CN101848577A - 一种led驱动系统及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED驱动系统,该驱动系统包含PFC级和LED驱动器级,其中LED驱动器级包含一个隔离式变换器和控制器。其中控制器接收LED电流反馈信号,输出连续的门极驱动信号控制原边开关,以控制隔离式变换器的输出电流。本发明采用连续的门极驱动信号,消除了噪音。

Description

一种LED驱动系统及驱动方法
技术领域
[0001] 本发明涉及LED电源,具体涉及LED电源的控制。
背景技术
[0002] 白光发光二极管(LED)灯条组可作为液晶显示器(IXD)板的背光,可应用于电脑、 电视等场合,其应用越来越广泛。通过反馈流过LED灯条组的电流对主电路的开关器件进 行控制,驱动LED灯条组。同时为调节LED灯条组的亮度,通常采用一开关器件与LED灯条 组串联,通过控制开关器件的占空比实现亮度的调节。图1所示为现有技术中的发光二极 管(LED)电源驱动波形图。主电路为LED灯条提供稳定的电流。主电路的开关器件受驱动 PWM信号控制实现稳定的输出。如图所示,调光PWM信号为与LED灯条串联的开关器件的门 极信号,该信号的占空比控制LED灯条的亮度。驱动PWM频率高于调光PWM。当调光PWM信 号为高时,开关器件导通,电流流过LED灯条,Imi信号亦为高,驱动PWM信号占空比受I· 调制。当调光PWM信号为低时,开关器件关断,LED灯条中无电流流过,相应地,驱动PWM信 号占空比为零,呈断续状态。因此,驱动PWM波为间歇性PWM波。在这种驱动方式中,主电 路的开关器件具有与调光PWM信号频率一致的谐波,该较低频率的谐波使得系统在驱动时 具有噪音,需要消除。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于公开一种LED驱动系统,它包含含有原边开关的隔离式电压变 换器和控制器。隔离式电压变换器对LED进行供电,控制器接收隔离式电压变换器的反馈 信号并输出连续的门极驱动信号控制原边开关。
[0004] 在一个实施例中,隔离式电压变换器为反激式电压变换器。
[0005] 在一个实施例中,控制器包括:调光控制模块,输出调光PWM信号至调光开关的门 极,控制LED的亮度;电压保持模块,接收反馈信号,当调光PWM为高电平时,输出正比于反 馈信号,当调光PWM为低电平时,输出保持不变;误差放大器,比较电压保持模块的输出信 号和一参考信号,输出差值放大信号;PWM发生模块,接收差值放大信号,输出驱动PWM信号 至原边开关的门极。
[0006] 本发明的目的还在于保护一种LED驱动方法,该方法包括根据LED的电流反馈信 号产生连续的门极驱动信号;所述门极驱动信号驱动反激式电压变换器的原边开关;反激 式电压变换器驱动LED。该方法还可进一步包括采用调光PWM信号驱动与所述LED串联的调光开关进行调光,且当所述调光PWM为高电平时,产生正比于所述电流反馈信号的中间 信号,当所述调光PWM为低电平时,该中间信号保持不变。
[0007] 本发明通过对电压变换器采用连续的驱动信号,消除了 LED驱动中的低频谐波噪
附图说明
[0008] 图1示出了现有技术的LED灯条驱动波形图。
[0009] 图2示出了本发明的一个二级式的LED背光调光驱动系统实施例,包括PFC级和 隔离式电压变换器驱动级。
[0010] 图3示出了本发明的一个调光驱动系统模块图实施例。
[0011] 图4示出了一个隔离式电压变换器驱动级模块的具体实施例。
[0012] 图5示出了本发明的一个控制器模块图实施例。
[0013] 图6示出了对应图5控制方式的系统工作波形图实施例。
[0014] 图7示出了本发明的一个采用半桥式隔离式电压变换器的实施例。
[0015] 图8示出了一个位于原边的限流电路实施例,用于限制原边峰值电流。
具体实施方式
[0016] 图2示出了本发明的用于背光领域的LED驱动系统实施例。该LED液晶板背光组 23采用两级式驱动系统,包含PFC级21和隔离式电压变换器驱动级22。PFC级21将交流 电整流成直流线电压,如将交流市电整流成约400V的直流线电压。隔离式电压变换器驱动 级22将线电压转换成另一直流电压用于为LED背光组23提供稳定的电源。所述LED液晶 板背光组23为一至多个LED灯条。每个灯条为串联的一至多个LED。此外,该驱动系统还 包括系统电源转换器24,将线电压转换成多个低值直流电压,为隔离式电压变换器驱动级 22提供工作电源,其中系统电源转换器24可以为隔离式电压变换器。
[0017] 图3示出了本发明的一个驱动系统实施例。该驱动系统采用两级驱动,包括PFC 级31和隔离式电压变换器驱动级32。其中隔离式电压变换器驱动级32包含一至多个隔离 式电压变换器模块(模块1、模块2…),每个模块为一个LED灯条33提供电源。每个隔离式 电压变换器模块包含一个隔离式电压变换器321和一个控制器322。在图中所示的实施例 中,该隔离式电压变换器为反激式电压变换器321。控制器322接收来自系统外部的调光信 号对LED灯条33进行调光,并且通过控制反激式电压变换器321的原边开关控制反激式电 压变换器321的输出。图3中横向点划线所示为隔离式电压变换器驱动级的隔离线,隔离 线以上所示为原边,隔离线以下所示为副边。在图示的实施例中,控制器322位于隔离式电 压变换器321的副边,因此控制器322通过一隔离式变压器Tl将控制信号输入反激式电压 变换器321的原边。控制器322还可通过光耦将控制信号输入反激式电压变换器321的原 边。控制器322还接收来自系统电源转换器34提供的系统电源(如图中所示的5V和12V)进行工作。在图示的实施例中,系统电源转换器34为反激式电压变换器。外部电路还可输入其它控制信号如开/关信号至控制器322控制系统的工作方式。
[0018] 图4示出了一个隔离式电压变换器模块实施例。反激式电压变换器41的原边包 含原边绕组Ll和原边开关Q,其中通过调节原边开关Q的工作占空比调节反激式电压变换 器41输出的能量。在本发明中,驱动原边开关Q的门极驱动PWM信号不存在占空比为零的 情形,因此是连续的门极驱动信号,即不存在现有技术中的间歇性低电平状态。在图示的实 施例中,原边开关Q为MOSFET器件。反激式电压变换器41的副边包含副边绕组L2、整流器 件D和滤波电容C。LED灯条43由反激式电压变换器41的输出端供电,并和调光开关K串 联。在图示的实施例中,调光开关K为MOSFET器件。控制器42接收外部调光信号并产生 调光PWM信号控制K的门极,通过调节调光PWM信号的占空比调节LED灯条的明暗度。副 边包含一 LED电流反馈电路,该反馈电路为一电流检测电阻Rl,Rl 一端连接调光开关K的 源极,另一端接副边地,输出反馈信号FB至控制器42。在图示的实施例中,反馈电路通过另 一电阻R2输出FB信号。FB电压Vfb用于反映调光开关K开通时流过LED灯条43的电流。 其中VFB=I_*R1。控制器42接收ra信号并根据ra信号输出门极驱动信号。在图示的实施 例中,控制器42输出门极驱动信号GR和GL用于调节原边开关Q的占空比,其中Veii-Va为 一 PWM信号,门极驱动信号经变压器Tl耦合到原边电路,形成驱动PWM信号至原边开关Q 的门极,控制Q的占空比,实现LED灯条43的电流恒定。在另外一种实施方式中,控制器也 可以采用光耦将门极驱动信号耦合至原边开关。
[0019] 此外,控制器42还可具有过流保护和无负载保护。其中副边绕组L2和一电阻R3 串联,R3另一端接副边地。R3两端电压V3输入至控制器42,当副边绕组电流过大时,V3升 高至超过一参考值,此时,控制器42的门极驱动信号占空比为零,使原边开关Q停止工作。 副边滤波电容C两端电压Vqut即隔离式电压变换器41的输出电压通过由R4、R5组成的电阻 分压器采集V4至控制器42。当副边LED负载断路即无负载时,Vout升高至超过一参考值, 此时,控制器42的门极驱动信号占空比为零,使原边开关Q停止工作。
[0020] 图5示出了本发明的一个控制器51实施例。在该实施例中,控制器51包括误差 放大器510、PWM发生模块511和调光控制模块512。其中误差放大器510和PWM发生模块 作为驱动模块,接收LED灯条的电流反馈信号,输出驱动PWM信号至原边开关的门极控制它 的导通和关断。
[0021] 调光控制模块512接收调光信号,产生调光PWM信号至调光开关K的门极,控制 LED灯条的亮度。其中LED灯条的亮度正比于调光PWM信号的占空比。
[0022] 流过LED灯条53的电流I·通过电流检测电阻Rl检测,反映为电流检测电阻Rl 上的电压,产生一电流反馈信号FB,其中Vfb=I_*R1。该FB信号和驱动调光开关K的调光 PWM波形一致,即占空比和频率相同。其中误差放大器510比较反馈电压Vfb和参考电压 Vref,输出差值放大信号C0MP。
[0023] 控制器还可包含一电压保持模块513,输出Vl电压。在调光开关K开通时,即调光 PWM为高电平时,电压保持模块513产生和Vfb成正比的中间信号-电压VI。当调光PWM为 低电平时,Vl电压保持不变。Vl电压在误差放大器510和参考电压Vref比较,产生差值放 大信号COMP。
[0024] PWM发生模块接收COMP信号,产生门极驱动信号一驱动PWM信号用于驱动原边开关。其中PWM发生模块可采用传统的PWM发生方式产生门极驱动信号,将COMP信号和PWM 发生模块内部产生的一频率的三角波进行比较产生PWM信号,可采用双边触发、上升沿触 发或下降沿触发方式。原边开关在门极驱动信号的作用下使得隔离式电压变换器52产生 稳定的输出电流Iqut用于驱动LED灯条53。电压保持电路513使得输出的驱动PWM信号为 连续的波形,见下述的描述。
[0025] 图6所示为对应图5中调光驱动系统的工作波形图实施例。其中,FB波形和调光 PWM信号波形一致。在稳定的供电过程中,差值放大信号COMP和隔离式电压变换器输出电 流Itm近似于直流信号。当调光PWM为高电平时,FB信号为高,VI=Vfb,LED灯条中有电流 I·。当调光PWM为低电平时,调光开关K关断,FB信号为零电平,Vl保持原有的高电平,因 此COMP信号亦保持直流信号状态,原边开关的驱动PWM信号保持稳定,隔离式电压变换器 的原边开关Q的门极驱动信号保持连续。这样,原边开关Q的开关动作保持较高的频率,消 除了现有技术中的噪音情况。
[0026] 虽然图3所示的隔离式电压变换器为反激式电压变换器,隔离式电压变换器也可 以采用其它的拓扑结构,如正激式电压变换器、半桥式、全桥式或其它类型的拓扑结构。如 图7所示,该调光驱动系统采用了半桥式电压变换器71。由于上述实施例中控制器位于隔 离式电压变换器的副边,原边电路没有常规的峰值电流控制单元,流过原边绕组的电流可 能过大从而导致变压器电流达到饱和而影响系统正常工作。针对控制器位于隔离式电压变 换器副边的实施例,原边可进一步包含一限流电路,用于防止在系统启动时或负载短路时 隔离式电压变换器的变压器达到饱和状态。图8示出了一个原边电路的限流电路实施例。 该限流电路包含由三极管Q2、电阻R6和电阻R7组成的闭环电路。其中R6 —端连接原边开 关Q的源极端,另一端接原边地。Q2的基极连接Q的源极端,集电极连接Q的门极,射极通 过另一电阻R7连接原边地。当流过原边开关Q的电流过大时,Q2基极电压变大,Q2导通, 从而原边开关Q的门极电压被拉低,使得流过Q的电流变低。该闭环电路将变压器的原边 电流钳制在一个由Q、Q2、R6和R7参数确定的合理范围内,从而达到限制原边峰值电流过大 的目的。应当知道,上面描述的实施例只用于举例说明,并不用于限制本发明。
[0027] 本发明中的隔离式电压变换器包括直流-直流反激式变换器、交流-直流反激式 变换器或其它类型的变换器。

Claims (12)

  1. 一种LED驱动系统,包含:隔离式电压变换器,包括原边开关;控制器,接收所述隔离式电压变换器输出端的反馈信号,输出连续的门极驱动信号控制所述原边开关,所述隔离式电压变换器对所述LED进行供电。
  2. 2.如权利要求1所述的驱动系统,其特征在于,其中所述控制器位于所述隔离式电压 变换器的副边。
  3. 3.如权利要求2所述的驱动系统,其特征在于,其中所述隔离式电压变换器为反激式 电压变换器。
  4. 4.如权利要求2所述的驱动系统,其特征在于,进一步包含调光开关,和所述LED串联, 其中所述控制器包括:调光控制模块,输出调光PWM信号至所述调光开关的门极,控制所述LED的亮度; 电压保持模块,接收所述反馈信号,当所述调光PWM为高电平时,输出正比于所述反馈 信号,当所述调光PWM为低电平时,输出保持不变;误差放大器,比较所述电压保持模块的输出信号和参考信号,输出差值放大信号; PWM发生模块,接收所述差值放大信号,输出门极驱动信号至所述原边开关的门极。
  5. 5.如权利要求4所述的驱动系统,其特征在于,其中所述反馈信号正比于流过所述LED 的电流。
  6. 6.如权利要求4所述的驱动系统,其特征在于,其中所述原边开关和所述调光开关为 MOSFET 器件。
  7. 7.如权利要求2-6之一所述的驱动系统,其特征在于,其中所述隔离式电压变换器的 原边耦接有限流电路,限制所述隔离式电压变换器的原边峰值电流。
  8. 8.如权利要求7所述的驱动系统,其特征在于,其中所述限流电路包含: 第一电阻,一端连接所述原边开关的输出端,另一端接原边地;三极管,基极连接所述原边开关的输出端,集电极连接所述原边开关的门极,射极通过 第二电阻连接原边地。
  9. 9. 一种用于驱动LED的控制器,接收LED的电流反馈信号,输出连续的门极驱动信号至 电压变换器的原边开关的门极。
  10. 10.如权利要求9所述的控制器,其特征在于包含:调光控制模块,输出调光PWM信号至与所述LED串联的调光开关的门极,控制所述LED 的亮度;电压保持模块,接收所述电流反馈信号,当所述调光PWM为高电平时,输出正比于所述 电流反馈信号,当所述调光PWM为低电平时,输出保持不变;误差放大器,比较所述电压保持模块的输出信号和参考信号,输出差值放大信号; PWM发生模块,接收所述差值放大信号,输出门极驱动信号至所述原边开关的门极。
  11. 11. 一种LED驱动方法,包括:根据LED的电流反馈信号产生连续的门极驱动信号; 所述门极驱动信号控制电压变换器的原边开关; 电压变换器驱动LED。
  12. 12.如权利要求11所述的驱动方法,其特征在于包括:采用调光PWM信号控制与所述LED串联的调光开关进行调光;且当所述调光PWM为高电平时,产生正比于所述电流反馈信号的中间信号,当所述调 光PWM为低电平时,该中间信号保持不变; 至少基于该中间信号产生门极驱动信号。
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