CN104582135B - Led快速启动电路 - Google Patents

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Abstract

LED快速启动电路，包括反馈环路和功率管，还包括与负载LED串联的启动检测电阻，以及对启动检测电阻上的压降进行检测的启动检测放大器，以及用于检测电路上电的上电检测电路，所述启动检测放大器和上电检测电路的输出端分别与触发器的输入端和复位端连接；启动检测电阻连接在输出电压端和负载LED之间，二选一选通开关的输出端与PWM比较器的输入端连接，还包括与功率管串联的电流检测电阻以及输入端连接电流检测电路两端的电流检测比较器。本发明在启动阶段以大占空比持续运行直到满足负载LED的导通条件，提高了输出电压的上升速度，缩短了启动时间，采用电流反馈控制进一步提高了环路响应速度。

Description

LED快速启动电路
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，涉及开关电源，特别是一种LED快速启动电路。
背景技术
半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子。
LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，与白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，利用发光LED进行照明应用在越来越广泛的范围之中。
现有的单级高功率因素LED照明驱动方案中，在LED输出端需要并联大电容(通常几百微法)降低LED的纹波。该电容初始电压为0V，需要充电至LED的工作电压几十伏稳态。如果不加芯片内部的软启动控制，启动时候则容易发生输出电压过冲导致LED有启动瞬态大电流。而芯片内部增加软启动控制，则会增加从开关打开到LED全亮的启动时间，很难满足<0.5S的启动时间需要。
发明内容
为提高LED驱动电路的启动速度，本发明公开了一种LED快速启动电路。
本发明所述LED快速启动电路，包括交流输入级、反馈环路和功率管，所述反馈环路包括误差放大器、PWM比较器、逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端与功率管的控制端连接，所述误差放大器用于检测LED驱动电路的输出电压；
还包括与负载LED串联的启动检测电阻，以及对启动检测电阻上的压降进行检测的启动检测放大器，以及用于检测电路上电的上电检测电路，所述启动检测放大器和上电检测电路的输出端分别与触发器的输入端和复位端连接；所述启动检测电阻连接在输出电压端和负载LED之间；
所述误差放大器的输出端连接二选一选通开关的第一输入端连接，所述二选一选通开关的第二输入端与高位基准电压连接；所述二选一选通开关的控制端与触发器的输出端连接， 所述二选一选通开关的输出端与PWM比较器的输入端连接；所述高位基准电压的基准电压值不低于误差放大器的电源电压；
还包括与功率管串联的电流检测电阻以及输入端连接电流检测电路两端的电流检测比较器，所述电流检测比较器的输出端与PWM比较器的另一输入端连接。
具体的，所述交流输入级为全桥整流电路。
优选的，还包括LDO和线性调整基准电压，所述启动检测电阻和负载LED之间还串联有调整管，调整管的控制端与LDO的输出端连接，所述LDO的两个输入端分别与CS采样电阻和线性调整基准电压连接。
优选的，所述误差放大器和地之间还连接有补偿电容。
具体的，所述触发器为RS触发器。
具体的，所述上电检测电路为连接在触发器输入端的启动电容，所述启动电容连接在电源输入端和相对地之间。
采用本发明所述LED快速启动电路，通过检测输出电压控制功率管的开关状态，在启动阶段以大占空比持续运行直到满足负载LED的导通条件，提高了输出电压的上升速度，缩短了启动时间；采用电流反馈控制进一步提高了环路响应速度。
附图说明
图1示出本发明的一种具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述LED快速启动电路，包括交流输入级、反馈环路和功率管，所述反馈环路包括误差放大器、PWM比较器、逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端与功率管的控制端连接，所述误差放大器用于检测LED驱动电路的输出电压；还包括与负载LED串联的启动检测电阻，以及对启动检测电阻上的压降进行检测的启动检测放大器，以及用于检测电路上电的上电检测电路，所述启动检测放大器和上电检测电路的输出端分别与触发器的输入端和复位端连接；所述启动检测电阻连接在输出电压端和负载LED之间。
所述误差放大器的输出端连接二选一选通开关的第一输入端连接，所述二选一选通开关的第二输入端与高位基准电压连接；所述二选一选通开关的控制端与触发器的输出端连接， 所述二选一选通开关的输出端与PWM比较器的输入端连接；
所述高位基准电压的基准电压值不低于误差放大器的电源电压。
如图1所示的具体实施方式，上电检测电路为连接在触发器输入端的启动电容，所述启动电容连接在电源输入端和相对地之间，上电时启动电容充电，电压逐渐上升，上升过程中触发器输出高电平信号，触发器可以选择最简单的由两个与门构成的RS触发器，触发器输出信号到单刀双掷开关，控制单刀双掷开关连接在PWM输入端和高位基准电压之间。相对地表示控制电路自身一个预设的较低电位，可以与绝对地直接连接，也可以是其它稳定的电位。
在启动阶段，如图1所示，PWM比较器的两个输入端分别连接在高位基准电压和电流检测比较器的输出端，高位基准电压高于误差放大器的电源电压，使PWM比较输入的被比较电压一定大于误差放大器的输出电压最大值，PWM比较器以最大占空比运行。经过逻辑驱动电路之后该最大占空比的方波驱动功率管MN1以最大占空比运行，输出电压快速上升。
在启动阶段，由于输出电压不足，串联形式的负载LED无法导通，启动检测电阻RCS1上没有电流流过，两端压差为零，当输出电压VOUT上升至一定值时，例如每个负载LED导通需要3V电压，则10个LED串联需要30V即可导通，此时负载LED导通，在RCS1上产生电流，RCS1两端产生压降，启动检测放大器输出电平反转，使触发器输出信号清零，控制二选一选通开关将误差放大器输出端和PWM比较器输入端连接，从而实现正常的反馈控制，启动阶段的大占空比提升输出电压VOUT过程结束。
本发明进一步引入了电流控制环路，电流检测电阻RCS与负载串联，电流比较器的两个输入端检测电流检测电阻RCS2两端的压降，当有电流流过时，产生压降，电流越大，压降值越大，由于功率管的周期性开关，电流比较器输出的是周期性的近似三角波波形，电流越大，三角波的峰值和上升斜率越大，PWM比较器输出信号的占空比越小，从而调节功率管导通时间减少，电流值降低，实现电流反馈控制，提高了控制环路的响应速度。
如图1所示，将负载LED的正向输入端即输出电压反馈端反馈输入到误差放大器与第一基准电压VREF1比较产生误差放大器输出电压COMP；本案例中采用的是一种波峰恒压的误差放大器，即该误差放大器的功能是恒定负载LED串正向输入端的波峰稳定在一恒定值附近。COMP电压与交流采样电路输出的三角波电压进行比较产生功率管MN1的导通时间TON。COMP越高，TON时间越长，传输到输出电容COUT的能量越多，而功率管MN1导通的时间仅在VBUS 与COUT电压接近时导通。整个系统形成闭环控制，根据LED输出所需能量实现对COUT传输能量的导通时间的实时控制。
优选的，还包括LDO和线性调整基准电压，所述启动检测电阻和负载LED之间还串联有调整管MP2 ，调整管的控制端与LDO的输出端连接，所述LDO的两个输入端分别与CS采样电阻端和线性调整基准电压VREF3连接。
采用上述LDO和调整管的控制方式，无论输入或输出电压如何变化，使负载LED串正向输入端上的电压始终恒定等于线性调整基准电压，消除了由于输出电压波动造成的负载LED 上的压降波动，使LED输出电流更加稳定，同时使输入到内部控制环路的输出电压反馈端电压恒定，降低了控制环路的功率损耗。
交流输入级可以采用四个二极管组成的全桥整流电路将交流电转化为半波形式的直流周期性正弦波形。图1中的开关电源拓扑可以是各种包括功率管的开关电源结构，例如BUCK，BUCK-BOOST等。
优选的，所述误差放大器的输出端和地之间连接有补偿电容C2，可以为控制环路提供一个主极点，增强环路控制的稳定性。
采用本发明所述LED快速启动电路，通过检测输出电压控制功率管的开关状态，在启动阶段以大占空比持续运行直到满足负载LED的导通条件，提高了输出电压的上升速度，缩短了启动时间，采用电流反馈控制进一步提高了环路响应速度。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.LED快速启动电路，包括交流输入级、反馈环路和功率管，所述反馈环路包括误差放大器、PWM比较器、逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路的输出端与功率管的控制端连接，所述误差放大器用于检测LED驱动电路的输出电压；
其特征在于，还包括与负载LED串联的启动检测电阻，以及对启动检测电阻上的压降进行检测的启动检测放大器，以及用于检测电路上电的上电检测电路，所述启动检测放大器和上电检测电路的输出端分别与触发器的输入端和复位端连接；所述启动检测电阻连接在输出电压端和负载LED之间；
所述误差放大器的输出端连接二选一选通开关的第一输入端连接，所述二选一选通开关的第二输入端与高位基准电压连接；所述二选一选通开关的控制端与触发器的输出端连接，所述二选一选通开关的输出端与PWM比较器的输入端连接；所述高位基准电压的基准电压值不低于误差放大器的电源电压；
还包括与功率管串联的电流检测电阻以及输入端连接电流检测电路两端的电流检测比较器，所述电流检测比较器的输出端与PWM比较器的另一输入端连接。
2.如权利要求1所述LED快速启动电路，其特征在于，所述交流输入级为全桥整流电路。
3.如权利要求1所述LED快速启动电路，其特征在于，还包括低压差线性稳压器LDO和线性调整基准电压，所述启动检测电阻和负载LED之间还串联有调整管，调整管的控制端与低压差线性稳压器LDO的输出端连接，所述低压差线性稳压器LDO的两个输入端分别与CS采样电阻和线性调整基准电压连接。
4.如权利要求1所述的LED快速启动电路，其特征在于，所述误差放大器和地之间还连接有补偿电容。
5.如权利要求1所述LED快速启动电路，其特征在于，所述触发器为RS触发器。
6.如权利要求1所述LED快速启动电路，其特征在于，所述上电检测电路为连接在触发器输入端的启动电容，所述启动电容连接在电源输入端和相对地之间。
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