LED恒流恒功率驱动电路及LED照明装置的制作方法

led恒流恒功率驱动电路及led照明装置
技术领域
1.本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种led恒流恒功率驱动电路及led照明装置。


背景技术：

2.输出电压过冲是指电源在输入源上电的过程中输出电压建立时出现瞬态的高出稳态电压的现象。如果过冲的幅度较大、时间较长，超过了用电设备的承受极限，就会损坏用电设备。
3.例如，在led照明恒流驱动领域，线性恒流驱动具有控制简单，生产便捷等优点而被广泛应用，但现有的led恒流恒功率驱动电路在开机瞬间，输出电流会产生过冲的现象，造成led灯的损坏或击穿，损坏照明装置，降低了照明装置的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的旨在提供一种led恒流恒功率驱动电路及led照明装置，以解决现有的led恒流恒功率驱动电路在开机瞬间，输出电流会产生过冲的现象，造成led灯的损坏或击穿的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种led恒流恒功率驱动电路，用于驱动led发光模块，包括信号采样模块、恒流驱动模块、基准电压控制模块及恒功率调节模块；其中，
7.所述信号采样模块的输入端接入电源，输出端分别与基准电压控制模块的输入端及恒流驱动模块的第一输入端连接，所述恒功率调节模块连接在所述信号采样模块的输出端与恒流驱动模块的第一输入端之间，所述恒流驱动模块的第二输入端与基准电压控制模块的输出端连接，所述恒流驱动模块的输出端连接led发光模块；
8.所述信号采样模块用于采集电源的电压信号；所述恒流驱动模块用于维持流过led发光模块的电流恒定；所述恒功率调节模块用于维持电源的输出功率在预设功率值；所述基准电压控制模块用于接收信号采样模块采集的电压信号，在电源开启时，基于所述电压信号控制恒流驱动模块的第二输入端的电压在预设电压值，使流过led发光模块的电流平稳增长至恒定电流值。
9.优选地，所述预设电压值大于恒流驱动模块的第一输入端的电压值。
10.进一步地，所述基准电压控制模块包括比较器、振荡器及转换器，所述恒流驱动模块包括运算放大器；所述比较器的正相输入端与信号采样模块的输出端连接，反相输入端接入基准电压，所述比较器的输出端与振荡器的输入端连接，所述振荡器的输出端与转换器的输入端连接，所述转换器的输出端与所述运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的反相输入端与所述信号采样模块的输出端连接；
11.所述比较器用于根据信号采样模块采集的电压信号控制所述振荡器的开启或闭合；所述振荡器用于在开启时产生预设频率的脉冲信号；所述转换器用于将振荡器输出的
脉冲信号转换成预定阈值的模拟信号。
12.优选地，当所述比较器正相输入端的电压值低于反相输入端的电压值时，所述振荡器开启。
13.进一步地，所述转换器包括计数转换器及数模转换器，所述计数转换器的输入端连接振荡器的输出端，所述计数转换器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端连接运算放大器的正相输入端；
14.所述计数转换器用于将振荡器输出的脉冲信号转换成至少两组的数字信号；所述数模转换器用于将所述至少两组的数字信号转换成预定阈值的模拟信号。
15.优选地，所述计数转换器包括四个输出端，用于将振荡器输出的脉冲信号扩展至多组数字信号。
16.进一步地，所述恒流驱动模块还包括场效应管，所述运算放大器的输出端通过场效应管连接led发光模块。
17.进一步地，所述基准电压控制模块包括第一电容及第一电阻，所述恒流驱动模块包括运算放大器，所述第一电阻的一端连接信号采样模块的输出端，所述第一电阻的另一端分别连接第一电容的一端、运算放大器的正相输入端，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容用于在电源开启时充电。
18.进一步地，所述恒流驱动模块包括多个子恒流驱动模块，各子恒流驱动模块的第二输入端分别连接基准电压控制模块的一个输出端，各子恒流驱动模块的输出端分别连接一个led发光模块或led发光模块中的一个led灯。
19.相应地，本发明还提供了一种led照明装置，包括led发光模块及如上任意一项所述的led恒流恒功率驱动电路，所述led恒流恒功率驱动电路的输出端与所述led发光模块电连接。
20.相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：
21.本发明提供的led恒流恒功率驱动电路，其信号采样模块的输入端接入电源，输出端分别与基准电压控制模块的输入端及恒流驱动模块的第一输入端连接，恒功率调节模块连接在信号采样模块的输出端与恒流驱动模块的第一输入端之间，恒流驱动模块的第二输入端与基准电压控制模块的输出端连接，恒流驱动模块的输出端连接led发光模块；信号采样模块用于采集电源的电压信号；所述恒流驱动模块用于维持流过led发光模块的电流恒定；恒功率调节模块用于维持电源的输出功率在预设功率值；所述基准电压控制模块用于接收信号采样模块采集的电压信号，在电源开启时，基于所述电压信号控制恒流驱动模块的第二输入端的电压在预设电压值，使流过led发光模块的电流平稳增长至恒定电流值，从而使led恒流恒功率驱动电路在开机瞬间，流过led发光模块的电流不会产生过冲的现象，以保护led发光模块，提高led发光模块的使用寿命。
22.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1是传统恒功率控制系统的具体电路图；
25.图2是传统恒功率控制系统在工作时输入电压与输出电流的波形图；
26.图3是传统恒功率控制系统在开启时端口vt处的电压波形图；
27.图4是传统恒功率控制系统中恒功率模块内部产生电流的波形图；
28.图5是传统恒功率控制系统在系统开启时，led发光模块的电流波形图；
29.图6是本发明根据一示例性实施例示出的一种led恒流恒功率驱动电路的模块框图；
30.图7是本发明led恒流恒功率驱动电路在系统开启时，led发光模块的电流波形图；
31.图8是本发明根据一示例性实施例示出的一种led恒流恒功率驱动电路的具体电路图；
32.图9是本发明计数转换器的输出端口的二进制码信号与数模转换器对应输出电压的对照表；
33.图10是本发明led恒流恒功率驱动电路在系统开启时，基准电压控制模块的输出电压的波形图；
34.图11是本发明根据又一示例性实施例示出的一种led恒流恒功率驱动电路的具体电路图；
35.图12是本发明根据又一示例性实施例示出的一种led恒流恒功率驱动电路的具体电路图；
36.图13是本发明根据另一示例性实施例示出的一种led恒流恒功率驱动电路的具体电路图。
具体实施方式
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
38.如图1所示，图1是传统恒功率控制系统的具体电路示意图，在该电路中，输入电压uin可从供电模块或恒流输入模块的输入端获取，led灯串13的电压vin也可从供电模块或恒流输入模块的输入端获取，与输入电压uin保持一致。电阻r1、r2及mos管m1形成工作回路，此回路的工作电流经过镜像电流模块11和镜像电流模块12后输出镜像电流i1，该镜像电流i1可通过如下公式一计算得到：
[0039][0040]
其中，vth为mos管m1导通后,mos管m1源极端的电压值,k1为镜像电流模块11的电流比值，k2为镜像电流模块12的电流比值。
[0041]
进一步地，经过镜像电流模块12的输出镜像电流i1输入到恒流驱动模块的运算放大器inv1后，led灯串13上的电流可通过如下公式二计算得到：
[0042][0043]
其中，vref1为运算放大器inv1的同相输入端的基准电压，rext为电流调节电阻，
r3为连接在运算放大器inv1的反相输入端及电流调节电阻rext之间的电阻。
[0044]
通过上述公式一和公式二可知，在供电电压vin为一固定值的情况下，led灯串13的电流iout为固定值。当镜像电流i1变化时，将引起led灯串13回路电流iout的变化，公式一只有电压vin为变量，随着供电模块的输入电压uin升高，电压vin也变大，则镜像电流i1变大，led灯串13上的电流iout变小；当供电模块的输入电压uin降低，电压vin变小，镜像电流i1变小，led灯串13上的电流iout变大。因此，在系统工作过程中，输入电压uin和输出电流iout的趋势相反，可参考图2系统的波形图所示。
[0045]
进一步地，继续参考图1所示，电容c1把端口vt的电压信号转为直流电压。在系统开机瞬间，输入电压uin经过电阻r1同时为电容c1充电，在电容c1充电的过程中，经过时间t,端口vt的电压从0v上升到固定值uvt。其中，电容充电过程中电压的计算公式为：
[0046][0047]
其中，i为电容充电过程中的电流，c为电容c1的容值。根据公式三可知，并结合图3所示，端口vt电压随着充电时间t逐步上升，在这段时间t过程中，端口vt回路的电流从0变化到固定电流值
[0048]
此外，如图4所示，经过镜像电流模块11和镜像电流模块12后产生的镜像电流i1，在系统开机瞬间电流波形也从0上升到固定值，当镜像电流i1为最小值0时，通过公式二可知，led灯串13的开机电流iout为最大值，因此，如图5所示，在图5的a处，在系统开机的瞬间产生了电流过冲的现象，容易造成led灯的损坏或击穿，损坏照明装置。在系统开机后，系统已给电容c1充满电,端口vt保持固定电压，此时当镜像电流i1为最大值,led灯串13电流iout降低到最小值，并以此电流值固定输出。
[0049]
因此，为了解决现有led恒流恒功率驱动电路在开机瞬间，输出电流会产生过冲的现象，造成led灯的损坏或击穿，损坏照明装置，降低了照明装置的使用寿命的问题。本发明提供了一种led恒流恒功率驱动电路，用于驱动led发光模块，其中，一种示例性实施例中，如图6所示，该led恒流恒功率驱动电路包括信号采样模块2、恒流驱动模块4和基准电压控制模块3及恒功率调节模块6；其中，
[0050]
所述信号采样模块2的输入端接入电源1或供电模块，信号采样模块2的输出端分别与基准电压控制模块3的输入端及恒流驱动模块4的第一输入端连接，恒功率调节模块6连接在所述信号采样模块2的输出端与恒流驱动模块4的第一输入端之间，所述恒流驱动模块4的第二输入端与基准电压控制模块3的输出端连接，所述恒流驱动模块4的输出端连接led发光模块5。
[0051]
其中，所述信号采样模块2用于采集电源1的电压信号；所述恒流驱动模块4用于驱动led发光模块5发光，并维持流过led发光模块5的电流恒定；恒功率调节模块6用于维持电源1的输出功率在预设功率值，从而实现led恒流恒功率驱动电路的恒功率功能，防止负载过大。所述基准电压控制模块3用于接收信号采样模块2采集的电压信号，在电源1开启时，基于所述电压信号控制恒流驱动模块4的第二输入端的电压在预设电压值，使恒流驱动模块4根据第一输入端及第二输入端的电压调整输出电流，进而使流过led发光模块5的电流平稳增长至恒定电流值。
[0052]
如图7所示，本发明的led恒流恒功率驱动电路，在系统开机瞬间，即图中的t1时间
段内，流过led发光模块5的电流iout波形也从0稳定上升，在系统开机后，系统已给电容c1充满电,端口vt保持固定电压，此时led发光模块5的电流iout维持在固定值。
[0053]
本发明提供的led恒流恒功率驱动电路，其信号采样模块2的输入端接入电源1，输出端分别与基准电压控制模块3的输入端及恒流驱动模块4的第一输入端连接，恒功率调节模块6连接在信号采样模块2的输出端与恒流驱动模块4的第一输入端之间，恒流驱动模块4的第二输入端与基准电压控制模块3的输出端连接，恒流驱动模块4的输出端连接led发光模块5；信号采样模块2用于采集电源1的电压信号；所述恒流驱动模块4用于维持流过led发光模块5的电流恒定；恒功率调节模块6用于维持电源的输出功率在预设功率值；所述基准电压控制模块3用于接收信号采样模块2采集的电压信号，在电源1开启时，基于所述电压信号控制恒流驱动模块4的第二输入端的电压在预设电压值，使流过led发光模块5的电流平稳增长至恒定电流值，从而使led恒流恒功率驱动电路在开机瞬间，流过led发光模块5的电流不会产生过冲的现象，以保护led发光模块5，提高led发光模块5的使用寿命。
[0054]
进一步地，如图8所示，该恒功率调节模块6包括镜像电流模块11和镜像电流模块12，镜像电流模块11包括电阻r2和两个场效应管m1和m2，镜像电流模块12包括两个场效应管m3和m4，镜像电流模块11的两个场效应管m1和m2的栅极互相连接，场效应管m1的源极连接栅极及电阻r2的一端，场效应管m1的漏极接地，电阻r2的另一端与信号采样模块2的输出端连接，场效应管m2的源极连接镜像电流模块12的场效应管m3的漏极及栅极，场效应管m2的漏极接地，镜像电流模块12的两个场效应管m3和m4的栅极互相连接，且源极皆与电压vdd连接，场效应管m4的漏极与恒流驱动模块4的第一输入端连接。
[0055]
进一步地，继续参考图8所示，该信号采样模块2包括电阻r1和电容c1，电阻r1的一端分别与电容c1的一端、恒功率调节模块6的输入端连接，电阻r1的另一端与电源vin连接，电容c1的另一端接地。
[0056]
进一步地，所述基准电压控制模块3包括比较器inv2、振荡器及转换器，所述恒流驱动模块4包括运算放大器inv1；所述比较器inv2的正相输入端与信号采样模块2的输出端连接，反相输入端接入基准电压v1，所述比较器inv2的输出端与振荡器的输入端连接，所述振荡器的输出端与转换器的输入端连接，所述转换器的输出端与所述运算放大器inv1的正相输入端连接，所述运算放大器inv1的反相输入端与所述信号采样模块2的输出端连接。
[0057]
其中，所述比较器inv2用于根据信号采样模块2采集的电压信号控制所述振荡器的开启或闭合；所述振荡器用于在开启时产生预设频率的脉冲信号；所述转换器用于将振荡器输出的脉冲信号转换成预定阈值的模拟信号。
[0058]
优选地，所述预设电压值大于恒流驱动模块4的第一输入端的电压值，使任意时刻，运算放大器inv1的正相输入端与反相输入端的差值永远为正值。此外，当所述比较器inv2正相输入端的电压值低于反相输入端的电压值时，所述振荡器开启。
[0059]
进一步地，所述转换器包括计数转换器及数模转换器，所述计数转换器的输入端连接振荡器的输出端，所述计数转换器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端连接运算放大器inv1的正相输入端；
[0060]
所述计数转换器用于将振荡器输出的脉冲信号转换成至少两组的数字信号；所述数模转换器用于将所述至少两组的数字信号转换成预定阈值的模拟信号。
[0061]
优选地，继续参考图8所示，所述计数转换器包括四个输出端，用于将振荡器输出
的脉冲信号扩展至多组数字信号，如图9中的扩展至十六组数字信号，以相应输出不同的电压值。
[0062]
进一步地，所述恒流驱动模块4还包括两个电阻r3、rext及场效应管m5，所述运算放大器inv1的输出端通过场效应管连接led发光模块5，电阻r3的一端与运算放大器inv1的反相输入端连接，电阻r3的另一端分别与电阻rext的一端及场效应管的漏极连接，电阻rext的另一端接地，场效应管m5的源极连接led发光模块5，实现led发光模块5的恒流驱动，使led发光模块5稳定工作。
[0063]
具体的，在系统上电瞬间，信号采样模块2的输入电压vin通过电阻r1对电容c1充电，并在端口vt产生电压，该电压进入比较器inv2的同相输入端，比较器inv2的反相输入端连接固定电压v1，比较器inv2的输出端输出信号en，控制振荡器的开启和关闭，当比较器inv2的正相输入端的电压值小于其反相输入端的电压值时，输出信号en为低，振荡器持续工作；当比较器inv2的正相输入端的电压值大于其反相输入端的电压值时，即在电容c1充电完成后，输出信号en为高，则振荡器停止工作。在电容c1充电时间段t内,端口vt电压值小于固定电压v1，振荡器持续工作，振荡器产生的脉冲信号输出到计数转换器，计数转换器可包括4个输出端口s1、s2、s3、s4，可输出4位二进制码共16组的数字信号，二进制码信号进入到数模转换器，转换生成一个模拟信号，且模拟信号的数值跟随着二进制码的大小而改变，二进制码的数值越大，模拟信号的数值越大，如图9所示。
[0064]
数模转换器输出的模拟信号输入到恒流驱动模块4的同相输入端，恒流驱动模块4对led发光模块5进行恒流控制，此时led发光模块5上的电流为
[0065][0066]
通过以上描述可知，并结合图10所示，系统在上电瞬间，i1值为随着时间t逐步上升，数模转换器输出的模拟信号vref1的数值随着时间t也逐步上升。通过设置基准电压控制模块3的内部参数，可调整数模转换器输出的模拟信号的数值，使任意时刻，公式二中vref1-i1*r3的值永远为正值，并由公式二可知，对电容c1充电时间t的过程中，led灯串上的电流iout可逐步上升。
[0067]
在另一个实施例中，本发明的基准电压控制模块3也可采用rc电路架构，具体的，如图11所示，所述基准电压控制模块3包括第一电容c2及第一电阻r4，所述恒流驱动模块4包括运算放大器inv1，所述第一电阻r4的一端连接信号采样模块2的输出端，所述第一电阻r4的另一端分别连接第一电容c2的一端、运算放大器inv1的正相输入端，所述第一电容c2的另一端接地，所述第一电容c2用于在电源1开启时充电。具体的，在系统上电瞬间，一个固定值的基准电压v1通过第一电阻r4对第一电容c2进行充电产生电压vref1，由公式三可知，电压vref1随着充电时间t逐步上升，通过设置基准电压控制模块3的rc参数，可调整vref1的电压值，使任意时刻，vref1-i1*r3的值永远为正值，并由公式二可知，对电容c1充电时间t的过程中，led发光模块5上的电流iout可逐步上升，以达到开机无电流过冲的效果。
[0068]
进一步地，所述恒流驱动模块4包括多个子恒流驱动模块4，各子恒流驱动模块4的第二输入端分别连接基准电压控制模块3的一个输出端，各子恒流驱动模块4的输出端分别连接一个led发光模块5或led发光模块5中的一个led灯。具体的，如图12所示，恒流驱动模块4内部为2路恒流源驱动2段led灯珠，基准电压控制模块3产生了2路基准电压vref1和
vref2，分别输入到恒流驱动模块4，以实现多段led发光模块5开机瞬间的无电流过冲。
[0069]
进一步地，如图13所示，所述基准电压控制模块3、恒功率调节模块6与恒流模块可集成在同一模块u1内，供电模块可由整流桥堆db1及热继电器fr1组成，整流桥堆db1的两个输入端分别连接火线l和零线n，正极输出端连接信号采样模块2的输入端，负极输出端接地。
[0070]
相应地，本发明还提供了一种led照明装置，包括led发光模块5及所述led恒流恒功率驱动电路，所述led恒流恒功率驱动电路的输出端与所述led发光模块5电连接，以保护led发光模块5，提高led发光模块5的使用寿命。
[0071]
综上所述，本发明的最大有益效果在于：
[0072]
本发明提供的led恒流恒功率驱动电路及led照明装置，其信号采样模块2的输入端接入电源1，输出端分别与基准电压控制模块3的输入端及恒流驱动模块4的第一输入端连接，恒流驱动模块4的第二输入端与基准电压控制模块3的输出端连接，恒流驱动模块4的输出端连接led发光模块5；信号采样模块2用于采集电源1的电压信号；所述恒流驱动模块4用于维持流过led发光模块5的电流恒定；所述基准电压控制模块3用于接收信号采样模块2采集的电压信号，在电源1开启时，基于所述电压信号控制恒流驱动模块4的第二输入端的电压在预设电压值，使流过led发光模块5的电流平稳增长至恒定电流值，从而使led恒流恒功率驱动电路在开机瞬间，流过led发光模块5的电流不会产生过冲的现象，以保护led发光模块5，提高led发光模块5的使用寿命。
[0073]
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。