CN104470095B - 纹波抑制led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
纹波抑制LED驱动电路，包括输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与CS采样电阻的公共端和第一基准电压；还包括与输出端连接的输出电容，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端。本发明采用上述LDO和调整管的控制方式，消除了由于输出电压波动造成的负载LED 上的压降波动，使LED输出电流更加稳定，同时使输入到内部控制环路的输出电压反馈端电压恒定，降低了控制环路的功率损耗。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，涉及开关电源，特别是一种纹波抑制LED驱动电路。
背景技术
随着高压LED灯珠的发展和LED驱动电源对成本和体积的越来越严苛的要求，低成本的高压恒流线性驱动方法在过去几年取得一定的技术更新和应用。但是目前线性驱动方法始终存在低可靠性，对输入电压和输出灯珠要求高匹配，无法承受输入和输出电压大幅波动等缺点，阻碍了线性驱动方法真正应用于LED照明的大批量生产和安全应用中。
图1给出目前市面上的常见无频闪线性驱动方法。20为恒流线性驱动芯片，芯片的供电由VDD提供，芯片内部一个高压LDO（线性稳压器），CS引脚外接电阻设置LED的电流。这里为300mV/15ohm=20mA。该方法要求输入电压必须非常稳定，输出LED的电压与Vbus电压接近。本例中Vbus平均电压约为220V*1.414-5V=306V，那么芯片LDO的损耗则为(306V-250V)*20mA=1.12W，这个损耗发热对芯片将是非常大的挑战。如果放进高温环境老化很容易发生失效。再加上电网波动和LED灯珠的合理变化范围，这些额外的压差还会再LDO上产生更大的损耗。目前有些线性芯片增加了过功率和过温度保护等，其原理都是通过降低LED的输出电流来实现对芯片的保护，也造成了输出发光变暗或闪烁等。所以这种简单的线性驱动方法的不具备实际可行性。
发明内容
为克服现有LED驱动芯片采用线性稳压器降压控制所存在的不足，本发明公开了一种纹波抑制LED驱动电路。
本发明所述纹波抑制LED驱动电路，包括交流电压输入端、驱动电路输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管，和连接在功率管和调整管之间的CS采样电阻，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与CS采样电阻的公共端和第一基准电压；所述功率管与CS采样电阻的公共端作为所述驱动电路输出端，还包括与驱动电路输出端连接的输出电容，所述输出电容的另一端接地，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端。
具体的，所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和三角波发生器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和三角波发生器的输出端，所述三角波发生器为连接在所述交流电压输入端的输出端和相对地之间的分压电阻串，所述分压电阻串中两电阻的公共端作为所述三角波发生器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端。
优选的，所述误差放大器的输出端和相对地之间连接有补偿电容。
进一步的，所述调整管为PMOS或PNP管。
进一步的，所述第一基准电压和第二基准电压由带隙基准电压源输出电压分压产生。
采用本发明所述的纹波抑制LED驱动电路，通过结合开关电容电路和线性恒流LDO，开关电容控制输入对输出电容的充电能量路径导通和关断，LDO和调整管吸收输出电压纹波，实现对LED的无纹波恒流输出，并实现了传输能量按需供给。
附图说明
图1为目前现有的高压线性驱动方案结构示意图；
图2示出本发明的一种具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述纹波抑制LED驱动电路，包括交流电压输入端、驱动电路输出端、输出电压反馈端、驱动控制环路和与驱动控制环路连接的功率管，还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管，和连接在功率管和调整管之间的CS采样电阻，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与CS采样电阻的公共端和第一基准电压。所述功率管与CS采样电阻的公共端作为所述驱动电路输出端，还包括与驱动电路输出端连接的输出电容，所述输出电容的另一端接地，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端。
如图2所示，***分为两大部分，高压功率开关管MN1和输出电容COUT形成开关电容控制VBUS传输到Cout能量通路的导通和关断。LDO和调整管MP1为控制LED输出电流，它与输出LED灯串串联，LDO和LED导通的能量来自COUT。MP1的漏端连接负载LED串的正端LED+，LED+可实时反映COUT电容上能量的大小，LDO的正向输入端与第一基准电压连接。调整管可以为PMOS或PNP管。
采用上述LDO和调整管的控制方式，消除了由于输出电压波动造成的负载LED上的压降波动，使LED输出电流更加稳定，同时使输入到内部控制环路的输出电压反馈端电压恒定，降低了控制环路的功率损耗。
具体的，所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和三角波发生器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述三角波发生器为连接在所述交流电压输入端的输出端和相对地之间的分压电阻串，所述分压电阻串中两电阻的公共端作为所述三角波发生器的输出端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和三角波发生器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端。其中第一基准电压VREF1和第二基准电压VREF2由带隙基准电压源输出电压分压产生，分压可以采用常用的电阻分压形式。
如图2所示，将LED+即输出电压反馈端反馈输入到误差放大器与第一基准电压比较产生误差放大器输出电压COMP；本案例中采用的是一种波峰恒压的误差放大器，即该误差放大器的功能是恒定LED+三角波的波峰稳定在一恒定值附近。COMP电压与三角波发生器输出的恒频三角波电压进行比较产生功率管MN1的导通时间Ton。COMP越高，Ton时间越长，传输到输出电容COUT的能量越多，而功率管MN1导通的时间仅在VBUS与COUT电压接近时导通。整个***形成闭环控制，根据LED输出所需能量实现对COUT传输能量的导通时间的实时控制。
这种闭环能量控制实现了控制电路的损耗不再与输入电压，输出电压有关，以输入电压为220V市电，输出电压用于驱动28-60个LED发光二极管，输出电压在80-200V的变化范围内测试，控制环路的损耗仅仅变化0.2W左右。可以认为损耗与输出电压基本无关。
优选的，所述误差放大器的输出端和相对地之间连接有补偿电容，可以为控制环路提供一个主极点，增强环路控制的稳定性。相对地表示控制电路自身一个预设的较低电位，可以与绝对地直接连接，也可以是其它稳定的电位。
与现有技术相比，本发明可产生如下有益效果：
采用上述LDO和调整管的控制方式，无论输入或输出电压如何变化，使LED+上的电压始终恒定等于第一基准电压，消除了由于输出电压波动造成的负载LED上的压降波动，使LED输出电流更加稳定，同时使输入到内部控制环路的输出电压反馈端电压恒定，降低了控制环路的功率损耗。
本发明最终实现了一种线性LED照明驱动电路，使控制环路上的损耗不再与输入电压和输出电压有强烈关系，不再需要LED输出电压与输入电压相匹配。这也使得本架构称为真正可通用于各种不同高压LED灯珠的低成本线性LED照明驱动方案。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.纹波抑制LED驱动电路，包括交流电压输入端、驱动电路输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；
其特征在于，还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管和连接在功率管和调整管之间的CS采样电阻，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与CS采样电阻的公共端和第一基准电压；所述功率管与CS采样电阻的公共端作为所述驱动电路输出端，还包括与驱动电路输出端连接的输出电容，所述输出电容的另一端接地，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端；
所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和三角波发生器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述三角波发生器为连接在所述交流电压输入端的输出端和相对地之间的分压电阻串，所述分压电阻串中两电阻的公共端作为所述三角波发生器的输出端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和三角波发生器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端；
所述误差放大器的输出端和相对地之间连接有补偿电容。
2.如权利要求1所述的纹波抑制LED驱动电路，其特征在于，所述调整管为PMOS或PNP管。
3.如权利要求1所述的纹波抑制LED驱动电路，其特征在于，所述第一基准电压和第二基准电压由带隙基准电压源输出电压分压产生。
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