LED驱动电路和包括该LED驱动电路的灯具制造技术

本公开涉及LED驱动电路和包括该LED驱动电路的灯具。本实用新型专利技术提供了一种用于驱动LED的分段线性驱动电路，包括功率开关(M2)，连接于所述输出端并用于与LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路(Q1、R4、R5)，用于检测流过所述功率开关(M2)的电流，并控制所述功率开关(M2)的阻抗使得该检测电流符合参考电流；其特征在于，所述控制回路包括：线性电路(R4、R5)，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流。

【技术实现步骤摘要】
LED驱动电路和包括该LED驱动电路的灯具
本技术的实施例总体上涉及照明领域，并且更具体地涉及一种LED驱动电路，用于灯具。
技术介绍
分段线性驱动(TappedLinearDriver)电路使用正弦市电直接驱动LED，而不需要复杂的开关电源。该技术由于成本低、功率大等优势，应用领域越来越大，例如目前在户外照明等领域有着很好的应用前景。目前已知的基于集成电路(IC)的一种分段线性驱动如图1所示。均值为230VRMS的市电通过整流桥转变为直流信号后，通过分段线性驱动来驱动三段LED。从上至下，第一段LED由与其并联的一个MOSFET开关Q3和第一颗集成电路ICTPS92411控制；第二段LED由与其并联的第二颗集成电路ICTPS92411控制；第三段LED由与其并联的第三颗集成电路ICTPS92411控制。三段LED的串联通过一个线性开关Q1连接到地/连接回整流桥。电路的运行原理是：每一颗IC检测其VS端的电压，该VS端与相应LED段的阴极(及下一LED段的阳极)相连。IC内部将VS端的电压与一设定电压进行比较，若该电压低于该设定电压，IC内部的开关导通将相应LED段短路；若该电压高于该设定电压，IC内部的开关断开，相应LED段被输入电压所驱动。第三颗IC的设定电压最低，从下往上逐渐升高，第一颗最高。工作流程是：市电周期过零开始时，所有IC均将LED段短路。随着市电电压升高，电压施加在线性开关Q1上，使第三颗IC的VS端电压升高直至它的设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED开始发光。随着市电电压继续升高，第二颗IC的VS端电压升高至它的设定电压，此时第二颗IC开始断开，第二段LED开始发光。同时，由于第二段LED上产生了电压降，最下颗IC的VS端电压反而变低，此时第三颗IC开始导通，第三段LED被短路。随着市电电压继续升高，增加的电压又施加在线性开关Q1上，使第三颗IC的VS端电压由升高直至设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED又开始发光。在此过程中第二段LED仍保持发光。随着市电电压继续升高，第一颗IC的VS端电压升高至设定电压，此时第一颗IC开始断开，第一段LED开始发光。同时，由于第一段LED上产生了电压降，第二颗和第三颗IC的VS端电压反而变低，此时第二颗和第三颗IC开始导通，第二段和第三段LED被短路。随着市电电压继续升高，电压施加在线性开关Q1上，使第三颗的IC的VS端电压升高直至设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED开始发光。在此过程中第一段LED仍保持发光。随着市电电压继续升高，第二颗IC的VS端电压升高至设定电压，此时第二颗IC开始断开，第二段LED开始发光。同时，由于第二段LED上产生了电压降，最下颗IC的VS端电压反而变低，此时第三颗IC开始导通，第三段LED被短路。在此过程中第一段LED仍保持发光。随着市电电压继续升高，增加的电压又施加在线性开关Q1上，使第三颗IC的VS端电压由升高直至设定电压，此时第三颗IC开始断开，第三段LED又开始发光。在此过程中第一段和第二段LED仍保持发光。之后市电电压达到顶峰并开始下降，各IC的操作与市电电压上升过程中相反。不再赘述。更加具体的描述可以参见TPS92411的技术手册《TPS92411x用于对具有低纹波电流的发光二极管(LED)进行离线交流线性直接驱动的浮动开关》(Copyright2015,TexasInstrumentsIncorporated)。高功率驱动对总谐波失真(THD)有着很严格的要求，即需要使得输入电流尽量近似于正弦(与市电电压形状相似)。为了实现这一目的，MOSFETQ1的基极由1M欧电阻连接到整流后的市电电压，基极电压也是近似一个正弦电压，因此MOSFETQ1提供的电流信号也是近似正弦形状，具有可接受的总谐波失真。对于在输入市电的不同均值情况下，需要提供较为稳定的输出功率，而不能因为输入电压的升高而过度升高输出功率(线性调整或称lineregulation)。图1中的分段线性驱动使用三极管Q2及附属电路来实现这一功能。具体地，对于某个具有较高均值的输入电压，当周期内输入电压的瞬时幅值超过由分压电路442K欧和249K欧以及68V齐纳二极管设定的某个阈值后，68V齐纳二极管将会被击穿，额外的电流被注入三极管Q2，使得MOSFETQ1所提供的电流降低。随着瞬时幅值的继续增加，MOSFETQ1所提供的电流降得更低。如图2所示，电流开始是正弦形状，与输入电压形状一致；当输入电压达到一定阈值后，电流反而开始下降，输入电压越高，电流下凹越显著。这个下凹的电流虽然使得功率保持稳定，但是恶化了总谐波失真。现有设计的另外一个缺点是，除了第三段以外，控制其他几段LED的集成电路都是浮地设置。并且当第一段LED的电压高于100伏特时，现有设计的IC需要额外的MOSFETQ3与其串联在一起来控制第一段LED，添加这一额外的MOSFETQ3的另一个原因是需要通过6KV的浪涌检测。这些设置带来一些问题：第一颗IC的供电电压VIN需要第一段LED中的至少一部分导通后才能提供，因此在启动阶段导致第一颗IC工作不稳定。并且，VIN电压还为第一颗IC提供了前述设定电压，该颗IC的浮地设置导致设定电压出现不稳定。额外的MOSFETQ3也导致额外的电压降，使得第一段的控制不稳定。由于该设计中，各颗IC的工作是相互关联的，因此整个电路也会出现不稳定或震荡。
技术实现思路
为解决总谐波失真的问题，本技术的第一个方面的构思在于，避免使用下凹形状的参考电流，而是在输入电压的整个周期中完全地按恒定线性关系提供与输入电压相关的参考电流，且对于不同均值的输入电压，有一一对应的线性关系。由于整个周期中的参考电流与输入电压是恒定的线性关系，因此在LED驱动提供输入/输出电流时，该电流可以与输入电压的形状一致，具有较低的总谐波失真。优选地，该线性关系与输入电压的均值呈相反方向变化，使对应于较高均值输入电压的线性关系的比例较小且使得参考电流较小，即在较高输入电压均值的情况下降低了输入电流，稳定甚至降低了输出功率。本技术的第一个方面提供了一种LED驱动电路，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述市电的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述市电的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关；功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；其特征在于，所述控制回路包括：线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以该恒定的线性关系完全线性地转换为所述参考电流。该方面中，在可接受的额定均值范围内，将供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的线性关系完全线性地转换为参考电流。因此在可接受的额定均值范围内，整个周期中，所提供的输入电流和输入供电电压之间是恒定的线性关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述供电电压的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述供电电压的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关；功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；所述控制回路包括：线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流。

【技术特征摘要】
1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述供电电压的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述供电电压的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关；功率开关，连接于所述输出端并用于与所述LED负载串联，以控制来自所述供电电压的、所述输出端输出的电流；控制回路，用于检测流过所述功率开关的电流，并控制所述功率开关的阻抗使得该检测电流符合参考电流；所述控制回路包括：线性电路，连接到所述输入端，在所述供电电压的可接受的额定均值范围内，根据与各均值一一对应的线性关系，将所述供电电压在整个周期中的瞬时幅值以恒定的该线性关系完全线性地转换为所述参考电流。2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述线性电路包括第一电阻和第二电阻串联而成的分压电路，所述控制回路包括：与所述功率开关串联的检测电阻；控制三极管，其集电极连接到所述功率开关的控制极，基极连接到所述检测电阻，且集电极连接到所述第一电阻和第二电阻的连接点。3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关的所述控制极通过驱动元件连接到所述输入端。4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：补偿电路，连接到所述输入端和所述线性电路，用于检测所述供电电压的均值，并根据所述均值的变化来改变所述线性关系。5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述补偿电路包括：平均电容，用于检测所述供电电压的均值；阈值元件，用于检测所述均值是否超过一定阈值；开关，当所述均值超过所述阈值时，控制所述分压电路的分压比。6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关根据所述均值而工作在线性状态且以相反方向控制所述分压电路的输出。7.根据权利要求5或6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关包括双极型三极管与连接到该三极管的发射极的第三电阻。8.根据权利要求1至6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入端用于接收市电作为所述瞬时幅值随时间变化的供电电压，且所述可接受的额定均值范围为198V-264V。9.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：输入端，用于接收瞬时幅值随时间变化的供电电压；输出端，用于连接到LED负载；根据所述供电电压的瞬时幅值来动态调整所连接到的LED负载的数量的开关电路，使得所连接到的LED负载的导通电压与所述供电电压的瞬时幅值匹配，其中该开关电路包括与所述LED负载的、串联的多个段一一并联的开关，所述开关电路包括：第一开关电路，与所述LED负载中的第一段并联；第二开关电路，与所述LED负载中的第二段并联，其中所述第二段的导通电压小于所述第一段的导通电压；其中，所述第二开关电路包括第二集成电路，所述第二集成电路包括与所述第二段的阴极相连的电压检测端，并用于在所述电压检测端的电压低于第二阈值时开通将所述第二段短路，在所述电压检测端的电压高于所述第二阈值时断开将所述第二段开启；所述第一开关电路包括：电压检测电路，连接到所述输入端及输入端的电源地，用于检测所述输入端的电压；比较电路，用于比较所述输入端的电压和第一阈值；控制电路，用于当所述输入端的电压小于所述第一阈值时开通将所述第一段短路，当所述输入端的电压大于所述第一阈值时断开将所述第一段开启。10.根据权利要求9所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二集成电路包括TPS92411或TPS92411P芯片，所述第二段的导通电压小于100伏特，且所述第一段的导通电压大于100伏特，所述第一段的阳极连接到所述输入端的正极，所述第一段的阴极连接到所述第二段的阳极，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈执权，石亮，李康，潘仰景，戴冕，
申请(专利权)人：飞利浦照明中国投资有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31