CN105357794B

CN105357794B - 用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***

Info

Publication number: CN105357794B
Application number: CN201510705470.2A
Authority: CN
Inventors: 杨吉庆; 朱力强; 方烈义
Original assignee: On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: On Bright Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-10-31
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: TW201715916A; CN105357794A; TWI578847B

Abstract

提供了一种用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***，包括：开关控制组件，被配置为根据与感测信号、退磁信号、以及参考信号相关联的信息生成控制信号，并利用所述控制信号来控制***功率开关的截止与导通，其中所述***功率开关被连接到二极管的第一二极管端子和电感器的第一电感器端子，所述二极管还包括第二二极管端子，所述电感器还包括第二电感器端子，并且所述一个或多个发光二极管与输出电容并联连接在所述第二二极管端子和所述第二电感器端子之间，所述感测信号是通过感测流过所述***功率开关的电流生成的，所述退磁信号是通过感测流过所述电感器的电流生成的，并且所述参考信号是预定信号。

Description

用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***

技术领域

本发明涉及电路领域，更具体地涉及一种用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***。

背景技术

目前，发光二极管(LED)照明技术已日趋成熟。LED由于具有发光效率高、使用寿命长等特点，在照明领域被广泛用以取代传统的白炽灯。但是，当使用LED取代白炽灯时，由于LED驱动电路一般不具有过压保护功能或者过压保护精度不高，导致LED驱动电路容易被损坏或者无法被高效利用。为了实现高精度过压保护，需要在LED驱动电路中增加复杂的***线路，这一方面成本高另一方面会造成其印刷电路尺寸大，无法直接放入灯头接口内。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种新颖的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***、以及控制用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***的输出电压的方法。

根据本发明实施例的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***包括：开关控制组件，被配置为根据与感测信号、退磁信号、以及参考信号相关联的信息生成控制信号，并利用所述控制信号来控制***功率开关的截止与导通，其中所述***功率开关被连接到二极管的第一二极管端子和电感器的第一电感器端子，所述二极管还包括第二二极管端子，所述电感器还包括第二电感器端子，并且所述一个或多个发光二极管与输出电容并联连接在所述第二二极管端子和所述第二电感器端子之间，所述感测信号是通过感测流过所述***功率开关的电流生成的，所述退磁信号是通过感测流过所述电感器的电流生成的，并且所述参考信号是预定信号。

根据本发明实施例的控制用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***的输出电压的方法包括：利用表征所述一个或多个发光二极管是否处于工作状态的控制信号生成输出电压检测信号；将所述输出电压检测信号指示的电压与参考信号指示的电压进行比较，并根据比较结果判断所述***的输出电压是否高于预定电压值；在所述***的输出电压高于预定电压值的情况下，利用所述控制信号关闭所述***中的***功率开关。

根据本发明实施例的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***、以及控制用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***的输出电压的方法能够提供高精度的过压保护功能。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1是传统的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***(BUCK电路)的电路图；

图2是根据本发明实施例的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***的电路图；

图3是图2所示的***电路中的工作波形图；

图4是图2所示的***电路中的过压保护(OVP)模块的电路图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

为了使LED的亮度恒定，通常向LED提供基本恒定的电流。图1是传统的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***(BUCK电路)的电路图。

如图1所示，用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***100包括交流整流组件102、控制器组件104、以及电流输出组件106。具体地，当一个或多个LED连接在交流整流组件102的两个连接端之间时：交流整流组件102接收交流输入电压V_AC，并将交流输入电压V_AC变换为直流电压V_BULK，以向一个或多个LED提供电流。控制器组件104通过GATE端子向电流输出组件106中的***功率开关1062输出控制信号，以控制***功率开关1062的导通与截止，从而调节流过一个或多个LED的电流(或称为输出电流)。当***功率开关1062导通时，流过电流输出组件106中的电感器1064的电流被电流输出组件106中的感测电阻器1066感测到，从而使得电流感测信号被控制器组件104通过CS端子接收到。作为响应，控制器组件104根据电流感测信号生成控制信号，以控制***功率开关1062的导通与截止。当***功率开关1062截止时，在电流输出组件106中的电感器1064、二极管1068、以及连接在电流输出组件106的两个输出端之间的一个或多个LED之间形成了电流回路。

在图1所示的***中，当LED从电流输出组件106的两个输出端之间断开时(即，两个输出端开路时)或者LED发生故障不能工作时，电流输出组件106的两个输出端之间的输出电压V_OUT会过高(例如，等于或者大于连接在电流输出组件106的两个输出端之间的输出电容C_OUT的额定电压)，从而导致电流输出组件106中的输出电容C_OUT容易被损坏。

所以，需要在图1所示的***中提供用于电流输出组件106的两个输出端开路时的过压保护(即，保护电流输出组件106中的输出电容C_OUT不会由于LED从电流输出组件106的两个输出端之间断开时电流输出组件106的两个输出端之间的输出电压V_OUT等于或者大于其额定电压而被损坏)。但是，在图1所示的***中，控制器组件104无法直接测量到电流输出组件106的两个输出端之间的输出电压V_OUT，因而无法准确地控制电流输出组件106的两个输出端开路时的输出电压。

为了解决图1所示的***中存在的一个或多个问题，提出了下面参考图2-4详细描述的根据本发明实施例的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***。

图2是根据本发明实施例的用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***的电路图。如图2所示，用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***200包括交流整流组件202、电阻分压组件204、开关控制组件206、以及电流输出组件208。交流整流组件202包括第一、第二、第三、以及第四整流组件端子202-1、202-2、202-3、202-4。电阻分压组件204包括第一、第二、以及第三分压组件端子204-1、204-2、204-3。开关控制组件206包括第一、第二、第三、第四、以及第五控制组件端子VIN、GATE、CS、GND、VDD。电流输出组件208包括第一、第二、第三、第四、以及第五输出组件端子208-1、208-2、208-3、208-4、208-5。

如图2所示，交流整流组件202的第一和第二整流组件端子202-1、202-2分别与交流电源的两端连接，第三和第四整流组件端子202-3、202-4分别与电阻分压组件204的第一和第二分压组件端子204-1、204-2连接。电阻分压组件204的第三分压组件端子204-3与开关控制组件206的第一控制组件端子VIN连接。开关控制组件206的第二控制组件端子GATE与电流输出组件208的第二输出组件端子208-2连接，第三控制组件端子CS与电流输出组件208的第三输出组件端子208-3连接，第四控制组件端子GND接地，第五控制组件端子VDD经由电阻器R3与电阻分压组件204的第一分压组件端子204-1连接并且经由电容器C1接地。电流输出组件208的第一输出组件端子208-1与电阻分压组件204的第一分压组件端子204-1连接，第四输出组件端子208-4接地。电流输出组件208中的输出电容C_OUT与一个或多个LED并联连接在电流输出组件208的第一输出组件端子208-1和第五输出组件端子208-5之间(第一输出组件端子208-1和第五输出组件端子208-5是电流输出组件208的两个输出端)。

在图2所示的***中，交流整流组件202接收交流输入电压V_AC，并将交流输入电压V_AC整流为直流电压V_BULK，以向一个或多个LED提供电流。电阻分压组件204通过电阻器R1和R2对直流电压V_BULK进行分压，以生成进入开关控制组件206的电压信号V_VIN。由电阻分压组件204对直流电压V_BULK进行分压得到的电压信号V_VIN经由电阻分压组件204的第三分压组件端子204-3和开关控制组件206的第一控制组件端子VIN进入电压控制组件206。电压控制组件206通过GATE端子向电流输出组件208中的***功率开关MOSFET输出控制信号，以控制***功率开关MOSFET的导通与截止。当***功率开关MOSFET导通时，流过电流输出组件208中的电感器L1的电流被电流输出组件208中的感测电阻器RS感测到，从而使得电流感测信号被开关控制组件206通过第三控制组件端子CS接收到。作为响应，开关控制组件206将电流感测信号作为多个基础信号中的一个来生成控制信号，以控制***功率开关MOSFET的导通与截止。当***功率开关MOSFET截止时，在电流输出组件208中的电感器L1、二极管D1、以及连接在电流输出组件208的两个输出端之间的一个或多个LED之间形成了电流回路。

具体地，如图2所示，***功率开关MOSFET的栅极作为电流输出组件208的第二输出组件端子208-2；***功率开关MOSFET的漏极与二极管D1的第一二极管端子和电感器L1的第一电感器端子连接；二极管D1的第二二极管端子作为电流输出组件208的第一输出组件端子208-1；***功率开关MOSFET的集电极作为电流输出组件208的第三输出组件端子208-3，并且经由感测电阻器RS接地；电感器L1的第二电感器端子作为电流输出组件208的第五输出组件端子208-5；一个或多个LED与输出电容C_OUT并联连接在电流输出组件208的第一输出组件端子208-1和第五输出组件端子208-5之间。

如图2所示，开关控制组件206包括过压保护模块、脉冲宽度调制(PWM)信号生成模块、栅极驱动模块、退磁检测模块、电流感测模块、以及参考信号生成模块。其中，过压保护模块基于来自电阻分压组件204的电压信号V_VIN、来自退磁检测模块的退磁信号、来自PWM信号生成模块的调制信号、以及来自参考信号生成模块的参考信号生成过压保护信号，退磁检测模块基于与电流输出组件208中的电感器L1的退磁情况相关的电流或电压信号生成退磁信号，电流感测模块基于通过电流输出组件208中的感测电阻器RS得到的电流感测信号生成感测电流相关信号，PWM信号生成模块基于过压保护信号、退磁信号、以及感测电流相关信号生成调制信号，栅极驱动模块基于调制信号生成驱动信号用以驱动电流输出组件208中的***功率开关MOSFET的导通与截止。

具体地，在本实施例中，PWM信号生成模块生成调制信号的基本原理如下：当一个或多个LED连接在电流输出组件106的两个输出端之间并且正常工作时，PWM信号生成模块基于退磁信号、和感测电流相关信号生成调制信号，用以控制电流输出组件208中的***功率开关MOSFET的截止与导通，从而调节流过一个或多个LED的电流(例如，当退磁信号指示退磁结束时，PWM信号生成模块将调制信号由低电平变为高电平；当感测电流相关信号指示感测电流达到设定值时，PWM信号生成模块将调制信号由高电平变为低电平；退磁信号和感测电流相关信号交替控制PWM信号生成模块生成调制信号)；当LED从电流输出组件106的两个输出端之间断开时或者LED发生故障时，PWM信号生成模块基于过压保护模块生成的过压保护信号生成调制信号，用以控制电流输出组件208中的***功率开关MOSFET处于截止状态，使得电流输出组件208的两个输出端之间的输出电压V_OUT不会高于输出电容Cout的额定电压(即，保护输出电容C_out不被损坏)。在本实施例中，PWM信号生成模块生成的调制信号实际上是用于***功率开关MOSFET的控制信号。

图3是图2所示的***电路中的工作波形图。在图3中，PWM波形为PWM信号生成模块的输出波形(即，调制信号的波形)，GATE波形为栅极驱动模块的输出波形(即，驱动信号的波形)，I_L波形为流过电感器L1的电流波形，Demag波形为退磁检测模块的输出波形(即，退磁信号的波形)。T_ON为***功率开关MOSFET处于导通状态的持续时间(即，***功率开关MOSFET的导通时间)，T_OFF为***功率开关MOSFET处于截止状态的持续时间(即，***功率开关MOSFET的截止时间)，T_Demag为电感器L1的退磁时间，且T_Demag小于T_OFF。

在图2所示的***中，当开关控制组件206的第二控制组件端子GATE的输出电压为高电平(即，图3中的GATE波形为逻辑高)时，电流输出组件208中的***功率开关MOSFET导通，流过电流输出组件208中的电感器L1的电流线性上升(流过电感器L1的电流值可根据等式(1)得出，其中t是电流流过电感器L1的时间)。在电流输出组件208中，流过电感器L1的电流通过***功率开关MOSFET流经感测电阻器RS到地，在感测电阻器RS上产生的电压值(即，在开关控制组件206的第三控制组件端子CS处感测到的电压值V_CS)可根据等式(2)得出。当V_CS达到设定值或t达到设定值T_ON时，开关控制组件206的第二控制组件端子GATE的输出电压变为低电平(即，图3中的GATE波形变为逻辑低)，电流输出组件208中的***功率开关MOSFET截止。此时，电流输出组件208中的电感器L1通过二极管D1和一个或多个LED进行退磁，经过T_Demag时间后退磁结束，流过电感器L1的电流变为零。开关控制组件206可以通过检测流过电流输出组件208中的电感器L1的电流来确定电感器L1的退磁起始点与结束点，从而得到退磁时间T_demag(可以根据等式(3)得出退磁时间，其中I_PK是流过电感器L1的电流I_L的最大值，V_{OUT_PK}是电流输出组件208的两个输出端之间的输出电压V_OUT的最大值)。另外，由于图2所示的电路***本质上是对BUCK电路的改进，所以电流输出组件208的两个输出端之间的输出电压V_OUT与由交流整流组件202输出的直流电压V_BULK之间的关系如等式(4)所示。

等式(1)

等式(2)

等式(3)

等式(4)

也就是说，基于由交流整流组件202输出的直流电压V_BULK、***功率开关MOSFET的导通时间T_ON、和电感器L1的退磁时间T_Demag，可以利用等式(4)计算出输出电压V_OUT。

图4是图2所示的***电路中的过压保护(OVP)模块的电路图。如图4所示，过压保护模块包括第一跨导放大器GM1、第二跨导放大器GM2、开关K1、重置单元、电容器C、以及比较器COMP1。其中，第一跨导放大器GM1连接在开关控制组件206的第一控制组件端子VIN与开关K1的第一开关端子之间，第二跨导放大器GM2连接在开关K1的第二开关端子与过压保护模块外部的参考信号生成模块之间，重置单元连接在开关K1的第二开关端子与过压保护模块外部的退磁检测模块之间，电容器C连接在开关K1的第二开关端子与地之间，比较器COMP1连接在开关K1的第二开关端子与过压保护模块外部的PWM信号生成模块之间。

如图4所示，交流整流组件202对交流输入电压V_AC进行整流得到的直流电压V_BULK被电阻分压组件204中的电阻器R1和R2分压，从而生成了开关控制组件206的第一控制组件端子VIN处的电压信号；在PWM生成模块输出的调制信号(即，图3中的PWM波形)为高电平(即，***功率开关MOSFET导通)时开关K1导通，开关控制组件206的第一控制组件端子VIN处的电压信号通过第一跨导放大器GM1生成I_source电流给电容器C充电，同时来自参考信号生成模块的参考信号Vth_ovp通过第二跨导放大器GM2生成I_sink电流给电容器C放电；如果I_source＞I_sink，则电容器C上的电压Vramp上升；在PWM生成模块输出的控制信号(即，图3中的PWM波形)为低电平(即，***功率开关MOSFET截止且电感器L1退磁)时开关K1截止，此时只有来自参考信号生成模块的参考信号Vth_ovp通过第二跨导放大器GM2生成I_sink电流给电容器C放电，电容器C上的电压Vramp下降。

在电感器L1每次退磁结束后，通过比较器COMP1比较Vramp电压和Vth_ovp电压来判断是否需要触发过压保护(OVP)(例如，如果Vramp高于Vth_ovp，则触发OVP)。每次比较结束后，通过重置单元将电容器C上的电压Vramp强行复位到Vth_ovp。

这里，开关控制组件206的第一控制组件端子VIN处的电压信号可以根据等式(5)得出。

等式(5)

当电流输出组件208的两个输出端之间的输出电压V_OUT处于临界OVP电压(V_{OUT_OVP})时，在对电感器L1进行充电和放电的每个周期中T_ON时间内对电容器C的充电电压和在退磁时间内对电容器C的放电电压相等(如等式(6)所示)：

等式(6)

结合等式(4)至(6)，可以得出等式(7)：

等式(7)

从以上所述可知，通过在对电感器L1进行充电和放电的每个周期中电感器L1退磁结束时比较Vramp和Vth_ovp，并且在Vramp高于Vth_ovp时触发OVP(即，立即关闭开关控制组件206的第二控制组件端子GATE的输出)，可以实现高精度的过压保护。这里，临界OVP电压V_{OUT_OVP}可以是电流输出组件206中的输出电容Cout的额定电压，可以根据临界OVP电压V_{OUT_OVP}和出参考信号V_{th_ovp}预先计算出所需要的R1和R2比例。

可以看出，这里公开了这样一种输出电压控制方法包括：利用表征一个或多个LED是否处于工作状态的控制信号生成输出电压检测信号(即，Vramp)；将输出电压检测信号指示的电压与参考信号指示的电压(即，V_{th_ovp})进行比较，并根据比较结果判断输出电压是否高于预定电压值；在输出电压高于预定电压值的情况下，利用控制信号(即，上述调制信号)关闭***功率开关(即，上述MOSFET)。

本领域技术人员将理解，还存在可用于实现本发明实施例的更多可选实施方式和改进方式，并且上述实施方式和示例仅是一个或多个实施例的说明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。

Claims

1.一种用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***，包括：

开关控制组件，被配置为根据与感测信号、退磁信号、以及参考信号相关联的信息生成控制信号，并利用所述控制信号来控制***功率开关的截止与导通，其中

所述***功率开关被连接到二极管的第一二极管端子和电感器的第一电感器端子，所述二极管还包括第二二极管端子，所述电感器还包括第二电感器端子，并且所述一个或多个发光二极管与输出电容并联连接在所述第二二极管端子和所述第二电感器端子之间，

所述感测信号是通过感测流过所述***功率开关的电流生成的，所述退磁信号是通过感测流过所述电感器的电流生成的，并且所述参考信号是预定信号，

所述开关控制组件包括开关、第一跨导放大器、第二跨导放大器、比较器、电容器、以及重置单元，其中

所述开关的导通与截止由所述控制信号控制，

所述第一跨导放大器在所述开关导通期间，利用从外部进入所述开关控制组件的输入信号生成第一电流，用以对所述电容器进行充电，

所述第二跨导放大器在所述开关导通期间、以及所述退磁信号指示的退磁时段期间，利用所述参考信号生成第二电流，用以对所述电容器进行放电，

所述比较器在所述退磁信号指示退磁结束时比较所述电容器上的当前电压与所述参考信号指示的电压，并根据比较结果生成所述控制信号，

所述重置单元在所述比较器完成所述电容器上的当前电压与所述参考信号指示的电压的比较时，将所述电容器上的当前电压强制复位到所述参考信号指示的电压。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述开关控制组件还被配置为：

根据与所述感测信号、以及所述退磁信号相关联的信息生成调制信号，并且在所述一个或多个发光二极管连接在所述第二二极管端子和所述第二电感器端子之间、且处于工作状态时将所述调制信号作为所述控制信号来控制所述***功率开关的导通与截止，并且

根据与所述退磁信号、所述参考信号、以及所述调制信号相关联的信息生成所述控制信号，并且在所述一个或多个发光二极管从所述第二二极管端子和所述第二电感器端子之间断开、或发生故障时根据所述控制信号来控制所述***功率开关的导通与截止。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：

交流整流组件，被配置为对来自交流电源的交流信号进行整流以生成整流后的电压信号；

电阻分压组件，被配置为对所述整流后的电压信号进行分压以生成进入所述开关控制组件的输入信号，其中

所述交流整流组件包括第一、第二、第三、及第四整流组件端子，所述第一和第二整流组件端子分别与所述交流电源的两端连接，所述第三和第四整流组件端子分别与所述电阻分压组件的第一和第二分压组件端子连接，其中所述第四整流组件端子还连接到地，

所述电阻分压组件还包括第三分压组件端子，所述第三分压组件端子向所述开关控制组件提供所述输入信号。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，当所述电容器上的当前电压高于所述参考信号指示的电压时，所述开关控制组件生成用以控制所述***功率开关处于截止状态的所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述参考信号指示的电压不大于针对所述输出电容预先设定的电压与取决于所述***的电路结构的比例因子的乘积。

6.一种控制用于向一个或多个发光二极管提供输出电流的***的输出电压的方法，包括：

利用控制所述***中的***功率开关的截止与导通的控制信号生成输出电压检测信号；

将所述输出电压检测信号指示的电压与参考信号指示的电压进行比较，并根据比较结果判断所述***的输出电压是否高于预定电压值；

在所述***的输出电压高于所述预定电压值的情况下，利用所述控制信号控制所述***功率开关处于截止状态，其中

所述控制信号是根据与感测信号、退磁信号、以及所述参考信号相关联的信息生成的，所述感测信号是通过感测流过所述***功率开关的电流生成的，所述退磁信号是通过感测流过所述电感器的电流生成的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考信号指示的电压不大于内部参考电压与取决于所述***的电路结构的比例因子的乘积。