CN102821520A - 一种led驱动电路及控制方法 - Google Patents

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徐永键
徐广健
朱志牛
庞志勇
张全琪
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Abstract

本发明公开一种LED驱动电路及控制方法，本发明的具体实现方式为：设定LED驱动芯片的参考电压VH和VL；LED驱动芯片获取采样电阻上的电压；比较采样电阻两端电压与LED驱动芯片的参考电压，当采样电阻两端电压低于参考电压VH，LED驱动芯片功率管打开，电感的电流增加，采样电阻两端电压增加，当采样电阻两端电压等于参考电压VH，LED驱动芯片功率管关闭；电感的电流通过二极管放电且电感的电流降低，采样电阻两端电压降低，当采样电阻两端电压等于参考电压VL，LED驱动芯片功率管打开。本发明通过调整LED驱动芯片内部功率管导通的占空比，提高了LED驱动电路在轻载时的转换效率，进而提高LED驱动芯片的整体转换效率。

Description

一种LED驱动电路及控制方法
技术领域
本发明属于LED驱动电路的控制技术领域，具体来说，涉及一种LED驱动电路及控制方法。
背景技术
近年来，随着高功率LED的问世，照明产业也面临新的挑战。驱动电源发热量过大，造成电源转换效率过低，虽然LED照明芯片具有很高的转换效率，但是LED驱动芯片会造成能量的大量损耗；现有的LED驱动电路的控制方法主要是脉冲宽度调制PWM；PWM调制是在开关功率管MOSFET开关周期一定的前提下，利用频率的宽和窄的变化，波脉冲宽度控制输出驱动芯片通过对采样电压信号与内部基准电压信号VREF的比较，同时通过与调光输入端DIM输入的信号的比较，产生一个能反映反馈信号大小变化的值VEA。之后与锯齿波发生器产生的锯齿波与VEA在PWM比较器中进行比较，产生一个频率恒定，控制开关功率管Q导通的方波信号。其中采样的信号包括输入输出电压、输出电流等。其调制原理图如图1所示，在PWM比较器中产生的PWM调制波形图如图2所示。但该方法的主要缺点为轻负载下转换效率低，在省电或高效率的电源转换需求上达不到理想的效果。
脉冲频率调制PFM的工作原理为对输出电压进行采样，得到采样信号VRES。该采样信号与芯片内部基准电压VREF在比较器中进行误差比较放大。所产生的信号控制开关功率管MOSFET对驱动电路进行调节。其调制方法分成两种类型，一是导通时间TON不变，断开时间TOFF变化；二是TON变化，TOFF恒定。当VRES<VREF时，芯片内部驱动电路工作频率恒定且占空比恒定；当VRES>VREF时，开关功率管的导通占空比将发生变化，PFM调制方式的信号波形如图3所示。因此，在驱动芯片轻载或空载时，芯片功耗降低，转换效率提高。
发明内容
为了解决轻负载下转换效率低等技术问题，本发明提出一种LED驱动电路及控制方法，采用迟滞式脉冲调频控制方法来实现LED驱动电路的控制，通过调整LED驱动芯片内部功率管导通的占空比，提高了LED驱动电路在轻载时的转换效率，进而提高LED驱动芯片的整体转换效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种LED驱动电路，包括LED驱动芯片、采样电阻Rs、二极管D、电容C0、电容CL和电感L，所述LED驱动芯片的电源端口Vin通过采样电阻Rs与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接，所述LED驱动芯片的功率管漏端SW分别与二极管D的正极、电感L的一端连接，二极管D的负极与LED驱动芯片的电源端口Vin连接，电感L的另一端通过电容C0与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接；LED驱动芯片的电源端口VDD通过电容CL接地。
所述LED驱动芯片还设有调光信号输入端口Dim。
所述LED驱动芯片内置用于电流比较的电流比较器、用于获取功率管驱动信号的迟滞比较器，所述电流比较器的一个信号输入端与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接，电流比较器的另一个信号输入端接参考电源；电流比较器的输出端与迟滞比较器的一信号输入端连接，迟滞比较器的另一信号输入端与LED驱动芯片的调光信号输入端口Dim连接。
所述LED驱动芯片内置过电流保护装置，所述电流保护装置与LED驱动芯片连接。
一种应用于LED驱动电路的控制方法，实现迟滞式脉冲调频控制具体包括以下步骤：
1）设定LED驱动芯片的参考电压VH和VL，其中VH>VL；
2）LED驱动芯片获取采样电阻Rs上的电压；
3）通过将采样电阻Rs两端电压与LED驱动芯片的参考电压进行比较，从而控制LED驱动芯片功率管的开闭；
其中控制LED驱动芯片功率管的开闭方式为：当采样电阻Rs两端电压低于参考电压VH，则LED驱动芯片功率管打开；电感CL的电流增加，采样电阻Rs两端电压增加，当采样电阻Rs两端电压等于参考电压VH，LED驱动芯片功率管关闭；电感CL的电流通过二极管D放电且电感CL的电流降低，采样电阻Rs两端电压降低，当采样电阻Rs两端电压等于参考电压VL，LED驱动芯片功率管重新打开开始工作并重复以上的动作。
其中LED驱动芯片通过对采样电阻Rs上的电流进行采样，反馈到LED驱动芯片内部电流比较器中，通过与内部参考电压进行比较产生迟滞比较器的一个信号，迟滞比较器的另一个信号由脉冲频率调制控制电路产生，通过迟滞比较器产生驱动功率管的使能信号，进而控制开关功率管的导通。这种控制方式的切换频率会随着负载电流而变化，电流越大频率越低。在相同的负载条件下，电感越大其切换频率会越低。LED驱动芯片内置的过电流保护装置可限制电源打开时所产生的突波电流。
本发明的有益效果为：
（1）采用迟滞式脉冲调频控制方法驱动LED灯驱动电路无需增加额外的补偿器，使用更方便，其输出电流可通过不同阻值的外接电阻来调整各输出级的电流大小，且在DIM脚连接脉宽调变PWM讯号进行调光控制。
（2）本发明的LED驱动电路为LED驱动芯片外接电容CL，其难度设计降低，成本降低。由于使用高压测电流限制技术，在限流电阻上所损失的功耗很小，因此可使用较小体积的限流电阻，这既节省电路板空间又减少了组件费用。
（2）采用迟滞式脉冲调频控制方法驱动LED灯驱动电路除能避开对音频的干扰外，且切换频率能随负载电流变化，在轻重载条件下都能达到效率最佳化，在轻载时有效提升电源的转换效率，达到节省电力的好处。
附图说明
图1为现有技术PWM调制电路原理图；
图2为现有技术PWM调制波形原理图；
图3为现有技术PFM调制波形原理图；
图4为本发明的LED驱动电路迟滞式PFM控制原理示意图；
图5为本发明的LED驱动芯片的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下结合附图及实施例，对本发明的进行进一步详细说明。
如图4所示，一种LED驱动电路，包括LED驱动芯片、采样电阻Rs、二极管D、电容C0、电容CL和电感L，LED驱动芯片的电源端口Vin通过采样电阻Rs与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接，所述LED驱动芯片的功率管漏端SW分别与二极管D的正极、电感L的一端连接，二极管D的负极与LED驱动芯片的电源端口Vin连接，电感L的另一端通过电容C0与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接；LED驱动芯片的电源端口VDD通过电容CL接地。LED驱动芯片还设有调光信号输入端口Dim。如图5所示，LED驱动芯片内置用于电流比较的电流比较器、用于获取功率管驱动信号的迟滞比较器，电流比较器的一个信号输入端与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接，电流比较器的另一个信号输入端接参考电源；电流比较器的输出端与迟滞比较器的一信号输入端连接，迟滞比较器的另一信号输入端与LED驱动芯片的调光信号输入端口Dim连接。LED驱动芯片内置过电流保护装置，过电流保护装置与迟滞比较器连接。
一种应用于LED驱动电路的控制方法，实现迟滞式脉冲调频控制具体包括以下步骤：
1）设定LED驱动芯片的参考电压VH和VL，其中VH>VL；
2）LED驱动芯片获取采样电阻Rs上的电压；
3）通过将采样电阻Rs两端电压与LED驱动芯片的参考电压进行比较，从而控制LED驱动芯片功率管的开闭；
其中控制LED驱动芯片功率管的开闭方式为：当采样电阻Rs两端电压低于参考电压VH，则LED驱动芯片功率管打开；电感CL的电流增加，采样电阻Rs两端电压增加，当采样电阻Rs两端电压等于参考电压VH，LED驱动芯片功率管关闭；电感CL的电流通过二极管D放电且电感CL的电流降低，采样电阻Rs两端电压降低，当采样电阻Rs两端电压等于参考电压VL，LED驱动芯片功率管重新打开开始工作并重复以上的动作。
采用迟滞式脉冲调频控制方法的LED驱动电路，由于迟滞模式反馈环路环节少，调节速度快，调节幅度大，环路中的元件（包括功率通道和信号通道上的）对反馈环路的稳定性影响颇大。
迟滞式脉冲频率调变控制模式决定驱动电路开关功率管的导通/断开的频率是根据负载上电流的变化而变化的。即负载电流越大，内部功率管开关频率越小。当负载恒定时，外部储能电感值越大，内部开关频率越小。由于需要考虑驱动芯片切换频率过低会产生噪音的问题，所以一般要求其内部开关频率在40Hz以上。
迟滞式脉冲频率调变控制模式的最大优势是有效提高驱动芯片在轻载时的转换效率。同时由于需要很小的采样电流，因此芯片外部采样电阻并不会消耗过多的能量，同时如果采用体积小的采样电阻，则可大大节省对芯片外部的电路板空间。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种LED驱动电路，其特征在于包括LED驱动芯片、采样电阻Rs、二极管D、电容C0、电容CL和电感L，所述LED驱动芯片的电源端口Vin通过采样电阻Rs与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接，所述LED驱动芯片的功率管漏端SW分别与二极管D的正极、电感L的一端连接，二极管D的负极与LED驱动芯片的电源端口Vin连接，电感L的另一端通过电容C0与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接；LED驱动芯片的电源端口VDD通过电容CL接地。
2.根据权利要求1所述LED驱动电路，其特征在于所述LED驱动芯片还设有调光信号输入端口Dim。
3.根据权利要求1所述LED驱动电路，其特征在于所述LED驱动芯片内置用于电流比较的电流比较器、用于获取功率管驱动信号的迟滞比较器，所述电流比较器的一个信号输入端与LED驱动芯片的电流检测端口Vout连接，电流比较器的另一个信号输入端接参考电源；电流比较器的输出端与迟滞比较器的一信号输入端连接，迟滞比较器的另一信号输入端与LED驱动芯片的调光信号输入端口Dim连接。
4.根据权利要求1所述LED驱动电路，其特征在于所述LED驱动芯片内置过电流保护装置。
5.一种应用于权利要求1至4所述LED驱动电路的控制方法，其特征在于实现迟滞式脉冲调频控制具体包括以下步骤：
1）设定LED驱动芯片的参考电压VH和VL，其中VH>VL；
2）LED驱动芯片获取采样电阻Rs上的电压；
3）通过将采样电阻Rs两端电压与LED驱动芯片的参考电压进行比较，从而控制LED驱动芯片功率管的开闭；
其中控制LED驱动芯片功率管的开闭方式为：当采样电阻Rs两端电压低于参考电压VH，则LED驱动芯片功率管打开；电感CL的电流增加，采样电阻Rs两端电压增加，当采样电阻Rs两端电压等于参考电压VH，LED驱动芯片功率管关闭；电感CL的电流通过二极管D放电且电感CL的电流降低，采样电阻Rs两端电压降低，当采样电阻Rs两端电压等于参考电压VL，LED驱动芯片功率管重新打开开始工作并重复以上的动作。
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