CN104411047A - 一种节能型功率放大式栅极驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能型功率放大式栅极驱动系统，主要由驱动芯片M，与驱动芯片M相连接的驱动电路，与驱动芯片M相连接的开关功率放大电路，以及与该开关功率放大电路相连接的自举电路组成，其特征在于，还设有与驱动芯片M、开关功率放大电路和自举电路相连接的光束激发式逻辑放大电路；所述光束激发式逻辑放大电路主要由功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P4的正极输入端相连接、正极经光二极管D3后接地的极性电容C12等组成。本发明整体结构非常简单，其制作和使用非常方便。同时，本发明的启动时间仅为传统栅极驱动电路启动时间的1/4，其启动时间极短。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED驱动电路，具体是指一种节能型功率放大式栅极驱动系统。
背景技术
目前，由于LED灯具有能耗低、使用寿命长以及安全环保等特点，其已经成为了人们生活照明的主流产品之一。由于LED灯不同于传统的白炽灯，因此其需要由专用的驱动电路来进行驱动。然而，当前人们广泛使用的栅极驱动电路由于其设计结构的不合理性，导致了目前栅极驱动电路存在能耗较高、电流噪音较大以及启动时间较长等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服目前栅极驱动电路存在的能耗较高、电流噪音较大以及启动时间较长的缺陷，提供一种结构设计合理，能有效降低能耗和电流噪音，明显缩短启动时间的一种节能型功率放大式栅极驱动系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种节能型功率放大式栅极驱动系统，主要由驱动芯片M，与驱动芯片M相连接的驱动电路，与驱动芯片M相连接的开关功率放大电路，以及与该开关功率放大电路相连接的自举电路组成，同时，本系统还设有与驱动芯片M、开关功率放大电路和自举电路相连接的光束激发式逻辑放大电路；所述光束激发式逻辑放大电路主要由功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P4的正极输入端相连接、正极经光二极管D3后接地的极性电容C12，一端与极性电容C12的正极相连接、另一端经二极管D4后接地的电阻R14，正极与电阻R14和二极管D4的连接点相连接、负极接地的极性电容C14，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P4的正极输入端相连接的电阻R15，串接在功率放大器P4的负极输入端与输出端之间的电阻R16，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与与非门IC3的负极输入端相连接的电阻R17，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极与与非门IC3的负极输入端相连接的电容C13，以及一端与极性电容C14的正极相连接、另一端与与非门IC2的负极输入端相连接的电阻R18组成；所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P4的负极输入端相连接，其输出端与与非门IC2的正极输入端相连接；与非门IC3的正极输入端与功率放大器P4的输出端相连接，其输出端则与驱动芯片M的TD管脚相连接；所述功率放大器P4的正极输入端则与开关功率放大电路相连接，极性电容C12的正极则与自举电路相连接。
进一步地，所述开关功率放大电路由功率放大器P1，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P1的输出端与负极输入端之间的电阻R6和电容C3，串接在功率放大器P2的输出端与正极输入端之间的电阻R7和电容C4，基极与功率放大器P1的输出端相连接、集电极经电阻R3后与功率放大器P3的正极输入端相连接的三极管Q1，基极与三极管Q1的发射极相连接、集电极经电阻R8后与功率放大器P3的负极输入端相连接的三极管Q2，基极经电阻R9后与功率放大器P2的输出端相连接、集电极经电阻R12后与三极管Q2的基极相连接的三极管Q3，正极与功率放大器P3的负极输入端相连接、而负极与三极管Q2的发射极相连接并接地的电容C5，与电阻R9相并联的电容C6，一端与三极管Q3的基极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R10，一端与三极管Q3的发射极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R11，与电阻R11相并联的电容C7，N极与三极管Q1的集电极相连接、P极外接-4V电压的二极管D1，以及正极与驱动芯片M的INP管脚相连接、负极与三极管Q2的发射极相连接后再接地的极性电容C8组成，所述功率放大器P3的输出端则与驱动芯片M的VCC管脚相连接。
所述的自举电路则由场效应管MOS，一端与场效应管MOS的源极相连接、另一端与极性电容C12的正极相连接的电阻R5，负极与场效应管MOS的栅极相连接、正极经电阻R1后与场效应管MOS的漏极相连接的极性电容C1，与极性电容C1相并联的电阻R2，正极与极性电容C1的正极相连接、负极与场效应管MOS的源极相连接的极性电容C2，以及一端与极性电容C2的正极相连接、另一端接地的电阻R4组成；所述场效应管MOS的漏极与功率放大器P1的正极输入端相连接，且该漏极还同时外接+12V电压，场效应管MOS的源极则分别与功率放大器P1的负极输入端和功率放大器P2的正极输入端相连接，而功率放大器P2的负极输入端则与功率功率放大器P4的正极输入端相连接。
所述驱动电路由变压器T，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D2，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C9，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R13，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接、集电极顺次经电容C10和电容C11后接地、而发射极也接地的晶体管Q4组成；所述变压器T的原边线圈的同名端与电容C10和电容C11的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q4的发射极相连接；同时，晶体管Q4的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。
为确保本发明的使用效果，所述驱动芯片M优先采用LTC4440A集成芯片来实现。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明整体结构非常简单，其制作和使用非常方便。
（2）本发明的启动时间仅为传统栅极驱动电路启动时间的1/4，其启动时间极短。
（3）本发明采用自举电路和开关功率放大电路来为驱动芯片提供控制信号，因此具有很高的输入阻抗，能确保整个电路的性能稳定。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明主要由驱动芯片M，与驱动芯片M相连接的驱动电路，与驱动芯片M相连接的开关功率放大电路，与开关功率放大电路相连接的自举电路，以及分别与驱动芯片M、开关功率放大电路和自举电路相连接的光束激发式逻辑放大电路组成。为确保本发明的使用效果，该驱动芯片M优先采用凌力尔特公司生产的高频率 N 沟道 MOSFET 栅极驱动芯片，即LTC4440A集成芯片来实现。该驱动芯片M的特点是能以高达 80V 的输入电压工作，且能在高达 100V 瞬态时可连续工作。
所述光束激发式逻辑放大电路主要由功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P4的正极输入端相连接、正极经光二极管D3后接地的极性电容C12，一端与极性电容C12的正极相连接、另一端经二极管D4后接地的电阻R14，正极与电阻R14和二极管D4的连接点相连接、负极接地的极性电容C14，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P4的正极输入端相连接的电阻R15，串接在功率放大器P4的负极输入端与输出端之间的电阻R16，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与与非门IC3的负极输入端相连接的电阻R17，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极与与非门IC3的负极输入端相连接的电容C13，以及一端与极性电容C14的正极相连接、另一端与与非门IC2的负极输入端相连接的电阻R18组成。
所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P4的负极输入端相连接，其输出端与与非门IC2的正极输入端相连接；与非门IC3的正极输入端与功率放大器P4的输出端相连接，其输出端则与驱动芯片M的TD管脚相连接；所述功率放大器P4的正极输入端则与开关功率放大电路相连接，极性电容C12的正极则与自举电路相连接。
所述的开关功率放大电路主要由功率放大器P1，功率放大器P2，功率放大器P3，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，极性电容C8，串接在功率放大器P1的输出端与负极输入端之间的一级RC滤波电路，串接在功率放大器P2的输出端与正极输入端之间的二级RC滤波电路，以及电阻R3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7及二极管D1组成。
其中，所述的一级RC滤波电路由电阻R6和电容C3并联而成，即电阻R6和电容C3均串接在功率放大器P1的负极输入端与输出端之间；所述的二级RC滤波电路则由电阻R7和电容C4并联而成，即电阻R7和电容C4均串接在功率放大器P2的正极输入端与输出端之间。同时，该功率放大器P1的负极输入端还与功率放大器P2的正极输入端相连接。
三极管Q1的基极与功率放大器P1的输出端相连接，其集电极经电阻R3后与功率放大器P3的正极输入端相连接，其发射极则与三极管Q2的基极相连接；三极管Q2的集电极经电阻R8后与功率放大器P3的负极输入端相连接，同时，该三极管Q2的集电极还外接+10V电压。
三极管Q3的基极经电阻R9后与功率放大器P2的输出端相连接，其集电极则经电阻R12后与三极管Q2的基极相连接。电容C6则与电阻R9相并联，为确保效果，该电容C6优先采用电解电容来实现。连接时，电容C6的负极与三极管Q3的基极相连接，其正极则与功率放大器P2的输出端相连接。电容C5的正极与功率放大器P3的负极输入端相连接，其负极则与三极管Q2的发射极相连接。同时，该电容C5的负极和三极管Q2的发射极均接地。
极性电容C8的正极与驱动芯片M的INP管脚相连接，且负极分别与电容C5的负极和三极管Q2的发射极相连接。
电阻R10的一端与三极管Q3的基极相连接，其另一端外接-4V的电压；而电阻R11的一端与三极管Q3的发射极相连接，其另一端则同样外接-4V的电压。电容C7则与电阻R11相并联。同样，所述电容C5和电容C7也均采用电解电容来实现。
所述二极管D1的N极与三极管Q1的集电极相连接，其P极在外接-4V的电压。
为确保功率放大器P1和功率放大器P2的正常运行，该电容C3和电容C4均优先采用贴片电容来实现。
所述自举电路由场效应管MOS、极性电容C1、极性电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R4和电阻R5组成。连接时，电阻R5的一端与场效应管MOS的源极相连接，其另一端与极性电容C12的正极相连接；极性电容C1的负极与场效应管MOS的栅极相连接，其正极经电阻R1后与场效应管MOS的漏极相连接，而电阻R2则与极性电容C1相并联。
所述极性电容C2的正极与极性电容C1的正极相连接，其负极与场效应管MOS的源极相连接。而电阻R4的一端与极性电容C2的正极相连接，其另一端接地。
所述场效应管MOS的漏极需要与功率放大器P1的正极输入端相连接，而其源极则需要分别与功率放大器P1的负极输入端和功率放大器P2的正极输入端相连接。同时，功率放大器P2的负极输入端需要与功率放大器P4的正极输入端相连接。
为确保场效应管MOS和开关功率放大电路的正常工作，因此该场效应管MOS的漏极需要外接+12V的电压。
所述的驱动电路则由变压器T、二极管D2、电容C9、电阻R13、电容C10、电容C11及晶体管Q4组成。连接时，二极管D2的P极与驱动芯片M的VCC管脚相连接，其N极则与驱动芯片M的BOOST管脚相连接。电容C9的正极与驱动芯片M的BOOST管脚相连接，其负极则与驱动芯片M的TG管脚相连接。
电阻R13为分压电阻，其串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间。而晶体管Q4的基极则与驱动芯片M的TG管脚相连接，其集电极顺次经电容C10和电容C11后接地，其发射极接地。同时，该晶体管Q4的集电极还需要外接+6V的直流电压，以确保晶体管Q4拥有足够的偏置电压来驱动其自身导通。
为确保使用效果，所述电容C9、电容C10和电容C11均采用贴片电容来实现。所述变压器T用于将外部的+6V直流电压进行变压处理后输出给外部的场效应管。
该变压器T的原边线圈的同名端与电容C10和电容C11的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q4的发射极相连接后接地。同时，晶体管Q4的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。
变压器T的副边线圈的同名端、抽头Y1、抽头Y2和副边线圈的非同名端一起作为本发明的输出端。根据实际的情况，用户可以只选用这四个输出端的任意一个或几个端口使用即可。
如上所述，便可以很好的实现本发明。
Claims (4)
1.一种节能型功率放大式栅极驱动系统，主要由驱动芯片M，与驱动芯片M相连接的驱动电路，与驱动芯片M相连接的开关功率放大电路，以及与该开关功率放大电路相连接的自举电路组成，其特征在于，还设有与驱动芯片M、开关功率放大电路和自举电路相连接的光束激发式逻辑放大电路；所述光束激发式逻辑放大电路主要由功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P4的正极输入端相连接、正极经光二极管D3后接地的极性电容C12，一端与极性电容C12的正极相连接、另一端经二极管D4后接地的电阻R14，正极与电阻R14和二极管D4的连接点相连接、负极接地的极性电容C14，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P4的正极输入端相连接的电阻R15，串接在功率放大器P4的负极输入端与输出端之间的电阻R16，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与与非门IC3的负极输入端相连接的电阻R17，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极与与非门IC3的负极输入端相连接的电容C13，以及一端与极性电容C14的正极相连接、另一端与与非门IC2的负极输入端相连接的电阻R18组成；所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P4的负极输入端相连接，其输出端与与非门IC2的正极输入端相连接；与非门IC3的正极输入端与功率放大器P4的输出端相连接，其输出端则与驱动芯片M的TD管脚相连接；所述功率放大器P4的正极输入端则与开关功率放大电路相连接，极性电容C12的正极则与自举电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能型功率放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述开关功率放大电路由功率放大器P1，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P1的输出端与负极输入端之间的电阻R6和电容C3，串接在功率放大器P2的输出端与正极输入端之间的电阻R7和电容C4，基极与功率放大器P1的输出端相连接、集电极经电阻R3后与功率放大器P3的正极输入端相连接的三极管Q1，基极与三极管Q1的发射极相连接、集电极经电阻R8后与功率放大器P3的负极输入端相连接的三极管Q2，基极经电阻R9后与功率放大器P2的输出端相连接、集电极经电阻R12后与三极管Q2的基极相连接的三极管Q3，正极与功率放大器P3的负极输入端相连接、而负极与三极管Q2的发射极相连接并接地的电容C5，与电阻R9相并联的电容C6，一端与三极管Q3的基极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R10，一端与三极管Q3的发射极相连接、另一端外接-4V电压的电阻R11，与电阻R11相并联的电容C7，N极与三极管Q1的集电极相连接、P极外接-4V电压的二极管D1，以及正极与驱动芯片M的INP管脚相连接、负极与三极管Q2的发射极相连接后再接地的极性电容C8组成，所述功率放大器P3的输出端则与驱动芯片M的VCC管脚相连接；
所述的自举电路则由场效应管MOS，一端与场效应管MOS的源极相连接、另一端与极性电容C12的正极相连接的电阻R5，负极与场效应管MOS的栅极相连接、正极经电阻R1后与场效应管MOS的漏极相连接的极性电容C1，与极性电容C1相并联的电阻R2，正极与极性电容C1的正极相连接、负极与场效应管MOS的源极相连接的极性电容C2，以及一端与极性电容C2的正极相连接、另一端接地的电阻R4组成；所述场效应管MOS的漏极与功率放大器P1的正极输入端相连接，且该漏极还同时外接+12V电压，场效应管MOS的源极则分别与功率放大器P1的负极输入端和功率放大器P2的正极输入端相连接，而功率放大器P2的负极输入端则与功率功率放大器P4的正极输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的一种节能型功率放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述驱动电路由变压器T，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D2，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C9，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R13，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接、集电极顺次经电容C10和电容C11后接地、而发射极也接地的晶体管Q4组成；所述变压器T的原边线圈的同名端与电容C10和电容C11的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q4的发射极相连接；同时，晶体管Q4的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。
4.根据权利要求3所述的一种节能型功率放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述驱动芯片M为LTC4440A集成芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150311 |