CN107172767B - 一种led控制驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型LED控制驱动电路,涉及LED驱动技术领域,主要包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路,所述LED调光电路包括产生内部基准电压模块、采样模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOFET管以及MOFET管驱动模块,所述比较器的正端连接电压VP,输出端连接电压转化时间模块以及MOFET管驱动模块;所述跨导放大器的正端连接电压VJ,负端连接电压VA,电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号;MOFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOFET管。***可以进入CCM模式,可以减小LED输出电压纹波,LED两端就可以不加滤波电容,LED灯的寿命也会得到很好的保障,简化了***电路,降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及LED驱动技术领域,具体涉及一种新型LED控制驱动电路。
背景技术
目前在LED驱动技术越来越成熟,同时对于成本的要求也越来越高。市面上的LED驱动电路,大部分都采用了BCM和DCM模式,这样的结构对于LED灯来说纹波大,需要在LED两端接滤波电容,特别是非隔离***,由于输出电压比较高,需要的电容耐压比较高,成本就比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足,提供一种可减少LED波纹,LED端部无须接滤波电容的控制驱动电路。
为了解决上述现有技术的不足,本发明采用的技术方案是:一种LED控制驱动电路,包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路,所述LED照明电路包括发光二极管、电感以及肖特基管,所述LED调光电路包括产生内部基准电压模块、采样保持模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOSFET管以及MOSFET管驱动模块;所述产生内部基准电压模块产生基准电压VP和VA,其中VP用于设定电感的峰值电流,VA用于设定电感的平均电流;所述LED照明电路的一端连接电源模块,另一端连接MOSFET管的漏极,MOSFET管的源极分别连接电阻RS、比较器的负端以及采样保持模块;所述采样保持模块用于采集MOSFET管打开瞬间和关闭瞬间的电压值VSH和VSL;所述均值计算模块的输入端连接采样保持模块用于计算电压值VSH和VSL的平均值,输出电压VJ;所述比较器的正端连接电压VP,输出端连接电压转化时间模块;所述跨导放大器的正端连接电压VJ,负端连接电压VA,输出信号电压VG;所述电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号;所述MOSFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOSFET管。
进一步的,所述采用保持模块包括开关A、B以及C以及三个电容,开关A的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接均值计算模块和电容,开关B的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接电容和开关C,开关C的一端连接开关B,另一端连接电容和均值计算模块,三个电容均接地,开关A、B以及C分别由驱动信号A、B以及C进行控制,其中驱动信号A、B以及C与MOSFET管的驱动信号DRV同周期,驱动信号A在驱动信号DRV开启时打开开关A一瞬间,延迟时间TD后,驱动信号B开启开关B,在驱动信号DRV关闭同时关闭开关B,驱动信号C在开关B关闭后将开关C打开,并且在驱动信号DRV开启前将开关C关闭。
进一步的,所述电压转化时间模块包括运算放大器、比较器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管,所述运算放大器的正端接入电压VG,负端接第一MOS管的源极,运算放大器的输出端接第一MOS管的栅极,第一MOS管的漏极接第二MOS管的源极,第二MOS管和第三MOS管共栅极且共漏极设置,第二MOS管和第三MOS管的漏极的连接供电电压,第三MOS管的源极连接比较器的正端,比较器连接第四MOS管的漏极,第四MOS管的栅极接入MOSFET管的驱动信号DRV。
进一步的,还包括高压转低压模块,所述高压转低压模块连接电源模块,将母线电压转化为电路内部使用电压。
进一步的,还包括欠压保护模块,欠压保护模块连接电路的供电端,用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压,防止反复开启关闭。
从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点:***可以进入CCM模式,可以减小LED输出电压纹波,一般设定纹波电流小于LED平均电流的30%,这样的话,LED两端就可以不加滤波电容,LED灯的寿命也会得到很好的保障,采样高压JFET,可以省掉启动电阻,简化了***电路,降低成本。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明中高压转低压模块的原理图;
图3为采样保持模块的原理图;
图4为各信号的波形波;
图5为均值计算模块的原理图;
图6为电压转化时间模块的原理图;
图7为驱动单元的原理图。
图8为电压VP、VA的波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1所示,本发明的LED控制驱动电路,包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路,所述LED照明电路包括发光二极管、电感以及肖特基管,电感通过肖特基管和LED灯管放电,此放电时间为退磁时间;反之,为充磁时间。
所述LED调光电路包括高压转低压模块、产生内部基准电压模块、欠压保护模块、采样保持模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOSFET管以及MOSFET管驱动模块。
高压转低压模块原理如图2所示,高压转低压模块连接电源模块,将母线电压转化为电路内部使用电压。HV端口接500V高压JFET,转换成中压,大概在20至30V左右,然后在转换成低压7V,当VDD超过7V则通过迟滞比较器来使信号S拉低,来关断M2,当VDD电压低于(VDD-迟滞电压),则信号S输出高阻态,M2打开,对VDD充电。信号DRV是用来当***正常工作是MOSFET管的振荡波形,在HV为低电位时拉低信号S,关闭M2,防止VCC电压倒流到HV端口。
欠压保护模块(图中的UVLO模块)用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压,防止反复开启关闭。
产生内部基准电压模块产生基准电压VP和VA,其中VP用于设定电感的峰值电流,VA用于设定电感的平均电流;当VCC电压达到了UVLO_ON,则开启***,输出高压功率管MOSFET管开始打开,电感电流开始上升,ISEN脚的电压就开始上升,到电压达到内部设定电压VP,则输出管关闭,电感开始放电,VP电压来设定电感的峰值电流;LED电流计算公式如下:
LED照明电路的一端连接电源模块,另一端连接MOSFET管的漏极,MOSFET管的源极分别连接电阻RS、比较器的负端以及采样保持模块。
采样保持模块用于采集MOSFET管打开瞬间和关闭瞬间的电压值VSH和VSL,其结构如图3所示,包括开关A、B以及C以及三个电容,开关A的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接均值计算模块和电容,开关B的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接电容和开关C,开关C的一端连接开关B,另一端连接电容和均值计算模块,三个电容均接地,开关A、B以及C分别由驱动信号A、B以及C进行控制,其波形图如图4所示,其中驱动信号A、B以及C与MOSFET管的驱动信号DRV同周期,驱动信号A在驱动信号DRV开启时打开开关A一瞬间,延迟时间TD后,驱动信号B开启开关B,在驱动信号DRV关闭同时关闭开关B,驱动信号C在开关B关闭后将开关C打开,并且在驱动信号DRV开启前将开关C关闭。
所述均值计算模块的输入端连接采样保持模块用于计算电压值VSH和VSL的平均值,输出电压VJ,其原理图如图5所示,包括两个运算放大器和两个电阻R,运算放大器的正端分别接入电压VSH和电压VSL,负端和输出端各自均连接电阻R。
所述比较器的正端连接电压VP,输出端连接电压转化时间模块以及MOSFET管驱动模块,在功率MOSFET工作的时候,关闭时间模块,在MOSFET不工作的时候,电压转化时间模块开始计算时间;所述跨导放大器的正端连接电压VJ,负端连接电压VA,输出信号电压VG。
所述电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号,其电路原理图如图6所示,所述电压转化时间模块包括运算放大器、比较器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管,所述运算放大器的正端接入电压VG,负端接第一MOS管的源极,运算放大器的输出端接第一MOS管的栅极,第一MOS管的漏极接第二MOS管的源极,第二MOS管和第三MOS管共栅极且共漏极设置,第二MOS管和第三MOS管的漏极的连接供电电压,第三MOS管的源极连接比较器的正端,比较器连接第四MOS管的漏极,第四MOS管的栅极接入MOSFET管的驱动信号DRV。
所述MOSFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOSFET管,包括逻辑控制、锁存器以及驱动单元等组成,其中驱动单元的电路图原理图如图7所示。
***工作原理如下:***上电后,HV端口是内置的高压端口,内置了一个高压JFET,并通过此高压转低压模块,转换成低压7V,供内部电路使用,作为内部电路的电源。模块“产生内部基准电压”产生内部使用的各个基准和偏置电流。当VCC电压达到了UVLO_ON,则开启***,输出高压功率管开始打开,电感电流开始上升,ISEN脚的电压就开始上升,到电压达到内部设定电压VP,则输出管关闭,电感开始放电,VP电压来设定电感的峰值电流。与ISEN脚连接的“采样保持”模块,则是采样在输出高压功率管打开瞬间和关闭瞬间的电压值,并保持。DRV是高压功率管的驱动波形,A,B,C是开关的驱动波形,当高电位则开关闭合,低电位则开关打开,当DRV开启瞬间则开关A打开,采样此时ISEN脚的电压,传递到VSL。同时延时TD后,开关B打开,采样ISEN脚的电压,并在DRV关闭时,则采样结束,然后开关C打开,采样电压则传送到VSH。
VSL和VSH通过“均值计算”模块,得到其平均电压,计算得到
计算得到的均值电压VJ传输到跨导放大器的一端,另一端则接的是内部设定的基准电压VA,此电压也是用于计算LED电流的电压,LED电流计算公式如下:
电压VA和VJ通过跨导放大器后会产生电压VG,此电压用于决定***的退磁时间,当VJ电压小于VA电压则VG电压会慢慢下降,此时VG电压通过“电压转换时间”模块,“电压转换时间”。可以得到***的退磁时间开始慢慢变小,此时***会从DCM,进入到BCM然后再进入到CCM模式,VSL电位会慢慢抬高,VJ的电压也会慢慢的随之上升,由于本身***是一个负反馈***,通过对跨导放大器的补偿,最终使VJ=VA,则***达到平衡。同理当VJ大于VA的情况下,VG的电压会增大,所对应的退磁时间也会增大,那么VSL的电位会下降,其平均电压VJ也会慢慢下降,最终保持在VJ=VA,***达到平衡。
在此***中VP>VA,并且VP<2×VA,VP设定的是电感的峰值电流,VA设定的是电感的平均电流;VP-VA则是设定的电感的纹波电流。具体波形,见图8。一般设定纹波电流小于LED平均电流的30%,这样的话,LED两端就可以不加滤波电容,LED灯的寿命也会得到很好的保障。
Claims (5)
1.一种LED控制驱动电路,包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路,所述LED照明电路包括发光二极管、电感以及肖特基管,其特征在于:所述LED调光电路包括产生内部基准电压模块、采样保持模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOSFET管以及MOSFET管驱动模块;所述产生内部基准电压模块产生基准电压VP和VA,其中电压VP用于设定电感的峰值电流,电压VA用于设定电感的平均电流;所述LED照明电路的一端连接电源模块,另一端连接MOSFET管的漏极,MOSFET管的源极分别连接电阻RS、比较器的负端以及采样保持模块;所述采样保持模块用于采集MOSFET管打开瞬间和关闭瞬间的电压值VSH和VSL;所述均值计算模块的输入端连接采样保持模块用于计算电压值VSH和VSL的平均值,输出电压VJ;所述比较器的正端连接电压VP,输出端连接电压转化时间模块;所述跨导放大器的正端连接电压VJ,负端连接电压VA,输出信号电压VG;所述电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号;所述MOSFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOSFET管。
2.根据权利要求1所述的LED控制驱动电路,其特征在于:所述采样保持模块包括开关A、B以及C以及三个电容,开关A的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接均值计算模块和电容,开关B的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接电容和开关C,开关C的一端连接开关B,另一端连接电容和均值计算模块,三个电容均接地,开关A、B以及C分别由驱动信号A、B以及C进行控制,其中驱动信号A、B以及C与MOSFET管的驱动信号DRV同周期,驱动信号A在驱动信号DRV开启时打开开关A一瞬间,延迟时间TD后,驱动信号B开启开关B,在驱动信号DRV关闭同时关闭开关B,驱动信号C在开关B关闭后将开关C打开,并且在驱动信号DRV开启前将开关C关闭。
3.根据权利要求1或者2所述的LED控制驱动电路,其特征在于:所述电压转化时间模块包括运算放大器、比较器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管,所述运算放大器的正端接入电压VG,负端接第一MOS管的源极,运算放大器的输出端接第一MOS管的栅极,第一MOS管的漏极接第二MOS管的源极,第二MOS管和第三MOS管共栅极且共漏极设置,第二MOS管和第三MOS管的漏极的连接供电电压,第三MOS管的源极连接比较器的正端,比较器连接第四MOS管的漏极,第四MOS管的栅极接入MOSFET管的驱动信号DRV。
4.根据权利要求1所述的LED控制驱动电路,其特征在于:还包括高压转低压模块,所述高压转低压模块连接电源模块,将母线电压转化为电路内部使用电压。
5.根据权利要求4所述的LED控制驱动电路,其特征在于:还包括欠压保护模块,欠压保护模块连接电路的供电端,用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压,防止反复开启关闭。
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