CN104244538B - 智能功率控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能功率控制电路，其中包括电压采样模块、功率控制模块及恒流控制模块；所述的电压采样模块的输入端与功率管的第一端相连接，所述的电压采样模块的输出端与所述的功率控制模块的输入端相连接，所述的功率控制模块的输出端与所述的恒流控制模块的输入端相连接，所述的恒流控制模块的输出端与所述的功率管的第三端相连接，所述的电压采样电路采用电阻采样电路，所述的功率控制模块采用电流镜像电路，所述的恒流控制模块采用运算比较电路。采用本发明的智能功率控制电路，在功率管开始工作时检测输入电压的大小，降低驱动器的功耗，限制功率管的温升，从而降低驱动器和LED灯的散热成本，结构简单，应用范围广泛。

Description

智能功率控制电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及电路设计，具体是指一种智能功率控制电路。
背景技术
LED驱动电路中，流过功率管的电流比较大，加在功率管两端的电压随输入电压的升高而升高，功率管的发热会比较明显，功率管本身的散热能力有限，功率管的温度会不断升高，功率过高还会减少LED的寿命，因此常见的线性恒流驱动电路输入电压不会很高，比较难以满足类似于印度市场对300V高压输入的需求，此外，线性恒流驱动在较宽的输入电压范围内线性调整率比较低。
请参阅图1所示，为现有技术中线性恒流LED驱动电路，其中，VIN为交流输入电压VAC通过整流后的半波信号，VIN>VTH时，功率管流过的电流逐渐增加，最终通过运放、RCS和功率管组成的反馈环路将电流稳定，ILED＝VREF/RCS。流过功率管的电流有几十个mA，两端压降随输入电压升高而升高，功率管发热比较严重。
为了解决功率管发热问题，现有方案如下：
方案1：过温保护电路，当检测到功率管的温度大于一定值时芯片进入保护状态，功率管关断，温度降下来以后再次开启工作；
方案2：智能温度控制电路，当温度升高到一定值时随着功率管温度的升高，不断减小驱动电流来减小温升。
针对功率管发热目前常见的两种解决方案都是温度升高后再采取办法降低功率管温升。
请参阅图2所示，为现有技术中线性恒流LED驱动电路的波形图，其中，现有技术中的线性恒流LED驱动电路具有以下几点缺陷：
(1)现有技术的线性恒流LED驱动电路，随着输入交流电压的升高，功率管导通占空比会增加，LED平均电流会升高，在较宽的输入电压范围内线性调整率比较低。
(2)输入电压升高，功率管发热比较严重，电路内部集成过温保护电路或者智能温度控制电路也难以满足像印度市场这钟对300V输入高压的需求。
(3)过温保护电路和智能温度控制电路这两种方法都是温度升高后再采取办法降低芯片温升，会增加散热成本。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够在功率控制模块检测到输入电压较大时降低LED输出电流、降低功率管的功率、降低功率管的温度、提高线性调整率、应用范围广泛的智能功率控制电路。
为了实现上述目的，本发明的智能功率控制电路具有如下构成：
该智能功率控制电路，其主要特点是，所述的电路包括电压采样模块、功率控制模块及恒流控制模块；所述的电压采样模块的输入端与功率管的第一端相连接，所述的电压采样模块的输出端与所述的功率控制模块的输入端相连接，所述的功率控制模块的输出端与所述的恒流控制模块的输入端相连接，所述的恒流控制模块的输出端与所述的功率管的第三端相连接。
进一步地，所述的电压采样模块包括第一电阻R1与第二电阻R2，所述的第二电阻R2的第一端与所述的功率管的第一端相连接，所述的第二电阻R2的第二端与所述的第一电阻R1的第一端相连接，所述的第一电阻R1的第二端与地相连接。
更进一步地，所述的电压采样模块还包括第一二极管D1，所述的第一二极管D1的正向输入端与所述的第一电阻R1的第二端相连接，所述的第一二极管D1的反相输入端与地相连接。
再进一步地，所述的功率控制模块包括信号放大单元、电流镜像单元及第三电阻R3，所述的信号放大单元的第一端与所述的电压采样模块的输出端相连接，所述的信号放大单元的第二端与所述的电流镜像单元的输入端相连接，所述的电流镜像单元的输出端与所述的第三电阻R3的第一端相连接，所述的第三电阻R3的第二端与所述的功率管的第二端相连接。
再进一步地，所述的恒流控制模块包括第一运算放大器OP1及第一采样电阻Rs1，所述的第一运算放大器OP1的反相输入端与所述的第三电阻R3的第一端相连接，所述的第一运算放大器OP1的正向输入端与基准电压VREF相连接，所述的第一运算放大器OP1的输出端与所述的功率管的第三端相连接，所述的功率管的第二端与所述的第一采样电阻Rs1的第一端相连接，所述的第一采样电阻Rs1的第二端与地相连接。
再进一步地，所述的功率控制模块包括信号放大单元、恒定电流源及分压单元，所述的信号放大单元的第一端与所述的电压采样模块的输出端相连接，所述的信号放大单元的第二端、恒定电流源的输出端及分压单元的输入端相连接。
再进一步地，所述的分压单元包括第四电阻R4及第五电阻R5，所述的第四电阻R4的第一端、所述的信号放大单元的第二端及恒定电流源的输出端相连接，所述的第四电阻R4的第二端与所述的第五电阻R5的第一端相连接，所述的第五电阻R5的第二端与地相连接。
再进一步地，所述的恒流控制电路包括第二运算放大器OP2及第一采样电阻Rs2，所述的第二运算放大器OP2的正向输入端与所述的分压单元的输出端相连接，所述的第二运算放大器OP2的反相输入端与所述的功率管的第二端相连接，所述的功率管的第二端与所述的第二采样电阻Rs2的第一端相连接，所述的第二采样电阻Rs2的第二端与地相连接。
进一步地，所述的功率管为高频开关。
采用了该发明中的智能功率控制电路，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的智能功率控制电路，功率控制模块在检测到输入电压较大时，会主动降低LED输出电流，降低驱动器的功耗，从而限制功率管的温升，降低了驱动器及LED灯的散热成本；本发明的智能功率控制电路，通过合理设计输入电压和降低电流之间的比例，提高了线性调整率；本发明的智能功率控制电路，结构简单，操作方便，应用范围广泛。
附图说明
图1为现有技术中的线性恒流LED驱动电路的结构示意图。
图2为现有技术中的线性恒流LED驱动电路的波形。
图3为本发明的智能功率控制电路的结构示意图。
图4为本发明的智能功率控制电路的波形图。
图5为本发明的智能功率控制电路的第一种结构示意图。
图6为本发明电压采样模块的结构示意图。
图7为本发明的智能功率控制电路的第二种结构示意图。
图8为本发明具体实施案例中的智能功率控制电路的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图3至图4所示，本发明的智能功率控制电路包括电压采样模块、功率控制模块及恒流控制模块；所述的电压采样模块的输入端与功率管的第一端相连接，所述的电压采样模块的输出端与所述的功率控制模块的输入端相连接，所述的功率控制模块的输出端与所述的恒流控制模块的输入端相连接，所述的恒流控制模块的输出端与所述的功率管的第三端相连接。
其中，输入电压VAC经过蒸馏滤波得到半波后得到VIN。电压VIN输入LED灯中，功率管漏端电压VD是一个半波信号，电压采样模块完成对电压VD的采样后输入到功率控制模块，当VD电压值较小时，功率管上的压降较小，功耗较小，功率控制模块不工作，恒流控制模块控制功率管输出一恒定电流值。当VD大于一定值时，功率控制模块开始工作，限制功率管的输入电流，流过功率管的电流随VD增大而减小，这样功率管两端压降升高，电流减小，功率得到限制，从而减少发热，功率管的输入电流与VD的工作波形如图4所示。
请参阅图5所示，为所述的电压采样模块的第一种实现方式，其中所述的电压采样模块包括第一电阻R1与第二电阻R2，所述的第二电阻R2的第一端与所述的功率管的第一端相连接，所述的第二电阻R2的第二端与所述的第一电阻R1的第一端相连接，所述的第一电阻R1的第二端与地相连接。
请参阅图6所示，为所述的电压采样模块的第二种实现方式，所述的电压采样模块还包括第一二极管D1，所述的第一二极管D1的正向输入端与所述的第一电阻R1的第二端相连接，所述的第一二极管D1的反相输入端与地相连接。这样，电压采样模块增加了一个二极管D1，采样电压V1＝0.7+R1VD/(R1+R2)，可以在VD电压比较低时就开启功率控制模块。
请再参阅图5所示，为本发明的智能功率控制电路的第一种结构示意图，其中，所述的电压采样模块可以采用上述的两种方式中的任意一种，在图5中的第一种结构，电压采样电路采用第一种方式，另外，所述的功率控制模块包括信号放大单元、电流镜像单元及第三电阻R3，所述的信号放大单元的第一端与所述的电压采样模块的输出端相连接，所述的信号放大单元的第二端与所述的电流镜像单元的输入端相连接，所述的电流镜像单元的输出端与所述的第三电阻R3的第一端相连接，所述的第三电阻R3的第二端与所述的功率管的第二端相连接。
其中，信号放大单元可以采用三级管共基极放大电路、三极管共射极放大电路、场效应管共源极放大电路或场效应管共漏极放大电路中的其中一种，而电流镜像单元中可以采用三极管或场效应管组成的电流镜像单元，具体结构如图5所示，这里不再赘述。
所述的恒流控制模块包括第一运算放大器OP1及第一采样电阻Rs1，所述的第一运算放大器OP1的反相输入端与所述的第三电阻R3的第一端相连接，所述的第一运算放大器OP1的正向输入端与基准电压VREF相连接，所述的第一运算放大器OP1的输出端与所述的功率管的第三端相连接，所述的功率管的第二端与所述的第一采样电阻Rs1的第一端相连接，所述的第一采样电阻Rs1的第二端与地相连接。
本发明的智能功率控制电路的第一种结构的工作原理是：
VDD是芯片内部产生的电源信号，电压采样模块通过电阻R1、R2分压实现，当采样电压大于一定值时，N1开启，功率控制模块工作时，采样电压值需要满足N1工作在线性区，这样N1的电流随采样电压值增大而增大，N1的电流通过P1、P2构成的电流镜镜像流过R3，OP1的反相输入电压即为VRS1+VR3。OP1和功率管、RS1、R3构成的反馈环路，R3上的压降随VD升高而升高，流过功率管的电流就随VD升高而降低，功率管的功率得到了限制。
请参阅图7所示，为本发明的智能功率控制电路的第二种结构示意图，其中，所述的电压采样模块可以采用上述的两种方式中的任意一种。
所述的功率控制模块包括信号放大单元、恒定电流源及分压单元，所述的信号放大单元的第一端与所述的电压采样模块的输出端相连接，所述的信号放大单元的第二端、恒定电流源的输出端及分压单元的输入端相连接。
其中，所述的分压单元包括第四电阻R4及第五电阻R5，所述的第四电阻R4的第一端、所述的信号放大单元的第二端及恒定电流源的输出端相连接，所述的第四电阻R4的第二端与所述的第五电阻R5的第一端相连接，所述的第五电阻R5的第二端与地相连接。
所述的恒流控制电路包括第二运算放大器OP2及第一采样电阻Rs2，所述的第二运算放大器OP2的正向输入端与所述的分压单元的输出端相连接，所述的第二运算放大器OP2的反相输入端与所述的功率管的第二端相连接，所述的功率管的第二端与所述的第二采样电阻Rs2的第一端相连接，所述的第二采样电阻Rs2的第二端与地相连接。
本发明的智能功率控制电路的第二种结构的工作原理是：
电压采样信号大于一定值后N1打开，N1电流随VD电压升高而增大，流过R4和R5的电流随之减少，VREF也减小，LED驱动电流减小，ILED＝VREF/RS。
请参阅图8所示，为本发明具体实施案例中的智能功率控制电路的结构示意图，其中，该智能功率控制模块用于分段式线性恒流驱动的智能功率控制电路中，电压采样模块的输入信号为最后一段功率管Mn的输入电压，电压采样信号大于一定值后N1打开，N1电流随Mn漏端电压升高而增大，流过R3的电流随之增加，OPn的反相输入端电压通过反馈环路稳定在Vn，RS上的压降减小，最后一段的驱动电流随Mn漏端电压升高而减小，实现对功率管Mn的功率进行限制。
本发明中所述的功率管为高频开关。
采用了该发明中的智能功率控制电路，与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的智能功率控制电路，功率控制模块在检测到输入电压较大时，会主动降低LED输出电流，降低驱动器的功耗，从而限制功率管的温升，降低了驱动器及LED灯的散热成本；本发明的智能功率控制电路，通过合理设计输入电压和降低电流之间的比例，提高了线性调整率；本发明的智能功率控制电路，结构简单，操作方便，应用范围广泛。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种智能功率控制电路，其特征在于，所述的电路包括电压采样模块、功率控制模块及恒流控制模块；所述的电压采样模块的输入端与功率管的第一端相连接，所述的电压采样模块的输出端与所述的功率控制模块的输入端相连接，所述的功率控制模块的输出端与所述的恒流控制模块的输入端相连接，所述的恒流控制模块的输出端与所述的功率管的第三端相连接，所述的功率控制模块包括信号放大单元、恒定电流源及分压单元，所述的信号放大单元的第一端与所述的电压采样模块的输出端相连接，所述的信号放大单元的第二端、恒定电流源的输出端及分压单元的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的智能功率控制电路，其特征在于，所述的电压采样模块包括第一电阻(R1)与第二电阻(R2)，所述的第二电阻(R2)的第一端与所述的功率管的第一端相连接，所述的第二电阻(R2)的第二端与所述的第一电阻(R1)的第一端相连接，所述的第一电阻(R1)的第二端与地相连接。
3.根据权利要求2所述的智能功率控制电路，其特征在于，所述的电压采样模块还包括第一二极管(D1)，所述的第一二极管(D1)的正向输入端与所述的第一电阻(R1)的第二端相连接，所述的第一二极管(D1)的反相输入端与地相连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的智能功率控制电路，其特征在于，所述的分压单元包括第四电阻(R4)及第五电阻(R5)，所述的第四电阻(R4)的第一端、所述的信号放大单元的第二端及恒定电流源的输出端相连接，所述的第四电阻(R4)的第二端与所述的第五电阻(R5)的第一端相连接，所述的第五电阻(R5)的第二端与地相连接。
5.根据权利要求4所述的智能功率控制电路，其特征在于，所述的恒流控制电路包括第二运算放大器(OP2)及第一采样电阻(Rs2)，所述的第二运算放大器(OP2)的正向输入端与所述的分压单元的输出端相连接，所述的第二运算放大器(OP2)的反相输入端与所述的功率管的第二端相连接，所述的功率管的第二端与第二采样电阻(Rs2)的第一端相连接，所述的第二采样电阻(Rs2)的第二端与地相连接。
6.根据权利要求1所述的智能功率控制电路，其特征在于，所述的功率管为高频开关。
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