CN104470158B - 降压结构led驱动电路及其恒定电流驱动器和设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降压结构LED驱动电路及其恒定电流驱动器和设计方法，该驱动器包括：功率开关，直接或间接地连接至降压结构LED驱动电路中的电感；过零检测电路，响应于电感电流过零输出过零检测信号；开通信号产生电路，根据驱动信号和过零检测信号得到电感电流持续时间，根据电感电流持续时间确定电感电流断续时间，产生用于开通功率开关的置位信号，以使得电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值保持为预设值；驱动电路，根据用于关断功率开关的复位信号和所述置位信号产生所述驱动信号。本发明在相同的输出电流情况下，增大了电感的峰值电流，有利于减小电感的电感量，尤其适用于输出电流较低又要求电感量较小的场合。

Description

降压结构LED驱动电路及其恒定电流驱动器和设计方法

技术领域

本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种降压结构LED驱动电路及其恒定电流驱动器和设计方法。

背景技术

参考图1，图1示出了一种传统的源极驱动的降压结构LED驱动电路，主要包括：输入电阻R1、输入电容C2、续流二极管D1、输出负载电容C1、电感L1、第一功率开关M1、采样电阻Rcs以及恒定电流驱动器100，其中，恒定电流驱动器100包括第二功率开关M2、过零检测电路101、逻辑和驱动电路102、比较器电路103以及RS触发器104。第一功率开关M1导通时，第二功率开关M2也导通，输入电流流经输出负载电容C1和输出端Vout、电感L1、第一功率开关M1、第二功率开关M2以及采样电阻Rcs，流经电感L1的电流增加，电感L1存储能量。此时，流经输出负载电容C1和输出端Vout的电流与流过采样电阻Rcs的电流相同，第一功率开关M1和第二功率开关M2的导通时间由比较器电路103控制。当流经采样电阻Rcs的电流达到Vr1/Rcs时，比较器电路103的输出信号翻转，经RS触发器104以及逻辑和驱动电路102关断第一功率开关M1和第二功率开关M2。其中，Vr1为参考电压Vr1的电压值，Rcs为采样电阻Rcs的电阻值。

第一功率开关M1和第二功率开关M2关断后，流经电感L1的电流经续流二极管D1续流，流经电感L1的电流逐渐减小，电感L1释放能量到输出负载电容C1和输出端Vout。当流经电感L1的电流降为零时，过零检测电路101检测出电感L1的电流过零，产生过零检测信号ZCD并传输至RS触发器电路104，经逻辑和驱动电路102开通第一功率开关M1和第二功率开关M2。

第一功率开关M1和第二功率开关M2重复上面的开关动作，电路持续工作，始终处于电感电流临界导通模式。在电感电流临界导通模式下，输出平均电流基本上是电感L1的电流峰值的一半，也即：Iout＝Vr1/(2*Rcs)＝Ipk/2,其中，Iout为输出电流的平均值，Vr1为参考电压Vr1的电压值，Rcs为采样电阻Rcs的电阻值，Ipk为电感L1的峰值电流。而电感L1的峰值电流固定为Vr1/Rcs，这样就可以使得输出到LED负载上的电流恒定，从而达到恒流目的。

采用图1所示的电路实现输出电流控制，电路简单，成本较低。由于输出平均电流基本上是电感L1的电流峰值的一半，因此，当输出电流很小时，峰值电流也很小。在这种情况下，为了控制导通时间不至于太小，一般要求电感L1的电感量要足够大，否则电路将无法正常工作，此时电感L1的体积就会变得非常大，导致成本升高，也不利于电路的小型化。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种降压结构LED驱动电路及其恒定电流驱动器和设计方法，降压结构LED电路处于断续工作模式，在相同的输出电流情况下，增大了电感的峰值电流，有利于减小电感的电感量，尤其适用于输出电流较低又要求电感量较小的场合。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种降压结构LED驱动电路的恒定电流驱动器，包括：

功率开关，直接或间接地连接至所述降压结构LED驱动电路中的电感；

过零检测电路，检测流经所述电感的电感电流，响应于所述电感电流过零，所述过零检测电路输出过零检测信号；

开通信号产生电路，根据驱动信号和所述过零检测信号得到电感电流持续时间，根据所述电感电流持续时间确定电感电流断续时间，所述开通信号产生电路产生用于开通所述功率开关的置位信号，以使得所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值保持为预设值，所述电感电流持续时间指的是所述电感电流非零的持续时间，所述电感电流断续时间指的是所述电感电流为零的持续时间；

驱动电路，根据用于关断所述功率开关的复位信号和所述置位信号产生所述驱动信号，响应于所述复位信号，所述驱动信号关断所述功率开关，响应于所述置位信号，所述驱动信号开通所述功率开关。

根据本发明的一个实施例，所述恒定电流驱动器还包括：峰值电流比较器电路，采样得到峰值电压并将其与预设的参考电压比较，响应于所述峰值电压上升达到所述参考电压，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号，所述峰值电压对应于流经所述电感的峰值电流。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：

第一功率管，其漏端配置为连接所述电感，其栅端配置为直接或间接地接收所述LED驱动电路的输入电压；

第二功率管，其漏端连接所述第一功率管的源端，其栅端接收所述驱动信号，其源端配置为直接或间接接地。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：第二功率管，其漏端配置为连接所述电感，其栅端接收所述驱动信号，其源端配置为直接或间接接地。

根据本发明的一个实施例，所述过零检测电路的输入端连接至所述第二功率管的漏端，通过检测所述第二功率管的漏端信号产生所述过零检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述过零检测信号的输入端连接至所述第二功率管的栅端，通过检测所述第二功率管的栅端信号产生所述过零检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述过零检测信号的输入端连接至辅助绕组，通过检测流过所述辅助绕组的电流产生所述过零检测信号，所述辅助绕组与所述电感耦合。

根据本发明的一个实施例，所述开通信号产生电路包括：

第一触发器电路，根据所述过零检测信号和驱动信号产生第一输出信号，所述第一输出信号指示所述电感电流持续时间或电感电流断续时间；

定时电路，接收所述第一输出信号，在所述第一输出信号的控制下进行电容的充放电以产生第二输出信号；

第二触发器电路，根据所述第一输出信号和第二输出信号产生所述置位信号。

根据本发明的一个实施例，所述定时电路包括：

第一电容；

第一电流源，其第一端连接电源；

第一开关，其第一端连接所述第一电流源的第二端，其第二端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号，所述第一电容的第二端接地；

第二开关，其第一端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电流源，其第一端连接所述第二开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第一电容的第一端，其第二输入端接收所述预设的基准电压，其输出端输出所述第二输出信号。

根据本发明的一个实施例，当所述驱动信号为逻辑高电平时，所述第一触发器电路输出的第一输出信号为逻辑高电平，所述第二触发器电路输出的置位信号为逻辑低电平，所述第一开关关断，所述第二开关导通，所述第一电容经由所述第二电流源放电，当放电至所述第一电容两端的电压低于所述基准电压时，所述比较器输出的第二输出信号为逻辑低电平；当所述驱动信号转变为逻辑低电平时，所述第一输出信号不变，所述第一电容持续放电，直至所述电感电流过零而产生所述过零检测信号；响应于所述过零检测信号，所述第一输出信号转变为逻辑低电平，所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述第一电容经由所述第一电源充电，当充电至所述第一电容两端的电压高于所述基准电压时，所述第二输出信号翻转为逻辑高电平，所述置位信号转变为逻辑高电平。

根据本发明的一个实施例，所述定时电路包括：

第三电流源，其第一端连接电源；

第三开关，其第一端连接所述第三电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电容，其第一端连接所述第三开关的第二端，其第二端接地；

第四电流源，其第一端连接电源；

第四开关，其第一端连接所述第四电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号；

第三电容，其第一端连接所述第四开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第二电容的第一端，其第二输入端连接所述第三电容的第一端，其输出端输出所述第二输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述恒定电流驱动器还包括：

第五开关，其第一端连接所述第二电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

第六开关，其第一端连接所述第三电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

响应于所述置位信号，所述第五开关和第六开关闭合，以将所述第二电容和第三电容两端的电压清零。

根据本发明的一个实施例，所述驱动电路包括：

RS触发器，其置位输入端接收所述置位信号，其复位输入端接收所述复位信号；

逻辑和驱动电路，其输入端连接所述RS触发器的输出端，其输出端输出所述驱动信号。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关导通时，所述电感电流和峰值电压增大，当所述峰值电压达到所述参考电压时，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号以关断所述功率开关；所述功率开关关断后，所述电感电流减小，当所述电感电流减小到零时，所述过零检测电路产生所述过零检测信号；所述功率开关的开通由所述开通信号产生电路控制，所述开通信号产生电路根据所述驱动信号和过零检测信号确定所述电感电流持续时间，由所述电感电流持续时间控制所述电感电流断续时间，以保持所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值为所述预设值。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种降压结构LED驱动电路，包括：

续流二极管，其阴极连接输入电压接入端；

输出电容，其第一端连接所述续流二极管的阴极；

电感，其第一端连接所述续流二极管的阳极，其第二端连接所述输出电容的第二端；

恒定电流驱动器，所述恒定电流驱动器包括：

功率开关，其第一端连接所述电感的第一端，其第二端经由采样电阻接地；

过零检测电路，检测流经所述电感的电感电流，响应于所述电感电流过零，所述过零检测电路输出过零检测信号；

开通信号产生电路，根据驱动信号和所述过零检测信号得到电感电流持续时间，根据所述电感电流持续时间确定电感电流断续时间，所述开通信号产生电路产生用于开通所述功率开关的置位信号，以使得所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值保持为预设值，所述电感电流持续时间指的是所述电感电流非零的持续时间，所述电感电流断续时间指的是所述电感电流为零的持续时间；

驱动电路，根据用于关断所述功率开关的复位信号和所述置位信号产生所述驱动信号，响应于所述复位信号，所述驱动信号关断所述功率开关，响应于所述置位信号，所述驱动信号开通所述功率开关。

根据本发明的一个实施例，所述恒定电流驱动器还包括：峰值电流比较器电路，采样得到所述采样电阻两端的峰值电压并将其与预设的参考电压比较，响应于所述峰值电压上升达到所述参考电压，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号。

根据本发明的一个实施例，所述LED驱动电路还包括：

输入电阻，其第一端连接所述输入电压接入端；

输入电容，其第一端连接所述输入电阻的第二端，其第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：

第一功率管，其漏端连接所述电感的第一端，其栅端连接所述输入电阻的第二端；

第二功率管，其漏端连接所述第一功率管的源端，其栅端接收所述驱动信号，其源端经由所述采样电阻接地。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：第二功率管，其漏端连接所述电感的第一端，其栅端接收所述驱动信号，其源端经由所述采样电阻接地。

根据本发明的一个实施例，所述过零检测电路的输入端连接至所述第二功率管的漏端，通过检测所述第二功率管的漏端信号产生所述过零检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述过零检测信号的输入端连接至所述第二功率管的栅端，通过检测所述第二功率管的栅端信号产生所述过零检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述过零检测信号的输入端连接至辅助绕组，通过检测流过所述辅助绕组的电流产生所述过零检测信号，所述辅助绕组与所述电感耦合。

根据本发明的一个实施例，所述开通信号产生电路包括：

第一触发器电路，根据所述过零检测信号和驱动信号产生第一输出信号，所述第一输出信号指示所述电感电流持续时间或电感电流断续时间；

定时电路，接收所述第一输出信号，在所述第一输出信号的控制下进行电容的充放电以产生第二输出信号；

第二触发器电路，根据所述第一输出信号和第二输出信号产生所述置位信号。

根据本发明的一个实施例，所述定时电路包括：

第一电容；

第一电流源，其第一端连接电源；

第一开关，其第一端连接所述第一电流源的第二端，其第二端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号，所述第一电容的第二端接地；

第二开关，其第一端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电流源，其第一端连接所述第二开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第一电容的第一端，其第二输入端接收所述预设的基准电压，其输出端输出所述第二输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述定时电路包括：当所述驱动信号为逻辑高电平时，所述第一触发器电路输出的第一输出信号为逻辑高电平，所述第二触发器电路输出的置位信号为逻辑低电平，所述第一开关关断，所述第二开关导通，所述电容经由所述第二电流源放电，当放电至所述电容两端的电压低于所述基准电压时，所述比较器输出的第二输出信号为逻辑低电平；当所述驱动信号转变为逻辑低电平时，所述第一输出信号不变，所述电容持续放电，直至所述电感电流过零而产生所述过零检测信号；响应于所述过零检测信号，所述第一输出信号转变为逻辑低电平，所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述电容经由所述第一电源充电，当充电至所述电容两端的电压高于所述基准电压时，所述第二输出信号翻转为逻辑高电平，所述置位信号转变为逻辑高电平。

根据本发明的一个实施例，所述定时电路包括：

第三电流源，其第一端连接电源；

第三开关，其第一端连接所述第三电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电容，其第一端连接所述第三开关的第二端，其第二端接地；

第四电流源，其第一端连接电源；

第四开关，其第一端连接所述第四电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号；

第三电容，其第一端连接所述第四开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第二电容的第一端，其第二输入端连接所述第三电容的第一端，其输出端输出所述第二输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述LED驱动电路还包括：

第五开关，其第一端连接所述第二电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

第六开关，其第一端连接所述第三电容固定第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

响应于所述置位信号，所述第五开关和第六开关闭合，以将所述第二电容和第三电容两端的电压清零。

根据本发明的一个实施例，所述驱动电路包括：

RS触发器，其置位输入端接收所述置位信号，其复位输入端接收所述复位信号；

逻辑和驱动电路，其输入端连接所述RS触发器的输出端，其输出端输出所述驱动信号。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关导通时，所述电感电流和峰值电压增大，当所述峰值电压达到所述参考电压时，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号以关断所述功率开关；所述功率开关关断后，所述电感电流减小，当所述电感电流减小到零时，所述过零检测电路产生所述过零检测信号；所述功率开关的开通由所述开通信号产生电路控制，所述开通信号产生电路根据所述驱动信号和过零检测信号确定所述电感电流持续时间，由所述电感电流持续时间控制所述电感电流断续时间，以保持所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值为所述预设值。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种降压结构LED驱动电路的设计方法，适用于上述任一种LED驱动电路，包括：

计算所述电感电流的峰值；

根据所述电感电流的峰值计算所述降压结构LED驱动电路的输出平均电流；

当所述输出平均电流低于预设的电流阈值时，增大所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值，以提高所述电感电流的峰值，从而减小所述电感的电感量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种降压结构LED驱动电路的设计方法，适用于上述任一种LED驱动电路，包括：

计算所述电感电流的峰值，计算公式为：Ipk＝Vr1/Rcs，其中，Ipk为所述电感电流的峰值，Vr1为所述参考电压，Rcs为所述采样电阻的电阻值；

根据所述电感电流的峰值计算所述降压结构LED驱动电路的输出平均电流，计算公式为：Iout＝Vr1/[2*Rcs*(K+1)]＝Ipk/[2*(K+1)]，其中，Iout为所述输出平均电流，K为所述电感电流断续时间与电感电流持续时间的比值；

当所述输出平均电流低于预设的电流阈值时，增大所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值，以提高所述电感电流的峰值，从而减小所述电感的电感量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的降压结构LED驱动电路的恒定电流驱动器利用电感的峰值电流来控制功率开关的开通时间，使用开通信号产生电路来确定功率开关的关断时间，将电感电流持续时间与电感电流断续时间的比值始终保持为预设的固定值。采用这样的方案，电路处于电流断续工作模式，在相同的输出电流情况下，通过调节上述预设的固定值，可以增大电感的峰值电流，从而有利于减小电感量。

本发明实施例的降压结构LED驱动电路及其恒定电流驱动器尤其适合于输出电流较低同时又要求电感量较小的应用场合，可以精确控制输出电流，电路的线路结构简单，易于实现。

附图说明

图1是现有技术中一种降压结构LED驱动电路的电路结构示意图；

图2是根据本发明第一实施例的降压结构LED驱动电路的电路结构示意图；

图3是图2所示降压结构LED驱动电路的工作信号波形图；

图4是根据本发明第一实施例的降压结构LED驱动电路中的开通信号产生电路的详细电路结构图；

图5是根据本发明第一实施例的降压结构LED驱动电路中的开通信号产生电路的工作信号波形图；

图6是根据本发明第一实施例的降压结构LED驱动电路中的开通信号产生电路中的另一种定时电路的电路结构图；

图7是根据本发明第二实施例的降压结构LED驱动电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

第一实施例

参考图2，第一实施例的降压结构LED驱动电路包括：输入电阻R1、输入电容C2、续流二极管D1、负载电容C1、电感L1、采样电阻Rcs以及恒定电流驱动器200。其中，恒定电流驱动器包括：功率开关，该功率开关可以包括功率管M1和功率管M2；过零检测电路201；峰值电流比较器电路203；开通信号产生电路205；驱动电路210，该驱动电路210可以包括RS触发器204以及逻辑和驱动电路202。

其中，输入电阻R1的第一端连接输入电压接入端Vin；输入电容C2的第一端连接输入电阻R1的第二端，其第二端接地；续流二极管D1的阴极连接输入电压接入端Vin；输出电容C1的第一端连接续流二极管D1的阴极，输出电容C1用于与负载并联，例如和LED负载并联；电感L1的第一端连接续流二极管D1的阳极，其第二端连接输出电容C1的第二端。

功率管M1的漏端连接电感L1的第一端，其栅端连接输入电阻R1的第二端；功率管M2的漏端连接功率管M1的源端，其栅端接收驱动信号GT，其源端经由采样电阻Rcs接地。如此，电感L1的第一端经由功率管M1、功率管M2和采样电阻Rcs形成对地的通路。采样电阻Rcs将流经电感L1、功率管M1、功率管M2的电感电流转换为采样电压CS。

过零检测电路201检测流经电感L1的电感电流，响应于电感电流过零，过零检测电路201输出过零检测信号ZCD。例如，过零检测电路201的输入端可以连接至功率管M2的漏端，通过检测功率管M2的漏端信号来实现对电感电流的过零检测，从而产生过零检测信号ZCD。或者，过零检测信号201的输入端可以连接至功率管M2的栅端，通过检测功率管M2的栅端信号来实现对电感电流的过零检测，从而产生过零检测信号ZCD。或者，过零检测信号201的输入端可以连接至与电感L1耦合的辅助绕组，通过检测流过辅助绕组的电流来实现对电感电流的过零检测，从而产生过零检测信号ZCD。

峰值电流比较器电路203对采样电阻Rcs上的电压以得到峰值电压，并将其与预设的参考电压Vr1进行比较。响应于峰值电压上升达到参考电压Vr1，峰值电流比较器电路203输出用于关断功率管M2的复位信号RESET，该峰值电压对应于流经电感的峰值电流。

开通信号产生电路205根据驱动信号GT和过零检测信号ZCD得到电感电流持续时间，再根据电感电流持续时间确定电感电流断续时间Toff2，开通信号产生电路205产生用于开通功率管M2的置位信号SET，以使得上述电感电流持续时间和电感电流断续时间Toff2的比值保持为预设值。其中，电感电流持续时间指的是电感电流非零的持续时间，电感电流断续时间Toff2指的是电感电流为零的持续时间。

更进一步而言，开通信号产生电路205定时开关导通时间Ton和电感电流去磁时间Toff1之和，该开关导通时间Ton和电感电流去磁时间Toff1之和即为电感电流持续时间。根据电感电流持续时间确定开关导通等待时间Toff2，即电感电流断续时间Toff2，并且控制电感电流持续时间和电感电流断续时间Toff2的比值为预设的固定值。在满足上述限制条件的情况下，开通信号产生电路205输出置位信号SET至驱动电路210。

驱动电路210包括：RS触发器204，其置位输入端接收置位信号SET，其复位输入端接收复位信号RESET；逻辑和驱动电路202，其输入端连接RS触发器204的输出端，其输出端输出驱动信号GT。驱动信号GT用于控制功率管M2的导通和关断。

图3示出图2的信号波形图，结合图2和图3，当功率管M1、M2导通时，流经电感L1的电感电流I_L增大，当采样电压CS达到参考电压Vr1时，峰值电流比较器电路203的输出信号翻转，也即产生复位信号RESET，该复位信号RESET经由RS触发器204以及逻辑和驱动电路202将功率开关(包括功率管M1、M2)关断。当功率管M1、M2关断后，流经电感L1的电感电流I_L逐渐减小，当流经电感L1的电感电流I_L减小到零，过零检测电路201产生过零信号ZCD。

功率管M1、M2的开通由开通信号产生电路205控制。开通信号产生电路205检测到从功率管M1、M2开通的时间点(图3中GT由低电平跳变至高电平的时间点)到电感电流I_L变为零的持续时间，即电感电流持续时间Ton+Toff1。由电感电流持续时间Ton+Toff1控制电感电流断续时间Toff2，以保持电感电流持续时间Ton+Toff1和电感电流断续时间Toff2的比值固定，即Toff2/(Ton+Toff1)＝K，K为常数，K>0，则开关周期T＝(K+1)*(Ton+Toff1)。当电感电流断续时间Toff2达到满足上述限制条件的时间值后，开通信号产生电路205产生置位信号SET，经RS触发器电路204以及逻辑和驱动电路202控制功率管M1、M2导通。

由于电感L1的峰值电流Ipk＝Vr1/Rcs，其中，Vr1为参考电压Vr1的电压值，Rcs为采样电阻Rcs的电阻值，则输出平均电流Iout＝Vr1/[2*Rcs*(K+1)]＝Ipk/[2*(K+1)]。在设计电路过程中，当通过上述方法计算得到的输出平均电流较低时(例如低于预设的电流阈值)，通过加大电感电流断续时间与电感电流持续时间的比值K，可以提高电感峰值电流Ipk，从而不用将电感L1的电感量做太大。

举例说明如下：假设输出电流为20mA，输入电压为200V，输出电压为100V，如果采用工作在临界导通模式的传统电路，电感L1的峰值电流Ipk为40mA，设置导通时间为5us，电感电流去磁时间Toff1也为5us，则需要电感量为12.5mH，此时工作频率为100KHz。如果工作在断续模式的本实施例的电路，设置K＝2，则峰值电流Ipk加大到120mA，同样设置导通时间为5us，电感电流去磁时间Toff1也为5us，电感电流断续时间为20us，则需要电感量为4.17mH，工作频率为33.33KHz。进一步的，如果把工作频率也设置在100KHz，则电感量可以设置在1.39mH。由此可见，实现同样小的输出电流，在工作频率基本相同的情况下，本实施例可以使用较小的电感量，有利于电感的小型化。

参考图4，图4示出了图2所示开通信号产生电路205的一种实现电路，包括：第一触发器电路300、定时电路310以及第二触发器电路320。其中，第一触发器电路300根据过零检测信号ZCD和驱动信号GT产生第一输出信号A，第一输出信号A指示电感电流持续时间或电感电流断续时间；定时电路310接收第一输出信号A，在所述第一输出信号的控制下进行电容的充放电以产生第二输出信号；第二触发器电路320根据第一输出信号A和第二输出信号B产生置位信号SET。

作为一个非限制性的例子，第一触发器电路300包括：或非门301，其第一输入端接收过零检测信号ZCD；或非门302，其第一输入端连接或非门301的输出端，其第二输入端接收驱动信号GT，其输出端连接或非门301的第二输入端；非门303，其输入端连接或非门302的输出端，其输出端产生第一输出信号A。

第二触发器电路320包括：或非门321，其第一输入端接收第二输出信号B；或非门322，其第一输入端连接或非门321的输出端，其第二输入端接收第一输出信号A，其输出端连接或非门321的第二输入端并产生置位信号SET。

定时电路310包括：电容C3；第一电流源I1，其第一端连接电源，用于提供充电电流；开关S1，其第一端连接第一电流源I1的第二端，其第二端连接电容C3的第一端，其控制端接收第一输出信号A的反相信号，电容C3的第二端接地，其中，第一输出信号A的反相信号可以通过第一输出信号A流经反相器311而得到；开关S2，其第一端连接电容C3的第一端，其控制端接收第一输出信号A；第二电流源I2，其第一端连接开关S2的第二端，其第二端接地，用于提供放电电流；比较器312，其第一输入端连接电容C3的第一端，其第二输入端接收预设的基准电压Vref1，其输出端输出第二输出信号B。

图5示出了开通信号产生电路的信号时序图，结合图2、图4和图5，驱动信号GT转换为逻辑高电平时，功率管M1、M2导通，第一触发器电路300产生的第一输出信号A转变为逻辑高电平，控制第二触发器320的输出信号变为逻辑低电平，定时电路310中的开关S1关断、S2开通，电容C3放电，放电电流为第二电流源I2的电流，当电容C3上的电压Vc低于基准电压Vref1时，比较器312输出的第二输出信号B为逻辑低电平。功率管M1、M2开始关断时，第一触发器电路300输出的第一输出信号A不变，电容C3持续放电，直到流过电感L1的电感电流过零，过零检测电路201输出过零检测信号ZCD，此时第一触发器电路300输出的第一输出信号A变低，定时电路310中的开关S1开通，S2关断，电容C3充电，充电电流为第一电流源I1的电流，一直充电到电压Vc高于基准电压Vref1时，比较器312输出的第二输出信号B翻转变为逻辑高电平。第二输出信号B变高后，控制第二触发器320的输出信号变为逻辑高电平，以及输出置位信号SET。因此，定时时间的关系有Toff2/(Ton+Toff1)＝I2/I1＝K，其中，I2为第二电流源I2的电流，I1为第一电流源I1的电流，即通过控制第二电流源I2的电流和第一电流源I1的电流比例就可以调节电感电流断续时间与电感电流持续时间的比例。

参考图6，图6示出了另一种定时电路310的电路结构，包括：第三电流源I3，其第一端连接电源；开关S3，其第一端连接第三电流源I3的第二端，其控制端接收第一输出信号A；电容C4，其第一端连接开关S3的第二端，其第二端接地；第四电流源I4，其第一端连接电源；开关S4，其第一端连接第四电流源I4的第二端，其控制端接收第一输出信号A的反相信号，例如经由反相器313得到第一输出信号A的反相信号；电容C5，其第一端连接开关S4的第二端，其第二端接地；比较器314，其第一输入端连接电容C4的第一端，其第二输入端连接电容C5的第一端，其输出端输出第二输出信号B；开关S5，其第一端连接电容C4的第一端，其第二端接地，其控制端接收置位信号SET；开关S6，其第一端连接电容C4的第一端，其第二端接地，其控制端接收置位信号SET。响应于置位信号SET，开关S5和开关S6闭合，电容C4和电容C5上的电荷被泄放，使得电容C4和电容C5上的电压被清零。

进一步而言，首先定时电感电流持续时间，例如在第一输出信号A为逻辑高电平时，开关S3闭合、开关S4断开，第三电流源I3对电容C4充电，在电容C4两端得到电压Vr2；而后再定时电感电流断续时间，例如在第一输出信号A为逻辑低电平时，开关S3断开、开关S4闭合，第四电流源I4对电容C5充电，当充电至电容C5两端的电压达到电压Vr2时，比较器314的输出端产生置位信号SET。在产生置位信号SET时，开关S5和开关S6闭合，将电容C4和电容C5两端的电压清零。

第二实施例

参考图7，图7所示的第二实施例的降压结构LED驱动电路与图2基本相同，区别在于，第二实施例的功率开关仅包括功率管M3，其漏端连接电感L1的第一端，其栅端接收驱动信号GT，其源端经由采样电阻Rcs接地。第二实施例中其他部件的连接结构以及工作原理与第一实施例相同，这里不再赘述。

综上，本发明提供了一种降压结构的LED驱动电路及其恒定电流驱动器，使用电感峰值电流控制功率开关的开通时间，使用开通信号产生电路确定功率开关的关断时间，开通信号产生电路控制电感电流持续时间与电感电流断续时间的比值保持固定。由于电路处于断续工作模式，在相同的输出电流情况下，可以加大电感峰值电流，从而可以减小电感量，适合使用在输出电流较低又要求电感量较小的场合，能够精确控制输出电流，线路简单，实现方便。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，只是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (32)

1.一种降压结构LED驱动电路的恒定电流驱动器，其特征在于，包括：

功率开关，直接或间接地连接至所述降压结构LED驱动电路中的电感；

过零检测电路，检测流经所述电感的电感电流，响应于所述电感电流过零，所述过零检测电路输出过零检测信号；

开通信号产生电路，根据驱动信号和所述过零检测信号得到电感电流持续时间，根据所述电感电流持续时间确定电感电流断续时间，所述开通信号产生电路产生用于开通所述功率开关的置位信号，以使得所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值保持为预设值，所述电感电流持续时间指的是所述电感电流非零的持续时间，所述电感电流断续时间指的是所述电感电流为零的持续时间；

驱动电路，根据用于关断所述功率开关的复位信号和所述置位信号产生所述驱动信号，响应于所述复位信号，所述驱动信号关断所述功率开关，响应于所述置位信号，所述驱动信号开通所述功率开关。

2.根据权利要求1所述的恒定电流驱动器，其特征在于，还包括：

峰值电流比较器电路，采样得到峰值电压并将其与预设的参考电压比较，响应于所述峰值电压上升达到所述参考电压，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号，所述峰值电压对应于流经所述电感的峰值电流。

3.根据权利要求1所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述功率开关包括：

第一功率管，其漏端配置为连接所述电感，其栅端配置为直接或间接地接收所述LED驱动电路的输入电压；

第二功率管，其漏端连接所述第一功率管的源端，其栅端接收所述驱动信号，其源端配置为直接或间接接地。

4.权利要求1所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述功率开关包括：

第二功率管，其漏端配置为连接所述电感，其栅端接收所述驱动信号，其源端配置为直接或间接接地。

5.根据权利要求3或4所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述过零检测电路的输入端连接至所述第二功率管的漏端，通过检测所述第二功率管的漏端信号产生所述过零检测信号。

6.根据权利要求3或4所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述过零检测信号的输入端连接至所述第二功率管的栅端，通过检测所述第二功率管的栅端信号产生所述过零检测信号。

7.根据权利要求1所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述过零检测信号的输入端连接至辅助绕组，通过检测流过所述辅助绕组的电流产生所述过零检测信号，所述辅助绕组与所述电感耦合。

8.根据权利要求1所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述开通信号产生电路包括：

第一触发器电路，根据所述过零检测信号和驱动信号产生第一输出信号，所述第一输出信号指示所述电感电流持续时间或电感电流断续时间；

定时电路，接收所述第一输出信号，在所述第一输出信号的控制下进行电容的充放电以产生第二输出信号；

第二触发器电路，根据所述第一输出信号和第二输出信号产生所述置位信号。

9.根据权利要求8所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述定时电路包括：

第一电容；

第一电流源，其第一端连接电源；

第一开关，其第一端连接所述第一电流源的第二端，其第二端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号，所述第一电容的第二端接地；

第二开关，其第一端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电流源，其第一端连接所述第二开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第一电容的第一端，其第二输入端接收所述预设的基准电压，其输出端输出所述第二输出信号。

10.根据权利要求9所述的恒定电流驱动器，其特征在于，当所述驱动信号为逻辑高电平时，所述第一触发器电路输出的第一输出信号为逻辑高电平，所述第二触发器电路输出的置位信号为逻辑低电平，所述第一开关关断，所述第二开关导通，所述第一电容经由所述第二电流源放电，当放电至所述第一电容两端的电压低于所述基准电压时，所述比较器输出的第二输出信号为逻辑低电平；当所述驱动信号转变为逻辑低电平时，所述第一输出信号不变，所述第一电容持续放电，直至所述电感电流过零而产生所述过零检测信号；响应于所述过零检测信号，所述第一输出信号转变为逻辑低电平，所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述第一电容经由所述第一电源充电，当充电至所述第一电容两端的电压高于所述基准电压时，所述第二输出信号翻转为逻辑高电平，所述置位信号转变为逻辑高电平。

11.根据权利要求8所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述定时电路包括：

第三电流源，其第一端连接电源；

第三开关，其第一端连接所述第三电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电容，其第一端连接所述第三开关的第二端，其第二端接地；

第四电流源，其第一端连接电源；

第四开关，其第一端连接所述第四电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号；

第三电容，其第一端连接所述第四开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第二电容的第一端，其第二输入端连接所述第三电容的第一端，其输出端输出所述第二输出信号。

12.根据权利要求11所述的恒定电流驱动器，其特征在于，还包括：

第五开关，其第一端连接所述第二电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

第六开关，其第一端连接所述第三电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

响应于所述置位信号，所述第五开关和第六开关闭合，以将所述第二电容和第三电容两端的电压清零。

13.根据权利要求1所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述驱动电路包括：

RS触发器，其置位输入端接收所述置位信号，其复位输入端接收所述复位信号；

逻辑和驱动电路，其输入端连接所述RS触发器的输出端，其输出端输出所述驱动信号。

14.根据权利要求2所述的恒定电流驱动器，其特征在于，所述功率开关导通时，所述电感电流和峰值电压增大，当所述峰值电压达到所述参考电压时，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号以关断所述功率开关；所述功率开关关断后，所述电感电流减小，当所述电感电流减小到零时，所述过零检测电路产生所述过零检测信号；所述功率开关的开通由所述开通信号产生电路控制，所述开通信号产生电路根据所述驱动信号和过零检测信号确定所述电感电流持续时间，由所述电感电流持续时间控制所述电感电流断续时间，以保持所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值为所述预设值。

15.一种降压结构LED驱动电路，其特征在于，包括：

续流二极管，其阴极连接输入电压接入端；

输出电容，其第一端连接所述续流二极管的阴极；

电感，其第一端连接所述续流二极管的阳极，其第二端连接所述输出电容的第二端；

恒定电流驱动器，所述恒定电流驱动器包括：

功率开关，其第一端连接所述电感的第一端，其第二端经由采样电阻接地；

过零检测电路，检测流经所述电感的电感电流，响应于所述电感电流过零，所述过零检测电路输出过零检测信号；

开通信号产生电路，根据驱动信号和所述过零检测信号得到电感电流持续时间，根据所述电感电流持续时间确定电感电流断续时间，所述开通信号产生电路产生用于开通所述功率开关的置位信号，以使得所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值保持为预设值，所述电感电流持续时间指的是所述电感电流非零的持续时间，所述电感电流断续时间指的是所述电感电流为零的持续时间；

驱动电路，根据用于关断所述功率开关的复位信号和所述置位信号产生所述驱动信号，响应于所述复位信号，所述驱动信号关断所述功率开关，响应于所述置位信号，所述驱动信号开通所述功率开关。

16.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述恒定电流驱动器还包括：

峰值电流比较器电路，采样得到所述采样电阻两端的峰值电压并将其与预设的参考电压比较，响应于所述峰值电压上升达到所述参考电压，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号。

17.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，还包括：

输入电阻，其第一端连接所述输入电压接入端；

输入电容，其第一端连接所述输入电阻的第二端，其第二端接地。

18.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关包括：

第一功率管，其漏端连接所述电感的第一端，其栅端连接所述输入电阻的第二端；

第二功率管，其漏端连接所述第一功率管的源端，其栅端接收所述驱动信号，其源端经由所述采样电阻接地。

19.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关包括：

第二功率管，其漏端连接所述电感的第一端，其栅端接收所述驱动信号，其源端经由所述采样电阻接地。

20.根据权利要求18或19所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述过零检测电路的输入端连接至所述第二功率管的漏端，通过检测所述第二功率管的漏端信号产生所述过零检测信号。

21.根据权利要求18或19所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述过零检测信号的输入端连接至所述第二功率管的栅端，通过检测所述第二功率管的栅端信号产生所述过零检测信号。

22.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述过零检测信号的输入端连接至辅助绕组，通过检测流过所述辅助绕组的电流产生所述过零检测信号，所述辅助绕组与所述电感耦合。

23.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述开通信号产生电路包括：

第一触发器电路，根据所述过零检测信号和驱动信号产生第一输出信号，所述第一输出信号指示所述电感电流持续时间或电感电流断续时间；

定时电路，接收所述第一输出信号，在所述第一输出信号的控制下进行电容的充放电以产生第二输出信号；

第二触发器电路，根据所述第一输出信号和第二输出信号产生所述置位信号。

24.根据权利要求23所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述定时电路包括：

第一电容；

第一电流源，其第一端连接电源；

第一开关，其第一端连接所述第一电流源的第二端，其第二端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号，所述第一电容的第二端接地；

第二开关，其第一端连接所述第一电容的第一端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电流源，其第一端连接所述第二开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第一电容的第一端，其第二输入端接收所述预设的基准电压，其输出端输出所述第二输出信号。

25.根据权利要求24所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，当所述驱动信号为逻辑高电平时，所述第一触发器电路输出的第一输出信号为逻辑高电平，所述第二触发器电路输出的置位信号为逻辑低电平，所述第一开关关断，所述第二开关导通，所述第一电容经由所述第二电流源放电，当放电至所述第一电容两端的电压低于所述基准电压时，所述比较器输出的第二输出信号为逻辑低电平；当所述驱动信号转变为逻辑低电平时，所述第一输出信号不变，所述第一电容持续放电，直至所述电感电流过零而产生所述过零检测信号；响应于所述过零检测信号，所述第一输出信号转变为逻辑低电平，所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述第一电容经由所述第一电源充电，当充电至所述第一电容两端的电压高于所述基准电压时，所述第二输出信号翻转为逻辑高电平，所述置位信号转变为逻辑高电平。

26.根据权利要求23所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述定时电路包括：

第三电流源，其第一端连接电源；

第三开关，其第一端连接所述第三电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号；

第二电容，其第一端连接所述第三开关的第二端，其第二端接地；

第四电流源，其第一端连接电源；

第四开关，其第一端连接所述第四电流源的第二端，其控制端接收所述第一输出信号的反相信号；

第三电容，其第一端连接所述第四开关的第二端，其第二端接地；

比较器，其第一输入端连接所述第二电容的第一端，其第二输入端连接所述第三电容的第一端，其输出端输出所述第二输出信号。

27.根据权利要求26所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，还包括：

第五开关，其第一端连接所述第二电容的第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

第六开关，其第一端连接所述第三电容固定第一端，其第二端接地，其控制端接收所述置位信号；

响应于所述置位信号，所述第五开关和第六开关闭合，以将所述第二电容和第三电容两端的电压清零。

28.根据权利要求15所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：

RS触发器，其置位输入端接收所述置位信号，其复位输入端接收所述复位信号；

逻辑和驱动电路，其输入端连接所述RS触发器的输出端，其输出端输出所述驱动信号。

29.根据权利要求16所述的降压结构LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关导通时，所述电感电流和峰值电压增大，当所述峰值电压达到所述参考电压时，所述峰值电流比较器电路输出所述复位信号以关断所述功率开关；所述功率开关关断后，所述电感电流减小，当所述电感电流减小到零时，所述过零检测电路产生所述过零检测信号；所述功率开关的开通由所述开通信号产生电路控制，所述开通信号产生电路根据所述驱动信号和过零检测信号确定所述电感电流持续时间，由所述电感电流持续时间控制所述电感电流断续时间，以保持所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值为所述预设值。

30.权利要求15至29中任一项所述的降压结构LED驱动电路的设计方法，其特征在于，包括：

计算所述电感电流的峰值；

根据所述电感电流的峰值计算所述降压结构LED驱动电路的输出平均电流；

当所述输出平均电流低于预设的电流阈值时，增大所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值，以提高所述电感电流的峰值，从而减小所述电感的电感量。

31.权利要求16或29所述的降压结构LED驱动电路的设计方法，其特征在于，包括：

计算所述电感电流的峰值，计算公式为：Ipk＝Vr1/Rcs，其中，Ipk为所述电感电流的峰值，Vr1为所述参考电压，Rcs为所述采样电阻的电阻值；

根据所述电感电流的峰值计算所述降压结构LED驱动电路的输出平均电流，计算公式为：Iout＝Vr1/[2*Rcs*(K+1)]＝Ipk/[2*(K+1)]，其中，Iout为所述输出平均电流，K为所述电感电流断续时间与电感电流持续时间的比值；

当所述输出平均电流低于预设的电流阈值时，增大所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值，以提高所述电感电流的峰值，从而减小所述电感的电感量。

32.权利要求17至28中任一项所述的降压结构LED驱动电路的设计方法，其特征在于，包括：

计算所述电感电流的峰值，计算公式为：Ipk＝Vr1/Rcs，其中，Ipk为所述电感电流的峰值，Vr1为预设的参考电压，Rcs为所述采样电阻的电阻值；

根据所述电感电流的峰值计算所述降压结构LED驱动电路的输出平均电流，计算公式为：Iout＝Vr1/[2*Rcs*(K+1)]＝Ipk/[2*(K+1)]，其中，Iout为所述输出平均电流，K为所述电感电流断续时间与电感电流持续时间的比值；

当所述输出平均电流低于预设的电流阈值时，增大所述电感电流持续时间和电感电流断续时间的比值，以提高所述电感电流的峰值，从而减小所述电感的电感量。