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申请/专利权人：杰华特微电子股份有限公司

摘要：本发明公开了一种高效线性LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，所述控制电路与所述线性调节管的控制端连接，通过所述控制电路控制流经所述线性调节管的电流，在半个工频周期内，依次设置第一工作区、第二工作区和第三工作区，所述第一工作区中流经线性调节管的电流为第一电流，所述第二工作区中流经线性调节管的电流为第二电流，所述第三工作区中流经线性调节管的电流为第三电流，所述第一电流等于所述第三电流，所述第二电流的变化趋势与相应的输入电压相反，并在所述输入电压的峰值处，所述第二电流达到最低点。

主权项：1.一种高效线性LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，所述控制电路与所述线性调节管的控制端连接，其特征在于：通过所述控制电路控制流经所述线性调节管的电流，在半个工频周期内，依次设置第一工作区、第二工作区和第三工作区，所述第一工作区中流经线性调节管的电流为第一电流，所述第二工作区中流经线性调节管的电流为第二电流，所述第三工作区中流经线性调节管的电流为第三电流，所述第一电流等于所述第三电流，所述第二电流的变化趋势与相应的输入电压相反，并在所述输入电压的峰值处，所述第二电流达到最低点；所述控制电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一输入端接收第一电压采样信号，所述第一运算放大器的第二输入端接收瞬时电流参考信号；所述的控制电路还包括参考信号产生电路，用于产生所述瞬时电流参考信号，所述参考信号产生电路包括第一电容、充电电流源和放电电流源，所述充电电流源和放电电流源均与所述第一电容连接，通过控制充电电流源和放电电流源对所述第一电容充放电来调节第一电容上的电压，所述第一电容上的电压作为瞬时电流参考信号。

全文数据：高效线性LED驱动电路技术领域本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高效线性LED驱动电路。背景技术现有技术的线性LED驱动电路，包括整流电路、线性调节管和用于控制线性调节管的控制电路。所述控制电路通过采样流经所述线性调节管的电流与相应的平均电流参考值进行误差处理，以控制所述线性调节管的状态，从而实现输出恒流。电压VIN、LED两端电压VLED和输出电流波形如图1所示，电压VIN为正弦波状，在工频周期内，越靠近电压VIN波形的峰值位置，电压VIN与LED负载两端电压VLED之压差就越大。线性调节管M01上的功耗为VIN-VLED*Iout，即当电压VIN比LED两端电压VLED大越多，则线性调节管M01上的功耗越大，系统效率就越低。现有技术中，由于线性LED驱动电路的效率较低，所以较少地应用于调光应用中，通过采用开关电源用作LED调光驱动电路中。然而，开关电源的成本高于线性驱动电路，人们开始寻求提高线性LED驱动电路的效率来适应调光应用的方案。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降低线性调节管功耗并实现调光的高效线性LED驱动电路，用以解决现有技术存在的线性调节管上的功耗大，难以应用于调光应用的技术问题。本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的高效线性LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，所述控制电路与所述线性调节管的控制端连接；通过所述控制电路控制流经所述线性调节管的电流，在半个工频周期内，依次设置第一工作区、第二工作区和第三工作区，所述第一工作区中流经线性调节管的电流为第一电流，所述第二工作区中流经线性调节管的电流为第二电流，所述第三工作区中流经线性调节管的电流为第三电流，所述第一电流等于所述第三电流，所述第二电流的变化趋势与相应的输入电压相反，并在所述输入电压的峰值处，所述第二电流达到最低点。可选的，采样流经线性调节管的电流，得到表征输出电流的第一电压采样信号，将所述第一电压采样信号与可变平均电流参考信号进行误差补偿处理，得到平均电流控制信号，根据所述平均电流控制信号调节所述第一工作区、第二工作区和第三工作区中至少一个工作区的持续时间、或者调节所述第一电流、第二电流和第三电流中至少一个电流值，以使得所述LED驱动电路的平均输出电流趋近于所述可变平均电流参考信号所表征的输出电流值。可选的，根据调光信号调节所述可变平均电流参考信号，以调节流经负载的平均输出电流。可选的，所述的调光信号为PWM调光信号或模拟调光信号，在调光信号为PWM调光信号时，则所述PWM调光信号转为为模拟电压，根据所述模拟电压调节所述可变平均电流参考信号；在调光信号为模拟调光信号时，则根据所述模拟调光信号调节所述可变平均电流参考信号。可选的，所述控制电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一输入端接收所述第一电压采样信号，所述第一运算放大器的第二输入端接收瞬时电流参考信号。可选的，所述的控制电路还包括参考信号产生电路，用于产生所述瞬时电流参考信号，所述参考信号产生电路包括第一电容、充电电流源和放电电流源，所述充电电流源和放电电流源均与所述第一电容连接，通过控制充电电流源和放电电流源对所述第一电容充放电来调节第一电容上的电压，所述第一电容上的电压作为瞬时电流参考信号。可选的，所述的参考信号产生电路还包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述第一电容连接，所述第一比较器的第二输入端接收第一参考电压，所述第一参考信号表征所述第一电流和第二电流的期望值，所述第一比较器的输出信号用于在第一电容电压达到所述第一参考电压时控制充电电流源停止充电。可选的，在第二工作区中，包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段中，所述放电电流源开始对第一电容放电，此时充电电流源不对第一电容充电，在所述输入电压的峰值时刻，所述第二电流达到最低点，第一阶段结束，在第二阶段中，所述放电电流源停止放电，所述充电电流源开始对所述第一电容充电，当所述第一电容电压达到所述第一参考电压时，所述充电电流源停止充电，第二阶段结束。可选的，所述的参考信号产生电路还包括峰值检测电路，所述峰值检测电路连接输入电压的高电位端，用于检测所述输入电压的峰值时刻。可选的，所述所述峰值检测电路通过检测所述输入电压的变化率来检测所述输入电压的峰值时刻。采用本发明，与现有技术相比，具有以下优点：本发明设置了三个工作区，第一工作区的第一电流与第三工作区的第三电流相等，第二工作区的电流与输入电压呈相反的变化趋势，并能实现平均电流的调节，通过PWM信号或模拟调光信号调节可变平均电流参考信号，以实现调光。本发明降低了线性调节管的功耗，提高了系统效率，并实现基于高效线性LED驱动电路下的PWM调光和模拟调光。附图说明图1为现有技术LED驱动电路的工作波形图；图2为本发明高效线性LED的原理框图；图3为本发明高效线性LED的工作波形图；图4为参考信号产生电路的结构示意图；图5为峰值检测电路的电路结构图；图6为调光信号与可变平均电流参考信号的关系示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的基本实现方案如下：本发明的LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，所述控制电路与所述线性调节管的控制端连接；通过所述控制电路控制流经所述线性调节管的电流，在半个工频周期内，依次设置第一工作区、第二工作区和第三工作区，所述第一工作区中流经线性调节管的电流为第一电流，所述第二工作区中流经线性调节管的电流为第二电流，所述第三工作区中流经线性调节管的电流为第三电流，所述第一电流等于所述第三电流，所述第二电流的变化趋势与相应的输入电压相反，并在所述输入电压的峰值处，所述第二电流达到最低点。基于上述基本实现方案，采用具体实施例予以详细说明。参考图2所示，示意了高效线性LED驱动电路的原理结构。采样电阻R01采样输出电流，当输入电压VIN由交流输入电源经整流桥整流后得到大于LED负载电压VLED时，电流开始流过LED负载，并开始进入第一工作区。采样电阻电压VS即第一电压采样信号的瞬时值等于瞬时电流参考信号VREF，即流经过LED负载和线性调节管M01的电流跟随所述的瞬时电流参考信号VREF。所述控制电路包括第一运算放大器U12，所述第一运算放大器U12的第一输入端接收所述第一电压采样信号VS，所述第一运算放大器U12的第二输入端接收瞬时电流参考信号VREF。本发明的高效线性LED驱动电路还可以控制和调节流经LED负载的平均电流。采样流经线性调节管的电流，得到表征输出电流的第一电压采样信号VS，将所述第一电压采样信号VS与可变平均电流参考信号VAVE进行误差补偿处理，得到平均电流控制信号VC，根据所述平均电流控制信号VC调节所述第一工作区、第二工作区和第三工作区中至少一个工作区的持续时间、或者调节所述第一电流、第二电流和第三电流中至少一个电流值，以使得所述LED驱动电路的平均输出电流趋近于所述可变平均电流参考信号VAVE所表征的输出电流值。所述的误差补偿处理由误差补偿电路实现，所述误差补偿电路包括第二运算放大器U11和补偿电容C2，所述补偿电容C2连接在所述第二运算放大器U11的输出端。第二运算放大器U11的两个输入端分别接收第一电压采样信号VS和可变平均电流参考信号VAVE。调节第一工作区、第二工作区和第三工作区中至少一个工作区的持续时间具体实现可以为：根据平均电流控制信号VC控制和调节所述第一工作区结束的时刻，以开始放电并进入第二工作区，但不限于这种方式。调节所述第一电流、第二电流和第三电流中至少一个电流值具体实现可以为：根据所述平均电流控制信号VC调节第一电流和第三电流，从而相应地改变了第二电流，但不限于这种方式。参考图3所示，示意了高效线性LED驱动电路的工作波形。图中T表示整个电流区间，并设置了第一工作区t1、第二工作区t2和第三工作区t3。在第一工作区t1和第三工作区t3，保持瞬时电流参考信号VREF稳定，且第一电流等于第三电流。在第二工作区t2，降低瞬时电流参考信号VREF，并在输入电压的峰值位置，所述瞬时电流参考信号VREF达到最低值，然后再增大至第三电流。参考图4所示，示意了参考信号产生电路的具体结构。所述参考信号产生电路包括第一电容C1、充电电流源I1和放电电流源I2，所述充电电流源I1和放电电流源I2均与所述第一电容C1连接，通过控制充电电流源I1和放电电流源I2对所述第一电容C1充放电来调节第一电容C1上的电压，所述第一电容C1上的电压作为瞬时电流参考信号。所述的参考信号产生电路包括第一比较器U13，所述第一比较器U13的第一输入端与所述第一电容C1连接，所述第一比较器U13的第二输入端接收第一参考电压VREF1，所述第一参考信号VREF1表征所述第一电流和第二电流的期望值，所述第一比较器U13的输出信号用于在第一电容C1电压达到所述第一参考电压VREF1时控制充电电流源停止充电。对于充电电流源I1和放电电流源I2的控制，可以通过开关来控制其是否接入，也可以通过控制信号来控制其是否使能，也可以通过控制信号调节其大小。在图4中，以开关K1和K2分别控制充电电流源I1和放电电流源I2是否接入，在第一比较器U13的输入端与开关K1连接，峰值时刻信号tp与所述开关K2连接，同时开关K1和开关K2还受控于其他信号。在第二工作区中，包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段中，所述放电电流源开始对第一电容C1放电，此时充电电流源I1不对第一电容C1充电，在所述输入电压VIN的峰值时刻，所述第二电流达到最低点，第一阶段结束，在第二阶段中，所述放电电流源I2停止放电，所述充电电流源I1开始对所述第一电容C1充电，当所述第一电容电压达到所述第一参考电压时，所述充电电流源I1停止充电，第二阶段结束。参考图5所示，示意了峰值检测电路的具体结构。所述峰值检测电路采样输入电压VIN，具体的采样可由图示中的分压电路实现，所述分压电路包括电阻R02和R03，所述电阻R02和R03串联，二者公共端的电压表征输入电压VIN。所述电阻R02和R03的公共端与微分电路连接，所述微分电路用以检测所述输入电压VIN的变化率，所述微分电路包括第二电容C3和电阻R04，所述第二电容C3和电阻R04串联，二者的公共端的电压表征所述输入电压VIN的变化率，将其与参考信号VREF2比较，一般情况下，输入电压VIN峰值处的电压变化率为零，所述参考信号VREF2可以设置接近于零的数值，当然，还需要考虑应用方案的实际情况，比如参考地的设置等因素。所述第二电容C3和电阻R04公共端的电压达到所述参考信号VREF2时，则第二比较器U14的输出信号tp翻转，tp作为峰值检测信号，该信号用于控制开关K2断开，以停止放电。参考图6所示，示意了调光信号与可变平均电流参考信号的关系。根据调光信号调节所述可变平均电流参考信号，以调节流经负载的平均输出电流。所述的调光信号为PWM调光信号或模拟调光信号，在调光信号为PWM调光信号时，则所述PWM调光信号转为为模拟电压，根据所述模拟电压调节所述可变平均电流参考信号；在调光信号为模拟调光信号时，则根据所述模拟调光信号调节所述可变平均电流参考信号。图6示意以PWM调光信号为例，所述模拟电压可以直接作为可变平均电流参考信号，“根据所述模拟电压调节所述可变平均电流参考信号”，可以认为比例系数为1，也可以通过比例变换得到可变平均电流参考信号。虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

权利要求：1.一种高效线性LED驱动电路，包括线性调节管和控制电路，交流输入电源经整流电路整流后得到输入电压，所述线性调节管与LED负载串联，所述的输入电压对LED负载供电，所述控制电路与所述线性调节管的控制端连接，其特征在于：通过所述控制电路控制流经所述线性调节管的电流，在半个工频周期内，依次设置第一工作区、第二工作区和第三工作区，所述第一工作区中流经线性调节管的电流为第一电流，所述第二工作区中流经线性调节管的电流为第二电流，所述第三工作区中流经线性调节管的电流为第三电流，所述第一电流等于所述第三电流，所述第二电流的变化趋势与相应的输入电压相反，并在所述输入电压的峰值处，所述第二电流达到最低点。2.根据权利要求1所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：采样流经线性调节管的电流，得到表征输出电流的第一电压采样信号，将所述第一电压采样信号与可变平均电流参考信号进行误差补偿处理，得到平均电流控制信号，根据所述平均电流控制信号调节所述第一工作区、第二工作区和第三工作区中至少一个工作区的持续时间、或者调节所述第一电流、第二电流和第三电流中至少一个电流值，以使得所述LED驱动电路的平均输出电流趋近于所述可变平均电流参考信号所表征的输出电流值。3.根据权利要求2所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：根据调光信号调节所述可变平均电流参考信号，以调节流经负载的平均输出电流。4.根据权利要求3所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：所述的调光信号为PWM调光信号或模拟调光信号，在调光信号为PWM调光信号时，则所述PWM调光信号转为为模拟电压，根据所述模拟电压调节所述可变平均电流参考信号；在调光信号为模拟调光信号时，则根据所述模拟调光信号调节所述可变平均电流参考信号。5.根据权利要求1-4任意一项所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：所述控制电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一输入端接收所述第一电压采样信号，所述第一运算放大器的第二输入端接收瞬时电流参考信号。6.根据权利要求5所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：所述的控制电路还包括参考信号产生电路，用于产生所述瞬时电流参考信号，所述参考信号产生电路包括第一电容、充电电流源和放电电流源，所述充电电流源和放电电流源均与所述第一电容连接，通过控制充电电流源和放电电流源对所述第一电容充放电来调节第一电容上的电压，所述第一电容上的电压作为瞬时电流参考信号。7.根据权利要求7所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：所述的参考信号产生电路还包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述第一电容连接，所述第一比较器的第二输入端接收第一参考电压，所述第一参考信号表征所述第一电流和第二电流的期望值，所述第一比较器的输出信号用于在第一电容电压达到所述第一参考电压时控制充电电流源停止充电。8.根据权利要求7所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：在第二工作区中，包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段中，所述放电电流源开始对第一电容放电，此时充电电流源不对第一电容充电，在所述输入电压的峰值时刻，所述第二电流达到最低点，第一阶段结束，在第二阶段中，所述放电电流源停止放电，所述充电电流源开始对所述第一电容充电，当所述第一电容电压达到所述第一参考电压时，所述充电电流源停止充电，第二阶段结束。9.根据权利要求8所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：所述的参考信号产生电路还包括峰值检测电路，所述峰值检测电路连接输入电压的高电位端，用于检测所述输入电压的峰值时刻。10.根据权利要求9所述的高效线性LED驱动电路，其特征在于：所述所述峰值检测电路通过检测所述输入电压的变化率来检测所述输入电压的峰值时刻。

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