CN102291896A - 一种具有输入电压采样及补偿的led恒流控制电路 - Google Patents

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张义
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Abstract

本发明公开一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制电路，包括变压器、输入电压采样补偿模块以及开关管，该输入电压采样补偿模块与该开关管与该变压器相连，该输入电压采样补偿模块对输入电压进行采样，根据该采样信号改变该变压器的主绕组的峰值电流。本发明同时公开一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制方法。

Description

一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制电路
技术领域
本发明涉及一种开关电源控制方法，如LED驱动电源，尤其涉及一种对输入电压进行采样并补偿的LED恒流控制电路及方法。
背景技术
LED驱动中广泛采用峰值电流控制方式实现恒流输出。但由于峰值电流控制部分的延时，导致峰值采样精度低，从而使得输出恒流效果差。
传统的峰值电流控制LED驱动电路包括变压器、开关管、电感电流采样单元和输出开关管控制单元。
图1是一种传统的采用峰值电流控制方式实现恒流输出的LED驱动电路。如图1所示，电阻Rf1、Rfh、Rs、Vr、比较器构成一个峰值电流采样极补偿电路。Rfh、Rhl、控制&驱动构成控制电路去驱动晶体管Q1的开关。T1为主变压器，其中Np为主绕组，Ns为输出绕组，Ns为输出采样绕组。当晶体管Q1导通时，变压器Np绕组中的电流增加，当其增加到电流参考阈值Iref2时，关断Q1，变压器Np绕组中的电流为0。此时Ns通过次级输出二极管D1给负载及C2供电，此时Q1一直处于关断状态直至从Rfh、Rfl、控制&驱动电路发出再次开通的信号，完成一个开关周期。输出的负载电流Iout与变压器主绕组电流的关系为:Iout=2×D×ILp×Nps，其中：D为T1输出绕组电流的占空比，ILp为主绕组Np中的峰值电流，Nps为主绕组与输出绕组的匝比。
电感各绕组的电流波形如图2所示，当输入电压VIN增加时，其上升斜率增大，如图2中Vin1表示，由于延时的影响，电感电流的峰值从Iref2增加到Iref1，输出电流也就从Iout2增加到Iout1。
可见，传统的峰值电流控制LED驱动电路中输出电流受输入电压的影响大，电流精度低。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的上述问题，提供一种宽输入范围下改善峰值电流控制中电流精度的LED驱动电路和驱动方法，以提高电流精度，降低输出电流对输入电压的灵敏度。
 为了实现上述发明目的，本发明公开一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制电路，包括变压器、输入电压采样补偿模块以及开关管，该输入电压采样补偿模块与该开关管与该变压器相连，该输入电压采样补偿模块对输入电压进行采样，根据该采样信号改变该变压器的主绕组的峰值电流。
更进一步地，该输入电压采样补偿模块包括一电流控制电压源，一运算电路，一比较器，一控制驱动电路，一输入电压采样电阻，一电流基准以及一电流采样电阻。
更进一步地，该采样电阻一端该变压器的采样绕组连接，另一端与该电流控制电压源输入端连接，用于将采样绕组的电压转换为电流。
更进一步地，该控制驱动电路的输入端分别与反馈信号与比较器的输出端连接，该控制驱动电路的输出端与开关管连接。
更进一步地，该运算电路的输入端分别连接电流控制电压源的输出端以及该电流基准。
该比较器的输入端分别连接该运算电路的输出端以及该电流采样电阻。
更进一步地，该运算电路的输入端分别连接电流控制电压源的输出端以及该电流采样电阻。该比较器的输入端分别连接该运算电路的输出端以及该电流基准。
更进一步地，该变压器还包括一输出绕组，该采样绕组的电压与输入电压的关系满足主绕组与采样绕组的匝比。
本发明同时公开一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制方法，包括获得输入电压的采样信号，将该采样信号通过一电流控制电压源后与一电流基准或一电压信号进行运算以获得一运算后的信号，根据该信号控制变压器的主绕组峰值参考电流以使输出电流恒定。
本发明与现有技术相比，能够实现如下有益效果：通过分析输入电压对输出电流的影响，利用输入电压动态地改变电流的峰值，以消除不同的输入电压下对变压器主绕组的峰值电流的影响，从而获得恒定的输出电流。更进一步来说，通用利用电路本身就存在的输出电压采样的变压器的辅助绕组以及采样电阻来对输入电压进行采样去对输入电压的变化进行采样，使得输入电压采样回路简单，方便。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是现有技术中采用峰值电流控制方式实现恒流输出的LED驱动电路；
图2是现有技术中峰值电流控制LED驱动电路中的电感电流示意图；
图3是根据本发明第一实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路；
图4是第一实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路的电感电流示意图；
图5是根据本发明第二实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路；
图6是第二实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路的电感电流示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。为了便于描述和突出显示本发明，将省略对与现有技术中相同的电路部分的详细描述。
本发明提供一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制电路，其特征在于，包括变压器、输入电压采样补偿模块以及开关管，该输入电压采样补偿模块与该开关管与该变压器相连，该输入电压采样补偿模块对输入电压进行采样，根据该采样信号改变该变压器的主绕组的峰值电流。
图3是根据本发明第一实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路。如图3中所示，该具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路包括输入电源，变压器T1，开关管、输出电路以及输入电压采样补偿模块。该输入电源Vbulk一端接地，另一端与变压器T1的主绕组211连接。该变压器T1包括主绕组211，输出绕组213以及采样绕组212。输出绕组213与输出电路连接。该输出电路包括次级输出二极管214，电容215以及负载216。该输入电压采样补偿模块通过控制开关管207的导通，以控制变压器T1的主绕组211的峰值电流，从而达到根据输入电压的变化来动态地改变峰值参考电流，以使输出电流恒定。
在本实施方式中，该输入电压采样补偿模块包括电阻201，采样电阻200，电流控制电压源202，电流基准204，运算电路203，电流比较器205，电流采样电阻310,以及控制驱动单元206。
电阻201一端接地，另一端分别与采样电阻200和电流控制电压源202连接。采样电阻200与变压器T1的采样绕组212连接，用于将采样绕组上的的电压                                                转换成电流并送到电流控制电压源202。电流控制电压源202输入端连接到采样电阻200和接地，其输出端分别连接运算电路203的输入端和接地，用于将电流
Figure 979042DEST_PATH_IMAGE003
转化成电压Vn送至运算电路205。运算电路205的输入端分别与电流控制电压源202和电流基准204相连。运算电路205对来自电流控制电压源202的电压Vn和来自电流基准204的电压Vr进行运算后产生新的基准信号Vrn。该基准信号Vrn与来自电流采样电阻210的电压信号Cs一起进入电流比较器205比较，将比较后获得的结果作为输入端进入控制驱动电路206。该控制驱动电路206的输入端还与反馈信号Fb相连，输出端与开关管207连接。电流采样电阻210一端分别与比较器205和开关管207相连，另一端接地。
输入电压信号经采样电阻200连接到变压器的212绕组，再经过电流控制电压源202送至运算电路203与电流基准204进行运算后产生新的基准Vrn，再送至电流比较器205和控制驱动电路206去控制晶体管207的导通情况，去控制变压器T1主绕组211里的峰值电流。从而达到根据输入电压的变化来动态地改变峰值参考电流，以使输出电流恒定。
具体来说，输入电压会通过T1的主绕组211耦合到采样绕组212产生一与输入电压成比例的电压，其关系为
Figure 941182DEST_PATH_IMAGE004
。其中
Figure 507292DEST_PATH_IMAGE005
为采样绕组212上的电压，Np为主绕组211的匝数，Nf为采样绕组212的匝数，Vbulk为输入电压。采样绕组212上的电压会通过采样电阻Rh产生电流，其值为
Figure 294169DEST_PATH_IMAGE007
。此电流会流过电流控制电压源202产生一与输入电压Vbulk相关的电压Vn。此电压Vn再与比较基准Vr一起送到运算单203元进行运算产生产的电流比较基准Vrn并送至电流比较器205，从而通过控制驱动电路206及晶体管207对电流的峰值进行控制的目的。
图4是第一实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路的电感电流示意图。如图4中所示，当输入电压增加到Vin1时，参考电流由Iref降低到Iref1，从而减少峰值电流的变化，稳定了平均输出电流。这样就实现了根据输入电压的变化来动态地改变峰值参考电流值，使输出获得恒定的输出电流。
根据本发明的改善峰值电流控制中电流精度的LED驱动方法，通过对输入电压进行采样，并将所采样得到的输入电压变化量与基准进行运算产生新的基准，进而将该基准与电流采样电阻上的电压进行比较输出至控制&控制单元去控制晶体管的导通情况，以改变主绕组中的电流值，获得恒定的输出电流。
图5示出了根据本发明另一实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路。图6是第二实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路的电感电流示意图。
在第二实施方式中，该输入电压采样补偿模块包括电阻301，采样电阻300，电流控制电压源302，电流基准304，运算电路303，电流比较器305，电流采样电阻310,以及控制驱动单元306。
电阻301一端接地，另一端分别与采样电阻300和电流控制电压源302连接。采样电阻300与变压器T1的采样绕组212连接，用于将采样绕组上的的电压
Figure 681288DEST_PATH_IMAGE001
转换成电流
Figure 113406DEST_PATH_IMAGE002
并送到电流控制电压源302。电流控制电压源302输入端连接到采样电阻300和接地，其输出端分别连接运算电路303的输入端和接地，用于将电流
Figure 4002DEST_PATH_IMAGE003
转化成电压Vn送至运算电路305。运算电路305的输入端分别与电流控制电压源302和电流采样电阻310相连。运算电路305对来自电流控制电压源302的电压Vn和来自电流采样电阻310的电压Cs进行运算后产生新的基准信号Csn。该基准信号Csn与来自电流基准304的基准信号Vr一起进入电流比较器305比较，将比较后获得的结果作为输入端进入控制驱动电路306。该控制驱动电路306的输入端还与反馈信号Fb相连，输出端与开关管307连接。电流采样电阻310一端分别与比较器305和开关管307相连，另一端接地。
输入电压信号经采样电阻300连接到变压器的312绕组，再经过电流控制电压源302送至运算单元与电流采样电阻310上的电压Cs进行运算后产生新的变化量Csn，再送至电流比较器305和控制驱动电路303去控制晶体管Q1的导通情况，去控制变压器T1主绕组311里的峰值电流。从而达到根据输入电压的变化来动态地改变峰值参考电流，以使输出电流恒定。
具体来说，输入电压会通过T1的主绕组311耦合到采样绕312产生一与输入电压成比例的电压，其关系为
Figure 801056DEST_PATH_IMAGE004
。其中
Figure 472209DEST_PATH_IMAGE005
为采样绕组312上的电压，Np为主绕组311的匝数，Nf为采样绕组312的匝数，Vbulk为输入电压。采样绕组312上的电压
Figure 645701DEST_PATH_IMAGE006
会通过采样电阻300产生电流，其值为
Figure 718700DEST_PATH_IMAGE007
。此电流会流过电流控制电压源302产生一与输入电压相关的电压Vn。此电压Vn再与电流采样电阻310上的电压Cs一起送到运算电路303进行运算产生的电流比较基准Csn并送至电流比较器305，从而通过控制驱动电路306及晶体管307对主绕组311中的电流的峰值进行控制的目的。
如图6中所示，图6是第二实施例的具有输入电压采样转换补偿单元的LED驱动电路的电感电流示意图。当输入电压增加到Vin1时，比较器的输入量由0升高至Iref+，从而减少峰值电流的变化，稳定了平均输出电流。这样就实现了根据输入电压的变化来动态地改变峰值参考电流值，使输出获得恒定的输出电流。
根据本发明的改善峰值电流控制中电流精度的LED驱动方法，通过对输入电压进行采样，并将所采样得到的输入电压变化量与主绕组Np中的电流变化量进行运算产生新的变化量，进而将该变化量与基准时行比较输出至控制&控制单元去控制晶体管的导通情况，以改变主绕组Np中的电流值，获得恒定的输出电流。
应理解，本发明在于采样输入电压，通过一定的转换方式，改电流比较器的参考值或输入量，用以补偿延时引起的在不同输入电压情况下的峰值电流偏差。
本说明书中该的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制电路，其特征在于，包括变压器、输入电压采样补偿模块以及开关管，所述输入电压采样补偿模块与所述开关管与所述变压器相连，所述输入电压采样补偿模块对输入电压进行采样，根据所述采样信号改变所述变压器的主绕组的峰值电流。
2.如权利要求1所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述输入电压采样补偿模块包括一电流控制电压源，一运算电路，一比较器，一控制驱动电路，一输入电压采样电阻，一电流基准以及一电流采样电阻。
3.如权利要求2所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述采样电阻一端所述变压器的采样绕组连接，另一端与所述电流控制电压源输入端连接，用于将采样绕组的电压转换为电流。
4.如权利要求2所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述控制驱动电路的输入端分别与反馈信号与比较器的输出端连接，所述控制驱动电路的输出端与开关管连接。
5.如权利要求2所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述运算电路的输入端分别连接电流控制电压源的输出端以及所述电流基准。
6.如权利要求5所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述比较器的输入端分别连接所述运算电路的输出端以及所述电流采样电阻。
7.如权利要求2所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述运算电路的输入端分别连接电流控制电压源的输出端以及所述电流采样电阻。
8.如权利要求7所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述比较器的输入端分别连接所述运算电路的输出端以及所述电流基准。
9.如权利要求1所述的LED恒流控制电路，其特征在于，所述变压器还包括一输出绕组，所述采样绕组的电压与输入电压的关系满足主绕组与采样绕组的匝比。
10.一种具有输入电压采样及补偿的LED恒流控制方法，其特征在于，获得输入电压的采样信号，将所述采样信号通过一电流控制电压源后与一电流基准或一电压信号进行运算以获得一运算后的信号，根据所述信号控制变压器的主绕组峰值参考电流以使输出电流恒定。
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