用于LED的驱动电路和LED照明设备的制作方法

用于led的驱动电路和led照明设备
技术领域
1.本技术属于电源电路技术领域，尤其涉及一种用于led的驱动电路和 led照明设备。


背景技术：

2.led(发光二极管)广泛应用于照明领域，对于led的驱动，级联的升压-降压拓扑一直是一个很好的选择，特别是在室内应用中。然而，对于传统的升压-降压拓扑电路，升压级的输出，也就是降压级两端之间的电压差非常高，使得这种拓扑有两个缺点：在降压电路的降压开关在高频关断时，降压开关电压变化非常大，关断损耗非常大，效率很低；另外，在降压开关高频切换期间，降压电路各个器件承受的电压非常高，需要高电压额定元件，这意味着成本更高，尺寸更大。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种用于led的驱动电路和led照明设备，旨在解决传统级联的升压-降压led驱动存在开关损耗大、效率低、成本高、尺寸大问题。
4.本实用新型的基本构思是，在第一级(升压级)和第二级(降压级)之间串联增加一个led段，或等效地来看划分移动一部分原始led负载到第一级和第二级之间，用部分led去承担一部分的第一级输出电压，这样第二级的输入电压不再是全部的第一级输出电压，使得降压开关的电压应力降低。并且优选地，由于第二级通常是电流受控的，而第二级与这一段led是串联的，因此这一串联段led的电流与第二级的电流是相关的，所以通过控制第二级进行高频开关时的峰值电流(或等效地流过高频开关的电流有效值)，流过这一串联段led的电流也得到了控制，因此整个驱动电路和照明设备的平均输出电流/功率也是可控的。值得注意的是，现有技术中已有将led与一个恒流转换器进行串联的方案，但是这个结构并未使用在功率因子转换级和恒流驱动级这种两级架构下，因而在此现有技术中led的功能也并非是承担功率因子转换级的输出电压的一部分。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种用于led的驱动电路，包括
6.输入端，用于接入输入市电；
7.功率因子矫正级，与所述输入端连接，用于对所述输入市电进行转换得到总线电压；
8.恒流驱动级，与所述功率因子矫正级的输出连接，用于对所述总线电压的一部分进行转换得到输出电流；
9.第一输出端，连接到所述恒流驱动级，用于将所述输出电流提供给部分 led；以及
10.第二输出端，用于连接到另一部分led，且与所述恒流驱动级整体上串联于所述功率因子矫正级的输出，使得所述第二输出端与所述恒流驱动级的输入分担所述总线电压。
11.通过在功率因子矫正级和恒流驱动级之间额外设置多一个输出端用以连接另一部分led，使得这个另一部分led与驱动部分led的恒流驱动级共同分担功率因子矫正级输
出的总线电压，让恒流驱动级能够不工作在全部的总线电压下，只需承担部分的总线电压，那么恒流驱动级的器件工作电压将会变低，能够降低损耗和提升效率，同时可以不选用高电压额定元件，以降低成本和尺寸。
12.在一个可选的实施例中，所述功率因子矫正级包括升压转换器。升压转换器是比较常见的一种功率因子校正级，使得整个驱动电路的功率因子较高，满足标准要求。
13.一般地，升压转换器主要包括电感器、续流二极管、开关管和输出电容，电感器、续流二极管串联连接在功率因子矫正级的输入正极和输出正极之间，开关管连接在续流二极管的正极和功率因子矫正级的输入负极之间，输出电容连接在功率因子矫正级的输出正极和输出负极(即地端)之间，通过控制开关管的通断以使功率因子矫正级的输入电压升压后输出；其中，一般来说，功率因子校正级的所关注的输出是输出电压，或者总线电压vbus；具体实现来说，可以在开关管上串接一个检测电阻，使得升压转换器的控制器还可以根据所检测到的电流的大小控制功率因子矫正级，首先，升压转换器的控制器控制流过检测电阻的电流峰值跟随正弦半波，达到提高功率因数的目的，其次，控制电流峰值也起到过电流保护的作用。
14.可以理解，其他类型的转换器也可以用作功率因子矫正级，本技术在此不再赘述。
15.在一个可选的实施例中，所述恒流驱动级包括降压转换器。
16.一般地，降压转换器主要包括电感器、续流二极管和开关管，电感器、开关管串联连接在第二输出端的负极(用于接部分led的负极)和功率因子矫正级的输出负极(即地端)之间，续流二极管连接在电感器、开关管的连接点和第二输出端的正极之间，一般来说降压转换器使用峰值电流检测进行反馈控制，即通过检测在充电周期中由输入端流过第二输出端和所述电感器的电流并控制开关管的断开和导通，以使第二输出端的正、负极之间实现恒流。
17.可以理解，其他类型的转换器也可以用作恒流驱动级，例如降压升压 (buck-boost)转换器或反激(flyback)转换器，本技术在此不再赘述。
18.在一个可选的实施例中，还包括与所述第二输出端并联的第二输出电容，用于平滑第二输出端的输出，以对led负载进行保护，同时也能使得led发光亮度稳定。
19.在一个可选的实施例中，还包括与所述第一输出端并联的第一输出电容，用于平滑第一输出端的输出，以对led负载进行保护，同时也能使得led发光亮度稳定。
20.在一个可选的实施例中，所述降压转换器包括相连接的储能电感、功率开关和续流元件，所述第二输出端、所述第一输出端、所述储能电感和所述功率开关串联至所述功率因子矫正级的输出，所述续流元件将所述储能电感耦接到所述第一输出端，且所述降压转换器上的电压应力对应于所述总线电压减所述第二输出端上的电压。
21.如此，降压转换器上的储能电感、功率开关和续流元件则不需要承受全部的总线电压，可以在器件选型时，选择额定电压较低和体积较小的器件，在保证电路安全的前提下得以降低成本和电路体积。
22.在一个可选的实施例中，还包括：
23.电流检测电阻，所述电流检测电阻串联在所述恒流驱动级和所述功率因子矫正级的输出之间，用于检测所述恒流驱动级从所述功率因子矫正级所汲取的电流的大小，其中该电流也流过所述第二输出端；
24.控制电路，连接到所述电流检测电阻和所述恒流驱动级，用于根据所检测到的电流的大小控制所述恒流驱动级。
25.该实施例中，设置电流检测电阻用于使得恒流驱动级具有输出反馈，控制电路根据输出的反馈继续控制恒流驱动级实现一个闭环控制；进一步来说，由于第二输出端与恒流驱动级是串联的，第二输出端的电流也得以控制。根据整个驱动电路所需要达到的输出功率，可以为该电流选择一个合适的目标电流，使得第二输出端和恒流驱动级的第一输出端的整体输出功率为该需要达到的输出功率。
26.在一个可选的实施例中，还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路连接在所述输入端和所述升压转换器的输入之间。整流滤波电路用于对输入市电进行整流滤波。
27.本技术实施例的第二方面提供了一种led照明设备，包括所述部分led 和所述另一部分led，以及上述的用于led的驱动电路，所述部分led连接到所述第一输出端，所述另一部分led连接到所述第二输出端。
28.该照明设备中将led负载分成了两个部分，利用一部分led分担部分总线电压，使得恒流驱动级承受的电压降低，提高了恒流驱动级的效率的同时，降低了器件成本和电路体积。
29.在一个可选的实施例中，所述另一部分led的额定电压不低于200v，所述恒流驱动级的电压应力不高于200v。
30.使得恒流驱动级的器件承受电压大大降低，从最高400v降低到200v或以下，很大程度上提升了恒流驱动级的效率的同时，降低了器件成本和电路体积。
31.本技术的以上提及和未提及的优点将参照以下附图在具体实施方式部分进行描述或被本领域的一般技术人员所理解。
附图说明
32.图1为本技术实施例提供的用于led的驱动电路结构示意图。
具体实施方式
33.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
34.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
35.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干个”的含义是一个或多个，除非另有明确具体的限定。术语“部分”、“另一部分”仅用于描述两个特征是不同的，而并无其他方面的限定意味。
37.请参阅图1，本技术实施例的第一方面提供了一种用于led的驱动电路，包括输入端11、功率因子矫正级12(power factorcorrection，pfc)、恒流驱动级13、第一输出端14和第二输出端15。
38.输入端11用于接入输入市电l(火线)和n(零线)；功率因子矫正级 12与输入端11连接，用于对输入市电进行转换得到总线电压vbus1(相对地)；恒流驱动级13与功率因子矫正级12的输出连接，用于对总线电压 vbus1的一部分vbus2(相对地)进行转换得到输出电流；第一输出端14连接到恒流驱动级13，用于将输出电流提供给部分led 16；第二输出端15用于连接到另一部分led 17，且与恒流驱动级13整体上串联于功率因子矫正级 12的输出，使得第二输出端15与恒流驱动级13的输入分担总线电压vbus1。相当于在功率因子矫正级12的输出与恒流驱动级13的输入之间增加一个 led段(另一部分led 17)，或者将原来的led段分出一部分到功率因子矫正级12的输出与恒流驱动级13之间，这样恒流驱动级13的输入电压vbus2 不再是全部总线电压vbus1，其降压开关的电压应力得到降低，可以减少损耗提高效率，同时可以不选用高电压额定元件，以降低成本和尺寸。
39.在一个可选的实施例中，功率因子矫正级12包括升压转换器。一般地，升压转换器包括电感器l1、续流二极管d1、开关管(比如mos管)m1和输出电容c1，电感器l1、续流二极管d1串联连接在功率因子矫正级12的输入正极和输出正极之间，开关管m1连接在续流二极管d1的正极和功率因子矫正级12的输入负极(即地端)之间，输出电容c1连接在功率因子矫正级12 的输出正极和输出负极(也即地端)之间，升压转换器的控制器121通过控制开关管m1的通断以使功率因子矫正级12的输入电压升压后输出，目标是输出一预设的总线电压vbus1；其中，还可以在开关管m1上串接一个检测电阻 r1，升压转换器的控制器121可以根据所检测到的电流的大小控制功率因子矫正级12。
40.在一个可选的实施例中，恒流驱动级13包括降压转换器。一般地，降压转换器包括储能电感l2、功率开关(比如mos管)m2和续流元件d2(比如二极管或mos管)，第二输出端15、第一输出端14、储能电感l2和功率开关m2串联至功率因子矫正级12的输出，续流元件d2将储能电感l2耦接到第一输出端14，以在功率开关m2导通时允许能量流过第一输出端14并且也对储能电感l2储能，而断开时将储能电感l2的能量释放至第一输出端14，降压转换器上的电压应力vbus2对应于总线电压vbus1减第二输出端15上的电压，以实现降低降压转换器的电压应力的目的。使用降压转换器作为恒流驱动具有器件少成本低，且利于小型化的优势。
41.在一个可选的实施例中，驱动电路还包括电流检测电阻r2和控制电路18。电流检测电阻r2串联在恒流驱动级13和功率因子矫正级12的输出之间，具体即与功率开关m2串联，用于检测恒流驱动级13从功率因子矫正级12所汲取的电流的大小；控制电路131连接到电流检测电阻r2和恒流驱动级13，具体是连接到功率开关m2，用于根据所检测到的电流的大小控制恒流驱动级13，具体是控制功率开关m2的导通和关断时长。控制电路18一般采用恒流驱动芯片及其外围电路，外围电路可以包括用于给恒流驱动芯片供电的供电电路，以及连接到电流检测电阻r2传输所检测到的电流的反馈电路等。控制电路18 根据输出的反馈控制恒流驱动级13实现一个闭环控制，保证输出电流稳定。
42.当功率开关m2导通时，在第一输出端14、第二输出端15同时具有电流，两个输出端的电流应相等；而当功率开关m2断开时，由于恒流驱动级13具有续流过程，续流过程中只对第一输出端14的部分led 16输出电流，因此，这个过程中，第二输出端15上的另一部分led 17所流过的电流可能比部分 led 16小，或者电流不连续。但由于第一输出端14所接的led(16)和第二输出端15所接的led(17)的规格(额定电压)是已知的，且两个输出端14、 15各自的平均输出电流也是可以根据电流检测电阻r2检测到的峰值电流而计算得出的，所以能够控制功率开关m2在该峰值电流达到一个合适值时进行开关，使得第一输出端14和第二输出端15的平均输出电流与输出的功率整体上与目标一致。即通过调节降压转换器的峰值电流，可以实现部分led 16和另一部分led 17的理想总输出。
43.举个例子来说，比如降压(buck)转换器工作在常用的临界模式时，流过部分led16的电流有效值跟流过储能电感l2的电流有效值相等。如检测到电流检测电阻r2的电流峰值为i
r2peak
，则流过储能电感l2的电流有效值为 i
l2
＝1/2*i
r2peak
。且流过另一部分led17的电流有效值等于流过电流检测电阻 r2的电流有效值i
r2rms
，i
r2rms
可以由控制电路18通过对i
r2
进行实时积分，或者先检测功率开关m2的导通占空比d＝ton/(ton toff)，再通过计算 1/2*i
r2peak
*d得到。此时总功率p＝i
r2rms
*u
led17
i
l2
*u
led16
＝1/2*i
r2peak
*d* u
led17
1/2*i
r2peak
*u
led16
，其中u
led17
和u
led16
分别是另一部分led17和部分 led16的工作电压。
44.在一个可选的实施例中，驱动电路还包括与第二输出端15并联的第二输出电容c2，用于平滑第二输出端15的输出以解决上述电流不连续的问题，以对另一部分led 17进行保护以及平滑恒流驱动级13的输入，同时也能使得另一部分led 17发光亮度稳定。
45.在一个可选的实施例中，驱动电路还包括与第一输出端14并联的第一输出电容c3，用于平滑第一输出端14的输出，第一输出电容c3作为恒流驱动级13的输出电容，用于平滑恒流驱动级13的输出以对部分led 16进行保护，同时也能使得部分led 16发光亮度稳定。
46.在一个可选的实施例中，驱动电路还包括整流滤波电路19，整流滤波电路连接在输入端11和升压转换器的输入之间。整流滤波电路19用于对输入市电进行整流滤波。整流滤波电路19包括输入市电进行整流的整流桥br1和整流之后的输入进滤波的输入电容c4。
47.本技术实施例的第二方面提供了一种led照明设备，包括部分led 16和另一部分led 17，以及上述的用于led的驱动电路，部分led 16连接到第一输出端14，另一部分led 17连接到第二输出端15。该照明设备中将led 负载分成了两个部分，利用一部分led 16分担恒流驱动级13的电压，使得恒流驱动级13承受的电压降低，提高了恒流驱动级13的效率的同时，降低了器件成本和电路体积。
48.在一个可选的实施例中，另一部分led 17的额定电压不低于200v，恒流驱动级13的电压应力不高于200v。使得恒流驱动级13的器件承受电压大大降低，从最高400v降低到200v或以下，很大程度上提升了恒流驱动级13 的效率的同时，降低了器件成本和电路体积。
49.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应
包含在本技术的保护范围之内。