專利名稱：一種高效率的led驅動電路和驅動方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，更具體的說，涉及一種應用于LED裝置的驅動電路及 其驅動方法。
背景技術：
隨著照明行業的不斷創新和迅速發展，加之節能和環保日益重要，LED照明作為一 種革命性的節能照明技術，正在飛速發展。然而，由于LED燈的亮度與光輸出強度參數相 關，其與它的電流及正向壓降成正比，并隨溫度變化而變化。因此，LED的驅動需要恒流電 源，以保證LED使用的安全性，同時達到理想的發光強度。可見，選擇正確的LED驅動至關 重要。沒有好的LED驅動電源的匹配，LED照明的優勢無法得以體現。現有技術中，LED驅動電源多采用升壓型轉換方法。然而，基于降壓型結構的驅動 電源可以與很多環路控制結構進行很好的匹配，而且不用考慮穩定性的限制，滯回控制也 適合在開關頻率變換比較快和輸入范圍較小的情況下應用。這種特性剛好滿足LED電源的 要求。現有的降壓型轉換方法由于種種限制應用并不廣泛。參考圖1，所示為一種現有的采用降壓轉換的LED驅動電路，包括功率級電路、控 制電路和驅動電路等。采用這種實現方法，為了給控制電路提供供電電源，額外設置了一輔 助繞組104與功率級電路中的電感105耦合來獲取電量，而增加了電感的體積，不符合當今 小型化的需求。另外，由于功率級電路中的功率開關管101和控制電路103不是在同一電 位上，因此功率開關管101的驅動器102需要采用浮驅動技術，增加了電路復雜度，成本也 相對較高；并且，一般的浮驅動電路的損耗也比采用直接驅動方式的驅動電路的損耗大一 些。參考圖2，所示為另一種采用現有技術的降壓轉換的LED驅動電路，與圖1所述的 驅動電路結構不同的地方在于其采用一單獨的線性降壓管201給所述控制電路提供供電 電源。但是采用這種供電方法，線性穩壓管的損耗會隨著交流輸入電源的變換而變化。對 于輸入電源電壓較高的場合，線性穩壓管的損耗也較大，并且是不可忽略的，使得驅動電路 的轉換效率較低。同時，由于采樣電阻203只能采樣功率開關管204導通時的輸出電感 電流，使得控制電路202無法直接接收LED上的電流信號，因此LED電流的調整精度下降。 尤其對于輸入電壓范圍較寬，輸出電感的電感量變化較大的場合，LED電流的調整精度會更 差。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高效率的LED驅動電路，其可以通過外圍 電路的設置，配置為降壓型驅動電路和升壓-降壓型驅動電路，以解決功率開關管驅動電 路復雜以及采樣精度不準的問題。本發明的另一目的在于提供一種高效率的LED驅動方法，來實現降壓型轉換方法 和升壓-降壓型轉換方法，以解決驅動方法復雜以及采樣精度不準的問題。
依據本發明的一實施例的LED驅動電路，用以驅動一 LED裝置，包括一整流橋，其 接收一交流輸入源以獲得第一輸入電平和第二輸入電平，所述LED驅動電路進一步包括控 制電路、LED電流檢測電路和功率開關管；其中，所述LED電流檢測電路與所述LED裝置連 接，用以產生表征所述LED裝置的驅動電流的反饋信號；所述控制電路與所述LED電流檢測 電路連接，用以接收所述反饋信號，并據此產生一 PWM驅動信號；所述功率開關管包括控制 端、第一功率端和第二功率端；所述第一功率端接收所述第一輸入電平，所述第二功率端直 接連接所述LED電流檢測電路，所述控制端直接接收所述PWM驅動信號；所述功率開關管根 據所述PWM驅動信號周期性地導通和截止來驅動所述LED裝置，并且保證所述LED裝置的 驅動電流維持恒定。優選的，所述功率開關管為一功率MOSFET晶體管，所述控制端為柵極，所述第一 功率端為漏極，所述第二功率端為源極。優選的，所述控制電路包括一誤差放大器和一 PWM控制器；其中，所述誤差放大器 接收所述反饋信號和第一基準源，并產生第一誤差信號；所述PWM控制器接收所述第一誤 差信號以產生所述PWM驅動信號。進一步的，所述LED驅動電路進一步包括第一二極管和輸出電感，以與所述功率 開關管形成一降壓型驅動電路；其中，所述第一二極管連接在所述第二輸入電平和所述功 率開關管的第二功率端之間；所述LED電流檢測電路連接在所述LED裝置和所述功率開關 管的第二功率端之間的連線上；所述輸出電感連接在所述LED電流檢測電路和所述LED裝 置之間的連線上。優選的，所述LED電流檢測電路為一檢測電阻。優選的，所述LED驅動電路進一步包括一輸出電容，所述輸出電容與所述LED裝置 并聯連接。進一步的，所述LED驅動電路進一步包括第二二極管和第一濾波電容；其中，所述 第二二極管的第一端連接至所述輸出電感和所述LED裝置的公共連接點，所述第二二極管 的第二端連接至第一濾波電容的一端，所述第一濾波電容的另一端接所述控制電路的地； 所述第二二極管的第二端和所述第一濾波電容的公共連接點上的電壓作為輸入至所述控 制電路的偏置電源。優選的，所述LED驅動電路進一步包括輸出二極管、輸出電容和輸出電感，與所述 功率開關管形成升壓-降壓驅動電路；其中，所述輸出電感串聯連接在所述第二輸入電平 和所述功率開關管的第二功率端之間；所述輸出二極管、所述LED裝置和所述LED電流檢測 電路依次串聯連接在所述第二輸入電平和所述功率開關管的第二功率端之間；所述輸出電 容連接在所述輸出二極管和所述LED裝置的公共連接點和所述功率開關管的第二功率端 之間。進一步的，所述輸出二極管和所述LED裝置的公共連接點上的電壓作為所述控制 電路的偏置電源。優選的，所述功率開關管為一復合功率開關管；所述復合功率開關管包括第一功 率開關管和第二功率開關管；其中，所述第一功率開關管的第一功率端為所述復合功率開 關管的第一功率端，所述第二功率開關管的第二功率端為所述復合功率開關管的第二功率 端，所述第二功率開關管的控制端為所述復合功率開關管的控制端；所述第一功率開關管的第二功率端連接至所述第二功率開關管的第一功率端；所述第一功率開關管的控制端和 所述第二功率開關管的第二功率端分別連接至第二基準源的兩端。優選的，所述PWM驅動信號的占空比跟隨所述交流輸入源的電壓而變化，以使平 均輸入電流與所述交流輸入源的電壓成比例。依據本發明的一實施例的LED驅動方法，用以驅動一 LED裝置，包括將所述外部交流輸入電源轉換為直流電源，以產生第一輸入電平和第二輸入電 平；與所述LED裝置串聯連接，設置LED電流檢測電路，以直接檢測所述LED裝置的電 流，并得到一反饋信號；利用控制電路直接接收所述反饋信號，并與第一基準源比較，以產生相應的驅動 信號；將功率開關管的兩個功率端分別連接所述第一輸入電平和所述LED電流檢測電 路，控制端接收所述驅動信號，以進行相應的開關動作，從而使得所述LED裝置的電流恒定。優選的，所述功率開關管為一復合功率開關管；所述復合功率開關管包括第一功 率開關管和第二功率開關管；其中，所述第一功率開關管的第一功率端為所述復合功率開 關管的第一功率端，所述第二功率開關管的第二功率端為所述符合功率開關管的第二功率 端，所述第二功率開關管的控制端為所述復合功率開關管的控制端；所述第一功率開關管 的第二功率端連接至所述第二功率開關管的第一功率端；所述第一功率開關管的控制端和 所述第二功率開關管的第二功率端分別連接至第二基準源的兩端。優選的，所述功率級電路以降壓型轉換模式工作。進一步的，所述LED驅動方法進一步包括，將所述LED裝置的輸出電壓經由二極管 峰值整流轉換為一偏置電源，并輸入至所述PWM控制電路。優選的，所述功率級電路以升壓-降壓型轉換模式工作。進一步的，所述LED驅動方法進一步包括，將所述LED裝置的輸出電壓轉換為一偏 置電源，并輸入至所述PWM控制電路。優選的，所述PWM驅動信號的占空比跟隨所述交流輸入源的電壓的變化而變化， 以使平均輸入電流與所述交流輸入源的電壓成比例。采用本發明的LED驅動電路，至少可以達到以下有益效果(1)可以根據輸入電源和輸出電壓的關系，設置不同的外圍電路，而配置為與應 用場合匹配的不同的降壓型驅動電路和升壓-降壓型驅動電路，從而可以應用于更多的場 合；(2)簡化了功率開關管的驅動電路，減小了電路板的體積，降低了電路的成本；(3)控制電路能直接接收LED的電流反饋，提高了 LED電流的調制精度；(4)控制電路能直接驅動功率開關管，有利于降低驅動損耗，同時能較容易實現軟 開關的驅動，減少開關損耗；(5)不需要復雜的磁性元件如變壓器或者多繞組的電感，從而進一步降低成本和 功耗。
圖1所示為采用現有技術的一種降壓型LED驅動電路的原理圖；圖2所示為采用現有技術的另一種降壓型LED驅動電路的原理圖；圖3A所示為依據本發明的降壓型LED驅動電路的第一實施例的原理框圖；圖;3B所示為依據本發明的降壓型LED驅動電路的第二實施例的原理框圖；圖3C所示為采用降壓型LED驅動電路的交流輸入電源、輸出電壓和輸入平均電流 的波形圖；圖4A所示為依據本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的第一實施例的原理框圖；圖4B所示為依據本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的第二實施例的原理框圖；圖4C所示為采用升壓-降壓型LED驅動電路的交流輸入電源、輸出電壓和輸入平 均電流的波形圖；圖5A所示為依據本發明的具有串聯的兩個功率開關管的功率電路的原理框圖；圖5B所示為采用圖5A所示的功率電路的降壓型LED驅動電路的原理框圖；圖6所示為依據本發明的LED驅動方法的一實施例的流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明并不僅僅限于 這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方 案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細 節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。本發明實施例的LED驅動電路通過設置不同的外圍電路，而配置為與應用場合匹 配的不同的降壓型驅動電路和升壓-降壓型驅動電路。以下詳細說明采用本發明的降壓型LED驅動電路的各個實施例。參考圖3A，其為采用本發明的降壓型LED驅動電路的一實施例的原理框圖。在該 實施例中，交流輸入電源AC經過整流橋和濾波電容C2后，轉換為一直流電源，其具有第一 輸入電平Vin+和第二輸入電平Vin_。功率開關管Q1、輸出二極管D1、輸出電感Li、輸出電容Cl構成一成降壓型拓撲結 構的功率級電路。當然輸出電容Cl并不是必須的，在某些應用場合，其可以省略。這里，以 功率開關管Ql為N型功率MOSFET為例進行說明。功率開關管Ql的漏極連接至所述第一 輸入電平，源極連接至地；輸出二極管Dl連接在所述第二輸入電平Vin_和功率開關管Ql的 源極之間；輸出電感Ll連接在所述LED裝置和所述第二輸入電平之間；輸出電容Cl并聯連 接在所述LED裝置和輸出電感Ll的公共連接點和功率開關管Ql的源極之間，以進一步，從 而減小了所述LED裝置上的交流電上的交流電流。LED電流檢測電路305串聯連接在所述LED裝置和輸出電感Ll的組成的輸出回路 上，并且直接連接至控制電路301的反饋輸入端，從而控制電路301可以精確獲取所述LED 裝置的電流信息。PWM控制電路302、誤差放大器303和第一基準源304組成控制電路301，以根據所 述LED裝置電流檢測電路305檢測到的所述LED裝置的電流信息產生相應的驅動信號。其中，所述LED電流檢測電路305的A端連接至所述第一基準源304的一端，B端連接至所述 誤差放大器的反相輸入端，所述第一基準源304的另一端連接至所述誤差放大器303的同 相輸入端；誤差放大器303的輸出連接至PWM控制電路302 ；PWM控制電路302的輸出連接 至所述功率開關管Ql的柵極。可見，采用圖3A所示的降壓型LED驅動電路，LED電流檢測電路305可以精確的 檢測所述LED裝置的電流，并獲得一反饋信號Vsense ；誤差放大器303的兩個輸入端分別接 收所述反饋信號Vsmse和第一基準源304的基準信號V&，以獲得一誤差信號Vctot ；PWM控制 電路302接收所述誤差信號Vem,以產生相應的驅動信號來驅動所述功率開關管Ql，從而控 制功率開關管Ql的導通和截止狀態，進而使得所述LED裝置的電流能夠維持基本恒定。并 且，功率開關管Ql采用直接驅動的方式，實現較簡單、使得電路更加穩定，成本和驅動功耗 也相對減小。本領域技術人員可以輕易得知，功率開關管Ql可以為不同類型的開關器件；LED 電流檢測電路305可以為檢測電阻等檢測元件；輸出電感Ll也可以連接在所述LED裝置 和所述功率開關管的第二功率端之間；輸出電容Cl可以并聯連接至所述輸出回路等各種 不同的連接方式。參考圖:3B，其為采用本發明的降壓型LED驅動電路的另一實施例的原理框圖。在 圖3A所示的降壓型LED驅動電路的實施例的基礎上，增加了偏置電源電路。其包括二極管 D2和電容C3。二極管D2的一端連接至所述LED裝置和輸出電感Ll的公共連接點C，另一 端連接電容C3的一端，電容C3的另一端連接至D端；二極管D2和電容C3的公共連接點上 的電壓作為輸入至所述控制電路301的偏置電源。在該實施例中，輸出電容Cl在某些場合 中也可以省略。其余部分電路的工作方式和連接方式與圖3A所示的降壓型LED驅動電路相同，在 此不再贅述。可見，采用圖;3B所示的降壓型LED驅動電路，不僅實現了對LED電流的精確檢測， 提高了電路的轉換精度以及簡化了功率開關管的驅動，降低了成本以及驅動損耗；而且，通 過二極管D2形成的二極管峰值整流電路，將LED的輸出電壓轉換為控制電路301的偏置電 源。顯然，這樣的供電方式，降低損耗的同時也降低了實現成本。當然，如果LED上的輸出電壓如果太高，控制電路301需要有降壓的穩壓器；如果 LED上的輸出電壓太低，輸出電感Ll上需要加以輔助繞組來產生控制電路301的偏置電源； 或者使用電荷泵技術來產生更高的電壓來作為控制電路301的偏置電源。這些技術都屬于 本領域技術人員的常識，在此不再贅述。采用圖3A或者圖;3B所示的降壓型LED驅動電路，如果控制電路采用合適的高功 率因數的調制技術，輸入平均電流1&可以實現較低的諧波。參考圖3C，所示為采用降壓型LED驅動電路的交流輸入電源AC、經過整流得到的 輸入電壓Vin，輸出電壓V。ut和輸入平均電流Iin的波形圖。但是，如果輸出電壓V-和輸入峰值電壓Vinpk差值較小，輸入電流的死角Φ也會 相應變大，輸入平均電流Iin的諧波會隨之上升。交流輸入電源的場合，功率因數會變低。 所以，采用圖3Α或者圖;3Β所示的降壓型LED驅動電路適用于功率因數要求相對較低，或者 輸出電壓Vout和輸入峰值電壓Vinpk差值相對較大的場合。
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采用降壓型拓撲結構的LED驅動電路，由于功率開關管Ql的最高耐壓為輸入峰值 電壓Vinpk,并且功率開關管Ql的峰值電流大小與所述LED裝置的電流大小基本相同，所以 采用降壓型驅動電路，降低了電路的損耗，提高了電路的調整效率，并且降低了實現成本。以下詳細說明采用本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的實施例。參考圖4A，所示為依據本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的一實施例的原理框 圖。在該實施例中，交流輸入電源AC經過整流橋和濾波電容C2后，轉換為一直流電源Vin， 其具有第一輸入電平Vin+和第二輸入電平Vin_。功率開關管Ql，、輸出二極管D1’、輸出電感Li’、輸出電容Cl，構成一升壓-降壓 型拓撲結構的功率級電路。這里，以功率開關管Q1，為N型的功率MOSFET為例進行說明， 功率開關管Q1’的漏極連接至所述第一輸入電平，源極連接至控制電路401的地；輸出電感 Li’連接在所述第二輸入電平和功率開關管Q1’的源極之間；輸出二極管D1’連接在所述 LED裝置和所述第二輸入電平之間；輸出電容Cl’并聯連接在LED和LED電流檢測電路405 組成的輸出回路的兩端。因為LED電流檢測電路405串聯連接在所述LED裝置和功率開關管Ql ’的源極之 間，所以控制電路401可以精確地獲取所述LED裝置的電流信息。PWM控制電路402、誤差放大器403和第一基準源404組成控制電路401，以根據所 述LED裝置電流檢測電路405檢測到的所述LED裝置的電流產生相應的驅動信號。其中， 所述LED電流檢測電路405的B’端連接至所述基準源404的一端，A’端連接至所述誤差 放大器的反相輸入端，所述基準源404的另一端連接至所述誤差放大器403的同相輸入端； 誤差放大器403的輸出連接至PWM控制電路402 ；PWM控制電路402的輸出連接至所述功率 開關管Q1’的柵極。可見，采用圖4A所示的升壓-降壓型LED驅動電路，LED電流檢測電路405可以 精確的檢測所述LED裝置的電流，并獲得一反饋信號Vsense ；誤差放大器403的兩個輸入端分 別接收所述反饋信號Vsense和第一基準源404的基準信號V&，以獲得一誤差信號Vctm ；PWM 控制電路402接收所述誤差信號Vemff以產生相應的驅動信號來驅動所述功率開關管Q1’， 從而控制功率開關管Q1’的導通和截止狀態，進而使得所述LED裝置的電流能夠維持基本 恒定。并且，功率開關管Q1’采用直接驅動的方式，實現較簡單、使得電路更加穩定，成本也 相對減小。本領域技術人員可以輕易得知，功率開關管Q1’可以為不同類型的開關器件；LED 電流檢測電路405可以為檢測電阻等檢測元件；輸出電容Cl’可以并聯連接至所述輸出回 路等各種不同的連接方式。參考圖4B，所示為依據本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的另一實施例的原理 框圖。在圖4A所示的依據本發明的升壓-降壓型LED驅動電路的實施例的基礎上，增加了 控制電路401的偏置電源提供電路。所述輸出二極管D1’和所述LED裝置的公共連接點上 的電壓直接作為輸入至控制電路401的偏置電源BIAS。其余部分電路的工作方式和連接方式與圖4A所示的升壓-降壓型LED驅動電路 相同，在此不再贅述。可見，采用圖4B所示的升壓-降壓型LED驅動電路，不僅實現了對LED電流的精確 檢測，提高了電路的轉換精度以及簡化了功率開關管的驅動，降低了成本以及驅動損耗；而且，可以直接將LED的輸出電壓轉換為控制電路301的偏置電源。顯然，這樣的供電方式， 降低損耗的同時也降低了實現成本。當然，如果LED上的輸出電壓如果太高，控制電路401需要有降壓的穩壓器；如果 LED上的輸出電壓如果太低，輸出電感Li’上需要加以輔助繞組來產生控制電路401的偏置 電源。這些技術都屬于本領域技術人員的常識，在此不再贅述。采用圖4A或者圖4B所示的升壓-降壓型LED驅動電路，如果控制電路401采用 合適的高功率因數的調制技術，輸入平均電流、可以實現較低的諧波。參考圖4C，所示為采用升壓-降壓型LED驅動電路的交流輸入電源AC、經過整流 得到的輸入電壓Vin，輸出電壓V。ut和輸入平均電流Iin的波形圖。由于輸入平均電流Iin沒有死角，升壓-降壓型LED驅動電路比降壓型LED驅動 電路會取得更好的功率因數。同時，輸出電壓對功率因數的影響較小，升壓-降壓型LED驅 動電路可以使用于任意的輸出電壓和輸入電壓組合。相比于圖3A或者;3B所示的降壓型 LED驅動電路，在同樣的輸入輸出條件下，采用升壓-降壓型LED驅動的實現方式，其中功率 開關管和輸出二極管需承受輸入峰值電壓和輸出電壓的總和，因而功率開關管需要有更好 的耐壓性能；同時，功率開關管、二極管和輸出電感的峰值電流為輸出電流和輸入電流的總 和，輸出電容的電流也會相對較大，因此相對的實現成本和電路損耗也會隨之增大。如果采用本發明的LED驅動電路的功率開關管的耐壓不夠時，以下詳細說明采用 兩個串聯的功率開關管的實現高壓復合功率管的實施例。參考圖5A，所示為依據本發明的采用兩個串聯的功率開關管的組成的復合功率開 關管的功率電路的原理框圖。在該實施例中，包括上功率開關管502、下功率開關管503和 基準源501 ；其中，上功率開關管502的第一功率端連接電平VD，作為復合功率管的第一功 率端；上功率開關管502的控制端連接至基準源501的一端，上功率開關管502的第二功 率端連接至下功率開關管503的第一功率端；下功率開關管503的第二功率端分別連接至 基準源501的另一端，并作為該復合功率管的第二功率端，并連接至電平Vs;下功率開關管 503的控制端作為該復合功率管的控制端，并連接至驅動電壓\。對于輸入電壓較高的應用場合，采用單一的功率開關管可能不能滿足高耐壓的要 求。因此，此時就可以采用這種由兩個串聯連接的功率開關管組成符合功率開關管的實現 方式。基準源501可以保護下功率開關管503不會承受很高的電壓，一般在基準源501的 電壓值V·左右，而且上功率開關管502的最高耐壓可降為輸入電源Vin和基準源VMf2之 差。以下以降壓型的LED驅動電路為例，詳細說明采用圖5A所示的復合功率開關管形 成的LED驅動電路的工作原理。參考圖5B，所示為采用圖5A所示的采用兩個串聯的功率開關管的功率電路的降 壓型的LED驅動電路的原理框圖。在該實施例中，交流輸入電源AC經過整流橋和濾波電容C2后，轉換為一直流電源 Vin，其具有第一輸入電平Vin+和第二輸入電平vin_。串聯連接的上功率開關管502和下功率開關管503、輸出二極管511、輸出電容 514、輸出電感512—起組成一降壓型拓撲結構。這里以功率開關管502和503為N型MOSFET 為例。功率開關管502和503，以及啟動電路501組成一復合的高壓功率開關管。上功率開關管502的源極連接下功率開關管503的漏極，上功率開關管502的漏極連接第一輸入電 平Vin+，下功率開關管503的源極連接至地。啟動電路501包括穩壓管504、電阻517和電 容518。其中，電阻517的一端連接至第一輸入電平Vin+，另一端連穩壓管504的一端，穩壓 管504的另一端連接下功率開關管503的源極。公共連接點E處的電壓相當于圖5A中的 基準電壓VMf2。電容518和穩壓管504并聯，以降低基準電壓VMf2 阻抗。通過這種連 接方式，下功率開關管503上的耐壓不超過基準電壓V,ef2，上功率開關管502上的耐壓降為 輸入電壓峰值Vinpk和基準電壓Vref2之差。輸出二極管511連接在第二輸入電平Vin_和功率開關管503的源極之間；輸出電 感512和LED裝置515串聯連接在第二輸入電平Vin_和功率開關管503的源極之間，以減 小LED裝置515上的交流電流；輸出電容514并聯連接在所述LED裝置515的兩端，以進一 步減小LED裝置515上的交流電流。LED電流檢測電路513串聯在LED裝置515和輸出電感512組成的輸出回路上，并 且直接連接至控制電路508的反饋輸入端，從而控制電路508可以精確獲取所述LED裝置
的電流信息Vsmse。控制電路508包括PWM控制電路505、誤差放大器506和基準源507。在該實施例 中，基準源507的一端連接至功率開關管503的源極，另一端連接至誤差放大器506的反相 輸入端，即接收第一基準信號Vrefl ；LED電流檢測電路513直接檢測到的表征LED裝置515 的電流信息Vsense連接至誤差放大器506的同相輸入端；誤差放大器506輸出的誤差信號 Verror輸入至PWM控制電路505 ；PWM控制電路505根據接收到的誤差信號Vemff以產生相應 的驅動信號。優選的，可以在功率開關管503的漏極和公共連接點E之間進一步連接一二極管 521，吸收漏感尖峰并進行箝位。當系統上電時，輸入電壓通過電阻517和輸出回路(輸出電感512，LED電流檢測 電路513和LED裝置51 對電容518進行充電，公共連接點E處的電壓逐漸上升至穩壓管 504的箝位電壓Vref2，從而系統開始工作。并且將功率開關管503的漏源極電壓箝位至電壓 Vref2左右。控制電路508的啟動電流由E端出的基準電壓VMf2經過電阻522獲得。當電容 520上的電壓達到最低啟動電壓后，控制電路508開始工作，產生驅動信號來驅動功率開關 管503的導通和截止，從而產生足夠大的輸出電流來驅動LED裝置515。二極管509、濾波電容510組成偏置電源提供電路。其中，二極管509的一端連接 至所述LED裝置515和輸出電感512的公共連接點，另一端和濾波電容510的一端的公共 連接點為F端，濾波電容510的另一端連接至地；二極管509和濾波電容510的公共連接點 F端上的電壓經過電阻519和電容520的再次濾波，而作為輸入至控制電路508的偏置電源 BIAS。可見，采用圖5B所示的LED驅動電路，LED電流檢測電路513可以精確的檢測所述 LED裝置的電流，并獲得一反饋信號Vsense ；誤差放大器506的兩個輸入端分別接收所述反饋 信號Vsmse和基準源507的基準信號VMfl，以獲得一誤差信號；PWM控制電路505接收 所述誤差信號Vem,以產生相應的驅動信號來驅動所述功率開關管503，從而控制功率開關 管503的導通和截止狀態。當功率開關管503導通時，功率開關管502的源極連接至地，柵極接收基準電壓
12Vref2，功率開關管502隨之導通；當功率開關管503截止時，功率開關管503隨之截止。從 而，功率開關管502和503根據所述PWM控制電路505輸出的驅動信號進行相應的開關動作。采用圖5B所示的依據本發明的LED驅動電路，功率開關管503采用直接驅動的方 式，實現較簡單、使得電路更加穩定，成本和驅動功耗也相對減小。并且，串聯連接的功率開 關管502也使得電路的耐壓性能增強。并且，通過二極管509形成的二極管峰值整流電路，將LED的輸出電壓轉換為控制 電路508的偏置電源。顯然，這樣的供電方式，降低損耗的同時也降低了實現成本。當然，如果LED上的輸出電壓如果太高，控制電路508需要有降壓的穩壓器；如果 LED上的輸出電壓如果太低，輸出電感512上需要加以輔助繞組來產生控制電路508的偏置 電源。這些技術都屬于本領域技術人員的常識，在此不再贅述。本領域技術人員可以輕易得知，功率開關管502和503可以為不同類型的開關器 件；LED電流檢測電路513可以為檢測電阻等檢測元件；輸出電容514并不是必須的，并且 其可以連接至所述輸出回路的不同位置。盡管以上詳細介紹了采用復合功率開關管的降壓型LED驅動電路，但是本領域技 術人員可以輕易得知，其他類型的驅動電路如升壓-降壓型或者升壓型LED驅動電路均可 以給予同樣原理而實現，在此不再一一贅述。以下結合實施例詳細說明依據本發明的LED驅動方法。參考圖6，所示為依據本發明的一種高效率的LED驅動方法的流程圖。采用所述 LED驅動方法給所述LED裝置提供一恒定的驅動電流，具體包括以下步驟S601 將所述外部交流輸入電源轉換為直流電源，以產生第一輸入電平和第二輸 入電平；S602 與所述LED裝置串聯連接，設置LED電流檢測電路，以直接檢測所述LED裝 置的電流，并得到一反饋信號；S603 利用控制電路直接接收所述反饋信號，并與第一基準源比較，以產生相應的 驅動信號；S604 將功率開關管的兩個功率端分別連接所述第一輸入電平和所述LED電流檢 測電路，其控制端接收所述驅動信號，以進行相應的開關動作，從而使得所述LED裝置的電 流恒定。其中，S603的控制電路內部的驅動信號的產生可以采用高功率因數的調制模式， 來降低輸入諧波電流；同時，根據輸入電源和輸出電壓的關系，所述功率級電路可以以不同 的工作模式對輸出電流進行調節例如，對于功率因數要求相對較低，或者輸出電壓和輸入峰值電壓差值相對較大 的場合，功率級電路可以以降壓型轉換模式工作。對于對功率因數要求較高或者對成本、損 耗要求不嚴格的場合，功率級電路可以以升壓-降壓轉換模式工作。進一步的，圖6所示的LED驅動方法還可以包括，將所述LED裝置的輸出電壓通過 二極管峰值整流轉換方法轉換為一偏置電源，并輸入至所述PWM控制電路。這樣的供電方 法，降低損耗的同時也降低了實現成本。優選的，圖6所示的LED驅動方法中，所述功率開關管為一復合功率開關管；所述復合功率開關管包括第一功率開關管和第二功率開關管；其中，所述第一功率開關管的第一功率端為所述復合功率開關管的第一功率端， 所述第二功率開關管的第二功率端為所述復合功率開關管的第二功率端，所述第二功率開 關管的控制端為所述復合功率開關管的控制端；所述第一功率開關管的第二功率端連接至 所述第二功率開關管的第一功率端；所述第一功率開關管的控制端和所述第二功率開關管的第二功率端分別連接至 一基準源的兩端。串聯連接的兩個功率開關管可以承受更高的輸入電壓，并且，該基準源可以保護 第二功率開關管不會承受太高的電壓。采用圖6所示的LED驅動方法，通過對所述LED裝置的驅動電流的直接檢測，可以 準確的獲得表征所述LED裝置的驅動電流的反饋信號；并且，PWM控制電路直接接收所述反 饋信號以產生相應的驅動信號，來直接控制功率開關管的開關動作，從而提高了電流檢測 精度，也提高了所述LED裝置驅動電流的調整精度。并且，采用對功率開關管的直接驅動， 簡化了驅動電路結構，減小了電路損耗。依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不 限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。例如本 發明的實施例都使用N型功率MOSFET管，本發明的原理也可以應用于其他類型的功率器 件，例如P型的功率MOSFET管或者功率NPN管或者功率PNP管，本說明書就不具體敘述所 有的實施例。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實 際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使 用。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權利要求
1.一種高效率的LED驅動電路，用以驅動一 LED裝置，包括一整流橋，其接收一交流輸 入源以獲得第一輸入電平和第二輸入電平，其特征在于，所述LED驅動電路進一步包括控 制電路、LED電流檢測電路和功率開關管；其中，所述LED電流檢測電路與所述LED裝置連接，用以產生表征所述LED裝置的驅動電流 的反饋信號；所述控制電路與所述LED電流檢測電路連接，用以接收所述反饋信號，并據此產生一 PWM驅動信號；所述功率開關管包括控制端、第一功率端和第二功率端；所述第一功率端接收所述第 一輸入電平，所述第二功率端直接連接所述LED電流檢測電路，所述控制端直接接收所述 PWM驅動信號；所述功率開關管根據所述PWM驅動信號周期性地導通和截止來驅動所述LED裝置，并 且保證所述LED裝置的驅動電流維持恒定。
2.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述功率開關管為一功率 MOSFET晶體管，所述控制端為柵極，所述第一功率端為漏極，所述第二功率端為源極。
3.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述控制電路包括一誤差放大器 和一 PWM控制器；其中，所述誤差放大器接收所述反饋信號和第一基準源，并產生第一誤差信號；所述PWM控制器接收所述第一誤差信號以產生所述PWM驅動信號。
4.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述LED驅動電路進一步包括第 一二極管和輸出電感，以與所述功率開關管形成一降壓型驅動電路；其中，所述第一二極管 連接在所述第二輸入電平和所述功率開關管的第二功率端之間；所述LED電流檢測電路連 接在所述LED裝置和所述功率開關管的第二功率端之間的連線上；所述輸出電感連接在所 述LED電流檢測電路和所述LED裝置之間的連線上。
5.根據權利要求4所述的LED驅動電路，其特征在于，所述LED電流檢測電路為一檢測 電阻。
6.根據權利要求4所述的LED驅動電路，其特征在于，所述LED驅動電路進一步包括一 輸出電容，所述輸出電容與所述LED裝置并聯連接。
7.根據權利要求4所述的LED驅動電路，其特征在于，所述LED驅動電路進一步包括第 二二極管和第一濾波電容；其中，所述第二二極管的第一端連接至所述輸出電感和所述LED裝置的公共連接點，所述第 二二極管的第二端連接至第一濾波電容的一端，所述第一濾波電容的另一端接所述控制電 路的地；所述第二二極管的第二端和所述第一濾波電容的公共連接點上的電壓作為輸入至 所述控制電路的偏置電源。
8.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述LED驅動電路進一步包括輸 出二極管、輸出電容和輸出電感，與所述功率開關管形成升壓-降壓驅動電路；其中，所述輸出電感串聯連接在所述第二輸入電平和所述功率開關管的第二功率端之間；所述輸出二極管、所述LED裝置和所述LED電流檢測電路依次串聯連接在所述第二輸 入電平和所述功率開關管的第二功率端之間；所述輸出電容連接在所述輸出二極管和所述LED裝置的公共連接點和所述功率開關管的第二功率端之間。
9.根據權利要求8所述的LED驅動電路，其特征在于，所述輸出二極管和所述LED裝置 的公共連接點上的電壓作為輸入至所述控制電路的偏置電源。
10.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述功率開關管為一復合功率 開關管；所述復合功率開關管包括第一功率開關管和第二功率開關管；其中，所述第一功 率開關管的第一功率端為所述復合功率開關管的第一功率端，所述第二功率開關管的第二 功率端為所述符合功率開關管的第二功率端，所述第二功率開關管的控制端為所述復合功 率開關管的控制端；所述第一功率開關管的第二功率端連接至所述第二功率開關管的第一 功率端；所述第一功率開關管的控制端和所述第二功率開關管的第二功率端分別連接至第 二基準源的兩端。
11.根據權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述PWM驅動信號的占空比 跟隨所述交流輸入源的電壓而變化，以使平均輸入電流與所述交流輸入源的電壓大致成比 例。
12.—種高效率的LED驅動方法，用以將外部交流輸入電源轉換為驅動所述LED裝置的 恒定電流，其特征在于，包括，將所述外部交流輸入電源轉換為直流電源，以產生第一輸入電平和第二輸入電平；與所述LED裝置串聯連接，設置LED電流檢測電路，以直接檢測所述LED裝置的電流， 并得到一反饋信號；控制電路直接接收所述反饋信號，并與第一基準源比較，以產生相應的驅動信號；將功率開關管的兩個功率端分別連接所述第一輸入電平和所述LED電流檢測電路，控 制端接收所述驅動信號，以進行相應的開關動作，從而使得所述LED裝置的電流恒定。
13.根據權利要求12所述的LED驅動方法，其特征在于，所述功率開關管為一復合功率 開關管；所述復合功率開關管包括第一功率開關管和第二功率開關管；其中，所述第一功 率開關管的第一功率端為所述復合功率開關管的第一功率端，所述第二功率開關管的第二 功率端為所述符合功率開關管的第二功率端，所述第二功率開關管的控制端為所述復合功 率開關管的控制端；所述第一功率開關管的第二功率端連接至所述第二功率開關管的第一 功率端；所述第一功率開關管的控制端和所述第二功率開關管的第二功率端分別連接至第 二基準源的兩端。
14.根據權利要求12所述的LED驅動方法，其特征在于，所述功率級電路以降壓型轉換模式工作。
15.根據權利要求14所述的LED轉換方法，其特征在于，進一步包括，將所述LED裝置的輸出電壓經由二極管峰值整流轉換為一偏置電源，并輸入至所述 PWM控制電路。
16.根據權利要求13所述的LED驅動方法，其特征在于，所述功率級電路以升壓-降壓型轉換模式工作。
17.根據權利要求16所述的LED驅動方法，其特征在于，進一步包括，將所述LED裝置 的輸出電壓轉換為一偏置電源，并輸入至所述PWM控制電路。
18.根據權利要求12所述的LED驅動方法，其特征在于，所述PWM驅動信號的占空比跟 隨所述交流輸入源的電壓的變化而變化，以使平均輸入電流與所述交流輸入源的電壓大致成比例。
全文摘要
一種高效率的LED驅動電路，用以驅動一LED裝置，包括控制電路、LED電流檢測電路和功率開關管；其中，所述LED電流檢測電路用以產生表征所述LED裝置的驅動電流的反饋信號；所述控制電路與所述LED電流檢測電路連接，用以接收所述反饋信號，并據此產生一PWM驅動信號；所述功率開關管接收輸入電壓源和所述PWM驅動信號，并據此周期性地導通和截止來驅動所述LED裝置，并且保證所述LED裝置的驅動電流維持恒定。
文檔編號H05B37/02GK102076151SQ20111000532
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者陳偉, 陳圣倫 申請人:杭州矽力杰半導體技術有限公司