CN102752918B - 一种由次级侧控制的半桥架构的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其连接数个发光二极管灯串，所述由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路包括输出直流电压的PFC前级升压电路，其还包括半桥式开关电源电路、回馈电路、隔离驱动变压器及控制单元，所述半桥式开关电源电路连接于PFC前级升压电路和各发光二极管灯串的输入端之间，回馈电路与各发光二极管灯串的输出端连接，隔离驱动变压器与半桥式开关电源电路连接，控制单元连接于回馈电路与隔离驱动变压器之间。本发明成本低、转换效率高、整体设计简化。

Description

一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种LED的驱动电路，尤其涉及一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路。

背景技术

LED的驱动电路主要用于驱动LED显示设备的发光二极管灯串。

现有技术中常用的LED的驱动电路如图1所示：其用于给数个发光二极管灯串LED1-LEDn供电，其包括PFC前级升压(Boost)电路91、半桥谐振降压(Buck)电路92、后级升压电路93及控制模块94。

PFC前级升压电路91输出约为400伏特左右的直流电供给半桥谐振降压电路92，半桥谐振降压电路92将400伏特左右的直流电转换为24伏特的直流电后，再经过后级升压电路93将此24伏特的直流电再升压为发光二极管灯串LED1~LEDn所需的工作电压，如：100伏特，作为发光二极管灯串LED1~LEDn的供电输入电压。

控制模块94具有次级控制单元940及数个定电流电路941~定电流电路94n，该次级控制单元940是接受定电流电路941~定电流电路94n之输出之电压来控制发光二极管灯串LED1~LEDn之输入电压，以便让所有LED灯串工作时处于电流恒定状态，通过开关信号(ON/OFF)来控制该次级控制单元940工作与否，并最终控制该后级升压电路93是否要工作，通过调光信号来控制发光二极管灯串LED1~LEDn发光或是不发光来调控发光二极管灯串LED1~LEDn的平均亮度大小。

上述的交换式直流电源装置的技术缺点如下：

1、组件成本较高：半桥谐振降压电路92需要有初级控制单元940;后级升压电路93需要有能承受输出功率较大的电感L1、N沟道场效应管Q3、输出整流二极管D3;初级控制单元940、电感L1、N沟道场效应管Q3、输出整流二极管D3和一般的被动组件相比需要较高成本，又加上控制模块94的次级控制单元940，无法降低整体组件的成本，同时所述交换式直流电源装置采用先降压再升压的电路设计方式不仅造成设计成本偏高问题，同时因电子零件数较多也增加了整个电路设计的复杂度。

2、转换效率低：所述交换式直流电源装置将输入电压约400伏特先经半桥谐振降压电路92降压为24伏特再经后级升压电路93升压为100伏特以作为发光二极管灯串LED1~LEDn所需的工作电压，此种先降压再升压的方式进行两次能量转换，使得电源转换效率差，而损耗的电能通常转换为热能，目前LED显示设备通常设计成薄型设备，而薄型设备内部空间小，造成散热效果差，若电源转换效率低，则可能造成LED显示设备内部温度较高，这不仅造成能源浪费，而且也在一定程度上影响到了液晶显示产品的使用寿命。未来对于功率较高的LED显示设备要求电源的转换效率日趋严格，如何提高转换效率是一大研究课题。

发明内容

本发明目的是提供一种成本低、效率高的由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其连接数个发光二极管灯串，所述由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路包括输出直流电压的PFC前级升压电路，其还包括：

半桥式开关电源电路、回馈电路、隔离驱动变压器及控制单元，所述半桥式开关电源电路连接于PFC前级升压电路和各发光二极管灯串的输入端之间，半桥式开关电源电路设有第一开关、第二开关、降压变压器、第一二极管、第二二极管及滤波电容，所述第一开关和第二开关分别设有控制端、第一端及第二端，降压变压器设有初级绕组、第一次级绕组及第二次级绕组，且每个绕组具有：打点端和非打点端，通过第一开关、第二开关控制降压变压器将变压器初级侧能量转移至变压器次级侧，并经过第一二极管与第二二极管及滤波电容整流滤波后输出发光二极管灯串所需的工作电压；

回馈电路与各发光二极管灯串的输出端连接，并侦测各发光二极管灯串的输出电压及电流；

隔离驱动变压器与半桥式开关电源电路连接，设有次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组，且每个绕组具有打点端和非打点端；

控制单元连接于回馈电路与隔离驱动变压器之间，其依据回馈电路侦测的各发光二极管灯串的输出端电压产生两组相位差180度的脉宽调制信号，通过隔离驱动变压器的次级绕组将两组脉宽调制信号耦合到隔离驱动变压器的第一初级绕组及第二初级绕组以分别控制第一开关、第二开关动作，并通过第一开关与第二开关驱使降压变压器，使能量通过初级绕组转移到降压变压器的第一次级绕组及第二次级绕组以产生电压，降压变压器的第一次级绕组及第二次级绕组所产生之电压经过整流及滤波电容滤波之后作为各发光二极管灯串的所需供电输入电压。

所述半桥式开关电源电路还设有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第一电容，并且所述控制单元设有控制芯片和设置在控制芯片上的数个控制接脚，所述控制接脚包括第一输出接脚及第二输出接脚，第一输出接脚及第二输出接脚分别通过隔离驱动变压器连接第一开关及第二开关，隔离驱动变压器的次级绕组的打点端连接于第一输出接脚，次级绕组的非打点端连接于第二输出接脚；

隔离驱动变压器的第一初级绕组的非打点端连接于初级侧地，且其非打点端与降压变压器的初级绕组的非打点端之间连接所述第一电容，第一初级绕组的打点端与第二开关的控制端连接，且第一初级绕组的打点端与第二开关的控制端之间连接有所述第一电阻，第二初级绕组的非打点端与第一开关的控制端连接，且第二初级绕组的非打点端与第一开关的控制端之间连接有所述第二电阻；第二初级绕组的打点端连接在第一开关的第二端与第二开关的第一端之间，且该第一开关的控制端与第二开关的第一端之间连接有所述第三电阻，第二开关的控制端与第一初级绕组的非打点端之间连接有所述第四电阻。

所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路还设有第二电容，所述第二电容连接设于所述隔离驱动变压器的次级绕组的非打点端与第二输出接脚之间。

所述半桥式开关电源电路还包括第四电容，第四电容的一端与PFC前级升压电路的输出端和第一开关的第一端连接，第四电容的另一端与第一电容和降压变压器的初级绕组的非打点端连接。

所述第一开关和第二开关皆为N沟道场效应晶体管，其中第一开关和第二开关的控制端为N沟道场效应晶体管的栅极端，第一开关和第二开关的第一端为N沟道场效应晶体管的漏极端，第一开关和第二开关的第二端为N沟道场效应晶体管的源极端；

所述第一输出接脚的输出电压为低电位和第二输出接脚的输出电压为高电位时，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的打点端为低电位，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的非打点端为高电位，第一开关导通、第二开关截止同时第一电容充电，其电流路径为：第一开关的漏极电流流经该第一开关的源极、经降压变压器的初级绕组的打点端、经降压变压器的初级绕组的非打点端、经第一电容，此时，第二二极管导通，降压变压器的第二次级绕组所产生的电流经第二二极管流经滤波电容滤波之后供给各发光二极管灯串；

所述第一输出接脚的输出电压为高电位和第二输出接脚的输出电压为低电位时，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的打点端为高电位，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的非打点端为低电位，第一开关截止、第二开关导通同时第一电容放电，其电流路径为：第一电容电流流经降压变压器的初级绕组的非打点端、经降压变压器的初级绕组的打点端、经第二开关的漏极、经第二开关的源极接地，此时，第一二极管导通，降压变压器的第一次级绕组所产生的电流经第一二极管流经滤波电容滤波之后供给各发光二极管灯串。

所述回馈电路包括数个电流调节器，各电流调节器连接于各发光二极管灯串的输出端，各电流调节器设有均流单元和采样电阻，各均流单元串接在各发光二极管灯串的输出端与各采样电阻之间；

所述控制单元的控制接脚还包括数个补偿接脚和数个反馈接脚，各补偿接脚和各均流单元连接，各反馈接脚与各采样电阻连接，且控制芯片以预定的参考电压与各反馈接脚电压比较后配合各均流单元调控各发光二极管灯串的工作电流为恒定大小的电流。

所述各均流单元包括PNP型晶体管和电阻，各电阻两端跨接于各PNP型晶体管的发射极与基极之间。

所述各均流单元包括N沟道场效应晶体管。

所述回馈电路还包括侦测模块，所述侦测模块设有数个二极管，各二极管的阴极连接于各发光二极管灯串的输出端并侦测各发光二极管灯串的输出端电压；

所述控制单元的控制接脚还包括侦测接脚，所述侦测模块的各二极管的阳极连接于该侦测接脚，所述控制单元的控制芯片依据侦测接脚信号进行反馈处理并输出第一输出接脚和第二输出接脚的脉宽调制驱动信号以分别驱动第一开关和第二开关，以控制各发光二极管灯串的输入端电压。本发明由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路的有益效果在于：

1、降低成本：节省传统半桥谐振降压电路所需的初级控制单元及后级升压电路等组件的设置成本，可降低整个LED灯管驱动电路的设计成本。

2、转换效率佳：本发明的架构只需一次降压转换，电源转换效率高，无需如以往先降压再升压的方式进行两次能量转换，可节能环保。

3、整合控制且设计简化：本发明的架构仅需一个控制单元，避免以往将前级电路、后级电路分别采用不同的个别控制器的调控方式，电路设计简洁且易于控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是现有技术中常用的LED的驱动电路示意图；

图2是本发明的电路功能模块示意图；

图3是本发明的第一实施例的电路示意图；

图4是图3的其中一发光二极管灯串的输出端连接PNP型晶体管的部分电路示意图；

图5是本发明的图3的半桥式开关电源电路12的工作时序图；

图6是本发明的第二实施例的电路示意图；

图7是图6的其中一发光二极管灯串的输出端连接N沟道场效应晶体管的部分电路示意图；

图8是本发明的第三实施例，即第一实施例不含第四电容的电路示意图；

图9是本发明的第四实施例，即第二实施例不含第四电容的电路示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的较佳实施例的功能模块图，一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路连接数个发光二极管灯串LED1~LEDn，该LED驱动电路包括输出直流电压的PFC前级升压电路11，所述由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路还包括半桥式开关电源电路12、回馈电路3、隔离驱动变压器14和控制单元10。

所述PFC前级升压电路11的输出端连接半桥式开关电源电路12且输出直流电压供给半桥式开关电源电路12；半桥式开关电源电路12连接在各发光二极管灯串LED1~LEDn的输入端与隔离驱动变压器14之间，该隔离驱动变压器14输出两组相位差180度的脉宽调制信号（PWM）来驱动半桥式开关电源电路12进行做电压及能量转换，以输出发光二极管灯串LED1~LEDn工作所需的直流电压给该发光二极管灯串LED1~LEDn。

所述回馈电路3包括：电流调节器131~13n和侦测单元2，电流调节器131~13n和侦测单元2连接各发光二极管灯串LED1~LEDn的输出端，并通过侦测单元2侦测各发光二极管灯串LED1~LEDn的输出电压。

所述控制单元10连接在回馈电路3与隔离驱动变压器14之间，依据回馈电路3中的侦测单元2来侦测工作时各发光二极管灯串LED1~LEDn中输出端电压最低的那一发光二极管灯串LEDi(1≤i≤n)的输出端电压以产生两组占空比Duty小于50%且相位差为180度的脉宽调制信号（PWM），通过隔离驱动变压器14来驱动半桥式开关电源电路12，使半桥式开关电源电路12输出发光二极管灯串LED1~LEDn所需的工作电压;该控制单元10还依据各电流调节器131~13n采样反馈电压来与各电流调节器一起控制各发光二极管灯串LED1~LEDn工作时的电流处于大小恒定状态以及还通过调光控制信号来控制各电流调节器131~13n内部晶体管的开与关，从而达到控制各发光二极管灯串LED1~LEDn工作（发光）与不工作（不发光）的时间比例，最终控制该发光二极管灯串LED1~LEDn的平均亮度。

参阅图3，本发明一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路用于驱动多数个发光二极管灯串LED1~LEDn，其包括控制单元10、PFC前级升压电路11、半桥式开关电源电路12、数个电流调节器131~13n、侦测模块2和连接于控制单元10与半桥式开关电源电路12之间的隔离驱动变压器14，各组件的作用及连接关系介绍如下：

半桥式开关电源电路12设有第一开关Q1(本实施例为N沟道场效应晶体管)、第二开关Q2(本实施例为N沟道场效应晶体管)、降压变压器121、第一电容C1、滤波电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1和第二二极管D2。

半桥式开关电源电路12的第四电容C4和第一电容C1与第一开关Q1和第二开关Q2正好组成一个“H”型电桥的两臂，降压变压器121被跨接于该电桥两臂的中间，故整体架构称为H型「半桥式」。

半桥式开关电源电路12的第一开关Q1、第二开关Q2的两端分别并联二极管（该二极管为开关本身寄生的二极管，也可为外加的二极管），二极管的作用是由于变压器121的初级绕组N1″存在漏感问题，当第一开关Q1、第二开关Q2其中之一开关（如：Q1）由导通变为截止状态时，为了避免初级绕组N”漏感产生的反电动势将该开关(如：Q1)的漏极与源极击穿，故此时另一个开关（如：Q2）并联的二极管将正向导通，即如：第一开关Q1截止时，第二开关Q2并联二极管做续流动作。

电流调节器131~13n连接于各发光二极管灯串LED1~LEDn的输出端，其数量与发光二极管灯串LED1~LEDn数量相符，各电流调节器131~13n设有均流单元151~15n和采样电阻R11~R1n，各发光二极管灯串LED1~LEDn的输出端与各采样电阻R11~R1n之间串接各均流单元151~15n；采样电阻R11~R1n是用来设置每一发光二极管灯串LED1-LEDn正常工作时的电流大小；控制单元10设有一参考电压Vref，采样电阻R11~R1n的电阻值都为R时，则每一发光二极管灯串LED1~LEDn的电流为Vref/R，使各发光二极管灯串LED1~LEDn的电流值都相等。

控制单元10设有控制芯片101和连接在控制芯片101的数个控制接脚，所述控制接脚包括：调光接脚111、开关接脚112、第一输出接脚113、第二输出接脚114、控制发光二极管灯串LED1~LEDn的输出端电压的侦测接脚115，n个补偿接脚COMP1~COMPn和n个反馈接脚FB1~FBn，分别介绍如下：

调光接脚111用于输入突发模式（Burst-mode）的调光(DIM)信号以控制发光二极管灯串LED1~LEDn工作（发光）与不工作（不发光）的时间比例（也称：占空比duty），从而控制发光二极管灯串LED1~LEDn的平均亮度；本实施例中，电阻R21~R2n两端跨接于PNP型晶体管Q11~Q1n的发射极(E)与基极(B)之间，为该PNP型晶体管Q11~Q1n提供基极的偏置电流。当调光接脚111的突发模式(Burst mode)调光信号输入为低电位信号（low levelsignal）时，控制芯片101内部均流的运算放大器(OP)输出端会呈现为高阻抗状态，故此时可通过电阻R21~R2n为其PNP型晶体管Q11~Q1n的基极提供与发光二极管灯串LED1~LEDn输出端相接近电压使PNP型晶体管Q11~Q1n由导通变为截止状态，通过改变调光信号DIM的占空比大小来改变发光二极管灯串LED1~LEDn的平均亮度。

开关接脚112用于控制控制芯片101工作与否，在工作(ON)时，该开关接脚112接收一高电位号信；在待机状态(OFF)下，开关接脚112将接收一低电位信号，使控制芯片101被关闭，以达到液晶显示产品在待机时，更加节能省电。

补偿接脚COMP~COMPn的数量与发光二极管灯串LED1~LEDn的数量相符，且连接PNP型晶体管Q11~Q1n的基极(B)。

反馈接脚FB1~FBn的数量与发光二极管灯串LED1~LEDn的数量相符且与各采样电阻R11~R1n的一端相连接，而采样电阻R11~R1n的另一端接次级侧地。反馈接脚FB1~FBn接收相对应采样电阻R11~R1n采样到的电压，该采样到的电压输入到控制芯片101内部相对应的运算放大器(OP)的非反相输入端并与运算放大器(OP)反相输入端参考电压Vref做比较，以便使该运算放大器(OP)输出补偿电压给均流单元151~15n的PNP型晶体管Q11~Q1n的基极端来控制各发光二极管灯串LED1~LEDn在工作时能将各发光二极管灯串LED1~LEDn之间存在的电压差落在各PNP型晶体管Q11~Q1n的发射极(E)与集极(C)之间，以达到每一发光二极管灯串LED1~LEDn在工作时的电流均为基本大小值一样的恒定电流。

侦测接脚115是依据侦测到发光二极管灯串LED1~LEDn中输出端电压最低的那一LED灯串LEDi（1≤i≤n）输出端的电压V_LEDi(out)而得到侦测电压V_det=V_LEDi(out)+V_f(D1i),(其中：V_f(D1i)为LED灯串LEDi对应的侦测二极管D1i的正向导通电压)来决定第一输出接脚113和第二输出接脚114输出的脉宽调制(PWM)信号的占空比(Duty)大小，确保半桥式开关电源电路12输出给发光二极管灯串LED1~LEDn的电压均能在调光信号(DIM)为高电位时让所有发光二极管灯串LED1~LEDn正常工作。

侦测模块2具有数个二极管D11~D1n，各二极管D11~D1n的阳极连接于侦测接脚115，各二极管D11~D1n的阴极连接于各发光二极管灯串LED1~LEDn的输出端，各二极管D11~D1n是侦测各发光二极管灯串LED1~LEDn中输出端电压最低的那一LED灯串LEDi（1≤i≤n）输出端的电压V_LEDi(out)而得到侦测电压V_det=V_LEDi(out)+V_f(D1i),其中：V_f(D1i)为LED灯串LEDi对应的侦测二极管D1i（1≤i≤n）的正向导通电压，并从侦测接脚115传输给控制芯片101进行反馈处理，并由控制芯片101的第一输出接脚113和第二输出接脚114输出两组脉宽调制(PWM)信号通过隔离驱动变压器14来驱动第一开关Q1和第二开关Q2，从而控制降压变压器121输出电能的大小，以达到控制提供给各发光二极管灯串的输入端电压更加合理，同时确保半桥式开关电源电路12输出给发光二极管灯串LED1~LEDn的电压均能在调光信号(DIM)为高电位时让所有发光二极管灯串LED1~LEDn工作在大小恒定状态。

降压变压器121设有初级绕组N1″、第一次级绕组N2″和第二次级绕组N3″，第一开关Q1和第二开关Q2为N沟道场效应晶体管，设有控制端、第一端和第二端，其中控制端为N沟道场效应晶体管的栅极端，第一端为N沟道场效应晶体管的漏极端，第二端为N沟道场效应晶体管的源极端。

该初级绕组N1″的非打点端与电容C1、C4的一端连接，该初级绕组N1″的打点端与第一开关Q1的源极端和第二开关Q2的漏极端连接，电容C1的另一端与第二开关Q2的源极端接初级侧地，电容C4的另一端与第一开关Q1的漏极端连接在PFC前级升压电路11的输出端，以接收PFC前级升压电路11输出的约400V左右的直流电作为半桥式开关电源电路12的输入电压，第一开关Q1的栅极端与第三电阻R3、第二电阻R2的一端连接，第三电阻R3的另一端接第一开关Q1(N沟道场效应晶体管)的源极端；第二开关Q2的栅极端与第四电阻R4、第一电阻R1的一端连接，第四电阻R4的另一端接初级侧地。

隔离驱动变压器14设有次级绕组N1、第一初级绕组N2和第二初级绕组N3；其中，次级绕组N1的打点端连接第一输出接脚113，次级绕组N1的非打点端连接第二输出接脚114，且次级绕组N1的非打点端与第二输出接脚114之间偶接有第二电容C2。

本发明的控制方式为：控制单元10通过隔离驱动变压器14控制系统操作在第一模式或第二模式，分述如下：

第一模式是第一开关Q1导通和第二开关Q2截止时，输入电流经过路径：第四电容C4正端→第一开关Q1漏极→第一开关Q1源极→降压变压器121初级绕组N1″的打点端→降压变压器121初级绕组N1″的非打点端→第四电容C4负端;该第一模式的第四电容C4为放电状态，同时第一电容C1为充电状态。

第二模式是第二开关Q2导通和第一开关Q1截止时，输入电流经过路径：第一电容C1正端→降压变压器121初级绕组N1″的非打点端→降压变压器121初级绕组N1″的打点端→第二开关Q2漏极→第二开关Q2源极→第一电容C1负端；该第二模式的第一电容C1为放电状态，同时第四电容C4为充电状态。

第四电容C4、第一电容C1在交替的做充放电动作，两个充有电的第四电容C4、第一电容C1相当于两个电源串联，由于第四电容C4、第一电容C1选择的是完全一样的参数的电容，故当PFC前级升压电路11输出400V左右的电压提供给第四电容C4、第一电容C1做充放电时，其第四电容C4与第一电容C1电容相连接的那一端电压平均值约为200V左右即第一电容C1两端与第四电容C4两端各分到平均电压约为200V左右。

当第一开关Q1导通时，第四电容C4两端的电压被加到降压变压器121的初级绕组N1″的a、b两端，第四电容C4将通过降压变压器121的初级绕组N1″进行放电；同时，由于互感的作用在降压变压器121的第二次级绕组N3″的两端也会感应一电压Vec=Vab*N3″/N1″=200V*N3″/N1″，该感该电压所产生一电流从第二二极管D2阳极端流入，第二二极管D2阴极端流出，经过滤波电容C3滤波后提供给发光二极管灯串LED1~LEDn工作。

当第一开关Q1由导通转为截止时，第二开关Q2则由截止转为导通，第一电容C1两端的电压被加到降压变压器121的初级绕组N1″的两端部(b)、(a)，第一电容C1也将通过降压变压器121的初级绕组N1″进行放电；同理，由于电磁感应的作用在降压变压器121的第一次级绕组N2″的两端产生一感应电压Vdc=Vdc*N2″/N1″=200V*N2″/N1″，该感应电压产生一电流从第一二极管D1正端流入，D1负端流出，经过输出滤波电容C3滤波后提供给发光二极管灯串LED1~LEDn工作。

根据半桥电路的工作特点，在降压变压器121的第一次级绕组N2″的两端输出电压是一个脉冲宽度与第二开关Q2导通时间对应的方波；第二次级绕组N3″的两端输出电压是一个脉冲宽度与第一开关Q1导通时间对应的方波。另外，由于输入电压直接与第四电容C4和第一电容C1连接在一起，因此，在任一时刻，当一个电容器在进行放电的时候，另一个电容器就会进行充电，第一电容C1和第四电容C4充、放电的电荷为相等。

参阅图4，以灯串LED1为例，其输出端连接PNP型晶体管Q11发射极(E)，控制芯片101内部具有一运算放大器(OP1)，其反相输入端(-)输入参考电压Vref，非反相输入端(+)经FB1接脚与PNP型晶体管Q11集极(C)和采样电阻R11连接，输出端则连接于补偿接脚COMP1；运算放大器(OP1)是用于比较参考电压Vref和反馈电压V_FB1。

正常工作时，运算放大器(OP1)非反相输入端电压V_FB1=V_R11=Vref，半桥式开关电源电路12的输出端电压Vout提供给发光二极管灯串LED1的输入端供电，当发光二极管灯串LED1流过电流I_led1=V_R11/R11=Vref/R11时，在发光二极管灯串LED1上的压降为Vf，则在PNP型晶体管Q11的发射极与集电极之间的压降V_ec=V_out-V_f-Vref。

假设当灯串LED1的输入端电压Vout在某一时刻下降△V时，即此时灯串LED1输入端电压Vout″=Vout-△V,灯串LED1电流将下减小△I，即：灯串LED1电流降低到I_led1′=Vref/R11-△I，采样电阻R11所采样到电压将降低ΔI*R11，使得运算放大器(OP1)非反相输入端(+)的电压比反相输入端(-)的电压小ΔI*R11，使得运算放大器(OP1)输出端(COMP1)的电压下降ΔV1，而PNP型晶体管Q11的基极与该运算放大器(OP1)输出端(COMP1)相连接，故PNP型晶体管Q11的发射极与基极之间的电压Veb增加ΔV1，即：此时该运算放大器(OP1)输出一被补偿过的电压Veb给PNP型晶体管Q11的基极端使得该PNP型晶体管Q11发射极与基极之间电流Ieb增加△I/β(β晶体管Q11放大倍数)，从而使得PNP型晶体管Q11发射极与集极之间电流增大△I，即：经过运算放大器(OP1)及PNP型晶体管Q11调节之后，灯串LED1的电流I_led1″=I_led1′+ΔI=Vref/R11仍为Vref/R11不变，同时PNP型晶体管Q11发射极与集极之间的电压将下降△V，即：经过运算放大器(OP1)及PNP型晶体管Q11调节之后，在PNP型晶体管Q11的发射极与集电极之间的压降V_ec′=V_out-△V-V_f-Vref。

假设当灯串LED1的输入端电压Vout在某一时刻上升△V时，即此时灯串LED1输入端电压Vout″=Vout+ΔV，灯串LED1电流将下增大△I，即：灯串LED1电流上升到I_led1′=Vref/R11+ΔI，采样电阻R11所采样到电压将增大ΔI*R11，使得运算放大器(OP1)非反相输入端电压比反相输入端电压大ΔI*R11，使得运算放大器(OP1)输出端电压上升ΔV1，而PNP型晶体管Q11的基极与该运算放大器(OP1)输出端相电连接，故PNP型晶体管Q11发射极与基极之间的电压V_eb减少△V1，即：此时该运算放大器(OP1)输出一被补偿过的电压Veb给PNP型晶体管Q11的基极端使得该PNP型晶体管Q11发射极与基极之间电流I_eb减少△I/β(β晶体管Q11放大倍数)，从而使得PNP型晶体管Q11发射极与集极之间电流减少△I，即：经过图4所示OP1和晶体管Q11调节之后，灯串LED1的电流I_led1″=I_led1′-ΔI=Vref/R11仍为Vref/R11不变，同时PNP型晶体管Q11发射极与集极之间的电压将上升△V，即：经过图4所示OP1及均晶体管Q11调节之后，降落在PNP型晶体管Q11的发射极与集电极之间的压降V_ec′=V_out+ΔV-V_f-Vref。

侦测接脚115(以下简称DET接脚)与二极管D11-D1n阳极端连接，二极管D11~D1n阴极端分别对应与灯串LED1~LEDn输出端相连接，控制芯片101内部一上拉偏置电源产生Ibias电流并与DET接脚和内部误差放大器GM/EA其中之一的输入端相连接，内部误差放大器GM/EA另一输入端接一基准电源Vref2，假设DET接脚侦测灯串LED1输出端电压最低且为V_led1(out)，DET接脚电压Vdet=V_led1(out)+V_D11，V_D11为二极管D11正向导通电压，该DET接脚电压将与误差放大器GM/EA另一输入端接基准电源Vref2比较，比较之后电压经过误差放大后再提供给控制芯片101内部的反馈信号处理和输出PWM方波产生电路，并在控制芯片101的第一输出接脚113和第二输出接脚114输出占空比（Duty）大小相等，相位差180度的PWM方波。

参阅图5，为图3的半桥式开关电源电路12的工作时序图，该时序图中每一波形均为理想状态，即：不考虑降压变压器121漏感的存在，因此就不需要考虑第一开关Q1，第二开关Q2的漏极与源极之间并联二极管的续流问题。

控制单元10的控制芯片101的第一输出接脚113是输出电压V _{OUT_1}及第二输出接脚114是输出电压V_{OUT_2}，然后透过隔离驱动变压器14的次级绕组N1将V _{OUT_1}与V_{OUT_2}输出的PWM方波的电压按所绕的圈数比N2/N1及N3/N1被分别感应到第一初级绕组N2和第二初级绕组N3绕组，然后以电压V_{Q1_GS}=(V_{OUT_2}-V_{OUT_1})*N3/N1及电压V_{Q2_GS}=(V_{OUT_1}-V_{OUT_2})*N2/N1分别控制第一开关Q1、第二开关Q2动作，再驱使降压变压器121将工作时落在初级绕组N1″两端的电压V_ab的能量转移到第二次级绕组N3″以产生一感应电压V_ec，且电压V_ab的能量转移到第一次级绕组N2″以产生一感应电压V_dc，该电压Vec与电压Vdc经过第二二极管D2及第一二极管D1整流，且经过滤波电容C3进行滤波后产生一发光二极管灯串LED1~LEDn所需的直流电供应给该发光二极管灯串LED1~LEDn工作，进一步详细说明不同期间t1、t2的组件动作原理如下。

期间t1：控制单元10的控制芯片101的第一输出接脚113是输出电压V _{OUT_1}为高电位（Vout），控制单元10的控制芯片101的第二输出接脚114是输出电压V _{OUT_2}为低电位（0V）时，隔离驱动变压器14次级绕组N1的打点端电压为高电位，用“+”表示，非打点端电压为低电位，用“-”表示。依据变压器感应原理及特点：同一变压器每个绕组打点端所感应的电位极性均相同，同一变压器每个绕组非打点端所感应的电位极性也均相同，此时，隔离驱动变压器14的第一初级绕组N2的打点端感应到电位为“+”，非打点端感应到电位为“-”；隔离驱动变压器14的第二初级绕组N3的打点端感应到电位为“+”，非打点端感应到电位为“-”；由于第一开关Q1的栅极通过第二电阻R2与隔离驱动变压器14的第二初级绕组N3的非打点端相连接，第一开关Q1的源极与隔离驱动变压器14的第二初级绕组N3的打点端相连接，故此时第一开关Q1栅极与源极感应电压V_{Q1_GS}=(V_{OUT_2}-V_{OUT_1})*N3/N1=-Vout*N3/N1为低电位，第一开关Q1截止；由于第二开关Q2的栅极通过第一电阻R1与隔离驱动变压器14的第一初级绕组N2的打点端相连接，第二开关Q2的源极与隔离驱动变压器14的第一初级绕组N2的非打点端相电连接，故此时第二开关Q2栅极与源极感应电压V_{Q2_GS}=(V_{OUT_1}-V_{OUT_2})*N2/N1=Vout*N3/N1为高电位，第二开关Q2导通；当第一开关Q1截止，第二开关Q2导通时，第一电容C1开始放电，第四电容C4开始充电，第一电容C1放电路径：第一电容C1正端→降压变压器121初级绕组N1″的非打点端(b)→降压变压器121初级绕组N1″的打点端(a)→第二开关Q2漏极→第二开关Q2源极→第一电容C1负端；此时，变压器121初级绕组N1″的非打点端(b)为高电位且为“+”，打点端(a)为低电位0V，为“-”，故Vab=Va-Vb=-Vb=-200V。

依据变压器感应原理及特点：同一变压器每个绕组打点端所感应的电位极性均相同，同一变压器每个绕组非打点端所感应的电位极性也均相同，故变压器121第一次级绕组N2″非打点端(d)感应到一个高电位，为“+”，打点端(c)为低电位0V，为“-”，故Vdc=Vd-Vc=Vd=200V*N2″/N1″，该Vdc电压经过第一二极管D1整流且经过C3电容滤波之后提供给发光二极管灯串做为供电输入电压；同时，变压器121第二次级绕组N3″非打点端感应到一个高电位（0V），为“+”，打点端(e)为负电位，为“-”，故Vec=Ve-Vc=Ve=-200V*N3″/N1″，故第二二极管D2处于截止状态。

期间t2：控制单元10的控制芯片101的第一输出接脚113是输出电压V _{OUT_1}为低电位（0V），控制单元10的控制芯片101的第二输出接脚114是输出电压V _{OUT_2}为高电位(Vout)时，隔离驱动变压器14次级绕组N1的打点端电压为低电位，用“-”表示，非打点端电压为高电位，用“+”表示；依据变压器感应原理及特点：同一变压器每个绕组打点端所感应的电位极性均相同，同一变压器每个绕组非打点端所感应的电位极性也均相同，此时，隔离驱动变压器14的第一初级绕组N2的打点端感应到电位极性为“-”，非打点端感应到电位极性为“+”；隔离驱动变压器14的第二初级绕组N3的打点端感应到电位极性为“-”，非打点端感应到电位极性为“+”。

由于第一开关Q1的栅极通过第二电阻R2与隔离驱动变压器14的第二初级绕组N3的非打点端连接，第一开关Q1的源极与隔离驱动变压器14的第二初级绕组N3的打点端连接，故此时第一开关Q1栅极与源极感应电压V_{Q1_GS}=(V_{OUT_2}-V_{OUT_1})*N3/N1=Vout*N3/N1为高电位，第一开关Q1导通；由于第二开关Q2的栅极通过第一电阻R1与隔离驱动变压器14的第一初级绕组N2的打点端相电连接，第二开关Q2的源极与隔离驱动变压器14的第一初级绕组N2的非打点端相电连接，故此时第二开关Q2栅极与源极感应电压V_{Q2_GS}=(V_{OUT_1}－V_{OUT_2})*N2/N1=-Vout*N3/N1为负电位，第二开关Q2截止；当第一开关Q1导通，第二开关Q2截止时，第一电容C1开始充电，第四电容C4开始放电，第四电容C4放电路径：第四电容C4正端→第一开关Q1漏极→第一开关Q1源极→降压变压器121初级绕组N1″的打点端→降压变压器121初级绕组N1″的非打点端→第四电容C4负端；此时，变压器121初级绕组N1″的非打点端（b）为低电位，为“-”，打点端(a)为高电位，为“+”，故Vab=Va-Vb=400V-200V=200V。

依据变压器感应原理及特点：同一变压器每个绕组打点端所感应的电位极性均相同，同一变压器每个绕组非打点端所感应的电位极性也均相同，故降压变压器121第一次级绕组N2″非打点端（d）感应到一个负电位，为“-”，打点端(c)为高电位0V，为“+”，故Vdc=Vd-Vc=Vd=-200V*N2″/N1″，故第一二极管D1处于截止状态。

同时，变压器121第二次级绕组N3″非打点端（c）感应到一个低电位0V，为“-”，打点端(e)为高电位，为“+”，故Vec=Ve-Vc=Ve=200V*N3″/N1″，故D2整流二极管处于导通状态，Vec电压经过第二二极管D2整流且经过C3电容滤波之后提供给发光二极管灯串LED1~LEDn做为供电输入电压。

本发明的特点在于：通过隔离驱动变压器14做初次侧隔离以及通过该变压器14次级绕组N1将控制单元10的控制芯片101的第一输出接脚113和第二输出接脚114是输出的相位差180度的PWM方波感应到该变压器第一初级绕组N2和第二初级绕组N3，从而实现了次级的控制单元10通过隔离驱动变压器14控制驱动第一开关Q1、第二开关Q2，使得降压变压器121将电能传送给发光二极管灯串LED1~LEDn供电输入端，使发光二极管灯串LED1~LEDn得到所需的电能而正常工作。

参阅图6及图7，本发明的第二较佳实施例中，将如图4的各均流单元151~15n分别由N沟道场效应晶体管Q11′~Q1n′取代；其控制芯片101内部各均流运算放大器的非反向输入端改接Vref，而反向输入端改接为与相对应采用电连接的反馈接脚FB1~FBn。

在实际应用中为了节省成本，也可省略第四电容C4而只使用一个第一电容C1亦可，因此如图8及图9只采用单个第一电容C1的电路架构也属于本发明的范畴。

图8为本发明的第三较佳实例，一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路也具有类似图3的控制单元10、PFC前级升压电路11、半桥式开关电源电路12、回馈电路3及隔离驱动变压器14，但是与图3相比，少了第四电阻C4，即采用“h”型架构的半桥驱动电路架构。

图9为本发明的第四较佳实例，一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路也具有类似图6的控制单元10、PFC前级升压电路11、半桥式开关电源电路12、回馈电路3′及隔离驱动变压器14，但是与图6相比，少了第四电阻C4，即采用“h”型架构的半桥驱动电路架构。

综上所述，本发明一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路的有益效果在于：

1、降低成本：节省传统半桥谐振降压电路所需的初级控制单元及后级升压电路等组件的设置成本，可降低整个LED灯管驱动电路的设计成本。

2、转换效率佳：本发明的架构只需一次降压转换，电源转换效率高，无需如以往先降压再升压的方式进行两次能量转换，可节能环保。

3、整合控制且设计简化：本发明的架构仅需一个控制单元10，避免以往将前级电路、后级电路分别采用不同的个别控制器的调控方式，电路设计简洁且易于控制，故确实能达成本发明之目的。

以上实施例所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定为本发明实施的范围，即以本发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，都仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其连接数个发光二极管灯串，所述由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路包括输出直流电压的PFC前级升压电路，其特征在于：其还包括：

半桥式开关电源电路、回馈电路、隔离驱动变压器及控制单元，所述半桥式开关电源电路连接于PFC前级升压电路和各发光二极管灯串的输入端之间，半桥式开关电源电路设有第一开关、第二开关、降压变压器、第一二极管、第二二极管及滤波电容，所述第一开关和第二开关分别设有控制端、第一端及第二端，降压变压器设有初级绕组、第一次级绕组及第二次级绕组，且每个绕组具有：打点端和非打点端，通过第一开关、第二开关控制降压变压器将变压器初级侧能量转移至变压器次级侧，并经过第一二极管与第二二极管及滤波电容整流滤波后输出发光二极管灯串所需的工作电压；

回馈电路与各发光二极管灯串的输出端连接，并侦测各发光二极管灯串的输出电压及电流；

隔离驱动变压器与半桥式开关电源电路连接，设有次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组，且每个绕组具有打点端和非打点端；

控制单元连接于回馈电路与隔离驱动变压器之间，其依据回馈电路侦测的各发光二极管灯串的输出端电压产生两组占空比小于50%且相等的相位差180度的脉宽调制信号，通过隔离驱动变压器的次级绕组将两组脉宽调制信号耦合到隔离驱动变压器的第一初级绕组及第二初级绕组以分别控制第一开关、第二开关动作，并通过第一开关与第二开关驱使降压变压器，使能量通过初级绕组转移到降压变压器的第一次级绕组及第二次级绕组以产生电压，降压变压器的第一次级绕组及第二次级绕组所产生之电压经过整流及滤波电容滤波之后作为各发光二极管灯串的所需供电输入电压。

2.根据权利要求1所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：

所述半桥式开关电源电路还设有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第一电容，并且所述控制单元设有控制芯片和设置在控制芯片上的数个控制接脚，所述控制接脚包括第一输出接脚及第二输出接脚，第一输出接脚及第二输出接脚分别通过隔离驱动变压器连接第一开关及第二开关，隔离驱动变压器的次级绕组的打点端连接于第一输出接脚，次级绕组的非打点端连接于第二输出接脚；

隔离驱动变压器的第一初级绕组的非打点端连接于初级侧地，且其非打点端与降压变压器的初级绕组的非打点端之间连接所述第一电容，第一初级绕组的打点端与第二开关的控制端连接，且第一初级绕组的打点端与第二开关的控制端之间连接有所述第一电阻，第二初级绕组的非打点端与第一开关的控制端连接，且第二初级绕组的非打点端与第一开关的控制端之间连接有所述第二电阻；第二初级绕组的打点端连接在第一开关的第二端与第二开关的第一端之间，且该第一开关的控制端与第二开关的第一端之间连接有所述第三电阻，第二开关的控制端与第一初级绕组的非打点端之间连接有所述第四电阻。

3. 根据权利要求2所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：其还设有第二电容，所述第二电容连接设于所述隔离驱动变压器的次级绕组的非打点端与第二输出接脚之间。

4. 根据权利要求3所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：所述半桥式开关电源电路还包括第四电容，第四电容的一端与PFC前级升压电路的输出端和第一开关的第一端连接，第四电容的另一端与第一电容和降压变压器的初级绕组的非打点端连接。

5.根据权利要求4所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：所述第一开关和第二开关皆为N沟道场效应晶体管，其中第一开关和第二开关的控制端为N沟道场效应晶体管的栅极端，第一开关和第二开关的第一端为N沟道场效应晶体管的漏极端，第一开关和第二开关的第二端为N沟道场效应晶体管的源极端；

所述第一输出接脚的输出电压为低电位和第二输出接脚的输出电压为高电位时，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的打点端为低电位，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的非打点端为高电位，第一开关导通、第二开关截止同时第一电容充电，其电流路径为：第一开关的漏极电流流经该第一开关的源极、经降压变压器的初级绕组的打点端、经降压变压器的初级绕组的非打点端、经第一电容，第二二极管导通，降压变压器的第二次级绕组所产生的电流经第二二极管流经滤波电容滤波之后供给各发光二极管灯串；

所述第一输出接脚的输出电压为高电位和第二输出接脚的输出电压为低电位时，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的打点端为高电位，隔离驱动变压器的次级绕组、第一初级绕组及第二初级绕组的非打点端为低电位，第一开关截止、第二开关导通同时第一电容放电，其电流路径为：第一电容电流流经降压变压器的初级绕组的非打点端、经降压变压器的初级绕组的打点端、经第二开关的漏极、经第二开关的源极接地，第一二极管导通，降压变压器的第一次级绕组所产生的电流经第一二极管流经滤波电容滤波之后供给各发光二极管灯串。

6. 根据权利要求5所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：

所述回馈电路包括数个电流调节器，各电流调节器连接于各发光二极管灯串的输出端，各电流调节器设有均流单元和采样电阻，各均流单元串接在各发光二极管灯串的输出端与各采样电阻之间；

所述控制单元的控制接脚还包括数个补偿接脚和数个反馈接脚，各补偿接脚和各均流单元连接，各反馈接脚与各采样电阻连接，且控制芯片以预定的参考电压与各反馈接脚电压比较后配合各均流单元调控各发光二极管灯串的工作电流为恒定大小的电流。

7.根据权利要求6所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：所述各均流单元包括PNP型晶体管和电阻，各电阻两端跨接于各PNP型晶体管的发射极与基极之间。

8. 根据权利要求6所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：所述各均流单元包括N沟道场效应晶体管。

9. 根据权利要求1至8项中的任一项所述的一种由次级侧控制的半桥架构的LED驱动电路，其特征在于：

所述回馈电路还包括侦测模块，所述侦测模块设有数个二极管，各二极管的阴极连接于各发光二极管灯串的输出端并侦测各发光二极管灯串的输出端电压；

所述控制单元的控制接脚还包括侦测接脚，所述侦测模块的各二极管的阳极连接于该侦测接脚，所述控制单元的控制芯片依据侦测接脚信号进行反馈处理并输出第一输出接脚和第二输出接脚的脉宽调制驱动信号以分别驱动第一开关和第二开关，以控制各发光二极管灯串的输入端电压。