CN102685982A - 原边反馈恒流控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原边反馈恒流控制电路，该电路包括用于产生基准电压的电压基准单元、峰值电流检测保持单元、误差放大器单元、电流比较器单元、去磁检测单元和固定时间顺延单元，该电路可实现LED恒流控制，提高LED的使用寿命，并且该电路没有使用光耦器件，从而克服了光耦CTR衰减的问题，提高了电路的稳定性，再有该电路功率开关管的开关频率为变频，能极大改善EMI和谐波畸变，采用该电路还可大大简化外围电路，使应用成本大大降低。

Description

原边反馈恒流控制电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种适用于发光二极管(LED)驱动的原边反馈恒流控制电路。 

背景技术

目前，发光二极管(LED)的使用越来越普及，用户对其提出了越来越高的要求。其中电气隔离和恒流控制技术因涉及安全和LED使用寿命，因此越来越受到重视。 

传统的实现电气隔离和恒流控制的方法是由常规磁能感应反馈或者光耦反馈方式实现。常规磁能感应反馈方式通常由辅组绕组和取样滤波电路组成。辅组绕组上的电压会随输出电压的升高而升高，通过采样此电压，再经滤波电路后变成直流电压，经分压后连接到误差放大器的输入端与电压基准比较。此种电路结构简单，但不可避免受漏感、绕组寄生阻抗及副边整流滤波电路的寄生阻抗等因素的影响，导致辅组绕组上电压随副边电流变化，进而引起输出电压变化；同时辅组绕组使变压器体积增大，成本升高。光耦反馈方式取输出端电压，经分压再与电压基准比较，使得电压基准阴极电位变化，从而改变流经光耦器件的电流，最终实现改变误差放大器的误差电压。此种电路稳压效果好，但是光耦的电流传输比(CTR)会随时间和高温衰减，使得电路不稳定，而且外围元器件较多、使用不便，成本较高。 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可克服现有隔 离型反激变流器存在光耦CTR衰减、电路体积大、外围器件较多、应用成本较高等问题的原边反馈恒流控制电路。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种原边反馈恒流控制电路，包括变压器、开关信号产生单元、驱动单元，所述变压器包括原边绕组、副边绕组及辅助绕组，所述原边绕组通过一功率开关管与一接地的采样电阻连接，所述开关信号产生单元通过所述驱动单元控制所述功率开关管的通断，所述副边绕组通过整流滤波电路与LED连接，所述辅助绕组与所述副边绕组同相，该电路还包括：电压基准单元，用于产生基准电压；峰值电流检测保持单元，用于在功率开关管导通时对所述采样电阻上的电压进行采样，并在副边绕组去磁时间内输出采样所得的峰值电压；；误差放大器单元，所述误差放大器单元的两个输入端分别与所述电压基准单元的输出端、峰值电流检测保持单元的输出端连接；电流比较器单元，其负输入端连接所述误差放大器的输出端，正输入端连接采样电阻，输出端连接所述开关信号产生单元的输入端，当电流比较器单元的正输入端电压大于负输入端电压时，电流比较器单元的输出端产生信号使所述开关信号产生单元驱动所述功率开关管关断；去磁检测单元，用于检测副边绕组的去磁时间，所述去磁检测单元与所述峰值电流检测保持单元连接；固定时间顺延单元，用于在副边绕组去磁完成后延时一段时间再驱动所述开关信号产生单元使功率开关管导通，所述固定时间顺延单元与所述去磁检测单元、开关信号产生单元、电流比较器单元输出端连接。 

优选的，所述辅助绕组一端与第一分压电阻连接，所述第一分压电阻的另一端分别与第二分压电阻及去磁检测单元连接，所述第二分压电阻的另一 端接地并与辅助绕组的另一端连接。 

优选的，所述固定时间顺延单元包括第一电流源、第二电流源、第一开关、第二开关、电容、迟滞比较器和单稳态触发器，所述第一电流源通过第一开关与所述电容及迟滞比较器的正向输入端连接，所述第二电流源通过第二开关与所述电容及迟滞比较器的正输入端连接，所述电容接地，所述迟滞比较器的负输入端与一基准电压源连接，所述迟滞比较器的输出端与所述单稳态触发器的输入端连接，所述单稳态触发器的输出端与所述开关信号产生单元连接，在副边绕组去磁时间内，所述第一开关导通，第二开关关断，所述第一电流源给所述电容充电，在副边绕组去磁时间完成后，所述第一开关关断，第二开关导通，所述电容经所述第二电流源放电，当所述电容的电压低于所述迟滞比较器负输入端之基准电压源电压时，所述迟滞比较器的输出端输出高电平。 

上述技术方案具有如下有益效果：1)采用该电路可实现LED恒流控制，提高LED的使用寿命；2)该电路没有使用光耦器件，从而克服了光耦CTR衰减的问题，提高了电路的稳定性；3)采用该电路，功率开关管的开关频率为变频，能极大改善EMI和谐波畸变。4)采用该电路可大大简化外围电路，使应用成本大大降低。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。 

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图。 

图2为固定时间顺延单元原理示意图。 

图3为本发明实施例的工作波形图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。 

如图1所示，该原边反馈恒流控制电路包括：变压器、电压基准单元1、峰值电流检测保持单元2、误差放大器单元3、电流比较器单元4、开关信号产生单元5、驱动单元6、固定时间顺延单元7及去磁检测单元8，电压基准单元1用于产生基准电压VREF。 

变压器包括原边绕组Np、副边绕组Ns及辅助绕组NA，辅助绕组NA与副边绕组Ns同相。原边绕组Np通过一功率开关管P与一接地的采样电阻Rcs连接，一开关信号产生单元5通过驱动单元6控制功率开关管P的通断。原边绕组Np与电源Vin连接，副边绕组Ns通过整流滤波电路与LED连接，整流滤波电路包括一二极管及一电容C0，通过控制功率开关管P的通断可使原边绕组Np的能量传递给副边绕组Ns，进而驱动LED工作。 

峰值电流检测保持单元2用于在功率开关管P导通时对采样电阻Rcs上的电压进行采样，并在副边绕组Ns去磁时间内保持输出采样所得的峰值电压。在功率开关管P导通时，峰值电流检测保持单元2输出为低电平，当功率开关管P关断时，副边绕组Ns开始去磁，此时峰值电流检测保持单元2输出电压Vsh为采样电阻Rcs上的峰值电压，即采样时间内流经该采样电阻的最大电压。峰值电流检测保持单元2与去磁检测单元8连接，去磁检测单元8用于检测副边绕组Ns的去磁时间，当副边绕组Ns上去磁完成后，峰值电流检测保持单元2输出电压Vsh翻转为低电平。 

由于副边绕组Ns与辅助绕组NA同相，因此副边绕组Ns的去磁时间与辅助绕组NA的去磁时间相同，去磁检测单元8通过检测辅助绕组NA的去磁时间就可确定副边绕组Ns的去磁时间。辅助绕组NA一端与第一分压电阻R1连接，第一分压电阻R1的另一端分别与第二分压电阻R2及去磁检测单元8连接，第二分压电阻R2的另一端接地并与辅助绕组NA的另一端连接。当副边绕组Ns去磁时，其电流Ip逐渐下降，当副边绕组Ns上的电流下降为零时，第二分压电阻R2上的电压也从高电平转化为低电平(即去磁完成)，这样去磁检测单元8通过检测第二分压电阻R2上的电压即可确定副边绕组Ns的去磁时间。 

误差放大器单元3的两个输入端分别与电压基准单元1的输出端、峰值电流检测保持单元2的输出端连接，误差放大器单元3的输出端分别与接地的电容C1及电流比较器单元4的负输入端连接，误差放大器3单元将峰值电流采样保持单元2的输出与基准电压VREF的误差值保持放大并作为电流比较器4的一个参考基准，电容C1起整流作用。电流比较器单元4正输入端与采用电阻Rcs连接，电流比较器单元4的输出端与开关信号产生单元5连接。如图3所示，在功率开关管P导通时，流经采用电阻Rcs的电流Ip逐渐增加，采用电阻Rcs上的电压也逐渐增加，当采用电阻Rcs上的电压大于误差放大器3输出端的电压时，电流比较器单元4产生翻转信号给开关信号产生单元5，使开关信号产生单元5通过驱动单元6控制功率开关管P关断。 

固定时间顺延单元7分别与去磁检测单元8、开关信号产生单元5及电流比较器单元4的输出端连接，用于在副边绕组去磁完成后延时一段时间再驱动所述开关信号产生单元使功率开关管导通。当去磁检测单元8检测到副边 绕组Ns上去磁完成后，固定时间顺延单元7会自动延时一段时间，然后再发送信号给驱动开关信号产生单元5，使开关信号产生单元5通过驱动单元6控制功率开关管P导通。 

固定时间顺延单元7的电路如图2所示，包括第一电流源I1、第二电流源I2、第一开关SW1、第二开关SW2、电容C2、迟滞比较器9和单稳态触发器10。第一电流源I1通过第一开关SW1与电容C2及迟滞比较器9的正向输入端连接，第二电流源I2通过第二开关SW2与电容C2及迟滞比较器9的正输入端连接，电容C2接地，迟滞比较器9的负输入端与一基准电压源VREF2连接，迟滞比较器9的输出端与单稳态触发器10的输入端连接，单稳态触发器10的输出端与开关信号产生单元5连接。在副边绕组Ns的去磁时间内(电流比较器单元4输出端输出信号使功率开关管P关断)，第一开关SW1导通，第二开关SW2关断，第一电流源I1给电容C2充电；在副边绕组Ns去磁时间完成后，第一开关SW1关断，第二开关SW2导通，电容C2经第二电流源I2放电，电容C2的放电时间即为固定时间顺延单元7的延时时间，通过设置第一电流源I1、第二电流源I2的电流大小即可确定延时时间与副边绕组Ns去磁时间的比例，使功率开关管P开关频率成为变频。当电容C2放电后的电压低于迟滞比较器9负输入端的基准电压源电压VREF2时，迟滞比较器9的输出端输出高电平，进而使单稳态触发器10发出脉冲信号给开关信号产生单元5，开关信号产生单元5通过驱动单元6控制功率开关管P导通。 

该原边反馈恒流控制电路的工作波形如图3所示： 

功率开关管P栅极驱动电压波形如图3中GD所示，在功率开关管P导通时，原边电流Ip经采样电阻Rcs转换为电压，此电压通过峰值电流检测保持 单元2进行采样，并在副变绕组Ns去磁时间内保持峰值电压(即采样的最高电压，如图3中Vsh所示)。在功率开关管P关断时刻T1，副变绕组Ns开始去磁，在T2时刻，去磁结束。固定时间顺延单元7将自动顺延一定时间至T3时刻，迟滞比较器9输出翻转，触发单稳态触发器10产生正脉冲信号(如图3中SHOT所示)，控制开关信号产生单元5产生使功率开关管P导通信号。原边电流波形如图3中Ip所示，在T1时刻，达到最大值Ipk；副边电流波形如图3中Is所示。在T1至T2时间内为副边去磁时间TDEMAG，在T2至T3时间内为固定顺延时间TEXT，功率开关管总关断时间TOFF为去磁时间和去磁顺延时间之和： 

T_OFF＝T_DEMAG+T_EXT

下面给出所述恒流控制技术的数学推导公式： 

流经LED的平均电流为： 

$\mathrm{Io}=\frac{1}{2}*N*\mathrm{Ipk}*\frac{T_{\mathrm{DEMAG}}}{T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{OFF}}}$

又 

$\mathrm{VREF}=\mathrm{Ipk}*\mathrm{Rcs}*\frac{T_{\mathrm{DEMAG}}}{T_{\mathrm{ON}}+T_{\mathrm{OFF}}}$

故 

$\mathrm{Io}=\frac{1}{2}*N*\frac{\mathrm{VREF}}{\mathrm{Rcs}}$

其中：VREF为电压基准 

N为原边线圈与副边线圈匝数比 

Rcs为采样电阻 

由上述公式可知，当VREF、N、及Rcs为给定的恒定值时，Io也为恒定值，即流经LED的电流为恒定值。 

由此可见采用该电路具有以下优点：1)可实现LED恒流控制，提高LED的使用寿命；2)没有使用光耦器件，可克服光耦CTR衰减的问题，提高了电路的稳定性；3)功率开关管开关频率为变频，能极大改善EMI和谐波畸变。4)采用该电路可大大简化外围电路，使应用成本大大降低。 

以上对本发明实施例所提供的一种原边反馈恒流控制电路进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种原边反馈恒流控制电路，包括变压器、开关信号产生单元、驱动单元，所述变压器包括原边绕组、副边绕组及辅助绕组，所述原边绕组通过一功率开关管与一接地的采样电阻连接，所述开关信号产生单元通过所述驱动单元控制所述功率开关管的通断，所述副边绕组通过整流滤波电路与LED连接，所述辅助绕组与所述副边绕组同相，其特征在于，该电路还包括：

电压基准单元，用于产生基准电压；

峰值电流检测保持单元，用于在功率开关管导通时对所述采样电阻上的电压进行采样，并在副边绕组去磁时间内输出采样所得的峰值电压；

误差放大器单元，所述误差放大器单元的两个输入端分别与所述电压基准单元的输出端、峰值电流检测保持单元的输出端连接；

电流比较器单元，其负输入端连接所述误差放大器的输出端，正输入端连接采样电阻，输出端连接所述开关信号产生单元的输入端，当电流比较器单元的正输入端电压大于负输入端电压时，电流比较器单元的输出端产生信号使所述开关信号产生单元驱动所述功率开关管关断；

去磁检测单元，用于检测副边绕组的去磁时间，所述去磁检测单元与所述峰值电流检测保持单元连接；

固定时间顺延单元，用于在副边绕组去磁完成后延时一段时间再驱动所述开关信号产生单元使功率开关管导通，所述固定时间顺延单元与所述去磁检测单元、开关信号产生单元、电流比较器单元输出端连接。

2.根据权利要求1所述的原边反馈恒流控制电路，其特征在于：所述辅助绕组一端与第一分压电阻连接，所述第一分压电阻的另一端分别与第二分压电阻及去磁检测单元连接，所述第二分压电阻的另一端接地并与辅助绕组的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的原边反馈恒流控制电路，其特征在于：所述固定时间顺延单元包括第一电流源、第二电流源、第一开关、第二开关、电容、迟滞比较器和单稳态触发器，所述第一电流源通过第一开关与所述电容及迟滞比较器的正向输入端连接，所述第二电流源通过第二开关与所述电容及迟滞比较器的正输入端连接，所述电容接地，所述迟滞比较器的负输入端与一基准电压源连接，所述迟滞比较器的输出端与所述单稳态触发器的输入端连接，所述单稳态触发器的输出端与所述开关信号产生单元连接，在副边绕组去磁时间内，所述第一开关导通，第二开关关断，所述第一电流源给所述电容充电，在副边绕组去磁时间完成后，所述第一开关关断，第二开关导通，所述电容经所述第二电流源放电，当所述电容的电压低于所述迟滞比较器负输入端之基准电压源电压时，所述迟滞比较器的输出端输出高电平。

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