CN103281829B - 一种led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动电路，包括AC/DC电路，DC/DC电路和驱动模块，驱动模块包括低频误差放大器、乘法器、峰值比较放大器、驱动及控制电路和过零检测电路；乘法器的第一输入端接AC/DC电路输出端的正极，第二输入端接低频误差放大器的输出端；乘法器的输出端接峰值比较放大器的第一输入端，峰值比较放大器的第二输入端和低频误差放大器的输入端接开关管与采样电阻的连接点；过零检测电路的输入端接DC/DC电路二极管的阳极，过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端，峰值比较放大器的输出端接驱动及控制电路的第二输入端，驱动及控制电路的输出端接开关管的控制端。本发明不需要辅助绕组供电，体积较小，功率因素高。

Description

一种LED驱动电路

[技术领域]

本发明涉及LED驱动应用领域，尤其涉及一种LED驱动电路。

[背景技术]

照明的节能问题在国内越来越受到重视，2012年10月1日起我国禁止销售和进口100瓦及以上的普通照明用白炽灯；2014年10月1日起，我国将禁止销售和进口60瓦及以上的普通照明用白炽灯。大功率LED的应用是一个发展趋势，近年来国家加大了对LED发展的支持与补助，也加速了LED照明的快速增长。

LED照明的发展的同时也带来一些技术问题，国家对大功率电子设备功率因数的要求以及LED灯对成本与尺寸也要求越来越高。

图1为普通LED驱动电路，其恒流控制方式如下：

开关管Q1导通时，整流桥输出的电流从通过LED负载，流过电感L1和采样电阻R1到地。开关管Q1关闭时，电感L1上的电流通过续流二极管D1再到负载LED形成一个回路，保持LED有电流流过。采样电阻R1上的电压可以反馈电感L1上的电流大小，并对环路补偿电容进行充放电，此电容电压的大小影响到内部控制器控制对Q1开关管导通时间的长短控制，从而来达到控制恒流的目的。控制芯片U1通过辅助绕组供电，驱动电路体积大、成本高，而且不固定的导通时间导致PFC值较低。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种体积较小、功率因素较高的LED驱动电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种LED驱动电路，包括AC/DC转换电路，DC/DC开关转换电路和驱动模块，所述的驱动模块包括低频误差放大器、乘法器、峰值比较放大器、驱动及控制电路和过零检测电路；DC/DC开关转换电路包括开关管、电感、输出电容、二极管和采样电阻；AC/DC转换电路输出端的正极接DC/DC开关转换电路输出端的正极，AC/DC转换电路输出端的负极接地；电感的一端接DC/DC开关转换电路输出端的负极，另一端接二极管的阳极，二极管的阴极接DC/DC开关转换电路输出端的正极；开关管的一端通过采样电阻接地，另一端接二极管的阳极；输出电容并接在DC/DC开关转换电路输出端的正负极之间；乘法器的第一输入端接AC/DC转换电路输出端的正极，第二输入端接低频误差放大器的输出端；乘法器的输出端接峰值比较放大器的第一输入端，峰值比较放大器的第二输入端和低频误差放大器的输入端接开关管与采样电阻的连接点；过零检测电路的输入端接二极管的阳极，过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端，峰值比较放大器的输出端接驱动及控制电路的第二输入端，驱动及控制电路的输出端接开关管的控制端。

以上所述的LED驱动电路，所述的开关管为MOS管，MOS管的栅级接驱动及控制电路的输出端，源极通过采样电阻接地，漏极接二极管的阳极。

以上所述的LED驱动电路，低频误差放大器通过检测采样电阻在开关管导通的时候的电压，来反馈电感的电流的变化量，并送至乘法器；乘法器对AC/DC转换电路的输出的电压采样并与来自低频误差放大器的输出电压相乘，乘法器运算的结果输入给峰值比较放大器；峰值比较放大器通过检测采样电阻在开关管导通的时候的电压，来反馈电感的电流的变化量，并与乘法器输出的电压值相比较输出关闭信号，送至驱动及控制电路；过零检测电路检测二极管阳极的电压来反馈AC/DC转换电路的输出的过零时刻，并将过零信号送至驱动及控制电路；驱动及控制电路根据峰值比较放大器输出的关闭信号和过零检测电路输出的过零信号，控制开关管的开启和关闭。

以上所述的LED驱动电路，所述的过零检测电路包括JFET管、第二二极管、第二电容C2、第二MOS管、运算放大器、第一反馈电阻、第二反馈电阻和比较器；JFET管的源极作为过零检测电路的输入端接二极管的阳极，JFET管的漏极接第二二极管的阳极，JFET管栅级接地；第二二极管的阴极接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极接芯片供电电源的正极；第一反馈电阻、第二反馈电阻串接后，一端接第二MOS管的源极，另一端接地；运算放大器的反相输入端接第一反馈电阻与第二反馈电阻的连接点，同相输入端接第一基准电压，输出端接第二MOS管的栅级；比较器U3的第一输入端端接供电电源的正极，第二输入端接第二基准电压，的输出端作为过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端；第二电容的一端接芯片供电电源的正极，另一端接地。

本发明LED驱动电路不需要辅助绕组供电，体积较小，而且可以达到恒流和较高的功率因素值。

[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的说明。

图1是现有技术LED驱动电路的电路图。

图2是本发明实施例LED驱动电路的电路图。

图3是本发明实施例LED驱动电路各个结点的电压输出波形图。

图4是本发明实施例过零检测电路的原理图。

图5是本发明实施例过零检测电路的时序图。

[具体实施方式]

本发明实施例LED驱动电路的结构如图2所示，包括AC/DC转换电路，DC/DC开关转换电路和驱动模块。AC/DC转换电路的输入端接市电，DC/DC开关转换电路输出端作为LED驱动电路的输出端接LED灯串。

其中，驱动模块包括低频误差放大器、乘法器、峰值比较放大器(峰值检测电路)、驱动及控制电路和过零检测电路。

DC/DC开关转换电路包括作为开关管的MOS管Q1、电感L1、输出电容C1、二极管D1和电阻R1、R2。

AC/DC转换电路输出端的正极接DC/DC开关转换电路输出端的正极，AC/DC转换电路输出端的负极接地。

电感L1的一端接DC/DC开关转换电路输出端的负极，另一端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接DC/DC开关转换电路输出端的正极。MOS管Q1的源极通过采样电阻R1接地，漏极接二极管D1的阳极。输出电容C1并接在DC/DC开关转换电路输出端的正负极之间。

乘法器的第一输入端接AC/DC转换电路输出端的正极，第二输入端接低频误差放大器的输出端，乘法器的输出端接峰值比较放大器的第一输入端。

峰值比较放大器的第二输入端和低频误差放大器的输入端接MOS管Q1的源极，(MOS管Q1与采样电阻R1的连接点)。

过零检测电路的输入端接二极管D1的阳极，过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端。

峰值比较放大器的输出端接驱动及控制电路的第二输入端，驱动及控制电路的输出端接MOS管Q1的栅级。

低频误差放大器通过检测采样电阻R1在开关管导通的时候的电压，来反馈电感L1的电流的变化量，并送至乘法器。

乘法器对AC/DC转换电路的输出的电压采样并与来自低频误差放大器的输出电压相乘，乘法器运算的结果输入给峰值比较放大器(峰值检测电路)。

峰值比较放大器通过检测采样电阻R1在开关管导通的时候的电压，来反馈电感L1的电流的变化量，并与乘法器输出的电压值相比较输出关闭信号，送至驱动及控制电路。

过零检测电路检测二极管D1阳极的电压来反馈AC/DC转换电路的输出的过零时刻，并将过零信号送至驱动及控制电路。

驱动及控制电路根据峰值比较放大器输出的关闭信号和过零检测电路输出的过零信号，控制MOS管Q1的开启和关闭。

低频误差放大器为一个带宽很低的运算放大器，运算放大器的负反馈端(反相输入端)接采样电阻R1一端，正采样端(同相输入端)接基准电压源。内部的基准电压与采样电阻R1在开关管Q1导通时，对因电感L1输出电流在采样电阻R1上所检测到的电压相比较，比较结果并送至乘法器控制乘法器采样输出电压量的大小。由于低频误差放大器工作在低带宽，所以在一个AC周期里的平均采样值不变，从而达到恒流输出目的。

乘法器由一个二相乘法器构成，将从AC/DC转换电路输出端采样的交流信号与低频误差放大器输出的电压进行相乘，得出的输出电压作为峰值比较放大器的输入，作为在开关管Q1导通时采样电阻R1上的电压相比较的基准电压，这个基准电压跟随着AC/DC转换电路输出信号的同步变化同时与低频放大器输出电压比例相关，使得开关管Q1的输出电流跟随着输入电压的相位变化来达到高的PF值及恒定输出。

峰值比较放大器由一个快速放大器及峰值基准电压组成，快速放大器的反相输入端接入采样电阻R1的一端，快速放大器的同相输入端接乘法器输出电压。峰值比较放大器比较乘法器输出电压以及采样电阻R1上的反应电感电流变化的电压值。当采样电阻R1上的电压大于乘法器输出的电压时则通过输出信号去控制驱动及控制电路的输出来关闭开关管Q1的输出，使得开关管Q1的输电流等于设定的值。

过零检测电路的结构如图4所示，包括JFET管、第二二极管D2、电容C2、MOS管Q2、运算放大器U2、反馈电阻R4、R5和比较器U3。JFET管的源极作为过零检测电路的输入端接二极管D1的阳极，JFET管的漏极接第二二极管D2的阳极，JFET管栅级接地。第二二极管D2的阴极接MOS管Q2的漏极，MOS管Q2的源极接芯片供电电源的正极VCC。反馈电阻R4和R5串接后，一端接MOS管Q2的源极，另一端接地。运算放大器U2的反相输入端接电阻R4与R5的连接点，同相输入端接第一基准电压Vref0，输出端接MOS管Q2的栅级。比较器U3同相输入端接MOS管Q2的源极(供电电源的正极VCC)，反相输入端接第二基准电压Vref1，比较器U3的输出端作为过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端。电容C2的一端接比较器U3同相输入端(芯片供电电源的正极VCC)，另一端接地。

当过零检测采样端电感L1与MOS管Q1漏极相接处一端的电压大于JFET管源极端电压时，则整流桥输出电压经过LED灯及电感L1对电容C2进行充电，VCC电压上升。MOS管Q2，电阻R4、R5以及运算放大器U2组成的稳压电路使得VCC电压输出趋于稳定。当过零检测采样端电感L1与MOS管Q1漏极相接处一端的电压小于JFET管源极端电压则电容C2的充电停止，而此时则相对应于电感L1的电流接近零电流时刻，因为电容C2一端的VCC点也作为其它模块电路的供给输出端，此时电容C2接VCC一端的电压会出现小幅度下降。当电容C2接VCC一端电压下降到小于过零比较器U3基准电压VREF1时则相对应着电感L1电流为零的时刻，此时比较器U3则输出高电压，即为过零检测信号ZCD，ZCD通过驱动及控制电路控制MOS管Q1的开启。

综上所述，过零检测电路采样电感L1与Q1漏极相接处一端电压，此点电压大于JFET源极端电压而JFET有电流流过，电感L1与MOS管Q1漏极相接处一端电压小于JFET管源极端电压时，对应电感L1电流的变化及并过零；比较器U3在电感L1过零时刻产生一个复位信号再次开启MOS管Q1。

本发明通过对电感L1施加在采样电阻R1上的电压进行采样，并与低频误差放大器基准电压进行相比较输出，乘法器将低频误差放大器输出电压与乘法器的采样电压相乘输出送至峰值比较放大器。当采样电阻R1上的电压变化时则低频误差放大器的输出也跟随着负相关地发生变化，则乘法器输出也跟随着变化，从而达到对平均电流采样控制目的。

开关管Q1开启后，则采样电阻R1上的电压则不断增加，此时峰值比较放大器可以检测这个最大电压值。如图2所示，峰值比较放大器一端比较来自乘法器的输出，另一端比较输入来自采样电阻R1上的电压变化值。当采样电阻R1上的电压大于峰值比较放大器的基准值则开关管Q1会关闭，电感上的电流也相应地降低。

当开关管Q1的电流下降为0时，通过过零检测电路输出一个开启信号，使开关管Q1重新打开，电流增加，开关管Q1上的电流变化如图3中开关管Q1电流波形所示。本发明通过上述的控制过程达到了LED平均电流受控制于低频误差放大器的基准电压。电感上的电流跟着AC输入电压的相位变化，以此来达到LED灯恒定电流输出以及高PF值。

本发明以上实施例当电感L1上的电流为0时则通过过零检测电路再次开启从而控制了输出电流跟随着输入电压同相位，从而达到高的功率因素值。低频误差放大器从电阻R1上的电压使得开关管的平均电流受控制于参考电压而与其它元件无关，达到每个周期LED恒定电流输出。本发明以上实施例不需要辅助绕组供电，体积较小，且可以达到恒流及高FP值。

LED输出电流值如下式所示：

$I_{\mathrm{OUT}}=\frac{\mathrm{Vref}}{R_1}$

其中，Iout为LED驱动电路的出电流；Vref为低频误差放大器的基准电压；R1为控制电路中的采样电阻。

本发明以上实施例主要控制方式有以下几点：

一、通过低频误差放大器采样电阻R1上的电压使得可以准确地控制开关管输出电流的大小。

二、通过乘法器采样及过零检测电路使得输出电流相位能够跟随AC输入电压的相位变化并在CCM模式。而开关管输出电流的大小通过乘法器与采样电压相乘进行负反馈控制使得输出电流恒定。

三、通过过零检测电路来控制电阻R1的最大的峰值电流，控制开关管Q1的电流峰值跟随AC输入信号变化。

Claims (3)

1.一种LED驱动电路，包括AC/DC转换电路，DC/DC开关转换电路和驱动模块，其特征在于，所述的驱动模块包括低频误差放大器、乘法器、峰值比较放大器、驱动及控制电路和过零检测电路；DC/DC开关转换电路包括开关管、电感、输出电容、第一二极管、采样电阻R1和采样电阻R2；AC/DC转换电路输出端的正极接DC/DC开关转换电路输出端的正极，AC/DC转换电路输出端的负极接地；电感的一端接DC/DC开关转换电路输出端的负极，另一端接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极接DC/DC开关转换电路输出端的正极；开关管的一端通过采样电阻R1接地，另一端接第一二极管的阳极；输出电容并接在DC/DC开关转换电路输出端的正负极之间；乘法器的第一输入端接AC/DC转换电路输出端的正极，第二输入端接低频误差放大器的输出端；乘法器的输出端接峰值比较放大器的第一输入端，峰值比较放大器的第二输入端和低频误差放大器的输入端接开关管与采样电阻R1的连接点；过零检测电路的输入端接第一二极管的阳极，过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端，峰值比较放大器的输出端接驱动及控制电路的第二输入端，驱动及控制电路的输出端接开关管的控制端；所述的过零检测电路包括JFET管、第二二极管、第二电容、第二MOS管、运算放大器、第一反馈电阻、第二反馈电阻和比较器；JFET管的源极作为过零检测电路的输入端接第一二极管的阳极，JFET管的漏极接第二二极管的阳极，JFET管栅级接地；第二二极管的阴极接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极接芯片供电电源的正极；第一反馈电阻、第二反馈电阻串接后，一端接第二MOS管的源极，另一端接地；运算放大器的反相输入端接第一反馈电阻与第二反馈电阻的连接点，同相输入端接第一基准电压，输出端接第二MOS管的栅级；比较器的正输入端接供电电源的正极，负输入端接第二基准电压，比较器的输出端作为过零检测电路的输出端接驱动及控制电路的第一输入端；第二电容的一端接芯片供电电源的正极，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述的开关管为MOS管，MOS管的栅级接驱动及控制电路的输出端，源极通过采样电阻R1接地，漏极接第一二极管的阳极。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，低频误差放大器通过检测采样电阻R1在开关管导通的时候的电压，来反馈电感的电流的变化量，并送至乘法器；乘法器对AC/DC转换电路的输出的电压采样并与来自低频误差放大器的输出电压相乘，乘法器运算的结果输入给峰值比较放大器；峰值比较放大器通过检测采样电阻R1在开关管导通的时候的电压，来反馈电感的电流的变化量，并与乘法器输出的电压值相比较输出关闭信号，送至驱动及控制电路；过零检测电路检测第一二极管阳极的电压来反馈AC/DC转换电路的输出的过零时刻，并将过零信号送至驱动及控制电路；驱动及控制电路根据峰值比较放大器输出的关闭信号和过零检测电路输出的过零信号，控制开关管的开启和关闭。