CN104159368A - 一种无电解电容的恒流led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电路技术，具体的说涉及一种无电解电容的恒流LED驱动电路。本发明的一种LED驱动的温度补偿电路结构框图。其中包括参考电压产生模块、逻辑模块、驱动模块、LED、功率管、运算放大器、PMOS管PM1、迟滞放大器、误差放大器等模块。PM1的漏极连接到LED1的正向端，PM1的漏电流与电感电流相互补偿得到几乎没有纹波的输出电流，实现了LED的恒流驱动。本发明的有益效果为，没有使用大容量的电解电容器，可以提高电源的可靠性和寿命；不需要斜坡补偿电路，节省成本；负载瞬态响应速度快，抗干扰能力强。本发明尤其适用于LED驱动电路。

Description

一种无电解电容的恒流LED驱动电路

技术领域

本发明属于电子电路技术，具体的说涉及一种无电解电容的恒流LED驱动电路。

背景技术

在开关电源的平均无故障时间(MTBF)分析时，因电解电容故障导致的驱动电源故障率高达60％，是制约开关电源可靠性的“短板”，其寿命与LED的长寿命极不匹配，因此电解电容的性能直接决定了电路的可靠性。而传统的LED驱动器由于使用电解电容,其寿命、可靠性因此存在问题，所以在设计开关电源驱动器时应该有针对性地减少电解电容的使用。

发明内容

本发明的目的，就是针对传统电路因采用电解电容而存在的问题，提出一种无电解电容的恒流LED驱动电路。

本发明的技术方案是，一种无电解电容的恒流LED驱动电路，其特征在于，包括参考电压产生模块、逻辑模块、驱动模块、LED模块、功率管PM、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、PMOS管PM1、迟滞比较器、误差放大器、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、电容C1、C2、电感L、二极管；其中，功率管PM的漏极接输入电源VIN，其源极依次通过电感L和R5接LED模块的正极输入端，其栅极接驱动模块的输出端；驱动模块的输入端接逻辑模块的输出端；逻辑模块的输入端接迟滞比较器的输出端；迟滞比较强的同相输入端通过补偿网络接误差放大器的输出端，其反相输入端接第一运算放大器的输出端；误差放大器的同相输入端接参考电压产生模块的第一输出端，其反相输入端接LED模块的负极输入端；LED模块的负极输入端通过R9后接地；参考电压产生模块的输入端接输入电源VIN，其第二输出端通过R2接PM1的源极；PM1的漏极接LED模块的正极输入端，其栅极接第三运算放大器的输出端；第三运算放大器的同相输入端接R2与PM1源极的连接点，还通过R6接R2与参考电压第二输出端的连接点；第三运算放大器的反相输入端通过R8接R2与PM1源极的连接点，还通过R7接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的输出端通过C2接其反相输入端，其同相输入端通过C1接地，其反相输入端通过R3接功率管PM源极与电感L的连接点；功率管PM源极与电感L的连接点接二极管的负极；二极管的正极接地；电感L与R5的连接点接第一运算放大器的正极，还通过R4接第二运算放大器同相输入端与C1的连接点；第一运算放大器的反相输入端接R5与LED模块正极的连接点。

本发明的有益效果为，没有使用大容量的电解电容器，可以提高电源的可靠性和寿命；不需要斜坡补偿电路，节省成本；负载瞬态响应速度快，抗干扰能力强。

附图说明

图1是本发明的无电解电容的LED恒流驱动器电路结构框图；

图2是实施例的电路结构示意图；

图3是电感电流、补偿电流等电路参数的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述

如图1所示，本发明的驱动电路，包括参考电压产生模块、逻辑模块、驱动模块、LED模块、功率管PM、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、PMOS管PM1、迟滞比较器、补偿网络、误差放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电感L、二极管；其中，功率管PM的漏极接输入电源VIN，其源极依次通过电感L和R5接LED模块的正极输入端，其栅极接驱动模块的输出端；驱动模块的输入端接逻辑模块的输出端；逻辑模块的输入端接迟滞比较器的输出端；迟滞比较强的同相输入端通过补偿网络接误差放大器的输出端，其反相输入端接第一运算放大器的输出端；误差放大器的同相输入端接参考电压产生模块的第一输出端，其反相输入端接LED模块的负极输入端；LED模块的负极输入端通过R9后接地；参考电压产生模块的输入端接输入电源VIN，其第二输出端通过R2接PM1的源极；PM1的漏极接LED模块的正极输入端，其栅极接第三运算放大器的输出端；第三运算放大器的同相输入端接R2与PM1源极的连接点，还通过R6接R2与参考电压第二输出端的连接点；第三运算放大器的反相输入端通过R8接R2与PM1源极的连接点，还通过R7接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的输出端通过C2接其反相输入端，其同相输入端通过C1接地，其反相输入端通过R3接功率管PM源极与电感L的连接点；功率管PM源极与电感L的连接点接二极管的负极；二极管的正极接地；电感L与R5的连接点接第一运算放大器的正极，还通过R4接第二运算放大器同相输入端与C1的连接点；第一运算放大器的反相输入端接R5与LED模块正极的连接点。其中，PM1的漏极连接到LED1的正向端，PM1的漏电流与电感电流相互补偿得到几乎没有纹波的输出电流，实现了LED的恒流驱动。其中逻辑模块用于对迟滞比较器的输出进行逻辑转换，用于控制驱动模块的输出，本发明中逻辑模块和驱动模块为本领域中常用的技术手段，在此不再赘述。

实施例1：

如图2所示，本例包括参考电压产生模块、LED模块、功率管PM、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、PMOS管PM1、迟滞比较器、误差放大器、电阻R1～R9、电容C1～C2、电感L、二极管；其中，功率管PM的漏极接输入电源VIN，其源极依次通过电感L和R5接LED模块的正极输入端，其栅极接迟滞比较器的输出端；迟滞比较器的同相输入端通过补偿网络接误差放大器的输出端，其反相输入端接第一运算放大器的输出端；误差放大器的同相输入端接参考电压产生模块的第一输出端，其反相输入端接LED模块的负极输入端；LED模块的负极输入端通过R9后接地；参考电压产生模块的输入端接输入电源VIN，其第二输出端通过R2接PM1的源极；PM1的漏极接LED模块的正极输入端，其栅极接第三运算放大器的输出端；第三运算放大器的同相输入端接R2与PM1源极的连接点，还通过R6接R2与参考电压第二输出端的连接点；第三运算放大器的反相输入端通过R8接R2与PM1源极的连接点，还通过R7接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的输出端通过C2接其反相输入端，其同相输入端通过C1接地，其反相输入端通过R3接功率管PM源极与电感L的连接点；功率管PM源极与电感L的连接点接二极管的负极；二极管的正极接地；电感L与R5的连接点接第一运算放大器的正极，还通过R4接第二运算放大器同相输入端与C1的连接点；第一运算放大器的反相输入端接R5与LED模块正极的连接点。

本例的工作原理为：

电阻R3、R4、电容C1、C2、运算放大器AMP2构成积分运算电路，其中R3＝R4，C1＝C2电感两端的电压为v_L，通过电感的电流为i_L，则有：

$L=\frac{{\mathrm{di}}_L}{\mathrm{dt}}=v_L$

$i_L=\frac{1}{L}\∫v_L\mathrm{dt}$

运算放大器AMP2的输出为：

$u_{A2}\left(t\right)=-\frac{1}{R4C1}\∫v_L\mathrm{dt}=\frac{1}{R4C1}{i}_L$

对于电感电流i_L可以看成是由两部分构成的：

i_L＝I_L+i_r

I_L为电感电流的直流分量，i_r为电感电流的交流分量，也就是纹波电流。本发明中电感电流波形是锯齿波，设定I_max为电感电流的最大值，I_min为电感电流的最小值，因此有：

$I_L=\frac{1}{2}(I_{\max }+I_{\min })$

通过该积分运算电路，将电感电流信号转化为电压信号。本发明都是有单电源供电，所以u_A2(t)≥0，为使补偿电路电流的直流分量为零，在纹波电流为峰值时，令u_A2＝0，则有

$u_{A2}\left(t\right)=U_{A2}-\frac{L}{R4C1}{i}_r$

其中 $U_{A2}=\frac{L}{2R4C1}(I_{\max }-I_{\min })$

所以

$u_{A2}\left(t\right)=\frac{L}{R4C1}(\frac{1}{2}(I_{\max }-I_{\min })-i_r)$

R1、R6、R7、R8运算放大器构成加法运算电路，设定R1＝R6，R7＝R8，则加在R2两端的电压为u_A2(t)，所以PM1漏极电流为

$i_D=\frac{1}{R4C1R2}(\frac{1}{2}(I_{\max }-I_{\min })-i_r)$

通过选择合适的电路元件参数使得

$\frac{1}{R4C1R2}=1$

则此时PM1漏极电流为

$i_D=\frac{1}{2}(I_{\max }-I_{\min })-i_r$

流过电感的电流为

$\begin{array}{c}{i}_L=I_L+i_r\\ =\frac{1}{2}(I_{\max }+I_{\min })+i_r\end{array}$

流过LED电流为

$\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{LED}}=i_L+i_D\\ =\frac{1}{2}(I_{\max }+I_{\min })+i_r+\frac{1}{2}(I_{\max }-I_{\min })-i_r\\ =I_{\max }\end{array}$

此时LED电流为恒定值，只有直流分量，不含有交流分量。

由误差放大器的嵌位作用以及环路作用，可以得知流过LED电流通过参考电压产生模块和R9设定：

$i_{\mathrm{LED}}=\frac{\mathrm{VREF}}{R9}$

所以电感电流的最大值I_max也可以得知：

$I_{\max }=\frac{\mathrm{VREF}}{R9}$

如图3所示，所述为本发明一种无电解电容的LED恒流驱动器的电感电流波形、补偿电流波形等主要波形。

综上所述，本发明提出了一种无电解电容的恒流LED驱动器，其中包括参考电压产生模块、逻辑模块、驱动模块、LED、功率管PM、运算放大器、PMOS管PM1、迟滞放大器、误差放大器等模块。PM1的漏极连接到LED1的正向端，PM1的漏极电流与电感电流相互补偿得到几乎没有纹波的输出电流，实现了LED的恒流驱动。本发明中电路的工作在电感电流连续模式，不需要斜率补偿，节省了成本。负载瞬态响应速度快，抗干扰能力强。大容量的电解电容故障是导致电源故障率重要原因，所以本发明最大好处避免使用大容量的电解电容，提高电源的可靠性和寿命。

Claims (1)

1.一种无电解电容的恒流LED驱动电路，其特征在于，包括参考电压产生模块、逻辑模块、驱动模块、LED模块、功率管、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、PMOS管PM1、迟滞比较器、误差放大器、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、电容C1、C2、电感L、二极管；其中，功率管的漏极接输入电源VIN，其源极依次通过电感L和R5接LED模块的正极输入端，其栅极接驱动模块的输出端；驱动模块的输入端接逻辑模块的输出端；逻辑模块的输入端接迟滞比较器的输出端；迟滞比较强的同相输入端通过补偿网络接误差放大器的输出端，其反相输入端接第一运算放大器的输出端；误差放大器的同相输入端接参考电压产生模块的第一输出端，其反相输入端接LED模块的负极输入端；LED模块的负极输入端通过R9后接地；参考电压产生模块的输入端接输入电源VIN，其第二输出端通过R2接PM1的源极；PM1的漏极接LED模块的正极输入端，其栅极接第三运算放大器的输出端；第三运算放大器的同相输入端接R2与PM1源极的连接点，还通过R6接R2与参考电压第二输出端的连接点；第三运算放大器的反相输入端通过R8接R2与PM1源极的连接点，还通过R7接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的输出端通过C2接其反相输入端，其同相输入端通过C1接地，其反相输入端通过R3接功率管源极与电感L的连接点；功率管源极与电感L的连接点接二极管的负极；二极管的正极接地；电感L与R5的连接点接第一运算放大器的正极，还通过R4接第二运算放大器同相输入端与C1的连接点；第一运算放大器的反相输入端接R5与LED模块正极的连接点。