CN110035580B - 一种升压型led驱动电路的恒流控制电路及其应用 - Google Patents

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

一种升压型LED驱动电路的恒流控制电路及其应用

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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