CN104467406A

CN104467406A - Led恒流驱动器

Info

Publication number: CN104467406A
Application number: CN201310420391.8A
Authority: CN
Inventors: 裘卫红; 张波; 胡遇杰
Original assignee: Shenzhen Kiwi Microelectronic Co ltd
Current assignee: Kiwi?Instruments?Corportion
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-25

Abstract

一种LED恒流驱动器，包括降压型变换器单元、采样单元和控制单元；其中，所述降压型变换器单元包括电感和开关；所述采样单元与所述电感并联，并给提供反馈信号；所述控制单元包括基准电压提供端，并通过所述采样单元提供的反馈信号和所述基准电压的差值控制所述开关导通或断开。本发明提供的技术方案节省了传统的LED恒流驱动器设计中在降压型变换器单元中设计的采样电阻，消除了采样电阻在降压型变换器单元中产生的损耗，从而降低了所述降压型变换器单元的设计成本和提高了转换效率。

Description

LED恒流驱动器

技术领域

本发明涉及一种LED恒流驱动器。

背景技术

由于降压型转换器（Buck）电路具有相对较好的转换效率，电路结构简单的优点，故越来越多的被应用于非隔离型的LED恒流驱动器的电路设计中。

图1所示为现有技术中的恒流驱动器电路结构，其中包括降压型转换器单元10和控制电路单元20。如图1中所示，所述降压型转换器单元10包括输入电压源Vin、功率开关S1、半导体二极管D1、电感L、输出电容Cout和采样电阻Rsen。所述降压型转换器的基本工作原理为：

在导通时间Ton内，功率开关S1导通，电感L将能量以磁场的形式储存起来，随着输入电压源Vin对电感L的充电，电感L中产生电感电流I_L。所述电感电流I_L对输出电容Cout充电，并对负载LED提供负载电流Io。这个阶段里，所述半导体二极管D1被反相偏置而截止。

在截止时间Toff内，功率开关S1截止，电感L中消失的磁场使其极性颠倒，二极管D1处于正向偏压而导通，电感L和输出电容Cout对负载LED提供负载电流Io。

其中，所述采样电阻Rsen采样流经电感L的电流作为反馈信号提供给所述控制电路20。具体为，在所述采样电阻Rsen和电感之间的节点a处，引出反馈信号提供端连接至所述控制电路20中的运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端连接以基准电压源提供的固定的基准电压V_REF，将两输入端连接的信号所产生的误差信号送给占空比控制电路21来控制功率开关S1的导通和关段以达到控制输出电流的目的。

一般的，在上述降压型变换器电路中，其输出的负载电流Io的平均电流与电感L的中流过的电流IL电流相等，所以采样电阻的选择由以下关系决定：

R_{sen} = \frac{V_{REF}}{I_{o}}

但是这种设计的存在的缺陷主要由两个：一是由于采样电阻Rsen与电感L串联，所述电感L的电流IL会在采样电阻Rsen上产生较大的导通损耗，从而降低所述降压型变换器的效率；二是必须在所述降压型变换器电路单元中增加采样电阻Rsen，相应的增加了所述降压型变化器电路的设计成本。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中对降压型转换器电路的控制设计中出现的问题，提供一种新的解决方法。

本发明提供了一种LED恒流驱动器，包括降压型变换器单元、采样单元和控制单元；其中，

所述降压型变换器单元包括电感和开关；

所述采样单元与所述电感并联，并给提供反馈信号；

所述控制单元包括基准电压提供端，并通过所述采样单元提供的反馈信号和所述基准电压的差值控制所述开关导通或断开。

在一个实施例中，所述采样单元包括采样电容、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联后与所述电感并联，所述采样电容与所述第一电阻并联，且所述采样电容、第一电阻和第二电阻共接点与所述控制单元连接，以给所述控制单元提供反馈信号。

在一个实施例中，所述采样单元中的采样电容、第一电阻和第二电阻与所述电感满足：

\frac{L}{DCR} = \frac{R_{1} \cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}} \cdot C_{1}

其中，L代表所述电感的电感值，DCR代表所述电感的直流阻抗，R₁代表所述第一电阻的阻值，R₂代表所述第二电阻的阻值，所述C₁代表所述采样电容的电容。

在一个实施例中，所述控制单元包括运算放大器、基准电压电压源和占空比控制模块，所述运算放大器的同相输入端连接所述采样单元反馈信号提供端，所述运算放大器的反相输入端连接所述基准电压源，所述运算放大器的输出端连接所述占空比触发单元的输入端，所述占空比控制模块的输出端连接所述开关。

在一个实施例中，所述降压型转换器单元还包括输入电压源、二极管、输出电容和LED负载，所述输入电压源通过所述二极管与所述开关连接，所述二极管的正极接地；所述电感和输出电容串联且与所述二极管的两端并联，所述LED负载与所述输出电容并联。

本实施提供的技术方案可以节省了传统的LED恒流驱动器设计中在降压型变换器单元中设计的采样电阻，消除了采样电阻在降压型变换器单元中产生的损耗，从而降低了所述降压型变换器单元的设计成本和提高了转换效率。

在一个实施例中，利用电感的串联阻抗DCR作为采样电阻，同时利用第一电阻R1的阻值R1和第二电阻R2的阻值R2的比例来改变反馈信号的幅度以达到调节输出电流的目的，提高了所述降压型变换器单元的系统转换效率。

在一个实施例中，可以利用采样电容C1与电阻R1和电阻R2的时间常数相同达到阻抗匹配的目的。

附图说明

图1为现有技术中的恒流驱动器电路结构；

图2为本实施例中提供的恒流驱动器电路结构。

具体实施方式

为了节省成本和提高系统的转换效率，本发明提出了利用电感串联阻抗采样的方式实现恒流控制的方法。

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细介绍。

图2所示为本实施例中提供的恒流驱动器电路结构。具体的，其中包括降压型转换器单元100、控制电路单元200和采样单元300。所述采样单元300与所述降压型转换器单元100中的电感L并联，以采样所述电感L中通过的电感电流I_L，并提供反馈信号给所述控制电路单元200，所述控制电路单元200根据所述反馈信号和基准电压V_REF控制所述降压型转换器单元100中开关S1的导通或者截止。

具体地，如图中所示，所述降压型转换器单元100由输入电压源、开关S1、半导体二极管D1、电感L1、输出电容Cout和采样电阻R_sen组成。所述输入电压源提供电源电压Vin，并与所述二极管D1、所述开关S1连接，所述二极管D1的阳极接地；所述电感L1和输出电容Cout串联且与所述二极管D1的两端并联，所述负载LED与所述输出电容Cout并联。

所述控制单元200包括运算放大器、基准电压电压源和占空比控制模块210，所述运算放大器的同相输入端连接采样单元300提供的反馈信号，所述运算放大器的反相输入端连接所述基准电压源提供的固定的基准电压V_REF，所述运算放大器的输出端连接所述占空比控制模块210的输入端，所述占空比控制模块210的输出端连接所述开关S1。所述占空比控制单元210由所述采样单元300提供的反馈信号和所述基准电压源提供的基准电压V_REF的差值控制所述开关S1导通或断开。

所述采样单元300包括采样电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2串联并与所述电感L1并联，所述采样电容C1与所述第一电阻R1并联。所述采样电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2共接点b为所述采样单元300的反馈信号提供端，与所述控制单元200中的运算放大器的同相输入端连接，以给所述控制单元200提供反馈信号。

在本实施例中，所述电感L1的电路模型可以等效为一个直流阻抗为DCR的电阻和电感值为L的理想电感的串联。其中直流阻抗DCR是由电感L1绕制过程中所用的导线产生，电感值L为电路本身所需要的电感量。

为了计算方便以下分析将在S域进行。

首先，电感L1两端的电压V_L由电感电流I_L和电感L1的直流阻抗DCR决定：

V_{L} (s) = I_{L} (s) \cdot (s \cdot L + DCR) = I_{L} (s) \cdot DCR \cdot (s \cdot \frac{L}{DCR} + 1)

其次，电容C1两端的电压V_sen可以由分压网络决定：

V_{sen} (s) = V_{L} (s) \cdot \frac{R_{1}}{s \cdot R_{1} \cdot R_{2} \cdot C_{1} + R_{1} + R_{2}} = I_{L} (s) \cdot \frac{DCR \cdot R_{1}}{R_{1} + R_{2}} \cdot \frac{s \frac{L}{DCR} + 1}{s \cdot \frac{R_{1} \cdot R_{2} \cdot C_{1}}{R_{1} + R_{2}} + 1}

其中，所述R₁为第一电阻R1的阻值，R₂为第二电阻R2的阻值，C₁为采样电容C1的电容量。

设定电感和采样电路单元的时间常数相等：

\frac{L}{DCR} = \frac{R_{1} \cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}} \cdot C_{1}

可得到所述反馈信号Vsen由以下关系决定：

V_{sen} (s) = I_{L} (s) \cdot \frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}} \cdot DCR

同时，所述输出电流I_o满足：

I_{o} = \frac{V_{REF}}{\frac{R_{1}}{R_{1} + R_{2}} \cdot DCR}

由此可知，在本实施例中，可以利用电感的串联阻抗DCR作为采样电阻，同时利用第一电阻R1的阻值R₁和第二电阻R2的阻值R₂的比例来改变反馈信号V_sen的幅度以达到调节输出电流的目的，并且可以利用采样电容C1与第一电阻R1和第二电阻R2的时间常数达到阻抗匹配的目的。

本实施提供的技术方案可以节省了传统设计中在降压型变换器单元中设计的采样电阻，消除了采样电阻在降压型变换器单元中产生的损耗，从而降低了所述降压型变换器单元的设计成本，并且提高了所述降压型变换器单元的系统转换效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种LED恒流驱动器，其特征在于，包括降压型变换器单元、采样单元和控制单元；其中，

所述降压型变换器单元包括电感和开关；

所述采样单元与所述电感并联，并提供反馈信号；

所述控制单元包括输出基准电压的基准电压提供端，并通过所述采样单元提供的反馈信号和所述基准电压的差值控制所述开关导通或断开。

2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述采样单元包括采样电容、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联后与所述电感并联，所述采样电容与所述第一电阻并联，且所述采样电容、第一电阻和第二电阻公共接点与所述控制单元连接，以给所述控制单元提供反馈信号。

3.根据权利要求2所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述采样单元中的采样电容、第一电阻和第二电阻与所述电感满足：

\frac{L}{DCR} = \frac{R_{1} \cdot R_{2}}{R_{1} + R_{2}} \cdot C_{1}

4.根据权利要求2所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述控制单元包括运算放大器、基准电压电压源和占空比控制模块，所述运算放大器的同相输入端连接所述采样单元反馈信号提供端，所述运算放大器的反相输入端连接所述基准电压源，所述运算放大器的输出端连接所述占空比触发单元的输入端，所述占空比控制模块的输出端连接所述开关。

5.根据权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述降压型转换器单元还包括输入电压源、二极管、输出电容和LED负载，所述输入电压源通过所述二极管与所述开关连接，所述二极管的正极接地；所述电感和输出电容串联且与所述二极管的两端并联，所述LED负载与所述输出电容并联。