CN104486891A

CN104486891A - Led驱动电路及恒定电流驱动器

Info

Publication number: CN104486891A
Application number: CN201410850405.4A
Authority: CN
Inventors: 姚云龙
Original assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: CN104486891B

Abstract

本发明提供一种LED驱动电路及其恒定电流驱动器，该驱动器包括：功率开关，输入端接收输入电压，输出端连接采样电阻接入端；误差放大器，将采样电压与预设的第一参考电压比较以产生误差信号；峰值电流比较器，比较导通电压和预设的第二参考电压，其输出端响应于该导通电压达到该第二参考电压而产生关断信号，导通电压对应于功率开关导通期间的导通电流；关断时间控制电路，根据误差信号确定关断时间，响应于定时达到关断时间而产生开通信号；逻辑和驱动电路，响应于开通信号而开通功率开关，响应于关断信号而关断功率开关。本发明在输出电流很小的情况下，依然可以使用较小的电感实现恒流控制，有利于实现LED驱动电路的小型化。

Description

LED驱动电路及恒定电流驱动器

技术领域

本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种LED驱动电路及恒定电流驱动器。

背景技术

参考图1，传统的源极驱动的降压结构的LED驱动电路主要包括恒定电流驱动器100、电阻R1、续流二极管D1、输出负载电容C1、输入电容C2、电感L1、第一功率开关M1以及采样电阻Rcs，其中，恒定电流驱动器100包括过零检测电路101、逻辑和驱动电路102、比较器电路103、RS触发器电路104以及第二功率开关M2。当第一功率开关M1导通，第二功率开关M2也导通时，输入电流流经输出负载电容C1和输出端、电感L1、第二功率开关M2、第一功率开关M1、采样电阻Rcs，电感L1上的电流增加，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的导通时间由峰值限流比较器电路103控制，当流过采样电阻Rcs的电流达到设定值Vr1/Rcs时，峰值限流比较器电路103翻转，经RS触发器电路104、逻辑和驱动电路102产生关断第一功率开关M1和第二功率开关M2的驱动信号GT。其中，Vr1为峰值限流比较器电路103接收到的参考电压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，电感L1上的电流经续流二极管D1续流，电感L1上的电流减小，电感L1释放能量到输出负载电容C1和输出端。当电感L1上的电流降为零时，过零检测电路101检测出电感L1电流的过零，产生过零检测信号ZCD给RS触发器电路104，经逻辑和驱动电路102产生开通第一功率开关M1、第二功率开关M2的驱动信号GT。

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状态。

结合图1和图2，电感电流临界导通模式下，输出平均电流基本上是电感L1的峰值电流的一半。而电感L1的峰值电流固定为Vr1/Rcs，这样就可以控制输出到负载LED上的电流恒定，从而达到恒流目的。

图1所示电路实现了输出电流控制，电路简单，成本便宜。由于输出平均电流基本上是电感L1电流峰值的一半，当输出电流很小时，峰值电流也很小。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，这时电感L1的体积就会变得非常大，导致成本升高，也不利于整个LED驱动电路的小型化。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种LED驱动电路及恒定电流驱动器，在输出电流很小的情况下，依然可以使用较小的电感实现恒流控制，有利于实现LED驱动电路的小型化。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED驱动电路的恒定电流驱动器，包括：

功率开关，其输入端连接电压输入端以接收输入电压，其输出端连接采样电阻接入端；

误差放大器，直接或间接地连接至所述采样电阻接入端以接收采样电压，将该采样电压与预设的第一参考电压比较以产生误差信号，该采样电压对应于所述LED驱动电路的输出电流；

峰值电流比较器，其第一输入端接收导通电压，其第二输入端接收预设的第二参考电压，其输出端响应于该导通电压达到该第二参考电压而产生关断信号，所述导通电压对应于所述功率开关导通期间流过该功率开关的导通电流；

关断时间控制电路，接收所述误差信号，根据该误差信号确定关断时间，响应于定时达到所述关断时间，产生开通信号；

逻辑和驱动电路，响应于所述开通信号而开通所述功率开关，响应于所述关断信号而关断所述功率开关。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：

第一功率管，其漏极连接所述电压输入端，其源极连接所述峰值电流比较器的第一输入端以传输所述导通电压，其栅极配置为经由第一电阻连接所述电压输入端；

第二功率管，其漏极连接所述第一功率管的源极，其源极连接所述采样电阻接入端，其栅极连接所述逻辑和驱动电路的输出端。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：

第三功率管，其漏极连接所述电压输入端，其源极连接所述峰值电流比较器的第一输入端以传输所述导通电压，其栅极连接所述逻辑和驱动电路的输出端；

内置采样电阻，其第一端连接所述第三功率管的源极，其第二端连接所述采样电阻接入端；

第四功率管，其漏极连接所述电压输入端，其源极连接所述采样电阻接入端，其栅极连接所述逻辑和驱动电路的输出端。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种LED驱动电路，包括恒定电流驱动器和输出电流采样电路，所述恒定电流驱动器包括：

逻辑和驱动电路，响应于所述开通信号而开通所述功率开关，响应于所述关断信号而关断所述功率开关；

所述输出电流采样电路的第一端连接所述采样电阻接入端，所述输出电流采样电路的第二端直接或间接地与所述LED驱动电路的输出端连接，所述输出电流采样电路包括并联的采样电阻和滤波电容。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关包括：

根据本发明的一个实施例，所述LED驱动电路还包括：

电感，其第一端连接所述输出电流采样电路的第二端，其第二端连接所述LED驱动电路的输出端；

输出电容，其第一端连接所述LED驱动电路的输出端，其第二端连接所述LED驱动电路的参考地，所述输出电容配置为与负载并联；

续流二极管，其负极连接所述输出电流采样电路的第一端，其正极连接LED驱动电路的参考地。

根据本发明的一个实施例，所述输出电流采样电路的第一端连接所述恒定电流驱动器的参考地，所述采样电压经由正负电平转换电路传输至所述误差放大器。

根据本发明的一个实施例，所述输出电流采样电路的第二端连接所述恒定电流驱动器的参考地，所述采样电压直接传输至所述误差放大器。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关导通时，流过所述电感的电流逐渐变大，所述导通电压逐渐变大，当达到所述第二参考电压时，所述峰值电流比较器的输出信号翻转以产生所述关断信号，所述关断信号经由所述逻辑和驱动电路关断所述功率开关；所述功率开关关断时，所述关断时间控制电路开始定时，当定时达到所述关断时间时，所述关断时间控制电路产生所述开通信号，所述开通信号经由所述逻辑和驱动电路开通所述功率开关。

根据本发明的一个实施例，所述LED驱动电路还包括：

电感，其第一端连接所述输出电流采样电路的第一端，其第二端连接所述LED驱动电路的参考地；

输出电容，其第一端连接输出电流采样电路的第二端以及所述LED驱动电路的输出端，所述输出电容配置为与负载并联；

续流二极管，其正极连接所述电感的第二端，其负极连接输出电容的第二端。

根据本发明的一个实施例，所述输出电流采样电路的第一端连接所述恒定电流驱动器的参考地，所述采样电压直接传输至所述误差放大器。

根据本发明的一个实施例，所述LED驱动电路还包括：补偿电容，其第一端连接所述误差放大器的输出端，其第二端连接至所述恒定电流驱动器的参考地。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的LED驱动电路直接采样输出电流，输出采样电路采用并联的采样电阻和滤波电容来得到平均输出电流，经过误差放大器来控制功率开关的关断时间，峰值电流比较器直接采样流经功率开关的电流，功率开关的导通时间由峰值电流比较器输出的关断信号确定，该LED驱动电路无需检测电感电流过零，只需设定电感峰值电流和输出平均电流，就能精确控制输出电流。该LED驱动电路尤其适用于输出电流较小的应用场景，在输出电流很小的情况下，依然可以使用较小的电感来实现恒流控制，有利于LED驱动电路的小型化。

附图说明

图1是现有技术中一种LED驱动电路的电路结构示意图；

图2是图1所示LED驱动电路的工作信号波形图；

图3是根据本发明第一实施例的LED驱动电路的电路结构示意图；

图4是根据本发明第一实施例的LED驱动电路中一种关断时间控制电路的电路结构示意图；

图5根据本发明第二实施例的LED驱动电路的电路结构示意图；

图6是根据本发明第三实施例的LED驱动电路的电路结构示意图；

图7是根据本发明第四实施例的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3，图3示出了第一实施例的LED驱动电路，该LED驱动电路为降压结构，主要包括：恒定电流驱动器200、电阻R1、输入电容C2、补偿电容C3、输出电流采样电路210、电感L1、电容C1以及续流二极管D1。

其中，恒定电流驱动器200可以包括：功率开关、误差放大器203、峰值电流比较器202、关断时间控制电路201、逻辑和驱动电路204以及正负电平转换电路205。

功率开关的输入端连接电压输入端以接收输入电压Vin，功率开关的输出端连接采样电阻接入端，功率开关的控制端连接至逻辑和驱动电路204的输出端。在第一实施例中，该功率开关包括：第一功率管M1，其漏极连接电压输入端以接收输入电压Vin，其源极连接峰值电流比较器202的第一输入端，其栅极配置为经由电阻R1连接至电压输入端；第二功率管M2，其漏极连接第一功率管M1的源极，其源极连接采样电阻接入端，其栅极连接逻辑和驱动电路204的输出端。

误差放大器203经由正负电平转换电路205连接至采样电阻接入端以接收采样电压Vcs，将该采样电压Vcs与预设的第一参考电压Vr1比较以得到误差信号Vc。

峰值电流比较器202的第一输入端接收导通电压，其第二输入端接收预设的第二参考电压Vr2，响应于该导通电压达到第二参考电压Vr2，该峰值电流比较器202的输出端的信号翻转以产生关断信号Reset。该导通电压对应于功率开关导通期间流过该功率开关的导通电流，更具体而言，在第一实施例中，该导通电压为第二功率管M2导通时的源漏电压Vd2，也即，第二功率管M2导通时，流过第二功率管M2的电流在第二功率管M2的导通电阻上产生的压降。

关断时间控制电路201接收误差信号Vc，根据该误差信号Vc确定关断时间，响应于定时达到该关断时间，产生开通信号Set。关断时间控制电路201可以包括定时电路。

逻辑和驱动电路204根据开通信号Set和关断信号Reset产生驱动信号GT，该驱动信号GT用以控制第二功率管M2的导通和关断。响应于开通信号Set，该逻辑和驱动电路204控制第二功率管M2导通；响应于关断信号Reset，该逻辑和驱动电路204控制第二功率管M2关断。换言之，当达到确定的关断时间时，开通第一功率管M1和第二功率管M2；当达到设定的电感峰值电流时，关断第一功率管M1和第二功率管M2。

输出电流采样电路210的第一端连接恒定电流驱动器200的采样电阻接入端，其第二端经由电感L1连接至LED驱动电路的输出端Vout。该输出电流采样电路210包括并联的采样电阻Rcs和滤波电容C4。第一实施例中，输出电流采样电路210的第一端连接至恒定电流驱动器200的参考地GND2，采样电压Vcs输出自输出电流采样电路210的第二端，相对于恒定电流驱动器200的参考地GND2而言，采样电压Vcs为负电平，因此，第一实施例中采用电转换电路205将负电平的采样电压Vcs转换为正电平，也即-Vcs。

输出电容C1的第一端连接LED驱动电路的输出端Vout，输出电容C1的第二端连接LED驱动电路的参考地GND1(也即输入电压Vin的参考地)，输出电容C1配置为与负载并联。

续流二极管D1的负极连接输出电流采样电路210的第一端，续流二极管D1的正极连接LED驱动电路的参考地GND1。

参考图4，图4示出了关断时间控制电路的一种具体电路结构，可以包括：比较器401、电流源402、开关管403和电容404。其中，电流源402的第一端连接电源，电容404的第一端连接电流源402的第二端，电容404的第二端接地。开关管403的控制端接收驱动信号GT，开关管403的第一端连接电容404的第一端，开关管403的第二端连接电容404的第二端。比较器的第一输入端401的第一输入端接收误差信号Vc，第二输入端连接电容404的第二端，输出端用于输出开通信号Set。

当驱动信号GT控制功率开关关断时，开关管403也在驱动信号GT的控制下关断，电流源402对电容404进行充电，当充电至电容404两端的电压达到误差信号Vc时，比较器401的输出端电平翻转，从而产生开通信号Set，开通信号Set使得驱动信号开通功率开关。当驱动信号GT控制功率开关开通时，开关管403也在驱动信号GT的控制下开通，电容404被放电，直至下一次功率开关关断时再进行充电，如此往复。本领域技术人员应当理解，图4所示关断时间控制电路仅是示例，其还可以采用其他适当结构的定时电路来实现。

仍然参考图3，图3所示的电路中，采样电阻Rcs和电感L1串联，因此可以通过采样电阻Rcs直接采样电感L1的电流，得到采样电压Vcs。由于采样电阻Rcs直接与电感L1串联，也和输出端Vout串联，因此该LED驱动电路的输出电流Iout完全体现于采样电阻Rcs上的采样电压Vcs。

进而，第一功率管M1和第二功率管M2又通过采样电阻接入端与采样电阻Rcs串联，因此，通过对第一功率管M1和第二功率管M2的导通电流对应的导通电压的采样，可以实现对输出电流Iout的直接采样，再通过峰值电流比较器202的比较，可以实现对输出电流Iout的控制。

其中，误差放大器203可以为跨导放大器，其具有输出电流Igm与输入差值电压Vr1-(-Vcs)成正比的特性，也即：Igm＝Gm*(Vr1+Vcs)，其中，Vcs相对于恒定电流驱动器200的参考地GND2为负电平，Gm为误差放大器203的跨导，Gm通常是一个恒定值。误差放大器203的输出端经由补偿电容C3连接至恒定电流驱动器200的参考地GND2。

补偿电容C3用于实现环路补偿，对误差放大器203输出的误差信号Vc进行积分，最终实现误差放大器203的两个输入端的平均值相等。在环路稳定后，补偿电容C3上的误差信号Vc稳定，该LED驱动电路的开关周期得以确定。补偿电容C3还可以采用电阻电容的串并联等形式来替换，以调节LED电路的稳定性和动态特性。

关断时间控制电路201接收补偿电容C3上的误差信号Vc，根据误差信号Vc确定关断时间，当达到该关断时间时，输出开通信号Set用以开通第一功率开关管M1和第二功率开关管M2。当输出电流Iout偏大时，采样电压Vcs的绝对值偏大，经过误差放大器203和补偿电容C3，使得关断时间变大；当输出电流Iout偏小时，控制过程相反。

峰值电流比较器202采样第二功率管M2的源漏电压Vd2来限制电感电流峰值。当第一功率管M1和第二功率管M2导通时，流过电感L1的电流变大，第二功率管M2的源漏电压Vd2变大，当达到参考电压Vr2时，峰值电流比较器202的输出信号翻转，产生用于关断第一功率管M1和第二功率管M2的关断信号Reset，经逻辑和驱动电路204关断第一功率管M1和第二功率管M2。

在常规的应用场景中，峰值电流比较器202接收的采样电压可以直接由采样电阻Rcs产生，当采样电压Vcs达到参考电压Vr1时，第一功率管M1和第二功率管M2关断。而在输出电流很小的应用场景中，如果电感L1的电感量也很小，那么在最小的导通时间下，如果没有滤波电容C4，电感L1的电流在采样电阻Rcs上的电压压降将会很大，可能超出正负电平转换电路205和误差放大器203的工作范围。而在本实施例中，输出电流采样电路210包括并联的采样电阻Rcs和滤波电容C4，因此采样电压Vcs为采样电阻Rcs上的平均电压，这样在电感L1的电感量较小的情况下，采样电压Vcs也不会过大，从而使得该LED驱动电路可以适用于输出电流很小的应用场景。

第二实施例

参考图5，图5所示的LED驱动电路与图3基本相同，主要区别在于，电流采样电路210的第二端连接至恒定电流驱动器200的参考地GND2，采样电压Vcs输出自电流采样电路210的第一端，使得采样电压Vcs相对于恒定电流驱动器200的参考地GND2为正电压，不需要再通过正负电平转换电路进行极性转换。

但是，在图5所示的LED驱动电路中，由于流经输出端Vout的输出电流Iout为流经采样电阻Rcs的电流和流向恒定电流驱动器200的参考地GND2的电流之和，因此使得电流控制的准确度相对图3略低。

第三实施例

参考图6，图6所示的LED驱动电路与图3基本相同，主要区别在于，恒定电流驱动器200中的功率开关的结构不同。

在第三实施例中，该功率开关包括并联的第三功率管M3、第四功率管M4以及内置采样电阻Rcs2。其中，第三功率管M3的漏极连接电压输入端以接收输入电压Vin，其源极连接峰值电流比较器202的第一输入端，其栅极连接逻辑和驱动电路204的输出端，由逻辑和驱动电路204控制导通和关断；内置采样电阻Rcs2的第一端连接第三功率管M3的源极，其第二端连接采样电阻接入端；第四功率管M4的漏极连接电压输入端以接收输入电压Vin，其源极连接采样电阻接入端，其栅极连接逻辑和驱动电路204的输出端，由逻辑和驱动电路204控制导通和关断。其中，第三功率管M3的源极以及内置采样电阻Rcs2的第一端用以输出导通电压VCS2至峰值电流比较器202进行比较。

由于第三功率管M3、内置采样电阻Rcs2与电流采样电路210、电感L1以及输出端Vout串联，因此，导通电压VCS2也体现了电感L1的峰值电流。

其中，由于第三功率管M3和第四功率管M4会有一定的电流比例，第三功率管M3的引入可以降低采样电流带来的损耗。而在不考虑功率损耗的情况下，也可以省去第四功率管M4。

第四实施例

参考图7，图7示出了第四实施例的LED驱动电路，该LED驱动电路为降压结构。与图3所示的电路相比，输出电流采样电路210、电感L1、输出电容C1以及续流二极管D1的连接方式略有不同，还省略了恒定电流驱动器200中的正负电平转换电路，其他的电路结构是相同的。

进一步而言，电感L1的第一端连接输出电流采样电路210的第一端，电感L1的第二端连接LED驱动电路的参考地GND1；输出电容C1的第一端连接输出电流采样电路210的第二端以及LED驱动电路的输出端Vout；续流二极管D1的正极连接电感L1的第二端，其负极连接输出电容C1的第二端。

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

1.一种LED驱动电路的恒定电流驱动器，其特征在于，包括：

2.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：

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：

4.一种LED驱动电路，其特征在于，包括恒定电流驱动器和输出电流采样电路，所述恒定电流驱动器包括：

5.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关包括：

6.根据权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关包括：

7.根据权利要求4至6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输出电流采样电路的第一端连接所述恒定电流驱动器的参考地，所述采样电压经由正负电平转换电路传输至所述误差放大器。

9.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输出电流采样电路的第二端连接所述恒定电流驱动器的参考地，所述采样电压直接传输至所述误差放大器。

10.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关导通时，流过所述电感的电流逐渐变大，所述导通电压逐渐变大，当达到所述第二参考电压时，所述峰值电流比较器的输出信号翻转以产生所述关断信号，所述关断信号经由所述逻辑和驱动电路关断所述功率开关；所述功率开关关断时，所述关断时间控制电路开始定时，当定时达到所述关断时间时，所述关断时间控制电路产生所述开通信号，所述开通信号经由所述逻辑和驱动电路开通所述功率开关。

11.根据权利要求4至6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：

12.根据权利要求11所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输出电流采样电路的第一端连接所述恒定电流驱动器的参考地，所述采样电压直接传输至所述误差放大器。

13.根据权利要求11所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关导通时，流过所述电感的电流逐渐变大，所述导通电压逐渐变大，当达到所述第二参考电压时，所述峰值电流比较器的输出信号翻转以产生所述关断信号，所述关断信号经由所述逻辑和驱动电路关断所述功率开关；所述功率开关关断时，所述关断时间控制电路开始定时，当定时达到所述关断时间时，所述关断时间控制电路产生所述开通信号，所述开通信号经由所述逻辑和驱动电路开通所述功率开关。

14.根据权利要求4至6中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：

补偿电容，其第一端连接所述误差放大器的输出端，其第二端连接至所述恒定电流驱动器的参考地。