CN102123553B

CN102123553B - 一种cot模式led照明驱动电路

Info

Publication number: CN102123553B
Application number: CN2011100658099A
Authority: CN
Inventors: 郭俊彦; 李文宏
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: CN102123553A

Abstract

本发明属于LED照明电源转换器技术领域，具体为一种COT模式LED照明驱动电路。包括降压Buck电路、采样电路、辅助电路、COT模式控制电路；其中，COT模式控制电路分别与降压Buck电路、采样电路相连；降压型Buck电路与采样滤波电路相连；三者构成反馈环路，控制降压Buck电路电流输出，从而控制LED灯的亮度。COT模式可避免峰值电流控制电路的占空比大于0.5所引起的次级谐波振荡问题。本发明在固定关断时间模式下关断时间可调，该方案结构简单，适应于大规模集成实现，从而降低成本，可广泛用于因降压型LED驱动照明领域。

Description

一种COT模式LED照明驱动电路

技术领域

本发明属于LED照明电源转换器技术领域，具体涉及一种COT模式LED照明驱动电路。

背景技术

随着能源日益紧张，LED以其发光效率高，稳定可靠等优点，取代传统的照明方式已成为趋势，因而基于LED照明的电源驱动电路成为当前节能环保的热门研究课题。

基于LED的电源驱动电路一般主要有三种实现形式：线性稳压源（LDO），开关电容形式（有电容无电感），开关电源形式（有电容有电感）。三种形式中，线性稳压源的使用范围相对较小，只能降压且只在输出电压比输入电压相差不多的情况下使用，这样来保证较高的转换效率；开关电容形式（有电容无电感）由于开关电容采用的是电荷泵输出的方式，所以输出电压是一些离散的值，不能保证输出电压的连续性，同时由于无电感，系统很难提供大电流输出，而且电流和电压的纹波都比较大，所以不太适合用在LED照明领域；开关电源形式由于有电感，因而可以提供较大的电流，同时成熟的电源拓扑结构可以实现升压降压等多种输出需求，所以现有的产品方案中，照明用LED驱动电路以开关电源居多。

开关电源的多种拓扑结构升压，降压，升降压，多种控制模式，电压环控制，峰值电流控制，滞回控制等特点极大的扩展了开关电源的应用范围。由于LED灯的亮度是主要由其电流的大小决定的所以会采样LED等上的电流做为反馈信号进行处理，得到恰当的占空比信号，完成电路的驱动。由于电流控制模式在占空比大于0.5的情况下会引起次级谐波振荡，所以需要特殊的电路进行处理如斜率补偿电路等，而这些斜率补偿电路在片内集成会占用大量的芯片面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免可次级谐波振荡的LED照明驱动电路。

本发明提供的LED照明驱动电路，采用COT模式控制方案，克服在占空比大于0.5时系统产生的次级谐波振荡问题，同时的固定关断时间是可以调整的。具体由降压Buck电路、采样滤波电路、辅助电路和COT控制电路组成。其中：COT控制电路分别与降压Buck电路、采样滤波电路相连；降压Buck电路与采样滤波电路相连；三者构成反馈环路，以控制降压Buck电路电流输出，从而控制LED灯的亮度。

本发明中，所述的COT控制电路可以使系统工作在COT模式下。此时开关管的关断时间固定但其大小可以调整。

具体原理如下：当基准电压电路201输出正常、保护电路202使能信号，使COT模式控制核心电路203开始工作，由于端口RT与GATE相连，此时的GATE信号被上电复位信号置为低，此时电路开始对电容C充电，信号VC慢慢增加，经过一段固定的时间后，产生时钟CLK，此时钟CLK经过后续数字逻辑电路305后使GATE端为高电平；当GATE信号为高的时候使充放电系统进入休眠状态，与此同时开始有电流流过采样电阻Rcs，由于有电感的存在，电路的电流逐渐增加，使得CS端的电压高过内部设定的阈值vref2后，经过迟滞比较器306，产生控制信号RESET，进入数字逻辑电路305，使GATE变为低电平，此时开关管106关闭；当GATE变为低电平时，充放电系统从休眠中恢复，开始工作，经过一段固定的时间后，电路产生时钟CLK，此时钟经过后续数字逻辑电路305后使GATE端为高电平，此时电路重新进入休眠状态，不进行充放电，而开关管106开启，如此往复形成COT控制模式。

附图说明

图1是COT模式LED照明驱动电路结构图。

图2是COT模式控制电路结构框图。

图3是COT模式控制核心电路实现示意图。

图4是COT模式控制电路主要节点波形图。

具体实施方式

本发明公开了一种用于LED照明的COT模式模拟电源驱动电路，主要包括： COT模式控制电路101，由二极管102、电容103、电感104和开关管106构成的降压型BUCK电路，LED阵列105，采样电阻107，调整电阻108，稳压电容109。具体结构如图1所示：二极管102的正极与开关管106的漏极和电感104的负极相连；电容103的正极、二级管102的负极和LED阵列105的正端与电源VIN相连；电容103的负极、LED阵列105的负端与电感104的正极相连，开关管106的漏极与二极管102的正极、源极与采样电阻107的上端相连、栅极与COT模式控制电路101的输出信号GATE相连；采样电阻107一段与开关管106的源极相连另一端与GND相连；调整电阻108一段和开关管106的栅极GATE相连另一端和COT模式控制电路101的RT端相连；稳压电容109正极和COT模式控制电路101的端口VDD相连，负端与GND相连。COT模式控制电路101从CS端接受采样电阻107的电压，经过内部处理输出GATE信号控制开关管106栅极开启和关闭。调整电阻108改变固定关断时间的大小。稳压电容109保证内部芯片电压稳定。LED阵列105是电路的负载。

COT模式控制电路包括三部分：基准电压电路201、保护电路202、COT模式控制核心电路203。具体结构如图2所示。基准电压电路201为整个电路提供所需的基准电压；保护电路202包括欠压保护，过温保护，上电复位等电路，保护电路正常工作； COT模式控制核心电路203是本发明的重点可使电路工作在COT模式下。

COT模式控制核心电路203如图3所示，包括：调整电阻108，运算放大器301，第一比较器302，第二比较器303，RS触发器304，数字逻辑305，迟滞比较器306，由第一NMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四NMOS管M4、第五NMOS管M5和电容C构成的充放电系统；其中调整电阻108一端和GATE信号相连，另一端与运算放大器301的负端及第一NMOS管M1的源极相连;运算放大器301的正端接基准电压电路201的输出信号vref1、运算放大器301的负端与调整电阻108的一端和第一NMOS管M1的源极相连、运算放大器301的输出端与第一NMOS管M1的栅极相连；第一NMOS管M1漏极与第二PMOS管的漏极和栅极相连；第二PMOS管M2的源极和第三PMOS管M3源极与电源VDD相连；第三PMOS管M3的栅极与第二PMOS管M2的栅极相连、第三PMOS管M3的漏极与第四NMOS管M4的漏极、第五NMOS管M5的漏极、电容C的上极板、第一比较器301的正端、第二比较器303的负端相连；电容C的下极板与GND相连；第四NMOS管M4的源极和第五NMOS管的源极和GND相连；第四NMOS管的栅极与保护电路202的输出POR信号相连；第5NMOS管的的栅极与RS触发器304的输出CLK相连；第一比较器302的负端与基准电压电路201的输出信号VH相连、输出端与RS触发器304的S端相连；第二比较器303的正端与基准电压电路201的输出信号VL相连、输出端与RS触发器的R端相连；RS触发器304的输出端CLK信号进入数字逻辑305；数字逻辑305同时接受迟滞比较器306输出信号RESET，同时数字逻辑305的输出与GATE信号相连；迟滞比较器306的正端接受采样信号CS，负端与基准电压电路201的输出信号vref2相连。

COT模式控制原理阐述如下：当基准电压电路201输出正常、保护电路202使能信号，使COT模式控制核心电路203开始工作，由于端口RT与GATE相连，此时的GATE信号被上电复位信号置为低，此时电路开始对电容C充电，信号VC慢慢增加，经过一段固定的时间后，产生时钟CLK，此时钟CLK经过后续数字逻辑电路305后使GATE端为高电平；当GATE信号为高的时候使充放电系统进入休眠状态，与此同时开始有电流流过采样电阻Rcs，由于有电感的存在，电路的电流逐渐增加，使得CS端的电压高过内部设定的阈值vref2后，经过迟滞比较器306，产生控制信号RESET，进入数字逻辑电路305，使GATE变为低电平，此时开关管106关闭；当GATE变为低电平时，充放电系统从休眠中恢复，开始工作，经过一段固定的时间后，电路产生时钟CLK，此时钟经过后续数字逻辑电路305后使GATE端为高电平，此时电路重新进入休眠状态，不进行充放电，而开关管106开启，如此往复形成COT控制模式。

本发明采用峰值电流COT模式控制方式实现对LED电流的控制，可以避免峰值电流控制电路的占空比大于 0.5所引起的次级谐波振荡问题。本发明结构简单，适应性强，更适应于集成实现从而降低成本，可广泛应用在LED驱动照明领域。

Claims

1.一种COT模式LED照明驱动电路，其特征在于包括降压Buck电路、采样滤波电路、辅助电路、COT模式控制电路；其中，COT模式控制电路分别与降压Buck电路、采样滤波电路相连，降压型Buck电路与采样滤波电路相连，三者构成反馈环路，控制降压Buck电路电流输出，从而控制LED灯的亮度；

所述COT模式控制电路包括三部分：基准电压电路（201）、保护电路（202）、COT模式控制核心电路（203）；基准电压电路（201）为整个电路提供所需的基准电压；保护电路（202）包括欠压保护电路、过温保护电路和上电复位电路，用于保护电路正常工作； COT模式控制核心电路（203）使电路工作在COT模式下；

所述的COT模式控制核心电路包括：调整电阻（108），运算放大器（301），第一比较器（302），第二比较器（303），RS触发器（304），数字逻辑（305），迟滞比较器（306），由第一NMOS管（M1）、第二PMOS管（M2）、第三PMOS管（M3）、第四NMOS管（M4）、第五NMOS管（M5）和电容C构成的充放电系统；其中调整电阻（108）一端和GATE信号相连，另一端与运算放大器（301）的负端及第一NMOS管（M1）的源极相连；运算放大器（301）的正端接基准电压电路（201）的输出信号vref1、运算放大器（301）的负端与调整电阻（108）的一端和第一NMOS管（M1）的源极相连、运算放大器（301）的输出端与第一NMOS管（M1）的栅极相连；第一NMOS管（M1）漏极与第二PMOS管（M2）的漏极和栅极相连；第二PMOS管（M2）的源极和第三PMOS管（M3）源极与电源VDD相连；第三PMOS管（M3）的栅极与第二PMOS管（M2）的栅极相连、第三PMOS管（M3）的漏极与第四NMOS管（M4）的漏极、第五NMOS管（M5）的漏极、电容C的上极板、第一比较器（301）的正端、第二比较器（303）的负端相连；电容C的下极板与GND相连；第四NMOS管（M4）的源极和第五NMOS管（M5）的源极和GND相连；第四NMOS管（M4）的栅极与保护电路（202）的输出POR信号相连；第五NMOS管（M5）的栅极与RS触发器（304）的输出CLK相连；第一比较器（302）的负端与基准电压电路（201）的输出信号VH相连、输出端与RS触发器（304）的S端相连；第二比较器（303）的正端与基准电压电路（201）的输出信号VL相连、输出端与RS触发器的R端相连；RS触发器（304）的输出端CLK信号进入数字逻辑（305）；数字逻辑（305）同时接收迟滞比较器（306）输出信号RESET，同时数字逻辑（305）的输出与GATE信号相连；迟滞比较器（306）的正端接收采样信号CS，负端与基准电压电路（201）的输出信号vref2相连。