CN104619077B - 一种led恒流控制电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED恒流控制电路及其控制方法，电路结构包括整流桥、输入电容、输出电容、整流二极管、主功率电感、电流采样电阻、VCC滤波电容和控制芯片，其中，所述控制芯片包括集成高压供电模块、驱动逻辑模块、集成高压管、峰值电流控制模块、基准源模块和恒流控制环路；所述整流桥的输出端分别并联于输入电容、控制芯片、整流二极管的两端；控制芯片上还并联有VCC滤波电容；所述电流采样电阻、主功率电感输出电容依次串联后也并联至整流桥的输出端。本发明公开了一种新型的断续控制方式及其对应电路，优点在于原器件少，控制方式相对简单，可靠性强。
Description
技术领域
本发明公开了一种LED恒流控制电路及其控制方法，涉及LED驱动技术领域。
背景技术
LED驱动电源的目的是为了给LED灯珠提供恒定的输出电流。低成本，小体积在LED灯越来越普及的今天逐渐成为一种趋势。非隔离型的LED驱动电源因为其转换效率高，原器件少等原因，成为目前LED驱动电源的一种主流方式。
图1为传统的非隔离型LED驱动电路。212为主功率电感，210为主功率开关管，211为峰值电流检测电阻。当212中的电流到达一定值时，211上的电压超过内部基准电压，控制芯片200通过峰值电流控制单元205，开关信号产生单元204和驱动单元201来关断主功率开关管210。214为辅助绕组，215与216为辅助绕组的分压电阻，215与216的公共端接入控制芯片200的比较器202，当主功率电感212中电流变为零时，所述215和216的公共端电压降为零，比较器202输出信号ZXC，通过开关信号产生单元204和驱动单元201打开开关管。
图1所示的非隔离型的LED驱动电源主要是降压型的BUCK方式，采用临界断续的控制方式，在输出电流比较大的场合，临界断续控制方式的优点是控制方式简单，电感内的电流应力不大。但是当临界断续控制方式用在高压小电流的场合时，因其电感量太大，造成了整个驱动电源体积的提升和成本的增加。
针对目前市场上越来越多的高压小电流，尤其是灯丝灯的应用场合，不少的LED芯片厂开始趋向于断续控制方式来设计LED驱动电源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种LED恒流控制电路及其控制方法，尤其适用于高压小电流小体积的LED驱动场合。本发明的实现电路包括一个峰值电流控制电路，一个恒流控制环路，一个基准电压源和一个功率开关管。本发明中峰值电流控制电路控制功率开关管的关断时刻，恒流控制环路控制功率开关段的开通时刻。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种LED恒流控制电路，包括整流桥、输入电容、输出电容、整流二极管、主功率电感、电流采样电阻、VCC滤波电容和控制芯片，其中，所述控制芯片包括高压供电模块、驱动逻辑模块、集成高压管、峰值电流控制模块、基准源模块和恒流控制环路；
所述整流桥的输出端分别并联于输入电容、控制芯片、整流二极管的两端；控制芯片上还设置有VCC滤波电容；所述电流采样电阻、主功率电感、输出电容依次串联后也并联至整流桥的输出端；
所述控制芯片中，高压供电模块分别和集成高压管、基准源模块相连接，基准源模块还分别和峰值电流控制模块、恒流控制环路相连接，恒流控制环路还分别和峰值电流控制模块、驱动逻辑模块、集成高压管相连接，峰值电流控制模块还和驱动逻辑模块相连接，驱动逻辑模块还和集成高压管相连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述恒流控制环路的电路结构具体包括：第一、第二运算放大器，第一、第二NMOS管，第一、第二PMOS管，第一、第二电阻，电容和比较器，其中，
电流采样电阻的电压输出端和第一运算放大器的正输入端相连接，第一运算放大器的输出端和第一NMOS管的栅极相连接，第一NMOS管的源级分别和第一运算放大器的负输入端、第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别和电容的一端、第二电阻的一端相连接并接地；所述第一、第二PMOS管组成电流镜结构，第一NMOS管的漏极经过所述电流镜结构分别和电容的另一端、比较器的负输入端、第二NMOS管的漏级相连接，第二NMOS管的栅极和第二运算放大器的输出端相连接，第二NMOS管的源极分别和第二电阻的另一端、第二运算放大器的负输入端相连。
作为本发明的进一步优选方案，所述峰值电流控制模块包括集成高压管及其电流镜像管、电流检测电阻和比较器，其中，
集成高压管与其电流镜像管的漏极和栅极分别相连接，集成高压管的源极接电流采样电阻，集成高压管的电流镜像管的源极分别与电流检测电阻、比较器的正输入端相连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述峰值电流控制模块包括集成高压管及其寄生JFET管、第一分压电阻、第二分压电阻和比较器，其中，
所述集成高压管的寄生JFET管的漏端与所述集成高压管对应的漏端相连接，寄生JFET管的栅极接地，寄生JFET管的源极经过第一分压电阻后分别和第二分压电阻的一端、比较器的正输入端相连接，第二分压电阻的另一端接地。
本发明还公开了所述LED恒流控制电路的控制方法，方法步骤如下：
当所述集成高压管开通时，所述主功率电感和集成高压管的电流开始随时间线性上升，并且所述两个电流相等，当所述主功率开关管的电流到达所述峰值电流控制模块的电流基准时，所述峰值电流控制模块输出开关关断信号，通过所述驱动逻辑模块关断所述集成高压管；
此时主功率电感的电流开始随时间线性下降，所述电流采样电阻的电压也随时间线性下降，所述整流二极管导通；
当所述主功率电感的电流降低到零时，电路进入断续工作模式，当恒流控制环路探测到所述电流采样电阻在一个开关周期内的电压平均值低于所述恒流控制环路设定的基准值时，所述恒流控制环路输出控制信号，通过所述驱动逻辑模块重新打开所述集成高压管。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明公开了一种新型的断续控制方式及其对应电路，优点在于原器件少，控制方式相对简单，可靠性强。
附图说明
图1是传统的非隔离型LED驱动电路；
图2是本发明的非隔离型LED驱动电路；
图3是本发明中LED驱动电路中恒流控制环路的实现方式；
图4是本发明中峰值电流控制模块的一种实现方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种LED恒流控制电路，包括整流桥、输入电容、输出电容、整流二极管、主功率电感、电流采样电阻、VCC滤波电容和控制芯片，其中，所述控制芯片包括高压供电模块、驱动逻辑模块、集成高压管、峰值电流控制模块、基准源模块和恒流控制环路；
所述整流桥的输出端分别并联于输入电容、控制芯片、整流二极管的两端；控制芯片上还设置有VCC滤波电容；所述电流采样电阻、主功率电感、输出电容依次串联后也并联至整流桥的输出端；
所述控制芯片中，高压供电模块分别和集成高压管、基准源模块相连接，基准源模块还分别和峰值电流控制模块、恒流控制环路相连接，恒流控制环路还分别和峰值电流控制模块、驱动逻辑模块、集成高压管相连接，峰值电流控制模块还和驱动逻辑模块相连接，驱动逻辑模块还和集成高压管相连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述恒流控制环路的电路结构具体包括：第一、第二运算放大器，第一、第二NMOS管，第一、第二PMOS管，第一、第二电阻，电容和比较器，其中，
电流采样电阻的电压输出端和第一运算放大器的正输入端相连接，第一运算放大器的输出端和第一NMOS管的栅极相连接，第一NMOS管的源级分别和第一运算放大器的负输入端、第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别和电容的一端、第二电阻的一端相连接并接地；所述第一、第二PMOS管组成电流镜结构，第一NMOS管的漏极经过所述电流镜结构分别和电容的另一端、比较器的负输入端、第二NMOS管的漏级相连接，第二NMOS管的栅极和第二运算放大器的输出端相连接，第二NMOS管的源极分别和第二电阻的另一端、第二运算放大器的负输入端相连。
作为本发明的进一步优选方案，所述峰值电流控制模块包括集成高压管及其电流镜像管、电流检测电阻和比较器，其中，
集成高压管与其电流镜像管的漏极和栅极分别相连接，集成高压管的源极接电流采样电阻，集成高压管的电流镜像管的源极分别与电流检测电阻、比较器的正输入端相连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述峰值电流控制模块包括集成高压管及其寄生JFET管、第一分压电阻、第二分压电阻和比较器，其中，
所述集成高压管的寄生JFET管的漏端与所述集成高压管对应的漏端相连接，寄生JFET管的栅极接地，寄生JFET管的源极经过第一分压电阻后分别和第二分压电阻的一端、比较器的正输入端相连接，第二分压电阻的另一端接地。
本发明还公开了所述LED恒流控制电路的控制方法，方法步骤如下：
当所述集成高压管开通时，所述主功率电感和集成高压管的电流开始随时间线性上升，并且两个电流相等，当所述主功率开关管的电流到达所述峰值电流控制模块的电流基准时，所述峰值电流控制模块输出开关关断信号，通过所述驱动逻辑模块关断所述集成高压管；
此时主功率电感的电流开始随时间线性下降，所述电流采样电阻的电压也随时间线性下降，所述整流二极管导通；
当所述主功率电感的电流降低到零时，电路进入断续工作模式，当恒流控制环路探测到所述电流采样电阻在一个开关周期内的电压平均值低于所述恒流控制环路设定的基准值时，所述恒流控制环路输出控制信号，通过所述驱动逻辑模块重新打开所述集成高压管。
如图2所示，为本发明的非隔离性LED驱动电路拓扑，通常包括：整流桥，输入电容115，输出电容113，整流二极管114，主功率电感112，电流采样电阻110，VCC滤波电容111，本发明驱动芯片100。其中本发明控制芯片100中包括：集成高压管101，驱动逻辑102，高压供电103，峰值电流控制模块104，基准源105，恒流控制环路106。
当所述集成高压管101开通时，所述主功率电感112和所述集成高压管101的电流开始随时间线性上升，并且所述两个电流相等，当所述主功率开关管101的电流到达所述峰值电流控制模块104的电流基准时，所述峰值电流控制模块104输出开关关断信号“OFF”，通过所述驱动逻辑102拉低信号“PWM”关断所述集成高压管101。此时主功率电感112的电流开始随时间线性下降，所述电流采样电阻110的电压也随时间线性下降，所述整流二极管114导通。当所述主功率电感112的电流降低到零时，控制拓扑进入到断续工作模式。当恒流控制环路106探测到所述电流采样电阻110在一个开关周期内的电压平均值低于所述恒流控制环路106设定的基准值时，所述恒流控制环路输出“ON”信号，通过所述驱动逻辑102，拉高“PWM”信号，重新打开所述集成高压管101。
图3为本发明中LED驱动电路中恒流控制环路的实现方式。其中电流采样电阻的电压输出CS接运放301的正输入端，运放301的输出端接NMOS管302的栅极，NMOS管302的源级接运放的负输入端和电阻303的一端，电阻303的另一端接地。运放301，NMOS管302和电阻303组成电压转电流的结构，转出的电流通过PMOS管308,309组成的电流镜结构给电容304充电。运放307的正输入端接基准电压Vref1,负输入端接当图2所述的集成高压管101开通时，所述电流采样电阻CS电压上升，所述电容304电压上升；当所述集成高压管101关断时，所述采样电阻CS电压下降，当采样电阻CS电压下降到零时，所述电容304电压开始下降，当其电压下降到Vref2时，比较器306输出高电位的“ON”信号，通过图2所述的驱动逻辑102打开所述集成高压管101。
图4为本发明中峰值电流模块的一种实现方式。401为图2中所述的集成高压管，402为所述集成高压管的电流镜像管，401与402的漏极和栅极连接。401的源极接输出电流检测电阻端CS，402的源极和芯片内部的电流检测电阻404连接。当所述集成高压管的电流上升时，402的电流也随401的电流线性上升，402的电流流经所述芯片内部检测电阻404，当404上的压降上升到比较器403的负向输入端基准电压Vref时，所述比较器403输出信号“OFF”，通过图2所述的驱动逻辑102关断所述的集成高压管401。通过上述的机制，保证所述集成高压管不会进入饱和状态，实现开通时的电流限流功能。
下面介绍本发明峰值电流模块的另一种具体实施方式。集成高压管的寄生JFET管的漏端与所述集成高压管的漏端连接，所述寄生JFET管子的栅极接地，源极接分压电阻到芯片地。分压电阻的公共端接比较器的正输入端，所述比较器的负向输入端接基准电压接芯片内部基准Vref。当集成高压管处于导通状态时，电流开始上升，此时所述集成高压管的D漏极电压也开始上升。当所述寄生JFET管的漏极电压小于其夹断电压时，JFET的源极电压等于其漏极电压，当所述寄生JFET管的漏极电压高于其夹断电压时，JFET的源极电压等于其夹断电压，所以JFET管可以起耐高压的作用，保护分压电阻的输出电压不会高于所述比较器的输入端电压不会高于其击穿电压。当所述集成高压管接近饱和状态时，Drain的电压上升到一定值，所述寄生JFET管的源极电压的分压值高于Vref时，比较器输出关断信号，通过图2所述的驱动逻辑102关断所述的集成高压管，从而保证所述集成高压管不会进入饱和状态，实现开通时的电流限流功能。
CS为所述电流采样电阻110上的压降，PWM为所述集成高压管的控制信号，当PWM为高时，所述集成高压管处于导通状态，当PWM为低时，所述集成高压管处于关断状态。ON为PWM变高控制信号，OFF为PWM变低控制信号。RAMP信号为图3中所述电容304的电压信号。当所述集成高压管开通时，CS信号线性上升，RAMP信号也开始上升。当所述集成高压管漏源电流高于芯片内部设定的峰值电流基准时，OFF信号变高，拉低PWM信号，所述集成高压管关断。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种LED恒流控制电路，其特征在于：包括整流桥、输入电容、输出电容、整流二极管、主功率电感、电流采样电阻、VCC滤波电容和控制芯片，其中，所述控制芯片包括高压供电模块、驱动逻辑模块、第一集成高压管、峰值电流控制模块、基准源模块和恒流控制环路；
所述整流桥的输出端分别并联于输入电容、控制芯片、整流二极管的两端；控制芯片上还设置有VCC滤波电容；所述电流采样电阻、主功率电感、输出电容依次串联后也并联至整流桥的输出端；
所述控制芯片中，高压供电模块分别和第一集成高压管、基准源模块相连接，基准源模块还分别和峰值电流控制模块、恒流控制环路相连接，恒流控制环路还分别和峰值电流控制模块、驱动逻辑模块、第一集成高压管相连接，峰值电流控制模块还和驱动逻辑模块相连接，驱动逻辑模块还和第一集成高压管相连接。
2.如权利要求1所述的一种LED恒流控制电路，其特征在于，所述恒流控制环路的电路结构具体包括：第一、第二运算放大器，第一、第二NMOS管，第一、第二PMOS管，第一、第二电阻，电容和比较器，其中，
电流采样电阻的电压输出端和第一运算放大器的正输入端相连接，第一运算放大器的输出端和第一NMOS管的栅极相连接，第一NMOS管的源级分别和第一运算放大器的负输入端、第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端分别和电容的一端、第二电阻的一端相连接并接地；所述第一、第二PMOS管组成电流镜结构，第一NMOS管的漏极经过所述电流镜结构分别和电容的另一端、比较器的负输入端、第二NMOS管的漏极相连接，第二NMOS管的栅极和第二运算放大器的输出端相连接，第二NMOS管的源极分别和第二电阻的另一端、第二运算放大器的负输入端相连。
3.如权利要求1所述的一种LED恒流控制电路，其特征在于，所述峰值电流控制模块包括第二集成高压管及其电流镜像管、电流检测电阻和比较器，其中，
第二集成高压管与其电流镜像管的漏极和栅极分别相连接，第二集成高压管的源极接电流采样电阻，第二集成高压管的电流镜像管的源极分别与电流检测电阻、比较器的正输入端相连接。
4.如权利要求1所述的一种LED恒流控制电路，其特征在于，所述峰值电流控制模块包括第三集成高压管及其寄生JFET管、第一分压电阻、第二分压电阻和比较器，其中，
所述第三集成高压管的寄生JFET管的漏端与所述第三集成高压管对应的漏端相连接，寄生JFET管的栅极接地，寄生JFET管的源极经过第一分压电阻后分别和第二分压电阻的一端、 比较器的正输入端相连接，第二分压电阻的另一端接地。
5.一种基于权利要求1所述LED恒流控制电路的控制方法，其特征在于，方法步骤如下：当所述第一集成高压管开通时，所述主功率电感和第一集成高压管的电流开始随时间线性上升，并且两个电流相等，当所述主功率电感的电流到达所述峰值电流控制模块的电流基准时，所述峰值电流控制模块输出开关关断信号，通过所述驱动逻辑模块关断所述第一集成高压管；
此时主功率电感的电流开始随时间线性下降，所述电流采样电阻的电压也随时间线性下降，所述整流二极管导通；
当所述主功率电感的电流降低到零时，电路进入断续工作模式，当恒流控制环路探测到所述电流采样电阻在一个开关周期内的电压平均值低于所述恒流控制环路设定的基准值时，所述恒流控制环路输出控制信号，通过所述驱动逻辑模块重新打开所述第一集成高压管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518129, Guangdong Province, Longgang District, Bantian District, Shenzhen street, snow Gang Road, south section No. 1007 Regal Garden Wing Hing Building, No. 201-29 Patentee after: Shenzhen core Dms Microelectronic Ltd Address before: 214029, B1, building 999, No. 9 East high wave road, Binhu District, Jiangsu, Wuxi Patentee before: Wuxi Chip Hope Micro-Electronics Ltd. |
|
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
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|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200928 Address after: 421001 building 11, Yujing Nanyuan project, No. 58, Furong Road, high tech Zone, Hengyang City, Hunan Province Patentee after: Hunan Simo Semiconductor Co., Ltd Address before: 518129 15-storey Tower of Shenye Jinyuan Building, 116 Qingshuihe Road, Qingshuihe Street, Luohu District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN CHIP HOPE MICRO-ELECTRONICS Ltd. |