本实用新型涉及led恒压恒流驱动电源技术领域，尤其是涉及一种采用单路pwm或者双路互补pwm实现线性可调电压电流的大功率led驱动电路结构。
背景技术：
led有着极为明显的照明优势，电能利用率高，稳定可靠，可长期使用。近年来大功率led进入通用照明领域，逐渐代替白炽灯、卤钨灯与紧凑型荧光灯，特别在传统户外照明、强光手电筒、汽车前灯、手机闪光灯等领域拓展，市占率不断提升。led驱动电源是指满足led自身工作特性要求的高精度恒压恒流电源，是led运行可靠的重要部件。由于大功率led工作时对电源稳定性、精度、效率、可靠性、散热等要求很高，传统照明电源及小功率电源驱动方式无法满足其特定需求。
专利cn202020263427.1公开了一种pwm波滤波电路及可编程led驱动电源，专利将pwm波形经滤波和运放放大后电压信号作为led驱动控制信号，并使用了两级rc滤波，可实现减小纹波的目的。
专利cn202020358995.x公开了一种led灯模组的pwm调光器调光电路，包括led灯模组和led灯电源,led灯模组和led灯电源之间电性连接,led灯电源与led灯模组的供电电路上连接有pwm调光器,pwm调光器上电性连接有电源。在pwm调光器上可以直接调节led灯电源电流大小来控制led灯模组来发光强度和均匀度能量；pwm调光器输出调光led灯电源电流输出误差小，led灯模组发光强度和均匀度能量更均匀一点。在pwm调光器上输出调光，误差在2％-3％之间。
专利申请cn201710766753.7公开了一种基于pwm的电压调光led控制系统,系统中的led从电路模块主要包括顺次电连接的电压转换模块、pwm生成模块和驱动线路。led调光原理为首先根据对led的亮度要求直接改变led从电路的输入电压值,然后经过电压转换模块后改变其用来驱动开关管的pwm信号或者将流过led的电流稳定在对应值上,从而改变led的亮度。
然而，上述现有技术的方案虽然实现了pwm信号的数模转换和pwm调节led电源电流，但对于大功率led如果只采用调节电流方式，则电源功率的大部分会被耗散在恒流功率管上，导致发热量巨大，效率低，可靠性差。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种调节电路简洁、效率高、发热低，寿命长的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：包括有dc-dc调压模块、led可调恒流模块、pwm数模转换模块和大功率led负载，pwm数模转换模块控制dc-dc调压模块的反馈电压以使dc-dc调压模块的输出可调节，使led负载处于线性工作范围内，降低损耗、提高电路整体效率；并且pwm数模转换模块控制led可调恒流模块，使得led负载工作电流可调，从而使得led负载的亮度线性可调；dc-dc调压模块提供输出电压可调的稳定电压供给led负载，led可调恒流模块采用运放配合mos功率管方式为led提供恒定电流；pwm数模转换模块采用二级rc低通滤波器进行数模转换以分别实现调整dc-dc调压模块的输出电压与led驱动电流。
第一路pwm数模转换模块的控制信号经数模转换后直接连接至dc-dc调压模块的反馈端。
第二路pwm数模转换模块的信号经数模转换后连接至运放加mos管恒流电路的运放正极端。
dc-dc调压模块的输出端连接有反馈电阻r1和反馈电阻r2，反馈端feedback端作为输出电压采集反馈端连接回至dc-dc调压模块；mos管q1连接led并连接有采样电阻r_i，运放ua的输出端及负极端分别连接mos管。
pwm数模转换模块的pwm2信号经由电阻ri1、电容ci1及电阻ri2、电容ci2组成的二级rc低通滤波器进行数模转换，并通过电阻ri3保证在pwm2信号管脚浮空情况下vc电位被下拉到地，该二级rc低通滤波器连接运放正极端的正极端，pwm数模转换模块的pwm2信号经该二级rc低通滤波器后连接至恒流驱动电路的运放正极端后用于调节电流。
pwm数模转换模块的pwm1信号经由电阻rv1、电容cv1及电阻rv2、电容cv2组成的二级rc低通滤波器进行数模转换为直流，并通过电阻rv3连接至dc-dc调压模块的反馈端feedback端；pwm数模转换模块的pwm1信号经其对应的二级rc低通滤波器后用于调节dc-dc调压模块的输出电压vout。
另外，在pwm数模转换模块无法生成双路互补的pwm波形时采用单路pwm经过非门或数字三极管转换出另一路互补pwm波形，其连接于pwm1信号对应的二级rc低通滤波器与pwm2信号对应的二级rc低通滤波器之间。pwm信号如果采用双路pwm信号，需要采用互补模式。
本实用新型采用单路pwm或双路互补pwm实现led驱动的电压电流均可调，保证后端恒流mos管工作在最佳状态，降低恒流mos耗散功率及发热量，提高整体电路工作效率，同时让led持续工作在恒流模式稳定亮度及延长寿命。如此使得本实用新型具有以下优点，第一，大功率led恒流工作并可调，达到led亮度稳定并可线性调节，增强使用的灵活性；第二，采用单路pwm或互补pwm信号同时调整输出电压电流，保证恒流部分效率最高，发热量降低，延长寿命。
附图说明
图1为本实用新型示意框图；
图2为同步buck降压方式驱动电路图；
图3为同步boost升压方式驱动电路图；
图4为dc-dc简化模块图；
图5为运放加mos驱动管led恒流驱动电路图；
图6为dc-dc与led恒流驱动组合电路图；
图7为pwm二级低通滤波数模转换电路图；
图8为dc-dc与pwm调节控制恒流驱动组合电路图；
图9为大功率led的forwardvoltagevs.if参数图；
图10为pwm调节dc-dc输出电压电路图；
图11为双路pwm分别dc-dc输出电压调节与led恒流调节完整电路图；
图12为双路pwm互补波形；
图13为单路pwm转双路互补pwm电路图；
图14为单路pwm转双路互补pwm并分别调节dc-dc输出电压与led恒流电流完整电路图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本实用新型做进一步说明：
本实施例中，所述pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，如图1所示，dc-dc调压模块可选用升压、降压、反向、同步或非同步方式，不影响后端可调恒流稳定工作。再参照图2、图3和图4，图2为同步buck降压方式、图3为同步boost升压方式，均为典型dc-dc恒压输出电路。其输出电压vout值依赖于基准电压vref和反馈电阻r1及r2值。其计算公式为：
本实施例中，为后续电路简洁，将图2、图3之dc-dc电路简化为图4所示，将电压变换部分采用dc-dc模块表示，保留反馈电阻r1和r2，feedback端作为输出电压采集反馈端连接回至dc-dc模块。
一般小功率无需调节亮度的led如上图2、图3、图4所示采用恒压驱动方式，dc-dc模块直接连接至led灯，恒定电压工作。但在需要亮度调节的大功率led驱动电路工作中，以上电路存在以下问题：
1、工作电压恒定，亮度无法调节；
2、随着led持续工作，温度上升，led正向电压下降，工作电流升高，会导致dc-dc模块和led的温度继续上升，效率降低，产生光衰，寿命缩短。极限情况下导致电路或led损坏。
因此在大功率led驱动电路中常采用恒流驱动模式，本实施例中采用运放加mos驱动管的方式，如图5所示。
图5为典型恒流电路，其电流计算公式如下：
由该公式可见，流经led的电流只和控制电压vc及采样电阻r_i有关，如果vc和r_i恒定，则led工作电流恒定，调整vc电压值，则可以调整led电流，进而调整led亮度。
结合图4与图5，即可得到可调节亮度的大功率led驱动电路，如图6：
dc-dc模块输出恒定电压，通过调整vc电压值，即可满足led调节亮度需求。本实施例中采用调节pwm占空比方式控制电流，需要进过图7所示二级低通滤波电路将pwm占空比信号进过数模转换后变成可调直流电压。
图7中由电阻ri1、电容ci1、电阻ri2、电容ci2组成二级rc低通滤波器，电阻ri3保证在pwm2信号管脚浮空情况下vc电位被下拉到地，避免vc浮空导致最大电流工作所引起的led损坏。组合图6与图7即可得到pwm控制调节亮度的恒流led驱动电路，如图8所示：
图8电路中，dc-dc模块输出电压vout恒定，调整pwm的占空比即可调节led亮度，但当led非最大电流工作时，电路效率较低，其主要原因在于此时mos驱动管q1和采样电阻r_i损耗了大量的功率，发热量大。由以下公式：
p＝vout*i＝vled*i vq1*i vr_i*i
可知真正有用功率为vled*i，而vq1*i vr_i*i部分均以热量方式耗散掉，vout恒定方式导致系统整体效率较低，在特殊空间下如果系统散热不佳，也会导致恒流控制部分电路损坏。
本实施例中，对于所需任意亮度的led调节实际就是led电流调节，只要满足vout微大于当前led工作电流所需电压即可，无需恒定最大vout电压，此时，mos驱动管q1和采样电阻r_i分担的电压极小，耗散功耗也会降低。一典型大功率led(sbt-90)的工作电压与电流如图9所示：
由图9可知，其vled正常工作范围在2.7v-3.4v，vout电压无需持续输出最大电压3.4v，可以随亮度电流需求变化，只要满足vout微大于vled即可。本实施例中，通过调整dc-dc模块的feedback端电压，使得vout满足调节要求，其调节方式同样采用pwm并经过数模转换为直流，如图10所示：
图10所示pwm1经二级rc低通滤波器后连接至dc-dc模块的feedback端,叠加电阻r1、r2分压电压，固此时vref的计算公式为：
则推导得以下vout计算公式：
式中已知r1、r2、rv3为定值，vref为dc-dc芯片的固定值，vpwm1为pwm芯片工作电压，也为固定值，则可令：
公式可简化为：
vout＝[a-k*duty]
由公式可知，vout输出电压只与pwm1的占空比duty线性相关，且随duty的上升而下降，随duty的下降而上升。实际应用中，合理选取电阻r1、r2、rv3的值，使得vout输出范围覆盖led工作电压即可。
合并图8、图10如图11所示，采用两路pwm分别控制dc-dc输出电压和led驱动电流：
如图11，pwm1经二级rc低通滤波器后连接至dc-dc模块的feedback端用于调节dc-dc模块的输出电压vout，pwm2经二级rc低通滤波器后连接至恒流驱动电路的运放正极性端用于调节电流。
实际应用中，为降低控制复杂度，保证可靠性，pwm1和pwm2工作在互补模式，其工作如下：
当需要led亮度升高时，调整pwm2的占空比上升，vc电压上升，led电流i上升，此时需要vout电压同步上升，因此需要pwm1的的占空比下降，满足vout电压上升需求；当需要led亮度降低时，调整pwm2的占空比下降，vc电压下降，led电流i也下降，此时需要pwm1的的占空比上升，满足vout电压下降需求，以降低功耗；互补波形如图12所示。
如果pwm无法生成双路互补的pwm波形，可以使用单路pwm经过非门或数字三极管转换出另一路互补pwm波形，其转换电路如图13所示：pwm1为高电平时，q2截止，pwm2被电容rc1下拉至地；pwm1为低电平时，q2导通，pwm2输出高电平。
组合图11、图13，可得完整图14，采用单路pwm驱动分别调整dc-dc模块输出电压及led驱动电流的电路。
以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本申请实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。
1.一种pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：包括有dc-dc调压模块、led可调恒流模块、pwm数模转换模块和大功率led负载，pwm数模转换模块控制dc-dc调压模块的反馈电压以使dc-dc调压模块的输出可调节，使led负载处于线性工作范围内；并且pwm数模转换模块控制led可调恒流模块，使得led负载工作电流可调，从而使得led负载的亮度线性可调；dc-dc调压模块提供输出电压可调的稳定电压供给led负载，led可调恒流模块采用运放配合mos功率管方式为led提供恒定电流；pwm数模转换模块采用二级rc低通滤波器进行数模转换以分别实现调整dc-dc调压模块的输出电压与led驱动电流。
2.根据权利要求1所述的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：第一路pwm数模转换模块的控制信号经数模转换后直接连接至dc-dc调压模块的反馈端。
3.根据权利要求2所述的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：第二路pwm数模转换模块的信号经数模转换后连接至运放加mos管恒流电路的运放正极端。
4.根据权利要求1所述的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：dc-dc调压模块的输出端连接有反馈电阻r1和反馈电阻r2，反馈端feedback端作为输出电压采集反馈端连接回至dc-dc调压模块；mos管q1连接led并连接有采样电阻r_i，运放ua的输出端及负极端分别连接mos管。
5.根据权利要求4所述的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：pwm数模转换模块的pwm2信号经由电阻ri1、电容ci1及电阻ri2、电容ci2组成的二级rc低通滤波器进行数模转换，并通过电阻ri3保证在pwm2信号管脚浮空情况下vc电位被下拉到地，该二级rc低通滤波器连接运放正极端的正极端，pwm数模转换模块的pwm2信号经该二级rc低通滤波器后连接至恒流驱动电路的运放正极端后用于调节电流。
6.根据权利要求5所述的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：pwm数模转换模块的pwm1信号经由电阻rv1、电容cv1及电阻rv2、电容cv2组成的二级rc低通滤波器进行数模转换为直流，并通过电阻rv3连接至dc-dc调压模块的反馈端feedback端；pwm数模转换模块的pwm1信号经其对应的二级rc低通滤波器后用于调节dc-dc调压模块的输出电压vout。
7.根据权利要求6所述的pwm控制可调大功率led恒压恒流驱动电路，其特征在于：在pwm数模转换模块无法生成双路互补的pwm波形时采用单路pwm经过非门或数字三极管转换出另一路互补pwm波形，其连接于pwm1信号对应的二级rc低通滤波器与pwm2信号对应的二级rc低通滤波器之间。
技术总结