CN104023455A - 一种基于bjt开关管的led恒流驱动电路 - Google Patents

一种基于bjt开关管的led恒流驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，具体的说是涉及一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路。本发明的电路，包括BUCK电源电路和控制电路，其特征在于，所述BUCK电路由BJT开关管Q1，二极管D1、D2，电容C1、C2，变压器T1，电阻R1、R2、R3和MOS管M1构成；其中，Q1的集电极依次通过变压器T1的初级绕组和C1后接电源VIN，其基极通过R2后接M1的漏极，其基极还依次通过R2、R3和C2接地，其发射极通过R1后接地；D1的负极接电源VIN，其正极接Q1的集电极；D2的负极通过C2后接地，其正极通过变压器T1的次级绕组后接地。本发明的有益效果为，有效的降低了电路产生的EMI及纹波噪声，减小大电流下的损耗，同时简化驱动电路设计，节约了成本。本发明尤其适用于LED恒流驱动电路。

Description

一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体的说是涉及一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路。
背景技术
LED以其寿命长、亮度高、性能稳定、无污染等特点成为当今社会的绿色照明技术。由于LED是特性敏感的半导体器件，所以LED对驱动电源的要求近乎苛刻，目前常用的驱动电路是基于BUCK电路，通过控制BUCK电路中的开关管的开启和关断时间来控制输出电流，并使其稳定。
如图1所示，是一种传统方式上基于BUCK拓扑的输出恒流电路的原理图。该电路主要包括续流二极管D1、开关管Q1、储能电感L1、负载LED灯、检测电阻R1、开关管的控制电路。基本工作原理为：开关管Q1开启时，电流流过LED、电感L1和电阻R1形成回路,LED发光,同时电感L1和电容C1储能,采样电阻R1检测通过电感的电流波形，开关管Q1上的电流值达到预定值以后开关管关断,储能电感L1和电容C1通过续流二极管D1和负载组成回路继续给LED负载供电,使LED发光。
传统的BUCK电路结构的开关管通常采用功率场效应管结构，优点固然显著，但会产生更大的EMI及纹波噪声，在大电流下其损耗也相对较大，同时为加快其导通和关断速度，需要向栅极输入或抽取较大的电流其驱动电路也更复杂，同时造成了成本的增加。
发明内容
本发明的目的，就是针对上述传统电路的问题，提出一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路。
本发明的技术方案是，一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路，包括BUCK电源电路和控制电路，其特征在于，所述BUCK电路由BJT开关管Q1，二极管D1、D2，电容C1、C2，变压器T1，电阻R1、R2、R3和MOS管M1构成；其中，Q1的集电极依次通过变压器T1的初级绕组和C1后接电源VIN，其基极通过R2后接M1的漏极，其基极还依次通过R2、R3和C2接地，其发射极通过R1后接地；D1的负极接电源VIN，其正极接Q1的集电极；D2的负极通过C2后接地，其正极通过变压器T1的次级绕组后接地；
所述控制电路由低压差线性稳压器、采样运算单元和控制单元构成；其中，低压差线性稳压器的一个输出端接控制单元的电源输入端，其另一个输出端接采样运算单元的电源输入端，其输入端接D2的负极；采样运算单元的一个输入端通过R2接Q1的基极，其领一个输入端接Q1的发射极，其输出端接控制单元的输入端；控制单元的输出端接M1的栅极。
具体的，所述采样运算单元由电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和运算放大器构成；其中，运算放大器的正向输入端通过R4后接Q1的发射极、通过R5接低压差线性稳压器的另一个输出端、通过R6接地、通过R9接其输出端；运算放大器的反向输入端依次通过R7和R2接Q1的基极、通过R8接地；R9、R4、R5、R7的阻值比为R9：R4：R5：R7＝2:1:2:2。
本发明的有益效果为，采用BJT管取代功率场效应开关管，从而有效的降低了电路产生的EMI及纹波噪声，减小大电流下的损耗，同时简化驱动电路设计，节约了成本。
附图说明
图1为传统方式上基于BUCK拓扑的输出恒流电路的原理图；
图2为本发明的基于BJT开关管的LED恒流驱动电路结构框图；
图3为运算单元的电路结构图；
图4为驱动电路波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述
本发明采用BJT作为开关管，相对于传统的功率场效应管结构用BJT作为开关管存在两个技术难点：1、基极驱动问题：高电流下BJT管的基极电流非常大，若用LDO(低压差线性稳压器)直接供电会比较困难。2、输出电流采样问题：由于BJT开关管基极电流非常大，直接采样发射集电流作为输出电流会存在较大的偏差，需要对其作修正处理。
如图2所示，包括BUCK电源电路和控制电路，其特征在于，所述BUCK电路由BJT开关管Q1，二极管D1、D2，电容C1、C2，变压器T1，电阻R1、R2、R3和MOS管M1构成；其中，Q1的集电极依次通过变压器T1的初级绕组和C1后接电源VIN，其基极通过R2后接M1的漏极，其基极还依次通过R2、R3和C2接地，其发射极通过R1后接地；D1的负极接电源VIN，其正极接Q1的集电极；D2的负极通过C2后接地，其正极通过变压器T1的次级绕组后接地；
所述控制电路由低压差线性稳压器、采样运算单元和控制单元构成；其中，低压差线性稳压器的一个输出端接控制单元的电源输入端，其另一个输出端接采样运算单元的电源输入端，其输入端接D2的负极；采样运算单元的一个输入端通过R2接Q1的基极，其领一个输入端接Q1的发射极，其输出端接控制单元的输入端；控制单元的输出端接M1的栅极。
如图3所示，采样运算单元由电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和运算放大器构成；其中，运算放大器的正向输入端通过R4后接Q1的发射极、通过R5接低压差线性稳压器的另一个输出端、通过R6接地、通过R9接其输出端；运算放大器的反向输入端依次通过R7和R2接Q1的基极、通过R8接地；R9、R4、R5、R7的阻值比为R9：R4：R5：R7＝2:1:2:2。
本发明的工作原理为：当电路工作时流过输出电感(变压器T1的初级绕组)的电流如图4所示，在第一阶段，控制单元控制M1管关断，BJT开关管Q1开启，电源Vin提供的电流通过负载、初级绕组，BJT开关管Q1，此时初级线圈开始储能，次级绕组通过整流二极管D2及限流电阻R3给Q1基极供电，同时电容C2充电；当控制单元控制M1管导通时，节点2的电压拉低到小于BJT的导通电压，此时BJT开关管Q1关断，初级绕组通过续流二极管D1放电，继续为负载提供电流，流经整流二极管D2的电流为0；当控制单元再次控制M1管关断时，电容C2存储的电量通过限流电阻R3及采样电阻R2，使BJT开关管再次开启，同时基极电流由次级绕组供电，如此周而复始，形成了如图4的波形。
在高电压电流下，相对于MOS开关管，BJT开关管基极电流比较大，如果直接采样发射极电流作为输出电流反馈回控制电路会严重影响精确度，分析图2,由BJT特性可知
Ic＝Ie-Ib
其中，Ic是BJT开关管的集电极电流，Ie是BJT开关管的发射极电流，Ib是BJT开关管的基极电流。
可以得到：
Ic＝V1/R1-(V2-V1-Vbe)/R2
其中，V1是节点1的采样电压，R1是第一采样电阻，V2是节点2的采样电压，Vbe是BJT开关管的导通电压，R2是第二采样电阻。
如果取R1＝R2＝R则可得：
Ic*R＝2*V1+Vbe-V2，
公式2*V1+Vbe-V2＝R*Ic，可以精确衡量Ic的大小，所以通过对节点1和节点2的采样，运算单元如图3的运放加减法电路可得到输出电压Vo，且Vo＝2*V1+V2-V3＝R*Ic，即精确采样BJT开关管集电极的电流，将Vo输入到控制单元与Vref(恒定输出电流的标准)比较以调节M1管的开启和关断，从而控制BJT开关管的开启和关断，以恒定输出电流。
综上可以看出，相对于传统的BUCK拓扑的输出恒流电路，本发明改进了其固有的一些缺点，采用了BJT作为BUCK电路的开关管，通过变压器的次级绕组为BJT基极供电，采样运算单元精确得到输出电流，并反馈回控制单元模块稳定输出电流，具有低EMI及纹波噪声，减小大电流下的损耗，简化驱动电路设计，节约成本等优点。

Claims (2)

1.一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路，包括BUCK电源电路和控制电路，其特征在于，所述BUCK电路由BJT开关管Q1，二极管D1、D2，电容C1、C2，变压器T1，电阻R1、R2、R3和MOS管M1构成；其中，Q1的集电极依次通过变压器T1的初级绕组和C1后接电源VIN，其基极通过R2后接M1的漏极，其基极还依次通过R2、R3和C2接地，其发射极通过R1后接地；D1的负极接电源VIN，其正极接Q1的集电极；D2的负极通过C2后接地，其正极通过变压器T1的次级绕组后接地；
所述控制电路由低压差线性稳压器、采样运算单元和控制单元构成；其中，低压差线性稳压器的一个输出端接控制单元的电源输入端，其另一个输出端接采样运算单元的电源输入端，其输入端接D2的负极；采样运算单元的一个输入端通过R2接Q1的基极，其另一个输入端接Q1的发射极，其输出端接控制单元的输入端；控制单元的输出端接M1的栅极。
2.根据权利要求1所述的一种基于BJT开关管的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述采样运算单元由电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9和运算放大器构成；其中，运算放大器的正向输入端通过R4后接Q1的发射极、通过R5接低压差线性稳压器的另一个输出端、通过R6接地、通过R9接其输出端；运算放大器的反向输入端依次通过R7和R2接Q1的基极、通过R8接地；R9、R4、R5、R7的阻值比为R9：R4：R5：R7＝2:1:2:2。
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