CN204559950U - 用于闭路电视监控的电流反馈型led恒流控制器 - Google Patents
用于闭路电视监控的电流反馈型led恒流控制器 Download PDFInfo
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Abstract
用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，包括交流输入级、输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管；还包括与输出端连接的输出电容，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端；所述功率管和调整管之间连接有电流检测电阻；所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和电流检测器。本实用新型通过结合开关电容电路和线性恒流LDO实现对LED的无纹波恒流和反馈输出电压给开关电容环路，实现了传输能量按需供给；采用电流采样电路对功率管和调整管电流采样，提高了环路响应速度。
Description
技术领域
本实用新型属于集成电路设计领域，涉及开关电源，特别是一种用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器。
背景技术
随着高压LED灯珠的发展和LED驱动电源对成本和体积的越来越严苛的要求，低成本的高压恒流线性驱动方法在过去几年取得一定的技术更新和应用。但是目前线性驱动方法始终存在低可靠性，对输入电压和输出灯珠要求高匹配，无法承受输入和输出电压大幅波动等缺点，阻碍了线性驱动方法真正应用于LED照明的大批量生产和安全应用中。
图1给出目前市面上的常见无频闪线性驱动方法。20为恒流线性驱动芯片，芯片的供电由VDD提供，芯片内部一个高压LDO（线性稳压器），CS引脚外接电阻设置LED的电流。这里为300mV/15ohm=20mA。该方法要求输入电压必须非常稳定，输出LED的电压与Vbus电压接近。本例中Vbus平均电压约为220V*1.414-5V=306V，那么芯片LDO的损耗则为(306V-250V)*20mA=1.12W，这个损耗发热对芯片将是非常大的挑战。如果放进高温环境老化很容易发生失效。再加上电网波动和LED灯珠的合理变化范围，这些额外的压差还会再LDO上产生更大的损耗。目前有些线性芯片增加了过功率和过温度保护等，其原理都是通过降低LED的输出电流来实现对芯片的保护，也造成了输出发光变暗或闪烁等。所以这种简单的线性驱动方法的不具备实际可行性。
实用新型内容
为克服现有LED驱动芯片采用线性稳压器降压控制所存在的不足，本实用新型公开了一种用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器。
本实用新型所述用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，包括交流输入级、输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；
还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与负载LED的公共端和第一基准电压；还包括与输出端连接的输出电容，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端；所述功率管和调整管之间连接有电流检测电阻；
所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和电流检测器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和电流检测器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端，所述电流检测器的两个输入端分别连接所述电流检测电阻的两端。
优选的，所述电流检测电阻阻值为0.05-2欧姆。
具体的，所述交流输入级为四个二极管组成的全桥整流电路。
优选的，所述误差放大器的输出端和地之间连接有补偿电容。
具体的，所述调整管为PMOS或PNP管。
优选的，所述第一基准电压和第二基准电压由带隙基准电压源输出电压分压产生。
优选的，还包括输出端与逻辑驱动电路连接的保护电路。
本实用新型通过结合开关电容电路和线性恒流LDO，开关电容控制输入对COUT电容的充电能量路径导通和关断，LDO实现对LED的无纹波恒流和反馈输出电压给开关电容环路，实现了传输能量按需供给，采用电流采样电路对功率管和调整管电流采样，提高了环路响应速度。
附图说明
图1为目前现有的高压线性驱动方案结构示意图；
图2示出本实用新型的一种具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型所述本实用新型所述用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，包括交流输入级、输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；
还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与负载LED的公共端和第一基准电压；还包括与输出端连接的输出电容，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端；所述功率管和调整管之间连接有电流检测电阻；
所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和电流检测器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和电流检测器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端，所述电流检测器的两个输入端分别连接所述电流检测电阻的两端。
如图2所示，***分为两大部分，高压功率开关管MN1和输出电容COUT形成开关电容控制VBUS传输到COUT能量通路的导通和关断。LDO和调整管MP1为控制LED输出电流，它与输出LED灯串串联，LDO和LED导通的能量来自COUT。MP1的漏端连接负载LED串的正端LED+，LED+可实时反映COUT电容上能量的大小，LDO的正向输入端与第一基准电压连接。调整管可以为PMOS或PNP管。
采用上述LDO和调整管的控制方式，消除了由于输出电压波动造成的负载LED 上的压降波动，使LED输出电流更加稳定，同时使输入到内部控制环路的输出电压反馈端电压恒定，降低了控制环路的功率损耗。
这种闭环能量控制实现了控制电路的损耗不再与输入电压，输出电压有关，以输入电压为220V市电，输出电压用于驱动2-10个LED发光二极管，输出电压在6-30V的变化范围内为例进行测试，控制环路的效率随输出电压变化只有约3%的变化，控制环路的损耗仅仅变化0.2W左右。可以认为损耗与输出电压基本无关。
所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和电流检测器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和电流检测器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端，所述电流检测器的两个输入端分别连接所述电流检测电阻的两端。其中第一基准电压VREF1和第二基准电压VREF2由带隙基准电压源输出电压分压产生，分压方式可以采用常用的电阻分压形式。
如图2所示，将LED+即输出电压反馈端反馈输入到误差放大器与第一基准电压比较产生误差放大器输出电压COMP；本案例中采用的是一种波峰恒压的误差放大器，即该误差放大器的功能是恒定LED+点电压三角波的波峰稳定在一恒定值附近。COMP电压与电流检测电路输出的三角波电压进行比较产生功率管MN1的导通时间Ton。
电流检测电路为一放大器，两个输入端分别连接电流检测电阻，当功率管或调整管关闭时，电流检测电阻RCS上没有电流流过，放大器两端电压相等，电流检测电路输出低电平，当功率管和调整管开启时，电流在RCS上产生压降，电流检测电路输出被放大后的压降电压，且电流越大，RCS两端压差越大，电流检测电路输出电压越大，由于功率管周期性的开启，使电流检测电路输出为周期性且包含高低电平的波形。为降低电流检测电阻上的功耗，可以将电流检测电阻的阻值设置在0.5-2欧姆范围内。
COMP电压越高，TON时间越长，传输到输出电容COUT的能量越多，而对电流检测来说，电流检测电阻RCS上的电流越大，则电流检测电路的输出三角波斜率越陡，峰值越大，Ton时间越短，整个***形成电压和电流的反馈闭环控制，根据LED输出所需能量实现对COUT传输能量的导通时间的实时控制。
采用电流检测电路加入控制环路的设计使功率管电流的变化及时反映在控制环路中，提高了控制环路对功率管电流变化的响应速度，并且无须设计专门的三角波发生器。
交流输入级可以采用四个二极管组成的全桥整流电路将交流电转化为半波形式的直流周期性正弦波形。
优选的，所述误差放大器的输出端和地之间连接有补偿电容，可以为控制环路提供一个主极点，增强环路控制的稳定性。
优选的，还可以设置保护电路，例如过压保护电路、过热保护电路等，当检测到输出电压过大或功率管电流过大时控制逻辑驱动电路关闭功率管。
与现有技术相比，本发明可产生如下有益效果：
本实用新型通过结合开关电容电路和线性恒流LDO，开关电容控制输入对COUT电容的充电能量路径导通和关断，LDO实现对LED的无纹波恒流和反馈输出电压给开关电容环路，实现了传输能量按需供给，采用电流采样电路对功率管和调整管电流采样，提高了环路响应速度。
本实用新型最终实现了一种线性LED照明驱动电路，使控制环路上的损耗不再与输入电压和输出电压有强烈关系，不再需要LED输出电压与输入电压相匹配。这也使得本架构称为真正可通用于各种不同高压LED灯珠的低成本线性LED照明驱动方案。
前文所述的为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，包括交流输入级、输出端、输出电压反馈端、根据输出电压反馈端控制功率管开关占空比的控制环路和与控制环路连接的功率管；
其特征在于，还包括第一基准电压、LDO及连接在功率管和负载LED之间的调整管，所述调整管的控制端与LDO输出端连接，所述LDO的两个输入端分别连接调整管与负载LED的公共端和第一基准电压；还包括与输出端连接的输出电容，所述调整管与负载LED的公共端作为输出电压反馈端；所述功率管和调整管之间连接有电流检测电阻；
所述控制环路包括逻辑驱动电路、PWM比较器、误差放大器、第二基准电压和电流检测器，所述误差放大器的两个输入端分别连接第二基准电压和输出电压反馈端，所述PWM比较器的两个输入端分别连接误差放大器和电流检测器的输出端，所述PWM比较器的输出端连接逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端连接功率管控制端，所述电流检测器的两个输入端分别连接所述电流检测电阻的两端。
2. 如权利要求1所述的用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，其特征在于，所述电流检测电阻阻值为0.05-2欧姆。
3. 如权利要求1所述的用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，其特征在于，所述交流输入级为四个二极管组成的全桥整流电路。
4. 如权利要求1所述的用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，其特征在于，所述误差放大器的输出端和地之间连接有补偿电容。
5. 如权利要求1所述的用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，其特征在于，所述调整管为PMOS或PNP管。
6. 如权利要求1所述的用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，其特征在于，所述第一基准电压和第二基准电压由带隙基准电压源输出电压分压产生。
7. 如权利要求1所述的用于闭路电视监控的电流反馈型LED恒流控制器，其特征在于，还包括输出端与逻辑驱动电路连接的保护电路。
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