CN104333937B - 一种功率mosfet开关管源极驱动拓扑结构的控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种LED驱动电路，特别是涉及一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，它包括功率MOSFET开关管，高压开关MOS管通过电阻与电路地线连接，还包括延时逻辑控制单元、信号采样单元、前沿消隐单元、控制逻辑信号单元、电压比较器、迟滞比较器和过压保护单元。本发明的功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路采用源极延迟采样技术，能够降低LED驱动控制电路的复杂度和面积，降低制造成本；本发明的功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路还具有控制方式简单、易于实现、功耗低和效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于LED驱动电路技术领域，特别是涉及一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路。
背景技术
图1是传统反激式LED驱动电路的简化示意图，如图1所示，该LED驱动电路包括一个整流桥，交流电AC经过交流桥整流并经电容器C1滤波后产生一个直流电压，即母线电压；电阻R1和电容C2构成芯片启动支路；变压器的原边绕组接到母线电压和功率MOS管M0的漏极，副边绕组连接于续流二极管D1和电容器C3之间；辅助绕组连接到二极管D2和电路地之间，当电路正常工作时，主要由辅助绕组给芯片供电；电阻R3和电阻R4均为分压电阻，主要是检测副边绕组电流是否过零。该反激式LED驱动电路存在以下主要不足：一是变压器有三个绕组，体积较大，成本较高，不利于电源内置的LED驱动电路设计；二是驱动电路损耗高，造成系统效率低；三是功率MOS管需要进行频繁的开关动作，耗能较大。
为解决上述问题，中国专利201210219252.4中提出了一种无需辅助绕组的LED驱动电路，如图2所示，该LED驱动电路是对电压采样网络检测得到的功率开关MOS晶体管的栅极电压和源极电压进行比较，根据比较结果得到续流二极管D1的电流过零时刻，从而确定续流二极管D1的关断时间，检测到LED负载的平均电流，实现LED恒流驱动；省去辅助绕组的设计，可简化LED驱动电源设计，缩小LED驱动电源体积，降低LED驱动电源成本。但由于该LED驱动电路中采用了两个电压采样网络，因此还存在着以下明显不足：其电路结构复杂、芯片面积大和功耗高。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足而提出一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，本发明运用源极延迟采样方式来优化和简化LED驱动 控制电路，缩小芯片面积，降低制造成本，同时还具有控制方式简单、易于实现、功耗低和效率高的优点。
根据本发明提出的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，它包括：
功率MOSFET开关管M2和高压开关MOS管M1，该功率MOSFET开关管M2的源极与该高压开关MOS管M1的漏极连接，该功率MOSFET开关管M2的栅极和漏极分别与外部电源电压和变压器或电感连接，该高压开关MOS管M1的源极通过电阻R1与电路地线GND连接；
其特征在于还包括：
信号采样单元、延时逻辑控制单元、前沿消隐单元、电压比较器、控制逻辑信号单元、迟滞比较器和过压保护单元；其中：
所述延时逻辑控制单元对所述高压开关MOS管M1的栅极信号VG进行采样处理并产生延时逻辑控制信号Vctr输出至所述信号采样单元和过压保护单元；所述信号采样单元对所述高压开关MOS管M1的源极信号VS进行采样处理并得到分压信号VS1和延迟信号Vsample，该分压信号VS1和延迟信号Vsample被分别输出至迟滞比较器的第一输入端和第二输入端；所述迟滞比较器对分压信号VS1和延迟信号Vsample进行处理并产生逻辑信号VC输出至所述控制逻辑信号单元和过压保护单元；所述过压保护单元在延时逻辑控制信号Vctr的采样时刻对所述逻辑信号VC进行处理并产生逻辑信号VE输出至所述控制逻辑信号单元；
所述前沿消隐单元对所述高压开关MOS管M1与电阻R1之间的电压信号VCS进行前沿消隐并将前沿消隐后的电压信号输出至所述电压比较器，该电压比较器将接收到的前沿消隐后的电压信号与基准电压Vref进行比较并产生一个逻辑信号VD输出至所述控制逻辑信号单元；
所述控制逻辑信号单元对所述逻辑信号VC、逻辑信号VD和逻辑信号VE进行处理并产生栅极信号VG输出至所述高压开关MOS管M1的栅极和延时逻辑控制单元。
本发明上述一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路的进一步优选方案为：
本发明所述信号采样单元包括由电容与电阻R2连接的并联电路，该并联电路的第一端与所述高压开关MOS管M1的源极连接，该并联电路的第二端与所述 迟滞比较器的第一输入端连接，该并联电路的第二端还通过开关K1与所述迟滞比较器的第二输入端连接，再通过串联连接的开关K1和电容C2与电路地线GND连接，该开关K1由所述延时逻辑控制信号Vctr控制。
本发明所述高压开关MOS管M1的漏极通过串联连接的电阻R0和高压开关MOS管M0与电路地线GND连接，该高压开关MOS管M0的栅极由所述控制逻辑信号单元产生的控制信号VM控制。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：第一，本发明运用源极延迟采样方式，仅需对高压开关MOS管的源极电压进行检测，就能够实现对LED驱动电路的负载电路中的电感电流的过零检测，可省去LED驱动电路中的变压器辅助绕组设计，极大地降低了LED外围驱动电路的体积和成本；第二，本发明只采用一个源极信号采样单元，就能够优化和简化LED驱动控制电路即驱动IC芯片内部电路的设计，缩小了驱动IC芯片体积和降到了器件成本；第三，本发明只采用一个源极信号采样单元，使得LED驱动电路的控制方式简单可靠、易于实现，同时还具有功耗低和效率高的优点。
附图说明
图1是现有技术的一种反激式LED驱动电路的简化示意图。
图2是现有技术的一种无需辅助绕组的LED驱动电路的简化示意图。
图3是本发明的一种功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路的一个实施例的简化示意图。
图4是本发明的一种功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路中的信号采样单元的一个实施例的示意图。
图5是应用本发明的一种功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路的第一个实施方案的示意图。
图6是如图5所示的应用本发明的功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路的LED驱动电路中各点的电压电流波形示意图。
图7是应用本发明的一种功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路的第二个实施方案的示意图。
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作进一步的详细说明。
如图3所示，本发明提出的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，它包括功率MOSFE开关管M2、高压开关MOS管M1、电阻R1、延时逻辑控制单元(30)、信号采样单元(11)、迟滞比较器(12)、过压保护单元(13)、前沿消隐单元(14)、电压比较器(15)和控制逻辑信号单元(20)。
所述功率MOSFET开关管M2的源极与高压开关MOS管M1的漏极连接，该功率MOSFET开关管M2的栅极和漏极分别与外部电源电压和变压器或电感连接。
所述高压开关MOS管M1的源极通过电阻R1与电路地线GND连接，该高压开关MOS管M1的漏极通过串联连接的电阻R0和高压开关MOS管M0与电路地线GND连接。
所述延时逻辑控制单元(30)的输入端与高压开关MOS管M1的栅极连接，由此延时逻辑控制单元(30)对高压开关MOS管M1的栅极信号VG进行采样处理并产生延时逻辑控制信号Vctr，该延时逻辑控制单元(30)将该延时逻辑控制信号Vctr输出至信号采样单元(11)和过压保护单元(13)。
所述信号采样单元(11)对高压开关MOS管M1的源极信号VS进行采样处理并产生分压信号VS1和延迟信号Vsample，该分压信号VS1和延迟信号Vsample被分别输出至迟滞比较器(12)的第一输入端和第二输入端。
所述迟滞比较器(12)对分压信号VS1和延迟信号Vsample进行比较判断，当LED驱动电路的外围负载电路中的电感续流电流为零时，迟滞比较器(12)会产生逻辑信号VC并将该逻辑信号VC会输出至控制逻辑信号单元(20)和过压保护单元(13)。
所述过压保护单元(13)在延时逻辑控制信号Vctr的采样时刻对逻辑信号VC进行处理，如果LED驱动电路的外围负载电路中的电感续流电流过零时刻小于等于延时逻辑控制信号Vctr的采样时刻，则认为LED驱动电路发生过压保护，此时，过压保护单元(13)会产生逻辑信号VE并将该逻辑信号VE输出至控制逻辑信号单元(20)。
所述前沿消隐单元(14)对高压开关MOS管M1与电阻R1之间的电压信号VCS进行采样和前沿消隐，并将前沿消隐后的电压信号输出至电压比较器(15)。
所述电压比较器(15)将接收到的前沿消隐后的电压信号与基准电压Vref进 行比较，当沿消隐后的电压大于基准电压Vref时，电压比较器(15)会产生逻辑信号VD并将该逻辑信号VD输出至控制逻辑信号单元(20)。
所述控制逻辑信号单元(20)对所接收的逻辑信号VC、逻辑信号VD和逻辑信号VE进行处理并产生栅极信号VG输出至内部高压开关MOS管M1的栅极和延时逻辑控制单元(30)，同时还会产生控制信号VM输出至高压开关MOS管M0的栅极；该栅极信号VG会控制高压开关MOS管M1的开启或关断，并且根据栅极信号VG，延时逻辑控制单元(30)会产生延时逻辑控制信号Vctr。
当控制信号VM控制高压开关MOS管M0开启时，高压开关MOS管M1的漏极端的电荷会被泄漏至电路地线GND。
图4是本发明的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路中的信号采样单元(11)的一个实施例的示意图。如图4所示，本发明的信号采样单元(11)包括并联连接的电容C1和电阻R2，该并联电路的第一端与所述高压开关MOS管M1的源极连接，该并联电路的第二端与所述迟滞比较器(12)的第一输入端连接，该并联电路的第二端通过开关K1与所述接迟滞比较器(12)的第二输入端连接并通过串联连接的开关K1和电容C2与电路地线GND连接，该开关K1由所述延时逻辑控制信号Vctr控制。
图5是应用本发明的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路的LED驱动电路的第一个实施方案的示意图。该第一个实施方案是将本发明的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路与LED负载隔离型连接的示意图。
图6是如图5所示的应用本发明的功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路的LED驱动电路中各点的电压电流波形示意图，其中：TON为栅极信号VG翻转为高电平(高压开关MOS管M1导通)时刻；TOFF为栅极VG翻转为低电平(高压开关MOS管M1关闭)时刻；TS为信号采样单元(11)采样时刻；TC为电感L1电流为0的时刻；IPK为电感L1充电电流；ISEC为电感L1放电电流；VTC为得到的电感电流续流时间检测波形。
图7是应用本发明的一种源功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路的LED驱动电路的第二个实施方案的示意图。该第二个实施方案是将本发明的功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路与LED负载非隔离型并联连接的示意 图。
应用本发明的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路的LED驱动电路的第三个实施方案是将本发明的功率MOSFET源极驱动拓扑结构的控制电路与LED负载非隔离型串联连接。
上述仅为本发明的一种具体实施方式，本发明可以有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换方式而形成的所有技术方案，均属于本发明的保护范围。
本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本技术领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
Claims (3)
1.一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，它包括：
功率MOSFET开关管M2和高压开关MOS管M1，该功率MOSFET开关管M2的源极与该高压开关MOS管M1的漏极连接，该功率MOSFET开关管M2的栅极与外部电源电压连接，该功率MOSFET开关管M2的漏极与变压器或电感连接，该高压开关MOS管M1的源极通过电阻R1与电路地线GND连接；
其特征在于还包括：
信号采样单元(11)、延时逻辑控制单元(30)、前沿消隐单元(14)、电压比较器(15)、控制逻辑信号单元(20)、迟滞比较器(12)和过压保护单元(13)；其中：
所述延时逻辑控制单元(30)对所述高压开关MOS管M1的栅极信号VG进行采样处理并产生延时逻辑控制信号Vctr输出至所述信号采样单元(11)和过压保护单元(13)；所述信号采样单元(11)对所述功率MOSFET开关管M2的源极信号VS进行采样处理；所述信号采样单元(11)对源极信号VS进行分压得到分压信号VS1，并通过延时逻辑控制信号Vctr控制开关K1的通断，将分压信号VS1进行延迟处理得到延迟信号Vsample被分别输出至迟滞比较器(12)的第一输入端和第二输入端；所述迟滞比较器(12)对分压信号VS1和延迟信号Vsample进行处理并产生逻辑信号VC输出至所述控制逻辑信号单元(20)和过压保护单元(13)；所述过压保护单元(13)在延时逻辑控制信号Vctr的采样时刻对所述逻辑信号VC进行处理并产生逻辑信号VE输出至所述控制逻辑信号单元(20)；
所述前沿消隐单元(14)对所述高压开关MOS管M1与电阻R1之间的电压信号VCS进行前沿消隐并将前沿消隐后的电压信号输出至所述电压比较器(15)，该电压比较器(15)将接收到的前沿消隐后的电压信号与基准电压Vref进行比较并产生逻辑信号VD输出至所述控制逻辑信号单元(20)；
所述控制逻辑信号单元(20)对所述逻辑信号VC、逻辑信号VD和逻辑信号VE进行处理并产生栅极信号VG输出至所述高压开关MOS管M1的栅极和延时逻辑控制单元(30)。
2.根据权利要求1所述的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，其特征在于所述信号采样单元(11)包括由电容C1与电阻R2连接的并联电路，该并联电路的第一端与所述功率MOSFET开关管M2的源极连接，该并联电路的第二端与所述迟滞比较器(12)的第一输入端连接，该并联电路的第二端通过开关K1与所述迟滞比较器(12)的第二输入端连接，再通过串联连接的开关K1和电容C2与电路地线GND连接，该开关K1由所述延时逻辑控制信号Vctr控制。
3.根据权利要求1或2所述的一种功率MOSFET开关管源极驱动拓扑结构的控制电路，其特征在于所述高压开关MOS管M1的漏极通过串联连接的电阻R0和高压开关MOS管M0与电路地线GND连接，该高压开关MOS管M0的栅极由所述控制逻辑信号单元(20)产生的控制信号VM控制。
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