CN101877922B - 非隔离式ac-dc led驱动器电流补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非隔离式AC-DC LED驱动器峰值电流补偿方法，使得峰值电流控制的LED驱动器在不同的输入电压范围以及驱动不同数量LED的条件下保持恒定的LED电流，从而使LED的亮度保持不变。该发明在峰值电流控制的基础上，根据输入电压和输出LED的个数对电流峰值进行补偿，从而使流过LED的平均电流保持恒定。

Description

非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路

技术领域

本发明涉及一种LED驱动器电流补偿电路，尤其是一种非隔离式AC-DCLED驱动器电流补偿电路。

背景技术

在高压输入的应用中，通常采用降压变换器用来驱动LED使之输出电流恒定，并希望在不同输入电压V_IN和不同的LED输出电压的情况下得到一个恒定的LED电流。由于输入电压高达几百伏，使得功率管16的控制以及电流的采样14受到限制。图1是一种常用的降压调节器的电路示意图，包括启动降压电阻10，输入滤波电容11，控制芯片13，频率设定电阻15，二极管18，功率MOS管16，电感17，采样电阻14，以及LED负载19和输出滤波电容20。该电路采用峰值电流控制方法。控制芯片13内部产生一固定频率的时钟信号，时钟信号的每一个上升沿将开关16打开，这样加在电感17两端的电压为V_LON＝V_IN-V_LED*n’，其中n’为LED个数。由于V_LON＞0，于是电感电流I_L开始上升。电感电流I_L通过采样电阻14转换成电压信号馈入控制芯片13，当电阻14上的电压达到控制芯片13内部设定值时将功率MOS管16关闭。电感17的电流通过续流二极管18流向Vin。由于功率MOS管16关断期间电感17两端的电压近似为V_LON＝-V_LED*n＜0’，因此电感17电流将逐渐减小。下一个时钟上升沿到来时重新打开功率MOS管16，这样的周期不断重复。由于电感17于LED负载19串联在一起，所以LED的电流与电感电流相同，电流大小随时间变化如图2所示。

通过控制电感17的峰值电流使得LED负载19的峰值电流(I_P)保持恒定，并根据LED负载19的个数设计振荡器的频率和电感的大小，使LED负载19的纹波电流(I_ripple)保持一定的值，从而得到恒定的LED平均电流：

I_a＝I_p-I_ripple/2(1)

然而LED负载19的纹波电流(I_ripple)跟输入电压V_IN、输出电压(LED个数)、振荡器频率以及电感17的取值有关：

$I_{\mathrm{ripple}}=\frac{(V_{\mathrm{IN}}-V_{\mathrm{OUT}}){\×V}_{\mathrm{OUT}}}{V_{\mathrm{IN}}\×L\×f_S}---\left(2\right)$

要想保持固定的纹波，电感17的值就需要根据输入电压和输出电压来改变，否则就不能得到恒定的LED电流值，如图2所示。对于这样的峰值电流控制方法，即便输入电网电压变化不大，一种设计方案只能驱动固定个数的LED(输出电压)。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种峰值电流补偿控制方法和电路，使得峰值电流控制的LED驱动器在不同的输入电压范围以及驱动不同数量LED的条件下保持恒定的LED电流，从而使LED的亮度保持不变。该发明在峰值电流控制的基础上，根据输入电压和输出LED的个数对峰值电流进行补偿，从而使流过LED的平均电流保持恒定。

附图说明

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1是一种常用的降压结构电路图；

图2是未补偿时LED电流波形图；

图3是本发明采用的峰值电流补偿实现方法的电路示意图；

图4是经过补偿后的LED电流波形图；

图5是图3中的输入电压检测电路的电路图；

图6是图3中的占空比检测电路具体电路图；

图7是图3中加法电路的电路图。

具体实施方式

图3是本发明所采用峰值电流补偿的电路示意图。

该电路包括输入电压检测电路31、占空比检测电路32、加法电路33和控制电路34组成，在图5～7中分别给出各个电路的具体组成。

图5是图3中的输入电压检测电路的电路图，由电阻R51和R52串联形成一电阻网络，通过选择合适比例的电阻值，该输入电压检测电路31产生k*V_in信号，以满足检测所需要的电压，该所获输入电压变化的信号k*V_in将和V_ref在加法电路33中相加，以控制峰值电流的基准随输入电压的升高而升高。

图6是图3中占空比检测电路的具体电路图，该检测电路包括两个并连的开关T1和T2组成传输门100和200，其中开关T1一个传输门的输入连接到V_ref，开关T2的一个传输门的输入连接到GND，控制信号D和D分别送入两个开关T1和T2的两输入端，两开关T1和T2的输出端均连接滤波器300的输入端，该滤波器300为一RC滤波器，用于将检测出的占空比信号变成直流信号。

在图6的电路中，当控制信号D为1时，D为0，传输门100传递V_ref电压到输出。当控制信号D为0时，D为1，传输门200传递0电压到输出。通过滤波电路300将输出信号转换成直流电压信号，这样就完成了对D的检测并实现了D*V_ref信号。

其中占空比信号D是根据PWM信号的占空比产生：

$D=\frac{n^{\′}{V}_{\mathrm{LED}}}{V_{\mathrm{IN}}}---\left(3\right)$

该控制信号D用以补偿峰值电流的值。然后根据对输入电压V_IN的采样再次补偿LED的峰值电流，使得平均电流I_a＝I_p*-I_ripple/2随着输入电压V_IN变化和LED个数的变化保持在恒定的值。

图7是图3中加法电路33的示意图，该电路采用了一运算放大器23，由输入电压检测电路31产生的k*V_in信号，占空比检测电路21提供的D*V_ref信号，和参考电压信号V_ref信号分别通过三个电阻21、电阻22、电阻25送入该运放23的输入端进行叠加，叠加后k*V_in和D*V_ref加到原来的基准电压V_ref上，得到最终设定峰值电流的基准V_{ref_cs}。

即，最后D*V_rev和V_ref在加法器23中相加，可以得到补偿后的基准电压：

V_{ref_cs}＝V_ref×(1+D)    (4)

以补偿纹波电流变化引起的LED平均电流的变化。

通过以上两个补偿，得到峰值电流基准：

V_{ref_cs}＝V_ref×(1+D)+K×V_IN    (5)

补偿后的峰值电流：

$I_p*=\frac{V_{\mathrm{ref}\_\mathrm{cs}}}{R_{\mathrm{CS}}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}\×(1+D)+K\×V_{\mathrm{IN}}}{R_{\mathrm{CS}}}---\left(6\right)$

图4给出了补偿之后的LED电流波形，这种补偿的峰值电流控制方法，使得LED的平均电流在很宽的输入电压范围以及不同LED的个数的情况下保持恒定。在图4中，LED的平均电流等于峰值电流减去纹波电流，本发明的思路是根据不同的LED的纹波电流(I_ripple)，改变不同的峰值电流I_P*，纹波电流的大小为：

$I_{\mathrm{ripple}}=\frac{(V_{\mathrm{IN}}-V_{\mathrm{OUT}})\×V_{\mathrm{OUT}}}{V_{\mathrm{IN}}\×L\×f_S}=\frac{D\×V_{\mathrm{IN}}}{L\×f_S}-\frac{D^2\×V_{\mathrm{IN}}}{L\×f_S}---\left(7\right)$

在本发明中，占空比信号D同时采样占空比信号D和输入电压V_IN补偿开关16开通时电感17的峰值电流实现对不同输入电压和不同LED电压下LED电流的补偿。

由于LED的平均电流仅由峰值电流I_p*和纹波电流I_ripple决定，稳定情况下LED的平均电流可表示为：

$I_{\mathrm{LED}}=I_{p*}-\frac{1}{2}\mathrm{Iripple}=\frac{V_{\mathrm{ref}}\×(1+D)+K\×V_{\mathrm{IN}}}{R_{\mathrm{CS}}}-\frac{1}{2}*(\frac{D\×V_{\mathrm{IN}}}{L\×f_S}-\frac{D^2\×V_{\mathrm{IN}}}{L\×f_S})---\left(8\right)$

其中，是受控制器13控制的。若V_IN不变，当LED电压变化时占空比信号D发生变化，控制器根据占空比信号D的变化自动调整采样电阻14上的峰值电压调整电感的峰值电流I_p，保证LED电流I_LED不变。同样，若LED电压固定不变，当V_IN变化时占空比信号D变化导致I_ripple变化，控制器13根据V_IN和控制信号D调整I_p使LED电流维持不变。本发明除了应用于非隔离式AC/DC控制的LED驱动，同样也适用于隔离式AC/DC开关电源LED驱动系统。对于AC/DC开关电源LED驱动系统来说，一般只能检测开关导通的电流，而对于开关关断的时候，只能通过计算得到。对于隔离式开关电源LED驱动系统，要实现LED恒流输出，首先保证变压器原边的恒流，输入能量 $P_{\mathrm{IN}}=\frac{1}{2}\×L\×{i_P}^2,$ 然后根据能量守恒的原理，保证输出恒功率。但是由于不同输入电压条件下，系统延时不同，就需要对峰值电流i_p进行补偿。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (7)

1.非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，包括输入电压检测电路、占空比检测电路、加法电路和控制电路，其特征在于，

所述占空比检测电路包括两并连的第一、第二传输门，该第一传输门由第一开关组成，该第二传输门由第二开关组成，其中第一开关的输入端连接一参考电压(V_ref)，第二开关的输入端接地，两开关的输出端均连接一滤波器的输入端，该控制电路一输出端输出的一控制信号(D)及其反信号()分别送入第一开关和第二开关的输入端，该滤波器为一RC滤波器，用于将检测出的占空比信号变成直流信号；

所述加法电路的输入端分别与所述输入电压检测电路的输出端、占空比检测电路的输出端和所述参考电压相连，获得一峰值电流基准电压；

所述控制电路的输入端连接所述加法电路的输出端，所述控制电路的一输出端连接所述占空比检测电路的一输入端；

其中，当该控制信号(D)为1时，其反信号()为0，第一传输门传递该参考电压到输出，当控制信号(D)为0时，其反信号()为1，第二传输门传递0电压到输出，通过该滤波器将该输出信号转换成直流电压信号，以实现对该控制信号(D)的检测并实现D*V_ref信号。

2.根据权利要求1所述的非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，其特征在于，所述输入电压检测电路包括一个稳压二极管连接到一电阻网络上。

3.根据权利要求2所述的非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，其特征在于，所述电阻网络由连接到稳压二极管的正端和地之间的多个串并联电阻组成。

4.根据权利要求1或3所述的非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，其特征在于，所述加法电路包括一个三输入端的运算放大器。

5.根据权利要求4所述的非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，其特征在于，一占空比信号根据PWM信号的占空比产生控制信号D：

$\frac{n^{\′}{V}_{\mathrm{LED}}}{V_{\mathrm{IN}}}$

其中，V_IN为输入电压，V_LED为LED上的电压，所述控制信号D用以补偿峰值电流的值，所述nˊ为LED个数，所述占空比信号送入第一开关，所述占空比信号反相后送入第二开关。

6.根据权利要求5所述的非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，其特征在于，所述滤波器为RC滤波器，用于将检测出的占空比信号变成直流信号。

7.根据权利要求6所述的非隔离式AC-DC LED驱动器电流补偿电路，其特征在于，所述控制电路包括一比较器和一锁存器，所述占空比检测电路的输出端连接所述比较器的一输入端，所述比较器的另一输入端与负载的电压相连，所述比较器的输出端连接所述锁存器。