CN102118911A - 一种电流滞环控制led恒流驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

一种电流滞环控制led恒流驱动电路及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电子技术领域，提供了一种电流滞环控制LED恒流驱动电路及方法。该驱动电路包括电感、输出开关管、电感电流采样单元以及输出开关管控制单元，所述驱动电路还包括：对电感平均电流进行采样的电感平均电流采样模块，其输入端与所述电感电流采样单元的输出端相连；将采样得到的平均采样电压转换成电流的转换补偿模块，其输入端与所述电感平均电流采样模块的输出端相连，其输出端与所述电感电流采样单元相连。在本发明的实施例中，通过分析输入输出电压变化对电感电流的影响，对电感平均电流进行采样计算，利用电感平均电流的变化来动态的改变电感电流参考阈值，从而降低输出电流对输入输出电压的灵敏度，获得恒定的输出电流。

Description

一种电流滞环控制LED恒流驱动电路及其驱动方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电流滞环控制LED恒流驱动电路及其驱动方法。
背景技术
LED恒流驱动广泛采用电流滞环控制方式实现恒流输出，但由于整个控制系统的延时，导致输入电压以及输出电压变化时，LED平均输出电流会有误差，恒流效果不好。
参阅图1，现有的电流滞环控制LED恒流驱动电路一般包括电感1、输出开关管4、电感电流采样单元2和输出开关管控制单元3。图2示出了现有的采用电流滞环控制方式实现恒流输出的LED驱动电路。如图2所示，L为电感1，NMOS晶体管M2为输出开关管4；电阻RS、R1、R2、R3、放大器11和PMOS晶体管M1完成对电感电流的采样（相当于电感电流采样单元2）；迟滞比较器12、电压参考源V1和输出开关管前级驱动电路13组成输出开关管控制单元3。
刚上电时，电感L和电阻RS初始电流为零，LED输出电流也为零，迟滞比较器12输出为高电平，输出开关管M2导通，电流通过电感L、电阻RS、LED和输出开关管M2从VIN流到GND，并线性上升，上升斜率由输入电压VIN、输出电压VO和电感L决定，等于                                                
Figure 2011100821565100002DEST_PATH_IMAGE001
。当电感L电流上升到电流参考阈值Iref_high时，迟滞比较器12输出为低电平，关断输出开关管M2，电流以另一斜率流过电感L、电阻RS、LED和肖特基二极管D，并线性下降，下降斜率由输出电压VO和电感L决定，等于
Figure 576855DEST_PATH_IMAGE002
。当电感电流下降到电流参考阈值Iref_low时，迟滞比较器12输出为高电平，重新打开输出开关管M2，完成一个开关周期。
图3示出了输出电压固定，输入电压增加前后电感电流波形。如图3所示，当输出电压固定，输入电压增加时，电感L电流下降斜率不变，而上升斜率增大。由于系统延时的影响，电感电流最大值从Imax增大到Imax1，而最小值不变，Imin＝Imin1，这样使得平均电流从Iavg增大到Iavg1。在图3中，tf=tf1，tr=tr1。
图4示出了输入电压固定，输出电压增加前后电感电流波形。如图4所示，当输入电压固定，输出电压增加时，电感电流上升斜率减小，而下降斜率增大。由于系统延时的影响，电感电流最大值从Imax减小到Imax2，而最小值从Imin减小到Imin2，这样使得平均电流从Iavg减小到Iavg2。在图4中，tf=tf2，tr=tr2。
由此可见，在现有的电流滞环控制LED恒流驱动电路中，平均输出电流受输入电压和输出电压变化的影响大，电流精度低，恒流效果差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种电流滞环控制LED恒流驱动电路。
本发明实施例是这样实现的，一种电流滞环控制LED恒流的驱动电路，包括电感、输出开关管、电感电流采样单元以及输出开关管控制单元，所述驱动电路还包括：
对电感平均电流进行采样的电感平均电流采样模块，其输入端与所述电感电流采样单元的输出端相连；
将采样得到的平均采样电压转换成电流的转换补偿模块，其输入端与所述电感平均电流采样模块的输出端相连，其输出端与所述电感电流采样单元相连。
进一步地，所述电感平均电流采样模块包括：跟随器方式连接的放大器和低通滤波器，所述放大器输入端连接到所述电感电流采样单元的输出端，所述放大器的输出端连接到所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接到所述转换补偿模块。
进一步地，所述低通滤波器包括电阻R4以及电容C1，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述放大器的输出端相连，所述电容C1的另一端接地。
进一步地，所述转换补偿模块包括：跨导Gm恒定的跨导放大器以及与所述跨导放大器的输入端相连的参考电压源V2，所述跨导放大器的另一输入端连接到低通滤波器的输出端，所述跨导放大器的输出端连接到电感电流采样单元的输出端。
进一步地，所述电感电流采样单元包括电阻RS、R1、R2、R3、放大器11和PMOS晶体管M1，所述电阻RS一端与输入电源VIN相连，所述电阻R1的一端与所述电阻RS的靠VIN端相连，所述电阻RS的另一端分别与所述电阻R2及负载LED相连，并且，所述电阻R1、 R2的另一端分别连接到放大器的两个输入端，所述放大器的输出端连接到PMOS晶体管M1的栅极，所述PMOS晶体管M1的源极连接所述R1，所述PMOS晶体管M1的漏极与所述电阻R3、输出开关管控制单元相连，所述电阻R3的另一端接地。
进一步地，所述输出开关管控制单元包括迟滞比较器、电压参考源   V1和输出开关管前级驱动电路，所述迟滞比较器的一输入端连接到所述电感电流采样单元的输出端，所述迟滞比较器的另一输入端与电压参考源V1相连，所述迟滞比较器的输出端与所述输出开关管前级驱动电路的输入端相连，所述输出开关管前级驱动电路的输出端与所述输出开关管相连。
本发明的另一目的在于提供一种电流滞环控制LED恒流的驱动方法，所述方法包括：
电感平均电流采样模块对电感平均电流进行采样；
转换补偿模块将采样得到的平均采样电压转换成电流，并补偿到电感电流采样单元。
进一步地，所述电感平均电流采样模块包括：跟随器方式连接的放大器和低通滤波器，所述放大器输入端连接到所述电感电流采样单元的输出端，所述放大器的输出端连接到所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接到所述转换补偿模块。
进一步地，所述低通滤波器包括电阻R4以及电容C1，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述放大器的输出端相连，所述电容C1的另一端接地。
进一步地，所述转换补偿模块包括：跨导Gm恒定的跨导放大器以及与所述跨导放大器的输入端相连的参考电压源V2，所述跨导放大器的另一输入端连接到低通滤波器的输出端，所述跨导放大器的输出端连接到电感电流采样单元的输出端。
在本发明的实施例中，通过分析输入输出电压变化对电感电流的影响，对电感平均电流进行采样计算，利用电感平均电流的变化来动态的改变电感电流参考阈值，从而降低输出电流对输入输出电压的灵敏度，获得恒定的输出电流。
附图说明
图1是现有技术提供的电流滞环控制LED恒流的驱动电路的结构框图；
图2是现有技术提供的电流滞环控制LED恒流的驱动电路图；
图3是现有技术提供的输出电压固定，输入电压增加前后电感电流波形图；
图4是现有技术提供的输入电压固定，输出电压增加前后电感电流波形图；
图5是本发明实施例提供的电流滞环控制LED恒流的驱动电路的结构框图；
图6是本发明实施例提供的电流滞环控制LED恒流的驱动电路图；
图7是本发明实施例提供的输出电压固定，输入电压增加前后电感电流波形图；
图8是本发明实施例提供的输入电压固定，输出电压增加前后电感电流波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图5、6，该电流滞环控制LED恒流的驱动电路包括：电感1、输出开关管4、电感电流采样单元2、输出开关管控制单元3、电感平均电流采样模块5及转换补偿模块6。
电感平均电流采样模块5负责对电感平均电流进行采样，其输入端与所述电感电流采样单元2的输出端相连。转换补偿模块6将采样得到的平均采样电压转换成电流，其输入端与所述电感平均电流采样模块5的输出端相连，其输出端与所述电感电流采样单元2相连。
该电感平均电流采样模块5包括：跟随器方式连接的放大器44和低通滤波器（图中未示出），所述放大器44输入端连接到所述电感电流采样单元2的输出端，所述放大器44的输出端连接到所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接到所述转换补偿模块6。
作为本发明的实施例，所述低通滤波器包括电阻R4以及电容C1，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述放大器44的输出端相连，所述电容C1的另一端接地。
作为本本发明的实施例，，所述转换补偿模块包括：跨导Gm恒定的跨导放大器45以及与所述跨导放大器45的输入端相连的参考电压源V2。
所述跨导放大器45的另一输入端连接到低通滤波器的输出端，所述跨导放大器45的输出端连接到电感电流采样单元的输出端。
该电感电流采样单元2包括电阻RS、R1、R2、R3、放大器41和PMOS晶体管M1，所述电阻RS与输入电源VIN相连，所述电阻R1的一端与所述电阻RS的靠VIN端相连，所述电阻RS的另一端分别与所述电阻R2及负载LED相连，并且，所述电阻R1、 R2的另一端分别连接到放大器的两个输入端，所述放大器的输出端连接到PMOS晶体管M1的栅极，所述PMOS晶体管M1的源极连接所述R1，所述PMOS晶体管M1的漏极与所述电阻R3、输出开关管控制单元相连，所述电阻R3的另一端接地。
该输出开关管控制单元3包括迟滞比较器42、电压参考源V1和输出开关管前级驱动电路43，所述迟滞比较器42的一输入端连接到所述电感电流采样单元2的输出端，所述迟滞比较器42的另一输入端与电压参考源V1相连，所述迟滞比较器42的输出端与所述输出开关管前级驱动电路43的输入端相连，所述输出开关管前级驱动电路43的输出端与所述输出开关管M2相连
本发明所采用的电路如图6所示，该电感平均电流采样模块5包括跟随器方式连接的放大器44和电阻R4、电容C1组成的低通滤波器，放大器44输入端连接到电感电流采样单元2的输出端，放大器44的输出端连接到电阻R4的一端（即低通滤波器的输入端）。该转换补偿模块6包括电压参考源V2和一个跨导Gm恒定的跨导放大器45，跨导放大器45的输入端连接到电阻R4的另一端（即低通滤波器的输出端），输出端连接到电感电流采样单元2的输出端。在本发明的实施例中，参考电压源V2等于参考电压源V1，跨导
Figure 2011100821565100002DEST_PATH_IMAGE003
。
在本发明的实施例中，跟随器连接的放大器44采样X点电压。由于电感电流波形是锯齿波，所以X点电压波形也是锯齿波，为了得到X点平均电压，需要R4、C1组成的低通滤波器进行滤波。跨导Gm恒定的跨导放大器45将X点平均电压与参考电压V2进行比较，把比较结果转换成电流，在X点与采样得到的电感电流信号求和，这相当于改变了电感电流参考阈值，从而改变输出电流。
当输出电压固定，输入电压增加时，根据图3可知电感平均电流会变大，即X点平均电压变大，高于参考电压源V2，该平均电压与参考电压源V2比较后向X点灌入电流，这相当于将电感电流参考阈值降低，如图7所示，参考电流Iref_high降低到Iref_high1，Iref_low降低到Iref_low1，由于参考电流降低，最终使得输出平均电流Iavg1接近等于Iavg。在图7中，tf=tf1，tr=tr1。
相反地，当输入电压固定，输出电压增加时，根据图4可知电感平均电流会变小，即X点平均电压变小，低于参考电压源V2，该平均电压与参考电压源V2比较后从X点拉出电流，这相当于将电感电流参考阈值升高，如图8所示，参考电流Iref_high升高到Iref_high2，Iref_low升高到Iref_low2，由于参考电流升高，最终使得输出平均电流Iavg2接近等于Iavg。在图8中，tf=tf2，tr=tr2。
本发明还提供了与该驱动电路相应的驱动方法，即一种电流滞环控制LED恒流的驱动方法，其包括以下步骤：对电感平均电流进行采样；将采样得到的平均采样电压转换成电流补偿到电感电流采样单元。这样，根据电感平均电流的变化来动态的改变电感电流参考阈值，使得输出电流恒定。通过以上方法改善了电流恒流的精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流滞环控制LED恒流的驱动电路，包括电感、输出开关管、电感电流采样单元以及输出开关管控制单元，其特征在于，所述驱动电路还包括：
对电感平均电流进行采样的电感平均电流采样模块，其输入端与所述电感电流采样单元的输出端相连；
将采样得到的平均采样电压转换成电流的转换补偿模块，其输入端与所述电感平均电流采样模块的输出端相连，其输出端与所述电感电流采样单元相连。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述电感平均电流采样模块包括：跟随器方式连接的放大器和低通滤波器，所述放大器输入端连接到所述电感电流采样单元的输出端，所述放大器的输出端连接到所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接到所述转换补偿模块。
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻R4以及电容C1，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述放大器的输出端相连，所述电容C1的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述转换补偿模块包括：跨导Gm恒定的跨导放大器以及与所述跨导放大器的输入端相连的参考电压源V2，所述跨导放大器的另一输入端连接到低通滤波器的输出端，所述跨导放大器的输出端连接到电感电流采样单元的输出端。
5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述电感电流采样单元包括电阻RS、R1、R2、R3、放大器11和PMOS晶体管M1，所述电阻RS一端与输入电源VIN相连，所述电阻R1的一端与所述电阻RS的靠VIN端相连，所述电阻RS的另一端分别与所述电阻R2及负载LED相连，并且，所述电阻R1、 R2的另一端分别连接到放大器的两个输入端，所述放大器的输出端连接到PMOS晶体管M1的栅极，所述PMOS晶体管M1的源极连接所述R1，所述PMOS晶体管M1的漏极与所述电阻R3、输出开关管控制单元相连，所述电阻R3的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述输出开关管控制单元包括迟滞比较器、电压参考源V1和输出开关管前级驱动电路，所述迟滞比较器的一输入端连接到所述电感电流采样单元的输出端，所述迟滞比较器的另一输入端与电压参考源V1相连，所述迟滞比较器的输出端与所述输出开关管前级驱动电路的输入端相连，所述输出开关管前级驱动电路的输出端与所述输出开关管相连。
7.一种电流滞环控制LED恒流的驱动方法，其特征在于，所述方法包括：
电感平均电流采样模块对电感平均电流进行采样；
转换补偿模块将采样得到的平均采样电压转换成电流，并补偿到电感电流采样单元。
8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，所述电感平均电流采样模块包括：跟随器方式连接的放大器和低通滤波器，所述放大器输入端连接到所述电感电流采样单元的输出端，所述放大器的输出端连接到所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端连接到所述转换补偿模块。
9.根据权利要求8所述的驱动方法，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻R4以及电容C1，所述电阻R4一端与所述电容C1连接，另一端与所述放大器的输出端相连，所述电容C1的另一端接地。
10.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，所述转换补偿模块包括：跨导Gm恒定的跨导放大器以及与所述跨导放大器的输入端相连的参考电压源V2，所述跨导放大器的另一输入端连接到低通滤波器的输出端，所述跨导放大器的输出端连接到电感电流采样单元的输出端。
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