CN101730337A - Led驱动电路中有效降低电磁干扰的抖频技术 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集成电路的开关电源设计领域，首次介绍如何利用开关电源输入纹波控制频率抖动的电磁兼容(EMC)技术应用到LED驱动电路中以降低其电磁干扰(EMI)。频率抖动技术是从EMI的测试原理出发使集中的频谱能量分散化，来实现“频谱搬移”，从而满足EMC的容限要求使驱动电路比较容易通过EMI测试。根据该原理我们开发了一种新颖的利用开关电源输入纹波控制频率抖动的EMC技术，即：开关电源的周期T＝Ton+Toff，其中Toff由RC确定，是固定不变的；而Ton与Vin有关，Vin越大Ton越小，而Vin越小则Ton越大。因此利用不同大小的滤波电容控制纹波输入电压的大小，就可改变开关电源的抖动频率范围。这样不仅能有效降低其EMI，又可提高电路的功率因数，从而实现LED驱动电路中的抖频技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种在电源驱动电路中有效降低电磁干扰(EMI)的技术——抖频技术，特别是涉及在发光二极管(LED)的驱动电路中这种技术的应用，抖频技术是一种新的EMC(电磁兼容)技术.
背景技术
在LED驱动电路中由于较高的电压变化率(dv/dt)，电路中存在的寄生电感和电容使LED驱动电路的电磁干扰噪声较难消除。一般在EMI测试结果中可以发现，LED驱动电路在开关时刻通常容易超过EMI限值，而在其它频率点上却往往具有较大的裕量。作为工作于开关状态的能量转换装置，LED驱动电路的电压变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率管开关期间以及与之相连的散热器和高频变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；由于驱动电路的工作频率比较高(从几十千赫到数兆赫兹)，所以其主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰；而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线，具有更大的随意性，这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。因此人们针对LED驱动电路中EMI的特点采取了抑制电磁干扰的几种传统的措施。
形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
采用屏蔽技术可以有效地抑制LED驱动电路的电磁辐射干扰。例如，功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘，这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容，LED驱动电路的底板是交流电源的地线，因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰，解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制LED驱动电路产生的辐射，电磁干扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。驱动电路某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如，静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰；电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地，但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应，所以仍以接地为好，这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连，可为信号回路提供稳定的参考电位。因此，系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后，最终都与大地相连。
在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“一点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。
滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如，在驱动电路输入端接上滤波器，可以抑制LED驱动电路产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。
现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源，消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有许多发展的空间。同时从工艺的角度来说以上的传统措施也是极难实现的。
目前市场上有一种型号为HV9910的通用高亮度LED驱动器(HV9910Universal HighBrightness LED Driver)，其电路原理图如图1所示。图中开关电源的频率为：fosc＝25/(Rosc+22)，由于HV9910是采用恒定频率的开关电源，所以它不能有效抑制电路中的EMI。
发明内容
与传统的抑制EMI的方法相比，频率抖动技术采用功率半导体集成芯片内部电路来改善EMI，可以考虑用体积小的滤波器，并能节省外围元器件的成本，不依赖设计人员经验。如今这种集成技术思想已经成为使LED驱动电路EMI降低的新思路和发展趋势。本发明主要介绍如何将这一技术应用到LED的驱动电路中，降低其EMI，使其容易通过EMI测试，为了实现本发明的目的，所采取的技术方案是：由于在驱动电路中开关电源的周期T＝Ton+Toff，而Toff只由RC固定，是不变的。而Ton是可变的，它与Vin有关，Vin越大Ton越小，而Vin越小则Ton越大，因此我们采取纹波输入电压，这样既可以实现LED驱动电路中的抖频技术，有效降低其EMI；又可以减小谐波提高电路的功率因数。同时在本发明中利用改变滤波电容的大小来改变输入纹波电压抖频的频率范围。
附图说明
图1是常用的HV9910型通用高亮度LED驱动器电路原理图
图2是常用的HV9910型通用高亮度LED驱动器典型应用电路图；
图3是本发明采用抖频技术LED驱动电路的结构框图；1——电源地；2——Toff设定；3——电源输入；4——上电复位；5——消隐控制；6——开路、短路保护；7——MOSFET控制端；8——电流设定；
图4是本发明采用抖频技术LED驱动电路的具体应用电路原理图；1——电源地；2——Toff设定；3——电源输入；4——上电复位；5——消隐控制；6——过流保护输入；7——MOSFET控制端；8——电流设定；
具体实施方式
电路结构与工作原理：在图4中首先将消隐控制置0，将外部电路关断；然后将上电复位置1，通过RS触发器和与非门能恢复对外部电路的供电；当外部电路的PC817亮的时候，使内部的PC817导通，然后通过RS触发器和与非门将外部电路关断，形成过流或者过压的保护功能。对于芯片的内部结构除包括功率开关和用于对LED工作电流取样的电流取样单元外，还包括：电压比较单元，用于比较所述电流取样单元获取的电压与第一基准电压源的电压；输入电压取样单元，用于将取样的输入电压转换成电流信号；定时单元，用于根据电容充放电的电流大小控制所述功率开关的关断时间；逻辑单元，用于根据所述电压比较单元的比较结果和所述定时单元的输出信号，控制所述功率开关，并用于控制所述定时单元中的定时开关。在图4中从整流桥出来接的是启动电路部分，然后接芯片，芯片与外部电路之间的是供电部分，给芯片供电，外部电路由过流保护和过压保护以及负载LED组成。当外部电路中的PC817亮的时候内部电路的PC817导通，由于其接地为0电位，则导通过流保护输入，启动过流保护作用。
以上通过具体的实施例详细地描述了本发明，但是，本领域的技术人员应该明白，本发明并不局限于所述的实施例，本发明的LED驱动电路中的各单元还可以选用一些能够实现同样功能的其他具体电路，例如，可以实现同样逻辑功能的电路都可以用作本发明的逻辑单元，可以实现同样比较功能的器件或电路都可以用作本发明的电压比较单元，可以实现同样定时功能的器件或电路都可以用作本发明的定时单元，等等。总之，不脱离本发明的权利要求的范围，可以对本发明作各种修改、变更或调整，这些都应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采用抖频技术的LED驱动电路，其特征是：采用了可变的纹波输入电压控制频率抖动，提高了电路的功率因数，同时使LED驱动电路的工作周期发生改变，实现抖频技术在LED驱动电路中的应用。
2.按照权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于还包括：
输入电压取样单元，用于将取样的输入电压转换成电流信号；
电流取样单元，用于对LED的工作电流进行取样；
电压比较单元，用于比较所述电流取样单元获取的电压与第一基准电压源的电压；
定时单元，用于设定固定所述功率开关的关断时间，通过调整电容充放电的电流大小控制所述功率开关的关断时间，以取得更高的功率因数；
逻辑单元，用于根据所述电压比较单元的比较结果和所述定时单元的输出信号控制所述功率开关；并用于控制所述定时单元中的定时开关。
3.按照权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于：
所述电流取样单元为与所述功率开关串联的电阻器或电流耦合器件。
4.按照权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于：
所述输入电压取样单元为与电压输入端连接的电阻器。
5.按照权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于所述定时单元进一步包括：
与一个固定电压或所述输入电压取样单元串联后接地的定时电容，与定时电容并联的定时开关，以及同相端通过第二基准电压源接地，异相端接在所述输入电压取样单元与所述定时电容之间的运算放大器上。
6.按照权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于：
所述电压比较单元为异相端接在所述电流取样单元的高电压端，同相端通过第一基准电压源接地。
7.按照权利要求2、3、4、5、6所述的LED驱动电路，其特征在于：
所述逻辑单元为由门电路构成的触发器，这个单元有两个输出端和两个输入端：其中一个输入端接所述电压比较单元的输出，另一个输入端接所述定时单元的输出；其中一个输出端接所述功率开关驱动单元，另一个输出端接所述定时开关。
8.按照权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于：
电路可以是分立元件电路也可以是集成电路，但一般采用集成电路。
9.一种LED驱动电路控制方法，其特征在于包括以下步骤：
通过控制电容充放电的电流大小来调制功率开关的关断时间。
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