本發(fā)明主要涉及到節(jié)能照明領域，確切的說是涉及到在含有發(fā)光二極管的LED串組的拓撲結構中提供一種驅動LED串組的驅動系統(tǒng)，在恒定功率的條件下使得流經(jīng)LED串組的總電流波形接近正弦波，保障提供給LED串組的電壓在過高等情況下依然能夠維持輸入功率處于基本恒定的模式之下，且具有較好的功率因子/總諧波失真指標。

背景技術：

在照明領域采用發(fā)光二極管燈具后，由于發(fā)光二極管燈具具有發(fā)光效率高、節(jié)能效果明顯、壽命長以及無污染、抗震動等顯著優(yōu)點，日益受到世界各國的重視，尤其是在能源短缺的國家和地區(qū)這種需求更強烈。發(fā)光二極管燈具的驅動方法根據(jù)二極管半導體器件自身的伏安特性，也一直在不斷的創(chuàng)新。傳統(tǒng)發(fā)光二極管燈具驅動較多的采用恒流電源和恒壓電源，雖然電源成本和價格是在逐步降低，但與發(fā)光二極管燈珠的價格相比其降價幅度仍然相差很大，傳統(tǒng)發(fā)光二極管燈具使用的驅動電源中的某些磁性元件和某些電解電容的使用，會嚴重的制約的發(fā)光二極管燈具驅動電源的整體壽命和轉換效率，也影響了發(fā)光二極管燈具的照明效果，作為替代方案，開發(fā)低成本、高效率、長壽命的新型驅動方案已成為未來發(fā)光二極管燈具發(fā)展的重點。而驅動電路與發(fā)光二極管光源相互結合的光電一體化設計思維，除了需要去除電解電容和磁性元件等負面影響，發(fā)光二極管燈具驅動性能的外部離散元件及其相關性的驅動設計思路，正成為光電一體化發(fā)光二極管燈具驅動電路設計的發(fā)展趨勢之一。站在半導體的角度觀察，發(fā)光二極管具有普通二極管的伏安特性，即在發(fā)光二極管兩端施加正向導通電壓后，極其微小的電壓變化即可引起流經(jīng)發(fā)光二極管的電流的較大幅度變化：例如，當發(fā)光二極管的正向導通電壓約為3.00V時，則流經(jīng)發(fā)光二極管的電流大約為350mA，當發(fā)光二極管的正向導通電壓為3.25V時，流經(jīng)發(fā)光二極管的電流大約為750mA，通過簡單的對比由此可知，發(fā)光二極管的正向導通電壓雖然僅僅只是略微變化了較小的250mV，但流經(jīng)發(fā)光二極管的電流卻增加了大約一倍以上，且發(fā)光二極管具有較高的負電壓/溫度系數(shù)，因此恒壓電源并不能保證發(fā)光二極管電流按照預期的那樣維持不變，這無疑影響了發(fā)光二極管的發(fā)光效果，因為發(fā)光二極管的光輻射強度與流經(jīng)它的電流是相關聯(lián)的。而恒流電源雖能使發(fā)光二極管燈具穩(wěn)定工作，但由于受環(huán)境工作溫度影響，發(fā)光二極管兩端的工作電壓并不相同，發(fā)光二極管燈具的功率也就隨之發(fā)生變化，因此發(fā)光二極管的亮度也不能得到最佳發(fā)揮。所以現(xiàn)有的發(fā)光二極管燈具的恒壓或恒流的驅動方法無法有效解決發(fā)光二極管功率隨溫度及發(fā)光二極管工作電壓變化而帶來的問題，業(yè)界需要提出更好的發(fā)光二極管燈具恒定功率控制方法。

基于當前某些驅動電路架構的恒定功率方案，由于交流市電有時候實際峰值比預期的峰值要略大，或者某個時刻的線電壓比在該時刻的常規(guī)預設電壓值要大，結果是：在提供給發(fā)光二極管串組的線電壓過高時，流經(jīng)發(fā)光二極管的總電流波形在對應于過高線電壓時刻會顯現(xiàn)出來有個凹陷，線電壓漂移得越高總電流的這個凹陷特征就越深，在線電壓過高也即總電流凹陷的時刻雖然可以使得輸入功率基本恒定，但是它會導致總電流的波形偏離正弦曲線，在凹陷處容易受到干擾，會使得功率因子和總諧波失真的指標嚴重惡化。

技術實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個實施例中，披露了一種恒定功率的LED驅動系統(tǒng)，主要是用于驅動串接的LED串組(LED Lamp/Light String)，其中主要包括：

與所述LED串組串聯(lián)連接的主晶體管、電流感測電阻，其中交流電經(jīng)過橋式整流器整流后產(chǎn)生的脈動電壓為所述LED串組供電；

驅動所述主晶體管的第一運算放大器，其中用于表征流經(jīng)所述LED串組電流大小的并施加在所述電流感測電阻上的壓降輸入在所述第一運算放大器的反相端，以及一個基準電壓輸入在所述第一運算放大器的正相端；

所述基準電壓至少具有采樣自所述脈動電壓的有效值和交流值，使所述基準電壓在每個周期的波形趨于按照正弦波曲線的規(guī)律變化。

上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，還包括一個用于采樣所述脈動電壓的采樣電路，其具有第一分壓器和第一緩沖器；

第一緩沖器利用第一分壓器對所述脈動電壓進行分壓并輸出前后級隔離的采樣值。

上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，還包括一個產(chǎn)生的電壓與所述有效值成比例關系的第二運算放大器；

其中，第二分壓器用于對所述采樣值進行分壓，第二分壓器中設有的一個采樣電阻的高電位端和低電位端對應分別連到所述第二運算放大器的反相端和正相端使得所述第二運算放大器輸出的結果為負，其中在采樣電阻的高電位端連接有一個對地電容用于濾除所述采樣值的交流成分并保留所述有效值成分。

上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，還包括一個產(chǎn)生的交流電壓與所述脈動電壓的峰值的正弦函數(shù)成比例關系的第三分壓器；

第三分壓器的分壓采樣節(jié)點處對地的電阻值可調藉此在分壓采樣節(jié)點產(chǎn)生的電壓呈現(xiàn)為交流值：在所述采樣值增大時分壓采樣節(jié)點處對地的電阻值趨于減小，在所述采樣值降低時分壓采樣節(jié)點處對地的電阻值趨于增大；

其中，第二緩沖器利用第三分壓器產(chǎn)生的交流值而輸出前后級隔離的交流分量。

上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，第三分壓器包括連接在所述采樣值和接地端之間的上置電阻和下置電阻，以及在下置電阻兩端并聯(lián)有一個用作電阻調節(jié)的場效應晶體管并且其受到一個電阻控制電路的控制：

電阻控制電路在感測到所述采樣值增大時控制所述場效應晶體管的電阻值降低，電阻控制電路在感測到所述采樣值減小時驅動所述場效應晶體管的電阻值增大。

上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，還包括一個基準合成電路根據(jù)所述脈動電壓的有效值和交流值合成的所述基準電壓V_REF滿足以下關系式：

V_REF＝V_CON+K1*V_MAX*|sinωt|-K2*V_RMS；

函數(shù)關系式中V_CON是預設的恒定常數(shù)，而V_MAX是所述脈動電壓的峰值及V_RMS是所述脈動電壓的有效值，系數(shù)K1和K2是預設的常數(shù)，其中ω是交流電角頻率而t是時間。

上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，在一個周期內(nèi)的輸入至LED串組的總功率P可以用以下函數(shù)關系式表示為：

總功率的函數(shù)關系式中T為1/2f、ω＝2πf，f為交流電電源的頻率。

在本發(fā)明的另一個實施例中，披露了一種基于上述的恒定功率LED驅動系統(tǒng)的恒定功率控制方法，主要包括以下方案：

利用采樣電路對所述脈動電壓采樣和輸出前后級隔離的采樣值；

利用有效值提取電路擷取所述脈動電壓的有效值；

利用交流值提取電路擷取所述脈動電壓的交流值；

利用基準合成電路根據(jù)所述脈動電壓的有效值和交流值合成所述基準電壓V_REF；

其中所述基準電壓V_REF的正弦曲線進一步迫使流經(jīng)所述LED串組的電流在每個周期的波形也為接近正弦波的正弦曲線。

上述的方法，其中：所述有效值提取電路包括一個產(chǎn)生的電壓與所述有效值成比例關系的第二運算放大器，和包括一個第二分壓器；

第二分壓器用于對所述采樣值進行分壓，第二分壓器中設有的一個采樣電阻的高電位端和低電位端對應分別連到所述第二運算放大器的反相端和正相端使得所述第二運算放大器輸出的結果為負，其中在采樣電阻的高電位端連接有一個對地電容用于濾除所述采樣值的交流成分并保留所述有效值成分。

上述的方法，其中：所述交流值提取電路包括一個產(chǎn)生的交流電壓的峰值與所述脈動電壓的峰值成比例關系的第三分壓器，和第二緩沖器；

第三分壓器的分壓采樣節(jié)點處對地的電阻值可調藉此在分壓采樣節(jié)點產(chǎn)生的電壓呈現(xiàn)為交流值：在所述采樣值增大時分壓采樣節(jié)點處對地的電阻值趨于減小，在所述采樣值降低時分壓采樣節(jié)點處對地的電阻值趨于增大；

第二緩沖器利用第三分壓器產(chǎn)生的交流值而輸出前后級隔離的交流分量。

按照上文所述的驅動電路架構所提供的恒定功率方案，這種新型LED驅動恒定功率控制方案的思想：是通過采樣LED串組的供電線電壓產(chǎn)生至少兩組分量(分量之一是有效值和分量之二是交流值)合成接近正弦曲線的基準電壓值，它用來實現(xiàn)對LED串組的恒定功率的調節(jié)控制。結果是：即使線電壓出現(xiàn)交流市電在某些時候實際峰值比預期的峰值要略大，或者某個時刻的實際的線電壓比該時刻的常規(guī)規(guī)定電壓值要大，由于在這種新型的LED驅動恒定功率控制電路方案的系統(tǒng)的拓撲結構中：采用電壓采樣電路、V_RMS處理電路以及基準合成電路，而且在系統(tǒng)中的檢測電路之前可以再加上濾波電路，這樣能夠減小采樣檢測電路誤判的可能性，從而產(chǎn)生接近正弦的總電流波形，并具有較高的總諧波失真或功率因數(shù)指標。值得注意的是，該驅動電路架構及其恒定功率方案不僅能夠驅動單串的LED串組還可以驅動多串的LED串組。

附圖說明

閱讀以下詳細說明并參照以下附圖之后，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將顯而易見：

圖1是可能引起流經(jīng)LED串組總電流凹陷曲線的恒定功率拓撲范例示意圖。

圖2是恒定功率方案中流經(jīng)LED串組的總電流發(fā)生明顯凹陷的范例示意圖。

圖3是恒定功率方案中驅動LED串組可避免總電流發(fā)生凹陷的范例示意圖。

圖4是恒定功率方案中驅動LED串組的可選的電路拓撲結構的范例示意圖。

圖5是恒定功率方案中驅動LED串組不發(fā)生總電流凹陷事件的范例示意圖。

具體實施方式

下面將結合各實施例，對本發(fā)明的技術方案進行清楚完整的闡述，但所描述的實施例僅是本發(fā)明用作敘述說明所用的實施例而非全部的實施例，基于該等實施例，本領域的技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的方案都屬于本發(fā)明的保護范圍。

參見圖1，為恒定功率控制電路的基本拓撲架構，交流市電V_AC來自交流電網(wǎng)，交流市電V_AC通過橋式整流器115進行全波整流，橋式整流器115具有四個二極管D1-D4并且屬于現(xiàn)有技術，橋式整流器115輸出的電壓是波動的脈動電壓V_IM。脈動電壓V_IM用于為串聯(lián)的發(fā)光二極管串組供電，LED串組具有的一系列二極管中前一級二極管的陰極連到后一級二極管的陽極，從而LED串組具有的一系列二極管按照這種規(guī)律依次連接，而且LED串組中首個第一級二極管的陽極耦合到脈動電壓V_IM而LED串組中末尾最后一級二極管的陰極和參考地之間串聯(lián)連接有主晶體管M和電流感測電阻R₀，主晶體管M例如是一個功率場效應管，主晶體管M的漏極和LED串組中末尾最后一級二極管的陰極相連，主晶體管M的源極和參考地GND之間連接電流感測電阻R₀。假設主晶體管M的漏極所屬的節(jié)點為N₁，一個帶有電阻R₁和電阻R₂的分壓器150對節(jié)點N₁處的電壓進行分壓采樣，電阻R₁和電阻R₂串聯(lián)在節(jié)點N₁和參考地GND之間，電阻R₁和電阻R₂兩者互連的節(jié)點為IN。運算放大器A1檢測主晶體管M的漏極也即節(jié)點N₁處的電壓，運算放大器A1的正相端輸入第一參考電壓值V_REF1，運算放大器A1的反相端耦合到所述的分壓器150的分壓節(jié)點IN，運算放大器A1根據(jù)節(jié)點N₁處的電壓來判斷是否開啟電流控制單元120，具體的判斷方案：當分壓器150的采樣節(jié)點IN處的電壓V_IN＜V_REF1，則運算放大器A1通知電流控制單元120不工作，相當于整個LED驅動系統(tǒng)不開啟恒定功率這一項功能；當分壓器150的采樣節(jié)點IN處的電壓V_IN＝V_REF1，運算放大器A1通知電流控制單元120開始正常工作，此時分壓節(jié)點IN的電壓V_IN會被鉗制在等于V_REF1，所以根據(jù)漏極節(jié)點N₁處的電壓V_B的高低使得流入電流控制單元120輸出節(jié)點N_C處的電流值實際上等于(V_B－V_REF1)/R₂－V_REF1/R₁，其中電流控制單元120的輸入端耦合到所述分壓器150的采樣分壓節(jié)點IN?？紤]到電流控制單元120輸出節(jié)點N_C處和主晶體管M的源極節(jié)點之間連接有電阻R_SEN，運算放大器A2的反相輸入端耦合到電流控制單元120輸出節(jié)點N_C處，或者說運算放大器A2的反相輸入端和主晶體管M的源極節(jié)點之間連接有電阻R_SEN，在運算放大器A2的正相端輸入第二參考電壓值V_REF2，上述的源自電流控制單元120輸出節(jié)點N_C處輸出的電流{(V_B－V_REF1)/R₂－V_REF1/R₁}會從節(jié)點N_C處經(jīng)過電阻R_SEN流入到主晶體管M的源極節(jié)點，主晶體管M的源極節(jié)點S處的電壓V_S實際上滿足V_S＝V_REF2－R_SEN×[(V_B－V_REF1)/R₂－V_REF1/R₁]，同時我們還獲悉脈動電壓V_IM和主晶體管M的漏極節(jié)點N₁處的電壓V_B成正關聯(lián)性，也即脈動電壓V_IM增加導致電壓V_B也會隨之增加，反之脈動電壓V_IM降低導致電壓V_B也會隨之降低。我們還知道流經(jīng)整個發(fā)光二極管LED串組的總電流I＝V_S/R₀，根據(jù)V_S和V_B的函數(shù)關系式可以獲知V_B增加時會導致V_S降低以及V_B降低時會導致V_S增加，所以總電流I總是與脈動電壓V_IM以及電壓V_B成負關聯(lián)性，當輸入交流電V_AC確定時(比如在電網(wǎng)的220±22V范圍內(nèi))，我們只要調節(jié)分壓器150的電阻R₁和電阻R₂各自的電阻值和調節(jié)運算放大器A2的反相端和主晶體管M的源極之間連接的電阻R_SEN的電阻值，就可以使得輸入給LED串組的輸入功率基本恒定，保障驅動LED串組的驅動系統(tǒng)維持在恒定功率工作模式。

參見圖2，是圖1的電路拓撲架構的恒定功率時線電壓與總電流I的波形，曲線182表示的是線電壓也即脈動電壓V_IM某個周期的波形，在線電壓也即脈動電壓V_IM過高時導致總電流I波形在該時刻有個凹陷區(qū)段181A，這是維持恒定功率而出現(xiàn)的結果，線電壓在該時刻的值越高則總電流I的這個凹陷區(qū)段則向下凹陷得越深，雖然這樣的電壓電流波動可以使得輸入功率基本恒定，但很明顯電流I這樣的波形偏離正弦曲線，而且在凹陷區(qū)段處容易受到干擾，這會使得功率因子PF值和諧波失真THD的指標嚴重惡化。

參見圖3，該恒定功率的實施方案與圖1的實施方式存在著較大的不同。圖1的分壓器150是在主晶體管M的漏極節(jié)點N₁處來分壓和采樣電壓：也即電阻R₁和電阻R₂串聯(lián)連接在主晶體管M的漏極節(jié)點N₁處和參考地GND之間；但是在圖3中，所示的第一分壓器200不再在主晶體管M的漏極節(jié)點N₁處采樣而是直接對橋式整流器115輸出的脈動電壓V_IM進行分壓采樣(例如直接在節(jié)點N₂處進行分壓采樣)。圖3中節(jié)點N₂直接耦合到橋式整流器115的輸出端而不是連到LED串組中末尾一級二極管的陰極端。

參見圖3，在本發(fā)明的一個實施例中，披露了一種恒定功率的LED驅動系統(tǒng)，用于驅動串接的LED串組(LED Lamp/Light String)，恒定功率的驅動系統(tǒng)主要包括：與所述的LED串組串聯(lián)連接的主晶體管M、電流感測電阻R₀，具體的串聯(lián)關系是：LED串組和主晶體管M還有電流感測電阻R₀它們?nèi)叽?lián)在一個電壓輸入端N0和參考地GND之間，LED串組的一系列二極管中首個第一級二極管的陽極連接到電壓輸入端N0，以及所述的LED串組的一系列二極管中末尾的最后一級二極管的陰極連接到主晶體管M的漏極端，主晶體管M的源極端和參考地GND之間連接該電流感測電阻R₀。交流電V_AC經(jīng)過橋式整流器115整流后產(chǎn)生的脈動電壓V_IM為所述的LED串組供電：例如圖3中橋式整流器115在它的輸出節(jié)點N₂處輸出脈動電壓V_IM，而LED串組的電壓輸入端N0則直接耦合到橋式整流器115的輸出節(jié)點N₂處，所以脈動電壓V_IM會直接施加在LED串組的電壓輸入端N0為LED串組供電。換言之：LED串組和主晶體管M和電流感測電阻R₀串聯(lián)在接收脈動電壓V_IM的電壓輸入端N0和參考地GND之間，主晶體管M的控制端子例如柵極所施加的電壓水準確定了流經(jīng)LED串組的電流大小和二極管的亮度。

參見圖3，驅動主晶體管M的第一運算放大器A2的輸出端連接到主晶體管M的柵極控制端。其中用于表征流經(jīng)LED串組總電流I大小的并施加在電流感測電阻R₀上的壓降輸入在第一運算放大器A2的反相端，具體的連接關系是：主晶體管M的源極和電流感測電阻R₀的一端相連與節(jié)點S，電流感測電阻R₀的相對另一端接地。表征流經(jīng)LED串組總電流I大小的并施加在電流感測電阻R₀上的壓降耦合到第一運算放大器A2的反相端的具體含義是，流經(jīng)LED串組總電流I乘以電流感測電阻R₀自身的電阻值得到的電壓值可以用來體現(xiàn)總電流I的大小，該計算出的電壓值就是施加在電流感測電阻R₀兩端的壓降，電流感測電阻R₀自身的電阻值是已知的。另外還提供一個基準電壓V_REF輸入在第一運算放大器A2的正相輸入端，其中該基準電壓V_REF是由如圖3所示的一個基準合成電路240所輸出的結果，下文會詳細介紹。

參見圖3，為了避免發(fā)生圖2所示的電流I凹陷波形，我們總是希望能得到接近正弦波曲線的總電流I波形來來達到較高的總諧波失真THD，因此我們披露了圖3所示的新型恒定功率的電路架構，該電路架構最重要的一點在于：基準電壓V_REF中至少具有采樣自脈動電壓V_IM的有效值V_RMS項和交流值V_ACS項，使所述的基準電壓V_REF在每個周期的波形趨于按照正弦波曲線的正半周的規(guī)律變化。關于本申請為何使基準電壓V_REF關聯(lián)到從脈動電壓V_IM采樣并計算出來的有效值V_RMS項和交流值V_ACS項，可以先分析在交流市電V_AC確定的條件下每一個周期LED串組的輸入功率P可以計算為以下函數(shù)。

關于輸入功率P的函數(shù)關系式中，交流電的周期T＝1/2f以及角頻率交流電的大小是隨著時間變化而變化的，其函數(shù)關系式中的f為交流市電電源的頻率，f的常用值為50Hz或60Hz等工頻，電流感測電阻阻值為R₀以及正弦變化的交流電V_AC的最大值為V_MAX，一般交流電的有效值確定了就相當于最大值確定了。

參見圖3，利用恒定功率的電路架構將圖3的輸入功率P進行公式變換，我們的目的就是要依據(jù)從脈動電壓V_IM采樣分離和計算出來的有效值V_RMS項和交流值V_ACS項來反推出或者說是運算出一個合理的基準電壓V_REF，當我們利用這個基準電壓V_REF耦合到第一運算放大器A2的正相端并按照圖示的拓撲運作，就可以使得該電路架構產(chǎn)生接近正弦的總電流I波形，滿足恒定功率要求和抑制總電流I的凹陷現(xiàn)象。在不同交流電V_AC的電壓情況下圖3中電路拓撲的輸入功率PA滿足以下函數(shù)關系式。

輸入功率PA的函數(shù)關系式可以按照以下方式進一步變化。

以上輸入功率PA的函數(shù)關系式實際是相對復雜的函數(shù)，如果試圖使輸入功率PA趨于常數(shù)則指定的系數(shù)K1和K2取合適的常數(shù)值Constant-Value即可，輸入功率PA趨于常數(shù)也意味著實現(xiàn)恒定功率。先行將基準電壓V_REF拆分成帶有有效值V_RMS的項和帶有交流值V_ACS的項：V_REF＝V_CON+K1×V_MAX×|sinωt|－K2×V_RMS，這里涉及到V_REF的函數(shù)關系式中V_CON項是預設的恒定常數(shù)，系數(shù)K1和K2是預設的常數(shù)，而V_MAX是所述的脈動電壓V_IM的峰值及V_RMS是所述脈動電壓V_IM的有效值，以及其中的ω是交流電V_AC的角頻率而t是時間。我們在上文中宣稱基準電壓V_REF拆分成帶有有效值V_RMS的項和帶有交流值V_ACS的項是因為：K1×V_MAX×|sinωt|這一項相當于是交流值V_ACS的項并且它是隨著時間t變化而按照正弦曲線規(guī)律變化的，K2×V_RMS這一項相當于是有效值V_RMS的項并且它取決于選定的交流電。要使功率基本恒定，只需取合適的K1-K2，使有效值的項和交流值的項它們兩者所合成的值V_REF與市電V_AC電壓值成負相關，這里所謂的負相關可以理解成譬如交流市電V_AC電壓值增加則V_REF降低，或者相反交流市電V_AC電壓值減小則V_REF增加。從而按照這種方式，我們至少達成了一個目標：所述基準電壓V_REF至少具有采樣自所述脈動電壓V_IM的有效值的項K2×V_RMS和交流值的項V_ACS，最終使得所述的基準電壓V_REF在每個周期T的波形趨于按照正弦波曲線(例如正弦波的正半周)的規(guī)律變化，從而產(chǎn)生接近正弦的總電流波形。

參見圖3，在本發(fā)明的另一個實施例中，披露了一種基于上述的恒定功率LED驅動系統(tǒng)的恒定功率控制方法，主要包括以下方案：利用采樣電路200對脈動電壓V_IM采樣和輸出采樣值，利用有效值提取電路210擷取所述脈動電壓V_IM的有效值V_RMS；利用交流值提取電路220擷取所述脈動電壓V_IM的交流值V_ACS；利用基準合成電路240根據(jù)所述脈動電壓的有效V_RMS值和交流值V_ACS合成所述基準電壓V_REF；驅動主晶體管M的第一運算放大器A2的輸出端連接到主晶體管M的柵極控制端，用于表征流經(jīng)LED串組總電流I大小的并施加在電流感測電阻R₀上的壓降輸入在第一運算放大器A2的反相端，以及基準電壓V_REF輸入在第一運算放大器A2的正相端，保持LED串組的電流接近正弦波的主要原理是：基準電壓V_REF的正弦曲線進一步迫使流經(jīng)LED串組的電流在每個周期的波形也為接近正弦波(例如接近其正半周)的正弦曲線。

參見圖4，上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，還包括用于采樣所述脈動電壓V_IM的采樣電路200，采樣電路200具有帶有電阻R₁-R₂的第一分壓器和第一緩沖器B1，其中第一分壓器的電阻R₁和R₂串聯(lián)連接在節(jié)點N₂和參考地GND之間，注意節(jié)點N₂直接耦合到上述的橋式整流器115的輸出端，所以節(jié)點N₂上的電壓也即所謂的脈動電壓V_IM。第一分壓器的電阻R₁和R₂兩者間的互連節(jié)點為IN，第一分壓器對脈動電壓V_IM的采樣和分壓值就產(chǎn)生于節(jié)點IN。另外一個第一緩沖器B1(例如單位增益緩沖器或其他的類似的緩沖器電路buffer-circuit)的輸入端耦合到節(jié)點IN，并在第一緩沖器B1的輸出端OUT產(chǎn)生期望的采樣值V_SAMPLE，這相當于第一緩沖器B1利用這個第一分壓器200對所述的脈動電壓V_IM進行分壓并將分壓值作為輸入量而輸出前后級隔離的采樣值V_SAMPLE。緩沖器或緩沖電路的作用之一就是隔離前后級電路，避免前后級電路彼此之間干擾。

參見圖4，上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，其中利用有效值提取電路210擷取所述脈動電壓V_IM的有效值V_RMS的方案是：有效值提取電路210包括一個帶有電阻R₃-R₄的第二分壓器和包括一個第二運算放大器A3，電阻R₃和電阻R₄之間的互連節(jié)點為E，并且電阻R₃和電阻R₄兩者串聯(lián)在節(jié)點D和參考地GND之間，而且節(jié)點D耦合到第一緩沖器B1的輸出端OUT。所以第二分壓器對輸出端OUT的采樣值V_SAMPLE分壓并在其中的電阻R₄兩端來獲取采樣值V_SAMPLE的有效值。獲取有效值的方案是：第二運算放大器A3的反相端連到節(jié)點D而正相端連到節(jié)點E，相當于在第二分壓器中設置采樣電阻R₄，第二運算放大器A3放大采樣電阻R₄兩端的壓降，第二運算放大器A3輸出端X1處輸出的結果等于－K2×V_RMS，其中一個大電容C連接在節(jié)點D和參考地GND之間，也即第一緩沖器B1的輸出端OUT在節(jié)點D處通過大電容C過濾交流部分濾成為基本上為直流量的電壓，而且節(jié)點D處的電壓基本濾成為等于有效值V_RMS，注意K2值可以通過第二運算放大器A3的放大比例調節(jié)。雖然第一緩沖器B1的輸出端OUT可以直接耦合到節(jié)點D但也還可以在節(jié)點D處與第一緩沖器B1的輸出端OUT之間連接一個電阻R₅。有效值提取電路210的作用相當于：有效值提取電路210包括一個產(chǎn)生/輸出的電壓－K2×V_RMS與所述有效值V_RMS成比例關系的第二運算放大器A3，其中，第二分壓器用于對所述采樣值V_SAMPLE進行分壓采樣，第二分壓器中設有的一個采樣電阻R₄的高電位端(高電位端是R₄連到節(jié)點D的一端)和低電位端(低電位端是R₄連到節(jié)點E的一端)對應分別連到所述第二運算放大器A3的反相端和正相端使得所述第二運算放大器A3輸出的結果為負值，其中在采樣電阻R₄的高電位端D連接有一個對地電容C用于濾除采樣值V_SAMPLE的交流成分并保留所述有效值V_RMS成分。在第二分壓器的電壓接收端D與所述的第一緩沖器B1的輸出端OUT之間連接有一個電阻R₅。在連接關系上：第二分壓器的電壓接收端D耦合到第一緩沖器B1的輸出端OUT，第二分壓器的電阻R₃和電阻R₄串聯(lián)連接在電壓接收端D和參考地GND之間，電阻R₄的一端連到電壓接收端D，電阻R₄的相對另一端連到節(jié)點E，電阻R₃則連接在互連節(jié)點E和參考地GND之間，因為電壓接收端D的電勢高于互連節(jié)點E的電勢，而且第二運算放大器A3的反相端連到節(jié)點D而正相端則連到節(jié)點E，所以第二運算放大器A3在輸出端X1輸出負的－K2×V_RMS。

參見圖4，上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，其中利用交流值提取電路220擷取所述脈動電壓V_IM的交流值V_ACS的方案是：交流值提取電路220包括帶有電阻R₆-電阻R₇的第三分壓器，電阻R₆和電阻R₇間的互連節(jié)點為F，第三分壓器也是用于對采樣值V_SAMPLE進行分壓采樣，在互連節(jié)點F處產(chǎn)生一個分壓值，注意電阻R₆和電阻R₇串聯(lián)在第一緩沖器B1的輸出端OUT和參考地GND之間。電阻R₇連接在第一緩沖器B1的輸出端OUT和互連節(jié)點F之間，電阻R₆連接在互連節(jié)點F和參考地GND之間。還在電阻R₆兩端并聯(lián)有一個MOS晶體管Q，晶體管Q的源漏極分別連到電阻R₆的兩端，MOS晶體管Q的阻值R_X其實是變化的，并且MOS晶體管Q的阻值R_X受到電阻控制電路250輸出的電壓大小的控制而發(fā)生改變。電阻控制電路250用于偵測第一緩沖器B1的輸出端OUT所產(chǎn)生的采樣值V_SAMPLE的大小變化情況，例如電阻控制電路250也還可以偵測有效值提取電路210中第二分壓器的電壓接收端D處的電壓情況，它們的偵測效果基本一樣。當有效值提取電路210中第二分壓器的電壓接收端D處的直流電壓升高時，這一情況被電阻控制電路250感測到，電阻控制電路250選擇相對較小的阻值R_X；相反，當有效值提取電路210中第二分壓器的電壓接收端D處的直流電壓降低時，這一情況被電阻控制電路250感測到，電阻控制電路250選擇相對較大的阻值R_X；MOS晶體管Q的等效阻值的大小可以依靠電阻控制電路250輸出在MOS晶體管Q的柵極的電壓來調節(jié)，關于MOS晶體管Q的漏極源極間電阻和柵極電壓的關系屬于已知技術。按照這種方式，可以使得電阻R₆和電阻R₇間的互連節(jié)點為F處的電壓的峰值與脈動電壓V_IM的有效值V_RMS也為負相關性，即脈動電壓V_IM的有效值V_RMS增大時互連節(jié)點F處電壓的峰值降低，或者是脈動電壓V_IM的有效值V_RMS減小時互連節(jié)點F處電壓的峰值增加。第二緩沖器B2的輸入端連到電阻R₆和電阻R₇間的互連節(jié)點F處，第二緩沖器B2的輸出端為X2，第二緩沖器B2利用第三分壓器在節(jié)點F產(chǎn)生的交流值而作為輸入量并且第二緩沖器B2輸出前后級隔離的交流分量，這個交流分量大致等于K1×V_MAX×|sinωt|。

參見圖4，交流值提取電路220的作用相當于：交流值提取電路220包括產(chǎn)生的交流電壓(即節(jié)點F處的電壓)與脈動電壓V_IM的峰值V_MAX的正弦函數(shù)V_MAX×|sinωt|成比例關系的第三分壓器，原理是：第三分壓器的分壓采樣節(jié)點F處對地的電阻值的大小可調節(jié)藉此在分壓采樣節(jié)點F產(chǎn)生的電壓V_F呈現(xiàn)為交流值，而且分壓采樣節(jié)點F處對地的電阻值的這種調節(jié)關系為：在所述采樣值V_SAMPLE增大時分壓采樣節(jié)點F處對地的電阻值趨于減小，在所述采樣值V_SAMPLE降低時分壓采樣節(jié)點F處對地的電阻值趨于增大。注意這里交流值提取電路220的第三分壓器感測采樣值V_SAMPLE的增大或減小趨于時，電阻控制電路250可以不直接偵測采樣值V_SAMPLE而改為偵測節(jié)點D處的電壓：相當于節(jié)點D通過電阻R₅連到第一緩沖器B1的輸出端OUT，在節(jié)點D和參考地之間連接一個相對較大的電容C，然后電阻控制電路250偵測節(jié)點D處的電壓V_D的情況，同樣：在節(jié)點D處的電壓V_D增大時分壓采樣節(jié)點F處對地的電阻值趨于減小，在節(jié)點D處的電壓V_D降低時分壓采樣節(jié)點F處對地的電阻值趨于增大。而且第二緩沖器B2(buffer)利用第三分壓器在分壓采樣節(jié)點F處產(chǎn)生的交流值作為輸入量并且第二緩沖器B2還輸出前后級隔離的交流分量K1×V_MAX×|sinωt|。

參見圖4，第三分壓器的作用相當于：第三分壓器包括連接在提供采樣值V_SAMPLE的一個節(jié)點OUT和參考地GND之間的上置電阻R₇和下置電阻R₆，這里節(jié)點OUT是指第一緩沖器B1的輸出端OUT節(jié)點或提供采樣值V_SAMPLE的等同的節(jié)點。在下置電阻R₆兩端并聯(lián)連接有一個用作電阻調節(jié)的場效應晶體管Q，并且場效應晶體管Q受到一個電阻控制電路250的控制：電阻控制電路250在感測到節(jié)點OUT處的采樣值V_SAMPLE增大時控制所述場效應晶體管Q的電阻值降低，電阻控制電路250在感測到節(jié)點OUT處的采樣值V_SAMPLE減小時驅動所述場效應晶體管Q的電阻值增大；或者電阻控制電路250在感測到節(jié)點D處的電壓V_D增大時控制場效應晶體管Q的電阻值降低，電阻控制電路250在感測到節(jié)點D處的電壓V_D減小時控制場效應晶體管Q的電阻值增大。

參見圖4，上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，還包括一個基準合成電路240，基準合成電路240根據(jù)脈動電壓V_IM的有效值V_RMS和交流值V_ACS合成基準電壓V_REF，有效值提取電路210在節(jié)點X1輸出負的－K2×V_RMS，交流值提取電路220在節(jié)點X2輸出的交流分量大致等于K1×V_MAX×|sinωt|，基準合成電路240接收到有效值提取電路210輸出的－K2×V_RMS和收到交流值提取電路220輸出的K1×V_MAX×|sinωt|，基準合成電路240再根據(jù)脈動電壓V_IM的有效值V_RMS和交流值V_ACS合成基準電壓V_REF。圖4的實施例中有效值提取電路210通過一個電阻R₉將結果輸送給基準合成電路240，還可以使交流值提取電路220通過一個電阻R₈將結果輸送給基準合成電路240?；鶞屎铣呻娐?40輸出的基準電壓V_REF耦合到運放A2的正相端并且基準電壓V_REF滿足以下關系式。

V_REF＝V_CON+K1*V_MAX*|sinωt|-K2*V_RMS。

函數(shù)關系式中V_CON是預設的恒定常數(shù)，可以在基準合成電路240中提前設置，而最大值V_MAX是脈動電壓的峰值及V_RMS是脈動電壓的有效值，系數(shù)K1和K2是可以任意調節(jié)的預設常數(shù)，其中ω是交流電角頻率而t是時間。

參見圖4，上述的恒功率LED驅動系統(tǒng)，在交流市電的每個周期內(nèi)的輸入至LED串組的總輸入功率P可以用以下函數(shù)關系式表示為：

總輸入功率P的函數(shù)關系式中的T＝1/2f、ω＝2πf，f為交流電電源的頻率，以及電阻值R₀是所述的電流感測電阻的電阻值。

參見圖5，是圖3的電路拓撲架構的恒定功率時線電壓與總電流I的波形，曲線182表示的是線電壓也即脈動電壓V_IM某個周期的波形，將以上有效值分量和交流分量通過基準合成電路240合成就能得到一個接近正弦曲線的V_REF值，從而產(chǎn)生接近正弦曲線的總電流波形。注意：在線電壓也即脈動電壓V_IM過高時不會導致總電流I波形在過高的該時刻有個凹陷區(qū)段，但仍然能維持恒定功率。假定線電壓在某個時刻的值很高，但總電流I在該時刻的區(qū)段181B則仍然接近正弦曲線，即使出現(xiàn)這樣的電壓電流波動仍然能夠使輸入功率P基本恒定，則驅動系統(tǒng)具有較高的功率因子PF和諧波失真THD指標。

綜上所述，本申請用于線性LED驅動的恒定功率控制電路的方案，主要解決了交流電源電壓在一點范圍內(nèi)波動引起的輸入功率P波動過大問題，改善傳統(tǒng)架構THD較低的問題。該驅動電路包括整流橋電路、電源電壓檢測采樣電路、串聯(lián)的多串LED燈珠，自適應地根據(jù)電源電壓大小來調節(jié)LED燈串的總電流大小，已達到恒定功率的效果，有效的提高PF/THD的指標。其中，我們總希望能得到接近正弦波的總電流I波形來來達到較高的THD，因此我們給出圖3所示的新型恒定功率的電路架構。輸入功率P是比較復雜的關系式，不過觀察發(fā)現(xiàn)，要使P趨于常數(shù)，系數(shù)K1和K2取合適的值即可。我們可以簡單將V_REF拆分成V_RMS項和V_ACS項，V_REF＝V_CON+K1*V_MAX*|sinωt|-K2*V_RMS，V_CON為常數(shù)項，要使得功率基本恒定，只需取合適的K1和K2，使得兩者合成值V_REF與交流電壓值成負相關。圖4是上述架構的一種實例，原理：首先通過R₁和R₂采樣線電壓V_IM的值，在節(jié)點IN處對線電壓V_IM的分壓采樣電壓V_IN通過緩沖器B1后分成兩部分，第一部分通過電容C濾成有效值的電壓V_D，電壓V_D基本為直流DC值，第二部分為正的交流值，通過可變電阻R₆和固定電阻R₇分壓獲得。V_D電壓的高低通過一定增益的放大器也即運算放大器A3放大，V_IM值越高，V_D越高，運算放大器A3在輸出端X1處輸出的電壓也就越低；節(jié)點F處的電壓V_F為交流分量，其大小取決于可變電阻R₆的值，可變電阻R₆的值可變是因為它并聯(lián)有一個電阻R_X，R₆的值大小是通過電阻控制電路250實現(xiàn)的，當V_D高時會選擇相對較小的R_X電阻，V_D低時會選擇相對較大的R_X電阻，這樣可以使得V_F峰值與V_IM的有效值也為負相關。將以上兩個分量通過基準合成電路就能得到一個接近正弦的V_REF值，從而產(chǎn)生接近正弦的總電流波形，如圖5所示。

本申請這種新型LED驅動恒定功率控制方案的思想：是通過采樣線電壓產(chǎn)生兩組分量合成接近正弦的基準值，來實現(xiàn)恒定功率的調節(jié)，并具有較高的THD或功率因數(shù)和效率的，可以用在多串LED或單串LED的架構中，新型LED驅動恒定功率控制電路方案的系統(tǒng)的拓撲結構在上文有詳細介紹。電壓采樣電路、V_RMS處理電路、交流值V_ACS處理電路以及基準合成電路的拓撲結構構成了本申請的基本內(nèi)容。系統(tǒng)中的檢測電路也即帶有電阻R₁和R₂的采樣電路之前再加上濾波電路能夠減小采樣檢測電路的誤判可能性，這個濾波電路可以連接在節(jié)點N₂與參考地GND之間。圖3和圖4電路的實現(xiàn)方法及信號邏輯關系和總體電路是本申請的主要特征。

以上通過說明和附圖，給出了具體實施方式的特定結構的典型實施例，雖然上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，但這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容都應認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。