基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路

摘要

本发明公开了基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，包括与整流桥相连接的n段串联的LED灯串，每段LED灯串均配置有一个定时控制电路和一个电流设置电路；整流桥的输出正端连接LED灯串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别连接第i个定时控制电路和第i个电流设置电路的输入端，整流桥的输出负端接n个定时控制电路的接地端和n个电流设置电路的输出端；第i个时控制电路的输出端还接第i个电流设置电路控制输入端，第i个电流设置输入端还接第i+1个电流设置电路的输入端。本发明能够实现高功率因数、恒流驱动LED照明，具有长寿命、低成本、节电效果好的优势。

说明书

技术领域

本发明属于LED驱动电路技术领域，涉及基于导通时间控制的LED灯恒 流驱动电路。

背景技术

在交流直接输入LED灯具电路(AC LED)中，交流电压经整流后直接 加在LED两端。由于LED导通阀值电压的存在，LED只在输入电压高于阀 值电压后才导通，功率因数仅有0.65左右，导通电流波形为脉动直流。

输入电压会在一定的范围内波动，当输入交流电压降低时，电压达到LED 阀值所需要的时间长，LED电流占空比减小，流过LED的电流有效值减小， 灯具变暗；当输入交流电压升高时，电压达到LED阀值所需的时间短，LED 电流占空比变大，流过LED的电流有效值变大，灯具变亮。也就是说，AC LED 灯，其工作受电压波动的影响，亮度会随输入电压的变化而变化，不能提供 稳定的光输出。

发明内容

本发明解决的问题在于提供基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路， 是一种长寿命、低成本、节电效果好的恒流驱动的LED照明灯驱动控制电路， 克服了现有技术存在功率因数低、亮度随输入电压变化而变化的缺陷。

本发明是采用如下技术方案予以实现的：

基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，包括与整流桥相连接的n段 串联的LED灯串，每段LED灯串均配置有一个定时控制电路和一个电流设置 电路；整流桥的输出正端连接LED灯串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别 连接第i个定时控制电路和第i个电流设置电路的输入端，整流桥的输出负端 接n个定时控制电路的接地端和n个电流设置电路的输出端；第i个时控制电 路的输出端还接第i个电流设置电路控制输入端，第i个电流设置输入端还接 第i+1个电流设置电路的输入端。

所述的定时控制电路包括相并联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电容 C1相串联，电阻R1与MOS管Q1的栅极相连接，电阻R2与MOS管Q1的 源极相连接，MOS管Q1的漏极与整流桥的负输出端相连接；

所述的电流设置电路包括恒流二极管CRD1和MOS管Q2，恒流二极管 CRD1的负极与MOS管Q2的源极相连接，电阻R2与MOS管Q1的栅极相 连接，MOS管Q2的漏极与整流桥的负输出端相连接。

所述的整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波；所述的定 时控制电路将每个整流后的电压波形按照波形上升和下降分为n个时间段， 第i个定时控制电路设定第i段LED灯串的工作时间为Ti，Ti＞Ti+1；所述 的电流设置电路设定LED灯串的工作电流，第i个电流设置电路设定第i段 LED灯串的工作电流为I_i，I_i＜I_i+1。

所述的第i个电流设置电路受第i个时控制电路和第i+1个电流设置电路。

当输入电压值大于第1段LED灯串的导通阈值电压后，第1个定时控制 电路开始计时，第1个电流设置电路导通工作；随着电压上升至第2段LED 灯串的导通阈值后，第2个定时控制电路开始计时，第2个电流设置电路导 通工作，同时关断第1个定时控制电路，其电流设置值大于前一级的设定值， LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第n串LED的导通阈值后，第n个 定时控制电路开始计时，第n个电流设置电路导通工作，电流值达到最大。

第n个定时电路设定的时间最短，当输入电压开始下降时，第n个电流 设置电路首先被关断，同时将第n-1个电流设置电路打开；随着电压下降，n 个定时控制电路依据设定的时间逐级将对应的电流设置电路关断。

在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由对应的定时 控制电路来决定，每个定时控制电路设定的时间不变，流过每段LED的电流 占空比不变，并设定每段LED的工作电流为阶梯波。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，是一种基于时 间检测的可提高功率因数和电源调整率的LED驱动电路，通过对每段LED的 阴极接对应的定时控制电路和电流设置电路的输入端；通过每个定时控制电 路的输出端接对应的电流设置电路控制输入端，进行工作状态控制；控制输 入端同时接后一级电流设置电路，工作状态同时受后一级电流设置电路控制； 本发明能够实现高功率因数、恒流驱动LED照明，具有长寿命、低成本、节 电效果好的优势。

在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由对应的定时 控制电路来决定，而定时电路设定的时间是不变的，因此流过LED的电流占 空比不变，从而解决了AC LED灯，其工作受电压波动的影响，亮度会随输 入电压的变化而变化，克服不能提供稳定的光输出的问题：

当整流后的电压波形开始上升，电压值大于第一段LED灯串的导通阈值 电压后，第1个定时控制电路开始计时，第1个电流设置电路导通工作；随 着电压上升至第二段LED灯串的导通阈值后，第2个定时控制电路开始计时， 第2个电流设置电路导通工作，同时关断第1个定时电路，由于电流设置值 大于前一级的设定值，LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第n串LED 的导通阈值后，定时控制电路n开始计时，电流设置电路n导通工作，电流 值达到最大；当电压开始下降时，由于定时电路n设定的时间最短，首先将 第n个电流设置电路关断，同时将第n-1个电流设置电路打开；随着电压下降， n个定时控制电路依据设定的时间逐级将对应的电流设置电路关断，使LED 的工作电流阶梯下降。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图

图2为图1的具体电路框图

具体实施方式

具体实施方式，以下结合附图和实施例对未发明的内容做进一步详细说 明，但未发明的实际制作结构并不仅限于下面的实施例。

参见图1，基于导通时间控制的LED灯恒流驱动电路，包括一个整流桥、 n个定时控制电路、n个电流设置电路和n个LED灯串。每段LED灯串均配 置有一个定时控制电路和一个电流设置电路；整流桥的输出正端连接LED灯 串的阳极，第i段LED灯串的阴极分别连接第i个定时控制电路和第i个电流 设置电路的输入端，整流桥的输出负端接n个定时控制电路的接地端和n个 电流设置电路的输出端；第i个时控制电路的输出端还接第i个电流设置电路 控制输入端，第i个电流设置输入端还接第i+1个电流设置电路的输入端。

其中，整流桥将输入的50Hz正弦波交流电整流为100Hz全波，输出正端 接LED灯串阳极，输出负端接定时控制电路接地端和电流设置电路输出端。

LED灯串分为n段，每段LED的阴极接对应的定时控制电路和电流设置 电路的输入端；每个定时控制电路的输出端接对应的电流设置电路控制输入 端，进行工作状态控制；控制输入端同时接后一级电流设置电路，工作状态 同时受后一级电流设置电路控制；电流设置电路设定流过对应LED灯串的工 作电流，其输出端接整流桥负端。

电流设置电路H_i(i＝1,2,3……n,n≥2)将LED分为n段，将每个整流后的电 压波形按照波形上升和下降分为n个时间段，设每个定时控制电路设定对应 LED灯串的工作时间为T_i(i＝1，2，，n)，设T_i＞T_i+1；电流设置电路设定对 应LED灯串的工作电流为T_i(i＝1，2，，n)，设I_i＜I_i+1，电流波形为梯形波， 从而提高功率因数。

如图2所示，实施例设计电路由整流桥、3个定时控制电路、3个电流设 置电路、3组LED(每组LED数量可相等，也可不等，本例中选为每组20 只)组成。

输入的50Hz正弦波交流电经整流桥后的电压波形为100Hz的全波，加在 LED灯串、定时控制电路和电流设置电路两端。LED灯串分为3段，每段LED 的阴极接对应的定时控制电路和电流设置电路的输入端；每个定时控制电路 的输出端接对应的电流设置电路控制输入端，进行工作状态控制；控制输入 端同时接后一级电流设置电路，工作状态同时受后一级电流设置电路控制； 电流设置电路设定流过对应LED灯串的工作电流，其输出端接整流桥负端。

所述的定时控制电路包括相并联的电阻R1和电阻R2，电阻R1和电容 C1相串联，电阻R1与MOS管Q1的栅极相连接，电阻R2与MOS管Q1的 源极相连接，MOS管Q1的漏极与整流桥的负输出端相连接；

所述的电流设置电路包括恒流二极管CRD1和MOS管Q2，恒流二极管 CRD1的负极与MOS管Q2的源极相连接，电阻R2与MOS管Q1的栅极相 连接，MOS管Q2的漏极与整流桥的负输出端相连接。

R1、R2、C1、Q1构成定时控制电路1，CRD1、Q2构成电流设置电路1； R3、R4、C2、Q3构成定时控制电路2，CRD2、Q4构成电流设置电路2；R5、 R6、C3、Q5构成定时控制电路3，CRD3、Q3构成电流设置电路3。

3个定时控制电路将每个整流后的电压波形分为3个时间段，设T₁＞T₂＞T₃；3个电流设置电路中的恒流二极管设定对应LED灯串的工作电流，设 I₁＜I₂＜I₃，电流波形为梯形波。

当整流后的电压波形开始上升，电压值大于第1段LED灯串的导通阈值 电压后，R1开始对C1充电，定时控制电路1开始计时，恒流二极管CRD1 设定工作电流I₁，Q2导通工作，接入第1段LED工作，电流为I₁；随着电压 上升至第2段LED灯串的导通阈值后，R3开始对C2充电，定时控制电路2 开始计时，恒流二极管CRD2设定工作电流I₂，Q4导通工作，接入第1段和 第2段LED工作；同时将电流设置电路1中的Q2的基极置为低电平，Q2关 断，由于I₂＞I₁，LED工作电流阶梯上升；当输入电压大于第3段LED的导 通阈值后，R5开始对C3充电，定时控制电路3开始计时，CRD3设定电流 I₃，Q6导通工作，将3段LED全部接入工作，同时将电流设置电路2中的 Q4的基极置为低电平，Q4关断，I₃＞I₂，电流值达到最大。

当电压开始下降时，由于定时控制电路设定的T₃最小，定时电路3中C3 的端电压首先达到Q5的导通阈值，Q5导通，将Q6基极电压置为低电平， Q6关断，因Q6的集电极连接第2个电流设置电路Q4的基极，将Q4基极置 为高电平，Q4导通工作，接入第1段和第2段LED导通工作，电流下降至 I₂；当输入电压小于第3段LED的导通阈值后，定时控制电路2设定的时间 T₂到达，C2上的电压达到Q3的导通阈值，Q3导通，将Q4的基极电压置为 低电平，Q4关断，因Q4的集电极连接第1个电流设置电路Q2的基极，将 Q2基极置为高电平，Q2导通工作，接入第1段LED工作；当输入电压小于 第2段LED的导通阈值后，定时控制电路1设定的时间T₁到达，定时电路1 中C1的端电压首先达到Q1的导通阈值，Q1导通，将Q2基极电压置为低电 平，Q2关断，断开所有LED灯串。

由上可见，在电压上升和下降周期中，每个电流设置电路的工作时间由 对应的定时控制电路来决定，而定时电路设定的时间是不变的，因此流过LED 的电流占空比不变，实现了AC LED恒流驱动的问题，同时通过设定每段LED 的工作电流为阶梯波，达到功率因数矫正的目的，功率因数可达0.98，且灯 串亮度不随输入电压变化而变化。