CN101984734A - 一种led加速启动和软启动的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED加速启动和软启动的控制电路，电压检测模块获取到反馈电压Vfb，转换成数字信号ACCN，输出到软启动模块和加速/调光模块；加速/调光模块由调光模块、加速模块、以及逻辑电路组成，数字信号ACCN接入加速模块的启动控制端，同时取反后接入调光模块的启动控制端；调光模块和加速模块的输出信号通过逻辑电路到驱动输出模块，驱动输出模块输出开关控制信号SW到第一开关管，控制第一开关管的导通或截止，进而控制变压器的输出电压；在反馈电压Vfb低于参考电压Vref1时，控制LED加速启动；当反馈电压Vfb高于参考电压Vref1时，控制LED软启动。本发明既加快了LED输出建立时间又防止了启动时LED的闪烁。

Description

一种LED加速启动和软启动的控制电路

技术领域

本发明涉及LED控制技术领域，更具体地说，涉及一种LED加速启动和软启动的控制电路。

背景技术

由于能源需求失衡、能源成本增加，节能绿色技术变得越来越重要。照明应用的能量损耗可高达20％，因此降低能源浪费，对节能具有重大的影响。LED灯照明具有发光效率高，体积小，以及单色性好等优点，因此被广泛应用于照明和背光等场合。

LED照明拥有诸多优势，但若没有适当的电压和精确的电流，LED的寿命不仅会缩短，其功耗和热耗也会增加，最终对LED造成损害。现有技术中，较好的方案是既可以实现较宽的调光范围，又可以实现精确调光，同时更好地兼容多种调光器。

参见图1，示出现有的LED驱动电路。该LED灯驱动电路，包括与电源相连的调光器108、控制器110、变压器114。

变压器114包括原边绕组、副边绕组和辅助绕组。辅助绕组的电流通过二极管103整流，向控制器110的电源电压VCC供电；副边绕组的电流通过二极管115整流和电容116滤波后向LED灯117供电。

电流感应电阻111向控制器110提供原边电感电流感应电压。

控制器110与所述调光器108相连，用于采样输入线电压的平均幅值DIM，根据平均幅值DIM电压的高低，调整副边绕组的平均输出电流，使得副边绕组恒流稳定输出电流Io。

控制器110的OUT输出端与功率开关管101的栅极相连。

调光器108经功率因数校正模块109与变压器114的原边绕组同名端相连，变压器114的原边绕组异名端与所述功率开关管101的漏极相连。

在变压器114的OUT端输出高电平电压，即原边开关导通后，原边峰值电流转换成电压信号至变压器114的CS端，当变压器114的CS端的电压到达内部设定的基准电压后，内部驱动电路关闭，变压器114的OUT端停止输出开关控制信号。

变压器114的FB端电压跟随输出电压的变化，变压器114的FB端电压经内部电路处理后，产生反映副边整流管导通情况的时间信号Tons，该时间信号控制内部对应比例的充放电电流，该比例电流可以直接控制下一次开关控制信号的导通时间，保持开关周期的Tons/Tsw比值跟随DIM端电压变化。Tons为反映副边整流管导通情况的时间信号；Tsw为LED供电电压的时间周期。从而保证在某个DIM电压时，对应的输出电流保持不变。

根据DIM电压的变化，产生随之变化的Tons/Tsw比值，以及变化的内部峰值比较器的比较电压Vcs，即可产生对应的Io输出电流。

该调光的LED灯驱动电路包括控制器110，所述控制器110与所述调光器108相连，用于采样输入线电压的平均幅值DIM，根据平均幅值DIM电压的高低，调整副边绕组的平均输出电流，使得副边绕组恒流稳定输出电流Io，从而实现LED 117精确的亮度调节。

该调光的LED驱动电路可以根据调光器108的输出电压进行调节，将该电压转换为电流，输出对应的Tons和Tsw时间信号，使得不同的输出电流Io驱动LED灯117，因此调节范围很宽。该控制器只需判断调光器控制输出的电压的平均幅值，不用判断调光器的种类和调光角度，因此可以更好地兼容多种调光器，极大地提升了LED灯驱动电路的性能，降低了能量损耗。

但是，上述LED驱动电路在启动时，无法调节LED的启动过程，容易导致LED在启动时闪烁，影响LED的启动效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种LED加速启动和软启动的控制电路，该控制电路可控制LED加速启动和软启动，有效防止LED在快速启动时闪烁。

本发明一种LED加速启动和软启动的控制电路，包括加速/调光模块、电压检测模块、软启动模块、驱动输出模块和变压器，变压器的辅助绕组电流分压后向电压检测模块提供反馈电压Vfb；变压器的副边绕组的电流向LED提供输出电压Vout，变压器的原边绕组的同名端接电源Vrec，异名端通过第一开关管的两个导通端接地；第一开关管的控制端连接驱动输出模块的输出端；电压检测模块获取到反馈电压Vfb，转换成数字信号ACCN，输出到软启动模块和加速/调光模块；加速/调光模块由调光模块、加速模块、以及逻辑电路组成，电压检测模块的数字信号ACCN接入加速模块的启动控制端，同时取反后接入调光模块的启动控制端；调光模块和加速模块的输出信号通过逻辑电路产生输出驱动信号PMF到驱动输出模块，驱动输出模块输出开关控制信号SW到第一开关管，控制第一开关管的导通或截止，进而控制变压器的输出电压；在反馈电压Vfb低于参考电压Vref1时，电压检测模块输出的数字信号ACCN为高电平，加速模块工作，控制LED加速启动；当反馈电压Vfb高于参考电压Vref1时，调光模块工作，控制LED软启动。

优选的，电压检测模块由比较器、RS触发器以及反相器组成，比较器的正输入端接反馈电压Vfb，负输入端连接参考电压Vref1，输出端连接RS触发器的S端，RS触发器的R端接电源的建立信号PG，RS触发器的输出端连接反相器的输入端，反相器的输出端输出数字信号ACCN。

优选的，变压器辅助绕组的电流通过第一电阻和第二电阻分压，第二电阻的电压为反馈电压Vfb。

优选的，参考电压Vref1的电压为：

Vref1＜(N*Vled+Vdiode)*Ns*R310/Naux*(R309+R310)，其中N为LED个数、Vled为LED的阈值电压、Ns和Naux为变压器绕组的匝数，R309和R310分别为第一电阻和第二电阻的阻值。

优选的，所述电源通过串联的第五电阻和第六电阻接地，第五电阻和第六电阻的公共端通过第一电容接地，第六电阻上的电压为Vdim。

优选的，加速/调光模块包括运算放大器、开关管和调光器，运算放大器的正输入端接入Vref2信号，负输入端通过第三电阻接入电压Vdim，负输入端和输出端之间连接第四电阻；运算放大器输出端通过第五电阻到调光器和第二开关管的一导通端，第二开关管的另一导通端接地，第二开关管的控制端接入数字信号ACCN。

优选的，运算放大器输出端的电压VA为：

VA＝(Vref2-Vdim)*(R321+R322)/R321+Vdim＝C1-C2*Vdim

其中C1、C2为常数，R321和R321分别为第三电阻和第四电阻的阻值。

优选的，所述软启动模块为第三开关管，所述开关管的控制端接数字信号ACCN，导通端分别接电压Vdim和地。

优选的，所述第一开关管、第二开关管和第三开关管为NMOS管。

优选的，变压器副边绕组的电流通过二极管整流和第二电容滤波后向LED提供输出电压Vout。

与现有技术相比，本发明具有以下有点：

本发明在LED不发光时为加速启动状态，LED发光时为软启动状态，这样就既加快了LED输出建立时间又防止了启动时LED的闪烁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有开关电源的系统原理图；

图2为本发明LED加速启动和软启动的控制电路结构图；

图3示出图2中各个信号的波形

图4为本发明LED加速启动和软启动的控制电路的另一实施例结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明合理控制LED的启动过程，在输出电压Vout小于LED的阈值电压Vled，LED不发光时，进行加速启动；在输出电压Vout大于LED的阈值电压Vled，LED发光时，进行软启动，这样即加快LED启动时间又防止LED在快速启动时闪烁。

参见图2，示出本发明LED加速启动和软启动的控制电路结构。该控制电路主要包括加速/调光模块217、电压检测模块212、软启动模块213和变压器202。

变压器202包括原边绕组222、副边绕组218和辅助绕组219。辅助绕组219的电流通过电阻209和电阻210分压后，向电压检测模块212提供反馈电压Vfb；副边绕组218的电流通过二极管203整流和电容204滤波后向LED 205提供输出电压Vout。变压器202的原边绕组的同名端接电源Vrec，异名端通过开关管211的两个导通端和电阻220接地；开关管211的控制端连接驱动输出模块221的输出端。

电压检测模块212获取到反馈电压Vfb，转换成数字信号ACCN，输出到软启动模块213和加速/调光模块217。

加速/调光模块217由调光模块215和加速模块214，以及调光模块215和加速模块214的逻辑电路216组成。电压检测模块212的数字信号ACCN作为启动信号直接接入加速模块214的启动控制端，数字信号ACCN取反值后接入调光模块215的启动控制端。这样，数字信号ACCN可决定由调光模块215工作或者加速模块214工作。

调光模块215和加速模块214的输出信号通过逻辑电路216产生输出驱动信号PMF到驱动输出模块221，驱动输出模块221输出开关控制信号SW到开关管211，控制开关管211的导通或截止，进而控制变压器14的工作。

电源Vrec通过电阻206和电阻207接地，电阻206和电阻207的公共端连接软启动模块213和调光模块215的输入端，电阻206和电阻207的公共端通过过滤电容208接地。电阻207上的电压为Vdim。

工作时，开关管211发出一个脉冲后，变压器202原边绕组222存储的能量传输至副边绕组218，从而给输出端充电，获得输出电压Vout，而副边绕组218的电压Vts是比输出电压Vout高一个Vdiode的电压。变压器202的辅助绕组219感应到与副边绕组218电压Vts成比例的电压Vaux。由电阻209与电阻210比例分压后得到的反馈电压Vfb。

在反馈电压Vfb低于参考电压Vref1以前，电压检测模块212输出的数字信号ACCN始终为高，则加速模块214开始工作，调光模块215停止工作。逻辑电路216输出的PFM信号由加速模块214的输出决定。即输出电压Vout的建立速度由加速模块214决定，此时为加速启动阶段。

当反馈电压Vfb高于参考电压Vref1以后，电压检测模块212输出的数字信号ACCN翻转为低，则调光模块215开始工作，加速模块214停止工作。逻辑电路216输出的PFM信号由调光模块215的输出决定。此时调光模块215输入端连接的滤波电容208发挥作用，使电压Vdim缓慢上升。电压Vdim表征调光角度的电压，电压Vdim越低，调光角越小。这样，电压Vdim的缓慢上升可以使调光角的缓慢升高，就完成软启动阶段。

由于LED的电流电压输出特性曲线，当输出电压Vout小于LED的阈值电压Vled前，LED不会发光。通过调整变压器202原边绕组222、副边绕组218和辅助绕组219的线圈匝数比例，电阻209和电阻210的阻值比例，或电压检测模块212输出设置，满足输出电压Vout等于LED的阈值时，产生的反馈电压Vfb使电压检测模块212输出数字信号ACCN翻转。那么就可以产生一个在LED不发光时为加速启动状态，LED发光时为软启动状态的输出曲线。这样就既加快了LED输出建立时间又防止了启动时LED的闪烁。参见图3，示出图2中各个信号的波形。

参见图4，示出本发明LED加速启动和软启动的控制电路结构的另一实施例。该实施例中，电压检测模块212由比较器314、RS触发器315以及反相器316组成。比较器314的正输入端接反馈电压Vfb，负输入端连接参考电压Vref1，输出端连接RS触发器315的S端，RS触发器315的R端接电源的建立信号PG。RS触发器315的输出端连接反相器316的输入端。

比较器314的参考电压Vref1的电压为：

Vref1＜(N*Vled+Vdiode)*Ns*R310/Naux*(R309+R310)

其中N为LED个数、Vled为LED的阈值电压、Ns和Naux为变压器绕组的匝数。R309和R310分别为电阻309和电阻310的阻值。

这样，通过合理设置参考电压Vref1，实现输出电压Vout等于LED的阈值时，产生的反馈电压Vfb使电压检测模块212输出数字信号ACCN翻转。

加速/调光模块217包括运算放大器323、开关管325和调光器326，运算放大器323的正输入端接入Vref2信号，负输入端通过电阻321接入电压Vdim，负输入端和输出端之间连接电阻322；运算放大器323输出端通过电阻324到调光器326和开关管325的一导通端，开关管325的另一导通端接地，开关管325的控制端接入数字信号ACCN；调光器326输出脉冲信号PFM。

运算放大器323输出端的电压VA为：

VA＝(Vref2-Vdim)*(R321+R322)/R321+Vdim＝C1-C2*Vdim

其中C1、C2为常数。R321、和R321分别为电阻321和电阻322的阻值。

一般情况，我们取LED阈值电压的1/2～3/4，即：

Vref1＜(1/2N*Vledmax+Vdiode)*Ns*R310/Naux*(R309+R310)

由上述算式可知，电压VA是电压Vdim的反比例函数，电压Vdim越大电压VA越小。这样，电压VA越小，调光角(输出电流)就越大。

调光器326利用输入电压VB来控制调光角(输出电流)，电压VB越小，调光角(输出电流)越大。调光器326通过改变输出脉冲PFM的频率来改变输出电流。

当反馈电压Vfb小于参考Vref1时，数字信号ACCN信号保持为高，电压Vdim信号被开关管317置零，电压VB被开关管325置零，调光器326按照最大调光角(最大输出电流)输出脉冲PFM，此时为加速启动状态。

当反馈电压Vfb小于参考Vref1后，数字信号ACCN信号保持为低，开开关管317和开关管325关断，电压Vdim开始从零缓慢上升至实际值，相当于调光角从最小上升至实际值，此时电压VB＝电压VA＝C1-C2*Vdim缓慢下降。调光器326也由最小输出脉冲的频率调整为实际需要的输出脉冲频率，此时为软启动状态。

当然，图4中还可以将芯片Vcc也连到辅助绕组308的异名端，这时参考电压Vref1要大于Vccuvlooff*R310/(309+310)

VCCuvlooff是芯片的工作电压下限。

所述的开关管211、开关管311、开关管317和开关管325都可以是NMOS管。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种LED加速启动和软启动的控制电路，其特征在于，包括加速/调光模块、电压检测模块、软启动模块、驱动输出模块和变压器，变压器的辅助绕组电流分压后向电压检测模块提供反馈电压Vfb；变压器的副边绕组的电流向LED提供输出电压Vout，变压器的原边绕组的同名端接电源Vrec，异名端通过第一开关管的两个导通端接地；第一开关管的控制端连接驱动输出模块的输出端；

电压检测模块获取到反馈电压Vfb，转换成数字信号ACCN，输出到软启动模块和加速/调光模块；

加速/调光模块由调光模块、加速模块、以及逻辑电路组成，电压检测模块的数字信号ACCN接入加速模块的启动控制端，同时取反后接入调光模块的启动控制端；

调光模块和加速模块的输出信号通过逻辑电路产生输出驱动信号PMF到驱动输出模块，驱动输出模块输出开关控制信号SW到第一开关管，控制第一开关管的导通或截止，进而控制变压器的输出电压；

在反馈电压Vfb低于参考电压Vref1时，电压检测模块输出的数字信号ACCN为高电平，加速模块工作，控制LED加速启动；当反馈电压Vfb高于参考电压Vref1时，调光模块工作，控制LED软启动。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，电压检测模块由比较器、RS触发器以及反相器组成，比较器的正输入端接反馈电压Vfb，负输入端连接参考电压Vref1，输出端连接RS触发器的S端，RS触发器的R端接电源的建立信号PG，RS触发器的输出端连接反相器的输入端，反相器的输出端输出数字信号ACCN。

3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，变压器辅助绕组的电流通过第一电阻和第二电阻分压，第二电阻的电压为反馈电压Vfb。

4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，参考电压Vref1的电压为：

Vref1＜(N*Vled+Vdiode)*Ns*R310/Naux*(R309+R310)

其中N为LED个数、Vled为LED的阈值电压、Ns和Naux为变压器绕组的匝数，R309和R310分别为第一电阻和第二电阻的阻值。

5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电源通过串联的第五电阻和第六电阻接地，第五电阻和第六电阻的公共端通过第一电容接地，第六电阻上的电压为Vdim。

6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，加速/调光模块包括运算放大器、开关管和调光器，运算放大器的正输入端接入Vref2信号，负输入端通过第三电阻接入电压Vdim，负输入端和输出端之间连接第四电阻；运算放大器输出端通过第五电阻到调光器和第二开关管的一导通端，第二开关管的另一导通端接地，第二开关管的控制端接入数字信号ACCN。

7.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，运算放大器输出端的电压VA为：

VA＝(Vref2-Vdim)*(R321+R322)/R321+Vdim＝C1-C2*Vdim

其中C1、C2为常数，R321和R321分别为第三电阻和第四电阻的阻值。

8.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述软启动模块为第三开关管，所述开关管的控制端接数字信号ACCN，导通端分别接电压Vdim和地。

9.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管和第三开关管为NMOS管。

10.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，变压器副边绕组的电流通过二极管整流和第二电容滤波后向LED提供输出电压Vout。

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