CN110035580B - 一种升压型led驱动电路的恒流控制电路及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种恒流控制电路,延时器Delay的输入端接GATE端,输出端接反相器J21的输入端;与门J22的一个输入端接反相器J21的输出端,另一个输入端接GATE端,输出端接RS触发器J23的R端;RS触发器J23的S端接电感电流过零信号zcd,Q端输出信号disch;反相器J31的输入端接GATE端,输出端接D触发器DFF的CK端;D触发器DFF的D端接VCC端,R端接电感电流过零信号zcd;反相器J32的输入端接D触发器DFF的Q端,输出信号Non‑Tout;其优点在于可靠和稳定的恒流控制方法,可以为升压式LED开关驱动方案在全电压范围内控制输出电流的恒流精度。
Description
技术领域
本发明公开了一种升压型LED驱动电路的恒流控制电路及其应用
背景技术
近年来,高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。现今由于LED照明的飞速发展,原来几十瓦的白炽灯,可在直接用几瓦的LED灯泡替代了,这样就可以节约大量的能源。
根据LED的负载特性,不能像普通白炽灯一样,直接用电压源供电,否则电压波动稍增,电流就会增大到将LED烧毁的程度。为了稳定LED的工作电流,保证LED能正常可靠地工作,需要有一种可控恒流源来控制。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种升压型LED驱动电路的恒流控制电路及其应用,可靠和稳定的恒流控制方法,可以为升压式LED开关驱动方案在全电压范围内控制输出电流的恒流精度;以克服现有技术中的缺陷。
本发明提供一种恒流控制电路,包括:采样电路J1、信号生成电路J2、信号生成电路J3和电流算法功能电路J4;其中,信号生成电路J2包括,延时器Delay、反相器J21、与门J22、RS触发器J23;延时器Delay的输入端接GATE端,输出端接反相器J21的输入端;与门J22的一个输入端接反相器J21的输出端,另一个输入端接GATE端,输出端接RS触发器J23的R端;RS触发器J23的S端接电感电流过零信号zcd,Q端输出信号disch;信号生成电路J3包括,反相器J31、D触发器DFF、反相器J32;反相器J31的输入端接GATE端,输出端接D触发器DFF的CK端;D触发器DFF的D端接VCC端,R端接电感电流过零信号zcd;反相器J32的输入端接D触发器DFF的Q端,输出信号Non-Tout;采样电路J1包括,控制开关S11、控制开关S12、储能电容C13、运算放大器G14、控制开关S15、控制开关S16、滤波电阻R17、滤波电容C18和反相器J19;控制开关S11的一端接CS端,另一端接运算放大器G14的正相输入端,GATE端信号控制控制开关S11的通断;控制开关S12的一端接运算放大器G14的正相输入端,另一端接地,信号disch控制控制开关S12的通断;储能电容C13一端接运算放大器G14的正相输入端,另一端接地;运算放大器G14的负相输入端接运算放大器G14的输出端;控制开关S15的一端接运算放大器G14的输出端,另一端分别接控制开关S16、滤波电阻R17的一端;控制开关S16的另一端接地;滤波电阻R17的另一端输出信号Vcal-avg;滤波电容C18的一端接滤波电阻R17的另一端,另一端接地;反相器J19的输入端接信号Non-Tout,输出端控制控制开关S15的通断;信号Non-Tout控制控制开关S16的通断;电流算法功能电路J4包括,运算放大器EA41、运算放大器G42、电流源I43、电容C44;运算放大器EA41的正相输入端接采样电路J1的输出信号Vcal-avg,负相输入端接恒流控制基准电压Vref_cc,输出端接COMP端;电流源I43的输入端接VCC端,输出端接运算放大器G42的负相输入端;运算放大器G42的正相输入端接COMP端,输出恒流控制信号norm_off。
另外,本发明提供一种LED驱动芯片,包括上述恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4和MOS管驱动电路K5;恒流控制电路K1的输入接CS端、COMP端,输出恒流控制信号norm_off;峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流,并输出峰值电流到达信号Ipk_off;过零电流检测电路K4探测电感电流过零点,并输出电流过零信号zcd;逻辑控制电路K3输入信号峰值电流到达信号Ipk_off、信号恒流控制信norm_off和电流过零信号zcd,输出信号MOS_ON;MOS管驱动电路K5接入逻辑控制电路K3的输出信号MOS_ON,输出接GATE端、以及过零电流检测电路K4。
进一步,本发明提供一种LED驱动芯片,还可以具有这样的特征:还包括低压供电电路K6;低压供电电路K6从HV端输入高压,输出低压至Vcc端。
进一步,本发明提供一种LED驱动芯片,还可以具有这样的特征:具有接地的GND端。
另外,本发明提供一种升压式LED开关驱动电路,包括:输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1,以及如权利要求2所述LED驱动芯片T1;输入电容C1的一端接直流电压Vin,另一端接地;充放电电感L1的一端接直流电压Vin,另一端接开关MOS管M1的漏极;LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin;储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端,另一端接地;外部电容C4一端接LED驱动芯片T1的COMP端,另一端接地;开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端,源极接LED驱动芯片T1的CS端;电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极,另一端接地;二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极,负极接LED负载D1的一端;LED负载D1的另一端接地。
进一步,本发明提供一种升压式LED开关驱动电路,还可以具有这样的特征:还包括输出电容C3;输出电容C3并联在LED负载D1的两端。
进一步,本发明提供一种升压式LED开关驱动电路,还可以具有这样的特征:LED驱动芯片T1的GND端接地。
附图说明
图1为本发明中的升压式LED开关驱动电路图。
图2为本发明中的升压式LED开关驱动电路的工作波形图。
图3为本发明中的LED驱动芯片的电路图。
图4为本发明中的信号生成电路J2的电路图。
图5为本发明中的信号生成电路J3的电路图。
图6为本发明中的采样电路J1的电路图。
图7为本发明中的电流算法功能电路J4的电路图。
图8为本发明中的波形图。
附图标记:
Rs――电流检测电阻
L1――充放电电感
M1――开关MOS管
D1――LED负载
D2――续流二极管
Iout――LED负载输出电流
Vin――输入整流电压
Im――电感L1的电流
Is――电感L1的充电电流
Id――电感L1的放电电流
Im――电感L1的电流
Vcs――电流检测电阻Rs两端的电压
Id――电感L1的放电电流
Vgate――MOS管M1栅极电压
Im_pk――电感L1峰值电流
Vcs_pk――Vcs的峰值电压
Ton――电感L1充电时间
Tdis――电感L1放电时间
Tdisc――电感L1电流为0的时间
T――开关周期时间
Gate――MOS管M1的栅极信号
MOS_ON――逻辑控制电路K3的输出信号
drn――MOS管M1的漏极
zcd――电感电流过零信号
Ipk_off――峰值电流到达信号
norm_off――恒流控制电路输出信号
Vcs――电流检测电阻Rs两端的电压
Vgate――MOS管M1栅极电压
zcd――电感电流过零点的检测信号
G14――运算放大器
C13――储能电容
C17――滤波电容
R18――滤波电阻
Vm――电容Cs电压
Vcal――MOS管M1关断时的Vcs峰值电压
Vcal_avg――Vcal平均电压
Vref_cc――恒流控制基准电压
具体实施方式:
以下结合附图和具体实施例,对本发明做进一步说明。
图1为本发明中的升压式LED开关驱动电路图。
如图1所示,一种升压式LED开关驱动电路,整流桥、输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1、输出电容C3和LED驱动芯片T1。LED驱动芯片T1具有HV端、Vcc端、COMP端、DIM端、Gate端、CS端、GND端。
交流输入ACin经整流后输出直流电压Vin。输入电容C1的一端接直流电压Vin,另一端接地。充放电电感L1的一端接直流电压Vin,另一端接开关MOS管M1的漏极。LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin。储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端,另一端接地。外部电容C4一端接LED驱动芯片T1的COMP端,另一端接地。开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端,源极接LED驱动芯片T1的CS端。电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极,另一端接地。续流二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极,负极接LED负载D1的一端。LED负载D1的另一端接地。输出电容C3并联在LED负载D1的两端。LED驱动芯片T1的GND端接地,DIM端悬空。
LED驱动芯片T1和外部元器件构成了一个升压式LED开关驱动电路用来给LED负载D1提供恒流输出。交流输入经整流后并经过输入电容C1滤波后,产生一个直流电压Vin用以给LED负载供电。COMP端接外部电容C4为恒流控制提供环路补偿。外置的开关MOS管M1的栅极由LED驱动芯片T1的Gate端驱动。由于只有在开关MOS管M1关断时,充放电电感L1才会对LED负载D1提供电流,因此流过电流检测电阻Rs的电流Is,仅仅是输入电源对充放电电感L1的充电电流,而真正的负载电流Iout,则是充放电电感L1对LED负载D1的放电电流Id的平均值。
图3为本发明中的LED驱动芯片的电路图。
如图3所示,为了能够通过检测Is而间接获得Iout的信息,本发明通过在LED驱动芯片T1内建立一个恒流控制电路,从而只需实时检测Is就可精确的控制输出电流,达到可靠和稳定的恒流控制。
LED驱动芯片包括:恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4、MOS管驱动电路K5、低压供电电路K6。
低压供电电路K6从HV端输入高压,输出低压至Vcc端,并储能于外部电容C4以给LED驱动芯片内部的其他功能模块供电(所有模块默认都连接VCC)。峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流,并输出峰值电流到达信号Ipk_off。过零电流检测电路K4探测电感电流过零点,并输出电流过零信号zcd。恒流控制电路K1的输入接CS端、COMP端,输出恒流控制信号norm_off。逻辑控制电路K3输入信号峰值电流到达信号Ipk_off、信号恒流控制信norm_off和电流过零信号zcd,输出信号MOS_ON;来决定MOS管M1的开关状态以达到恒压输出的目的。MOS管驱动电路K5接入逻辑控制电路K3的输出信号MOS_ON,输出接GATE端、以及过零电流检测电路K4。LED驱动芯片的GND端接地。
恒流控制电路K1包括:采样电路J1、信号生成电路J2、信号生成电路J3和电流算法功能电路J4。
如图4所示,信号生成电路J2包括,延时器Delay、反相器J21、与门J22、RS触发器J23。延时器Delay的输入端接GATE端,输出端接反相器J21的输入端;与门J22的一个输入端接反相器J21的输出端,另一个输入端接GATE端,输出端接RS触发器J23的R端;RS触发器J23的S端接电感电流过零信号zcd,Q端输出信号disch。
如图5所示,信号生成电路J3包括,反相器J31、D触发器DFF、反相器J32。反相器J31的输入端接GATE端,输出端接D触发器DFF的CK端;D触发器DFF的D端接VCC端,R端接电感电流过零信号zcd;反相器J32的输入端接D触发器DFF的Q端,输出信号Non-Tout。
如图6所示,采样电路J1包括:控制开关S11、控制开关S12、储能电容C13、运算放大器G14、控制开关S15、控制开关S16、滤波电阻R17、滤波电容C18和反相器J19。控制开关S11的一端接CS端,另一端接运算放大器G14的正相输入端,GATE端信号控制控制开关S11的通断;控制开关S12的一端接运算放大器G14的正相输入端,另一端接地,信号disch控制控制开关S12的通断;储能电容C13一端接运算放大器G14的正相输入端,另一端接地;运算放大器G14的负相输入端接运算放大器G14的输出端;控制开关S15的一端接运算放大器G14的输出端,另一端分别接控制开关S16、滤波电阻R17的一端;控制开关S16的另一端接地;滤波电阻R17的另一端输出信号Vcal-avg;滤波电容C18的一端接滤波电阻R17的另一端,另一端接地;反相器J19的输入端接信号Non-Tout,输出端控制控制开关S15的通断;信号Non-Tout控制控制开关S16的通断。
如图7所示,电流算法功能电路J4包括,运算放大器EA41、运算放大器G42、电流源I43、电容C44。运算放大器EA41的正相输入端接采样电路J1的输出信号Vcal-avg,负相输入端接恒流控制基准电压Vref_cc,输出端接COMP端;电流源I43的输入端接VCC端,输出端接运算放大器G42的负相输入端;运算放大器G42的正相输入端接COMP端,输出恒流控制信号norm_off。
信号生成电路J2、信号生成电路J3的作用是生成信号disch和Non-Tout并将这两个信号输出到采样电路J1。采样电路的作用是把电流检测电阻Rs两端的电压Vcs处理成可代表输出电流的电压信号,具体过程如下:1.通过信号Gate和disch控制开关S11和S12,在MOS管M1导通时采样Vcs的峰值电压并存贮于电容C13上(Vm)。2.通过运算放大器G14和信号Non-Tout控制的开关S15和S16将Vm电压变化为MOS管M1关断时的Vcs峰值电压Vcal。3.通过电阻R17和电容C18来生成Vcal电压的平均值Vcal_avg。电流算法功能电路能够真正代表输出电流的电压信号Vcal_avg被从Vcs中提取出来了,其电压值为:
由此可以建立Vcal_avg信号和输出电流的关系为:
通过检测Vcal_avg信号,升压式LED开关驱动方案的恒流输出控制得以实现。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。任何不超出本发明实质精神范围的发明创造,非实质性的替换、变形或修改,均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种恒流控制电路,其特征在于:包括,采样电路J1、信号生成电路J2、信号生成电路J3和电流算法功能电路J4;
其中,信号生成电路J2包括,延时器Delay、反相器J21、与门J22、RS触发器J23;
延时器Delay的输入端接GATE端,输出端接反相器J21的输入端;与门J22的一个输入端接反相器J21的输出端,另一个输入端接GATE端,输出端接RS触发器J23的R端;RS触发器J23的S端接电感电流过零信号zcd,Q端输出信号disch;
信号生成电路J3包括,反相器J31、D触发器DFF、反相器J32;
反相器J31的输入端接GATE端,输出端接D触发器DFF的CK端;D触发器DFF的D端接VCC端,R端接电感电流过零信号zcd;反相器J32的输入端接D触发器DFF的Q端,输出信号Non-Tout;
采样电路J1包括,控制开关S11、控制开关S12、储能电容C13、运算放大器G14、控制开关S15、控制开关S16、滤波电阻R17、滤波电容C18和反相器J19;
控制开关S11的一端接CS端,另一端接运算放大器G14的正相输入端,GATE端信号控制控制开关S11的通断;控制开关S12的一端接运算放大器G14的正相输入端,另一端接地,信号disch控制控制开关S12的通断;储能电容C13一端接运算放大器G14的正相输入端,另一端接地;运算放大器G14的负相输入端接运算放大器G14的输出端;控制开关S15的一端接运算放大器G14的输出端,另一端分别接控制开关S16、滤波电阻R17的一端;控制开关S16的另一端接地;滤波电阻R17的另一端输出信号Vcal-avg;滤波电容C18的一端接滤波电阻R17的另一端,另一端接地;反相器J19的输入端接信号Non-Tout,输出端控制控制开关S15的通断;信号Non-Tout控制控制开关S16的通断;
电流算法功能电路J4包括,运算放大器EA41、运算放大器G42、电流源I43、电容C44;
运算放大器EA41的正相输入端接采样电路J1的输出信号Vcal-avg,负相输入端接恒流控制基准电压Vref_cc,输出端接COMP端;电流源I43的输入端接VCC端,输出端接运算放大器G42的负相输入端;运算放大器G42的正相输入端接COMP端,输出恒流控制信号norm_off。
2.一种LED驱动芯片,其特征在于:
包括,如权利要求1所述的恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4和MOS管驱动电路K5;
其中,恒流控制电路K1的输入接CS端、COMP端,输出恒流控制信号norm_off;
峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流,并输出峰值电流到达信号Ipk_off;
过零电流检测电路K4探测电感电流过零点,并输出电流过零信号zcd;
逻辑控制电路K3输入信号峰值电流到达信号Ipk_off、信号恒流控制信norm_off和电流过零信号zcd,输出信号MOS_ON;
MOS管驱动电路K5接入逻辑控制电路K3的输出信号MOS_ON,输出接GATE端、以及过零电流检测电路K4。
3.如权利要求2所述的LED驱动芯片,其特征在于:
还包括低压供电电路K6;低压供电电路K6从HV端输入高压,输出低压至Vcc端。
4.如权利要求2所述的LED驱动芯片,其特征在于:具有接地的GND端。
5.一种升压式LED开关驱动电路,其特征在于:
包括,输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1,以及如权利要求2所述LED驱动芯片T1;
输入电容C1的一端接直流电压Vin,另一端接地;
充放电电感L1的一端接直流电压Vin,另一端接开关MOS管M1的漏极;
LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin;
储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端,另一端接地;
外部电容C4一端接LED驱动芯片T1的COMP端,另一端接地;
开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端,源极接LED驱动芯片T1的CS端;
电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极,另一端接地;
二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极,负极接LED负载D1的一端;
LED负载D1的另一端接地。
6.如权利要求5所述的升压式LED开关驱动电路,其特征在于:
还包括输出电容C3;输出电容C3并联在LED负载D1的两端。
7.如权利要求5所述的升压式LED开关驱动电路,其特征在于:
LED驱动芯片T1的GND端接地。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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