CN102523650B

CN102523650B - 一种led电流检测和控制电路

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Publication number: CN102523650B
Application number: CN201110394512.7A
Authority: CN
Inventors: 蒋晓博
Original assignee: 蒋晓博
Current assignee: SHENZHEN LINGQI SEMICONDUCTOR Co.,Ltd.
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: CN102523650A

Abstract

本发明公开了一种LED电流检测和控制电路，涉及LED电流检测和控制的电路领域。本发明技术要点：电路上包括一个控制器、一个开关管、一个电阻、一个二极管、一个电感以及一个电容器；在开关管开通时，电阻检测流过开关管和电感上的电流，送至控制器，保证开关管和电感不会因为过电流而损坏，提高了LED驱动电源工作时的可靠性；开关管截止时，电阻检测流过负载LED的电流，由于控制器内部采用了闭环控制，所以输出LED上的电流值非常精确，而且不受输入电压、输出电压以及电感值的变化的影响。本发明适用于所有采用升降压（BUCK-BOOST）拓扑的LED驱动电源。

Description

一种LED电流检测和控制电路

技术领域

本发明涉及LED电流检测和控制的电路领域，尤其涉及LED照明中采用升降压拓扑(Buck-Boost)的输出高精度电流的LED电流检测和控制的电路。

背景技术

传统照明技术存在发光效率低、耗电量大、使用寿命短等缺点，LED照明具有寿命长、节能、安全、绿色环保等优点，正在迅速替代传统照明。LED不像普通白炽灯泡可以直接接220V的交流市电，它需要由电流检测和控制的电路提供恒定的输出电流。电流精度是LED电流检测和控制的电路最重要的指标之一，其他的指标主要有绝缘可靠性、体积大小、功率因素、转换效率、电源寿命、电磁兼容等。

电流精度作为LED电流检测和控制的电路的一项重要指标，直接决定LED电流检测和控制的电路的性能。市场上LED电流检测和控制的电路控制器恒定输出电流精度的方法主要有三种：开环控制、等效闭环控制和闭环控制。

开环控制就是通过LED电流检测和控制的电路控制器内部设定的阈值，直接控制电感电流的峰值或者谷值，配合恒定开通或者关断时间来达到控制LED电流的方法，如市场上的基于降压(Buck)拓扑的控制器，通过控制电感电流的峰值和关断时间来控制LED电流检测和控制的电路的输出电流。这种控制方法的电流精度受系统延时、外围器件偏差和控制器内部参数工艺偏差的影响大，输出电流精度差。

等效闭环控制是指侦测能够反映输出LED电流的信号，如电感峰值电流、开通时间和关断时间等，经过控制器转换成LED电流的等效信号送入由误差放大器和PWM脉宽调制器构成的负反馈环路，并用负反馈稳定这个等效LED电流信号，如市场上基于Flyback (反激)拓扑的PSR(原边控制)控制器，侦测变压器一次侧的电流峰值和变压器放电时间并将它们转换成等效LED电流信号送入负反馈环路，并用负反馈稳定LED电流等效信号控制输出LED电流。由于负反馈环路的引入，这种控制方法的电流精度只受采样和控制器转换电路的偏差影响，受外围参数变化小，所以批量生产时电流精度高于开环控制。

闭环控制是指直接侦测LED电流，并将电流信号送入由误差放大器和PWM脉宽调制器构成的负反馈环路，通过负反馈环路稳定电流信号。由于负反馈环路直接控制LED电流，这种控制方法精度高，但要侦测LED电流信息，往往需要额外的元件或者让控制器处理几百伏特的高压信号，这会显著增加系统的成本，如传统的反激控制器配合次级的TL431和光耦的LED电流检测和控制的电路。

出于对可靠性、成本以及体积的考虑，目前市场上存在着隔离和非隔离型两类LED电流检测和控制的电路。隔离型是指AC交流市电或者直流电源输入端和LED负载没有电气连接，是被变压器隔离开的。非隔离型驱动是与隔离型对应的输入与输出没有被变压器电气隔离的驱动方式。隔离型的LED电流检测和控制的电路由于输入高压被电器隔离，所以没有触电的危险；但是隔离型LED电流检测和控制的电路需要变压器，会增加电流检测和控制的电路的成本以及体积，许多对电流检测和控制的电路体积要求严格的LED照明产品无法使用隔离型驱动方式。非隔离型电源由于只需要电感而不需要变压器，所以该类型的电流检测和控制的电路具有体积小，成本低的特点；但是由于LED灯具绝缘和可靠性的要求，非隔离型驱动会增加LED灯具物理隔离的成本。这两种类型的驱动方式各有优缺点，因此隔离与非隔离的方案一直都同时存在。

功率因素作为LED电流检测和控制的电路另一项重要的指标，越来越被市场所重视。高功率因素LED电流检测和控制的电路能有效降低对电网的干扰，更加节能环保，尤其在大功率的应用场合。目前实现高功率因素LED电流检测和控制的电路的方式主要有双级和单级功率因素校正技术。双级功率因素校正技术将功率因素校正和控制LED恒流分成两级处理，整体电路成本高，目前多应用于大功率场合。单级功率因素校正技术将校正功率因素和控制LED恒流一次完成，由于几乎不增加成本，该技术在LED电流检测和控制的电路得到广泛应用；但是由于功率因素校正的系统带宽很低，同时对LED恒流时，输出LED负载电流会有输入交流市电的工频纹波。

LED电流检测和控制的电路根据电感电流是否连续可以分为（电感）连续电流模式(CCM)、（电感）断续电流模式(DCM)和（电感）临界电流模式(BCM)。连续电流模式是指电感电流在开关管关断时未降到零，在下次开关管导通时电感电流不是从零开始增加；断续电流模式与连续电流模式相反，开关管导通前，电感电流已经降为零；临界电流模式介于连续电流模式和断续电流模式之间，指当电感电流降为零时马上导通开关管。连续电流模式电感峰值电流和输出电流纹波较小，可以使用成本相对较低的功率器件以及小型的输出电容，但是连续电流模式电感(隔离应用时为变压器)取值比较高从而会增加电流检测和控制的电路的体积；对于高功率因素应用时，控制器需要额外的乘法器，控制方法比较复杂。断续电流模式相对于连续电流模式相比：有电感(隔离时为变压器)峰值电流大以及输出电流纹波大等缺点，但是断续电流模式电感值(隔离时为变压器)取值较小，并且实现高功率因素的控制方法比较简单。临界电流模式的特点介于连续电流模式和断续电流模式之间。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种基于升降压(Buck-Boost)拓扑的非隔离、闭环控制的LED驱动电路。

本发明中的LED电流检测和控制电路包括控制器（101）、电感（102）、第一开关管（103）、第一电阻（104）、第一二极管（105）、输出滤波电容（106）；

第一开关管（103）的漏极用于与直流电源的正极输出端连接，第一开关管（103）的源极接有第一电阻（104）与第一二极管（105）的阴极；

所述第一电阻（104）的另一端与电感（102）连接，电感（102）的另一端与直流电源的地连接；所述第一电阻（104）与电感（102）的公共连接点为控制器（101）地；

所述第一二极管（105）的阳极接有输出滤波电容（106），同时，第一二极管（105）的阳极还用于连接负载LED的阴极；输出滤波电容（106）的另一端与直流电源的地连接，同时，输出滤波电容（106）的接地端还用于连接负载LED的阳极；

所述控制器（101）用于在第一开关管（103）导通时，侦测流过第一开关管（103）与电感（102）的电流在所述第一电阻（104）上产生的电压信号，或者在第一开关管（103）截止时，侦测流过负载LED的电流在所述第一电阻（104）上产生的电压信号，并向第一开关管（103）的栅极输出开关控制信号，控制第一开关管（103）的导通或截止。

优选地，所述控制器（101）包括控制器电源（217）、二选一电路（211）、基准电压源（204）、误差放大器（205）、第一比较器（206）、第二比较器（207）、逻辑电路（208）和第一电容（209）；

所述控制器电源（217）的输入端接受一个直流电源，控制器电源（217）用于向控制器（101）内部各个电路提供工作电压；

所述二选一（211）电路具有两个输入端、一个控制端及一个输出端，所述两个输入端分别对应连接所述第一开关管（103）的源极与控制器地，所述控制端与开关管（103）的栅极连接，所述输出端与误差放大器（205）的一个输入端连接；

所述基准电压源（204）用于产生精确的基准电压，所述基准电压同时作为误差放大器（205）与第二比较器（207）的参考电压信号；

所述误差放大器（205）用于将其接受的基准电压源与二选一电路输出的电压信号转化为电流信号并输出；

第一电容（209）一端与误差放大器（205）的输出端连接，另一端接地，用于将误差放大器（205）输出的电流信号转变为电压信号；

第一比较器（206）的一个输入端与误差放大器（205）的输出端连接，第一比较器（206）用于将第一电容（209）上产生的电压信号和其另一输入端上的锯齿波信号相比较，所述第一比较器（206）的输出信号送入到逻辑电路（208）中；

所述第二比较器（207）的一个输入端连接所述第一开关管（103）的源极，另一个输入端接收基准电压源（204）输出的基准电压，第二比较器（207）输出的控制信号接至逻辑电路（208）；

所述逻辑电路（208）与第一开关管（103）的栅极连接，用于产生控制第一开关管（103）开通和关断的信号。

优选地，所述控制器（101）还包括零电流检测电路（216）与锯齿波发生器（215）；

所述零电流检测电路（216）用于监测并判断电感（102）上的电流是否为零，其输出端接至逻辑电路（208）；

所述锯齿波发生器（215）用于产生所述的锯齿波信号，锯齿波发生器（215）产生的锯齿波信号由基准电压源（204）的基准电压及逻辑电路（208）的输出信号控制；

控制器（101）的外围电器元件还包括：第三电阻（112）、第二二极管（114）、第二电容（113）、第四电阻（115）及第五电阻（116）；

第三电阻（112）的一端用于连接直流电源的正极，第三电阻（112）的另一端与所述控制器（101）的控制器电源（217）的输入端连接；第二二极管（114）的阴极与控制器（101）的控制器电源（217）的输入端连接，阳极接至直流电源地；所述第二电容（113）的一端与控制器（101）的控制器电源（217）的输入端连接，另一端接至控制器地；

所述第四电阻（115）与第五电阻（116）串联后再与电感（102）并联，第五电阻（116）的另一端接直流电源地，第四电阻（115）的另一端接控制器地，第四电阻（115）与第五电阻（116）的公共连接点与零电流检测电路（216）输入端连接。

优选地，所述控制器（101）还包括保护电路（220）、锯齿波电流发生器（215A）与方波发生器（221）；

所述保护电路（220）用于检测LED负载发生开路或者短路，其输出端接至逻辑电路（208）；

所述方波发生器（221）的一个输出端接至逻辑电路（208），另一个输出端接至锯齿波电流发生器（215A）；

所述锯齿波电流发生器（215A）输出一路锯齿波电流信号，所述锯齿波电流信号在第二电阻（222）上产生的电压信号与开关管103开通时的源级电压信号叠加后送到第一比较器（206）；锯齿波电流发生器（215A）用于将方波发生器（221）输出的锯齿波信号转换为锯齿波电流信号，第二电阻（222）用于产生锯齿波电压信号；

所述第四电阻（115）与第五电阻（116）串联后再与电感（102）并联，第五电阻（116）的另一端接直流电源地，第四电阻（115）的另一端接控制器地，第四电阻（115）与第五电阻（116）的公共连接点与零电流检测电路（216）的输入端连接。

优选地，还包括一个环路补偿电容（109），环路补偿电容（109）的一端接控制器地，另一端接至控制器（101）中误差放大器（205）的输出端。

优选地，所述电感（102）为变压器（102A）的初级绕组，变压器（102A）辅助绕组一端接直流电源地，另一端通过第三二极管（110）接至所述控制器（101）的电源输入端；第三二极管（110）的阴极与控制器（101）的电源（217）输入端连接。

优选地，所述二选一电路包括第六电阻（202）与第二开关管（203）；

第六电阻（202）的一端与第二开关管（203）的漏极连接，第六电阻（202）与第二开关管（203）的漏极公共连接点作为二选一电路的输出端与误差放大器（205）连接；

第二开关管（203）的源极作为二选一电路的一个输入端接控制器地，第二开关管（203）的删极作为二选一电路的控制端与第一开关管（103）的栅极连接在一起，第六电阻（202）的另一端作为二选一电路的另一个输入端接第一开关管（103）的源极。

优选地，所述二选一（211）包括，第一反向器（311）、第二反向器（312）、第一NMOS晶体管（313）和第二NMOS晶体管（314）；所述第一反向器（311）的输入端作为二选一电路的控制端连接第一开关管（103）的栅极，所述第一反向器（311）的输出端连接第二反向器312的输入端和第一NMOS晶体管（313）的栅极，所述第二反向器312的输出端连接第二NMOS晶体管（314）的栅极，所述第一NMOS晶体管（313）的漏极作为二选一电路的一个输入端连接第一开关管（103）的源极，所述第一NMOS晶体管（313）的衬底连接控制器地，所述第一NMOS晶体管（313）的源极与第二NMOS晶体管（314）的源级连接在一起作为二选一电路的输出端，所述第二NMOS晶体管（314）的漏极作为二选一电路的另一个输入端连接控制器地，第二NMOS晶体管（314）的衬底接控制器地。

优选地，所述控制器（101）包括控制器电源（217）、基准电压源（204）、误差放大器（205）、第一比较器（206）、第二比较器（207）、逻辑电路（208）、第一电容（209）、开关（213）和误差放大器（205）；

所述开关（213）的控制端与逻辑电路（208）的输出端连接，用于实现开关管（103）导通时，开关（213）截止；开关管（103）截止时，开关（213）导通；

所述控制器电源（217）的输入端接受直流电源，控制器电源（217）用于向控制器（101）内部各个电路提供工作电压；

所述基准电压源（204）用于向误差放大器（205）与第二比较器（207）提供参考电压信号；

所述误差放大器（205）用于将其接受的基准电压源与第一开关管（103）源极输出的电压信号转化为电流信号并输出；

所述误差放大器（205），包括跨导放大器A（301）和跨导放大器B（302）；

跨导放大器A（301）用于将所述基准电压源（204）产生的基准电压转换成电流信号对所述第一电容（209）进行充电；跨导放大器B（302）用于将二选一电路输出的电压信号转换成电流信号对第一电容（209）进行放电；

跨导放大器A（301）和跨导放大器B（302）的输出端分别作为误差放大器（205）的两个输出端；

第一电容（209）一端通过开关（213）与误差放大器（205）中跨导放大器A（301）输出端连接，同时直接连接误差放大器（205）中跨导放大器B（302）的输出端；第一电容（209）另一端接地，用于将误差放大器（205）输出电流信号转换为电压信号；

第一比较器（206）的一个输入端与第一电容（209）接有开关（213）的那一端连接，第一比较器（206）用于在开关（213）导通时，将第一电容（209）上产生的电压信号和其另一输入端上的锯齿波信号相比较，所述第一比较器（206）的输出信号送入到逻辑电路（208）中；

所述逻辑电路（208）用于产生控制第一开关管（103）开通和关断的信号。

优选地，所述误差放大器（205），包括跨导放大器A（301）和跨导放大器B（302）；

跨导放大器A（301）和跨导放大器B（302）的输出端连接在一起作为误差放大器（205）的输出端。

优选地，所述误差放大器（205），包括跨导放大器（303），所述跨导放大器（303）的一个输入端接收基准电压源（204）产生的基准电压，另一个输入端接收二选一电路输出的电压信号；跨导放大器（303）用于将输入的两路信号相减，并将两路信号之差转换成电流对第一电容（209）进行充电或放电。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.在开关管开通时，可以检测流过开关管和电感（或则变压器初级侧）上的电流，保证开关管和电感（或则变压器初级侧）不会因为过电流而损坏，提高了LED驱动电源工作时的可靠性；

2.在开关管关闭时，可以精确的检测流过负载LED的电流，由于控制器内部采用了闭环控制，所以输出LED上的电流值非常精确，而且不受输入电压、输出电压以及电感值的变化的影响；

3. 本发明需要的元器件数目很少，降低了LED驱动电源的成本，有利于LED照明的推广；

4.由于本发明采用了升降压(Buck-Boost)电路拓扑，所以在实现单极功率因数校正的LED驱动电源中具有很高的功率因数值。

本发明适用于所有LED的驱动电源，包括隔离、非隔离的LED驱动电源，电感电流连续模式、断续模式和临界模式的LED驱动电源，具有、不具有输入高功率因数的LED驱动电源。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的LED电流检测和控制的电路基本电路原理图；

图2是图1中控制器的电路原理图；

图3为本发明实施例一的LED电流检测和控制的电路的简图；

图4为本发明实施例一的控制器的内部简单框图；

图5为本发明实施例二的LED电流检测和控制的电路的简图；

图6为本发明实施例二的控制器101的内部简单框图；

图7为本发明LED电流检测和控制的电路的第三实施例的简图；

图8为本发明控制器第三实施例的内部简单框图；

图9为本发明优选实施例中误差放大器205一种具体组成电路图；

图10为本发明优选实施例中误差放大器205另一种具体组成电路图；

图11为本发明优选实施例中跨导放大器A，301的具体组成电路图；

图12为本发明优选实施例中跨导放大器B，302的具体组成电路图；

图13为本发明优选实施例中锯齿波发生器215的具体组成电路图；

图14为本发明优选实施例中锯齿波电流215A的具体组成电路图；

图15为本发明优选实施例中零电流检测216的原理图；

图16为本发明逻辑电路208的第一实施例具体组成电路图；

图17为本发明逻辑电路208的第二实施例具体组成电路图；

图18为本发明二选一211的第一实施例具体组成电路图；

图19为本发明二选一211的第二实施例具体组成电路图；

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

对本发明所涉及的专业术语进行说明：

LED： Light Emitting Diode，发光二极管

CCM： Continuous Current Mode，（电感）连续电流模式

DCM： Discontinuous Current Mode，（电感）断续电流模式

BCM： Boundary Current Mode，（电感）临界电流模式

PFC： Power Factor Correction，功率因数校正

PSR： Primary Side Regulator，原边控制

Buck-Boost：升降压

ZCD： Zero Current Detection，零电流检测

MOS： metal oxide semiconductor，金属氧化物半导体；

BJT： Bipolar Junction Transistor ，双极型晶体管

CMOS： complementary metal-oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体；

PMOS： P-channel metal oxide semiconductor FET，P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管；

NMOS: N-channel metal oxide semiconductor FET，N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

LED电流检测和控制的基本电路：

如图1，本发明中的LED电流检测和控制的基本电路包括控制器101、电感102、开关管103、电阻104、二极管105、输出滤波电容106。

开关管103的漏极用于与直流电源的正极输出端连接，开关管103的源极接有电阻104与二极管105的阴极。

所述电阻104的另一端与电感102连接，电感102的另一端与直流电源的地连接；所述电阻104与电感102的公共连接点为控制器101地N03。

所述二极管105的阳极接有输出滤波电容106，同时，二极管105的阳极还用于连接负载LED的阴极；输出滤波电容106的另一端与直流电源的地连接，同时，输出滤波电容106的接地端还用于连接负载LED的阳极。

所述控制器101用于在第一开关管103导通时，侦测流过第一开关管103与电感102的电流在所述第一电阻104上产生的电压信号，或者在第一开关管103截止时，侦测流过负载LED的电流在所述第一电阻104上产生的电压信号，并向第一开关管103的栅极输出开关控制信号，控制第一开关管103的导通或截止。

所述电感102的作用是在开关管103开启时，将电能转换成磁能储存在电感102中，在开关管103关闭时，将储存在电感102中的磁能转换成电能给LED负载供电。

所述开关管103的作用是，在驱动信号N07为高时，将开关管开启；驱动信号N07为低时，将开关管关闭；优选的，本实施例中所述开关管103是一个功率NMOS管。

所述电阻104的作用是，当开关管103开启时，检测流过开关管103和电感102的电流，然后将电阻104上产生的电压信号（该电压信号以N03为参考地）送入控制器101中，限制流过开关管103和电感102的最大电流，当开关管103关闭时，检测流过LED负载的电流，将产生的电压信号（该电压信号以N03为参考地）送入控制器101中，控制器101产生脉宽调制信号通过N07控制开关管103的开通时间，从而精确的调节流过LED负载的电流。

所述二极管105的作用是，当开关管103开启时，所述二极管截至，阻止电源电流流过LED负载，当开关管103关闭时，所述二极管开启，电感102通过二极管105对LED负载进行供电。

所述电容106是一个滤波电容，该电容可以减小LED负载上面的电流纹波。

所述信号N01表示输入电源的正相端；

所述信号N02表示表示输入电源的负相端；

所述信号N03表示控制器101的参考地；

所述信号N04是一个电压信号，该电压以N03作为参考地信号，在开关管103开启时，该电压表示流过开关管103和电感102的电流大小，在开关管103关闭时，该电压表示流过LED负载的电流大小，该电压信号是控制器101的输入信号。

所述信号N07表示开关管103的栅极驱动信号，该信号控制开关管103的开启和关断，该信号是控制器101的输出信号。

所述控制器101，优选的，如图2，包括控制器电源217、二选一电路211、基准电压源204、误差放大器205、第一比较器206、第二比较器207、逻辑电路208和电容209；

所述控制器电源217的输入端接受直流电源，控制器电源217用于向控制器101内部各个电路提供工作电压。

所述二选一电路211具有两个输入端、一个控制端及一个输出端，所述两个输入端分别对应连接所述第一开关管103的源极与控制器地，所述控制端与开关管103的栅极连接，所述输出端与误差放大器205的一个输入端连接。

所述误差放大器205用于将其接受的基准电压源与二选一电路211输出的电压信号转化为电流信号并输出。

第一电容209一端与误差放大器205的输出端连接，另一端接地，用于将误差放大器205输出的电流信号转变为电压信号。

第一比较器206的一个输入端与误差放大器205的输出端连接，第一比较器206用于将第一电容209上产生的电压信号和其另一输入端上的锯齿波信号相比较；第一比较器206的作用是进行脉宽调制，即把锯齿波信号和误差放大器的输出信号相比，所述第一比较器206的输出信号送入到逻辑电路208中调节驱动开关管103的开通时间。

所述第二比较器207的一个输入端连接所述第一开关管103的源极，另一个输入端接收基准电压源204输出的基准电压，第二比较器207输出的控制信号接至逻辑电路208；第二比较器207的作用是限制流过开关管103和电感102的最大电流，当流过开关管103和电感102的电流超过设定值时，第二比较器207通过逻辑电路208关断开关管103。

所述逻辑电路208用于产生控制第一开关管103开通和关断的信号。

当开关管103开启时，所述二选一电路211送入误差放大器205的信号为芯片的参考地N03信号；当开关管103关闭时，所述二选一电路211将所述开关管103的源级电压信号送入到误差放大器205中。

所述基准电压源204的作用是，产生精确的基准电压N21和N22，其中N21将作为误差放大器205的输入电压信号，N22作为第二比较器207的输入电压信号。

所述电容209的作用是保证由所述LED电流检测和控制的电路构成的LED驱动电源工作时，环路的稳定性，该电容也可以置于所述控制器101外部，但是，当外部环路补偿电容109不用时，控制器内部必须使用电容209，当外部环路补偿电容109使用时，控制器内部可以使用电容209也可以不使用。

所述控制器101里面的第一比较器206的作用是，将电容209上产生的电压信号N26和一个锯齿波信号N25相比较，所述第一比较器206的输出信号N24送入到逻辑电路208中。

所述控制器101里面的第二比较器207的作用是在开关管103开通时，将开关管103源级电压信号和基准电压源204输出的基准电压信号N22相比较，产生控制信号N23送入逻辑电路208中，通过控制开关管103的关闭，限制流过开关管103和电感102上的最大电流值。

所述控制器101里面：N29信号是一个模拟电压信号，在开关管103开通时，该电压为控制器101的参考地信号N03，当开关管103关闭时，该信号为开关管103源级的电压信号N04；

N21信号是一个基准电压信号，该信号由电压基准源204产生，作为误差放大器205的一个输入信号；

N22信号是一个基准电压信号，该信号由电压基准源204产生，作为第二比较器207的一个输入信号；

N24信号是一个数字逻辑信号，该信号由第一比较器206产生，通过逻辑电路208产生N07信号控制开关管103的开通时间；

N25是一个锯齿波信号，该信号的频率可以是固定的也可以是变化的；该信号可以由独立的锯齿波发生器产生，也可以是一个锯齿波电压信号和所述N04电压信号相加得到；

N26是一个模拟电压信号，该电压信号的大小反应了输入电压N01的大小以及流过LED负载电流的大小，该电压信号由误差放大器205产生的电流对电容209进行充电和放电决定，该电压送入第一比较器206和一个锯齿波信号N25相比较，产生信号N24。

N32由控制器电源217产生，为控制器101内部其他模块提供电源。

LED电流检测和控制的电路的第一实施例：

参照图3，示出了本发明优选实施例一的一种LED电流检测和控制的电路的组成电路图，在图1所示的基本电路的基础上还包括电容109、电阻112、电容113、二极管114、电阻115和电阻116。

电阻112的一端用于连接直流电源的正极，电阻112的另一端与所述控制器101的控制器电源217的输入端连接；二极管114的阴极与控制器101的控制器电源217的输入端连接，阳极接至直流电源地；所述电容113的一端与控制器101的控制器电源217的输入端连接，另一端接至控制器地。

所述电阻115与电阻116串联后再与电感102并联，电阻116的另一端接直流电源地，第四电阻115的另一端接控制器地。

环路补偿电容109的一端接控制器地，另一端接至控制器101中误差放大器205的输出端。

下面对本实施例中LED电流检测和控制的电路新增原件的工作原理进行详细描述。

所述电容109是一个环路补偿电容，当本实例中LED电流检测和控制的电路工作时，所述电容109提供LED电流检测和控制的电路环路的稳定性以及高的功率因数。

所述电阻112，作为控制器101的启动电阻，在控制器101启动前对所述电容113充电。

所述电容113，作为控制器101电源的维持电容，在控制器101工作时，所述电容113为控制器101提供电源，在控制器101启动之后，通过二极管114对所述电容113供电。

所述二极管114，作用是当开关管103开启时，所述二极管114截至，阻止电容113对直流电源地N02放电，当开关管103关断时，所述二极管114导通，直流电源地N02通过所述二极管114对电容113充电；

所述电阻115和电阻116，在开关管103关断时，通过侦测电感102两端的电压检测流过电感的电流是否为零，保证控制器101工作在临界电流模式BCM，提高由本优选实施例一构成的LED电流检测和控制的电源的效率。

所述电阻115和电阻116的作用还包括，在开关管103关断时，通过侦测LED负载两端的压降，进行LED负载开路和短路检测，通过控制器101实现LED负载的开路保护和短路保护。

所述信号N12，为控制器101的供电电源端，以N03为参考地。

所述信号N13是一个电压信号，N13的电压以N03作为参考地，在开关管103开启时，N13电压以N03电压作为参考地是一个负电压信号，反应了输入电压大小，即N01和N02之间的电压差，在开关管103关断并且电感102电流未降为零时，通过电阻115和电阻116的分压，N13电压以N03电压作为参考地是一个正电压信号，反应了输出LED负载上的电压差（严格来说，该电压包含了输出LED负载上的电压差，二极管105上的正向导通压降，和电阻104上的电压差，但是二极管105上的正向导通压降和电阻104上的电压差很小，相对输出LED负载上的电压可以忽略），当电感102电流降为零后，由于电感102和寄生电容会产生谐振，N13相对N03的正电压会迅速降低，直至相对N03电压为负电压，然后产生振荡，因此在电感102电流降低到零后，通过检测N13信号和N03信号的电压差，可以实现电感102的零电流检测(ZCD)；

参照图4，上述图3所示的LED电流检测和控制的电路第一实施例中的控制器的实施例。

本控制器的实施例在图2所示的控制器基本电路上增加了锯齿波发生器215、零电流检测216。

电阻115与电阻116的公共连接点与零电流检测电路216输入端连接，零电流检测电路216的输出端接至逻辑电路208。零电流检测216，通过检测N13电压的下降沿判定电感102的电流是否下降为零，在检测到电感102的电流下降为零后的短时间内，将输出控制信号N28送入逻辑电路208中控制开关管103的开启。

所述锯齿波发生器215用于产生锯齿波信号N25，锯齿波发生器215的输出信号由基准电压源204的基准电压及逻辑电路208的输出信号N07控制。所述锯齿波发生器215产生一个固定上升斜率，并且上升时间和开关管103的开启同步的锯齿波N25，所述信号N25和误差放大器205的输出N09一起决定开关管103的开启时间。

信号N28由零电流检测216产生，所述信号N28通过逻辑电路208控制开关管103的开启；优选的，本实施例一中，所述信号N28为一个数字正脉冲信号，当零点流检测216判定电感102的电流下降为零后的短时间内，输出一个正脉冲信号N28。

本发明第一实施例所述的LED电流检测和控制的电路在开关管开通时，可以检测流过开关管103和电感102上的电流，保证开关管103和电感102不会因为过电流而损坏，提高了LED电流检测和控制的电路工作时的可靠性；在开关管关闭时，可以精确的检测流过负载LED的电流，由于控制器内部采用了闭环控制，所以输出LED上的电流值非常精确，而且对输入电压、输出电压以及电感值的变化不敏感；该方法需要的元器件数目很少，降低了LED电流检测和控制的电路的成本，有利于LED照明的推广；另外，由本实施例一构成的LED电流检测和控制的电路在保证上述优点的同时，还实现了输入电压和输入电流的高功率因数。

LED电流检测和控制的电路的第二实施例：

如图6，LED电流检测和控制的电路的第二实施例的控制器在图2所示的控制器基本电路的基础上增加了：括保护电路220、锯齿波电流发生器215A和方波发生器221。

所述方波发生器221的一个输出端接至逻辑电路208，另一个输出端接至锯齿波电流发生器215A。

所述锯齿波电流发生器215A输出一个锯齿波电流，所述锯齿波电流在电阻222上产生的电压信号和开关管103开通时的源级电压信号相加，然后将相加后的电压送到第一比较器206的其中一个输入端。

如图5，控制器101的外围电器元件还包括：电阻112、二极管114、电容113、电阻115及电阻116，但是不包含环路补偿电容109。

电阻112、二极管114、电容113、电阻115与电阻116的连接方式与图3所示的LED电流检测和控制的电路的第一实施例中的连接方式一样。

电阻115与电阻116的公共连接点与保护电路220输入端连接，保护电路220的输出端接至逻辑电路208。保护电路220通过检测输入信号N13的最大电压来判定LED负载的开路和短路状况；当输入信号N13的最大电压超过控制器101内部设定值时，保护电路220判定LED负载开路；当输入信号N13的最大电压在一段时间内始终小于控制器101内部设定值时，保护电路220判定LED负载短路；当保护电路220检测到LED负载开路或则短路时，输出逻辑低通过逻辑电路208将开关管103关闭，当保护电路220检测到LED负载正常时，输出逻辑高。

保护电路220可以由一个比较器及一个延时电路或者数字滤波器来实现，输入信号N13经过延时电路或数字滤波器延时后送入比较器与控制器101内部设定值比较。

本发明第二实施例所述的LED电流检测和控制的电路在开关管开通时，可以检测流过开关管103和电感102上的电流，保证开关管103和电感102不会因为过电流而损坏，提高了LED电流检测和控制的电路工作时的可靠性；在开关管关闭时，可以精确的检测流过负载LED的电流，由于控制器内部采用了闭环控制，所以输出LED上的电流值非常精确，而且对输入电压、输出电压以及电感值的变化不敏感；本实施例二集成了环路补偿电容209，所以控制器101外面需要的元器件数目减少，降低了LED电流检测和控制的电路的成本，有利于LED照明的推广；另外，由本实施例二所构成的LED电流检测和控制的电路由于环路响应快，LED负载电流没有低频纹波。

LED电流检测和控制的电路的第三实施例：

图7为本发明LED电流检测和控制的电路的第三实施例，与图1所示的基本电路相比，本实施例中的电感102为变压器102A的初级绕组，变压器102A辅助绕组一端接直流电源地，另一端通过二极管110接至所述控制器101的电源输入端；二极管110的阴极与控制器101的控制器电源217输入端连接。

控制器第三实施例：

如图8，本实施例的控制器101包括控制器电源217、基准电压源204、误差放大器205、第一比较器206、第二比较器207、逻辑电路208、电容209、开关213和误差放大器205。

所述开关213的控制端与逻辑电路208的输出端连接，用于实现开关管103导通时，开关213截止；开关管103截止时，开关213导通。

所述基准电压源204用于为误差放大器205与第二比较器207提供参考电压信号；

所述误差放大器205用于将其接受的基准电压源与开关管103源极输出的电压信号转化为电流信号并输出。

电容209一端通过开关213与误差放大器205的输出端连接，电容209一端还同时直接与误差放大器205的另一个输出端连接，电容209另一端接地，用于在开关213导通时，将误差放大器205输出的电流信号转变为电压信号。

第一比较器206的一个输出入端与电容209接有开关213的那一端连接，第一比较器206用于在开关213导通时，将电容209上产生的电压信号和其另一输入端上的锯齿波信号相比较，所述第一比较器206的输出信号送入到逻辑电路208中。

所述第二比较器207的一个输入端连接所述开关管103的源极，另一个输入端接收基准电压源204输出的基准电压，第二比较器207输出的控制信号接至逻辑电路208；

所述逻辑电路208用于产生控制第一开关管（103）开通和关断的信号。

如图9，所述误差放大器205的一个实施例的组成结构图，所述误差放大器205包括：跨导放大器A，301和跨导放大器B，302；

所述控制器101里面的误差放大器205里面的跨导放大器A，301的作用是，将所述基准电压源204产生的基准电压N21转换成电流信号对电容109/电容209进行充电；所述跨导放大器B，302的作用是，将所述二选一211的输出电压信号N29转换成电流信号对电容109/电容209进行放电。

跨导放大器A,301与跨导放大器B，302的输出端可以接在一起作为误差放大器205的输出端，也可以不连接在一起，作为误差放大器205的两个输出端。

如图10，所述误差放大器205的另一个实施例的组成结构图，所述误差放大器205包括跨导放大器303，所述跨导放大器303的一个输入端接收基准电压源204产生的基准电压N21，另一个输入端接收二选一211电路输出的电压信号；跨导放大器303用于将输入的两路信号相减，并将两路信号之差转换成电流对电容109/电容209进行充电或放电。

图11是跨导放大器A，301的电路原理图，跨导放大器A，301包括运算放大器401，NMOS晶体管402，PMOS晶体管403、404，电阻405。

所述跨导放大器A，301里面的运算放大器401，NMOS晶体管402和电阻405的作用是，将输入基准电压信号N21转换成电流流过PMOS晶体管403。

所述跨导放大器A，301里的PMOS管403、404构成电流镜，将流过PMOS管403的电流信号镜像，通过PMOS管404和N09对电容109/电容209充电。

图12是所述误差放大器205中的跨导放大器B，302的电路原理图。跨导放大器B，302包括：运算放大器406，NMOS管407、NMOS管410、NMOS管411和PMOS管408、PMOS管409以及电阻410。

所述误差放大器205中的跨导放大器B，302里面的运算放大器406，NMOS管407和电阻405A将输入N20电压信号转换成电流流过PMOS管408。

所述跨导放大器B，302里的PMOS管408和PMOS管409构成电流镜，NMOS管410和NMOS管411构成电流镜，将前面所述的N20经过运算放大器406，NMOS管407和电阻405A产生的电流信号镜像出来通过N09对电容109放电。

图13是锯齿波发生器的电路原理图，锯齿波发生器215包括：运算放大器415，NMOS管416、NMOS管421，PMOS管417、PMOS管418，电阻419、电容420以及反向器422。

所述锯齿波发生器215里的运算放大器415，NMOS管416和电阻419将输入的基准电压信号N22转换成电流流过PMOS管417。

所述锯齿波发生器215里的PMOS管417、PMOS管418构成电流镜，将流过PMOS管417的电流镜像到PMOS管418，在开关管103开启时，对电容420充电。

所述锯齿波发生器215里的NMOS管421的作用是，当N07信号为高，即开关管103开启时，通过反相器422将NMOS管421关闭，PMOS管418对电容420充电，当N07信号为低时，即开关管103关闭时，通过反相器422将NMOS管421开启，将N25下拉到控制器101的地电位。

所述锯齿波发生器215里的反相器422的作用是，将输入N07的逻辑反向，即输入N07为逻辑高，反向器422的输出为逻辑低，输入N07为逻辑低，反向器422的输出为逻辑高。

如图14，锯齿波电流发生器215A的一个实施例包括：锯齿波电流发生器215A包括：运算放大器425，NMOS管426，PMOS管427，PMOS管428和电阻429。

所述锯齿波电流215A里面的运算放大器425，NMOS管426和电阻429的作用是，将输入锯齿波信号N50转换成电流流过PMOS管427。

所述锯齿波电流215A里的PMOS管427、428构成电流镜，将流过PMOS管427的电流镜像，通过PMOS管428经过N51流出。

如图15显示的是所述零电流检测电路216的时序图。I₁₀₂代表流过电感102的电流波形，V_N13表示图9中N13的电压波形，以N03为参考地，为零电流检测216的输入波形，V_N28表示图9中N28的电压波形，以N03为参考地，为零电流检测216的输出波形，V_N24表示图9中N24的电压波形，以N03为参考地，V_N07表示图9中N07的电压波形，以N03为参考地；当电感电流I₁₀₂降为零时V_N13由高变低，当V_N13低于零电流检测216的判定电压时，输出脉冲信号，如图V_N28所示，通过逻辑电路208将N07置高。

LED电流检测和控制电路第一实施例中，所述逻辑电路208的一个具体实施方式如图16，所述逻辑电路208包括一个逻辑二输入与门305和一个RS触发器306。

所述逻辑二输入与门305的作用是，当两个输入信号同为逻辑高时，输出为逻辑高，当两个输入信号中其中一个为逻辑低时，输出为逻辑低。

所述RS触发器306的作用是，当S输入端为逻辑高时，RS触发器306的输出为逻辑高，当S输入端为逻辑低时，RS触发器306的输出保持原态，当R输入端为逻辑高时，RS触发器306的输出为逻辑低，当R输入端为逻辑低时，RS触发器306的输出保持原态。

所述逻辑二输入与门305的两个输入信号为N23和N24，输出信号为N36。

所述RS触发器306的S输入信号为N28，R输入信号为N36，输出信号为N07。

当系统工作在电感102电流临界模式时，零电流检测电路216检测到电感电流为零时，发出正脉冲信号N28，通过逻辑电路里面的RS触发器将N07置为逻辑高，开关管103导通；第一比较器206是一个脉宽调制比较器，它把一个锯齿波电压信号和误差放大器205的输出信号相比，调节驱动N07的开通时间，第二比较器207的作用是限制流过开关管103和电感102的最大电流，当第一比较器206和第二比较器207任何一个输出逻辑低时，通过RS触发器，N07都会被置为逻辑低，开关管103截止。

LED电流检测和控制电路第二实施例中，所述逻辑电路208的一个具体实施方式如图17。

所述逻辑电路208包括第一个二输入与门308、第二个二输入与门310以及一个RS触发器309；所述第一个二输入与门308的两个输入端是N23和N24，所述二输入与门305的输出端是N38，所述RS触发器309的S代表置SET，即置‘1’端，连接信号N31，所述RS触发器309的R代表RESET，即置‘0’端，连接信号N38，所述RS触发器306的输出端是Q，连接N39，所述第二个二输入与门310的两个输入端是N30和N39，所述第二个二输入与门310的输出端连接N07。

当系统工作在电感102电流连续模式或则断续模式时，方波发生器221的输出信号N31通过逻辑电路里面的RS触发器将N07置为逻辑高，开关管103导通；第一比较器206是一个脉宽调制比较器，它把一个锯齿波电压和误差放大器205的输出信号相比，调节驱动N07的开通时间，第二比较器207的作用是限制流过开关管103和电感102的最大电流，当第一比较器206和第二比较器207任何一个输出逻辑低时，通过RS触发器，N07都会被置为逻辑低，开关管103截止；保护电路220在LED负载正常时，输出逻辑高，在LED负载开路或则短路时，输出逻辑低，通过逻辑电路208将N07置为逻辑低，关闭开关管103。

参照图18，二选一电路211的一种实施方式为：包括第一反向器311、第二反向器312、NMOS晶体管313和NMOS晶体管314；所述第一反向器311的输入端连接N07，所述第一反向器311的输出端连接第二反向器312的输入端和NMOS晶体管313的栅极，所述第二反向器312的输出端连接NMOS晶体管314的栅极，所述NMOS晶体管313的漏极连接输入信号N04，所述NMOS晶体管313的衬底连接控制器地，所述NMOS晶体管313的源极连接NMOS晶体管314的源极和输出信号N29，所述NMOS晶体管314的漏极连接输入信号N03，NMOS晶体管314的衬底连接控制器地。

参照图19，二选一电路211的零一种实施方式为：包括电阻202与开关管203。

电阻202的一端与开关管203的漏极连接，电阻202与开关管203的漏极公共连接点作为二选一电路的输出端与误差放大器205连接。

开关管203的源极作为二选一电路的一个输入端接控制器地，开关管203的删极作为二选一电路的控制端与开关管103的栅极连接在一起，电阻202的另一端作为二选一电路的另一个输入端接开关管103的源极。

本发明要求输入电源为直流，若输入电源为交流电时，需在电源输出部分增加一个桥式整流器107和一个电容108，将交流电源转换为直流电源，详见图3。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明中各个电路模块的变形方式或具体实施方式之间可以进行组合。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，包括控制器（101）、电感（102）、第一开关管（103）、第一电阻（104）、第一二极管（105）、输出滤波电容（106）；

所述控制器（101）用于在第一开关管（103）导通时，侦测流过第一开关管（103）与电感（102）的电流在所述第一电阻（104）上产生的电压信号，以及在第一开关管（103）截止时，侦测流过负载LED的电流在所述第一电阻（104）上产生的电压信号，并向第一开关管（103）的栅极输出开关控制信号，控制第一开关管（103）的导通或截止；

所述控制器（101）包括控制器电源（217）、二选一电路（211）、基准电压源（204）、误差放大器（205）、第一比较器（206）、第二比较器（207）、逻辑电路（208）和第一电容（209）；

第一电容（209）一端与误差放大器（205）的输出端连接，另一端接控制器地，用于将误差放大器（205）输出的电流信号转变为电压信号；

2.根据权利要求1所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述控制器（101）还包括零电流检测电路（216）与锯齿波发生器（215）；

3.根据权利要求1所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述控制器（101）还包括保护电路（220）、锯齿波电流发生器（215A）与方波发生器（221）；

4.根据权利要求2或3所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，还包括一个环路补偿电容（109），环路补偿电容（109）的一端接控制器地，另一端接至控制器（101）中误差放大器（205）的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述电感（102）为变压器（102A）的初级绕组，变压器（102A）辅助绕组一端接直流电源地，另一端通过第三二极管（110）接至所述控制器（101）的电源输入端；第三二极管（110）的阴极与控制器（101）的电源（217）输入端连接。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述二选一电路包括第六电阻（202）与第二开关管（203）；

7.根据权利要求1或2或3或5所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述二选一（211）包括，第一反向器（311）、第二反向器（312）、第一NMOS晶体管（313）和第二NMOS晶体管（314）；所述第一反向器（311）的输入端作为二选一电路的控制端连接第一开关管（103）的栅极，所述第一反向器（311）的输出端连接第二反向器312的输入端和第一NMOS晶体管（313）的栅极，所述第二反向器312的输出端连接第二NMOS晶体管（314）的栅极，所述第一NMOS晶体管（313）的漏极作为二选一电路的一个输入端连接第一开关管（103）的源极，所述第一NMOS晶体管（313）的衬底连接控制器地，所述第一NMOS晶体管（313）的源极与第二NMOS晶体管（314）的源级连接在一起作为二选一电路的输出端，所述第二NMOS晶体管（314）的漏极作为二选一电路的另一个输入端连接控制器地，第二NMOS晶体管（314）的衬底接控制器地。

8.根据权利要求1或2或3或5所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述误差放大器（205），包括跨导放大器A（301）和跨导放大器B（302）；

9.根据权利要求1或2或3或5所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述误差放大器（205），包括跨导放大器（303），所述跨导放大器（303）的一个输入端接收基准电压源（204）产生的基准电压，另一个输入端接收二选一电路输出的电压信号；跨导放大器（303）用于将输入的两路信号相减，并将两路信号之差转换成电流对第一电容（209）进行充电或放电。

10.根据权利要求1所述的一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，所述控制器（101）包括控制器电源（217）、基准电压源（204）、误差放大器（205）、第一比较器（206）、第二比较器（207）、逻辑电路（208）、第一电容（209）、开关（213）和误差放大器（205）；

第一电容（209）一端通过开关（213）与误差放大器（205）中跨导放大器A（301）输出端连接，同时直接连接误差放大器（205）中跨导放大器B（302）的输出端；第一电容（209）另一端接控制器地，用于将误差放大器（205）输出电流信号转换为电压信号；