CN103152912B

CN103152912B - 一种改进的高效率led驱动电路和驱动方法

Info

Publication number: CN103152912B
Application number: CN201310036240.2A
Authority: CN
Inventors: 陈伟
Original assignee: Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
Current assignee: Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: US9131582B2; US20140210353A1; CN103152912A; US9024542B2; US20150061532A1

Abstract

本发明公开了一种改进的高效率LED驱动电路和驱动方法，利用保护控制电路对LED负载在开路或短路的情况下进行保护操作，当LED负载开路时，若检测到输出端电压大于过压保护电压时，则关断功率开关管一段时间以进行过压保护；当LED负载短路时，直到检测到电感电流下降至零时，才导通功率开关管，以延长功率开关管的关断时间，以使电感电流能完全降下来再启动下一个开关周期，防止电感电流过高，实现了过流保护。

Description

一种改进的高效率LED驱动电路和驱动方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种改进的高效率LED驱动电路和驱动方法。

背景技术

[0002] 随着LED照明的广泛使用，LED驱动电源的地位也凸显重要，LED驱动电源匹配的好坏直接影响到LED负载使用的稳定性和安全性。然而，在LED驱动电源的设计中，要使其驱动电源能跟不同的控制结构进行很好的匹配，并且稳定性好、电源利用效率高仍是一大难点。本发明的申请人在中国申请了关于LED驱动电源的专利申请案，其标题为“一种高效率的LED驱动电路和驱动方法”，该案在2011年I月10日申请，申请号为201110005323.6。其中所公布的内容并入本文中，如图1和图2所示，在此申请方案中提出了一种高效率的LED驱动电路，其可以根据输入电源和输出电压的关系，设置不同的外围功率级电路，能跟不同的控制结构均能进行很好的匹配；此外其控制电路能直接接收LED的电流反馈，提高了 LED电流的调制精度，稳定性更好；另外控制电路能直接驱动功率开关管，开关损耗小；而且不需要复杂的磁性元件如变压器或者多绕组的电感，成本低。

[0003] 然而，在这个发明中没有考虑负载异常的工作情况，如开路和短路，当负载开路时，输出端的电压会瞬间变高，此时，如果没有过压保护措施的话，一方面造成浪费能量，另一方面过闻的电压也容易引起对电路的损坏；而当负载短路时，在功率开关管关断后，输入电流会下降的很慢，此时，如果没有设置短路保护电路时，在下一个周期按时到来时，输入电流会由于之前没有降下来而又继续升高，造成输入电流过高而效率低。

[0004] 因此，需要在现有高效率的LED驱动电源的基础上考虑负载的变化情况，提出一种适应负载的高效率LED驱动电源。

发明内容

[0005] 本发明提出了一种改进的高效率LED驱动电路，通过保护控制电路对负载出现异常情况如开路或短路进行保护操作，以防止电路出现过压或过流现象。此外，本发明还提出了一种改进的高效率LED驱动方法。

[0006] 根据本发明提出的一种改进的高效率LED驱动电路，用以驱动一 LED装置，包括一电感、功率开关管和PWM控制电路，所述LED驱动电路进一步包括一采样电路和保护控制电路，所述采样电路与所述电感连接，用以采样所述电感的电压，以获得一采样电压信号；

[0007] 所述保护控制电路接收所述采样电压信号，并且，当所述LED装置处于第一负载状态时，所述保护控制电路将所述采样电压信号与一第一参考电压比较，以产生第一保护控制信号传输给所述PWM控制电路，所述PWM控制电路根据所述第一保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作；

[0008] 当所述LED装置处于第二负载状态时，所述保护控制电路将所述采样电压信号与一第二参考电压比较，以产生第二保护控制信号传输给所述PWM控制电路,所述PWM控制电路根据所述第二保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作。

[0009] 进一步的，所述保护控制电路包括第一比较器和第二比较器，

[0010] 所述第一比较器同相输入端接收所述采样电压信号，反相输入端接收所述第一参考电压，经比较处理后产生所述第一保护控制信号；其中所述第一参考电压为过压保护电压；

[0011] 所述第二比较器同相输入端接收所述采样电压信号，反相输入端接收所述第二参考电压，经比较处理后产生所述第二保护控制信号，其中所述第二参考电压为零基准电压。

[0012] 进一步的，所述采样电路包括一分压电阻网络，所述分压电阻网络的第一端接所述电感的一端，另一端接地。

[0013] 进一步，还包括一箝位电路，其连接于所述采样电路与所述保护控制电路之间，所述箝位电路具有一箝位电压，当所述采样电压信号小于所述箝位电压时，所述箝位电路将所述采样电压信号箝位至所述箝位电压。

[0014] 根据本发明的一种改进的高效率LED驱动方法，用以驱动一 LED装置，包括一电感、功率开关管和PWM控制电路，包括以下步骤:

[0015] 采样所述电感的电压，以获得一采样电压信号；

[0016] 接收所述采样电压信号，并且，判断所述LED装置的负载状态:

[0017] 当所述LED装置处于第一负载状态时，比较所述米样电压信号与一第一参考电压，以产生第一保护控制信号；

[0018] 所述PWM控制电路根据所述第一保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作；

[0019] 当所述LED装置处于第二负载状态时，比较所述采样电压信号与一第二参考电压，以产生第二保护控制信号；

[0020] 所述PWM控制电路根据所述第二保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作。[0021 ] 优选的，所述第一参考电压为过压保护电压。

[0022] 优选的，所述第二参考电压为零基准电压。

[0023] 通过上述改进的高效率LED驱动电路和驱动方法，利用保护控制电路对LED负载在开路或短路的情况下进行保护操作，当LED负载开路时，若检测到输出端电压大于过压保护电压时，则关断功率开关管一段时间以进行过压保护；当LED负载短路时，直到检测到电感电流下降至零时，才导通功率开关管，以延长功率开关管的关断时间，以使电感电流能完全降下来再启动下一个开关周期。

附图说明

[0024] 图1所示为现有技术的一种LED驱动电路的原理框图；

[0025] 图2所不为现有技术的另一种LED驱动电路的原理框图；

[0026] 图3所示为依据本发明的一种改进的高效率LED驱动电路的第一实施例的电路图；

[0027] 图4所示为依据本发明的一种改进的高效率LED驱动电路的第二实施例的电路图；

[0028] 图5所示为依据本发明的一种改进的高效率LED驱动方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

[0029] 以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

[0030] 参考图3，所示为依据本发明的一种改进的高效率LED驱动电路的第一实施例的电路图；在该实施例中，交流输入电源AC经过整流桥和滤波电容C2后，转换为一直流电源。功率开关管Ql、二极管Dl、电感L1、电容Cl构成一降压型拓扑结构的功率级电路。在本发明实施例中，由电阻R3组成的LED电流检测电路，由PWM控制电路、误差放大器EA和第一基准源Is组成的控制电路和由二极管D2和电容C3组成的偏置电源电路均在申请号为201110005323.6专利中已作详细介绍，在此不重复阐述。

[0031] 进一步的，本发明实施例的LED驱动电路还包括一采样电路301和保护控制电路302，所述采样电路301与所述电感LI连接，用以采样所述电感的电压，以获得一采样电压信号Vs ;所述保护控制电路302接收所述采样电压信号Vs，并且，当所述LED装置处于第一负载状态时，这里第一负载状态为LED装置处于开路状态，所述保护控制电路302将所述采样电压信号Vs与一第一参考电压VMfl比较，以产生第一保护控制信号V1传输给所述PWM控制电路，所述PWM控制电路根据所述第一保护控制信号V1控制所述功率开关管Ql的开关动作；当所述LED装置处于第二负载状态时，这里第二负载状态为LED装置处于短路状态，所述保护控制电路302将所述采样电压信号Vs与一第二参考电压Vref2比较，以产生第二保护控制信号V2传输给所述PWM控制电路，所述PWM控制电路根据所述第二保护控制信号V2控制所述功率开关管的开关动作。

[0032] 下面结合图3中采样电路301和保护控制电路302具体电路结构详细介绍本实施例中LED驱动电路工作过程，具体地，所述采样电路包括一分压电阻网络，所述分压电阻网络的第一端接所述电感LI的一端，另一端接地(此处为电路控制芯片的参考地)，所述分压电阻网络的公共连接点的电压作为所述采样电压信号Vs。所述保护控制电路302包括第一比较器CMl和第二比较器CM2，所述第一比较器CMl同相输入端接收所述采样电压信号Vs，反相输入端接收所述第一参考电压VMfl，经比较处理后产生所述第一保护控制信号V1 ;其中所述第一参考电压为过压保护电压，可根据电路的保护需要自行设置；所述第二比较器CM2同相输入端接收所述采样电压信号Vs，反相输入端接收所述第二参考电压VMf2，经比较处理后产生所述第二保护控制信号V2，其中所述第二参考电压为零基准电压，一般设置为OVo

[0033] 当所述LED装置处于第一负载状态，即开路状态时，当率开关管Ql处于断开状态时，电感L中储存的能量通过电容Cl、二极管Dl进行续流作用，这时所述采样电压信号Vs可以表征输出端电压，所述PWM控制电路控制功率开关管Ql进行开关动作，但由于输出端没有负载装置，其输出端电压持续上升，所述第一比较器CMl将所述所述采样电压信号Vs与第一参考电压Vrefl进行比较，当所述采样电压信号Vs上升到所述第一参考电压VMfl时，所述第一保护控制信号V1跳变为高电平，所述PWM控制电路接收所述第一保护控制信号V1以控制功率开关管Ql关断，并且保持一段时间，从而减小输入端能量，使得输出端电压下降，实现了过压保护。

[0034] 当所述LED装置处于第二负载状态，即短路状态时，所述采样电压信号Vs可以表征电感L的电流信息，所述PWM控制电路控制功率开关管Ql关断后，由于负载处于短路状态，因此，其电感电流下降缓慢，所述第二比较器CM2将所述采样电压信号Vs与第二参考电压VMf2进行比较，即采样电压信号Vs与零基准电压比较，当所述采样电压信号小于所述零基准电压时，其表征所述电感电流下降至零，所述第二保护控制信号V2跳变为高电平，所述PWM控制电路接收所述第二保护控制信号V1以控制功率开关管Ql导通。由于电感电流下降缓慢，至电感电流下降至零时关断功率开关管，从而延长了功率开关管关断的时间，可保证电感电流在下一开关周期中不至于上升过高，实现了过流保护。

[0035] 这里需要说明的是，在某些情况下，所述采样电压信号到达所述零基准电压的时间可能会较长，这时，用户可自行设置一个最大关断时间，当功率开关管关断的时间到达所述最大关断时间时，所述PWM控制电路控制所述功率开关管导通，这样可保证在LED装置短路状况消除后，电路可快速恢复至正常工作状态。

[0036] 进一步的，本发明实施例中的LED驱动电路还包括一箝位电路303，其连接于所述采样电路301与所述保护控制电路302之间，所述箝位电路具有一箝位电压Vz，当所述采样电压信号Vs小于所述箝位电压Vz时，所述箝位电路将所述采样电压信号箝位至所述箝位电压。所述箝位电路可保证所述采样电压信号Vs不至下降过低，以保护芯片不受损坏。

[0037] 在该实施例中，由于LED装置在开路状态时，表征电感电流的采样电压信号与输出端电压相同，因此，可以采用同一个采样电路来实现过压和过流保护，对于芯片而言，其只需要一个引脚就可以完成过压和过流保护。在图3所示的实施例中，分别给出了采样电路和保护控制电路的一种具体实现方式，本领域技术人员根据本发明的原理和公开的实施例的教导，可以得知其他合适形式的电路结构同样可以适用于本发明，本发明并不受已公开的实施方式的限制。

[0038] 参考图4，所示为依据本发明的一种改进的高效率LED驱动电路的第二实施例的电路图；在该实施例中，串联连接的功率开关管Q2和Q3,以及启动电路组成一复合的闻压功率开关管，其与二极管Dl、电容Cl、电感LI 一起组成一降压型拓扑结构，本实施例中的高压功率开关管也使得电路的耐压性能增强。

[0039] 在实施例中的LED电流检测电路，由PWM控制电路、误差放大器EA和第一基准源Is组成的控制电路和由二极管D2和电容C3组成的偏置电源电路均在申请号为201110005323.6专利中已作详细介绍，在此不重复阐述。

[0040] 同样，本发明实施例中的LED驱动电路进一步包括采样电路401和保护控制电路402，本实施例中的采样电路和保护控制电路与上一实施例的电路结构均相同，在此不重复介绍，因此，其同样可以实现在LED装置开路的情况下进行过压保护，而在LED装置短路的情况下进行过流保护，从而使电路的工作稳定性进一步增强。

[0041] 本领域技术人员可以轻易得知，其他类型的驱动电路如升压-降压型或者升压型LED驱动电路均可以给予同样原理而实现，在此不再一一赘述。

[0042] 参考图5，所示为依据本发明的一种改进的高效率LED驱动方法的一实施例的流程图。所述LED驱动方法用以驱动一 LED装置，包括一电感、功率开关管和PWM控制电路，包括以下步骤:

[0043] S501:米样所述电感的电压，以获得一米样电压信号；

[0044] S502:接收所述采样电压信号，并且，判断所述LED装置的负载状态；

[0045] S503-1:当所述LED装置处于第一负载状态时，比较所述采样电压信号与一第一参考电压，以产生第一保护控制信号；

[0046] S503-2所述PWM控制电路根据所述第一保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作；

[0047] S504-1:当所述LED装置处于第二负载状态时，比较所述采样电压信号与一第二参考电压，以产生第二保护控制信号；

[0048] S504-2:所述PWM控制电路根据所述第二保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作。

[0049] 综上所述，依照本发明所公开的一种改进的高效率LED驱动电路和驱动方法，在现有技术的基础上，采用保护控制电路对负载在异常情况下如开路或短路进行保护操作，可避免电路出现过压或过流情况。可见，采用本发明的LED驱动电路，不但提高了电路的转换精度以及简化了功率开关管的驱动，降低了成本以及驱动损耗；而且增加了异常情况下的保护措施，安全性更好。

[0050] 以上对依据本发明的优选实施例的改进的高效率LED驱动电路和驱动方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

[0051] 依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种改进的高效率LED驱动电路，用以驱动一 LED装置，包括一电感、功率开关管和PWM控制电路，其特征在于，所述LED驱动电路进一步包括一采样电路和保护控制电路，所述采样电路与所述电感连接，用以采样所述电感的电压，以获得一采样电压信号；所述保护控制电路接收所述采样电压信号，并且，当所述LED装置处于第一负载状态时，所述保护控制电路将所述采样电压信号与一第一参考电压比较，以产生第一保护控制信号传输给所述PWM控制电路，所述PWM控制电路根据所述第一保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作；当所述LED装置处于第二负载状态时，所述保护控制电路将所述采样电压信号与一第二参考电压比较，以产生第二保护控制信号传输给所述PWM控制电路，所述PWM控制电路根据所述第二保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作；其中，所述保护控制电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器同相输入端接收所述采样电压信号，反相输入端接收所述第一参考电压，经比较处理后产生所述第一保护控制信号；其中所述第一参考电压为过压保护电压；所述第二比较器同相输入端接收所述采样电压信号，反相输入端接收所述第二参考电压，经比较处理后产生所述第二保护控制信号，其中所述第二参考电压为零基准电压。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样电路包括一分压电阻网络，所述分压电阻网络的第一端接所述电感的一端，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，进一步还包括一箝位电路，其连接于所述采样电路与所述保护控制电路之间，所述箝位电路具有一箝位电压，当所述采样电压信号小于所述箝位电压时，所述箝位电路将所述采样电压信号箝位至所述箝位电压。

4.一种改进的高效率LED驱动方法，用以驱动一 LED装置，包括一电感、功率开关管和PWM控制电路，其特征在于，包括以下步骤: 采样所述电感的电压，以获得一采样电压信号；接收所述采样电压信号，并且，判断所述LED装置的负载状态: 当所述LED装置处于第一负载状态时，比较所述米样电压信号与一第一参考电压，以产生第一保护控制信号；所述PWM控制电路根据所述第一保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作；当所述LED装置处于第二负载状态时，比较所述采样电压信号与一第二参考电压，以产生第二保护控制信号，其中，所述第二参考电压为零基准电压；所述PWM控制电路根据所述第二保护控制信号控制所述功率开关管的开关动作。

5.根据权利要求4所述的LED驱动方法，其特征在于，所述第一参考电压为过压保护电压。

6.根据权利要求4所述的LED驱动方法，其特征在于，利用一分压电阻网络采样所述电感的电压，以获得所述采样电压信号。

7.根据权利要求4所述的LED驱动方法，其特征在于，利用一箝位电路对所述采样电压信号进行箝位，所述箝位电路具有一箝位电压，当所述采样电压信号小于所述箝位电压时，所述箝位电路将所述采样电压信号箝位至所述箝位电压。