地电位端,但发明对此不进行限制,例如,在其他的实施例中,第二功率开关Q2、第二电阻R2和LED负载依次串联耦接在电容C1的高电位端和地电位端。
具体的,控制电路2包括第一控制信号生成电路21和电压控制电路22,第一控制信号生成电路21被配置为接收电压采样信号Vs和阈值电压Vdsth,以得到第一控制信号VCOMPV;电压控制电路22接收第一控制信号VCOMPV,并根据第一控制信号VCOMPV控制第一电容C1的电压。
在本实施例中,第一控制信号VCOMPV和电压采样信号Vs的变化趋势相反,第一电容C1的电压与第一控制信号VCOMPV的变化趋势相同。但本发明对此不进行限制,只要能保证电压采样信号Vs和第一电容C1的电压的变化趋势相反的控制电路,均在本发明的保护范围内。
第一控制信号生成电路21包括第一比较器CMP1、第二电容C2和充放电电路211,第一比较器CMP1的第一输入端接收电压采样信号Vs,第一比较器CMP1的第二输入端接收阈值电压Vdsth,第一比较器CMP1的输出端产生第一比较信号V1;第二电容C2上的电压被配置为第一控制信号VCOMPV。当电压采样信号Vs小于阈值电压Vdsth时,充放电电路211对第二电容C2进行充电,第一控制信号VCOMPV增大,当电压采样信号Vs大于阈值电压Vdsth时,充放电电路211对第二电容C2进行放电,第一控制信号VCOMPV减小。
在本实施例中,充放电电路211包括第一恒流源I1和第一开关S1以及第二恒流源I2和第二开关S2,第一恒流源I1和第一开关S1串联耦接在供电电源VCC和第一节点n1之间;第二恒流源I2和第二开关S2串联耦接在第一节点n1和地电位之间;第二电容C2耦接在第一节点n1和地电位之间,第二开关S2的控制端接收第一比较信号V1,第一开关S1的控制端经过一反相器接收第一比较信号V1,即利用第一比较信号V1控制第二开关S2的开关状态,利用第一比较信号V1的取反信号控制第一开关S1的开关状态。当电压采样信号Vs小于阈值电压Vdsth时,第一比较信号V1为低电平,从而第二开关S2断开,第一开关S1导通,第一恒流源I1对第二电容C2进行充电,第一控制信号VCOMPV增大;当电压采样信号Vs大于阈值电压Vdsth时,第一比较信号V1为高电平,从而第二开关S2导通,第一开关S1断开,第二恒流源I2对第二电容C2进行放电,第一控制信号VCOMPV减小。在其他的实施例中,充放电电路211还可以为其他的结构,本发明对此不进行限制。例如,充放电电路211包括第一压控电流源和第二压控电流源,第一压控电流源和第二压控电流源依次串联耦接在供电电源VCC和地电位之间,第二电容C2耦接在第一压控电流源和第二压控电流源的公共端和地电位之间,第一压控电流源的控制端接收第一比较信号V1,第二压控电流源的控制端经过一反相器接收第一比较信号V1。
在本实施例中,电压控制电路22和第一电容C1串联耦接在整流电路3的输出端,电压控制电路22根据第一控制信号VCOMPV控制流过第一电容C1的电流,以控制第一电容C1的电压。
具体的,电压控制电路22包括第一功率开关Q1、第一采样单元和第一误差放大器GM1,第一采样单元包括第一电阻R1,第一功率开关Q1和第一电阻R1依次串联耦接在第二节点n2和地电位之间,第一误差放大器GM1的第一输入端耦接第一压控电压源Vc1的第一功率端,第一误差放大器GM1的第二输入端耦接第一功率开关Q1和第一电阻R1的公共端,第一误差放大器GM1的输出端耦接第一功率开关Q1的控制端。其中,第一压控电压源Vc1的第二功率端接收第一控制信号VCOMPV,第一压控电压源Vc1的控制端接收第一参考信号。在本实施例中,第一参考信号被配置为与母线电压VBUS成正比,即K*VBUS,其中,K为比例系数,但本发明对此不进行限制。从而第一压控电压源Vc1的第一功率端的电压为:VCOMPV-K*VBUS。由此可知,第一压控电压源Vc1的第一功率端的电压和第一控制信号VCOMPV的变化趋势相同。在本实施例中,第一电容C1耦接在整流电路3的输出端的高电位端和第二节点n2之间。在本实施例中,第一功率开关Q1工作在线性状态,当第一控制信号VCOMPV增大时,第一压控电压源Vc1的第一功率端的电压增大,流过第一功率开关Q1的电流增大,从而第一电容C1的充电电流增大,第一电容C1的电压增大;当第一控制信号VCOMPV减小时,第一压控电压源Vc1的第一功率端的电压减小,流过第一功率开关Q1的电流减小,从而第一电容C1的充电电流减小,第一电容C1的电压减小。
当电压采样信号Vs小于阈值电压Vdsth时,控制第一电容C1的电压变大,由于LED负载的负载电压相对为固定值,从而电压采样信号Vs增大;当电压采样信号Vs大于阈值电压Vdsth时,控制第一电容C1的电压减小,由于LED负载的负载电压相对为固定值,从而电压采样信号Vs减小,不断地进行上述动态调节,从而使得在稳态时,电压采样信号Vs基本等于阈值电压Vdsth,即在阈值电压Vdsth上下一定的范围内波动。当阈值电压Vdsth较小时,由于线性驱动电路1两端的压差(与电压采样信号Vs成正比)等于第一电容C1的电压减去LED负载的负载电压,且电压采样信号Vs基本等于阈值电压Vdsth,则第一电容C1的电压减去LED负载的负载电压的差值较小,从而LED驱动电路的效率较高。本领域工作人员可知,阈值电压Vdsth的取值会影响LED驱动电路的效率,设置LED负载正常工作,且流过LED的电流最小时,LED负载和第二功率开关Q2的公共端的电压或第二功率开关Q2两端的电压为阈值电压Vdsth,则此时线性驱动电路1的压差最小,功耗最低,LED驱动电路的效率最高。本发明对此不进行限制,阈值电压Vdsth可以为其他的值。
图3给出了本发明LED驱动电路实施例二的电路示意图。与实施例一的区别在于:所述采样电路被配置为差分采样线性驱动电路两端的电压以生成电压采样信号Vs。具体的,在本实施例中,采样电路差分采样第二功率开关Q2两端的压差以生成电压采样信号Vs,但本发明对此不进行限制,例如在其他的实施例中,采样电路差分采样LED负载和第二功率开关Q2的公共端与第二电阻R2的第二端的压差,第二电阻R2的第一端耦接第二误差放大器GM2的第二输入端。其余的部分均与实施例一类似,在此不进行赘述。
图4为本发明LED驱动电路实施例一和实施例二稳态时的工作波形图;其中,VBUS为整流电路3的输出电压,Vc1为第一电容C1的电压,VLED为LED负载的负载电压,Iin为整流电路3的输出电流,VLEDN为第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压,VDS_Q2为第二功率开关Q2两端的压差,VCOMPV为第一控制信号。在图4中,第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN或第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2直接作为电压采样信号Vs,本发明对此不进行限制。例如,在其他的实施例中,电压采样信号VS与第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN或第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2成正比。
从图4中看出,第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2小于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV增大,当第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2大于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV减小,由此,使得稳态时,第一电容C1的电压Vc1接近LED负载的负载电压VLED,从而减小了第一电容C1的电压Vc1和LED负载的负载电压VLED的差值,以提高LED驱动电路的效率。图4以第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2作为电压采样信号Vs为例进行说明,但本领域普通技术人员可知,也可将第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN作为电压采样信号Vs。具体的,当第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN小于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV增大;当第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN大于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV减小,由此,使得稳态时,第一电容C1的电压Vc1接近LED负载的负载电压VLED,从而减小了第一电容C1的电压Vc1和LED负载的负载电压VLED的差值,以提高LED驱动电路的效率。
图5为本发明LED驱动电路实施例三的电路示意图;与实施例一的区别在于:第一电容C1耦接在整流电路3的输出端的低电位端和地电位之间,第二节点n2被配置为整流电路3的输出端的高电位端。具体的,电压控制电路22耦接在整流电路3的输出端的高电位端(即第二节点n2)与地电位之间,更具体的,电压控制电路22中的第一功率开关Q1和第一电阻R1依次串联耦接在第二节点n2和地电位之间。其余部分与实施例一类似,在此不进行赘述。
图6为本发明LED驱动电路实施例四的电路示意图;与实施例一的区别在于:第一控制信号生成电路21的结构不同。具体的,在本实施例中,第一控制信号生成电路21包括第一比较器CMP1、计数器和数模转换电路DAC,第一比较器CMP1的第一输入端接收电压采样信号Vs,第一比较器CMP1的第二输入端接收阈值电压Vdsth,输出端产生第一比较信号V1;计数器被配置为接收第一比较信号V1和时钟信号CLK,输出第一数字信号D1;数模转换电路DAC被配置为接收第一数字信号D1,并将第一数字信号D1转换为第一控制信号VCOMPV。计数器被配置为利用时钟信号CLK,每隔一段时间检测第一比较信号V1的电平,当第一比较信号V1为高电平时,计数器加1,当第一比较信号V1为低电平时,计数器减1。具体的,例如每次时钟脉冲来临,对第一比较信号V1的电平进行检测。其余部分与实施例一类似,在此不进行赘述。
图7为本发明LED驱动电路实施例五的电路示意图;与实施例一的区别在于:电压控制电路22的结构不同。具体的,在本实施例中,电压控制电路22包括第一功率开关Q1,串联耦接在第二节点n2和地电位之间,其中,第一功率开关Q1的控制端耦接第一压控电压源Vc1的第一功率端,第一压控电压源Vc1的第二功率端接收第一控制信号VCOMPV,第一压控电压源Vc1的第一功率端的电压和第一控制信号VCOMPV的变化趋势相同。第一压控电压源Vc1的控制端接收第一参考信号。在本实施例中,第一参考信号被配置为与母线电压VBUS成正比,即K*VBUS,其中,K为比例系数,但本发明对此不进行限制。从而第一压控电压源Vc1的第一功率端的电压为:VCOMPV-K*VBUS。其余部分与实施例一类似,在此不进行赘述。
图8为本发明LED驱动电路实施例六的电路示意图;与实施例一的区别在于:电压控制电路22的结构不同。具体的,在本实施例中,电压控制电路22包括第一功率开关Q1和第二比较器CMP2,第一功率开关Q1串联耦接在第二节点n2和地电位之间,第二比较器CMP2的第一输入端接收第一控制信号VCOMPV,第二比较器CMP2的第二输入端接收第一参考信号,第二比较器CMP2的输出端耦接第一功率开关Q1的控制端。在本实施例中,第一参考信号被配置为与母线电压VBUS成正比,即K*VBUS,其中K为比例系数,本发明对此不进行限制。
在本实施例中,第一功率开关Q1工作在开关状态,当第一控制信号VCOMPV大于第一参考信号时,第一功率开关Q1导通,有电流流过第一功率开关Q1,第一电容C1的电压增大;当第一控制信号VCOMPV大于第一参考信号时,第一功率开关Q1关断,流过第一功率开关Q1的电流为零,第一电容C1的电压减小。其余部分与实施例一类似,在此不进行赘述。
图9为本发明LED驱动电路实施例六稳态时的工作波形图,其中VBUS为整流电路3的输出电压,Vc1为第一电容C1的电压,VLED为LED负载的负载电压,Iin为整流电路3的输出电流,VLEDN为第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压,VDS_Q2为第二功率开关Q2两端的压差,VCOMPV为第一控制信号。在图8中,第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN或第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2直接作为电压采样信号VS,本发明对此不进行限制。例如,在其他的实施例中,电压采样信号VS与第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN或第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2成正比。
从图9中看出,当第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN小于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV增大;当第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN大于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV减小,由此,使得稳态时,第一电容C1的电压Vc1接近LED负载的负载电压VLED,从而减小了第一电容C1的电压Vc1和LED负载的负载电压VLED的差值,以提高LED驱动电路的效率。图9以第二功率开关Q2和LED负载的公共端的电压VLEDN作为电压采样信号Vs为例进行说明,但本领域普通技术人员可知,也可将第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2作为电压采样信号Vs。具体的,当第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2小于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV增大;当第二功率开关Q2两端的压差VDS_Q2大于阈值电压Vdsth时,第一控制信号VCOMPV减小,由此,使得稳态时,第一电容C1的电压Vc1接近LED负载的负载电压VLED,从而减小了第一电容C1的电压Vc1和LED负载的负载电压VLED的差值,以提高LED驱动电路的效率。
图10为本发明LED驱动电路实施例七的电路示意图;与实施例一的区别在于:电压控制电路22的位置和结构不同。在本实施例中,电压控制电路22耦接在整流电路3的输出端,第一电容C1耦接在电压控制电路22的输出端,电压控制电路22根据第一控制信号VCOMPV直接控制第一电容C1的电压。电压控制电路22包括功率级电路,功率级电路耦接在整流电路3的输出端,第一电容C1耦接在功率级电路的输出端,利用第一控制信号VCOMPV控制功率级电路中开关管的导通时间,以控制第一电容C1的电压。具体地,当第一控制信号VCOMPV增大时,控制功率级电路中主开关管的导通时间增大,第一电容C1的电压增大;当第一控制信号VCOMPV减小时,控制功率级电路中主开关管的导通时间减小,第一电容C1的电压减小。在本实施例中,电压控制电路22还包括导通时间控制电路,功率级电路被配置为boost电路,boost电路包括电感L3、二极管D3和主开关管Q3,电感L3和二极管D3串联耦接在整流电路3的输出端的高电位端和第一电容C1的高电位端,主开关管Q3耦接在电感L3和二极管D3公共端与地电位之间,导通时间控制电路被配置接收第一控制信号,并根据第一控制信号控制主开关管Q3的导通时间。当第一控制信号VCOMPV增大时,主开关管Q3的导通时间增大,boost电路的输出电压增大,从而第一电容C1的电压增大;当第一控制信号VCOMPV减小时,主开关管Q3的导通时间减小,boost电路的输出电压减小,从而第一电容C1的电压减小。本实施例中功率级电路以boost电路为例进行说明,但本发明对此不进行限制,可以为其他任意的拓扑电路。其余部分与实施例一类似,在此不进行赘述。
图11为本发明LED驱动电路实施例八的电路示意图;和实施例一的区别在于:LED驱动电路还包括:调光控制电路4和辅助供电电路5,调光控制电路4被配置为根据调光需求,生成调光控制信号Vrefi,并提供给线性驱动电路1;线性驱动电路1被配置为根据调光控制信号Vrefi控制流过LED负载的电流;辅助供电电路5和第一电容C1并联,即第一电容C1作为辅助供电电路的输入电容,用以将第一电容C1的电压转化为供电电压,以至少给调光控制电路5供电。当调光控制电路4被封装在调光芯片上时,所述供电电压至少给所述调光芯片进行供电。辅助供电电路5将所述第一电容C1共用为其输入电容,减小了EMI。其余部分与实施例一类似,在此不进行赘述。
需要说明的是,实施例八中以在实施例一的基础上增加调光控制电路4和辅助供电电路5为例进行说明,但本发明对此不进行限制,实施例二~实施例七中任意一个实施例均可以增加调光控制电路4和辅助供电电路5,本发明对此不进行限制。
实施例三~实施例八中均以采样电路为单端采样为例进行说明,但也均可以变换为实施例二中的差分采样,本发明对此不进行限制。
实施例四-实施例八中均以第一电容C1和电压控制电路22依次串联耦接在整流电路3的输出端的高电位端和地电位端为例进行说明,但也均可以变换为实施例三中电压控制电路22和第一电容C1依次串联耦接在整流电路3的输出端的高电位端和地电位端,本发明对此不进行限制。
实施例四在实施例一的基础上改变第一控制信号生成电路21的结构,以通过模数转换生成第一控制信号,但本发明对此不进行限制,实施例五-实施例八中任意一个实施例中的第一控制信号生成电路21均可以变换为实施例四中的结构。
虽然以上将实施例分开说明和阐述,但涉及部分共通之技术,在本领域普通技术人员看来,可以在实施例之间进行替换和整合,涉及其中一个实施例未明确记载的内容,则可参考有记载的另一个实施例。
依照本发明实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (25)
1.一种LED驱动电路,用于驱动LED负载,包括:
线性驱动电路,与所述LED负载串联耦接,以控制流过LED负载的电流;
第一电容,与所述线性驱动电路和所述LED负载组成的串联结构并联耦接;和
控制电路,被配置为减小所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值,以提高所述LED驱动电路的效率。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于:所述控制电路被配置为根据表征所述第一电容的电压和所述LED负载的负载电压的差值的电压采样信号控制所述第一电容的电压。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于:所述控制电路被配置为根据表征所述线性驱动电路两端的压差的电压采样信号控制所述第一电容的电压。
4.根据权利要求2或3所述的LED驱动电路,其特征在于:所述控制电路被配置为比较所述电压采样信号和阈值电压以控制所述第一电容的电压,当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,控制所述第一电容的电压减小。
5.根据权利要求2或3所述的LED驱动电路,其特征在于:所述控制电路被配置为比较所述电压采样信号和阈值电压以控制所述第一电容的电压,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,控制所述第一电容的电压变大。
6.根据权利要求2或3所述的LED驱动电路,其特征在于,所述控制电路包括:
第一控制信号生成电路,被配置为接收所述电压采样信号和阈值电压,以得到第一控制信号;和
电压控制电路,接收所述第一控制信号,并根据所述第一控制信号控制所述第一电容的电压;
其中,所述第一电容和所述电压控制电路串联耦接,或所述第一电容耦接在所述电压控制电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路,其特征在于:所述第一控制信号和所述电压采样信号的变化趋势相反,所述第一电容的电压与所述第一控制信号的变化趋势相同。
8.根据权利要求6所述的LED驱动电路,其特征在于,所述第一控制信号生成电路包括:第一比较器,第一输入端接收所述电压采样信号,第二输入端接收所述阈值电压,输出端产生第一比较信号;
其中,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,所述第一控制信号增大,当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,所述第一控制信号减小。
9.根据权利要求8所述的LED驱动电路,其特征在于,所述第一控制信号生成电路还包括:第二电容和充放电电路,所述第二电容上的电压被配置为所述第一控制信号,当所述电压采样信号小于所述阈值电压时,所述充放电电路对所述第二电容进行充电,所述第一控制信号增大,当所述电压采样信号大于所述阈值电压时,所述充放电电路对所述第二电容进行放电,所述第一控制信号减小。
10.根据权利要求9所述的LED驱动电路,其特征在于,所述充放电电路包括:
第一恒流源和第一开关,串联耦接在供电电源和第一节点之间;和
第二恒流源和第二开关,串联耦接在所述第一节点和地电位之间;
所述第二电容耦接在所述第一节点和地电位之间,
其中,利用所述第一比较信号控制所述第二开关的开关状态,利用所述第一比较信号的取反信号控制所述第一开关的开关状态。
11.根据权利要求8所述的LED驱动电路,其特征在于,所述第一控制信号生成电路还包括:
计数器,被配置为接收所述第一比较信号和时钟信号,输出第一数字信号;
数模转换电路,被配置为接收所述第一数字信号,并将所述第一数字信号转换为第一控制信号;
其中,所述计数器被配置为利用时钟信号,每隔一段时间检测第一比较信号的电平,当所述第一比较信号为高电平时,所述计数器加1,当所述第一比较信号为低电平时,所述计数器减1。
12.根据权利要求6所述的LED驱动电路,其特征在于:所述电压控制电路和所述第一电容串联耦接在整流电路的输出端,所述电压控制电路根据所述第一控制信号控制流过所述第一电容的电流,以控制所述第一电容的电压。
13.根据权利要求12所述的LED驱动电路,其特征在于,所述电压控制电路包括:
第一功率开关和第一采样单元,依次串联耦接在第二节点和地电位之间,和
第一误差放大器,第一输入端耦接第一压控电压源的第一功率端,第二输入端耦接所述第一功率开关和所述第一采样单元的公共端,输出端耦接所述第一功率开关的控制端;其中,所述第一压控电压源的第二功率端接收所述第一控制信号,所述第一压控电压源的第一功率端的电压和所述第一控制信号的变化趋势相同。
14.根据权利要求12所述的LED驱动电路,其特征在于,所述电压控制电路包括:
第一功率开关,串联耦接在第二节点和地电位之间,
其中,第一功率开关的控制端耦接第一压控电压源的第一功率端,所述第一压控电压源的第二功率端接收所述第一控制信号,所述第一压控电压源的第一功率端的电压和所述第一控制信号的变化趋势相同。
15.根据权利要求12所述的LED驱动电路,其特征在于,所述电压控制电路包括:
第一功率开关,串联耦接在第二节点和地电位之间,和
第二比较器,第一输入端接收所述第一控制信号,第二输入端接收第一参考信号,输出端耦接所述第一功率开关的控制端。
16.根据权利要求13-15任意一项所述的控制电路,其特征在于:所述第一电容耦接在所述整流电路的输出端的高电位端和第二节点之间。
17.根据权利要求13-15任意一项所述的LED驱动电路,其特征在于:所述第一电容耦接在所述整流电路的输出端的低电位端和地电位之间,所述第二节点被配置为所述整流电路的输出端的高电位端。
18.根据权利要求13或14所述的LED驱动电路,其特征在于:所述第一功率开关工作在线性状态,当所述第一控制信号增大时,流过所述第一功率开关的电流增大,所述第一电容的电压增大;当所述第一控制信号减小时,流过所述第一功率开关的电流减小,所述第一电容的电压减小。
19.根据权利要求15所述的LED驱动电路,其特征在于:所述第一功率开关工作在开关状态,当所述第一控制信号大于所述第一参考信号时,所述第一功率开关导通,有电流流过所述第一功率开关,所述第一电容的电压增大;当所述第一控制信号大于所述第一参考信号时,所述第一功率开关关断,流过所述第一功率开关的电流为零,所述第一电容的电压减小。
20.根据权利要求6所述的LED驱动电路,其特征在于:所述电压控制电路耦接在整流电路的输出端,所述第一电容耦接在所述电压控制电路的输出端,所述电压控制电路根据所述第一控制信号控制所述第一电容的电压。
21.根据权利要求20所述的LED驱动电路,其特征在于:所述电压控制电路包括功率级电路,耦接在所述整流电路的输出端,
其中,所述第一电容耦接在所述功率级电路的输出端,利用所述第一控制信号控制所述功率级电路中开关管的导通时间,以控制所述第一电容的电压。
22.根据权利要求21所述的LED驱动电路,其特征在于:当所述第一控制信号增大时,控制所述功率级电路中主开关管的导通时间增大,所述第一电容的电压增大;当所述第一控制信号减小时,控制所述功率级电路中主开关管的导通时间减小,所述第一电容的电压减小。
23.根据权利要求3所述的LED驱动电路,其特征在于:所述控制电路还包括采样电路,用于生成表征所述线性驱动电路两端的压差的电压采样信号,
其中,所述采样电路被配置为单端采样所述线性驱动电路和所述LED负载公共端的电压以生成所述电压采样信号,或差分采样所述线性驱动电路两端的电压以生成所述电压采样信号。
24.根据权利要求23所述的LED驱动电路,其特征在于,所述线性驱动电路包括:
第二功率开关和第二采样单元,和LED负载串联耦接;
第二误差放大器,第一输入端接收调光控制信号,第二输入端耦接所述第二功率开关和所述第二采样单元的公共端,输出端耦接所述第二功率开关的控制端;
其中,所述采样电路差分采样所述第二功率开关两端的电压或单端采样所述第二功率开关和所述LED负载公共端的电压。
25.根据权利要求1所述的LED驱动电路,其特征在于,所述LED驱动电路还包括:
调光控制电路,被配置为根据调光需求,生成调光控制信号,并提供给所述线性驱动电路;所述线性驱动电路被配置为根据所述调光控制信号控制流过LED负载的电流;
辅助供电电路,并联耦接在所述第一电容的两端,用以将所述第一电容的电压转化为供电电压,以至少给所述调光控制电路供电。
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