一種基于交流電供電的線性led驅動電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及電子電路技術，具體的說是涉及一種基于交流電供電的線性LED驅動電路。本發明的線性LED驅動電路，包括整流橋電路和多個LED模塊，其特征在于，還包括采樣電路、邏輯控制電路和多個恒流模塊；所述整流橋電路與采樣電路、LED模塊和恒流模塊連接，所述采樣電路與邏輯控制電路連接，所述邏輯控制電路分別與每個恒流模塊連接，所述恒流模塊與LED模塊數量相等且依次對應相連接。本發明的有益效果為，能有效提高電能轉化效率，實現LED電流恒流和LED平均功率恒定，還可根據需求，調節LED數目，設定LED燈具功率。本發明尤其適用于線性LED驅動。
【專利說明】—種基于交流電供電的線性LED驅動電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子電路技術，具體的說是涉及一種基于交流電供電的線性LED驅動電路。
【背景技術】
[0002]目前，在LED驅動電路設計領域中，LED的驅動方式包括線性驅動和開關電源驅動。開關電源驅動作為傳統的驅動方式，其缺點較多，相比之下線性驅動方式具有結構簡單，電磁干擾EMI小等優勢，但同時也存在效率低、調節性差等問題。在只有一個LED支路的情況下，在交流供電的情況下由于電壓變化范圍較大導致效率較低。因此，采用多支路LED串聯的方式，根據供電電壓的變化，將不同數目的LED與供電系統串聯，從而提高效率。采用多支路LED串聯的方式也存在缺陷，LED燈珠數目隨著供電電壓的改變而改變，從而會導致LED的平均發光強度發生變化，燈具明暗發生變化，長期將影響視力健康。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的，就是針對上述基于交流電供電的LED存在的問題，提出一種基于交流電供電的線性LED驅動電路。
[0004]如圖1所示，本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種基于交流電供電的線性LED驅動電路，包括整流橋電路和多個LED模塊，其特征在于，還包括采樣電路、邏輯控制電路和多個恒流模塊；所述整流橋電路與采樣電路、LED模塊和恒流模塊連接，所述采樣電路與邏輯控制電路連接，所述邏輯控制電路分別與每個恒流模塊連接，所述恒流模塊與LED模塊數量相等且依次對應相連接；其中，
[0005]整流橋電路用于接收交流電，并將交流電整流成直流電后供采樣電路、LED模塊和恒流模塊使用；
[0006]采樣電路用于對整流橋電路整流后輸出的電流進行采樣，并將采樣電流信號發送到邏輯控制電路；
[0007]邏輯控制電路根據采樣電流信號，輸出控制信號控制恒流模塊；
[0008]恒流模塊根據邏輯控制電路的信號，調節LED模塊的電流，使LED模塊的電流保持恒定。
[0009]如圖2所示，所述恒流模塊包括基準電壓單元、LED電流采樣單元、運算放大器和調整管；所述LED電流采樣單元與LED模塊連接，所述基準電壓單元和LED電流采樣單元連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端連接調整管，所述調整管連接LED模塊；其中，
[0010]基準電壓單元用于產生恒定的參考電壓，并輸入到運算放大器的一個輸入端；
[0011]LED電流采樣單元用于采集LED模塊的電流，并以電壓形式反饋輸入到運算放大器的另一個輸入端；
[0012]運算放大器用于接收參考電壓和采樣電壓，輸出電壓控制信號到調整管；[0013]調整管根據運算放大器的控制信號調整LED模塊的電流，保持LED模塊的電流恒定。
[0014]如圖3所示，所述采樣電路為電阻分壓電路，包括相連接的第一電阻Rl和第二電阻R2 ;第一電阻Rl的一端連接整流橋電路的一個輸出端，第二電阻R2的一端連接整流橋電路的另一個輸出端端，第一電阻Rl和第二電阻R2的連接端作為采樣電路的輸出端與邏輯控制電路連接；如圖4所示，所述邏輯控制電路包括第一比較器、第二比較器、第三比較器、第四比較器、第一非門、第二非門、第三非門、第一與門、第二與門和第三與門，采樣電路的輸出端分別與第一比較器、第二比較器、第三比較器和第四比較器的正向輸入端連接，第一比較器、第二比較器、第三比較器和第四比較器的反向輸入端分別連接基準電壓，第一比較器的輸出端連接第一與門的一個輸入端、第二比較器的輸入端連接第一非門的輸入端和第二與門的一個輸入端，第一非門的輸出端連接第一與門的另一個輸入端，第三比較器的輸出端連接第二非門的輸入端和第三與門的一個輸入端，第二非門的輸出端連接第二與門的另一個輸入端，第四比較器的輸出端連接第三非門的輸入端，第三非門的輸出端連接第三與門的另一個輸入端，第一與門的輸出端、第二與門的輸出端、第三與門的輸出端和第四比較器的輸出端輸出的信號組成邏輯控制電路的輸出信號。
[0015]具體的，所述的調整管可以是晶體管、MOS管、IGBT等器件。
[0016]具體的，所述運輸放大器都是帶有使能端的低失調高增益的運算放大器。
[0017]進一步的，所述比較器可以由運算放大器實現。
[0018]本發明的有益效果為，能有效提高電能轉化效率，實現LED電流恒流和LED平均功率恒定,還可根據需求,調節LED數目，設定LED燈具功率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的驅動電路的原理示意框圖；
[0020]圖2是本發明的驅動電路的另一種原理示意框圖；
[0021]圖3是本發明的采樣電路的具體電路示意圖；
[0022]圖4是本發明的采樣電路和邏輯控制電路的具體電路示意圖；
[0023]圖5是本發明采樣電路與基準電壓比較輸出波形；
[0024]圖6是本發明邏輯控制電路輸出波形；
[0025]圖7是本發明實施例1的具體電路示意圖；
[0026]圖8是本發明實施例2的具體電路示意圖；
[0027]圖9是本發明的一種帶使能端的運算放大器電路原理示意圖；
[0028]圖10是本發明的輸入與輸出波形示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例，詳細描述本發明的技術方案:
[0030]本發明的驅動電路，主要為通過采樣電路采集整流橋輸出電流，通過邏輯控制電路判斷整流橋輸出電流是否產生變化，在電流發生變化時通過恒流模塊對LED模塊的電流進行實時調節，實現LED模塊電流的恒定。
[0031]圖3是本發明給出的采樣電路的一種具體實施例，利用電阻分壓網絡進行采樣。[0032]圖4給出了本發明采樣電路與邏輯電路連接的一種具體實施例，采樣電壓輸入到比較器的同相端，比較器的反相端輸入設定好的基準電壓。附圖5是采樣電壓與基準電壓的比較波形以及輸出波形。
[0033]圖6是邏輯電路的輸出波形。邏輯電路輸出接到恒流網絡中運算放大器的使能端，所述運算放大器使能端高電平有效，用來控制恒流網絡的開啟與關閉。
[0034]實施例1:
[0035]如圖7所示，本例中LED模塊包括4條LED支路，每條LED支路包括3個LED燈珠，比較器全部采用運算放大器，具體的工作原理為:
[0036]交流正弦波AC經過整流橋整流，變成直流。在電壓為零時，4個LED模塊沒有電流，流經采樣電阻Rs的電流為零，采樣電阻上的電壓為零，反饋到4個運算放大器的負輸入端的電壓為零。采樣電路設置的分壓模塊，采樣電壓為0，Ml、M2、M3、M4輸出均為低電平。Ml、M2、M3、M4分別接到支路一到支路四的運算放大器的使能端，強制運算放大器的輸出為低電平，4個MOS管M1M2…M4處于截止狀態。持續時間為
[0037]t0=acsin(Vl/Vmax)/(2*pi*f)
[0038]Vl是使第一個LED模塊的3個二極管導通的電壓，Vmax是整流后的直流電壓最大值，f=100Hzo
[0039]在電壓上升到可以使第一個LED模塊的3個二極管導通的電壓時VI，LED模塊I導通，通過設定VBIASl。使
[0040]VBIASKVl/(R1+R2) *R2〈VBIAS2〈VBIAS3〈VBIAS4。
`[0041]Ml輸出為高電平。M2、M3、M4輸出為低電平。Ml是第一支路的運算放大器工作，輸出到MlMOS管的柵極為高電平，恒流模塊I開啟。其他路的恒流模塊仍然關閉。輸入電壓繼續增大，由于運放的嵌位作用，電流恒定在I1=VREF1/Rs。通過LED模塊I的電流為VREFl/Rs。持續時間為
[0042]tl=acsin (V2/Vmax) / (2*pi*f)_to
[0043]V2是使第一個LED模塊和第二個LED模塊的6個二極管導通的電壓，Vmax是整流后的直流電壓最大值，f=100Hz。
[0044]當供電電壓大于V2時，通過設定
[0045]VBIAS1<VBIAS2<V2/(R1+R2)*R2〈VBIAS3〈VBIAS4
[0046]M2輸出為高電平、M1、M3、M4輸出低電平。恒流模塊2導通，恒流模塊1、恒流模塊
3、恒流模塊4關閉。通過LED模塊1、LED模塊2的電流為I2=VREF2/Rs。供電電壓繼續增大，
[0047]由于運放的嵌位作用，電流恒定在VREF2/RS。持續時間
[0048]t2=acsin(V3/Vmax)/(2*pi*f)-tl-tO
[0049]V3是使第一個LED模塊、第二個LED模塊、第三個LED模塊的9個二極管導通的電壓，Vmax是整流后的直流電壓最大值，f=100Hz。
[0050]供電電壓繼續增大，當達到V3時，設定
[0051 ] VBIAS1<VBIAS2<VBIAS3<V3/(R1+R2)*R2〈VBIAS4
[0052]M3輸出高電平。M1、M2、M4輸出低電平。恒流模塊3導通，其他恒流模塊關閉。通過LED模塊1、LED模塊2、LED模塊3的電流為I3=VREF3/Rs。供電電壓繼續增大，由于運放的嵌位作用，電流恒定在VREF3/RS。持續時間
[0053]t3=acsin(V3/Vmax)/(2*pi*f)-tl-t0_t2。
[0054]當供電電壓大于V4時，設定
[0055]VBIAS1<VBIAS2<VBIAS3<VBIAS4<V4/(R1+R2)*R2
[0056]V4是使第一個LED模塊、第二個LED模塊、第三個LED模塊、第四個LED模塊的12個二極管導通的電壓，Vmax是整流后的直流電壓最大值，f=100Hz。
[0057]M4輸出高電平，Ml、M2、M3輸出低電平。恒流模塊4導通，其他恒流模塊關閉。通過LED模塊1、LED模塊2、LED模塊3、LED模塊4的電流I4=VREF4/Rs。供電電壓繼續增大，由于運放的嵌位作用，電流恒定在VREF4/RS。持續時間
[0058]t4=T-tO-tl-t2-t3
[0059]分時間階段的電功Wl=Vl*Il*tl, W2=V2*I2*t2, W3=V3*I3*t3.W4=V4*I4*t4。設置W1=W2=W3=W4。就可以保證LED發光的亮度恒定。通過設定VREF1、VREF2、VREF3、VREF4的值來調節電流，實現LED發光亮度恒定。
[0060]實施例2:
[0061]如圖8所示，本例基本結構和原理與實施例1相同，不同的是本例設定運算放大器同相端輸入的基準電壓相等，利用運放的嵌位作用，來保證LED燈珠恒定電流。
[0062]如圖9所示，是本發明中的一種帶使能端的低失調高增益的運算放大器，可以用作比較器的使用。
[0063]如圖10所示，是本發明中整流后波形與比較電壓的波形圖。
【權利要求】
1.一種基于交流電供電的線性LED驅動電路，包括整流橋電路和多個LED模塊，其特征在于，還包括采樣電路、邏輯控制電路和多個恒流模塊；所述整流橋電路與采樣電路、LED模塊和恒流模塊連接，所述采樣電路與邏輯控制電路連接，所述邏輯控制電路分別與每個恒流模塊連接，所述恒流模塊與LED模塊數量相等且依次對應相連接；其中， 整流橋電路用于接收交流電，并將交流電整流成直流電后供采樣電路、LED模塊和恒流模塊使用； 采樣電路用于對整流橋電路整流后輸出的電流進行采樣，并將采樣電流信號發送到邏輯控制電路； 邏輯控制電路根據采樣電流信號，輸出控制信號控制恒流模塊； 恒流模塊根據邏輯控制電路的信號，調節LED模塊的電流，使LED模塊的電流保持恒定。
2.根據權利要求1所述的一種基于交流電供電的線性LED驅動電路，其特征在于，所述恒流模塊包括基準電壓單元、LED電流采樣單元、運算放大器和調整管；所述LED電流采樣單元與LED模塊連接，所述基準電壓單元和LED電流采樣單元連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端連接調整管，所述調整管連接LED模塊；其中， 基準電壓單元用于產生恒定的參考電壓，并輸入到運算放大器的一個輸入端； LED電流采樣單元用于采集LED模塊的電流，并以電壓形式反饋輸入到運算放大器的另一個輸入端； 運算放大器用于接收參考電壓和采樣電壓，輸出電壓控制信號到調整管； 調整管根據運算放大器的控制信號調整LED模塊的電流，保持LED模塊的電流恒定。
3.根據權利要求1所述的一種基于交流電供電的線性LED驅動電路，其特征在于，所述采樣電路為電阻分壓電路，包括相連接的第一電阻Rl和第二電阻R2 ;第一電阻Rl的一端連接整流橋電路的一個輸出端，第二電阻R2的一端連接整流橋電路的另一個輸出端端，第一電阻Rl和第二電阻R2的連接端作為采樣電路的輸出端與邏輯控制電路連接；所述邏輯控制電路包括第一比較器、第二比較器、第三比較器、第四比較器、第一非門、第二非門、第三非門、第一與門、第二與門和第三與門，采樣電路的輸出端分別與第一比較器、第二比較器、第三比較器和第四比較器的正向輸入端連接，第一比較器、第二比較器、第三比較器和第四比較器的反向輸入端分別連接基準電壓，第一比較器的輸出端連接第一與門的一個輸入端、第二比較器的輸入端連接第一非門的輸入端和第二與門的一個輸入端，第一非門的輸出端連接第一與門的另一個輸入端，第三比較器的輸出端連接第二非門的輸入端和第三與門的一個輸入端，第二非門的輸出端連接第二與門的另一個輸入端，第四比較器的輸出端連接第三非門的輸入端，第三非門的輸出端連接第三與門的另一個輸入端，第一與門的輸出端、第二與門的輸出端、第三與門的輸出端和第四比較器的輸出端輸出的信號組成邏輯控制電路的輸出信號。
【文檔編號】H05B37/02GK103702495SQ201410024201
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】李澤宏, 張建剛, 李蜀一, 劉建, 弋才敏, 肖詡, 汪榕 申請人:電子科技大學