CN103929855B - Led照明装置、led驱动电路及其开关电源驱动芯片 - Google Patents

Abstract

本发明属于恒流驱动技术领域，本发明提供一种LED照明装置、LED驱动电路及其开关电源驱动芯片，开关电源驱动芯片包括：开关器件、逻辑控制模块、第一电压比较模块以及消磁检测模块；第一电压比较模块的输入端连接输出级电路的输入端，第一电压比较模块的输出端连接逻辑控制模块的第一输入端，消磁检测模块的第一输入端连接输出电路的电压输出端，消磁检测模块的第二输入端连接逻辑控制模块的输出端，消磁检测模块的输出端连接逻辑控制模块的第二输入端，逻辑控制模块根据第一电压比较模块和消磁检测模块输出的控制信号调节所述开关器件的开关频率，本发明与现有技术相比，恒流精度高、电路结构简单并且制造成本低。

Description

LED照明装置、LED驱动电路及其开关电源驱动芯片

技术领域

本发明属于恒流驱动技术领域，尤其涉及一种LED照明装置、LED驱动电路及其开关电源驱动芯片。

背景技术

高亮度发光二极管LED(Light Emitting Diode)以其节能、环保、高效、长寿命等诸多优点，成为新一代的绿色照明光源。随着高亮度LED照明技术的日益成熟，它将被广泛应用于各个领域，并成为照明光源的首选。制造高效率、低成本的驱动电源是保证LED发光品质及整体性能的关键。然而，由于LED灯得亮度与光输出强度参数相关，其与它的电流及正向压降成正比，并随温度变化而变化。因此，LED的驱动需要恒流电源，以保证LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。可见，选择正确的LED驱动至关重要。没有好的LED驱动电源的匹配，LED照明的优势无法得以体现。

针对上述对于LED照明所需要的恒流驱动的要求，现有技术中，LED驱动电源多采用反激结构，一种是采用原边反馈结构，此种结构需要通过辅助绕组反馈副边的信息来进行调节输出电流从而达到恒流的目的，但此种结构只是间接的检测副边的信息并且使用了更为复杂的变压器，从而存在精度低、结构复杂且成本高的缺点。另一种是采用副边反馈结构，此种结构需要增加副边恒流模块且需要光耦等器件来接收副边反馈的信息，虽然可以做到很高的恒流精度，但是由于存在副边恒流模块和光耦等器件的原因，使得副边反馈结构的结构更加复杂，成本更高。

综上所述，现有技术存在恒流精度低、电路结构复杂且成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED照明装置、LED驱动电路及其开关电源驱动芯片，旨在解决现有技术中所存在的恒流精度低、电路结构复杂且成本高的问题。

本发明实施例一种开关电源驱动芯片，与LED驱动电路中的输入级整流滤波电路及输出级电路连接，所述输入整流滤波电路对交流电进行整流滤波，所述输出级电路驱动LED负载工作；

所述开关电源驱动芯片包括：开关器件、逻辑控制模块、第一电压比较模块以及消磁检测模块；

所述开关器件的输入端连接所述输入级整流滤波电路的输出端，所述开关器件的输出端连接所述输出级电路的输入端，所述开关器件在导通时将输入级整流滤波电路输出的直流电通过输出级电路的输出端供给LED负载；

所述第一电压比较模块的输入端连接所述输出级电路的输入端，所述第一电压比较模块的输出端连接所述逻辑控制模块的第一输入端，所述第一电压比较模块将所述输出级电路的输入电压与第一基准电压进行比较，并在所述输入电压超过所述第一基准电压时输出断开控制信号，使所述逻辑控制模块控制所述开关器件断开；

所述消磁检测模块的第一输入端连接所述输出电路的电压输出端，所述消磁检测模块的第二输入端连接所述逻辑控制模块的输出端，所述消磁检测模块的输出端连接所述逻辑控制模块的第二输入端，所述消磁检测模块在所述逻辑控制模块控制所述开关器件断开时，输出断开控制信号使所述逻辑控制模块控制所述开关器件保持断开状态，并在所述输出级电路的输出电压小于第二基准电压时输出导通控制信号，使所述逻辑控制模块控制所述开关器件导通；

所述逻辑控制模块根据所述第一电压比较模块和所述消磁检测模块输出的控制信号调节所述开关器件的开关频率。

所述消磁检测模块包括：

第二电压比较模块、信号延时保持电路以及第一与非门；

所述第二电压比较模块的输入端为所述消磁检测模块的第一输入端，所述信号延时保持电路的输入端为所述消磁检测模块的第二输入端，所述第二电压比较模块的输出端和所述信号延时保持电路的输出端连接所述第一与非门的输入端，所述第一与非门的输出端为所述消磁检测模块的输出端。

所述信号延时保持电路包括延时电路和或非门，所述延时电路的输入端和所述或非门的输入端共同构成所述信号延时保持电路的输入端，所述或非门的输出端为所述延时保持电路的输出端。

所述逻辑控制模块包括：第二与非门、第三与非门及非门；

所述第二与非门的第一输入端为所述逻辑控制模块的第二输入端，所述第二与非门的第二输入端连接所述第三与非门的输出端，所述第三与非门的第一输入端所述逻辑控制模块的第一输入端，所述第三与非门的第二输入端连接所述第二与非门的输出端，所述第三与非门的输出端连接所述非门的输入端，所述非门的输出端为所述逻辑控制模块的输出端。

所述开关器件为场效应管，所述场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述开关器件的控制端、输入端以及输出端。

本发明实施例还提供一种LED驱动电路，包括输入级整流滤波电路和输出级电路，其特征在于，所述开关电源驱动电路还包括上述的开关电源驱动芯片。

所述输入级整流滤波电路包括整流桥和第二电容，所述整流桥的第一输入端和第二输入端接入交流电，所述整流桥的输出端与所述第二电容的第一端的共接点为所述输入级整流滤波电路的输出端，所述整流桥的接地端与所述第二电容的第二端均接地。

所述输出级电路包括：采样电阻、电感、二极管、第一电容及分压采样电路；

所述采样电阻的第一端为所述输出级电路的输入端，所述采样电阻的第二端连接所述电感的第一端、所述二极管的阴极以及所述分压采样电路的输入端，所述分压采样电路的第一输出端为所述输出级电路的电压输出端，所述分压采样电路的第二输出端连接所述电感的第二端和所述第一电容的第一端，所述分压采样电路的第二输出端为所述输出级电路的输出端，所述二极管的阳极和所述第一电容的第二端共接于地。

所述分压采样电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第一端为所述分压采样电路的输入端，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端为所述分压采样电路的第二输出端，所述第二电阻的第二端为所述分压采样电路的第一输出端。

本发明实施例还提供一种LED照明装置，包括LED负载，所述LED照明装置还包括上述的LED驱动电路。

本发明实施例一种LED照明装置、LED驱动电路及其开关电源驱动芯片与现有技术相比，通过采用降压变换电路对采样电阻的电压和流经电感的电流进行检测，并根据检测结果对开关器件进行逻辑控制，实现了对负载恒流的逻辑控制，避免了现有技术中采用原边反馈或副边反馈结构而导致电路结构复杂的缺陷，本发明与现有技术相比，恒流精度高、电路结构简单并且制造成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种开关电源驱动芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种开关电源驱动芯片的具体电路结构图；

图3是本发明实施例提供的一种LED驱动电路的具体电路结构图。

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楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例一种开关电源驱动芯片20，请参阅图1，与LED驱动电路中的输入级整流滤波电路10及输出级电路30连接，所述输入整流滤波电路10对交流电进行整流滤波，所述输出级电路30驱动LED负载工作；

所述开关电源驱动芯片包括：开关器件14、逻辑控制模块13、第一电压比较模块11以及消磁检测模块12；

所述开关器件14的输入端连接所述输入级整流滤波电路10的输出端，所述开关器件14的输出端连接所述输出级电路30的输入端，所述开关器件14在导通时将输入级整流滤波电路10输出的直流电通过输出级电路30的输出端供给LED负载；

所述第一电压比较模块11的输入端连接所述输出级电路30的输入端，所述第一电压比较模块11的输出端连接所述逻辑控制模块13的第一输入端，所述第一电压比较模块11将所述输出级电路30的输入电压与第一基准电压进行比较，并在所述输入电压超过所述第一基准电压时输出断开控制信号，使所述逻辑控制模块13控制所述开关器件14断开；

所述消磁检测模块12的第一输入端连接所述输出电路的电压输出端，所述消磁检测模块12的第二输入端连接所述逻辑控制模块13的输出端，所述消磁检测模块12的输出端连接所述逻辑控制模块13的第二输入端，所述消磁检测模块12在所述逻辑控制模块13控制所述开关器件14断开时，输出断开控制信号使所述逻辑控制模块13控制所述开关器件14保持断开状态，并在所述输出级电路30的输出电压小于第二基准电压时输出导通控制信号，使所述逻辑控制模块13控制所述开关器件14导通；

所述逻辑控制模块13根据所述第一电压比较模块11和所述消磁检测模块12输出的控制信号调节所述开关器件14的开关频率。

其中，消磁检测模块12用于接收逻辑控制模块13输出的控制信号并在内部进行延时，同时接收输出级电路30的输出电压，并将输出级电路30的输出电压与第二基准电压进行比较，并将比较结果发送给逻辑控制模块13。

具体的，请参阅图2，消磁检测模块12包括第二电压比较模块17、信号延时保持电路16以及第一与非门U4，第二电压比较模块17的输入端为消磁检测模块12的第一输入端，信号延时保持电路16的输入端为消磁检测模块12的第二输入端，第二电压比较模块17的输出端和信号延时保持电路16的输出端连接第一与非门U4的输入端，第一与非门U4的输出端为消磁检测模块12的输出端。

具体的，信号延时保持电路16包括延时电路U1和或非门U2，延时电路U1的输入端和或非门U2的输入端共同构成信号延时保持电路16的输入端，或非门U2的输出端为延时保持电路16的输出端。

其中，逻辑控制模块13根据第一电压比较模块11和消磁检测模块12输出的控制信号控制开关器件的开关频率。

具体的，逻辑控制模块13包括第二与非门U5、第三与非门U6和非门U7，第二与非门U5的第一输入端为逻辑控制模块13的第二输入端，第二与非门U5的第二输入端连接第三与非门U6的输出端，第三与非门U6的第一输入端逻辑控制模块13的第一输入端，第三与非门U6的第二输入端连接第二与非门U5的输出端，第三与非门U6的输出端连接非门U7的输入端，非门U7的输出端为逻辑控制模块13的输出端。

具体的，所述第一电压比较模块11包括第一电压比较器U8和第一电压基准源，所述第一电压基准源连接所述第一电压比较器U8的同相输入端，所述第一电压比较器U8的反相输入端为所述第一电压比较模块11的输入端，所述第一电压比较器U8的输出端为所述第一电压比较模块11的输出端。

具体的，所述第二电压比较模块17包括第二电压比较器U3和第二电压基准源，所述第二电压基准源连接所述第二电压比较器U3的同相输入端，所述第二电压比较器U3的反相输入端为所述第二电压比较模块17的输入端，所述第二电压比较器U3的输出端为所述第二电压比较模块17的输出端。

具体的，开关器件14为场效应管，场效应管的栅极为开关器件14的控制端，场效应管的漏极为开关器件14的输入端，场效应管的源极为开关器件14的输出端。

本发明另一种实施例提供一种LED驱动电路，请参阅图3，包括输入级整流滤波电路10和输出级电路30，所述开关电源驱动电路还包括上述的开关电源驱动芯片。

所述输入级整流滤波电路10包括整流桥2和第二电容C2，所述整流桥2的第一输入端和第二输入端接入交流电，所述整流桥2的输出端与所述第二电容C2的第一端的共接点为所述输入级整流滤波电路10的输出端，所述整流桥2的接地端与所述第二电容C2的第二端均接地。

所述输出级电路30包括：采样电阻R1、电感L1、二极管D1、第一电容C1及分压采样电路15；

所述采样电阻R1的第一端为所述输出级电路30的输入端，所述采样电阻R1的第二端连接所述电感的第一端、所述二极管D1的阴极以及所述分压采样电路15的输入端，所述分压采样电路15的第一输出端为所述输出级电路30的电压输出端，所述分压采样电路15的第二输出端连接所述电感L1的第二端和所述第一电容C1的第一端，所述二极管D1的阳极和所述第一电容C1的第二端共接于地，所述电感L1的第二端为所述输出级电路30的输出端。

具体的，分压采样电路15包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的第一端为分压采样电路15的输入端，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端为分压采样电路15的第二输出端，第二电阻R2的第二端为分压采样电路15的第一输出端。

以下结合工作原理对上述的LED恒流驱动电路作进一步说明，详述如下：

整流桥电路2经第二电容C2滤波后所输出的直流电Vin进入由第一电容C1、第二电容C2、采样电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管D1、电感L1、第一电压比较器U8、消磁检测模块12、逻辑控制模块13以及开关电路14组成的降压式变换电路，输出电流Iout(也称输出平均电流)的大小是由电感L1的电流IL决定的，为了达到控制输出电流Iout的目的，则需要对流过电感L1的电流IL进行控制。

根据降压式变换电路和临界导通模式的工作原理，在NMOS管Q1的导通截止周期内，输出电流的平均值Ioutavg与流过电感L1的峰值电流ILP关系如下式所示：

$Ioutavg=\frac{1}{2}\·I_{LP}---\left(1\right)$

又因为流过电感L1的峰值电流ILP为，

$I_{LP}=\frac{Vcspk}{R1}---\left(2\right)$

其中Vcspk表示采样电阻R1峰值电压。

因此为了保证输出电流Iout的平均值Ioutavg恒定，只需要保证采样电阻R1两端的峰值电压恒定即可。

本发明实施例一种LED驱动电路的工作过程为：请参阅图2、图3，当反相器U7输出为高电平时，场效应管Q1导通，则流过采样电阻R1的电流逐渐增大即流过电感L1的电流也逐渐增大，采样电阻R1两端电压也逐渐增大，当采样电阻R1上的电压达到第一基准电压时，第一电压比较器U8输出控制低电平，逻辑控制模块13中的与非门U6输出高电平，导致非门U7输出低电平，从而关断场效应管Q1，此时采样电阻R1两端电压变为0V，第一电压比较器U8输出控制高电平。由于逻辑控制模块13中的与非门U6输出高电平，使消磁检测模块12中的延时电路U1和或非门U2产生一个禁闭信号，使与非门U4的输出在非门U7输出信号的下降沿一定延时时间之内保持为高输出，通过设置分压电阻R2和R3合适的比例，当场效应管Q1关闭时，使FB端口电压高于第二基准电压，使消磁检测模块12中的第二电压比较器U3输出低电平，进一步使与非门U4输出高电平，则逻辑控制模块13中的与非门U5和与非门U6组成的RS锁存器输出保持之前的状态即与非门U6输出高电平，非门U7输出保持低电平，此时流过电感L1中的电流逐渐减小，当减小为零后，FB端口电压会降低到第二基准电压以下，使消磁检测模块12中的第二电压比较器U3输出高电平，由于此时或非门U2输出也是高电平，则与非门U4输出低电平，则使逻辑控制模块13中的与非门U5和与非门U6组成的RS锁存器改变状态使与非门U6输出低电平，非门U7输出高电平，从而使场效应管Q1导通，如此反复循环实现控制原理，从而也达到实现恒流的目的。

本发明另一种实施例还提供一种LED照明装置，包括LED负载，所述LED照明装置还包括上述的LED驱动电路。

本发明实施例一种开关电源驱动芯片、开关电源驱动电路以及LED照明装置与现有技术相比，通过采用降压变换电路对采样电阻的电压和流经电感的电流进行检测，并根据检测结果对开关器件进行逻辑控制，实现了对负载恒流的逻辑控制，避免了现有技术中采用原边反馈或副边反馈而导致的电路结构复杂的缺陷，本发明与现有技术相比，恒流精度高、电路结构简单并且制造成本低。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种开关电源驱动芯片，与LED驱动电路中的输入级整流滤波电路及输出级电路连接，所述输入级整流滤波电路对交流电进行整流滤波，所述输出级电路驱动LED负载工作；

其特征在于，所述开关电源驱动芯片包括：开关器件、逻辑控制模块、第一电压比较模块以及消磁检测模块；

所述开关器件的输入端连接所述输入级整流滤波电路的输出端，所述开关器件的输出端连接所述输出级电路的输入端，所述开关器件在导通时将输入级整流滤波电路输出的直流电通过输出级电路的输出端供给LED负载；

所述第一电压比较模块的输入端连接所述输出级电路的输入端，所述第一电压比较模块的输出端连接所述逻辑控制模块的第一输入端，所述第一电压比较模块将所述输出级电路的输入电压与第一基准电压进行比较，并在所述输入电压超过所述第一基准电压时输出断开控制信号，使所述逻辑控制模块控制所述开关器件断开；

所述消磁检测模块的第一输入端连接所述输出级电路的电压输出端，所述消磁检测模块的第二输入端连接所述逻辑控制模块的输出端，所述消磁检测模块的输出端连接所述逻辑控制模块的第二输入端，所述消磁检测模块在所述逻辑控制模块控制所述开关器件断开时，输出断开控制信号使所述逻辑控制模块控制所述开关器件保持断开状态，并在所述输出级电路的输出电压小于第二基准电压时输出导通控制信号，使所述逻辑控制模块控制所述开关器件导通；

所述逻辑控制模块根据所述第一电压比较模块和所述消磁检测模块输出的控制信号调节所述开关器件的开关频率；

所述消磁检测模块包括：

第二电压比较模块、信号延时保持电路以及第一与非门；

所述第二电压比较模块的输入端为所述消磁检测模块的第一输入端，所述信号延时保持电路的输入端为所述消磁检测模块的第二输入端，所述第二电压比较模块的输出端和所述信号延时保持电路的输出端连接所述第一与非门的输入端，所述第一与非门的输出端为所述消磁检测模块的输出端。

2.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片，其特征在于，所述信号延时保持电路包括延时电路和或非门，所述延时电路的输入端和所述或非门的输入端共同构成所述信号延时保持电路的输入端，所述或非门的输出端为所述延时保持电路的输出端，所述延时电路的输出端连接所述或非门的另一个输入端。

3.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片，其特征在于，所述逻辑控制模块包括：第二与非门、第三与非门及非门；

所述第二与非门的第一输入端为所述逻辑控制模块的第二输入端，所述第二与非门的第二输入端连接所述第三与非门的输出端，所述第三与非门的第一输入端所述逻辑控制模块的第一输入端，所述第三与非门的第二输入端连接所述第二与非门的输出端，所述第三与非门的输出端连接所述非门的输入端，所述非门的输出端为所述逻辑控制模块的输出端。

4.如权利要求1所述的开关电源驱动芯片，其特征在于，所述开关器件为场效应管，所述场效应管的栅极、漏极以及源极分别为所述开关器件的控制端、输入端以及输出端。

5.一种LED驱动电路，包括输入级整流滤波电路和输出级电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包括如权利要求1至4任一项所述的开关电源驱动芯片。

6.如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输入级整流滤波电路包括整流桥和第二电容，所述整流桥的第一输入端和第二输入端接入交流电，所述整流桥的正输出端与所述第二电容的第一端的共接点为所述输入级整流滤波电路的输出端，所述整流桥的接地端与所述第二电容的第二端均接地。

7.如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输出级电路包括：

采样电阻、电感、二极管、第一电容及分压采样电路；

所述采样电阻的第一端为所述输出级电路的输入端，所述采样电阻的第二端连接所述电感的第一端、所述二极管的阴极以及所述分压采样电路的输入端，所述分压采样电路的第一输出端为所述输出级电路的电压输出端，所述分压采样电路的第二输出端连接所述电感的第二端和所述第一电容的第一端，所述分压采样电路的第二输出端为所述输出级电路的输出端，所述二极管的阳极和所述第一电容的第二端共接于地。

8.如权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述分压采样电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第一端为所述分压采样电路的输入端，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端为所述分压采样电路的第二输出端，所述第二电阻的第二端为所述分压采样电路的第一输出端。

9.一种LED照明装置，包括LED负载，其特征在于，所述LED照明装置还包括如权利要求5至8任一项所述的LED驱动电路。