恒定功率的LED驱动系统及恒定功率控制方法技术方案

本发明专利技术主要涉及到恒定功率的LED驱动系统及恒定功率控制方法，在含有发光二极管的LED串组的拓扑结构中提供驱动LED串组的驱动系统，具有与LED串组串联连接的主晶体管、电流感测电阻，交流电经过桥式整流器整流后产生的脉动电压为LED串组供电，提供的基准电压输入在第一运算放大器的正相端，在恒定功率的条件下使流经LED串组的总电流波形接近正弦波，保障提供给LED串组的电压在过高等情况下依然能够维持输入功率处于基本恒定的模式之下，且具有较好的功率因子/总谐波失真指标。

【技术实现步骤摘要】
恒定功率的LED驱动系统及恒定功率控制方法
本专利技术主要涉及到节能照明领域，确切的说是涉及到在含有发光二极管的LED串组的拓扑结构中提供一种驱动LED串组的驱动系统，在恒定功率的条件下使得流经LED串组的总电流波形接近正弦波，保障提供给LED串组的电压在过高等情况下依然能够维持输入功率处于基本恒定的模式之下，且具有较好的功率因子/总谐波失真指标。
技术介绍
在照明领域采用发光二极管灯具后，由于发光二极管灯具具有发光效率高、节能效果明显、寿命长以及无污染、抗震动等显著优点，日益受到世界各国的重视，尤其是在能源短缺的国家和地区这种需求更强烈。发光二极管灯具的驱动方法根据二极管半导体器件自身的伏安特性，也一直在不断的创新。传统发光二极管灯具驱动较多的采用恒流电源和恒压电源，虽然电源成本和价格是在逐步降低，但与发光二极管灯珠的价格相比其降价幅度仍然相差很大，传统发光二极管灯具使用的驱动电源中的某些磁性元件和某些电解电容的使用，会严重的制约的发光二极管灯具驱动电源的整体寿命和转换效率，也影响了发光二极管灯具的照明效果，作为替代方案，开发低成本、高效率、长寿命的新型驱动方案已成为未来发光二极管灯具发展的重点。而驱动电路与发光二极管光源相互结合的光电一体化设计思维，除了需要去除电解电容和磁性元件等负面影响，发光二极管灯具驱动性能的外部离散元件及其相关性的驱动设计思路，正成为光电一体化发光二极管灯具驱动电路设计的发展趋势之一。站在半导体的角度观察，发光二极管具有普通二极管的伏安特性，即在发光二极管两端施加正向导通电压后，极其微小的电压变化即可引起流经发光二极管的电流的较大幅度变化：例如，当发光二极管的正向导通电压约为3.00V时，则流经发光二极管的电流大约为350mA，当发光二极管的正向导通电压为3.25V时，流经发光二极管的电流大约为750mA，通过简单的对比由此可知，发光二极管的正向导通电压虽然仅仅只是略微变化了较小的250mV，但流经发光二极管的电流却增加了大约一倍以上，且发光二极管具有较高的负电压/温度系数，因此恒压电源并不能保证发光二极管电流按照预期的那样维持不变，这无疑影响了发光二极管的发光效果，因为发光二极管的光辐射强度与流经它的电流是相关联的。而恒流电源虽能使发光二极管灯具稳定工作，但由于受环境工作温度影响，发光二极管两端的工作电压并不相同，发光二极管灯具的功率也就随之发生变化，因此发光二极管的亮度也不能得到最佳发挥。所以现有的发光二极管灯具的恒压或恒流的驱动方法无法有效解决发光二极管功率随温度及发光二极管工作电压变化而带来的问题，业界需要提出更好的发光二极管灯具恒定功率控制方法。基于当前某些驱动电路架构的恒定功率方案，由于交流市电有时候实际峰值比预期的峰值要略大，或者某个时刻的线电压比在该时刻的常规预设电压值要大，结果是：在提供给发光二极管串组的线电压过高时，流经发光二极管的总电流波形在对应于过高线电压时刻会显现出来有个凹陷，线电压漂移得越高总电流的这个凹陷特征就越深，在线电压过高也即总电流凹陷的时刻虽然可以使得输入功率基本恒定，但是它会导致总电流的波形偏离正弦曲线，在凹陷处容易受到干扰，会使得功率因子和总谐波失真的指标严重恶化。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，披露了一种恒定功率的LED驱动系统，主要是用于驱动串接的LED串组(LEDLamp/LightString)，其中主要包括：与所述LED串组串联连接的主晶体管、电流感测电阻，其中交流电经过桥式整流器整流后产生的脉动电压为所述LED串组供电；驱动所述主晶体管的第一运算放大器，其中用于表征流经所述LED串组电流大小的并施加在所述电流感测电阻上的压降输入在所述第一运算放大器的反相端，以及一个基准电压输入在所述第一运算放大器的正相端；所述基准电压至少具有采样自所述脉动电压的有效值和交流值，使所述基准电压在每个周期的波形趋于按照正弦波曲线的规律变化。上述的恒功率LED驱动系统，还包括一个用于采样所述脉动电压的采样电路，其具有第一分压器和第一缓冲器；第一缓冲器利用第一分压器对所述脉动电压进行分压并输出前后级隔离的采样值。上述的恒功率LED驱动系统，还包括一个产生的电压与所述有效值成比例关系的第二运算放大器；其中，第二分压器用于对所述采样值进行分压，第二分压器中设有的一个采样电阻的高电位端和低电位端对应分别连到所述第二运算放大器的反相端和正相端使得所述第二运算放大器输出的结果为负，其中在采样电阻的高电位端连接有一个对地电容用于滤除所述采样值的交流成分并保留所述有效值成分。上述的恒功率LED驱动系统，还包括一个产生的交流电压与所述脉动电压的峰值的正弦函数成比例关系的第三分压器；第三分压器的分压采样节点处对地的电阻值可调藉此在分压采样节点产生的电压呈现为交流值：在所述采样值增大时分压采样节点处对地的电阻值趋于减小，在所述采样值降低时分压采样节点处对地的电阻值趋于增大；其中，第二缓冲器利用第三分压器产生的交流值而输出前后级隔离的交流分量。上述的恒功率LED驱动系统，第三分压器包括连接在所述采样值和接地端之间的上置电阻和下置电阻，以及在下置电阻两端并联有一个用作电阻调节的场效应晶体管并且其受到一个电阻控制电路的控制：电阻控制电路在感测到所述采样值增大时控制所述场效应晶体管的电阻值降低，电阻控制电路在感测到所述采样值减小时驱动所述场效应晶体管的电阻值增大。上述的恒功率LED驱动系统，还包括一个基准合成电路根据所述脉动电压的有效值和交流值合成的所述基准电压VREF满足以下关系式：VREF＝VCON+K1*VMAX*|sinωt|-K2*VRMS；函数关系式中VCON是预设的恒定常数，而VMAX是所述脉动电压的峰值及VRMS是所述脉动电压的有效值，系数K1和K2是预设的常数，其中ω是交流电角频率而t是时间。上述的恒功率LED驱动系统，在一个周期内的输入至LED串组的总功率P可以用以下函数关系式表示为：总功率的函数关系式中T为1/2f、ω＝2πf，f为交流电电源的频率。在本专利技术的另一个实施例中，披露了一种基于上述的恒定功率LED驱动系统的恒定功率控制方法，主要包括以下方案：利用采样电路对所述脉动电压采样和输出前后级隔离的采样值；利用有效值提取电路撷取所述脉动电压的有效值；利用交流值提取电路撷取所述脉动电压的交流值；利用基准合成电路根据所述脉动电压的有效值和交流值合成所述基准电压VREF；其中所述基准电压VREF的正弦曲线进一步迫使流经所述LED串组的电流在每个周期的波形也为接近正弦波的正弦曲线。上述的方法，其中：所述有效值提取电路包括一个产生的电压与所述有效值成比例关系的第二运算放大器，和包括一个第二分压器；第二分压器用于对所述采样值进行分压，第二分压器中设有的一个采样电阻的高电位端和低电位端对应分别连到所述第二运算放大器的反相端和正相端使得所述第二运算放大器输出的结果为负，其中在采样电阻的高电位端连接有一个对地电容用于滤除所述采样值的交流成分并保留所述有效值成分。上述的方法，其中：所述交流值提取电路包括一个产生的交流电压的峰值与所述脉动电压的峰值成比例关系的第三分压器，和第二缓冲器；第三分压器的分压采样节点处对地的电阻值可调藉此在分压采样节点产生的电压呈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒定功率LED驱动系统，用于驱动串接的LED串组，其特征在于，包括：与所述LED串组串联连接的主晶体管、电流感测电阻，其中交流电经过桥式整流器整流后产生的脉动电压为所述LED串组供电；驱动所述主晶体管的第一运算放大器，其中用于表征流经所述LED串组电流大小的并施加在所述电流感测电阻上的压降输入在所述第一运算放大器的反相端，以及一个基准电压输入在所述第一运算放大器的正相端；所述基准电压至少具有采样自所述脉动电压的有效值和交流值，使所述基准电压在每个周期的波形趋于按照正弦波曲线的规律变化。

【技术特征摘要】
1.一种恒定功率LED驱动系统，用于驱动串接的LED串组，其特征在于，包括：与所述LED串组串联连接的主晶体管、电流感测电阻，其中交流电经过桥式整流器整流后产生的脉动电压为所述LED串组供电；驱动所述主晶体管的第一运算放大器，其中用于表征流经所述LED串组电流大小的并施加在所述电流感测电阻上的压降输入在所述第一运算放大器的反相端，以及一个基准电压输入在所述第一运算放大器的正相端；所述基准电压至少具有采样自所述脉动电压的有效值和交流值，使所述基准电压在每个周期的波形趋于按照正弦波曲线的规律变化。2.根据权利要求1所述的恒定功率LED驱动系统，其特征在于，包括一个用于采样所述脉动电压的采样电路，其具有第一分压器和第一缓冲器；第一缓冲器利用第一分压器对所述脉动电压进行分压并输出前后级隔离的采样值。3.根据权利要求2所述的恒定功率LED驱动系统，其特征在于，包括一个产生的电压与所述有效值成比例关系的第二运算放大器；一个第二分压器用于对所述采样值进行分压，第二分压器中设有的一个采样电阻的高电位端和低电位端对应分别连到所述第二运算放大器的反相端和正相端使得所述第二运算放大器输出的结果为负，其中在采样电阻的高电位端连接有一个对地电容用于滤除所述采样值的交流成分并保留所述有效值成分；以及在第二分压器的电压接收端与所述第一缓冲器的输出端之间连接有一个电阻。4.根据权利要求2所述的恒定功率LED驱动系统，其特征在于，包括一个产生的交流电压与所述脉动电压的峰值的正弦函数成比例关系的第三分压器；第三分压器的分压采样节点处对地的电阻值可调藉此在分压采样节点产生的电压呈现为交流值：在所述采样值增大时分压采样节点处对地的电阻值趋于减小，在所述采样值降低时分压采样节点处对地的电阻值趋于增大；一个第二缓冲器利用第三分压器产生的交流值而输出前后级隔离的交流分量。5.根据权利要求4所述的恒定功率LED驱动系统，其特征在于，第三分压器包括连接在提供所述采样值的一个节点和参考地之间的上置电阻和下置电阻，以及在下置电阻两端并联有一个用作电阻调节的场效应晶体管并且其受到一个电阻控制电路的控制：电阻控制电路在感测到所述采样值增大时控制所述场效应晶体管的电阻值降低，电阻控制电路在感测到所述采样值减小时驱动所述场效应晶体管的电阻值增大。6.根据权利要求1所述的恒定功率LED驱动系统，其特征在于，包括的基准合...

【专利技术属性】
技术研发人员：高智浩，刘慧博，许明伟，吕洪博，
申请(专利权)人：浙江芯迈电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33