具有可控硅调光器的LED驱动电路及其控制方法

摘要

公开了一种具有可控硅调光器的LED驱动电路及其控制方法，通过在LED负载的电流通路上设置补充电流生成电路使得所述LED驱动电路在可控硅调光器的调光角度较小时保证了输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求，并降低了LED驱动电路的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

权利要求

1.一种具有可控硅调光器的LED驱动电路，包括：

补充电流生成电路，用于在所述可控硅调光器的调光角度较小时，生成第二电流，以保证输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求；

第一晶体管，设置在LED负载的电流通路上，所述第一晶体管与所述补充电流生成电路并联；

第一控制器，被配置为根据驱动电流采样信号调节流过所述第一晶体管的驱动电流，其中，所述驱动电流采样信号用于表征流过所述LED负载的驱动电流。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二电流与流过所述第一晶体管的电流之和大于或等于所述可控硅调光器的维持电流。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二电流大于或等于所述可控硅调光器的维持电流。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一控制器被配置为调节所述第一晶体管以使得所述驱动电流的变化趋势与整流输出电压的变化趋势相反。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一控制器被配置为控制所述第一晶体管的驱动电压以使得所述驱动电流的平均值跟随期望值。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述补充电流生成电路包括：第二晶体管；

第一采样电路，连接在所述第二晶体管的源极与所述第一晶体管的源极之间，被配置为获取第二电流采样信号，所述第二电流采样信号用于表征所述第二电流；以及误差放大器，输入所述第二电流采样信号和参考信号输出所述第二晶体管的驱动电压以调节流过所述第二晶体管的电流，所述参考信号用于表征所述第二电流的期望值。

7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括：第二采样电路，连接在所述第一晶体管的源极和接地端之间，被配置为获取所述驱动电流采样信号。

8.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括：第三晶体管，连接在LED负载和所述第一晶体管的漏极之间；以及第二控制器，被配置为控制所述第三晶体管持续导通。

9.根据权利要求8所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第三晶体管为高压晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管为低压晶体管；所述第三晶体管的耐压值大于所述第一晶体管和所述第二晶体管。

10.根据权利要求8所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第二控制器包括：电容，连接在所述第三晶体管的栅极和接地端之间，被配置为通过充放电控制所述第三晶体管的驱动电压；

二极管，阳极连接在所述第一晶体管的漏极，阴极连接在所述第三晶体管的栅极，被配置为防止电流逆流。

11.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括：泄放电路，用于受控泄放母线电流。

12.根据权利要求11所述的LED驱动电路，其特征在于，所述泄放电路被配置为在所述LED负载导通后关断。

13.一种LED驱动电路的控制方法，所述LED驱动电路包括补充电流生成电路，所述方法包括：控制所述补充电流生成电路在可控硅调光器的调光角度较小时生成第二电流，以保证输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求；

所述方法还包括：

根据驱动电流采样信号调节流过第一晶体管的电流，所述驱动电流采样信号用于表征流过LED负载的驱动电流，所述第一晶体管与所述补充电流生成电路并联。

14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述第二电流与流过所述第一晶体管的电流之和大于或等于所述可控硅调光器的维持电流。

说明书

具有可控硅调光器的LED驱动电路及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子技术，更具体地，涉及一种具有可控硅调光器的LED驱动电路及其控制方法。

背景技术

[0002] 可控硅调光器是目前常用的调光器件。可控硅调光器采用相位控制方法来实现调光，即在正弦波每半个周期控制可控硅调光器导通，获得相同的导通相角。通过调节可控硅调光器的斩波相位，可以改变导通相角的大小，实现调光。

[0003] 可控硅调光器采用三端双向可控硅开关元件(Triode for Alternating Current,TRIAC)，其工作特性为：当TRIAC的栅极被触发，使得元件由关断变为导通时，维持TRIAC的导通需要一最小电流，其可称为闩锁电流(Latching Current，或称擎住电流)。在三端双向可控硅开关元件导通后，维持其导通需要的最小电流被称为维持电流(Holding Current)。通常来说，维持电流与结温有关，同时，闩锁电流比维持电流大2-4倍。

[0004] 在现有技术中，通过泄放母线电流或使得LED负载保持较大的恒定电流以维持可控硅调光器的导通，这使得LED电路的损耗较大，效率较低。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种具有可控硅调光器的LED驱动电路及其控制方法，使得所述LED驱动电路在可控硅调光器的调光角度较小时保证了输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求，并降低了LED驱动电路的损耗。

[0006] 第一方面，提供一种具有可控硅调光器的LED驱动电路，包括：

[0007] 补充电流生成电路，用于在所述可控硅调光器的调光角度较小时，生成第二电流，以保证输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求。

[0008] 进一步地，所述LED驱动电路还包括：

[0009] 第一晶体管，设置在LED负载的电流通路上，与所述补充电流生成电路并联；

[0010] 第一控制器，被配置为根据驱动电流采样信号调节流过所述第一晶体管的电流，其中，所述驱动电流采样信号用于表征流过所述LED负载的驱动电流。

[0011] 进一步地，所述第二电流与流过所述第一晶体管的电流之和大于或等于所述可控硅调光器的维持电流。

[0012] 进一步地，所述第二电流大于或等于所述可控硅调光器的维持电流。

[0013] 进一步地，所述第一控制器被配置为调节所述第一晶体管以使得所述驱动电流的变化趋势与整流输出电压的变化趋势相反。

[0014] 进一步地，所述第一控制器被配置为控制所述第一晶体管的驱动电压以使得所述驱动电流的平均值跟随期望值。

[0015] 进一步地，所述补充电流生成电路包括：

[0016] 第二晶体管；

[0017] 第一采样电路，连接在所述第二晶体管的源极与所述第一晶体管的源极之间，被配置为获取第二电流采样信号，所述第二电流采样信号用于表征所述第二电流；以及[0018] 误差放大器，输入所述第二电流采样信号和参考信号输出所述第二晶体管的驱动电压以调节流过所述第二晶体管的电流，所述参考信号用于表征所述第二电流的期望值。

[0019] 进一步地，所述LED驱动电路还包括：

[0020] 第二采样电路，连接在所述第一晶体管的源极和接地端之间，被配置为获取所述驱动电流采样信号。

[0021] 进一步地，所述LED驱动电路还包括：

[0022] 第三晶体管，连接在LED负载和所述第一晶体管的漏极之间；以及

[0023] 第二控制器，被配置为控制所述第三晶体管持续导通。

[0024] 进一步地，所述第三晶体管为高压晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管为低压晶体管；所述第三晶体管的耐压值大于所述第一晶体管和所述第二晶体管。

[0025] 进一步地，所述第二控制器包括：

[0026] 电容，连接在所述第三晶体管的栅极和接地端之间，被配置为通过充放电控制所述第三晶体管的驱动电压；

[0027] 二极管，阳极连接在所述第一晶体管的漏极，阴极连接在所述第三晶体管的栅极，被配置为防止电流逆流。

[0028] 进一步地，所述LED驱动电路还包括：

[0029] 泄放电路，用于受控泄放母线电流。

[0030] 进一步地，所述泄放电路被配置为在所述LED负载导通后关断。

[0031] 第二方面，提供一种LED驱动电路的控制方法，包括：

[0032] 在可控硅调光器的调光角度较小时生成第二电流，以保证输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求。

[0033] 进一步地，所述方法还包括：

[0034] 根据驱动电流采样信号调节流过第一晶体管的电流，所述驱动电流采样信号用于表征流过LED负载的驱动电流。

[0035] 进一步地，所述第二电流与流过所述第一晶体管的电流之和大于或等于所述可控硅调光器的维持电流。

[0036] 本发明实施例的技术方案通过在LED负载的电流通路上设置补充电流生成电路使得所述LED驱动电路在可控硅调光器的调光角度较小时保证了输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求，并降低了LED驱动电路的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

附图说明

[0037] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

[0038] 图1是现有技术中的LED驱动电路的电路示意图；

[0039] 图2是现有技术中的LED驱动电路的第一种控制方法的工作波形图；

[0040] 图3是现有技术中的LED驱动电路的第二种控制方法的工作波形图；

[0041] 图4是本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图；

[0042] 图5是本发明第一实施例的LED驱动电路的电路示意图；

[0043] 图6是本发明第二实施例的LED驱动电路的电路示意图；

[0044] 图7是本发明实施例的LED驱动电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

[0045] 以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

[0046] 此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

[0047] 同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

[0048] 除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

[0049] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0050] 图1是现有技术中的LED驱动电路的电路示意图。如图1所示，现有技术中的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、整流电路11、泄放电路12和线性调节电路13。其中，可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路11之间。整流电路11用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。泄放电路12与直流母线相连，用于泄放直流母线电流以提供使得可控硅调光器TRIAC触发导通的闩锁电流或维持可控硅调光器TRIAC导通的维持电流。线性调节电路13用于调节LED负载的驱动电流，以使得驱动电流保持基本恒定。线性调节电路13可以包括晶体管Q和控制晶体管的控制器131。

[0051] 图2是现有技术中的LED驱动电路的第一种控制方法的工作波形图。如图2所示，在现有技术中的LED驱动电路的第一种控制方法中，在母线电压VBUS大于LED负载的导通电压VLED时，控制器131控制LED负载的驱动电流Iled为较大的恒定值，此时，输入电流能够维持可控硅调光器TRIAC的导通。但是，在这种控制方法中，流过晶体管Q的电流较大，使得晶体管Q的损耗较大。

[0052] 图3是现有技术中的LED驱动电路的第二种控制方法的工作波形图。如图3所示，在现有技术中的LED驱动电路的第二种控制方法中，控制器131控制晶体管Q以使得LED负载的驱动电流Iled的变化趋势与母线电压VBUS的变化趋势相反，使得在母线电压VBUS大于LED负载的导通电压VLED时，流过晶体管Q的电流Iled随母线电压VBUS的增加而减少，由于晶体管Q的损耗满足：P＝(VBUS-VLED)*Iled。因此，这减小了功率晶体管Q的损耗。但是，在a点和b点附近，LED负载的驱动电流Iled达到较小值，这可能LED驱动电路的输入电流不足以维持可控硅调光器TRIAC导通。为了保证可控硅调光器TRIAC导通，可能需要在LED负载导通后仍然通过泄放电路12泄放母线电流，以使得泄放电流Ib与LED驱动电流Iled之和能够满足可控硅调光器TRIAC的导通需求。此时，LED驱动电路的损耗为：(VBUS*Ib)。由上式可知，这种LED驱动电路控制方法虽然减小了功率晶体管Q的损耗，但是又增加了因泄放电流较大而产生的损耗，这也使得LED驱动电路的功耗相对较大。

[0053] 图4是本发明实施例的LED驱动电路的电路框图。如图4所示，本实施例中的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、整流电路41、泄放电路44、控制器42、晶体管Q1、采样电路45和补充电流生成电路43。其中，可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路41之间。整流电路41用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。泄放电路44与直流母线相连，用于在可控硅调光器TRIAC导通时刻泄放直流母线电流以达到可控硅调光器TRIAC的闩锁电流从而触发可控硅调光器TRIAC导通，并在LED负载导通后关断以减小损耗。

[0054] 晶体管Q1设置在LED负载的电流通路上。控制器42被配置为根据驱动电流采样信号调节流过晶体管Q1的电流Iq，其中，驱动电流采样信号用于表征流过LED负载的驱动电流。采样电路45连接在晶体管Q1的源极和接地端之间，用于获取驱动电流采样信号。在本实施例中，采样电路45电阻R1实现，但本领域技术人员应理解，能够获取驱动电流采样信号的电路均可应用于本实施例中。

[0055] 优选地，本实施例的LED驱动电路还包括二极管D，其中，二极管D连接在直流母线上，防止LED负载电流通路中的电流逆流从而提高LED驱动电路的稳定性。

[0056] 优选地，控制器42还被配置为控制晶体管Q1使得LED负载的驱动电流的变化趋势与整流输出电压(也即母线电压VBUS)的变化趋势相反，以减小流过晶体管Q1的电流从而进一步减小LED驱动电路的损耗。

[0057] 优选地，控制器42还被配置为根据驱动电流采样信号控制晶体管Q1的驱动电压以使得LED负载的驱动电流的平均值跟随期望值，从而保证LED负载的稳定工作。

[0058] 补充电流生成电路43与晶体管Q1并联，用于在可控硅调光器TRIAC的调光角度较小时生成第二电流Ibr以使得LED驱动电路的输入电流满足可控硅调光器TRIAC的导通需求。

[0059] 优选地，在LED负载导通时，第二电流Ibr与流过晶体管Q1的电流Iq之和大于或等于可控硅调光器TRIAC的维持电流，以使得LED驱动电路的输入电流满足可控硅调光器TRIAC的导通需求。

[0060] 优选地，第二电流Ibr大于或等于可控硅调光器TRIAC的维持电流，从而使得当流过晶体管Q1的电流Iq减小至近似零时，保证可控硅调光器TRIAC能够正常导通。

[0061] 由上可知，在本实施例中，LED驱动电路的损耗为(VBUS-VLED)*Ibr，相比于图3所示方案中VBUS*Ibr的损耗，本实施例的LED驱动电路的损耗大幅下降。

[0062] 本实施例通过在LED负载的电流通路上设置补充电流生成电路使得LED驱动电路在可控硅调光器的调光角度较小时保证了输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求，并降低了LED驱动电路的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

[0063] 图5是本发明第一实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图5所示，本实施例中的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC，整流电路51，泄放电路54，控制器52，晶体管Q2、采样电路55和补充电流生成电路53。其中，晶体管Q2设置在LED负载的通路上。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路51之间。整流电路51用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。泄放电路54与直流母线相连，用于在可控硅调光器TRIAC导通时刻泄放直流母线电流以达到可控硅调光器TRIAC的闩锁电流从而触发可控硅调光器TRIAC导通，并在LED负载导通后关断以减小损耗。

[0064] 控制器52被配置为根据驱动电流采样信号调节流过晶体管Q2的电流Iq2，其中，驱动电流采样信号用于表征流过LED负载的驱动电流。采样电路55连接在晶体管Q2的源极和接地端之间，用于获取驱动电流采样信号。在本实施例中，采样电路55采用电阻R2实现，但本领域技术人员应理解，能够获取驱动电流采样信号的电路均可应用于本实施例中。

[0065] 本实施例的LED驱动电路还包括二极管D，其中，二极管D连接在直流母线上，防止LED负载电流通路中的电流逆流从而提高LED驱动电路的稳定性。

[0066] 控制器52还被配置为控制晶体管Q2使得LED负载的驱动电流的变化趋势与整流输出电压(也即母线电压VBUS)的变化趋势相反，以减小流过晶体管Q2的电流从而进一步减小LED驱动电路的损耗。

[0067] 控制器52还被配置为根据驱动电流采样信号控制晶体管Q2的驱动电压以使得LED负载的驱动电流的平均值跟随期望值，从而保证LED负载的稳定工作。

[0068] 补充电流生成电路53与晶体管Q2并联，被配置为在可控硅调光器TRIAC的调光角度较小时输出第二电流Ibr3以使得LED驱动电路的输入电流满足可控硅调光器TRIAC的导通需求。补充电流生成电路53包括晶体管Q3，误差放大器GM和采样电路531。其中，采样电路531包括电阻R3和受控电压源U，电阻R3连接在晶体管Q3的源极与晶体管Q2的源极之间。采样电路531被配置为获取第二电流采样信号，第二电流采样信号用于表征第二电流Ibr3。在本实施例中，采样电路531采用电阻R3和受控电压源U实现，但本领域技术人员应理解，能够获取驱动电流采样信号的电路均可应用于本实施例中。误差放大器GM的输入端分别输入第二电流采样信号和参考信号REF，输出端输出晶体管Q3的驱动电压以调节流过晶体管Q3的电流(也即第二电流Ibr3)，参考信号REF用于表征第二电流Ibr3的期望值。

[0069] 其中，在LED负载导通时，调节第二电流Ibr3以使得第二电流Ibr3与流过晶体管Q2的电流Iq2之和大于或等于可控硅调光器TRIAC的维持电流，以使得LED驱动电路的输入电流满足可控硅调光器TRIAC的导通需求。

[0070] 优选地，调节第二电流Ibr3以使得第二电流Ibr3大于或等于可控硅调光器TRIAC的维持电流，从而使得当流过晶体管Q2的电流Iq2减小至近似零时，保证可控硅调光器TRIAC能够正常导通。

[0071] 由上可知，在本实施例中，LED驱动电路的损耗为(VBUS-VLED)*Ibr3，相比于图3所示方案中VBUS*Ibr的损耗，本实施例的LED驱动电路的损耗大幅下降。

[0072] 本实施例通过在LED负载的电流通路上设置补充电流生成电路使得LED驱动电路在可控硅调光器的调光角度较小时保证了输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求，并降低了LED驱动电路的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

[0073] 图6是本发明第二实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图6所示，本实施例中的LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC，整流电路61，泄放电路64，控制器62，晶体管Q4、采样电路65、补充电流生成电路63、二极管D1、晶体管Q6以及控制器66。其中，可控硅调光器TRIAC，整流电路61，泄放电路64，控制器62，晶体管Q4、采样电路65和补充电流生成电路63的工作方式和连接方式与本发明第一实施例相同，在此不再赘述。二极管D1连接在直流母线上，防止LED负载电流通路中的电流逆流从而提高LED驱动电路的稳定性。

[0074] 在本实施例中，晶体管Q6连接在LED负载和晶体管Q4的漏极之间，被配置为受控在LED驱动电路导通时持续导通。

[0075] 控制器66用于控制晶体管Q6在LED驱动电路导通时持续导通。控制器66包括二极管D2和电容C。其中，二极管D2的阳极连接在晶体管Q4的漏极(晶体管Q4的漏极和补充电流生成电路中的晶体管Q5的漏极相连)，阴极连接在晶体管Q6的栅极，用于在电容C放电时防止电流逆流。电容C连接在晶体管Q6的栅极和接地端之间，用于通过电容的充放电特性控制晶体管Q6的驱动电压。

[0076] 在本实施例中，晶体管Q6为高压晶体管，晶体管Q4和晶体管Q5为低压晶体管，这降低了LED驱动电路的制造成本。并且，此时LED驱动电路的损耗为(VBUS-VLED-VQ6)*Ibr5，其中VQ6为晶体管Q6的压降。由此可知，这进一步降低了LED驱动电路的损耗，提高了LED驱动电路的效率。其中，高压晶体管是一种反向耐压较高的晶体管，也即在高压晶体管在承受很高的反向电压时而不被反向击穿。在本实施例中，晶体管Q6采用了高压晶体管，晶体管Q4和晶体管Q5则可以采用相对较低的低压晶体管(在第一实施例中的晶体管Q2和Q3均为高压晶体管)。而高压晶体管的制造成本远大于低压晶体管的制造成本，因此，本实施例的LED驱动电路相比于第一实施例降低了制造成本。

[0077] 本实施例通过在LED负载的电流通路上设置补充电流生成电路使得在LED负载导通时直流母线电流能够维持可控硅调光器导通，降低了LED驱动电路的损耗，并通过在LED负载的电流通路上设置高压晶体管降低了LED驱动电路的制造成本。

[0078] 图7是本发明实施例的LED驱动电路的控制方法的流程图。如图7所示，在步骤S110，补充电流生成电路在可控硅调光器的调光角度较小时生成第二电流，以保证输入电流满足可控硅调光器的导通需求。其中，补充电流生成电路连接在LED负载的电流通路上。

[0079] 优选地，本实施例的控制方法还包括根据驱动电流采样信号调节流过第一晶体管的电流。其中，驱动电流采样信号用于表征流过LED负载的驱动电流。第一晶体管与补充电流生成电路并联连接。

[0080] 优选地，本实施例的控制方法还包括调节第一晶体管以使得流过LED负载的驱动电流的变化趋势与整流输出电压的变化相反。

[0081] 优选地，调节第二电流以使得第二电流与流过第一晶体管的电流之和大于或等于可控硅调光器的维持电流，以保证可控硅调光器正常导通。

[0082] 优选地，调节第二电流以使得第二电流大于或等于可控硅调光器的维持电流，从而使得从而当流过第一晶体管的电流减小至近似零时，确保可控硅调光器能够正常导通。

[0083] 本实施例通过在LED负载的电流通路上设置补充电流生成电路使得LED驱动电路在可控硅调光器的调光角度较小时保证了输入电流满足所述可控硅调光器的导通需求，并降低了LED驱动电路的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

[0084] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。