CN102316644B

CN102316644B - 一种高精度led恒流驱动装置

Info

Publication number: CN102316644B
Application number: CN201110259643.4A
Authority: CN
Inventors: 李永红; 黄朝刚
Original assignee: SHENZHEN QX MICRO DEVICES CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN QX MICRO DEVICES CO Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: CN102316644A

Abstract

本发明涉及一种高精度LED恒流驱动装置，包括与发光LED灯（LED）串联的电感（L）、采样电阻（RS）和第一场效应管（M1），还包括与第一场效应管的栅极依次电连接的功率驱动模块（U3）、迟滞比较器（U2）、第一放大器（U1）和电感电流采样单元；所述电感电流采样单元的二输入端分别电连接采样电阻的二端，输出端电连接所述第一放大器的第一输入端和迟滞比较器的第一输入端；所述迟滞比较器的第二输入端电连接所述第一放大器的输出端；所述第一放大器的第二输入端电连接基准电压单元。这种LED恒流驱动装置，恒流效果更好，对输入/输出电压的变化不敏感，且可工作于更高的频率而不牺牲恒流精度，能减小照明系统体积。

Description

一种高精度LED恒流驱动装置

技术领域

本发明涉及LED照明，具体涉及一种高精度LED恒流驱动装置。

背景技术

基于滞环控制的LED恒流驱动电路，具有控制电路结构简单、稳定、响应速度快等优点，因而被广泛应用于大功率LED驱动。传统的滞环控制LED恒流驱动电路，电路如图1所示，包括运算放大器U11、迟滞比较器U2和功率管驱动模块U3。该电路控制原理如图2所示，电感电流被控制在一个迟滞窗口内，理想情况下电感电流的峰值为IL-H，电感电流的谷值为IL-L，电感电流的平均值为IL-AVE=（IL-H+IL-L）/2。实际电路实现中，由于迟滞比较器具有延迟，导致实际的电感电流峰值会超过IL-H，假设超过值为Delta-ILH，实际的电感电流谷值会低过IL-L，假设超过值为Delta-ILL，通常Delta-ILH与Delta-ILL并不相等，并且二者随输入电压、输出电压、工作频率而变化，导致实际电感电流平均值与IL-AVE之间有一定的误差。所以传统的滞环控制LED驱动电路的恒流效果并不理想。

这样，传统滞环控制LED驱动电路只是控制电感电流在一个周期内的两个点即峰值与谷值，而由于迟滞比较器的延迟，使得这两个点的控制总是有误差，并且这个误差随输入电压、输出电压、工作频率而变化，所以恒流效果不好。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种高精度LED恒流驱动装置，能提高恒流效果、减少误差。

本发明的上述技术问题这样解决：构建一种高精度LED恒流驱动装置，包括与发光LED灯串联的电感、采样电阻和第一场效应管，还包括与第一场效应管的栅极依次电连接的功率驱动模块、迟滞比较器、第一放大器和电感电流采样单元；所述电感电流采样单元的二输入端分别电连接采样电阻的二端，输出端电连接所述第一放大器的第一输入端和迟滞比较器的第一输入端；所述迟滞比较器的第二输入端电连接所述第一放大器的输出端；所述第一放大器的第二输入端电连接基准电压单元。

按照本发明提供的驱动装置，还包括与所述电感、采样电阻和发光LED灯并联的反向二极管。

按照本发明提供的驱动装置，所述采样电阻、发光LED灯、电感和第一场效应管依次串联。

按照本发明提供的驱动装置，所述第一场效应管、采样电阻、电感和发光LED灯依次串联。

按照本发明提供的驱动装置，所述电感电流采样单元包括第二放大器和与地依次电连接的第二电阻、第二场效应管和第一电阻；所述第二放大器的第一输入端经第一电阻电连接采样电阻的一端，第二输入端电连接采样电阻的另一端，输出端电连接第一场效应管的栅极；所述电感电流采样单元的输出端电连接在第二场效应管和第二电阻之间。

按照本发明提供的驱动装置，所述电感电流采样单元包括第二放大器和与地依次电连接的第二电阻、镜像电流源、第二场效应管和第一电阻；所述第二放大器的第一输入端经第一电阻电连接采样电阻的一端，第二输入端电连接采样电阻的另一端，输出端电连接第一场效应管的栅极；所述电感电流采样单元的输出端电连接在所述镜像电流源和第二电阻之间。

按照本发明提供的驱动装置，所述第一放大器是误差放大器。

本发明提供的高精度LED恒流驱动装置，增加了误差放大器，将电感电流的平均值信息直接与目标值相比较，并将电感电流平均值与目标值的误差进行放大。误差放大器的输出电压用于调节迟滞比较器的一个输入端的参考电平。通过负反馈环路来实现稳态条件下误差放大器的两个输入端的均值相等。与现有技术相比，具有以下优势：

1、恒流效果好，对输入电压、输出电压的变化不敏感，可实现高精度LED恒流驱动；

2、可工作于更高的频率而不牺牲恒流精度，因而可减小系统体积；

3、电路实现简单。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是传统的滞环控制LED恒流驱动电路示意图；

图2是图1所示电路的电感电流控制原理示意图；

图3是本发明第一种高精度LED恒流驱动装置电路原理示意图；

图4是本发明第二种高精度LED恒流驱动装置电路原理示意图；

图5是图3或4中第一种电感电流采样单元电路示意图；

图6是图3或4中第二种电感电流采样单元电路示意图。

具体实施方式

本发明第一种高精度LED恒流驱动装置，电路结构如图3所示，包括与发光LED灯LED串联的电感L、采样电阻RS和第一场效应管M1，还包括与第一场效应管M1的栅极依次电连接的功率驱动模块U3、迟滞比较器U2、第一放大器U1和电感电流采样单元；所述电感电流采样单元的二输入端分别电连接采样电阻RS的二端，输出端电连接所述第一放大器U1的第一输入端和迟滞比较器U2的第一输入端；所述迟滞比较器U2的第二输入端电连接所述第一放大器U1的输出端；所述第一放大器U1的第二输入端电连接基准电压VREF。所述第一场效应管M1、采样电阻RS、电感L和发光LED灯LED依次串联。

本发明第二种高精度LED恒流驱动装置，电路结构如图4所示，所述采样电阻RS、发光LED灯LED、电感L和第一场效应管M1依次串联，只是第一场效应管M1位置不同，其他同第一种高精度LED恒流驱动装置。

上述第一放大器U1的作用是误差放大，简称误差放大器U1。

本发明上述二装置的工作原理是：电感电流采样单元采样电感L上的电流信息，并将其转化成一个与电感电流成比例的电压VSEN。VSEN与基准电压VREF相比较。如果VSEN的均值电压低于VREF时，误差放大器U1的输出电压VERR增大，由于迟滞比较器U2的正端与VERR相连，迟滞比较器U2的负端与VSEN相连，因此VSEN在更高的电平迟滞比较器U2才能够翻转，从而使得电感电流均值增大。同理，如果VSEN均值电压高于VREF时，误差放大器U1的输出电压VERR将减小，由于迟滞比较器U2的正端与VERR相连，迟滞比较器U2的负端与VSEN相连，因此VSEN在更低的电平迟滞比较器U2就翻转，从而使得电感电流均值减小。

从以上叙述可以看出，这是一个负反馈控制系统，最终在稳态条件下VSEN均值将接近VREF。只要误差放大器U1的增益足够高，最终VSEN均值与VREF的差值非常小。设误差放大器U1的增益为AV，则在稳态下VSEN均值与VREF的差值为：

VREF = \overset{&OverBar;}{VSEN} = \frac{VERR}{AV}

稳态时VERR的值与VREF接近。

误差放大器U1的作用是将VSEN的均值与VREF做比较，因此它要处理的是低频信号，需抑制高频信号，应合理设置误差放大器U1的带宽，使得其带宽小于LED驱动电路的开关频率。

本发明上述二装置的核心在于：由于增加了误差放大器U1，因此能够将电感电流的平均值信息直接与目标值相比较，并将电感电流平均值与目标值的误差进行放大。误差放大器U1的输出电压用于调节迟滞比较器U2的一个输入端的参考电平。通过负反馈环路来实现稳态条件下误差放大器U1的两个输入端的均值相等。

本发明上述二装置的电感电流采样单元也包括二种具体实现方式：

如图5所示，第一种电感电流采样单元电路包括第二放大器U4和与地依次电连接的第二电阻R2、镜像电流源、第二场效应管M2和第一电阻R1；所述第二放大器的第一输入端经第一电阻R1电连接采样电阻RS的一端，第二输入端电连接采样电阻RS的另一端，输出端电连接第一场效应管M1的栅极；所述电感电流采样单元的输出端电连接在所述镜像电流源和第二电阻R2之间。所述镜像电流源包括电源VCC、场效应管M51和场效应管M52。

如图6所示，第二种电感电流采样单元电路是第一种电感电流采样单元电路的简化，它不具备镜像电流源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

1.一种高精度LED恒流驱动装置，包括与发光LED灯（LED）串联的电感（L）、采样电阻（RS）和第一场效应管（M1），其特征在于，还包括与第一场效应管的栅极依次电连接的功率驱动模块（U3）、迟滞比较器（U2）、第一放大器（U1）和电感电流采样单元；所述电感电流采样单元的二输入端分别电连接采样电阻的二端，输出端电连接所述第一放大器的第一输入端和迟滞比较器的第一输入端；所述迟滞比较器的第二输入端电连接所述第一放大器的输出端；所述第一放大器的第二输入端电连接基准电压单元。

2.根据权利要求1所述驱动装置，其特征在于，还包括与所述电感、采样电阻和发光LED灯并联的反向二极管（D）。

3.根据权利要求1所述驱动装置，其特征在于，所述采样电阻、发光LED灯、电感和第一场效应管依次串联。

4.根据权利要求1所述驱动装置，其特征在于，所述第一场效应管、采样电阻、电感和发光LED灯依次串联。

5.根据权利要求1所述驱动装置，其特征在于，所述电感电流采样单元包括第二放大器（U4）和与地依次电连接的第二电阻（R2）、第二场效应管（M2）和第一电阻（R1）；所述第二放大器的第一输入端经第一电阻电连接采样电阻（RS）的一端，第二输入端电连接采样电阻的另一端，输出端电连接第一场效应管（M1）的栅极；所述电感电流采样单元的输出端电连接在第二场效应管和第二电阻之间。

6.根据权利要求1所述驱动装置，其特征在于，所述电感电流采样单元包括第二放大器（U4）和与地依次电连接的第二电阻（R2）、镜像电流源、第二场效应管（M2）和第一电阻（R1）；所述第二放大器的第一输入端经第一电阻电连接采样电阻（RS）的一端，第二输入端电连接采样电阻的另一端，输出端电连接第一场效应管（M1）的栅极；所述电感电流采样单元的输出端电连接在所述镜像电流源和第二电阻之间。