CN102510636B

CN102510636B - 一种驱动白光led的电流检测ic

Info

Publication number: CN102510636B
Application number: CN2011103613475A
Authority: CN
Inventors: 吴贵能; 李秋俊; 杨安智
Original assignee: WEI WANLAN
Current assignee: WEI WANLAN
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: CN102510636A

Abstract

本发明介绍一种能够保障LED支路电流稳定的IC，具体为一种驱动白光LED的电流检测IC，它包括一个电压基准产生单元、三个恒定增益放大器、四个比较器、一个与非门、一个MOS开关管以及一个电平平移电路；三个放大器的同相输入分别与LED支路串联，其反相输入串联后与MOS开关管的源极连接并接地，三个放大器的输出各自与比较器的反相输入连接，其同相输入串联后与第四个比较器的同相输入连接再连接到电压基准产生单元的输出，四个比较器的输出均连接到与非门，与非门连接MOS开关管的栅极，MOS开关管的漏极与电平平移电路连接，电平平移电路的输出作为IC芯片的VDD端，第四个比较器的反相输入端作为IC芯片的VF端。

Description

一种驱动白光LED的电流检测IC

技术领域

本发明涉及LED驱动电路的电流检测技术，具体为一种驱动白光LED的电流检测IC。该电流检测IC可以防止流经LED的电流过大，从而大大减小LED光衰，并提高整个LED灯具的寿命。

背景技术

LED是符合环保理念的高效绿色光源，因此被业界看作是未来替代传统照明的潜力商品。众所周知，LED的发光强度由流过LED的电流大小确定，如果假设将N颗（N≥2）LED串联，当流过该串联支路的电流等于LED的额定电流I _LED时，这时整个串联支路的电压为

Figure 2011103613475100002DEST_PATH_IMAGE002

，（V _Fi为第i颗LED在其额定电流下的正向电压），V _Fi通常为3.1~3.3V。因此N颗LED串联以后的端电压V _NLED一定各不相同，当M条LED的串联支路并联时，V _NLED最小的那条支路电流最大，V _NLED最大的那个支路电流最小，当这两条支路电压差异较大时（这种情况在实际生产时难以避免），因LED电流与其两端的电压成指数关系，这两个支路的电流将极度不均衡，最大电流支路的LED发热严重，LED正向电压的负温度特性又会使该支路的V _NLED进一步减小，这会加重该支路的电流进一步增加，因此这一支路的LED光衰将会明显加重，从而影响整个灯具（珠）寿命。为了避免发生这种现象，就要控制每条并联支路的电流不超过LED的额定电流，因此需要配置检测电流的IC。

在目前市场上，通常采用型号为 TL431的电压基准IC来检测LED电流，其电路原理结构图和符号分别如图1（A）、（B）所示，其应用电路原理图如图2所示。参见图2，这种电路中，R1取样的是LED灯组的总电流MI _LED（M为并联支路数），R3取样的是输出电压，R1与R3两端的电压之和与TL431输出的基准电压V _REF（约为2.5V）进行比较，当这个电压超过V _REF时，光耦U1导通，其发出的信号反馈到变压器次级控制电路，使其减小输入功率从而达到恒流的目的。这里将电阻R1和电阻R3电压叠加的目的是减小取样电阻R1的功耗以提高电源效率。由于当整个灯组开路时输出电压上升，R3两端电压上升，U1导通，因此这种结构的优点是R3可以起到对整个LED灯组开路时的保护作用，但是，这种电路结构却有明显的缺陷：

1、当所有LED都正常发光时，因采样检测的是LED灯组的总电流MI _LED，故整个灯组的电流是恒定的，但如前面所述，每条支路的电流是不均衡的，如电流差异较大，电流最大的支路的LED光衰将非常严重。

2、即使正常时各支路的电流差异较小，若某一支路的一颗或多颗LED发生短路失效（白光LED最常见的失效）时，整个并联灯组的电压将会下降，从而导致R3上的电压下降，这将导致整个LED灯组的总电流明显上升，上升的电流会加剧这条支路LED的失效，并使得灯具寿命大大缩短。

3、若某一支路LED发生开路失效，由于整个灯组的电流保持恒定，本应流过开路支路的电流会分摊到正常工作的支路，这样剩下所有支路的LED电流都会超过其额定电流，造成灯珠光衰明显加重，也将缩短灯珠寿命。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的主要目的在于提供一种能够保障并联LED灯组中各条支路都工作在额定电流下，并且还能对整个灯组形成保护的驱动白光LED的电流检测IC。

本发明的技术方案如下：一种驱动白光LED的电流检测IC，其特征在于，包括一个电压基准产生单元、三个恒定增益放大器、四个比较器、一个与非门、一个MOS开关管以及一个电平平移电路；所述的三个恒定增益放大器的同相输入端分别与对应的LED支路串联，三个恒定增益放大器的反相输入端串联后与MOS开关管的源极连接并接地，三个恒定增益放大器的输出端各自与一个比较器的反相输入端连接，所述的三个比较器的同相输入端串联后与第四个比较器的同相输入端连接再连接到电压基准产生单元的输出端，所述的四个比较器的输出端均连接到与非门的输入，与非门的输出连接MOS开关管的栅极，MOS开关管的漏极与电平平移电路的输入连接，电平平移电路的输出作为IC芯片的VDD端，所述第四个比较器的反相输入端作为IC芯片的VF端。

工作原理：本发明IC芯片通过内部的三个增益放大器分别采集各自支路的电压信号，并输入到对应的高精度比较器，所述的高精度比较器以电压基准产生单元输入的电压信号为基准，将放大器输入的电压与之进行比较后，将结果输入给与非门，与非门将各个比较器的值进行计算，当采集到某最大电流支路的电流超过设定值时，比较器输出低电位，与非门G1输出为高电位，MOS开关M1导通，IC外与M1串联的光耦U1（如图4所示）导通，U1将此信号传递到初级（初级示意图图中未画出）的控制回路，根据所选主控芯片的工作模式来减小输入功率（对于PWM类主控芯片是通过减小开关的导通时间来减小输入功率，对于固定周期和固定导通时间的主控芯片是通过跳过一个或多个工作周期来减小输入功率）。

本发明中，所使用的电压基准产生单元、恒定增益放大器、比较器、与非门、MOS开关管以及电平平移电路均为本领域中常用的电子元件，本发明通过设计不同的电路连接结构，使其形成专门用于LED灯组驱动的电流检测IC，该IC对每个LED的支路电流均进行采样，然后以最大支路电流的采样信号反馈给次级电路来控制输入功率的大小。同时该IC还提供一个高精度的电压基准，这为LED灯组增加了一个开路过压的保护功能。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、当所有LED均正常发光时，采用本发明的LED电流检测IC所设计的白光LED灯组驱动电源，不会发生因V _Fi存在差异所导致的最小V _NLED支路LED额定电流超标的情况，因而能大大提高灯具的寿命。

2、采用本发明的LED电流检测IC所设计的白光LED灯组驱动电源，在某一支路的LED发生短路失效的情况下，仍然能够保证余下正常发光LED的额定电流不会超标，因而能避免造成灯具的损坏加剧。

3、采用本发明的LED电流检测IC所设计的白光LED灯组驱动电源，在某一LED支路开路的情况下，可以保证支路其余正常发光LED的额定电流不会超标，因而能大大提高剩余灯珠的寿命，减小维修成本。

4、利用本发明的LED电流检测IC所设计的白光LED灯组驱动电源，其电流检测电阻上的功率消耗很小，从而有利于提高电源的输出效率。

附图说明

图1中，（A）为现有TL431电路的原理结构图，（B）为TL431电路的电路符号；

图2为现有的基于TL431芯片的白光LED电流驱动检测电路原理图；

图3为本发明驱动白光LED的电流检测IC电路原理图；

图4为基于本发明电流检测IC的应用电路原理图；

图5为基于本发明电流检测IC的另一种应用电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图3和图4所示，图4中，电阻R1、R2、R3分别检测三个并联支路的LED电流，然后经CS1、CS2、CS3输入给对应的恒定增益放大器comp1、comp2、comp3，由恒定增益放大器放大后与电压基准产生单元输入的高精度电压基准

Figure 2011103613475100002DEST_PATH_IMAGE004

（≈1.2V）进行比较，当任一支路的电流大于

Figure 2011103613475100002DEST_PATH_IMAGE006

（为恒定增益放大器的增益）时，与其对应的比较器输出“0”电平，此时MOS开关管M1导通，光耦U1导通，其反馈的信号传至初级控制回路以减少输入功率（初级示意图图中未画出）的控制回路，根据所选主控芯片的工作模式来减小输入功率（对于PWM类主控芯片是通过减小开关的导通时间来减小输入功率，对于固定周期和固定导通时间的主控芯片是通过跳过一个或多个工作周期来减小输入功率），从而达到恒定最大支路电流的目的。这种恒定最大支路电流的检测控制方式的最大一个好处还在于，当某个支路的LED发生短路失效或开路失效时，均不会导致剩余正常发光LED过流而导致寿命缩短，这样可以大大增加灯具的寿命或减小维修成本。

图4中，如果所有灯组发生开路故障时，电阻R5上的电压将上升，比较器comp4输出“0”电平，此时MOS开关管M1导通，光耦U1导通，其反馈的信号传至初级控制回路以减少输入功率，从而也能达到保护驱动电源的目的。

因采样电阻（R1、R2、R3）上的压降经过了恒定增益的放大，所以采样电阻上的压降可以做得较小（<100mV），这样可以大大减小采样电阻上的功率损耗，从而提高整个驱动电源的效率。同时，由于在MOS开关管M1上叠加了一个电平平移电路，这样就能保证在MOS开关管M1导通时IC芯片的VDD能够维持在一个合适的电压，从而保证IC能正常工作。

当并联支路较多时，可采用如图5所示的连接方式来实现多个并联支路的并联，其区别在于没有输入的管脚接地。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行的修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种驱动白光LED的电流检测IC，其特征在于，包括一个电压基准产生单元、三个恒定增益放大器、四个比较器、一个与非门、一个MOS开关管以及一个电平平移电路；所述的三个恒定增益放大器的同相输入端分别与对应的LED支路串联，三个恒定增益放大器的反相输入端串联后与MOS开关管的源极连接并接地，三个恒定增益放大器的输出端各自与一个比较器的反相输入端连接，其反相输入端与所述三个恒定增益放大器的输出端对应连接的三个比较器的同相输入端串联后与第四个比较器的同相输入端连接再连接到电压基准产生单元的输出端，所述的四个比较器的输出端均连接到与非门的输入，与非门的输出连接MOS开关管的栅极，MOS开关管的漏极与电平平移电路的输入连接，电平平移电路的输出作为IC芯片的VDD端，所述第四个比较器的反相输入端作为IC芯片的VF端。