CN204014223U - 低成本紧凑型led驱动电路芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供低成本紧凑型LED驱动电路芯片,包括三个管脚:漏端DRAIN脚、地端GND脚、电源脚VIN;还包括:高压启动模块,用以为芯片电源脚VIN充电;检测模块,用以实时检测电源脚VIN的电压,确定是否需要高压启动模块对VIN脚充电;基准和偏置模块,输出端输出一个相对于GND脚相对恒定的电压Vref1;零电流检测模块,用以检测变压器次级绕组是否放电至零电流;恒流模块,输入端接零电流检测模块,输出端接逻辑模块,用以确保输出电流恒流;基准产生模块,用以产生基准电压Vref;限流模块,用以限定外接的采样电阻上的峰值电流;逻辑模块,用以产生PWM信号;驱动模块和一MOS管。本实用新型可缩减***应用成本以及IC自身的封装成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED电路,尤其是一种LED驱动电路芯片的架构。
背景技术
LED灯目前已广泛应用于照明领域,并因其独特的优势逐渐成为新一代的照明光源,各家公司在该领域的竞争异常激烈,如何缩减驱动电源应用方案的成本成为竞争者们必须要考虑的问题。
现有的隔离式电源模块变压器包含三个绕组;原边绕组储存能量;次级绕组为输出供电;辅助绕组为IC供电。图1为现有的LED驱动电路的应用原理图,101为交流电源;102~105为桥式整流器,106为滤波电容,与桥式整流器一起将交流电源转化为直流电源;107~108为IC电源脚的RC充电网络;109为连接辅助绕组的供电二极管;110为IC,内置功率管MOS;111~112为辅助绕组的分压电阻,电阻的连接点与芯片的FB脚相连;113为采样电阻;114为变压器,包括初级绕组NP、次级绕组NS及辅助绕组NA;115为续流二极管;116为输出滤波电容;117为LED。
***上电后,经整流后的直流电源通过RC充电网络对芯片电源VIN充电,当VIN电压达到芯片的启动点后,芯片内部模块开始工作,随后功率管MOS导通,功率管MOS导通后,原边绕组开始充电,电流逐渐升高,采样电阻113由于电流的逐渐升高,其电压也在不断上升。当采样电阻113的电压升到芯片基准Vref时,OCP(限流模块)翻转,并控制功率管MOS关闭,这时能量从原边绕组传至次级绕组。次级绕组通过放电的形式为输出供电,同时次级绕组上的电流逐渐减小。这时辅助绕组通过耦合的方式获得电压,并通过供电二极管109为芯片电源VIN供电。当次级绕组电流放电至零时,***发生准谐振,芯片FB脚检测到准谐振,并通过ZCS(零电流检测)模块处理后,再经CC(恒流)模块处理,最终控制功率管重新导通。
现有技术常用的恒流原理参考图2,输出电流可表示如下:
式中,Iout表示输出电流,Ipk表示原边绕组峰值电流,Ips表示次级绕组峰值电流,NP表示原边绕组匝数,NS表示次级绕组匝数,Ton表示导通时间,Tdem表示消磁时间,Td表示死区时间。ZCS模块用来采样消磁时间Tdem,CC模块用来固定消磁时间的占空比OCP模块用来固定原边绕组峰值电流Ipk。根据输出电流公式,***可以实现恒流。
采用这种架构,只要IC及***器件设计合理,可以获得很好的性能。但是这样一种架构对IC的封装要求较高,必须采用较多管脚的封装形式,封装成本高,同时需要匹配的***器件数量多,这给整个***的体积和成本造成了不小的压力。
发明内容
为了克服现有技术在缩减LED应用***成本上的不足,本实用新型提供了一种低成本紧凑型的LED驱动电路芯片的架构,不但简化了芯片(下文简称IC)的封装,在应用方案上更是仅需很少的器件,可大大降低***的体积和成本。本实用新型采用的技术方案是:
一种低成本紧凑型LED驱动电路芯片,包括三个管脚:漏端DRAIN脚、地端GND脚、电源脚VIN;还包括:
一高压启动模块,输入端连接DRAIN脚,输出端连接电源脚VIN,用以为芯片电源脚VIN充电;
一检测模块,输入端接电源脚VIN,控制端接高压启动模块,用以实时检测电源脚VIN的电压,确定是否需要高压启动模块对VIN脚充电,使得电源脚VIN能够在应用时稳定于预定值;
一基准和偏置模块,输入端接电源脚VIN,输出端至少输出一个相对于GND脚相对恒定的电压Vref1;
一零电流检测(ZCS)模块,输入端接DRAIN脚,输出端接恒流模块,用以检测变压器次级绕组是否放电至零电流;
一恒流(CC)模块,输入端接零电流检测模块,输出端接逻辑模块,用以确保输出电流恒流;
一基准产生(Vref_gen)模块,输入端接电压Vref1,用以产生基准电压Vref;
一限流(OCP)模块,同相输入端接基准电压Vref,反相输入端接GND脚,用以限定外接的采样电阻上的峰值电流;
一逻辑模块,输入端分别接恒流模块和限流模块的输出端,用以产生PWM信号;
一驱动模块,输入端接逻辑模块,输出端接MOS管栅极,用以放大PWM信号;
一MOS管,栅极接驱动模块的输出端,漏极接芯片DRAIN脚,源极接芯片GND脚。
进一步地,所述基准产生模块包括一个传输门TG,一个电容C1;传输门的使能端为低电平有效,接PWM信号;传输门TG的输入端接电压Vref1,输出端接电容C1的一端,电容C1的另一端接电源脚VIN;传输门TG的输出端输出电压Vref。
本实用新型的优点:本实用新型所提出的LED驱动电路芯片的架构可以极大地缩减IC***应用成本以及IC自身的封装成本。
附图说明
图1为现有技术下的LED驱动电路示意图。
图2为现有技术下LED驱动电路关键波形示意图。
图3为本实用新型的实施例结构框图。
图4为本实用新型的基准产生模块内部结构图。
图5为本实用新型Vref电压波形示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图3所示:本实用新型所提出的一种低成本紧凑型LED驱动电路芯片,包括三个管脚:漏端DRAIN脚、地端GND脚、电源脚VIN;还包括:一高压启动模块,输入端连接DRAIN脚,输出端连接电源脚VIN,用以为芯片电源脚VIN充电;一检测模块,输入端接电源脚VIN,控制端接高压启动模块,用以实时检测电源脚VIN的电压,确定是否需要高压启动模块对VIN脚充电,使得电源脚VIN能够在应用时稳定于预定值;一基准和偏置模块,输入端接电源脚VIN,输出端至少输出一个相对于GND脚相对恒定的电压Vref1;一零电流检测(ZCS)模块,输入端接DRAIN脚,输出端接恒流模块,用以检测变压器次级绕组是否放电至零电流;一恒流(CC)模块,输入端接零电流检测模块,输出端接逻辑模块,用以确保输出电流恒流;一基准产生(Vref_gen)模块,输入端接电压Vref1,用以产生基准电压Vref;一限流(OCP)模块,同相输入端接基准电压Vref,反相输入端接GND脚,用以限定外接的采样电阻上的峰值电流;一逻辑模块,输入端分别接恒流模块和限流模块的输出端,用以产生PWM信号;一驱动模块,输入端接逻辑模块,输出端接MOS管栅极,用以放大PWM信号;一MOS管,采用700v的功率MOS管,栅极接驱动模块的输出端,漏极接芯片DRAIN脚,源极接芯片GND脚。
在上述架构的驱动电路芯片的基础上,***器件可以得到极大地简化,包括:一桥式整流电路,一滤波电容,用以整流;一变压器;一采样电阻,连芯片107的GND引脚;一电源电容,连芯片107的VIN引脚;一续流二极管;一输出滤波电容;一组LED灯。
图3是本实用新型的具体实施例,该***包括:101为交流电源;D102~D105为桥式整流器,C106为滤波电容,与桥式整流器一起将交流电源转化为直流电源;107为驱动电路芯片IC,只需三个管脚;C108为电源电容,连接IC的电源脚VIN;R109为采样电阻,连接IC的GND引脚;T110为变压器,原边绕组分别连接桥式整流器和IC的引脚DRAIN,次级绕组连接续流二极管D111;C112为输出滤波电容;D113为输出LED灯串。
具体工作原理:***上电后,经整流后的直流线电压Vbus经过原边绕组,送至IC引脚DRAIN,DRAIN端高电压通过IC内部的高压启动模块为VIN脚外接电容C108充电,当VIN脚电压到达预定值V1时,VIN检测模块输出信号Ctrl关闭高压启动模块,这时芯片IC没有了供电源,VIN脚电压由于IC内部的消耗必然下降,这时检测模块检测到VIN脚电压低于预定值V1后,输出Ctrl开启高压启动模块。就这样,检测模块实时检测VIN脚电压的变化,控制高压启动模块是否对VIN电容C108充电,最终使得IC的电源脚VIN电压稳定于预定值V1,这点很关键。
IC启动后,逻辑模块控制功率管MOS第一次导通,采样电阻R109由于流过电流,导致IC的GND引脚电压升高,GND电压为:IP·Rcs,IP为原边绕组电流,Rcs为采样电阻R109的阻值。在功率管导通期间,IC内的所有电压(VIN、Vref除外)的实际电压都应加上GND电压IP·Rcs,且随着导通时间而增大。当GND引脚的电压到达基准电压Vref值时,OCP模块翻转,最终控制功率管MOS关断。***进入消磁时间,这时IC的GND电压回到零,次级绕组开始放电,电流以某一斜率下降,当次级绕组电流下降至零时,***发生准谐振,这时ZCS模块能够检测准谐振,即次级绕组零电流时刻。***进入死区时间,由CC模块控制死区时间的长度,为实现输出LED的恒流(这点与现有技术原理相同),当死区时间到达一定长度时,再次控制功率管的导通。
因此,本实用新型只要能固定电源脚VIN电压及基准电压Vref时,即在功率管导通时不随GND电压的升高而升高,该***就能够像现有技术一样实现恒流驱动功能。前文已经描述,通过高压启动模块与VIN检测模块可以稳定IC电源脚VIN电压,因此仅需对基准电压Vref作特殊处理,使其不随GND脚电压的变化而变化。
IC内部的基准产生模块(图3中的Vref_gen模块)就是通过电容的采样保持原理实现了基准电压Vref的固定。图4为Vref_gen模块的内部结构图,包括一个传输门TG,一个电容C1;传输门的使能端为低电平有效,接PWM信号;传输门TG的输入端接电压Vref1,输出端接电容C1的一端,电容C1的另一端接电源脚VIN;传输门TG的的输出端输出电压Vref。
TG的输入端Vref1来自基准和偏置模块,在功率管导通时,Vref1的电压值会随着GND电压的升高而升高(图5中左边部分的Ton时段)。传输门TG的使能端为PWM信号,且低电平有效,也就是说,功率管导通时(PWM为高电平),传输门TG不通;功率管关闭时(PWM为低电平),传输门导通。传输门TG的输出接一个大电容C1,C1另一端接电源脚电压VIN。该模块的工作原理:当功率管关闭时(IC的GND电压为零,PWM为低),传输门TG导通,电容C1采样电压并得到Vref;当功率管导通时(IC的GND电压上升,PWM为高),传输门TG不通,电容C1两端的电压保持。VIN脚电压是一个固定的电压,在采样时段(图5中左边部分的Toff时段)Vref1电压是恒定的,因此采样得到的Vref必然也固定。图5为基准电压Vref在整个周期内的波形示意图。左半部分为Vref1电压的变化波形图,Vref1电压相对于GND端固定,Ton时段,由于GND端电压抬升使得Vref1电压抬升,所以采样的是在Toff时段Vref1电压恒定不变的部分。右半部分是Vref电压波形。
综上所述,本实用新型提出的IC芯片架构可以极大地缩减***应用成本以及IC自身的封装成本。
这里本实施例的描述和应用是说明性的,并非像将本实施例的范围限制在上述实施例中。这里的实施例的变形和改变是可能的,凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在本实用新型的范围内。
Claims (2)
1.一种低成本紧凑型LED驱动电路芯片,其特征在于,包括三个管脚:漏端DRAIN脚、地端GND脚、电源脚VIN;还包括:
一高压启动模块,输入端连接DRAIN脚,输出端连接电源脚VIN,用以为芯片电源脚VIN充电;
一检测模块,输入端接电源脚VIN,控制端接高压启动模块,用以实时检测电源脚VIN的电压,确定是否需要高压启动模块对VIN脚充电,使得电源脚VIN能够在应用时稳定于预定值;
一基准和偏置模块,输入端接电源脚VIN,输出端至少输出一个相对于GND脚相对恒定的电压Vref1;
一零电流检测模块,输入端接DRAIN脚,输出端接恒流模块,用以检测变压器次级绕组是否放电至零电流;
一恒流模块,输入端接零电流检测模块,输出端接逻辑模块,用以确保输出电流恒流;
一基准产生模块,输入端接电压Vref1,用以产生基准电压Vref;
一限流模块,同相输入端接基准电压Vref,反相输入端接GND脚,用以限定外接的采样电阻上的峰值电流;
一逻辑模块,输入端分别接恒流模块和限流模块的输出端,用以产生PWM信号;
一驱动模块,输入端接逻辑模块,输出端接MOS管栅极,用以放大PWM信号;
一MOS管,栅极接驱动模块的输出端,漏极接芯片DRAIN脚,源极接芯片GND脚。
2.如权利要求1所述的低成本紧凑型LED驱动电路芯片,其特征在于:
所述基准产生模块包括一个传输门TG,一个电容C1;传输门的使能端为低电平有效,接PWM信号;传输门TG的输入端接电压Vref1,输出端接电容C1的一端,电容C1的另一端接电源脚VIN;传输门TG的输出端输出电压Vref。
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