CN101707837A - 输出电压及电感量变化保持恒流的源级驱动led驱动电路 - Google Patents

Abstract

输出电压及电感量变化保持恒流的源级驱动LED驱动电路，包括电阻R1、稳压管、电容器、续流二极管D1和电感，还包括：第一MOS晶体管，栅极连接稳压管的负极，漏极连接在电感与D1之间，源极连接馈流二极管D2的正极，D2的负极连接稳压管的负极；以及源极驱动控制电路，该控制电路包括第二晶体管、RS触发器、比较器和电感电流过零检测器。当电感电流过零检测器检测到电感电流过零时，产生置位信号并将该信号输出到RS触发器的S输入端，使得第二晶体管导通；当输出电流增大到使得比较器正输入端的电压等于参考电压时，比较器翻转，控制第二晶体管关闭。根据本发明的驱动电路，输出电流不受电感量和输出电压的影响，提高了稳定性，而且降低了电路的复杂性及成本。

Description

输出电压及电感量变化保持恒流的源级驱动LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电路，尤其涉及一种提高了输出电流稳定性的LED驱动电路。

背景技术

图1是传统的LED驱动电路的示意图。如图1所示，在电源VIN与地之间串联连接电阻R1和稳压管Z1，稳压管Z1的正极连接到地，稳压管Z1的负极连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接到电源VIN；电容器C1并联连接于稳压管Z1的两端；续流二极管D1的负极连接到负载LED的正极和电源VIN，续流二极管D1的正极连接到电感L的第一端，电感L的第二端连接到负载LED的负极；开关管M连接于电感L与采样电阻RCS之间，该开关管M受控于虚线框内示出的控制电路，它由电阻R1、电容器C1、稳压管Z1从电源VIN取电。控制电路通常包括计时器12、比较器11和RS触发器13。

开关管M导通时，电感L电流增加，节点CS处电压增加，直到节点CS处电压升高到参考电压V1时，比较器11翻转，RS触发器13清零，开关管M关断，计时器12开始计时，电感L通过续流二极管D1、负载LED放电，电流降低；计时器计时结束时，RS触发器13置高，开关管M重新开启，完成一个周期。

上述传统的驱动电路中，存在如下缺点：该驱动电路通过控制峰值电流和纹波电流来恒定输出电流，峰值电流由比较器11、参考电压V1和采样电阻RCS确定，电感电流下降斜率与输出电压Vout成正比，与电感量L成反比，纹波电流Ipp和输出平均电流Iout分别由下式所示：

$I_{\mathrm{pp}}=\frac{\mathrm{Vout}}{L}*\mathrm{Toff}$

$I_{\mathrm{out}}=I_{\mathrm{pk}}-\frac{1}{2}*I_{\mathrm{pp}}$

图2示出了不同电感量下的电流波形，很明显，在相同的关断时间内，电感量低，纹波电流大，平均电流小。

由上可以看出，传统的LED驱动电路输出平均电流随输出电压及电感量而变化，输出电流易受电感量和输出电压的影响，稳定性低，这增加了系统设计的复杂性和电感的成本。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的上述问题，提供一种提高输出电流稳定性的LED驱动电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种LED驱动电路，包括电阻R1、稳压管Z1、电容器C1、以及连接于负载LED两端的串联连接的续流二极管D1和电感L，所述LED驱动电路还包括：第一开关MOS晶体管，其栅极连接到稳压管Z1的负极，漏极连接到电感L与续流二极管D1之间，源极连接到馈流二极管D2的正极，该馈流二极管D2的负极连接到稳压管Z1的负极；和源极驱动控制电路，该源极驱动控制电路包括：第二开关晶体管，该第二开关晶体管的漏极连接到第一开关MOS晶体管的源极，其源极经由采样电阻RCS连接到地；RS触发器，其输出端与第二开关晶体管的栅极相连以控制第二开关晶体管的导通与关闭；比较器，该比较器的正输入端连接到第二开关晶体管的源极，其输出端连接到RS触发器的R输入端，参考电压被提供到比较器的负输入端；电感电流过零检测器，用于检测电感电流，当检测到电感电流过零时，电感电流过零检测器产生置位信号并将该置位信号输出到RS触发器的S输入端.

在一可选实施例中，第二开关晶体管可以为PMOS晶体管。

在另一可选实施例中，第二开关晶体管可以为NMOS晶体管。

在又一可选实施例中，第二开关晶体管可以为NPN晶体管。

另外，电感电流过零检测器通过对第一开关晶体管的源级波形进行检测，确定电感电流过零点。

另外，电阻R1和稳压管Z1可串联连接于电源VIN与地之间，且稳压管Z1的正极连接到地，电容器C1可与稳压管Z1并联连接。

根据本发明的实施例中，当电感电流过零检测器检测到电感电流过零时，产生置位信号并将该信号输出到RS触发器的S输入端，使得第二开关晶体管导通；当电感电流增大到使得比较器正输入端的电压等于参考电压时，比较器翻转，控制第二开关晶体管关闭。根据本发明的驱动电路以临界连续模式工作，使得输出电流不受电感量和输出电压的影响，提高了稳定性，降低了电路的复杂性及成本。

附图说明

从下面结合附图对具体实施例的描述中，本发明的其它方面及优点将更加明显。

图1是传统的LED驱动电路示意图；

图2示出了图1所示的LED驱动电路中不同电感量下的输出电流；

图3是根据本发明一优选实施例的LED驱动电路的示意图；

图4示出了传统的LED驱动电路在断续模式下工作时SW端电压波形和输出电流波形的示意图；

图5示出了如图3所示的根据本发明的LED驱动电路在临界连续模式下工作时SW端电压波形和输出电流波形的示意图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。

图3示意性示出了根据本发明一优选实施例的LED驱动电路。参照图3，与现有技术相似的是，在电源VIN与地之间串联连接电阻R1和稳压管Z1，稳压管Z1的正极连接到地，稳压管Z1的负极连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接到电源VIN，电容器C1并联连接于稳压管Z1的两端，续流二极管D1的负极连接到负载LED的正极和电源VIN，续流二极管D1的正极连接到电感L的第一端，电感L的第二端连接到负载LED的负极。

而与现有技术不同的是，本发明采用源极驱动以及电感电流过零检测器来实现临界连续工作.具体而言，在该优选实施例中，LED驱动电路还包括：第一开关MOS晶体管M1，其栅极连接到稳压管Z1的负极，漏极连接到电感L与续流二极管D1之间，源极连接到馈流二极管D2的正极，该馈流二极管D2的负极连接到稳压管Z1的负极；和源极驱动控制电路，该源极驱动控制电路包括：第二开关晶体管M2，该第二开关晶体管M2的漏极连接到第一开关MOS晶体管M1的源极，其源极经由采样电阻RCS连接到地；RS触发器34，其输出端与第二开关晶体管M2的栅极相连以控制第二开关晶体管M2的导通与关闭；比较器31，该比较器31的正输入端连接到第二开关晶体管M2的源极，其输出端连接到RS触发器34的R输入端，参考电压被提供到比较器31的负输入端；电感电流过零检测器32，用于检测电感电流，当检测到电感电流过零时，电感电流过零检测器32产生置位信号并将该置位信号输出到RS触发器34的S输入端.

图3中，第一开关MOS晶体管M1为待驱动的功率开关管，其栅极上电压被固定在VDD，而通过第二开关晶体管M2从其源级驱动。因为M1的栅极被稳压管Z1钳位在较低的电压，而其源极电压也较低，方便控制IC检测其电压波形。当第二开关晶体管M2开启时，电源VIN通过负载LED、第一开关MOS晶体管M1、第二开关晶体管M2及电阻RCS给电感L充电，节点SW处电压接近于0；当第二开关晶体管M2关闭时，电感L的电流通过续流二极管D1、负载LED回路放电，此时第一开关MOS晶体管M1的漏极节点电压从0升高到电源电压，通过馈流二极管D2将从第一开关MOS晶体管M1漏极耦合到源极的电流传输到芯片电源VDD给芯片供电，使得第一开关MOS晶体管M1的源极的最高电位被限制在比电源电压VDD高一个二极管正向电压约0.7V。电阻R1用于系统启动时给驱动电路供电，电容C1用于芯片电源滤波，稳压管Z1钳位VDD电压。

采样电阻RCS将输出电流转换为采样电压，该电压通过比较器31与参考电压V1比较。当第二开关晶体管M2开启时，输出电流线性增加，在该采样电压达到参考电压V1时比较器31翻转，触发器34清零，使得第二开关晶体管M2关断。电感L通过续流二极管D1放电，电流降低，当其电流降到零时，电感电流过零检测器32产生置位信号，触发器34置1，使得第二开关晶体管M2开启，完成一个周期。

需要指出的是，虽然图3中示出第二开关晶体管为PMOS晶体管，且其栅极连接到RS触发器34的Q输出端，但是本领域技术人员应该理解的是，第二开关晶体管也可以为NMOS晶体管，此时只需将其栅极连接到RS触发器34的Q输出端。

图4示出了传统的LED驱动电路在断续模式下工作时SW端电压波形和输出电流波形，当第二开关晶体管M2开启时SW端电压为零，而第二开关晶体管M2关断初期SW端电压为VDD，当输出电流降到零后，该点波形以VDD为中心振荡。图5示出了根据本发明的LED驱动电路在临界连续模式下工作时SW端电压波形和输出电流波形，由图可以看出，当电感电流过零时，SW端电压开始下降振荡，通过电感电流过零检测器32重新开启第二开关晶体管M2，使得输出电流近似临界连续。

根据本发明的实施例，第二开关晶体管M2开启时通过比较器31设定输出电流的峰值；关断时通过电感电流过零检测器32检测电感电流，从而在输出电流到零时使得第二开关晶体管M2重新开启，保证系统工作在临界连续模式下，输出电流仅由峰值电流确定，此时输出电流表达式为：

$I_{\mathrm{out}}=\frac{1}{2}*I_{\mathrm{pk}}$

由此可以看出，输出电流完全由参考电压V1，比较器11及采样电阻RCS确定。此外，还采用源极驱动，第一开关MOS晶体管M1的栅极被固定在一个较低的电压VDD，从而将其源极最高电压限制在一个较低的电平，以便于采用低压工艺检测第一开关MOS晶体管M1的源极即SW端的波形，找出电流临界的工作点，保证驱动电路工作在临界连续模式。

本发明的优点主要体现在以下方面：一是采用源极驱动，这种驱动方式使得SW端为低压，从而便于芯片检测其波形；二是采用馈流二极管将关断瞬间耦合到SW端的能量传输到VDD给芯片供电，进一步对SW电压进行钳位，防止瞬态高压脉冲；三是芯片工作在临界连续模式，通过导通时对其峰值电流检测确定峰值电流，而输出电流仅与峰值电流有关，不受电感量及输出电压的影响，提高了稳定性，同时降低了系统复杂性和成本。

本说明书中所描述的只是本发明的优选具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明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，皆应在如权利要求所界定的本发明的范围之内。

Claims (6)

1.输出电压及电感量变化保持恒流的源级驱动LED驱动电路，包括电阻R1、稳压管Z1、电容器C1、以及连接于负载LED两端的串联连接的续流二极管D1和电感L，其特征在于，所述LED驱动电路还包括：

第一开关MOS晶体管，其栅极连接到所述稳压管Z1的负极，漏极连接到所述电感L与所述续流二极管D1之间，源极连接到馈流二极管D2的正极，该馈流二极管D2的负极连接到所述稳压管Z1的负极；和

源极驱动控制电路，该源极驱动控制电路包括：

第二开关晶体管，该第二开关晶体管的漏极连接到所述第一开关MOS晶体管的源极，其源极经由采样电阻RCS连接到地；

RS触发器，其输出端与所述第二开关晶体管的栅极相连以控制所述第二开关晶体管的导通与关闭；

比较器，该比较器的正输入端连接到所述第二开关晶体管的源极，其输出端连接到所述RS触发器的R输入端，参考电压被提供到比较器的负输入端；

电感电流过零检测器，用于检测电感电流，当检测到电感电流过零时，所述电感电流过零检测器产生置位信号并将该置位信号输出到所述RS触发器的S输入端。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述第二开关晶体管为PMOS晶体管。

3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述第二开关晶体管为NMOS晶体管。

4.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述第二开关晶体管为NPN管。

5.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述电感电流过零检测器通过对第一开关晶体管的源级波形进行检测，确定电感电流过零点。

6.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述电阻R1和所述稳压管Z1串联连接于电源VIN与地之间，且所述稳压管Z1的正极连接到地，所述电容器C1与所述稳压管Z1并联连接。

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