CN102630114A - 一种闭环控制led恒流驱动电路 - Google Patents

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李永红
李剑
黄朝刚
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Abstract

本发明涉及一种闭环控制LED恒流驱动电路，包括与外接LED光源(LED1)串接的电感(L)和采样电阻(RS)以及用于切断/导通外接LED光源(LED1)电源通路的功率开关(M1)，其特征在于，该恒流驱动电路还包括与所述采样电阻(RS)两端依次电连接的采样放大单元(U1)、误差放大器(U2)、比较器(U3)、振荡器(U4)、锁存触发单元和功率开关驱动单元(U6)，该恒流驱动电路还包括用于保证环路稳定的频率补偿单元；所述功率开关驱动单元(U6)输出端电连接所述功率开关(M1)的控制端。这种驱动电路，具有固定的开关频率，并且恒流效果好。

Description

一种闭环控制LED恒流驱动电路
技术领域
本发明涉及集成电路开关控制技术，具体涉及一种闭环控制发光二极管(LED)恒流驱动电路。
背景技术
LED灯具有耗能少、发光效率高、使用寿命长的特点，因而LED照明越来越广泛的应用于照明和背光等场合。但是，LED通常要求恒流驱动。目前常见的LED恒流驱动方法之一是迟滞控制，其传统的滞环控制LED恒流驱动电路结构如图1所示。此方法优点是控制电路简单、响应速度快，缺点是工作频率不固定，频率与电感、输入电压、输出电压、迟滞窗口等有关。其它控制方法，例如固定关断时间、临界连续模式等也都有工作频率不固定的缺点。
另外，开环控制LED恒流驱动方法具有固定频率、峰值电流检测的LED驱动电路(例如Supertex公司的HV9910B型号芯片)，具体电路结构如图2所示，但具有线调整率和负载调整率差、恒流效果差的缺点。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种闭环控制LED恒流驱动电路，能同时具有工作频率固定和恒流效果好的特点。
本发明的上述技术问题这样解决：构建一种闭环控制LED恒流驱动电路，包括与外接LED光源串接的电感和采样电阻以及用于切断/导通外接LED光源电源通路的功率开关，该恒流驱动电路还包括与所述采样电阻两端依次电连接的采样放大单元、误差放大器、比较器、振荡器、锁存触发单元和功率开关驱动单元，该恒流驱动电路还包括用于保证环路稳定的频率补偿单元；所述功率开关驱动单元输出端电连接所述功率开关的控制端。
按照本发明提供的驱动电路，所述频率补偿单元包括所述误差放大器第一输入端与所述采样放大单元之间的补偿电阻和所述误差放大器第一输入端与输出端之间的补偿电容。
按照本发明提供的驱动电路，所述频率补偿单元包括所述误差放大器输出端与地之间依次串联的补偿电阻和补偿电容。补偿电阻一端接误差放大器输出端，另外一端接补偿电容，补偿电容一端与补偿电阻相接，另外一端接地。
按照本发明提供的驱动电路，所述功率开关电连接在所述LED光源与输入电源之间。
按照本发明提供的驱动电路，所述功率开关电连接在所述LED光源与地之间。
按照本发明提供的驱动电路，所述锁存触发单元包括但不限制于是RS触发器、D触发器或J K触发器。
按照本发明提供的驱动电路，所述功率开关包括但不限制于是场效应管或双极晶体管。
按照本发明提供的驱动电路，所述采样放大单元包括集成运放器。
按照本发明提供的驱动电路，所述采样放大单元包括集成运放器及与其输出端电连接电流镜像电路。
按照本发明提供的驱动电路，该驱动电路还包括与采样电阻、外接LED光源和电感构成支路并联的续流二极管。
本发明提供的闭环控制LED恒流驱动电路，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、工作于固定的频率，EMC容易处理；
3、电路实现简单；
4、应用方便。可通过选择电感的大小来控制电感电流的工作状态，比如电感电流纹波大小，连续和非连续模式等；
5、频率补偿简单。
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LED驱动电路之一电路结构示意图；
图2是传统LED驱动电路之二电路结构示意图；
图3是本发明提出的LED恒流驱动装置之一电路结构示意图；
图4是图3所示装置工作信号时序示意图；
图5是图3中电流采样单元电路结构示意图；
图6是本发明提出的LED恒流驱动装置之二电路结构示意图；
图7是图6中电流采样单元电路结构示意图。
具体实施方式
首先，简要说明本发明核心：
本发明提出的这种具有固定频率的闭环控制的LED恒流驱动装置，具有固定的开关频率，并且恒流效果好，其技术特点包括：
1、是一个闭环的负反馈控制系统；
2、在功率管M1导通和关断的完整周期内都检测电感L电流信号；(通过电感电流检测电阻RS和电感电流检测单元U1实现)
3、具有固定的工作频率；(通过振荡器U4来设定工作频率)
4、是峰值电流模式控制；(误差放大器U2的输出用来控制流过电感L的峰值电流)
5、采样电感电流的平均值VSEN并与基准电压VREF比较；
6、可工作于连续模式、临界模式和非连续模式。
7、具有频率补偿单元，包括补偿电阻RC和补偿电容CC。
第二，结合具体实施例详细说明：
(一)第一实施例
如图3所示，本发明所提出的固定工作频率的LED恒流驱动电路第一实施例，包括与采样电阻RS两端依次电连接的采样放大单元U1、误差放大器U2、比较器U3、振荡器U4、RS触发器U5和功率开关驱动电路U6。功率开关驱动电路U6输出端电连接功率开关M1的控制端。该实施例还包括电感L、续流二极管D以及补偿电阻RC和补偿电容CC构成的频率补偿单元。
该第一实施例的典型工作波形如图4所示。其工作原理是：采样放大单元U1采样放大电感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，经过误差放大器输出电压信号VERR，VERR通过比较器U3用来控制电感L电流的峰值。当VSEN的峰值达到VERR时，比较器U3输出一信号使得功率开关M1关断，电感L电流转入放电状态(TOFF)。振荡器U4输出时钟信号CLK，用来控制下一个工作周期的电感L充电起始时刻。
本发明的LED恒流驱动电路是一个闭环的负反馈控制系统，最终在稳态条件下VSEN均值与VREF相等，所以线调整率和负载调整率好、恒流效果好。
需说明的是，图3所示电路仅是本发明的较佳实施例，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。例如：
1、功率开关管M1可以是MOSFET，也可是双极晶体管，或其他功率开关。
2、频率补偿单元RC、CC也可以接到误差放大器的输出端，或者采用其它补偿方法。
3、RS触发器可以被其他具有锁存功能的电路例如D触发器、JK触发器等替代。
图3中采样放大单元U1的实施例如图5所示。图中I41是一个运算放大器。VCC是控制电路的电源，VSS是控制电路的地，场效应管M41、M41、M43构成电流镜像电路。
(二)第二实施例
如图6所示，本发明所提出的固定工作频率的LED恒流驱动电路第二实施例，包括与采样电阻RS两端依次电连接的采样放大单元U1、误差放大器U2、比较器U3、振荡器U4、RS触发器U5和功率开关驱动电路U6。功率开关驱动电路U6输出端电连接功率开关M1的控制端。该实施例还包括电感L、续流二极管D以及补偿电阻RC和补偿电容CC构成的频率补偿单元。与第一实施例的区别在于功率开关M1不位于输入电源端VIN，而在接地端。
图6中采样放大单元U1的实施例如图7所示。对图5进行简化去除了电流镜像电路，只包括运算放大器I41。
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 (10)

1.一种闭环控制LED恒流驱动电路，包括与外接LED光源(LED1)串接的电感(L)和采样电阻(RS)以及用于切断/导通外接LED光源(LED1)电源通路的功率开关(M1)，其特征在于，该恒流驱动电路还包括与所述采样电阻(RS)两端依次电连接的采样放大单元(U1)、误差放大器(U2)、比较器(U3)、振荡器(U4)、锁存触发单元和功率开关驱动单元(U6)，该恒流驱动电路还包括用于保证环路稳定的频率补偿单元；所述功率开关驱动单元(U6)输出端电连接所述功率开关(M1)的控制端。
2.根据权利要求1所述驱动电路，其特征在于，所述频率补偿单元包括所述误差放大器(U2)第一输入端与所述采样放大单元(U1)之间的补偿电阻(RC)和所述误差放大器(U2)第一输入端与输出端之间的补偿电容(CC)。
3.根据权利要求1所述驱动电路，其特征在于，所述频率补偿单元包括所述误差放大器(U2)输出端与地之间依次串联的补偿电阻(RC)和补偿电容(CC)。补偿电阻(RC)一端接误差放大器输出端，另外一端接补偿电容(CC)，补偿电容(CC)一端与补偿电阻(RC)相接，另外一端接地。
4.根据权利要求1所述驱动电路，其特征在于，所述功率开关(M1)电连接在所述LED光源(LED1)与输入电源(VIN)之间。
5.根据权利要求1所述驱动电路，其特征在于，所述功率开关(M1)电连接在所述LED光源(LED1)与地之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述驱动电路，其特征在于，所述锁存触发单元是RS触发器(U5)、D触发器或JK触发器。
7.根据权利要求1-5任一项所述驱动电路，其特征在于，所述功率开关(M1)是场效应管或双极晶体管。
8.根据权利要求1-5任一项所述驱动电路，其特征在于，所述采样放大单元(U1)包括集成运放器。
9.根据权利要求1-5任一项所述驱动电路，其特征在于，所述采样放大单元(U1)包括集成运放器及与其输出端电连接电流镜像电路。
10.根据权利要求1-5任一项所述驱动电路，其特征在于，该驱动电路还包括与采样电阻、外接LED光源(LED1)和电感(L)构成支路并联的续流二极管(D)。
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