CN103079322A - 一种闭环led电流控制电路及电源转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭环LED电流控制电路，包括振荡器电路和误差放大电路，所述振荡器电路的输出端连接RS触发器的S端口，所述误差放大电路的输出端连接比较器的正向输入端，比较器的输出端连接RS触发器的R端口，RS触发器的Q输出端连接驱动控制电路。闭环LED电流控制电路应用于电源转换电路中，驱动控制电路的输出端连接MOS管的栅极，所述误差放大电路的正向输入端连接基准电压源，误差放大电路的负向输入端和比较器的负向输入端均接驱动电流的采样电压，振荡器电路的输出信号控制MOS管开通，比较器的输出信号控制MOS管关断。此电源转换电路可为LED灯组提供精度较高的驱动电流，保障LED灯组的亮度一致性。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种闭环LED电流控制电路及电源转换电路。
背景技术
近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出，节能环保技术越来越受到重视。半导体照明具有寿命长、节能、绿色环保等优点，目前已被广泛应用于工业设备、仪器仪表、交通信号灯、汽车、背光源以及各种照明等领域。LED的亮度与流过LED的电流成比例关系，若流过LED的电流过小，LED的亮度则不够；若流过LED的电流过大，超过了LED所能承受的最大电流，则会烧毁LED，因此必须严格控制流过LED的电流。目前常用的控制LED驱动电流的方式是采用镜像电流源，镜像电流源为开环控制，电流镜失配会导致输出电流无法实现精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可精确控制流过LED的电流的闭环LED电流控制电路，及应用该闭环LED电流控制电路的电源转换电路。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种闭环LED电流控制电路包括振荡器电路、RS触发器和误差放大电路，所述振荡器电路的输出端连接RS触发器的S端口，所述误差放大电路的输出端连接比较器的正向输入端，比较器的输出端连接RS触发器的R端口，RS触发器的Q输出端连接驱动控制电路；闭环LED电流控制电路应用于电源转换电路中控制LED灯组的驱动电流，驱动控制电路的输出端连接电源转换电路中MOS管的栅极，所述误差放大电路的正向输入端连接基准电压源，误差放大电路的负向输入端和比较器的负向输入端均接入驱动电流的采样电压，所述振荡器电路的输出信号控制MOS管开通，所述比较器的输出信号控制MOS管关断。
进一步的，所述误差放大电路将采样电压与基准电压之间的电压差值进行放大，得到COMP电压并输入至比较器；比较器将采样电压与COMP电压进行比较，当采样电压高于COMP电压时，比较器的输出信号控制RS触发器复位，RS触发器通过驱动控制电路控制MOS管关断。
当LED灯组的驱动电流增大时，采样电压的尖峰电压增大，误差放大电路输出的COMP电压减小，使COMP电压与采样电压的交点提前，比较器提前输出信号触发RS触发器复位，MOS管的导通时间减小；当LED灯组驱动电流减小时，采样电压的尖峰电压减小，误差放大电路输出的COMP电压增大，使COMP电压与采样电压的交点延迟，比较器延迟输出信号触发RS触发器复位，MOS管的导通时间增大。
本发明还提供了一种应用上述闭环LED电流控制电路的降压型电源转换电路，所述降压型电源转换电路包括主控制器、MOS管和LED灯组，所述主控制器中包括闭环LED电流控制电路和基准电压源，基准电压源与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的正向输入端连接，所述MOS管的栅极与闭环LED电流控制电路中驱动控制电路的输出端连接，MOS管的源极连接输入电压，MOS管的漏极与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的负向输入端连接，MOS管的漏极还连接有输出整流二极管，输出整流二极管的阳极接地；LED灯组的两端并联有输出电容，LED灯组的阴极接地，LED灯组的阳极连接有电感，所述电感与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的负向输入端之间连接有采样电阻。
闭环LED电流控制电路中的振荡器电路控制MOS管导通，在MOS管导通期间，流过电感的电流线性上升，电感电流为输出电容充电，该电感电流流过采样电阻得到采样电压；当采样电压高于误差放大电路输出的COMP电压时，MOS管关断，输出整流二极管导通，电感电流线性下降，输出电容为LED灯组供电。
LED灯组的驱动电流 
，其中，
表示LED灯组的驱动电流值，VREF为基准电压值，Rs为采样电阻的阻值。
进一步的，降压型电源转换电路还包括串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端连接主控制器的GND引脚端，第二电阻的一端与LED灯组的阳极连接，主控制器的FB引脚端连接于第一电阻和第二电阻之间，LED灯组的阳极还连接有二极管，所述二极管的阴极连接第三电阻，所述第三电阻的一端与主控制器的VDD引脚端连接，主控制器的VDD引脚端和GND引脚端之间连接有启动电容，输入电压与主控制器的VDD引脚端之间连接有启动电阻，输出电容的两端并联有输出电阻。
本发明还提供了一种应用闭环LED电流控制电路的升压型电源转换电路，所述升压型电源转换电路包括主控制器、MOS管和LED灯组，所述主控制器中包括闭环LED电流控制电路和基准电压源，基准电压源与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的正向输入端连接，所述MOS管的栅极与闭环LED电流控制电路中驱动控制电路的输出端连接，MOS管的源极接地，MOS管的漏极连接有电感和输出整流二极管，所述电感的一端连接输入电压，所述输出整流二极管的阴极连接LED灯组的阳极，LED灯组的阴极串联有采样电阻，所述采样电阻的一端接地，闭环LED电流控制电路中误差放大电路的负向输入端连接于LED灯组和采样电阻之间，LED灯组的阳极还连接有输出电容，所述输出电容的另一端连接采样电阻。
闭环LED电流控制电路中的振荡器电路控制MOS管导通，在MOS管导通期间，流过电感的电流线性上升，电感电流为输出电容充电，LED灯组的电流流过采样电阻得到采样电压；当采样电压高于误差放大电路输出的COMP电压时，MOS管关断，输出整流二极管导通，电感电流线性下降，输出电容为LED灯组供电。
LED灯组的驱动电流，其中，
表示LED灯组的驱动电流值，VREF为基准电压值，Rs为采样电阻的阻值。
进一步的，所述升压型电源转换电路还包括串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端接地，第二电阻的一端与LED灯组的阳极连接，主控制器的FB引脚端连接于第一电阻和第二电阻之间，LED灯组的阳极还连接有二极管，所述二极管的阴极连接第三电阻，所述第三电阻的一端与主控制器的VDD引脚端连接，主控制器的VDD引脚端和GND引脚端之间连接有启动电容，主控制器的GND引脚端接地，输入电压与主控制器的VDD引脚端之间连接有启动电阻，输出电容的两端并联有输出电阻。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明闭环LED电流控制电路应用于电源转换电路中，通过控制MOS管的导通时间动态调节LED灯组驱动电流，控制LED灯组驱动电流保持
，为LED灯组提供精度较高的驱动电流。通过调节采样电阻Rs的阻值，可调整LED驱动电流，使得组成同一个光源的不同LED灯组的驱动电流一致，即控制不同LED灯组的亮度一致，使得光源的亮度稳定。
附图说明：
图1为本发明闭环LED电流控制电路的原理结构图。
图2为应用闭环LED电流控制电路的降压型电源转换电路图。
图3为应用闭环LED电流控制电路的升压型电源转换电路图。
图2和图3中的A为集成了图1所示闭环LED电流控制电路的主控制器。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
参考图1，本发明所述的闭环LED电流控制电路包括振荡器电路，误差放大电路，RS触发器和驱动控制电路，所述振荡器电路的输出端连接RS触发器的S端口，所述误差放大电路的输出端连接比较器的正向输入端，比较器的输出端连接RS触发器的R端口，RS触发器的Q输出端连接驱动控制电路的输入端。
所述闭环LED电流控制电路应用于电源转换电路中，控制LED灯组的驱动电流。电源转换电路中采样电阻采样电感电流或者输出电流，得到的采样电压输入误差放大电路的负向输入端和比较器的负向输入端。基准电压源输出基准电压，并接入误差放大电路的正向输入端。误差放大电路将采样电压与基准电压之间的电压差值进行放大，得到COMP电压，COMP电压信号输入至比较器；比较器将采样电压与COMP电压进行比较，当采样电压高于COMP电压时，比较器输出高电平信号，使RS触发器复位，RS触发器输出低电平信号至驱动控制电路，驱动控制电路输出的PWM信号为低电平，关断电源转换电路中与驱动控制电路连接的功率开关管（即MOS管）。当输出驱动电流增大时，采样电压的尖峰电压增大，误差放大电路输出的COMP电压减小，使COMP电压与采样电压的交点提前，比较器提前输出高电平信号，RS触发器提前复位，功率开关管的导通时间减小。当输出驱动电流减小时，采样电压的尖峰电压减小，误差放大电路输出的COMP电压增大，使COMP电压与采样电压的交点延迟，比较器延迟输出高电平信号，RS触发器延迟复位，功率开关管的导通时间增大。振荡器电路输出高电平信号至RS触发器的S端口，RS触发器则输出高电平至驱动控制电路，驱动控制电路输出的PWM信号为高电平，开启功率开关管。
参考图2，将所述闭环LED电流控制电路应用于图2所示的降压型电源转换电路中，降压型电源转换电路包括主控制器A，主控制器A包括闭环LED电流控制电路、基准电压源和输出过压保护电路等辅助功能电路。闭环LED电流控制电路中的驱动控制电路的输出端与主控制器A的PWM引脚端连接（也可以认为闭环LED电流控制电路中的驱动控制电路的输出端为主控制器A的PWM引脚端），主控制器A的PWM引脚端与功率开关管连接，本实施例中功率开关管为N型场效应管M0，主控制器A的PWM引脚端与N型场效应管M0的G极（栅极）连接，误差放大电路的负向输入端与主控制器A的CS引脚端连接（也可以认为误差放大电路的负向输入端为主控制器A的CS引脚端），采样电阻Rs连接在主控制器A的CS引脚端和电感L之间，采样电阻Rs用于采样流过电感L的电流。主控制器A的GND引脚端连接到采样电阻Rs与电感L之间。启动电阻R0的一端连接输入电压Vin，启动电阻R0的另一端连接主控制器A的VDD引脚端。N型场效应管M0的D极（漏极）连接于降压型电源转换电路的电压输入端，N型场效应管M0的S极（源极）连接采样电阻Rs的一端，输出整流二极管D1的阴极连接N型场效应管M0的S极，输出整流二极管D1的阳极连接地。输出负载电阻R4的一端连接电感L，输出负载电阻R4的另一端连接地。输出电容Cout的一端连接电感L，另一端连接地。分压电阻R1和R2串联，分压电阻R2的另一端连接主控制器A的GND引脚端，分压电阻R1的另一端连接LED灯组的一端，LED灯组的另一端连接地，分压电阻R1与压电阻R2串联的一端连接主控制器A的FB引脚端。VDD整流二极管D2与电阻R3串联，VDD整流二极管D2的另一端连接LED灯组与分压电阻R1连接的一端，电阻R3的另一端连接主控制器的VDD引脚端和滤波电容C0的一端，滤波电容C0的另一端连接主控制器A的GND引脚端。
输出电压Vout经过分压电阻R1和R2分压后连接到主控制器A的 FB端，输出电压Vout通过VDD整流二极管D2和R3串联后连接到主控制器A的VDD端，给主控制器VDD端的滤波电容C0供电。启动电阻R0两端分别接到Vin和主控制器VDD端，系统启动时为主控制器VDD端的滤波电容C0供电。
在PWM信号控制N型场效应管M0导通期间，流过电感L的电流线性上升，电感电流为输出电容Cout充电，该电感电流流过采样电阻Rs得到采样电压CS。当采样电压CS高于误差放大电路的输出COMP电压时，功率开关管关断，此时输出整流二极管D1导通，电感电流线性下降，输出电容Cout为LED组供电。当输出驱动电流增大时，此时采样电压CS的尖峰电压也增大，误差放大电路输出的COMP电压将减小，使COMP电压与CS电压的交点提前，比较器提前输出高电平信号，RS触发器提前复位，功率开关管的导通时间减小。同理，当输出驱动电流减小时，功率开关管的导通时间增大。
降压型电源转换电路的输出电流
，其中，
表示输出电流值，VREF为误差放大电路所连接的基准电压值，Rs为采样电阻的阻值。
通过设定采样电阻Rs的阻值，可以设定降压型电源转换电路的输出电流。
参考图3，将所述闭环LED电流控制电路应用于图3所示的升压型电源转换电路中，升压型电源转换电路包括主控制器A，主控制器A包括闭环LED电流控制电路、基准电压源和输出过压保护电路等辅助功能电路。闭环LED电流控制电路中的驱动控制电路的输出端为主控制器A的PWM引脚端，主控制器A的PWM引脚端与功率开关管连接，本实施例中功率开关管为N型场效应管M0，主控制器A的PWM引脚端与N型场效应管M0的G极（栅极）连接，误差放大电路的负向输入端为主控制器A的CS引脚端，采样电阻Rs的一端连接在主控制器A的CS引脚端，采样电阻Rs的另一端连接地。电感L的一端连接输入电压Vin，电感L的另一端连接N型场效应管M0的D极（漏极）。启动电阻R0的一端连接输入电压Vin，启动电阻R0的另一端连接主控制器A的VDD引脚端。输出整流二极管D1的阳极连接N型场效应管M0的D极，输出整流二极管D1的阴极连接输出负载电阻R4的一端，输出负载电阻R4的另一端连接地。输出电容Cout的一端连接输出整流二极管D1的阴极，输出电容Cout的另一端连接地。采样电阻Rs与LED灯组串联，LED灯组与采样电阻Rs串联的一端连接主控制器A的CS引脚端，LED灯组的另一端连接输出整流二极管D1的阴极。分压电阻R1和R2串联，分压电阻R2的另一端连接主控制器A的GND引脚端，分压电阻R1的另一端连接LED灯组的一端，分压电阻R1与压电阻R2串联的一端连接主控制器A的FB引脚端。VDD整流二极管D2与电阻R3串联，VDD整流二极管D2的阳极连接LED灯组与分压电阻R1连接的一端，电阻R3的另一端连接主控制器A的VDD引脚端和滤波电容C0的一端，滤波电容C0的另一端连接主控制器A的GND引脚端。
在PWM信号控制N型场效应管M0导通期间，流过电感L的电流线性上升，电感电流为输出电容Cout充电，采样电阻Rs采样流过LED灯组的电流得到采样电压CS。当采样电压CS高于误差放大电路的输出COMP电压时，功率开关管关断，此时输出整流二极管D1导通，电感电流线性下降，输出电容Cout为LED组供电。当输出驱动电流增大时，此时采样电压CS也增大，误差放大电路输出的COMP电压将减小，使COMP电压与CS电压的交点提前，比较器提前输出高电平信号，RS触发器提前复位，功率开关管的导通时间减小。同理，当输出驱动电流减小时，功率开关管的导通时间增大。
升压型电源转换电路的输出电流
，其中，表示输出电流值，VREF为误差放大电路所连接的基准电压值，Rs为采样电阻的阻值。通过设定采样电阻Rs的阻值，可以设定升压型电源转换电路的输出电流。
Claims (10)
1.一种闭环LED电流控制电路，其特征在于，包括振荡器电路、RS触发器和误差放大电路，所述振荡器电路的输出端连接RS触发器的S端口，所述误差放大电路的输出端连接比较器的正向输入端，比较器的输出端连接RS触发器的R端口，RS触发器的Q输出端连接驱动控制电路；
闭环LED电流控制电路应用于电源转换电路中控制LED灯组的驱动电流，驱动控制电路的输出端连接MOS管的栅极，所述误差放大电路的正向输入端连接基准电压源，误差放大电路的负向输入端和比较器的负向输入端均接驱动电流的采样电压，所述振荡器电路的输出信号控制MOS管开通，所述比较器的输出信号控制MOS管关断。
2.根据权利要求1所述的闭环LED电流控制电路，其特征在于，所述误差放大电路将采样电压与基准电压之间的电压差值进行放大，得到COMP电压并输入至比较器；比较器将采样电压与COMP电压进行比较，当采样电压高于COMP电压时，比较器的输出信号控制RS触发器复位，RS触发器通过驱动控制电路控制MOS管关断。
3.根据权利要求2所述的闭环LED电流控制电路，其特征在于，当LED灯组的驱动电流增大时，采样电压的尖峰电压增大，误差放大电路输出的COMP电压减小，使COMP电压与采样电压的交点提前，比较器提前输出信号触发RS触发器复位，MOS管的导通时间减小；当LED灯组驱动电流减小时，采样电压的尖峰电压减小，误差放大电路输出的COMP电压增大，使COMP电压与采样电压的交点延迟，比较器延迟输出信号触发RS触发器复位，MOS管的导通时间增大。
4.应用权利要求1所述的闭环LED电流控制电路的降压型电源转换电路，其特征在于，包括主控制器、MOS管和LED灯组，所述主控制器中包括闭环LED电流控制电路和基准电压源，基准电压源与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的正向输入端连接，所述MOS管的栅极与闭环LED电流控制电路中驱动控制电路的输出端连接，MOS管的源极连接输入电压，MOS管的漏极与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的负向输入端连接，MOS管的漏极还连接有输出整流二极管，输出整流二极管的阳极接地；LED灯组的两端并联有输出电容，LED灯组的阴极接地，LED灯组的阳极连接有电感，所述电感与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的负向输入端之间连接有采样电阻。
5.根据权利要求4所述的降压型电源转换电路，其特征在于，闭环LED电流控制电路中的振荡器电路控制MOS管导通，在MOS管导通期间，流过电感的电流线性上升，电感电流为输出电容充电，该电感电流流过采样电阻得到采样电压；当采样电压高于误差放大电路输出的COMP电压时，MOS管关断，输出整流二极管导通，电感电流线性下降，输出电容为LED灯组供电。
6.根据权利要求4所述的降压型电源转换电路，其特征在于，LED灯组的驱动电流 
，其中，表示LED灯组的驱动电流值，VREF为基准电压值，Rs为采样电阻的阻值。
7.根据权利要求4所述的降压型电源转换电路，其特征在于，降压型电源转换电路还包括串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端连接主控制器的GND引脚端，第二电阻的一端与LED灯组的阳极连接，主控制器的FB引脚端连接于第一电阻和第二电阻之间，LED灯组的阳极还连接有二极管，所述二极管的阴极连接第三电阻，所述第三电阻的一端与主控制器的VDD引脚端连接，主控制器的VDD引脚端和GND引脚端之间连接有启动电容，输入电压与主控制器的VDD引脚端之间连接有启动电阻，输出电容的两端并联有输出电阻。
8.应用权利要求1所述的闭环LED电流控制电路的升压型电源转换电路，其特征在于，包括主控制器、MOS管和LED灯组，所述主控制器中包括闭环LED电流控制电路和基准电压源，基准电压源与闭环LED电流控制电路中误差放大电路的正向输入端连接，所述MOS管的栅极与闭环LED电流控制电路中驱动控制电路的输出端连接，MOS管的源极接地，MOS管的漏极连接有电感和输出整流二极管，所述电感的一端连接输入电压，所述输出整流二极管的阴极连接LED灯组的阳极，LED灯组的阴极串联有采样电阻，所述采样电阻的一端接地，闭环LED电流控制电路中误差放大电路的负向输入端连接于LED灯组和采样电阻之间，LED灯组的阳极还连接有输出电容，所述输出电容的另一端连接采样电阻。
9.根据权利要求8所述的升压型电源转换电路，其特征在于，闭环LED电流控制电路中的振荡器电路控制MOS管导通，在MOS管导通期间，流过电感的电流线性上升，电感电流为输出电容充电，LED灯组的电流流过采样电阻得到采样电压；当采样电压高于误差放大电路输出的COMP电压时，MOS管关断，输出整流二极管导通，电感电流线性下降，输出电容为LED灯组供电；
LED灯组的驱动电流
，其中，
表示LED灯组的驱动电流值，VREF为基准电压值，Rs为采样电阻的阻值。
10.根据权利要求8所述的升压型电源转换电路，其特征在于，升压型电源转换电路还包括串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端接地，第二电阻的一端与LED灯组的阳极连接，主控制器的FB引脚端连接于第一电阻和第二电阻之间，LED灯组的阳极还连接有二极管，所述二极管的阴极连接第三电阻，所述第三电阻的一端与主控制器的VDD引脚端连接，主控制器的VDD引脚端和GND引脚端之间连接有启动电容，主控制器的GND引脚端接地，输入电压与主控制器的VDD引脚端之间连接有启动电阻，输出电容的两端并联有输出电阻。
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