CN100499950C - 自适应输出的白光发光二极管的驱动器 - Google Patents

Abstract

自适应输出的白光发光二极管的驱动器是一种具有高功率转换效率，足够驱动多个串联LED的驱动器，在该驱动器中，驱动管(Q)的控制端接输出驱动级(1)和输出控制电路(2)，驱动管的输出端接电感线圈(L)和二极管(D)的负端，二极管的正端为输出端的负级，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容(Cout)、负载电阻(R_L)、两只相串联的第一反馈电阻(Ra)、第二反馈电阻(Rb)；驱动管的另一端接电源(VIN)；输出驱动级的输入端接PWM控制器(3)的输出端，PWM控制器的反相输入端接误差放大器(4)的输出端，误差放大器的反相输入端接第一反馈电阻、第二反馈电阻的接点处，PWM控制器的同相输入端接启动模块(5)和振荡器(6)。

Description

自适应输出的白光发光二极管的驱动器

技术领域

本发明是一种用于白光LED的自适应输出驱动器，属于电源管理类的白光LED驱动技术领域。

背景技术

目前，市场上没有该种自适应、升降压型的白光LED驱动IC。

现阶段市场上要达到类似的目的或效果采用的是NMOS驱动的单纯升压或降压电路，应用范围比较狭窄，电源的选择范围小。降压电路单独实现一个降压过程，要求电源电压大于额定输出电压，当电源电压低于额定输出电压时将不能继续工作，那么电源有很大一部分能量(电源电压低于额定输出电压部分)不能使用，对电源(特别是电池等便携式电源)的使用效率低；升压电路单独实现一个升压过程，要求电源电压小于额定输出电压，当电源电压超过额定输出电压，电源电压将通过外围回路直接加到输出端，有可能对外围电路造成损害，这样电源的选择范围小。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种自适应输入的白光发光二极管的驱动器，该驱动器具有高功率转换效率，足够驱动多个串联LED。

技术方案：本发明是一种基于PMOS的自适应输出驱动电路，在该驱动器中，驱动管的控制端接输出驱动级和输出控制电路，驱动管的输出端接电感线圈和二极管的负端，二极管的正端为输出端的负级，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容、负载电阻、两只相串联的第一反馈电阻、第二反馈电阻；驱动管的另一端接电源；输出驱动级的输入端接PWM控制器的输出端，PWM控制器的反相输入端接误差放大器的输出端，误差放大器的反相输入端接第一反馈电阻、第二反馈电阻的接点处，PWM控制器的同相输入端接启动模块和振荡器。

输出驱动级由多路相同的驱动电路所组成，每一路驱动电路由一个开关电路、一个输出驱动电路、一个驱动晶体管顺序串联组成；其中，开关电路的输入端接第二驱动电路的输出端，开关电路的控制端分别接第一驱动电路的输出端，输出驱动级的输出端为驱动晶体管的输出端。

为了降低最低工作电压，本电路的输出为负电压，同时将这个负电压引入作为整个电路的负电源，这样整个电路会工作在Vin(正电源)和—|Vout|(负电源)之间。当输出管打开时，电源和电感L组成输入回路，电源给电感充电，输出为负压，则二极管D反偏。负载电阻R上的电流由输出储能电容Cout提供。当输出管关闭时，电源断开，及输入回路开路，但电感会维持原来的电流方向不变，而电感的下端接地，那么电感在Vlx和Vout产生负的电动势以维持电流，二极管D正偏，电感通过二极管从输出回路抽出电流，在输出端产生并增大负电压，此时负载电阻R上的电流由储能电感L提供的，同时电感的电流给输出储能电容Cout充电。

输出采用自适应PMOS管驱动结构，电路能依据不同的输入电压改变输出PMOS驱动能力，从而提高了转换效率，降低了晶体管上的功耗。而且采用PMOS输出管，导通时给电感充电储能，关闭时将输入和输出回路彻底隔离开，此时电源只提供电路的功耗，将电源的消耗降到最低，极大的提高了电源的利用效率。

电路中采用PMOS管作为输出驱动管，电源电压越高，输出驱动管的驱动能力越强，在满足外围负载驱动的条件下，多余的驱动电流会带来器件的发热而浪费一部分能量，同时也带来电流过大器件烧毁的可能性。这里加入电源检测电路，在电源电压升高时关闭一定的开关管。输出级电路如下：

电路中采用通过分压电阻分压，后和参考电压比较，在不同的电源电压段打开不同数量的开关管。

在输入电压较低时，输出管可以提供的输出电流较小，输出模块检测输入电压，开启更多输出管参与充电过程，加大充电效率。

在输入电压较大时，相同尺寸的输出管可以提供更大的输出电流，因此维持一定的充电电流不再需要太大的输出管，此时输出模块检测输入电压，并相应的关闭部分输出管。

在上电时，输出管的状态不定，为了避免开机大电流，这里在输出模块中加入上电复位，及在上电过程中先将所有的输出管关闭，然后在检测输入电压，开启一定的输出管。

有益效果：由于采用了SELF-ADJUST PMOS Buck-Boost结构，本电路在高功率转换效率的条件下，可支持1.5~9.0V的极低输入电压和大输入范围，从而允许使用单节锂(锂离子)电池，或者多节镍氢(NiMH)、镍镉(NiCd)以及碱性电池直接供电产生高达15V可调节的稳定的输出电压，足够驱动多个串联LED。本实用新型采用了升压降压结构，同时外围器件少，极大的扩展了应用范围。

附图说明

图1是自适应输出部分的电路原理图。

图2是输出驱动级和输出控制部分的电路原理图。

图3是电源检测部分的电路原理图。

以上的图中有：输出驱动级1，输出控制电路2，PWM控制器3，误差放大器4，启动模块5，振荡器6，参考电压7；驱动管Q，电感线圈L，二极管D，输出电容Cout，负载电阻RL，第一反馈电阻Ra，第二反馈电阻Rb，电源VIN。

具体实施方式

本电路由输出驱动级1，输出控制电路2，PWM控制器3，误差放大器4，启动模块5，振荡器6，参考电压7组成。

这里给出输出控制、输出驱动级和驱动管。

其它元件如下：

Cin输入电容为1uF的电解电容，

Cout输出储能电容为100uF的电解电容，

L能量转化电感为68uH电感，

RL为负载，

D为普通二极管，

本发明的自适应输出的白光发光二极管的驱动器中，驱动管Q的控制端接输出驱动级1和输出控制电路2，驱动管Q的输出端接电感线圈L和二极管D的负端，二极管D的正端为输出端的负级，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容Cout、负载电阻RL、两只相串联的第一反馈电阻Ra、第二反馈电阻Rb；驱动管Q的另一端接电源VIN；输出驱动级1的输入端接PWM控制器3的输出端，PWM控制器3的反相输入端接误差放大器4的输出端，误差放大器4的反相输入端接第一反馈电阻Ra、第二反馈电阻Rb的接点处，PWM控制器3的同相输入端接启动模块5和振荡器6。输出驱动级1由多路相同的驱动电路所组成，每一路驱动电路由一个开关电路Kn、一个输出驱动电路Fn、一个驱动晶体管Qn顺序串联组成；其中，开关电路Kn的输入端接第二驱动电路21的输出端，开关电路Kn的控制端分别接第一驱动电路11的输出端，输出驱动级1的输出端为驱动晶体管Qn的输出端LX。

上电后启动模块优先工作，启动模块检查产生脉冲波控制输出管，并同时检测输出负电压，当内部电路全部可以正常工作时，启动模块不工作转为内部电路工作。参考电压模块产生一个基准电压用来和输出反馈电压通过误差放大器比较以确定输出电压是否达到额定电压。振荡器产生控制需要的脉冲波，同时PWM控制器使用误差放大器的输出信号调节脉冲波的占空比，以调节充放电时间，达到控制输出电压的目的。输出控制部分检测电源电压，组合产生一组控制信号，输出到输出驱动级，调整输出驱动管的尺寸，控制输出电流在一定范围之内，既保证足够的驱动电流，有不使驱动电流过大。

本电路使用标准P阱双铝双多晶CMOS工艺，工艺制作上并没有难度，关键在于工艺参数调整和工艺参数一致性上。

Claims (2)

1.一种自适应输出的白光发光二极管的驱动器，其特征在于在该驱动器中，驱动管(Q)的控制端接输出驱动级(1)，输出驱动级(1)的第一输入端接输出控制电路(2)，驱动管(Q)的输出端接相并联的电感线圈(L)和二极管(D)的负端，二极管(D)的正端为驱动器输出端(VOUT)的负极，二极管(D)的正端与驱动器输出端(VOUT)的正极之间分别并联有输出电容(Cout)、负载电阻(R_L)、两只相串联的第一反馈电阻(Ra)、第二反馈电阻(Rb)；驱动管(Q)的另一端接电源(VIN)；输出驱动级(1)的第二输入端接PWM控制器(3)的输出端，PWM控制器(3)的反相输入端接误差放大器(4)的输出端，误差放大器(4)的反相输入端接第一反馈电阻(Ra)、第二反馈电阻(Rb)的接点处，PWM控制器(3)的同相输入端接启动模块(5)和振荡器(6)。

2.根据权利要求1所述的自适应输出的白光发光二极管的驱动器，其特征在于输出驱动极(1)由多路相同的驱动电路所组成，每一路驱动电路由一个开关电路(Kn)、一个输出驱动电路(Fn)、一个驱动晶体管(Qn)顺序串联组成；其中，开关电路(Kn)的输入端接输出控制电路(2)中第二驱动电路(21)的输出端，开关电路(Kn)的控制端分别接第一驱动电路(11)的输出端，输出驱动极(1)的输出端为驱动晶体管(Qn)的输出端(LX)。

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