Led恒流pwm驅動電路及三基色led混光驅動電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路。該LED恒流PWM驅動電路包括：三端雙向開關電路，與交流電源相連接，用于將交流電源提供的正弦交流信號轉換成正弦斬波波形信號；PWM波形信號產生電路，與所述三端雙向開關電路相連接，用于利用所述正弦斬波波形信號產生PWM波形信號；LED恒流驅動電路，與所述PWM波形信號產生電路相連接，用于利用所述PWM波形信號控制LED光源的導通和關斷，從而實現LED的恒流PWM驅動。本發明中，三端雙向開關電路直接驅動負載為阻性負載，不是容性負載，因而該技術方案能保證高功率因子，不會影響整個電網的質量。
【專利說明】LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及LED【技術領域】，尤其涉及一種LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路。
【背景技術】
[0002]發光二極管(Light Emitting Diode,簡稱LED)由于具有體積小、節能、環保、使用壽命長等優點，成為傳統光源最有潛力的替代品之一。
[0003]LED白光光源產生有多種方法，一種是利用藍光LED激發黃色熒光粉來產生白光，但此種方法制造的白光LED的出光存在較大的隨機性，并且由于熒光粉老化，LED的效率將會降低。而三基色混光則是一種較好的白光產生方法。三基色混光是利用紅光LED、藍光LED以及綠光LED進行混光，根據CIE (國際照明委員會)色度圖，光的色溫與三基色的比例量rU)、g(A)及bU)有關，并且滿足條件rU)+gU)+bU)=l，因此，三基色混光不僅可以改變LED電流的脈寬實現亮度調節，而且可以根據用戶的喜好改變三基色流明的比例獲得LED的色溫調節。目前LED的常用調光技術有PWM調光和模擬調光，前者的調光原理是控制流經LED電流的導通時間，后者的調光原理是直接控制流經LED電流的大小。
[0004]三端雙向開關(TRIAC，雙向晶閘管)是電力電子領域的常用的整流器件，通過門極的控制信號可以實現其在兩個方向上的導通。當TRIAC導通后，門極控制信號便失去控制作用，當通過TRIAC的電流低于維持電流，TRIAC由導通變為截止。基于TRIAC的調光器目前廣泛應用于對白熾燈和鹵素燈等純阻性負載的調光應用中，其基本原理是通過控制TRIAC的觸發時刻來控制TRIAC的導通時間，進而實現對光源(負載)電壓的調節，從而達到調光的目的。
[0005]對于容性負載的LED照明燈具來說，TRIAC調光器會帶來五大不利影響，因此嚴格來說這不是一種優質的調光技術。第一大不利影響是TRIAC調光不可避免地會破壞功率因子，因為它采用截波方式進行調光，特別是深度調光時，功率因子會變得很低，并進而影響整個電網的質量；第二大不利影響是TRIAC調光會產生嚴重EMI干擾，因為當負載是容性時，可控硅導通截止會在輸出電流波形上產生強烈突波，而這一突波電流會帶來嚴重EMI干擾；第三大不利影響是TRIAC調光會造成整個燈具的電源轉換效率低下，當進行深度調光時，效率會低于20% ;第四大不利影響是TRIAC調光器與LED照明燈具是不匹配的，而這容易造成輸出光閃爍問題，影響消費者使用體驗，甚至會帶來健康問題；第五大不利影響是TRIAC調光器會帶來嚴重的THD(總諧波失真)問題，而國際能源標準如電流諧波標準的兼容性測試EN61000-3-2開始要求嚴格的THD規范。
【發明內容】
[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]鑒于上述技術問題，本發明提供了一種LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路，以改進現有LED的TRIAC調光方案，克服以上五大問題。[0008]( 二)技術方案
[0009]根據本發明的一個方面，提供了 一種LED恒流PWM驅動電路。該LED恒流PWM驅動電路包括:三端雙向開關電路，與交流電源相連接，用于將交流電源提供的正弦交流信號轉換成正弦斬波波形信號；PWM波形信號產生電路，與三端雙向開關電路相連接，用于利用正弦斬波波形信號產生PWM波形信號；LED恒流驅動電路，與PWM波形信號產生電路相連接，用于利用PWM波形信號控制LED光源的導通和關斷，從而實現LED的恒流PWM驅動。
[0010]根據本發明的另一個方面，還提供了一種三基色LED混光驅動電路。該三基色LED混光驅動電路包括:第一 LED恒流PWM驅動電路、第二 LED恒流PWM驅動電路和第三LED恒流PWM驅動電路；其中，該三個LED恒流PWM驅動電路均為上述的LED恒流PWM驅動電路，分別驅動紅光LED光源、藍光LED光源和綠光LED光源。
[0011](三)有益效果
[0012]從上述技術方案可以看出，本發明LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路具有以下有益效果:
[0013](I)三端雙向開關(TRIAC)電路直接驅動負載為阻性負載，不是容性負載，因而該技術方案能保證高功率因子，不會影響整個電網的質量；
[0014](2)三端雙向開關(TRIAC)電路直接驅動負載為電阻，因而該技術方案不會在輸出波形上產生強烈突波，繼而不會帶來嚴重的EMI干擾；
[0015](3)三端雙向開關(TRIAC)電路直接驅動負載為電阻，電源轉換效率主要由LED恒流PWM驅動電路的效率決定，顯然，該技術方案中的LED恒流PWM驅動電路的效率比傳統TRIAC調光高；
[0016](4)采用恒流驅動及PWM調控，與LED燈具兼容性高；
[0017](5)由于該技術方案中的三端雙向開關(TRIAC)電路是線性的，用PWM調節，沒有諧波產生，也就不會出現THD的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為根據本發明實施例LED恒流PWM驅動電路的結構示意圖；
[0019]圖2為圖1所示LED恒流PWM驅動電路中三端雙向開關電路的結構示意圖；
[0020]圖3為圖1所示LED恒流PWM驅動電路中PWM波形信號產生電路的結構示意圖；
[0021]圖4為圖1所示LED恒流PWM驅動電路中LED恒流驅動電路的結構示意圖；
[0022]圖5是圖1所示LED恒流PWM驅動電路中部分節點波形信號圖；
[0023]圖6為根據本發明實施例三基色LED混光驅動電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。
[0025]本發明提供了一種LED恒流PWM驅動電路以及基于該LED恒流PWM驅動電路的三基色LED混光驅動電路。該LED恒流驅動電路中包含溫度負反饋電路，使LED在過高溫度下會自動降低工作電流，防止溫度進一步上升，確保了 LED的高效率及長的壽命。
[0026]在本發明的第一個示例性實施例中，提供了一種LED恒流PWM驅動電路。圖1為本發明第一實施例LED恒流PWM驅動電路的結構示意圖。請參照圖1，本實施例LED恒流PWM驅動電路包括:
[0027]三端雙向開關(TRIAC)電路，與交流電源相連接，用于將交流電源提供的正弦交流信號轉換成正弦斬波波形信號；
[0028]PWM波形信號產生電路，與三端雙向開關電路相連接，用于利用所述正弦斬波波形信號產生PWM波形信號；
[0029]LED恒流驅動電路，與所述PWM波形信號產生電路相連接，用于利用所述PWM波形信號控制LED光源的導通和關斷，從而實現LED的恒流PWM驅動。
[0030]以下分別對本實施例LED恒流驅動電路中的各個組成部分進行詳細說明。
[0031]三端雙向開關電路
[0032]圖2為圖1所示LED恒流驅動電路中三端雙向開關電路的結構示意圖。請參照圖2，該三端雙向開關電路包括:
[0033]雙RC延遲回路，其輸入端連接至交流電源Vae的第一端，用于對交流電源Vae輸出信號進行延遲，包括:
[0034]第一電容Cl，其第一端連接至交流電源Va。的第一端；
[0035]第二電容C2，其第一端連接至交流電源Va。的第一端；
[0036]第四電阻R4，其第一端連接至第一電容Cl的第二端，其第二端連接至第二電容C2的第二端；
[0037]第三電阻R3，其第一端連接至第一電容Cl的第二端；
[0038]三端雙向開關(TRIAC)，其第二陽極端連接至交流電源Vae的第一端，其控制極端通過雙向觸發二極管(DIAC)連接至雙RC延遲回路中第二電容C2的第二端，其第一陽極端連接至第三電阻R3的第二端；
[0039]相互串聯的第一負載電阻Rl和第二負載電阻R2,其中，第一負載電阻Rl的第一端連接至交流電源Vae的第二端，第二負載電阻R2的第二端連接至第三電阻R3的第二端。
[0040]其中，第一負載電阻Rl的第一端作為該三端雙向開關電路的第一輸出端，其第二端作為該三端雙向開關電路的第二輸出端。
[0041]本實施例中，交流電源Vae為220V的交流電壓。
[0042]雙RC延遲回路可以令三端雙向開關延遲啟動，直至到達雙向觸發二極管DIAC的觸發點電壓。且雙RC延遲回路中第三電阻R3和第四電阻R4均可以進行調整，從而改變導通時間。
[0043]此外，第一負載電阻Rl和第二負載電阻R2的阻值也可以進行調整。通過調整兩者的阻值，從而可以改變該三端雙向開關電路輸出信號的幅度。
[0044]PWM波形信號產生電路
[0045]圖3為圖1所示LED恒流驅動電路中PWM波形信號產生電路的結構示意圖。請參照圖3，該PWM波形信號產生電路包括:
[0046]由四個二極管組成的橋式整流電路Z，其第一端連接至三端雙向開關電路的第一輸出端，其第二端連接至三端雙向開關電路的第二輸出端，其第三端連接至地；
[0047]過零比較器EA1，其負相輸入端連接至地，其正相輸入端連接至橋式整流電路Z的第四端，其輸出端為PWM波形信號產生電路的輸出端。
[0048]橋式整流電路Z用于將三端雙向開關電路輸出的正弦斬波信號整流得到正弦斬波波形的整流波形信號，而過零比較器EAl用于將正弦斬波波形的整流波形信號轉化成PWM波形信號。
[0049]LED恒流驅動電路
[0050]圖4為圖1所示LED恒流驅動電路中的LED恒流驅動電路的結構示意圖。請參照圖4，該LED恒流驅動電路包括:
[0051]電壓比較器EA2，其正相輸入端連接至基準電壓-約1.43V(與流經LED的電流和R6、R7的阻值有關)；
[0052]三極管Q，其基極連接至PWM波形信號產生電路的輸出端，其集電極連接至LED光源的負極，并通過正溫度系數的反饋電阻RT連接至地；
[0053]放大器Av，其正相輸入端通過第七電阻R7連接至地，其負向輸入端連接至三極管Q的發射極；其輸出端通過第六電阻R6連接至其正向輸出端，并連接至電壓比較器EA2的負向輸入端；
[0054]調整管PM0S，其柵極連接至電壓比較器EA2的輸出端，其漏極連接至LED光源的正極，其源極連接至電路電源VIN。
[0055]電路電源Vin上電，輸入電壓變化范圍是6.5V?30V，基準電壓產生基準電壓，并輸入到電壓比較器EA2的正相輸入端。利用正溫度系數的反饋電阻RT來設定流經LED的電流。Av放大器將正溫度系數的反饋電阻RT的檢測電壓比例放大后輸入到電壓比較器EA2的負相輸入端。放大器Av、電壓比較器EA2和調整管PMOS組成負反饋網絡，用于調節輸出電流。輸出電流變化時，正溫度系數的反饋電阻RT兩端的電壓經放大后和基準電壓比較，兩者的差值被放大后用于控制調整管的柵極，從而穩定輸出電流。通過PWM波形信號產生電路輸出的PWM信號就可以控制三極管Q的導通和關斷從而實現對LED光源的調光控制。正溫度系數的電阻具有正溫度系數，隨著環境溫度升高，其阻值變大，從而使流經LED光源的電流變小，繼而減小電路的功耗，降低溫度。正溫度系數的電阻可以起到溫度負反饋的作用，有利于地防止LED光源的溫升而導致效率下降及壽命減少等問題。
[0056]本發明中，調整管可以為一 PMOS或NMOS管。其中，LED光源為單個LED管或多個串聯和/或并聯的LED管組成的LED陣列。
[0057]圖5是圖1所示LED恒流PWM驅動電路中部分節點波形信號圖。請參照圖5，虛線(淺色線)對應輸入正弦信號，實線(深色線)代表由本實施例LED恒流PWM驅動電路中部分節點提取的信號P0、P1及P2。PO是由三端雙向開關電路輸出的正弦斬波波形信號，由PO的信號波形可知，該三端雙向開關電路準確的將交流電源Vae輸出的220V的交流信號轉換為其正弦斬波波形信號。Pl是經橋式整流電路Z整流得到的正弦斬波波形的整流波形信號，P2為PWM波形信號產生電路輸出的PWM波形信號。
[0058]至此，本實施例LED恒流PWM驅動電路介紹完畢。
[0059]在本發明的第二個示例性實施例中，還提供了 一種基于上述LED恒流PWM驅動電路的二基色LED混光驅動電路。[0060]圖6為根據本發明實施例三基色LED混光驅動電路的結構示意圖。請參照圖6，本實施例三基色LED混光驅動電路包括:第一 LED恒流PWM驅動電路、第二 LED恒流PWM驅動電路和第三LED恒流PWM驅動電路。該三個LED恒流PWM驅動電路均為上述的LED恒流PWM驅動電路，其輸入端連接至交流電源\c,分別驅動紅光LED光源、藍光LED光源和綠光LED光源。
[0061 ] 通過LED恒流PWM驅動電路中的第三電阻R3和第四電阻R4可以改變三端雙向開關電路的導通時間，從而改變其輸出的正弦斬波波形的占空比，從而調節PWM波形信號的占空比，繼而實現了對LED光源的調光。其中，第三電阻R3和第四電阻R4的可調范圍為300kΩ?600kQ，視交流電頻率、第一電容Cl和第二電容C2的電容值決定。通過對三個LED恒流PWM驅動電路中三個LED光源進行調光，即可改變RGB三色光的比例，從而調節RGB三色光混光后的色溫。
[0062]至此，已經結合附圖對本發明兩實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路有了清楚的認識。
[0063]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替。
[0064]綜上所述，本發明提供一種LED恒流PWM驅動電路及三基色LED混光驅動電路。該LED恒流PWM驅動電路將LED光源的容性負載改變為阻性負載，從而保證了高功率因子，不會影響整個電網的質量，具有極高的應用價值。
[0065]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，包括: 三端雙向開關電路，與交流電源相連接，用于將交流電源提供的正弦交流信號轉換成正弦斬波波形信號； PWM波形信號產生電路，與所述三端雙向開關電路相連接，用于利用所述正弦斬波波形信號產生PWM波形信號； LED恒流驅動電路，與所述PWM波形信號產生電路相連接，用于利用所述PWM波形信號控制LED光源的導通和關斷，從而實現LED的恒流PWM驅動。
2.根據權利要求1所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述LED恒流驅動電路包括: 電壓比較器(EA2)，其正相輸入端連接至基準電壓； 三極管(Q)，其基極連接至所述PWM波形信號產生電路的輸出端，其集電極連接至LED光源的負極，并通過正溫度系數的反饋電阻(RT)連接至地； 放大器(Av)，其正相輸入端通過第七電阻(R7)連接至地，其負向輸入端連接至三極管(Q)的發射極；其輸出端通過第六電阻(R6)連接至其正向輸出端，并連接至電壓比較器(EA2)的負向輸入端； 調整管，其柵極連接至電壓比較器(EA2)的輸出端，其漏極連接至LED光源的正極，其源極連接至電路電源(Vin)。
3.根據權利要求2所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述調整管為PMOS管或NMOS管。
4.根據權利要求2所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述電路電源Vin輸入電壓變化范圍是6.5V~30V。
5.根據權利要求2所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述LED光源為單個LED管或多個串聯和/或并聯的LED管組成的LED陣列。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述三端雙向開關電路輸出的正弦斬波波形信號由其第一輸出端和第二輸出端輸出，所述PWM波形信號產生電路包括: 橋式整流電路(Z)，由四個二極管組成，其第一端連接至所述三端雙向開關電路的第一輸出端，其第二端連接至所述三端雙向開關電路的第二輸出端，其第三端連接至地，該橋式整流電路(Z)將三端雙向開關電路輸出的正弦斬波信號整流得到正弦斬波波形的整流波形信號； 過零比較器(EAl)，其負相輸入端連接至地，其正相輸入端連接至所述橋式整流電路(Z)的第四端，其輸出端為PWM波形信號產生電路的輸出端，該過零比較器(EAl)將所述橋式整流電路(Z)輸出正弦斬波波形的整流波形信號轉化成PWM波形信號。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述三端雙向開關電路包括: 雙RC延遲回路，其輸入端連接至交流電源Va。的第一端，用于對交流電源Va。輸出信號進行延遲，包括: 第一電容(Cl)，其第一端連接至交流電源va。的第一端； 第二電容(C2)，其第一端連 接至交流電源Va。的第一端；第四電阻(R4)，其第一端連接至第一電容(Cl)的第二端，其第二端連接至第二電容(C2)的第二端； 第三電阻(R3)，其第一端連接至第一電容(Cl)的第二端； 三端雙向開關(TRIAC)，其第二陽極端連接至交流電源Vae的第一端，其控制極端通過雙向觸發二極管(DIAC)連接至所述雙RC延遲回路中第二電容(C2)的第二端，其第一陽極端連接至第三電阻(R3)的第二端； 相互串聯的第一負載電阻(Rl)和第二負載電阻(R2)，其中，第一負載電阻(Rl)的第一端連接至交流電源Va。的第二端，第二負載電阻(R2)的第二端連接至第三電阻(R3)的第二端。 其中，第一負載電阻(Rl)的第一端作為該三端雙向開關電路的第一輸出端，其第二端作為該三端雙向開關電路的第二輸出端。
8.根據權利要求7所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述交流電源Va。輸出220V的交流電壓。
9.根據權利要求7所述的LED恒流PWM驅動電路，其特征在于，所述第三電阻(R3)和第四電阻(R4)為可調電阻，其中，第三電阻(R3)和第四電阻(R4)的可調范圍為300kQ~600k Q之間； 通過調節第三電阻(R3)和第四電阻(R4)的阻值，來改變所述三端雙向開關電路的導通時間，從而改變其輸 出正弦斬波波形的占空比，進而調節PWM波形信號產生電路輸出PWM波形信號的占空比，最終調節LED光源的亮度。
10.一種三基色LED混光驅動電路，其特征在于，包括:第一 LED恒流PWM驅動電路、第二 LED恒流PWM驅動電路和第三LED恒流PWM驅動電路； 其中，該三個LED恒流PWM驅動電路均為權利要求1至9中任一項所述的LED恒流PWM驅動電路，分別驅動紅光LED光源、藍光LED光源和綠光LED光源。
【文檔編號】H05B37/02GK103763825SQ201410010264
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】劉磊, 趙麗霞, 安平博, 朱石超, 李晉閩 申請人:中國科學院半導體研究所