CN104142420A - 用于led驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路，该零电流检测电路包括：一变压器辅助绕组单元，用于对变压器次级绕组的两端电压进行采样；一电阻分压器单元，用于对采样电压进行分压并输入到控制芯片内部；一下降沿检测单元，用于对输入电压波形进行下降沿检测，并产生一零电流检测信号；一电流采样单元，用于对变压器初级绕组的峰值电流进行采样；一恒流控制单元，用于对LED驱动电源的输出电流进行恒流控制；一逻辑与驱动单元，用于对恒流控制单元的输出信号进行逻辑控制，进而驱动功率开关管和控制下降沿检测单元。本发明使得LED驱动电源具有很好的输出恒流效果，同时也会取得理想的负载调整率和线性调整率。
Description
技术领域
本发明涉及一种零电流检测电路，尤其涉及一种用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路。
背景技术
在反激式LED恒流驱动电路中，广泛的采用原边反馈的控制方式来实现输出电流的恒流控制。原边反馈的控制方式为了实现输出电流的恒流控制，除了需要准确采样变压器初级绕组的峰值电流外，还需要准确检测变压器次级绕组电流过零的时刻。
在检测变压器次级绕组电流的过零时刻方面，传统的解决方法是利用变压器的辅助绕组来采样变压器次级绕组的电压，并通过电阻分压器把采样电压转化为一个适合控制芯片输入的电压。在控制芯片内部将该输入电压与控制芯片内部的基准电压进行比较，比较的结果作为次级绕组的零电流检测信号。
图1是传统的具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路，通常包括：整流桥D1～D4，输入滤波电容C1，启动电阻R3，供电电容C2，控制芯片U1，FB分压电阻R1、R2，整流二极管D5，峰值电流采样电阻R4，功率开关管Q1，变压器T1，次级整流二极管D6，输出电容C3，输出电阻R5和LED负载LEDs。在功率开关管Q1导通期间，变压器T1的初级绕组电流随时间斜坡上升到峰值，此时功率开关管Q1开始关断，同时变压器T1的次级绕组电流开始随时间从峰值斜坡下降。当变压器次级绕组电流下降到零时，次级绕组两端的电压开始进行准谐振。变压器T1的辅助绕组采样到次级绕组的准谐振电压并经过电阻分压器输入到控制芯片内部。如图2所示，在控制芯片内部该输入电压与一基准电压进行比较。当该输入电压比控制芯片内部的基准电压低时，比较器输出一零电流检测信号并送到恒流控制电路中。
图3为传统具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路的关键节点波形图。从图中可以看到，当次级绕组电流ILS下降到零后，FB电压开始进行准谐振并下降，经过Td时间后FB电压下降到VREF，此时比较器的输出开始翻转，零电流检测信号ZCD变为高电平。因此，次级绕组电流ILS过零时刻与零电流检测信号ZCD变为高电平时刻之间存在较大延时，延时时间Td约为准谐振周期的1/4。
传统的变压器次级绕组电流过零检测电路存在以下缺点：次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间存在较大延时，因此零电流检测信号ZCD并不能准确的反映变压器次级绕组电流过零时刻的信息，这会使得LED驱动电源的输出恒流效果变差，同时也会使得LED驱动电源的负载调整率和线性调整率变差。在讲究电流精度和注重调整率特性的LED驱动电源设计中，这种传统的变压器次级绕组电流过零检测技术越来越具有局限性。
发明内容
针对传统变压器次级绕组电流过零检测技术的局限性，本发明的目的在于提供一种用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路包括：一变压器辅助绕组单元，用于对变压器次级绕组的两端电压进行采样；一电阻分压器单元，用于对采样电压进行分压并输入到控制芯片内部；一下降沿检测单元，用于对输入电压波形进行下降沿检测，并产生一零电流检测信号；一电流采样单元，用于对变压器初级绕组的峰值电流进行采样；一恒流控制单元，用于对LED驱动电源的输出电流进行恒流控制；一逻辑与驱动单元，用于对恒流控制单元的输出信号进行逻辑控制，进而驱动功率开关管和控制下降沿检测单元；
所述变压器辅助绕组单元的输出端连接所述电阻分压器单元的输入端，所述电阻分压器单元的输出端连接所述下降沿检测单元的一个输入端，所述下降沿检测单元的输出端与所述恒流控制单元的一个输入端连接，所述恒流控制单元的另一个输入端还与所述电流采样单元的输出端连接，所述电流采样单元的输入端与峰值电流检测电阻连接，所述恒流控制单元的输出端与所述逻辑与驱动单元的输入端连接；所述逻辑与驱动单元的输出端分别与功率开关管的输入端和所述下降沿检测单元的另一个输入端连接。
更进一步地，所述下降沿检测单元包括一开关控制逻辑单元，逻辑开关，延时电阻，延时电容和具有输入失调电压的比较器；所述开关控制逻辑单元的输入端与所述逻辑与驱动单元的输出端连接，所述开关控制逻辑单元的输出端控制所述逻辑开关的关断与闭合；所述逻辑开关的一端连接所述电阻分压器单元的输出端，所述逻辑开关的另一端连接所述延时电容；所述延时电阻的一端连接所述延时电容，所述延时电阻的另一端连接电阻分压器的输出端；所述具有输入失调电压的比较器的负输入端与所述电阻分压器单元的输出端连接，所述具有输入失调电压的比较器的正输入端与所述延时电容连接，其输出端与所述恒流控制单元的一个输入端连接。更进一步地，本发明公开了一种LED恒流驱动电路，该LED恒流驱动电路包括上述的变压器次级绕组零电流检测电路，还包括：一整流桥，一输入滤波电容，一启动电阻，一供电电容，一整流二极管，一峰值电流采样电阻，一功率开关管，一变压器，一次级整流二极管，一输出电容，一输出电阻和一LED负载。
更进一步地，本发明所述零电流检测电路还可以应用于没有变压器的LED驱动电源中，如非隔离电源系统中的电感电流过零检测。
本发明的变压器次级绕组零电流检测电路的工作原理为：LED驱动电源的控制芯片集成了一下降沿检测电路，通过检测变压器次级绕组电压的下降沿来确定变压器次级绕组电流过零的时刻，这减小了变压器次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号之间的延时，从而提高了输出LED电流的恒流精度，同时也改善了输出LED电流的负载调整率与线性调整率。
与传统的变压器次级绕组电流过零检测技术相比较，本发明的用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路，通过对变压器次级绕组电压的下降沿进行检测，极大的减小了次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间的延时，因此零电流检测信号ZCD能够准确的反映变压器次级绕组电流过零时刻的信息。这会使得LED驱动电源具有很好的输出恒流效果，同时也会取得理想的负载调整率和线性调整率。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述和所附图式得到进一步的了解。
图1为传统的具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路；
图2为传统的变压器次级绕组零电流检测的比较器电路；
图3为传统的具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路的关键节点波形图；
图4为本发明实施例1的具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路图；
图5为本发明实施例1中下降沿检测单元的一个具体实施图；
图6为本发明实施例1的具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路的关键节点波形图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明解决了传统的变压器次级绕组零电流检测技术的次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号之间的延时过大的问题，提供了解决该问题的变压器次级绕组零电流检测电路。通过检测变压器次级绕组两端电压的下降沿来触发零电流检测信号，这极大的减小了次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间的延时，有效的解决了传统的检测技术中次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号之间的延时过大的问题，使得零电流检测信号ZCD能够准确的反映变压器次级绕组电流过零时刻的信息。
如图3所示，采用原边反馈的控制方式的LED驱动电源的输出LED电流可以由以下公式表示：
ILED=ILSP2×Tdis-TdT=ILSP2×TdisT-ILSP2×TdT
其中，ILSP为变压器次级绕组的峰值电流；Tdis为控制芯片内部检测所检测到的变压器次级绕组的退磁时间；Td为变压器次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间的延时；T为该LED驱动电源的工作周期。从上式可以看到，由于变压器次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间存在延时，则输出LED电流会比理论值偏小了ILSP2×TdT ，这就影响了输出LED电流的恒流精度。由于负载或者线电压不同，LED驱动电源的工作周期也会不同，则输出LED电流的偏小量也会不同，这也就影响了输出LED电流的调整率。从上式可以看到，当变压器次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间的延时Td越小时，输出LED电流的恒流精度则越高，同时输出LED电流的调整率也越好。因此，本发明了公开了一种具有很小的变压器次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间的延时的变压器次级绕组零电流检测电路。
如图4所示，本发明的用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路包括：变压器409，电阻分压器电阻404、405，下降沿检测单元415，电流采样单元416，恒流控制单元417，逻辑与驱动单元418；所述的变压器409为变压器辅助绕组单元；所述的电阻分压器电阻404、405组成分压器单元。所述LED驱动电源还包括：整流桥400，输入滤波电容401，启动电阻402，供电电容403， 整流二极管406功率开关管407，峰值电流采样电阻408，次级整流二极管410，输出电容411，输出电阻412和LED负载413。
在所述功率开关管407导通期间，所述变压器409的初级绕组电流随时间斜坡上升到峰值，此时所述功率开关管407开始关断，同时所述变压器409的次级绕组电流开始随时间从峰值斜坡下降，次级绕组两端的电压由负值变为所设的输出电压值。所述变压器409的辅助绕组在所述功率开关管407的关断期间采样次级绕组两端的电压并经过所述电阻分压器电阻404、405的分压后输入到所述控制芯片414内部。所述下降沿检测单元415对输入信号FB的下降沿进行检测。当所述变压器409的次级绕组电流下降到零时，次级绕组两端的电压开始进行准谐振，同时FB电压也开始进行准谐振。此时所述下降沿检测单元415检测到FB电压的下降沿，并输出一零电流检测信号ZCD。零电流检测信号ZCD输入到所述恒流控制单元417进行输出电流的恒流控制。并通过所述逻辑与驱动单元418来进行逻辑与驱动控制。
图5为本发明中下降沿检测单元415的一个具体实施图。所述下降沿检测单元415由开关控制逻辑单元500，逻辑开关501，延时电阻502，延时电容503和具有输入失调电压的比较器504组成。当所述功率开关管407关断时，FB电压由负值上升到一个所设定的正电压值。此时所述逻辑开关501闭合，则所述比较器504 的正输入端电压INP跟随FB电压同时上升到所设定的正电压值，FB与INP电压之间没有压差。经过所述开关控制逻辑单元500的一个预设的时间后，所述逻辑开关501断开，INP电压保持逻辑开关501断开前的电压值。当所述变压器409的次级绕组电流过零后，FB电压开始准谐振，此时FB电压从所设定的正电压值开始下降。由于FB与INP电压之间存在延时电阻502和延时电容503所组成的延时电路，因此FB电压下降的速度比INP电压下降的速度要快。当FB电压比INP电压低于所述比较器504的输入失调电压阈值时，所述比较器504的输出零电流检测信号ZCD变为高电平。
图6为本发明中具有变压器次级绕组零电流检测电路的LED恒流驱动电路的关键节点波形图。从图中可以看到，当次级绕组电流ILS下降到零后，FB电压开始进行准谐振并下降，当所述下降沿检测单元415检测到FB电压的下降沿后，零电流检测信号ZCD马上变为高电平。则次级绕组电流ILS的过零时刻与零电流检测信号ZCD变为高电平时刻之间存在一个很小的延时Td’。因此，本发明的用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路，通过对变压器次级绕组电压的下降沿进行检测，极大的减小了次级绕组电流过零时刻与零电流检测信号ZCD之间的延时，使得零电流检测信号ZCD能够准确的反映变压器次级绕组电流过零时刻的信息。这会使得LED驱动电源具有很好的输出恒流效果，同时也会取得理想的负载调整率和线性调整率。
本说明书所述的仅是本发明的较佳的具体实施方式，用于说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，凡本领域的技术人员依据本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验来对本发明做出了一些调整和改变而得到的技术方案，例如将具体实施例中的零电流检测电路改为应用于非隔离电源系统中的电感电流过零检测。仍为本发明的要义所在，皆应在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种用于LED驱动电源的变压器次级绕组零电流检测电路，其特征在于包括：
一变压器辅助绕组单元，用于对变压器次级绕组的两端电压进行采样；
一电阻分压器单元，用于对采样电压进行分压并输入到控制芯片内部；一下降沿检测单元，用于对所述输入电压波形进行下降沿检测，并产生一零电流检测信号；
一电流采样单元，用于对所述变压器初级绕组的峰值电流进行采样；
一恒流控制单元，用于对所述LED驱动电源的输出电流进行恒流控制；
一逻辑与驱动单元，用于对所述恒流控制单元的输出信号进行逻辑控制，进而驱动所述功率开关管和控制所述下降沿检测单元；
所述变压器辅助绕组单元的输出端连接所述电阻分压器单元的输入端，所述电阻分压器单元的输出端连接所述下降沿检测单元的一个输入端，所述下降沿检测单元的输出端与所述恒流控制单元的一个输入端连接，所述恒流控制单元的另一个输入端还与所述电流采样单元的输出端连接，所述电流采样单元的输入端与峰值电流检测电阻连接，所述恒流控制单元的输出端与所述逻辑与驱动单元的输入端连接；所述逻辑与驱动单元的输出端分别与功率开关管的输入端和所述下降沿检测单元的另一个输入端连接。
2.如权利要求1所述的变压器次级绕组零电流检测电路，其特征在于，所述下降沿检测单元包括一开关控制逻辑单元，逻辑开关，延时电阻，延时电容和具有输入失调电压的比较器；
所述开关控制逻辑单元的输入端与所述逻辑与驱动单元的输出端连接，所述开关控制逻辑单元的输出端控制所述逻辑开关的关断与闭合；所述逻辑开关的一端连接所述电阻分压器单元的输出端，所述逻辑开关的另一端连接所述延时电容；所述延时电阻的一端连接所述延时电容，所述延时电阻的另一端连接电阻分压器的输出端；所述具有输入失调电压的比较器的负输入端与所述电阻分压器单元的输出端连接，所述具有输入失调电压的比较器的正输入端与所述延时电容连接，其输出端与所述恒流控制单元的一个输入端连接。
3.权利要求1或2所述的变压器次级绕组零电流检测电路在没有变压器的LED驱动电源中应用。
4.权利要求1或2所述的变压器次级绕组零电流检测电路在非隔离电源系统中的电感电流过零检测中应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN TPOWER SEMICONDUCTOR CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HUANG QINYANG Effective date: 20141226 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 362100 QUANZHOU, FUJIAN PROVINCE TO: 518000 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20141226 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Futian District Binhe Road and Yitian road at the junction of South East Plaza 3 Building No. 1804 Applicant after: SHENZHEN TPOWER SEMICONDUCTOR CO., LTD. Address before: 362100 Fujian city of Quanzhou province Huian County Dong Yuan Zhen Xi Zhuang Cun Niu Keng No. 256 Applicant before: Huang Qinyang |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |