CN103747558A - 一种基于时间倍乘补偿技术的led驱动电路 - Google Patents

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易坤
高继
赵方麟
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Abstract

一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，它包括全波整流桥和连接在全波整流桥输出端的启动电路，其特征在于：所述的全波整流桥的输出端连接在场效应管的源极上，所述的场效应管的漏极与电阻R1相连，所述的电阻R1的另一端接地，所述的场效应管的栅极和漏极均连接在驱动控制电路上，所述驱动控制电路通过检测场效应管漏极的电流控制场效应管的开关占空比，所述的场效应管的漏极与二极管D1的阴极相连，所述的二极管D1的阳极连接在最低电压端上，所述的电阻R1的接地端上连接有电容Cout1，所述的电容Cout1通过电感L1与二极管D1的阳极相连。其优点是：输出电流稳定性高。

Description

一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路
技术领域
本发明涉及LED照明驱动领域，更具体的说是涉及一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路。 
背景技术
近年来，随着发光LED的制造工艺的日趋成熟；利用LED制作的照明光源开始走进千家万户。为了使LED正常工作需要一个恒定电流源作为驱动。如图1所示，是现有技术的LED非隔离驱动器的典型应用电路。当开关场效应管Q2开通时电流通过LED为电感充电，当充电电流达到控制器内部设定的限定值Ipk=Vref/Rcs时，控制器关断场效应管Q2。电感通过续流二极管D4为LED放电，与此同时控制器通过RT S&H模块计算电感L1的放电时间，当放电时间达到设定值时，场效应管Q2重新开启，以上完成一个工作周期。 
为使芯片在不同电压下检测到的峰值电流一致，芯片内部还需增加线电压补偿模块LN。增加的LN模块不但会增加控制器电路设计的复杂性，而且会降低控制器批量生产的良率进而影响系统的恒流精度。 
忽略线电压带来的影响，峰值电流由比较器CMP 参考电压Vref和采样电阻Rcs确定。电感电流下降斜率与输出电压Vout成正比与电感量L1成反比。纹波电流Ipp和输出电流Io分别由下式确定：Ipp=Vout/L1*Toff；Io=Ipk-1/2* Ipp。很明显Ipp与输出负载电压Vo及L1有关，所以当输出负载变化或者储能电感变化时输出电压Io也将跟随变化。 
如果考虑线电压带来的影响，那么输出电流为：Io=（Ipk+△I）-1/2* Ipp；△I=Vin*Td/L1。由公式Io=（Ipk+△I）-1/2* Ipp可知，当△I=0.1Ipk时输出电流Io也变化0.1Ipk；为了使电压在输入电压变化的情况下输出电流不变需要额外作一补偿电路。 
因此，上述传统的驱动电路中，存在如下缺点：该驱动电路通过控制峰值电流和纹波电流来恒定输出电流，输出电流易受到输出电压以及储能电感的影响。 
发明内容
本发明提供一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，其输出电流稳定性高。 
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案： 
一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，它包括全波整流桥和连接在全波整流桥输出端的启动电路，其特征在于：所述的全波整流桥的输出端连接在场效应管的源极上，所述的场效应管的漏极与电阻R1相连，所述的电阻R1的另一端接地，所述的场效应管的栅极和漏极均连接在驱动控制电路上，所述驱动控制电路通过检测场效应管漏极的电流控制场效应管的开关占空比，所述的场效应管的漏极与二极管D1的阴极相连，所述的二极管D1的阳极连接在最低电压端上，所述的电阻R1的接地端上连接有电容Cout1，所述的电容Cout1通过电感L1与二极管D1的阳极相连。
更进一步的技术方案是: 
所述的驱动控制电路包括电感电流检测模块、计时器、RS触发器和驱动电路，所述的驱动电路的输入端与RS触发器的Q端相连，所述的RS触发器的S端和R端分别连接在计时器和电感电流检测模块上，所述的计时器还连接在电感电流检测模块上，所述的驱动电路连接在场效应管的栅极上，场效应管的漏极连接在电感电流检测模块上。
更进一步优选的技术方案对计时器做了进一步改进，所述计时器包括第一比较器、第二比较器和逻辑延时电路，所述第一比较器和第二比较器各自有一输入端连接电感电流检测模块的输出端，所述第一比较器和第二比较器的另一输入端分别连接第一基准电压和第二基准电压，其中第一基准电压值大于第二基准电压，所述第一比较器和第二比较器的输出端均与所述逻辑延时电路连接，所述逻辑延时电路检测两个比较器输出信号翻转时刻的时间差TS，并延时TD后输出，所述TD为预先设定的延时时间。 
优选的，TD=TS。 
与现有技术相比，本发明的有益效果是： 
1、本发明为非隔离LED驱动电路，负载的输出电流仅与检流电阻R1和控制器的电感电流检测模块VD有关，与输出电压、以及负载无关。
2、采用时间倍乘补偿技术可以使场效应管的关断延时Td在一定范围内无需额外的补偿电路即可实现较好的线电压补偿，无需额外的线电压补偿电路。从而增加了系统的稳定性并降低了成本。 
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为本发明的电路原理图。 
图2为现有的LED非隔离驱动器的典型电路。 
图3为本发明所述计时器的一种具体实施方式示意图。 
图3中COMP1表示第一比较器，COMP2表示第二比较器，TS表示逻辑延时电路。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。 
[实施例] 
如图1所示的一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，它包括全波整流桥和连接在全波整流桥输出端的启动电路，所述的全波整流桥的输出端连接在场效应管的源极上，所述的场效应管的漏极与电阻R1相连，所述的电阻R1的另一端接地，所述的场效应管的栅极和漏极均连接在驱动控制电路上，所述的场效应管的漏极与二极管D1的阴极相连，所述的二极管D1的阳极连接在最低电压端上，所述的电阻R1的接地端上连接有电容Cout1，所述的Cout1通过电感L1与二极管D1的阳极相连。
采用现有的技术，为使芯片在不同电压下检测到的峰值电流一致，芯片内部还需增加线电压补偿模块LN。增加的LN模块不但会增加控制器电路设计的复杂性，而且会降低控制器批量生产的良率进而影响系统的恒流精度。为了进一步的简化电路设计，提高恒流精度，所述的驱动控制电路包括电感电流检测模块、计时器、RS触发器和驱动电路，所述的驱动电路的输入端与RS触发器的Q端相连，所述的RS触发器的S端和R端分别连接在计时器和电感电流检测模块上，所述的计时器还连接在电感电流检测模块上，所述的驱动电路连接在场效应管的栅极上，场效应管的漏极连接在电感电流检测模块上。 
本发明的原理如下： 
负载并联在电容Cout上。由驱动控制电路的驱动电路控制场效应管的开通与关闭；当驱动控制电路上的电压达到一定值后，驱动电路发出开启信号，场效应管导通。输入电源Vin通过R1为电感L1充电，当电感电流检测模块检测到R1上的电压达到设定值Vcs后，电感电流检测模块发出置位信号给RS触发器使得场效应管驱动驱动电路输出低电平给场效应管Q1关断。
在电感电流检测模块探测到R1上的电压达到设定值Vcs后，电感电流检测模块同时将信号传递给计时器；计时器开始计时。此时由于有开关延迟时间Td 的作用，R1的电压降继续上升一段时间。直到场效应管Q1关闭后，储能电感L1通过D1、R1、输出负载LED开始放电。R1上的电压降逐渐降低。电感电流检测模块继续检测R1上的值，直到R1上的值为K*Vcs时，电感电流检测模块将置位信号传递给计时器；计时器记录下这段时间Toff1，并延迟相同的时间后重新给RS触发器发出信号使得驱动电路产生开启信号。此时完成一个周期。 
根据本发明所述，系统将工作在电感临界导通模式。考虑到关断延时Td带来的影响输出电流Io由下式确定：Io=1/2[Ipk+△I2/( Ipk+2△I)],其中△I是由开关延时带来的影响。△I=Vin*Td/L1。而Ipk仅与Vcs以及R1的值有关，与系统的输出电压Vo、储能电感L1均无关。当△I =0.1Ipk 时,可得 Io=1/2（1.00833Ipk），可见当Ipk由于Td变化10%时，输出电流仅变化0.83% 因此无需特别的补偿即可实现较高的线电压调整。 
本发明优选实例中电感电流检测模块VD检测负载放电时R1上的电压时我们取K=0.5 。但是本专业领域的技术人员应该理解的是常数K仍可取其他值。 
更进一步优选的技术方案对计时器做了进一步改进，所述计时器包括第一比较器、第二比较器和逻辑延时电路，所述第一比较器和第二比较器各自有一输入端连接电感电流检测模块的输出端，所述第一比较器和第二比较器的另一输入端分别连接第一基准电压和第二基准电压，其中第一基准电压值大于第二基准电压，所述第一比较器和第二比较器的输出端均与所述逻辑延时电路连接，所述逻辑延时电路检测两个比较器输出信号翻转时刻的时间差TS，并延时TD后输出，所述TD为预先设定的延时时间。 
例如设置第一基准电压和第二基准电压分别为0.5和0.25V，TD=TS，此时计时器对电感电流检测模块的输出信号CSA进行检测，功率管开启后，CSA电压上升至高于0.5以后，逻辑延时电路开始计时，系统关闭功率管后开始下降，直到低于0.25，此时结束计时，随后逻辑延时电路将这段从0.5到0.25的延时再增大一倍，然后再再次开启功率管。 
由于功率管关断时间延迟TM会造成输出电流的波动；为达到高低输入电压 输出电流尽量一致的目的。将系统检测到CSA为第一基准电压  至系统放电至CSA为第二基准电压的这段时间 翻倍。将TM和 由TM 造成的过冲下降时间平均到整个功率管开关周期中， 从而降低Td 带来的影响。从而达到补偿关断时间延时的目的。根据系统工作特点，可以自行设定第一基准电压、第二基准电压和TD的值。一般选择TD=TS 。 
如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，它包括全波整流桥和连接在全波整流桥输出端的启动电路，其特征在于：所述的全波整流桥的输出端连接在场效应管的源极上，所述的场效应管的漏极与电阻R1相连，所述的电阻R1的另一端接地，所述的场效应管的栅极和漏极均连接在驱动控制电路上，所述驱动控制电路通过检测场效应管漏极的电流控制场效应管的开关占空比，所述的场效应管的漏极与二极管D1的阴极相连，所述的二极管D1的阳极连接在最低电压端上，所述的电阻R1的接地端上连接有电容Cout1，所述的电容Cout1通过电感L1与二极管D1的阳极相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，其特征在于：所述的驱动控制电路包括电感电流检测模块、计时器、RS触发器和驱动电路，所述的驱动电路的输入端与RS触发器的Q端相连，所述的RS触发器的S端和R端分别连接在计时器和电感电流检测模块上，所述的计时器还连接在电感电流检测模块上，所述的驱动电路连接在场效应管的栅极上，场效应管的漏极连接在电感电流检测模块上。
3.根据权利要求2所述的一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，其特征在于：所述计时器包括第一比较器、第二比较器和逻辑延时电路，所述第一比较器和第二比较器各自有一输入端连接电感电流检测模块的输出端，所述第一比较器和第二比较器的另一输入端分别连接第一基准电压和第二基准电压，其中第一基准电压值大于第二基准电压，所述第一比较器和第二比较器的输出端均与所述逻辑延时电路连接，所述逻辑延时电路检测两个比较器输出信号翻转时刻的时间差TS，并延时TD后输出，所述TD为预先设定的延时时间。
4.根据权利要求3所述的一种基于时间倍乘补偿技术的LED驱动电路，其特征在于，所述TD=TS。
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