本發(fā)明涉及一種電子電路，更具體地說，本發(fā)明涉及一種LED(發(fā)光二極管)驅(qū)動器及驅(qū)動方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，LED由于其體積小、驅(qū)動簡單且節(jié)能環(huán)保，正逐漸取代熒光燈在液晶顯示背光和普通照明中的應(yīng)用。在智能LED照明應(yīng)用中，LED需要驅(qū)動電路來為其提供受控的驅(qū)動電流，同時系統(tǒng)中還有微控制器MCU、無線模塊R/F等智能模塊需要諸如3.3V、5V之類的供電電壓。此外，在LED關(guān)閉時，智能LED應(yīng)用要求非常小的待機損耗。

因此，如何提供兩種不同類型的供電以及如何降低待機損耗等都是智能LED照明中面臨的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，提出一種改進的LED驅(qū)動器及驅(qū)動方法。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出了一種LED驅(qū)動器，包括：功率變換器，接收輸入電壓，提供驅(qū)動電流給負載，其中該開關(guān)變換器包括：第一繞組以及耦接至第一繞組的主功率開關(guān)，所述第一繞組在主功率開關(guān)導(dǎo)通時存儲能量、在主功率開關(guān)斷開時將能量提供至負載；第二繞組，與第一繞組正激磁耦合，提供第一供電電壓；第三繞組，與第一繞組反激磁耦合，提供第二供電電壓；閾值比較器，接收無線控制模塊提供的調(diào)光信號和閾值信號，所述閾值比較器比較調(diào)光信號和閾值信號的大小，產(chǎn)生檢測信號；輸出電流計算器，接收表征流過主功率開關(guān)電流的電流采樣信號，計算流過負載的電流，產(chǎn)生等效輸出電流；第一誤差放大器，接收受調(diào)光信號調(diào)節(jié)的第一參考信號和等效輸出電流，所述第一誤差放大器將第一參考信號和等效輸出電流的誤差放大并進行積分，產(chǎn)生第一補償信號；第二誤差放大器，接收第二參考信號和第二供電電壓，所述第二誤差放大器將第二參考信號和第二供電電壓的誤差放大并進行積分，產(chǎn)生第二補償信號；邏輯控制及驅(qū)動電路，接收第一補償信號或第二補償信號，產(chǎn)生驅(qū)動控制信號用以控制主功率開關(guān)；其中當調(diào)光信號小于閾值信號時，第一供電電壓和第一補償信號被屏蔽、無線控制模塊的供電電壓由第二供電電壓提供，邏輯控制及驅(qū)動電路根據(jù)第二補償信號產(chǎn)生驅(qū)動控制信號；當調(diào)光信號大于閾值信號時，第二供電電壓和第二補償信號被屏蔽、無線控制模塊的供電電壓由第一供電電壓提供，邏輯控制及驅(qū)動電路根據(jù)第一補償信號產(chǎn)生驅(qū)動控制信號。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提出了一種LED驅(qū)動方法，所述方法包括：接收輸入電壓，產(chǎn)生驅(qū)動電流，用以驅(qū)動LED；接收調(diào)光信號；比較調(diào)光信號和閾值信號的大小，若調(diào)光信號大于閾值信號，則進入恒流模式：通過功率級給LED提供恒定電流、給無線控制模塊提供第一供電電壓；若調(diào)光信號小于閾值信號，則進入恒壓模式：通過功率級給無線控制模塊提供第二供電電壓。

根據(jù)本發(fā)明各方面的上述LED驅(qū)動器及驅(qū)動方法，只需一個功率級，對LED提供恒流驅(qū)動、對無線控制器(RF/MCU)等智能模塊提供供電電壓，且在系統(tǒng)進入待機模式時，減小了待機損耗。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器100的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器200的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸出電流計算電路108的電路原理示意圖；

圖4示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器400的邏輯控制及驅(qū)動電路112的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器500的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器600的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動方法流程圖700。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當理解，當稱元件“耦接到”或“連接到”另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器100的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1所示實施例中，所述LED驅(qū)動器100包括：輸入端口101，接收交流輸入電壓(如市電)V_in；整流橋102，接收交流輸入電壓V_in，提供整流信號V_DC；功率變換器，為負載(LED 1001)提供驅(qū)動電流，其中該開關(guān)變換器包括第一繞組31以及耦接至第一繞組31的主功率開關(guān)32，所述第一繞組31在主功率開關(guān)32導(dǎo)通時存儲能量、在主功率開關(guān)32斷開時將能量提供至負載；第二繞組104，與第一繞組31正激磁耦合，提供第一供電電壓V_CC；第三繞組105，與第一繞組31反激磁耦合，提供第二供電電壓V_CV；閾值比較器107，接收無線控制模塊(RF/MCU)106提供的調(diào)光信號DIM和閾值信號V_TH，所述閾值比較器107比較調(diào)光信號DIM和閾值信號V_TH的大小，產(chǎn)生檢測信號DET；輸出電流計算器108，接收表征流過主功率開關(guān)32電流的電流采樣信號I_SEN，計算流過負載(LED 1001)的電流，產(chǎn)生等效輸出電流I_EQ；參考信號產(chǎn)生電路109，接收源參考電壓V_R0和調(diào)光信號DIM，產(chǎn)生受調(diào)光信號DIM調(diào)節(jié)的第一參考信號V_RCC；第一誤差放大器(EA)110，接收第一參考信號V_RCC和等效輸出電流I_EQ，所述第一誤差放大器110將第一參考信號V_RCC和等效輸出電流I_EQ的誤差放大并進行積分，產(chǎn)生第一補償信號CMP1；第二誤差放大器(EA)111，接收第二參考信號V_RCV和第二供電電壓V_CV，所述第二誤差放大器111將第二參考信號V_RCV和第二供電電壓V_CV的誤差放大并進行積分，產(chǎn)生第二補償信號CMP2；邏輯控制及驅(qū)動電路112，接收補償信號CMP(第一補償信號CMP1或第二補償信號CMP2)，產(chǎn)生驅(qū)動控制信號Dr用以控制主功率開關(guān)32；其中當調(diào)光信號DIM小于閾值信號V_TH時，檢測信號DET指示系統(tǒng)為恒壓模式，第一供電電壓V_CC和第一補償信號CMP1被屏蔽(被無效)、無線控制模塊(RF/MCU)106的供電電壓V_PS由第二供電電壓V_CV提供，邏輯控制及驅(qū)動電路112根據(jù)第二補償信號CMP2產(chǎn)生驅(qū)動控制信號Dr；當調(diào)光信號DIM大于閾值信號V_TH時，檢測信號DET指示系統(tǒng)為恒流模式，第二供電電壓V_CV和第二補償信號CMP2被屏蔽(被無效)、無線控制模塊(RF/MCU)106的供電電壓V_PS由第一供電電壓V_CC提供，邏輯控制及驅(qū)動電路112根據(jù)第一補償信號CMP1產(chǎn)生驅(qū)動控制信號Dr。

在一個實施例中，閾值比較器107為滯環(huán)比較器，具有遲滯系數(shù)。

當調(diào)光信號DIM小于閾值信號V_TH，檢測信號DET指示系統(tǒng)為恒壓模式時，第一電壓調(diào)節(jié)電路(如低壓差線性穩(wěn)壓器LDO)42和第一誤差放大器110均被去使能，使得第一供電電壓V_CC和第一補償信號CMP1被屏蔽，此時第二供電電壓V_CV經(jīng)由LDO 52后給無線控制模塊(RF/MCU)106供電；第二誤差放大器111對第二參考信號V_RCV和第二供電電壓V_CV的誤差進行放大并積分，產(chǎn)生的第二補償信號CMP2被輸送至邏輯控制及驅(qū)動電路112，從而給無線控制模塊106提供恒定的供電電壓。

當調(diào)光信號DIM大于閾值信號V_TH，檢測信號DET指示系統(tǒng)為恒流模式時，第二電壓調(diào)節(jié)電路(如低壓差線性穩(wěn)壓器LDO)LDO 52和第二誤差放大器111均被去使能，使得第二供電電壓V_CV和第二補償信號CMP2被屏蔽，此時第一供電電壓V_CC經(jīng)由LDO 42后給無線控制模塊(RF/MCU)106供電，第一誤差放大器110對第一參考信號V_RCC和等效輸出電流I_EQ的誤差進行放大并積分，產(chǎn)生的第一補償信號CMP1被輸送至邏輯控制及驅(qū)動電路112，從而控制恒定的負載電流(即控制LED的亮度)并給無線控制模塊106提供恒定的供電電壓。

所謂第二繞組104與第一繞組31的正激磁耦合，即當主功率開關(guān)32導(dǎo)通、第一繞組31存儲能量時，第二繞組104的感應(yīng)電壓經(jīng)由二極管41后提供第一供電電壓V_CC；而當主功率開關(guān)32斷開、第一繞組31釋放能量時，第二繞組104的感應(yīng)電壓被二極管41阻斷。所謂第三繞組105與第一繞組31的反激磁耦合，即當主功率開關(guān)32導(dǎo)通，第一繞組31存儲能量時，第三繞組105的感應(yīng)電壓被二極管51阻斷；而當主功率開光32斷開，第一繞組31釋放能量時，第三繞組105的感應(yīng)電壓經(jīng)由二極管51后提供第二供電電壓V_CV。

在一個實施例中，所述調(diào)光信號DIM為用戶輸入的信號，該信號為PWM(脈沖寬度調(diào)節(jié))信號。如圖1所示，所述LED驅(qū)動器100還包括濾波器113，接收調(diào)光信號DIM，所述濾波器113將PWM形式的調(diào)光信號DIM轉(zhuǎn)化為模擬信號，使閾值比較器107對該模擬信號和閾值電壓V_TH做比較，產(chǎn)生檢測信號DET。

在圖1所示實施例中，所述LED驅(qū)動器100的功率變換器包括反激變換器，所述功率變換器還包括：副邊繞組33，與第一繞組31反激磁耦合；從功率開關(guān)34，耦接在副邊繞組33與負載(LED)1001之間。

在一個實施例中，所述參考信號產(chǎn)生電路112將調(diào)光信號DIM的占空比和源參考電壓V_R0相乘，得到第一參考信號V_RCC，即第一參考信號V_RCC與調(diào)光信號DIM的占空比和源參考電壓V_R的關(guān)系為：

V_RCC＝V_R0×D_DIM

其中D_DIM表示調(diào)光信號DIM的占空比。

第一參考電壓V_RCC被輸送至第一誤差放大器(EA)110。當調(diào)光信號DIM大于閾值信號V_TH(即系統(tǒng)為恒流模式)時，通過第一誤差放大器(EA)110對等效輸出電流I_EQ進行調(diào)節(jié)，使得等效輸出電流I_EQ的平均值被調(diào)節(jié)至用戶希望的第一參考電壓V_RCC。而當調(diào)光信號DIM小于閾值信號V_TH(即用戶要關(guān)掉LED，系統(tǒng)為待機的恒壓模式)時，給無線控制模塊(RF/MCU)106供電的第二供電電壓V_CV通過第二誤差放大器(EA)111被調(diào)節(jié)至第二參考信號V_RCV。

因此，上述LED驅(qū)動器100在LED點亮的過程中，對LED的驅(qū)動電流實現(xiàn)了準確調(diào)節(jié)；而當系統(tǒng)為恒壓模式時，無線控制模塊(RF/MCU)106的供電電壓也得到了保證。設(shè)定V_RCV和第一繞組31、第三繞組105的匝比關(guān)系，可以確保LED在恒壓模式被關(guān)掉；此外，減小V_RCV的電壓與無線控制模塊的供電電壓，也可以降低損耗。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器200的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示LED驅(qū)動器200與圖1所示LED驅(qū)動器100相似，與圖1所示LED驅(qū)動器100不同的是，圖2所示LED驅(qū)動器200具體示出了電流采樣信號I_SEN的獲得。具體來說，圖2所示LED驅(qū)動器200還包括：第一電阻器114和第二電阻器115，串聯(lián)耦接在主功率開關(guān)32和原邊參考地之間，其中第一電阻器114和第二電阻器115兩端的電壓為所述電流采樣信號I_SEN，第二繞組104和第三繞組105經(jīng)由第二電阻器115耦接至參考地/原邊參考地。第一電阻器114和第二電阻器115兩端的電壓(I_SEN)經(jīng)由輸出電流計算器108后，被轉(zhuǎn)化為反映負載(LED)電流的等效輸出電流I_EQ。

在系統(tǒng)的恒流模式運行過程中，當主功率開關(guān)32斷開時，流過其上的電流為零；當主功率開關(guān)32導(dǎo)通時，流過其上的電流I₃₂可以表示為

$I_{32}=I_{Lm}+\frac{N2}{N1}\×I_{104}---\left(1\right)$

其中I_Lm表示流過第一繞組31的勵磁電感的電流，I₁₀₄表示流過第二繞組104的電流，N2/N1表示第二繞組104與第一繞組31的匝數(shù)比。

則第一電阻器114和第二電阻器115兩端的電壓(即電流采樣信號I_SEN)為：

I_SEN＝I₃₂×(R₁₁₄+R₁₁₅)-I₁₀₄×R₁₁₅ (2)

其中R₁₁₄表示第一電阻器114的電阻值，R₁₁₅表示第二電阻器115的電阻值。

由等式(1)和等式(2)，可以得到

$I_{SEN}=I_{Lm}\×(R_{114}+R_{115})+I_{104}\×\[\frac{N2}{N1}\×R_{114}-(1-\frac{N2}{N1})\×R_{115}\]---\left(3\right)$

將第二繞組104與第一繞組31的匝數(shù)比、第一電阻器114和第二電阻器115的電阻值做如下設(shè)定：

$\frac{N2}{N1}\×R_{114}=(1-\frac{N2}{N1})\×R_{115}---\left(3\right)$

則可以得到

I_SEN＝I_Lm×(R₁₁₄+R₁₁₅) (4)

從等式(4)可以看到，當將第二繞組104與第一繞組31的匝數(shù)比、第一電阻器114和第二電阻器115的電阻值關(guān)系做特定設(shè)定后，電流采樣信號I_SEN僅與流過第一繞組31勵磁電感的電流相關(guān)，而不受流過第二繞組104的電流的影響。該電流采樣信號I_SEN經(jīng)過輸出電流計算器108被轉(zhuǎn)化為等效輸出電流I_EQ后，可以準確反映流過LED 1001的電流。

因此，LED驅(qū)動器通過第一電阻器114、第二電阻器115與第二繞組104之間的圖示連接，實現(xiàn)供電電壓環(huán)路與LED電流環(huán)路之間的去耦合，消除了LED的閃爍。

圖2所示LED驅(qū)動器200的其他電路結(jié)構(gòu)及運行原理與圖1所示LED驅(qū)動器100相似，為敘述簡明，這里不再詳述。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸出電流計算電路108的電路原理示意圖。在圖3所示實施例中，所述輸出電流計算電路108包括：受驅(qū)動控制信號Dr控制的開關(guān)管81～83和電容器84。當主功率開關(guān)32導(dǎo)通時，開關(guān)管81和83導(dǎo)通，開關(guān)管82斷開，此時等效輸出電流I_EQ等于零。當主功率開關(guān)32斷開時，開關(guān)管81和83斷開，開關(guān)管83導(dǎo)通，此時等效輸出電流I_EQ等于電容器84兩端的電壓，該電壓等于電流采樣信號I_SEN的峰值。

圖4示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器400的邏輯控制及驅(qū)動電路112的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖4所示實施例中，所述邏輯控制及驅(qū)動電路112包括：比較器21，接收補償信號CMP和鋸齒波信號V_SAW，其中所述鋸齒波信號V_SAW在主功率開關(guān)32導(dǎo)通時線性上升，在主功率開關(guān)32斷開時被復(fù)位，所述比較器21對所述補償信號CMP和鋸齒波信號V_SAW進行比較，產(chǎn)生比較信號；RS觸發(fā)器22，接收表征從功率開關(guān)34的電流是否過零的電流過零信號ZCD(如通過第三繞組105檢測)和比較信號，產(chǎn)生邏輯信號，其中所述邏輯信號響應(yīng)電流過零信號ZCD被置位、響應(yīng)比較信號被復(fù)位；驅(qū)動單元23，接收邏輯信號，產(chǎn)生所述驅(qū)動控制信號Dr，用以控制主功率開關(guān)32的運行。

圖4所示LED驅(qū)動器400的其他電路結(jié)構(gòu)及運行原理與圖1所示LED驅(qū)動器100相似，為敘述簡明，這里不再詳述。

圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器500的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示LED驅(qū)動器500與圖1所示LED驅(qū)動器100相似，與圖1所示LED驅(qū)動器100不同的是，圖5所示LED驅(qū)動器500還包括：乘法器116，接收表征交流輸入電壓V_in(或者整流信號M_DC)的輸入采樣信號V_SEN和補償信號CMP，所述乘法器116將輸入采樣信號V_SEN與補償信號CMP相乘，產(chǎn)生乘積信號PDT，用以保證補償信號CMP與交流輸入電壓V_in同步，也就是對補償信號CMP進行功率因素校正。

圖5所示實施例還示出了邏輯控制及驅(qū)動電路112的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，所述邏輯控制及驅(qū)動電路112包括：比較器21，接收乘積信號PDT和電流采樣信號I_SEN，所述比較器21對所述乘積信號PDT和電流采樣信號I_SEN進行比較，產(chǎn)生比較信號；RS觸發(fā)器22，接收表征從功率開關(guān)34的電流是否過零的電流過零信號ZCD(如通過第三繞組105檢測)和比較信號，產(chǎn)生邏輯信號，其中所述邏輯信號響應(yīng)電流過零信號ZCD被置位、響應(yīng)比較信號被復(fù)位；驅(qū)動單元23，接收邏輯信號，產(chǎn)生所述驅(qū)動控制信號Dr，用以控制主功率開關(guān)32的運行。

前述LED驅(qū)動器100、200、400和500的功率變換器均采用隔離式變換器，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，LED驅(qū)動器的功率變換器也可采用非隔離變換器，如圖6所示。

圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動器600的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖6所示實施例中，所述LED驅(qū)動器600的功率變換器包括升-降壓型(buck-boost)變換器。所述buck-boost變換器包括：第一繞組31；耦接至第一繞組31的主功率開關(guān)32；所述第一繞組31在主功率開關(guān)32導(dǎo)通時存儲能量，在主功率開關(guān)32斷開時將能量提供至負載(LED)1001；第一從功率開關(guān)34，耦接至第一繞組31和主功率開關(guān)32。

圖6所示LED驅(qū)動器600的其他電路結(jié)構(gòu)及運行原理與圖1所示LED驅(qū)動器100相似，為敘述簡明，這里不再詳述。

前述圖1至圖6的實施例中，第一和第二供電電壓V_CC、V_CV均通過LDO被轉(zhuǎn)化為無線控制模塊(RF/MCU)的供電電壓，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到，電壓調(diào)節(jié)電路不局限于LDO，也可以采用其他合適的電路，甚至可以被省略。

本發(fā)明還提出了一種LED驅(qū)動方法。圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的LED驅(qū)動方法流程圖700，所述方法包括：

步驟701，接收輸入電壓，產(chǎn)生驅(qū)動電流，用以驅(qū)動LED；

步驟702，接收(用戶提供的)調(diào)光信號；

步驟703，比較調(diào)光信號和閾值信號的大小，判斷用戶需求：若調(diào)光信號大于閾值信號，則進入步驟704；若調(diào)光信號小于閾值信號，則進入步驟705；

步驟704，進入恒流模式：通過功率級給LED提供恒定電流、給無線控制模塊提供第一供電電壓；

步驟705，進入恒壓模式：通過功率級給無線控制模塊提供第二供電電壓。

在一個實施例中，所述功率級包括第一繞組、第二繞組和第三繞組，當系統(tǒng)進入恒流模式時，通過第一繞組和第二繞組的正激耦合提供第一供電電壓；當系統(tǒng)進入恒壓模式時，通過第一繞組和第三繞組的反激耦合提供第二供電電壓。

前述根據(jù)本發(fā)明多個實施例的LED驅(qū)動器和驅(qū)動方法，只采用一個功率級，該功率級對LED提供恒流驅(qū)動，同時對無線控制模塊(RF/MCU)等智能模塊提供供電電壓，并且該功率級在LED關(guān)閉、系統(tǒng)進入待機模式時，其待機損耗非常小。因此，本發(fā)明的LED驅(qū)動器及驅(qū)動方法大大提高了性能。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。