一種led驅動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種LED驅動器，包括直流變換單元、控制直流變換單元的控制單元和LED負載，直流變換單元給LED負載供電，控制單元包括用于控制LED驅動器的輸入電流峰值的峰值控制單元和用于控制LED驅動器的輸入電流谷值的谷值控制單元。
【專利說明】—種LED驅動器
[0001]【【技術領域】】
[0002]本實用新型涉及一種驅動器的電流控制方法及驅動器，尤其指一種LED驅動器的輸入電流控制方法及LED驅動器。
[0003]【【背景技術】】
[0004]電子變壓器在照明領域應用非常廣泛，由于其工作在高頻，和傳統硅鋼片變壓器相比較，在重量以及體積方面有很大的優勢，同時，電子變壓器輸出是安全隔離的低壓交流電壓，非常適合對安全有嚴格要求的場合，如商場櫥柜照明、酒店房間照明和家居照明等等。傳統光源和電子變壓器配套的是鹵鎢燈，一般常用的功率約為20W飛0W，這是一種熱輻射發光的燈，發光效率僅在201m/W左右，壽命只有3000-5000小時，光譜中除了可見光，還含有一定成分的紅外光和紫外光，這些局限性限制了鹵鎢燈的使用范圍。隨著發光二極管(LED)技術和市場的日益成熟，使用LED來替代鹵鎢燈的應用也越來越受到重視。作為固態照明的代表，LED具有更高的發光效率和更長的使用壽命，同時，LED所發出的光譜中不含有紅外和紫外成分，這些優點使得LED非常適合用來替換鹵鎢燈。
[0005]傳統的用于 連接電子變壓器的LED驅動通常采用降壓電路或者升降壓電路等直流變換拓撲。由于電子變壓器輸出為交流信號，在LED驅動中一般加有整流橋進行交直流變換，這樣交流信號經過整流后變成直流信號。當后面直流變換電路采用降壓結構時，由于降壓電路只在輸入電壓比輸出電壓高的時候才能正常工作，導致電子變壓器在低輸出電壓時出現空載，而只有在高輸出電壓時才帶有負載，這樣電子變壓器在交流輸入較低的時候由于空載而無法工作，在交流輸入接近峰值時輸出電壓，使得在交流輸入工頻周期內電子變壓器只是工作很短的時間，這種較短的工作時間不利于接入切相調光系統。另一方面，由于降壓電路的輸入電流是非連續的斬波電流，為了避免電子變壓器提前關斷，同時考慮到前面所提到的電子變壓器在工頻周期內只有較短的工作時間，往往在整流橋后加入非常大的電容，如330uF的電解電容，這樣雖然可以使驅動電源的輸入電流平滑，輸出LED電流的低頻脈動減少，但是大電容整流的使用卻使電路呈現容性負載特性，系統功率因數下降，同時，由于電子變壓器輸出的是高頻方波電壓，此電壓加到大電容上卻會使帶有過載保護的電子變壓器誤動作。如果把降壓電路改為升降壓電路，雖然可以適當減少輸入電容容量，但由于占空比的限制，也無法完全減免上述的不良影響。因此現有技術中的LED驅動的輸入電流會影響LED驅動與電子變壓器的兼容性問題。
[0006]因此，為了克服上述缺陷，有必要提供一種改進的LED驅動器的輸入電流控制方法及LED驅動器。
[0007]【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種LED驅動器。
[0009]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:一種LED驅動器，包括直流變換單元、控制所述直流變換單元的控制單元和LED負載，所述直流變換單元給所述LED負載供電，所述控制單元包括用于控制所述LED驅動器的輸入電流峰值的峰值控制單元和用于控制所述LED驅動器的輸入電流谷值的谷值控制單元。[0010]優選地，所述谷值控制單元包括輸入電流采樣單元、信號處理單元以及比較電路，所述信號處理單元提供參考信號，所述輸入電流采樣單元采樣輸入電流信號，所述輸入電流信號與所述參考信號通過所述比較電路后輸出控制信號。
[0011]優選地，所述峰值控制單元包括輸入電流采樣單元、信號處理單元以及比較電路，所述信號處理單元提供參考信號，所述輸入電流采樣單元采樣輸入電流信號，所述輸入電流信號與所述參考信號通過所述比較電路后輸出控制信號。
[0012]優選地，所述峰值控制單元和所述谷值控制單元共用同一輸入電流采樣單元以及
同一信號處理單兀。
[0013]優選地，所述輸入電流采樣單元采樣完整的輸入電流，形成輸入電流信號，其包括對地的采樣電阻、連接采樣電阻的分壓電阻以及疊加電路，所述疊加電路輸入端連接一帶隙參考值，所述疊加電路將所述帶隙參考值與所述采樣到的輸入電流疊加，從而形成輸入電流信號。
[0014]優選地，所述疊加電路具有分壓電阻，所述分壓電阻一端連接所述帶隙參考值，另一端與所述輸入電流采樣單元的分壓電阻并聯。
[0015]優選地，所述控制單元還包括輸出信號反饋單元，所述輸出信號反饋單元一端連接所述直流變換單元的輸出端，另一端連接所述信號處理單元，所述輸出信號反饋單元反饋輸出信號給所述信號處理單元。
[0016]優選地，所述控制單元還包括輸入電壓信號采樣單元，所述輸入電壓信號采樣單元一端采樣所述LED驅動器 的輸入電壓，另一端連接所述信號處理單元。
[0017]優選地，所述信號處理單元具有至少一個輸入端以及兩個輸出端，所述第一輸出端連接所述谷值控制單元的輸入端，所述第二輸出端連接所述峰值控制單元的輸入端。
[0018]優選地，所述控制單元還包括控制驅動單元，所述谷值控制單元的輸出端和所述峰值控制單元的輸出端分別連接所述控制驅動單元，所述控制驅動單元連接所述直流變換單元，所述谷值控制單元和所述峰值控制單元的輸出信號通過所述控制驅動單元控制所述直流變換單元的導通和關斷。
[0019]相較于現有技術，本實用新型LED驅動器有以下優點:很大的提高了 LED驅動器對電子變壓器的兼容性。
[0020]【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0021]圖1為本實用新型LED驅動器與電子變壓器的連接示意圖。
[0022]圖2為本實用新型第一種LED驅動器的輸入電流控制方法的輸入電流波形圖。
[0023]圖3為本實用新型第二種LED驅動器的輸入電流控制方法的輸入電流波形圖。
[0024]圖4為本實用新型第三種LED驅動器的輸入電流控制方法的輸入電流波形圖。
[0025]圖5為本實用新型第四種LED驅動器的輸入電流控制方法的輸入電流波形圖。
[0026]圖6為本實用新型LED驅動器的電路圖。
[0027]【【具體實施方式】】
[0028]請參照圖1至圖5所示，本實用新型LED驅動器連接電子變壓器9，本實用新型提供一種LED驅動器的輸入電流12控制方法。該LED驅動器的輸入控制方法包括:
[0029]第一步，將電子變壓器輸出的交流電流整流后形成直流輸入電流12 ；
[0030]第二步，同時控制輸入電流12的峰值和谷值。[0031]同時控制峰值和谷值的方法使得本實用新型的控制方法能夠在控制輸入電流12峰值的同時，控制輸入電流12的谷值始終為一個大于零的值。將輸入電流12峰值控制在可以使電子變壓器驅動磁芯(未圖示)飽和的范圍內，同時保證輸入電流12谷值不會為零，使得電子變壓器半橋開關(未圖示)能夠保持正常開關頻率。因此，本實用新型的輸入電流12控制方法能夠保證在LED驅動器連接不同負載、尤其是輕載的情況下電子變壓器能夠正常輸出，從而提高LED驅動器對各種電子變壓器的兼容性。
[0032]LED驅動器都具有整流橋和閉環控制環路(未圖示)以控制LED驅動器恒流或者恒壓輸出。如圖1所示，電子變壓器輸出的電流I1、電壓Vl經過LED驅動器的整流橋后形成LED驅動器的輸入電壓V2和輸入電流12。同時控制輸入電流峰值和谷值的方法包括以下幾種。
[0033]請參照圖2所示，第一種控制方法為固定輸入電流12的峰值，調整電流谷值，電流谷值被控制在大于零的一個固定值。進一步地，峰值被控制在達到電子變壓器驅動磁芯飽和的范圍，而電流谷值則根據LED驅動器的閉環控制環路進行調整，但是有一個最小值，避免電流進入臨界或斷續模式，影響電子變壓器正常開關。當輸入電流12達到設定的峰值時，LED驅動器內部開關將關閉，使得輸入電流12下降，當輸入電流12下降到環路設定的谷值時，LED驅動器內部開關又會重新動作，促使輸入電流12上升。輸入電流12的平均值可以表達為:平均值=(峰值+谷值)/2。當谷值調整時，輸入電流12的平均值也隨之變化，這種控制方式在一定的負載范圍內是可以滿足兼容電子變壓器的要求。
[0034]請參照圖3所示，第二種控制方法為固定輸入電流的谷值，調整電流峰值，電流峰值被控制在一個固定值。輸入電流12的谷值被固定，而峰值則根據閉環控制環路的調整而變化，當輸入電流12到達閉環控制環路設定的峰值時LED驅動器內部的開關動作，使得輸入電流12下降，而當輸入電流12下降到設定的谷值時，LED驅動器內部的開關再次動作，電流上升。這種控制方式和傳統的峰值電流控制最大的不同在于將輸入電流12谷值控制在一個固定值，且該固定值大于零，這樣確保輸入電流12是連續的。傳統峰值電流控制無法確保輸入電流連續，會由于輸入電壓的變化或者負載的變化導致臨界或斷續模式出現。峰值電流控制的一個好處是，當一個電子變壓器拖多個LED驅動器時，通過閉環控制環路的設計可以降低每個LED驅動器的輸入電流峰值，使得電子變壓器總輸出電流峰值下降，有利于更多LED驅動器并聯使用而不會超出電子變壓器的額定電流值或者觸發過載保護。
[0035]請參照圖4所示，第三種控制方法為固定輸入電流12的谷值，調整輸入電流12峰值，輸入電流12峰值在不同的時段被控制在不同的固定值，輸入電流12峰值具有至少兩個固定值，固定值的變化呈周期性重復，從而達到輸入電流12峰值的分段控制。考慮到兼容不同功率的LED負載，特別是低功率的應用，在峰值電流控制的基礎上，加入峰值分段控制，以便兼顧低功率和適應電子變壓器的需求。輸入電流12的谷值保持不變，當輸入電流12到達設定谷值時LED驅動器的內部開關動作，使輸入電流12上升，當輸入電流12上升到閉環控制環路設定的峰值時，LED驅動器的內部開關再次動作，使輸入電流12下降。本控制方式中，輸入電流12峰值分為兩種:峰值I和峰值2，峰值I在整流橋后輸入電壓V2過零時觸發，該觸發可以是利用輸入電壓V2的下降沿或者上升沿觸發。在連接有切相調光器的系統中，這個輸入電壓過零信號可以同時作為切相調光導通角度的檢測，從而相應控制LED驅動器的輸出電流值。峰值I的幅值可以是固定，也可以根據功率需求調節，但是最小值必須保證電子變壓器驅動磁芯飽和，同時，峰值I的維持時間可以是固定的一個時間，也可以隨LED驅動器開關頻率或者電子變壓器開關頻率改變；峰值2則是由LED驅動器內部環路設定，根據輸入信號或者輸出信號自動進行調節，從而適應不同功率不同輸入輸出電壓的需求，峰值2的維持時間根據峰值I的維持時間被動調節，峰值I和峰值2的維持時間之和等于電子變壓器開關周期的一半。從功能來看，峰值I主要是適應電子變壓器正常工作的要求，而峰值2則是滿足不同功率輸出的要求，分段的峰值控制可以同時實現功率和兼容性的兼顧。
[0036]請參考圖5所示，第四種控制方法為在不同的時段使輸入電流12具有不同的谷值和峰值，電流峰值具有至少兩個固定值，電流谷值具有至少兩個固定值，對應的電流峰值和電流谷值呈周期性變化，從而實現輸入電流12峰值和谷值的分段控制。該控制方法采用滯環控制，輸入電流12工作在連續狀態，輸入電流12的峰峰值保持不變，但是可以根據閉環控制環路的設定進行整體上升或下降。對應第三種控制方法，就是對峰值2進行調節，由于峰峰值保持不變，在調節峰值2的時候，其實谷值也在相應變化。峰值I在整流橋后輸入電壓V2過零觸發，同樣，峰值I的幅值可以是固定，也可以根據功率需求調節，但是最小值必須保證電子變壓器驅動磁芯的飽和。同時，峰值I的維持時間可以是固定的，也可以隨LED驅動器開關頻率或者電子變壓器開關頻率改變。第四種控制方法可以根據需求固定峰峰值，方便根據不同的需要設計LED驅動器的電感感值和計算開關頻率。
[0037]請參照圖6所示，本實用新型一種LED驅動器1，包括直流變換單元12、控制直流變換單元12的控制單元10和LED負載(未圖示)。直流變換單元12給LED負載供電。控制單元10還包括用于控制LED驅動器I的輸入電流12峰值的峰值控制單元(未標號)和用于控制所述LED驅動器I的輸入電流12谷值的谷值控制單元(未標號)。
[0038]本實用新型的控制單元10既具有谷值控制單元又具有峰值控制單元，使得LED驅動器I的控制單元10可以同時控制輸入電流的峰值和谷值。當LED驅動器I與電子變壓器(未圖示)連接時，本實用新型LED驅動器I可以通過上述多種不同的控制方式，在控制輸入電流峰值的同時，控制輸入電流的谷值始終為一個大于零的值。本實用新型LED驅動器I可以將輸入電流峰值控制在可以使電子變壓器驅動磁芯(未圖示)飽和的范圍內，同時保證輸入電流谷值不會為零，使得電子變壓器半橋開關(未圖示)能夠保持正常開關頻率。因此，本實用新型LED驅動器I能夠保證在LED驅動器I連接不同負載、尤其是輕載的情況下電子變壓器能夠正常輸出，從而提高LED驅動器I對各種電子變壓器的兼容性。
[0039]谷值控制單元包括輸入電流采樣單元103、信號處理單元105以及比較電路101。信號處理單元105提供參考信號，輸入電流采樣單元103采樣輸入電流信號，輸入電流信號與參考信號通過比較電路101后輸出控制信號。峰值控制單元包括輸入電流采樣單元103、信號處理單元105以及比較電路102。信號處理單元105提供參考信號，輸入電流采樣單元103采樣輸入電流信號，輸入電流信號與參考信號通過比較電路后輸出控制信號。本實施例中，峰值控制單元和谷值控制單元共用同一輸入電流采樣單元103以及同一信號處理單元105。其他實施例中，峰值控制單元和谷值控制單元也可以分別采用不同的信號處理單元和輸入電流采樣單元。
[0040]本實施例中，谷值控制單元的比較電路101包括比較器UI，比較器UI的輸入端(未標號)具有正極和負極。比較器Ul的正極連接輸入電流信號，比較器Ul的負極連接參考信號。峰值控制單元的比較電路102包括比較器U2，比較器U2的輸入端(未標號)具有正極和負極，比較器U2的負極連接輸入電流信號，比較器U2的正極連接參考信號。
[0041]輸入電流采樣單元103采樣完整的輸入電流。當LED驅動器I用第一種控制方法控制輸入電流時，峰值控制單元的輸入端正極接入的參考信號為一固定值，從而使得輸入電流的峰值固定。而谷值控制單元的輸入端負極接入的參考信號為一變量，根據這個變量調節輸入電流的谷值。當LED驅動器I采用第二種控制方式控制輸入電流時，谷值控制單元的輸入端負極接入的參考信號的值為一固定值，從而使得輸入電流的谷值固定。峰值控制單元的輸入端正極接入的參考信號的值為一變量，根據這個變化的參考信號值控制輸入電流的峰值。當LED驅動器I用第三種控制方法控制輸入電流時，谷值控制單元的輸入端負極接入的參考信號值為一固定值，從而使得輸入電流的谷值固定。峰值控制單元的輸入端正極接入的參考信號的值為兩個變量，根據變化的參考信號值控制輸入電流的峰值I和峰值2。當LED驅動器I用第四種控制方法控制輸入電流時，峰值控制單元的輸入端正極接入的參考信號的值為兩個變量，根據變化的參考信號值控制輸入電流的峰值I和峰值2。谷值控制單元的輸入端負極接入的參考信號的值也為兩個變量，谷值參考信號值由峰值參考信號值經過一個偏置電路(未圖示)得到。
[0042]輸入電流采樣單元103包括對地的采樣電阻Rs、連接采樣電阻Rs的分壓電阻R2以及疊加電路1031，疊加電路1031輸入端連接一帶隙參考值，疊加電路1031將帶隙參考值與米樣到的輸入電流電壓疊加，從而形成輸入電流信號。本實施例中，米樣電阻Rs的一端接地、另一端連接輸入電流采樣單元103，這樣，輸入電流采樣單元103采樣到的輸入電流電壓為負值，因此需要通過疊加電路1031疊加一帶隙參考值，從而形成正值的輸入電流信號。其他實施例中，也可以將輸入電流采樣單元103連接于采樣電阻Rs和地之間，這樣采樣到的輸入電流電壓為正值，此時就不需要疊加電路1031引入一帶隙參考值。疊加電路1031具有分壓電阻R1，分壓電阻Rl —端連接帶隙參考值，另一端與輸入電流采樣單元103的分壓電阻R2并聯。輸入電流采樣單元103采樣完整的輸入電流，形成輸入電流信號。輸入電流信號分別接入谷值控制單元和峰值控制單元。具體的，輸入電流信號分別接入谷值控制單元的輸入端正極以及峰值控制單元的輸入端負極。谷值控制單元中，輸入電流信號與谷值控制單元輸入端負極的參考值比較，峰值控制單元中，輸入電流信號與峰值控制單兀輸入端正極的參考值比較。當輸入電流信號大于谷值參考值，LED驅動器I控制輸入電流增大，當輸入電流信號小于峰值參考值，LED驅動器I控制輸入電流減小。本實用新型中輸入電流信號為電壓。
[0043]控制單元10還包括控制驅動單元106，谷值控制單元的輸出端和峰值控制單元的輸出端分別連接控制驅動單元106，控制驅動單元106連接直流變換單元12，谷值控制單元和峰值控制單元的輸出信號通過控制驅動單元106控制直流變換單元12的導通和關斷。
[0044]控制單元10還包括輸出信號反饋單元104。本實施例中，信號處理單元105具有至少一個輸入端a以及兩個輸出端c、d。輸入端a連接輸出信號反饋單元104，第一輸出端c連接谷值控制單元的輸入端，第二輸出端d連接峰值控制單元的輸入端。輸出信號反饋單元104 —端連接LED驅動器I的輸出端，另一端連接信號處理單元105的輸入端a，輸出信號反饋單元104反饋輸出信號給信號處理單元104。當LED驅動器I使用上述第一種控制方法控制輸入電流時，輸出信號經過信號處理單元104的處理后形成谷值參考值輸入谷值參考單元101。當LED驅動器I使用上述第二種控制方法控制輸入電流時，輸出信號經過信號處理單元104的處理后形成峰值參考值輸入峰值控制單元。
[0045]當LED驅動器I使用上述第三、第四種控制方法控制輸入電流時，控制單元10還包括輸入電壓信號米樣單兀107,信號處理單兀105還包括第二輸入端b。輸入電壓信號米樣單兀107 —端米樣LED驅動器I的輸入電壓，另一端連接信號處理單兀105的第二輸入端b。本實施例中，輸入電壓信號采樣單元107包括分壓電阻R3、R4，兩個電阻R3、R4串聯連接，電阻R3 —端連接LED驅動器I的輸入端采樣輸入電壓，另一端連接電阻R4 ；電阻R4一端連接電阻R3，另一端接地。信號處理單元105的第二輸入端b連接于電阻R3和電阻R4之間。此時,信號處理單兀105的輸入信號由兩個,一個是輸入電壓V2的信號,經過電阻R3、R4進行分壓輸入信號處理單兀105,在信號處理單兀105可以通過一個電壓比較器(未圖示)對輸入電壓V2進行過零檢測，也可以通過其他方式來處理輸入電壓V2信號；另外一個是輸出信號，即輸出信號反饋單元104反饋的信號，該信號可以是輸出電壓也可以是輸出電流，用于使輸出電壓或者輸出電流恒定。信號處理單元105利用這兩個反饋信號，輸出合適的電流峰值參考值和谷值參考值，可以非常方便地實現本專利提出的四種電流控制方式。
[0046]通過本實用新型的電流控制方法，可以使得LED驅動器I可以根據電子變壓器的工作特點，對LED驅動器的輸入電流的峰值和谷值進行合理的控制，從而保證電子變壓器在不同負載，尤其在輕載的情況下實現正常輸出，避免在連接LED負載時出現異常保護、間歇性工作和噪聲等問題，提高LED驅動器對各種電子變壓器的兼容。
【權利要求】
1.一種LED驅動器，包括直流變換單元、控制所述直流變換單元的控制單元和LED負載，所述直流變換單元給所述LED負載供電，其特征在于，所述控制單元包括用于控制所述LED驅動器的輸入電流峰值的峰值控制單元和用于控制所述LED驅動器的輸入電流谷值的谷值控制單元。
2.如權利要求1所述的LED驅動器，其特征在于，所述谷值控制單元包括輸入電流采樣單元、信號處理單元以及比較電路，所述信號處理單元提供參考信號，所述輸入電流采樣單元采樣輸入電流信號，所述輸入電流信號與所述參考信號通過所述比較電路后輸出控制信號。
3.如權利要求1所述的LED驅動器，其特征在于，所述峰值控制單元包括輸入電流采樣單元、信號處理單元以及比較電路，所述信號處理單元提供參考信號，所述輸入電流采樣單元采樣輸入電流信號，所述輸入電流信號與所述參考信號通過所述比較電路后輸出控制信號。
4.如權利要求3所述的LED驅動器，其特征在于，所述峰值控制單元和所述谷值控制單元共用同一輸入電流采樣單元以及同一信號處理單元。
5.如權利要求2至4中任意一項所述的LED驅動器，其特征在于，所述輸入電流采樣單元采樣完整的輸入電流，形成輸入電流信號，其包括對地的采樣電阻、連接采樣電阻的分壓電阻以及疊加電路，所述疊加電路輸入端連接一帶隙參考值，所述疊加電路將所述帶隙參考值與所述采樣到的輸入電流疊加，從而形成輸入電流信號。
6.如權利要求5所述的LED驅動器，其特征在于，所述疊加電路具有分壓電阻，所述分壓電阻一端連接所述帶隙參考值，另一端與所述輸入電流采樣單元的分壓電阻并聯。
7.如權利要求2至4中任意一項所述的LED驅動器，其特征在于，所述控制單元還包括輸出信號反饋單元，所述輸出信號反饋單元一端連接所述直流變換單元的輸出端，另一端連接所述信號處理單元，所述輸出信號反饋單元反饋輸出信號給所述信號處理單元。
8.如權利要求7所述的LED驅動器，其特征在于，所述控制單元還包括輸入電壓信號采樣單元，所述輸入電壓信號采樣單元一端采樣所述LED驅動器的輸入電壓，另一端連接所述信號處理單元。
9.如權利要求3所述的LED驅動器，其特征在于，所述信號處理單元具有至少一個輸入端以及兩個輸出端，所述第一輸出端連接所述谷值控制單元的輸入端，所述第二輸出端連接所述峰值控制單元的輸入端。
10.如權利要求1所述的LED驅動器，其特征在于，所述控制單元還包括控制驅動單元，所述谷值控制單元的輸出端和所述峰值控制單元的輸出端分別連接所述控制驅動單元，所述控制驅動單元連接所述直流變換單元，所述谷值控制單元和所述峰值控制單元的輸出信號通過所述控制驅動單元控制所述直流變換單元的導通和關斷。
【文檔編號】H05B37/02GK203504823SQ201320577836
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】文威 申請人:歐普照明股份有限公司