CN104703356B - 一种智能同步整流的非隔离降压型led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，包括交流电输入端、整流滤波模块、PWM控制模块和同步整流模块。所述LED驱动电路通过同步整流模块对PWM控制模块输出的电流进行整流，检测自身整流开关管的漏极与源极之间的电压，在该电压达到开启阈值电压时打开整流开关管，在该电压达到关断电压时关断整流开关管，提高了转换效率，EMI低，输出电流自动适应电感量的变化和输出电压的变化，从而真正实现了恒流驱动LED。在同步整流模块中设置整流开关管，代替了传统的肖特基二极管进行整流，解决了因二极管正向压降引起的功率损耗大的问题，降低了整流损耗，提高了效率。

Description

一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路

技术领域

本发明涉及开关电源和同步整流技术领域，特别涉及一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路。

背景技术

近年来，电子技术的发展，使得电路的工作电压越来越低、电流越来越大。低电压工作有利于降低电路的整体功率消耗，但也给电源设计提出了新的难题。

开关电源的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管的正向压降可达1.0V~1.2V，即使采用低导通压降的肖特基二极管也会产生大约0.6V的压降，这将导致整流损耗大，电源效率降低。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，通过采用同步整流模块，提高了转换效率，EMI低，输出电流自动适应电感量的变化和输出电压的变化，从而真正实现了恒流驱动LED。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，包括：

交流电输入端；

整流滤波模块；

PWM控制模块，用于为外部LED灯组提供恒定的驱动电流；

同步整流模块，用于对PWM控制模块输出的电流进行整流，检测自身整流开关管的漏极与源极之间的电压，在该电压达到开启阈值电压时打开整流开关管，在该电压达到关断电压时关断整流开关管；

所述交流电输入端通过整流滤波模块连接PWM控制模块，所述PWM控制模块还连接同步整流模块。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述同步整流模块包括同步整流芯片，其中，所述同步整流芯片包括：

整流开关管；

采样单元，用于检测整流开关管的漏极与源极之间的电压，并输出给下述逻辑控制单元；

逻辑控制单元，用于在整流开关管的漏极与源极之间的电压达到开启阈值电压时输出控制信号使得整流开关管打开、在所述电压达到关断电压时输出控制信号使得整流开关管关断；

驱动单元，用于根据逻辑控制单元产生的控制信号，驱动整流开关管的通断；

所述采样单元的输入端为同步整流芯片的SENSE端；所述采样单元的输出端连接逻辑控制单元的输入端，所述逻辑控制单元的输出端为同步整流芯片的VDD端；所述驱动单元的输出端连接整流开关管的栅极；所述整流开关管的源极为同步整流芯片的VSS端；所述整流开关管的漏极为同步整流芯片的VD端。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述PWM控制模块包括PWM控制芯片、电感、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容；所述交流电输入端通过整流滤波模块连接第一电阻的一端、PWM控制芯片的第五引脚和第六引脚；所述第一电阻的另一端连接第一二极管的负极、第一电容的一端和PWM控制芯片的第二引脚；所述PWM控制芯片的第四引脚通过第二电阻连接电感的一端、同步整流芯片的VD端、同步整流芯片的SENSE端、第三电阻的一端、第一电容的另一端、PWM控制芯片的第七引脚和第八引脚；所述电感的另一端连接外部LED灯组的正极、还通过第四电阻连接PWM控制芯片的第三引脚和第三电阻的另一端、通过第五电阻连接第一二极管的正极、通过第六电阻连接第二二极管的正极；所述外部LED灯组的负极接地，所述第二二级管的负极连接同步整流芯片的VDD端和第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地，所述同步整流芯片的VSS端接地。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述同步整流芯片还包括第七电阻，所述驱动单元的输出端通过第七电阻连接同步整流芯片的VSS端。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述整流滤波模块包括整流桥及与整流桥并联连接的第三电容。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路还包括第四电容，所述第四电容与LED灯组并联。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均为电解电容。

所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路中，所述PWM控制芯片的型号为WS3468。

相较于现有技术，本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，通过采用同步整流模块，提高了转换效率，EMI低，输出电流自动适应电感量的变化和输出电压的变化，从而真正实现了恒流驱动LED。通过在同步整流模块中设置整流开关管，代替了传统的肖特基二极管进行整流，解决了因二极管正向压降引起的功率损耗较大的问题，从而达到降低整流损耗，提高效率的目的。本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路具有高度集成性，极低的待机功耗，外部电路结构简单、容易实现，而且大幅降低了成本。

附图说明

图1为本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路的电路图。

图2为本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路的同步整流芯片的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，通过同步整流模块对PWM控制模块输出的电流进行整流，并利用整流开关管代替传统的肖特基二极管，解决了因二极管正向压降引起的功率损耗较大的问题，从而达到降低整流损耗，提高效率的目的。。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，包括交流电输入端J1、整流滤波模块10、PWM控制模块20、同步整流模块30和外部LED灯组40。

所述PWM控制模块20用于为外部LED灯组40提供恒定的驱动电流。所述同步整流模块30包括一个整流开关管，所述同步整流模块30用于对PWM控制模块20输出的电流进行整流，检测自身整流开关管的漏极与源极之间的电压，在该电压达到开启阈值电压时打开整流开关管，在该电压达到关断电压时关断整流开关管。具体的，所述整流开关管采用导通电阻极低的功率MOSFET，用于对PWM控制模块20输出的电流进行整流。

所述交流电输入端J1通过整流滤波模块10连接PWM控制模块20，所述PWM控制模块20还连接同步整流模块30和外部LED灯组40的正极，所述外部LED灯组40的负极连接同步整流模块30。

本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路工作在谷底开关模式，并采用同步整流技术，即同步整流模块采用导通电阻极低的功率MOSFET来代替整流二极管进行输出整流，解决了因二极管正向压降引起的功率损耗较大的问题，使得输出整流损耗降到最小，大大提高了低压大电流整流的效率。

请一并参阅图2，所述同步整流模块30包括同步整流芯片U2，其中，所述同步整流芯片U2包括：整流开关管Q1、采样单元31、逻辑控制单元32和驱动单元33。

所述整流开关管Q1为N沟道MOS管。

所述采样单元31，用于检测整流开关管Q1的漏极与源极之间的电压，并输出给所述逻辑控制单元32。

所述逻辑控制单元32，用于在整流开关管Q1的漏极与源极之间的电压达到开启阈值电压时输出控制信号使得整流开关管Q1打开、在所述电压达到关断电压时输出控制信号使得整流开关管Q1关断。所述阈值电压和关断电压可根据LED驱动电路的需求进行设置和调节。

所述驱动单元33，用于根据逻辑控制单元32产生的控制信号，驱动整流开关管Q1的通断。

所述采样单元31的输入端为同步整流芯片U2的SENSE端；所述采样单元31的输出端连接逻辑控制单元32的输入端，所述逻辑控制单元32的输出端为同步整流芯片U2的VDD端；所述驱动单元33的输出端连接整流开关管Q1的栅极；所述整流开关管Q1的源极为同步整流芯片U2的VSS端；所述整流开关管Q1的漏极为同步整流芯片U2的VD端。

所述同步整流芯片U2在工作时，采样单元31检测同步整流芯片U2的SENSE端电压，从而得出整流开关管Q1的漏极与源极之间的电压Vds，并输出给逻辑控制单元32，当Vds达到开启阈值电压时，逻辑控制单元32发出控制信号给驱动单元33，驱动单元33驱动整流开关管Q1导通。整流开关管Q1导通后Vds升高，当Vds上升到-70mV左右时，逻辑控制单元32通过驱动单元33调整整流开关管Q1的栅电压以确保Vds维持在-70mV，直到电感电流Id下降至接近零时才让Vds上升，当Vds上升到关断电压时关断整流开关管Q1。

所述PWM控制模块20包括PWM控制芯片U1、电感L、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1和第二电容C2；所述交流电输入端J1通过整流滤波模块10连接第一电阻R1的一端、PWM控制芯片U1的第五引脚5和第六引脚6；所述第一电阻R1的另一端连接第一二极管D1的负极、第一电容C1的一端和PWM控制芯片U1的第二引脚2；所述PWM控制芯片U1的第四引脚4通过第二电阻R2连接电感L的一端、同步整流芯片U2的VD端、同步整流芯片U2的SENSE端、第三电阻R3的一端、第一电容C1的另一端、PWM控制芯片U1的第七引脚7和第八引脚8；所述电感L的另一端连接外部LED灯组20的正极、还通过第四电阻R4连接PWM控制芯片U1的第三引脚3和第三电阻R3的另一端、通过第五电阻R5连接第一二极管D1的正极、通过第六电阻R6连接第二二极管D2的正极；所述外部LED灯组20的负极接地，所述第二二级管D2的负极连接同步整流芯片U2的VDD端和第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端接地，所述同步整流芯片U2的VSS端接地。

其中，PWM控制芯片U1的型号为WS3468，有8个引脚，PWM控制芯片U1第一引脚1（NC端）为悬空的引脚；第二引脚2（VCC端）为PWM控制芯片U1的电源引脚；第三引脚3（FB端）为反馈信号输入引脚；第四引脚4（S端）为PWM控制芯片U1内部功率开关管（图中未示出）的源极引脚；第五引脚5和第六引脚6（两个D端）为PWM控制芯片U1内部功率开关管的漏极引脚；第七引脚7和第八引脚8（两个GND端）为PWM控制芯片U1的接地端。

请继续参阅图1和图2，本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，同步整流芯片U2通过检测整流开关管Q1的漏极到源极的电压Vds，选择合适的时机让同步整流管Q1导通和关断。PWM控制芯片U1内部开关功率管打开时，外接电感L储能并向外部提供输出电流，同步整流芯片U2检测到同步整流管Q1的Vds为正电压，此时同步整流管Q1关断不进行整流；当PWM控制芯片U1内部开关功率管关断时，电感L通过同步整流芯片U2内部整流开关管Q1的体二极管D3进行续流，Vds达到体二极管D3的导通电压，体二极管D3导通，电流流过体二极管D3产生一个较小的负电压，同步整流芯片U2检测Vds达到整流开关管Q1的打开阈值时，打开整流开关管Q1进行整流，当电感电流减小时，Vds也逐渐减小，到达关断阈值电压时整流开关管Q1关断，PWM控制芯片U1重新打开给电感L储能，为下一个整流周期做准备。

具体的，交流电压经过整流滤波模块10的整形和滤波后，通过第一电阻R1给第一电容C1进行充电，当C1上的电压达到PWM控制芯片U1的启动电压后，PWM控制芯片U1的内部功率开关管（图中未示出）打开，电感电流上升，并同时通过第六电阻R6和第二二极管D2向第二电容C2充电，给同步整流芯片U2提供工作电压，电感电流上升的同时，第二电阻R2上的电压也上升，PWM控制芯片U1检测到第二电阻R2上的电压达到内部设定的阈值时关闭其内部的功率开关管，功率开关管关闭后电感电流通过同步整流芯片U2进行续流，此时PWM控制芯片U1的两个GND端（第七引脚和第八引脚）与大地基本一致，因此可以通过第五电阻R5和第一二极管D1对第一电容C1进行充电，同时PWM控制芯片U1可以通过检测FB端上的电压来检测电感电流是否放电完成，当PWM控制芯片U1检测到FB端上的电压低于内部设定的阈值时表示电感电流降为0，则PWM控制芯片U1内部的功率开关管重新开启导通。

当PWM控制芯片U1内部功率开关管导通时，同步整流芯片U2检测到Vds为正电压，控制内部整流开关管Q1关断不进行整流，此时电流流过PWM控制芯片U1内部的功率开关管、第二电阻R2、电感L和LED灯组40。当PWM控制芯片U1的内部功率开关管关断时，由于电感电流不能突变，因此电感L上的电流通过电感L、LED灯组40、同步整流芯片U2内部整流开关管Q1的体二极管D3来进行续流，当整流开关管Q1未开启（导通）时，电流通过同步整流芯片U2整流开关管Q1的体二极管D3，此时Vds电压大约为-500mV，由于此电压远小于内部开启阈值时，因此整流开关管Q1导通进行续流，整流开关管Q1导通后流过的电流Id逐渐下降，Vds（Vds的值为-Id×Ron，Ron为整流开关管Q1的导通电阻）电压逐渐升高，为了保证能检测到Vds的下降沿，同步整流芯片U2通过调整整流开关管Q1的栅电压将Vds电压维持在-70mV左右，直到电流继续下降至零、Vds电压高于-30mV的关断阈值电压时整流开关管Q1才关断，整流结束。

进一步的，所述同步整流芯片U2还包括第七电阻R7，所述驱动单元33的输出端通过第七电阻R7连接同步整流芯片U2的VSS端和整流开关管Q1的源极。

所述整流滤波模块10包括整流桥及与整流桥并联连接的第三电容C3。

本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路还包括第四电容C4，所述第四电容C4与LED灯组40并联。所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4均为电解电容。所述第一电容C1的正极连接PWM控制芯片U1的第二引脚（VCC端）和第一二极管D1的负极；所述第一电容C1的负极连接PWM控制芯片U1的第七引脚和第八引脚。所述第二电容C2的正极连接同步整流芯片U2的VDD端和第二二极管D2的负极，所述第二电容C2的负极接地。所述第三电容C3的正极连接整流桥的输出端、PWM控制芯片U1的第五引脚和第六引脚，所述第三电容C3的负极接地。所述第四电容C4的正极连接连接LED灯组40的正极和电感L的另一端，所述第四电容C4的负极接地。

综上所述，本发明提供的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路工作在谷底开关模式，并采用同步整流技术，因此转换效率高，EMI低，输出电流自动适应电感量的变化和输出电压的变化，从而真正实现了恒流驱动LED灯组。该LED驱动电路的同步整流技术采用低导通电阻的功率MOS管代替传统的肖特基二极管进行整流，解决了因二极管正向压降引起的功率损耗较大的问题，从而达到降低整流损耗,提高效率的目的。该LED驱动电路具有高度集成性，极低的待机功耗，外部电路结构简单、容易实现，而且大幅降低了成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，包括：

交流电输入端；

整流滤波模块；

PWM控制模块，用于为外部LED灯组提供恒定的驱动电流；

同步整流模块，用于对PWM控制模块输出的电流进行整流，检测自身整流开关管的漏极与源极之间的电压，在该电压达到开启阈值电压时打开整流开关管，在该电压达到关断电压时关断整流开关管；所述整流开关管用于对PWM控制模块输出的电流进行整流；

所述交流电输入端通过整流滤波模块连接PWM控制模块，所述PWM控制模块还连接同步整流模块和外部LED灯组的正极；

所述同步整流模块包括同步整流芯片，其中，所述同步整流芯片包括：

逻辑控制单元，用于在整流开关管的漏极与源极之间的电压达到开启阈值电压时输出控制信号使得整流开关管打开、在所述电压达到关断电压时输出控制信号使得整流开关管关断；

所述整流开关管采用导通电阻极低的功率MOSFET，用于对PWM控制模块输出的电流进行整流。

2.根据权利要求1所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述同步整流模块包括同步整流芯片，其中，所述同步整流芯片包括：

整流开关管；

采样单元，用于检测整流开关管的漏极与源极之间的电压，并输出给下述逻辑控制单元；

驱动单元，用于根据逻辑控制单元产生的控制信号，驱动整流开关管的通断；

所述采样单元的输入端为同步整流芯片的SENSE端；所述采样单元的输出端连接逻辑控制单元的输入端，所述逻辑控制单元的输出端为同步整流芯片的VDD端；所述驱动单元的输出端连接整流开关管的栅极；所述整流开关管的源极为同步整流芯片的VSS端；所述整流开关管的漏极为同步整流芯片的VD端。

3.根据权利要求2所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述PWM控制模块包括PWM控制芯片、电感、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容；所述交流电输入端通过整流滤波模块连接第一电阻的一端、PWM控制芯片的第五引脚和第六引脚；所述第一电阻的另一端连接第一二极管的负极、第一电容的一端和PWM控制芯片的第二引脚；所述PWM控制芯片的第四引脚通过第二电阻连接电感的一端、同步整流芯片的VD端、同步整流芯片的SENSE端、第三电阻的一端、第一电容的另一端、PWM控制芯片的第七引脚和第八引脚；所述电感的另一端连接外部LED灯组的正极、还通过第四电阻连接PWM控制芯片的第三引脚和第三电阻的另一端、通过第五电阻连接第一二极管的正极、通过第六电阻连接第二二极管的正极；所述外部LED灯组的负极接地，所述第二二极管的负极连接同步整流芯片的VDD端和第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地，所述同步整流芯片的VSS端接地。

4.根据权利要求3所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述同步整流芯片还包括第七电阻，所述驱动单元的输出端通过第七电阻连接同步整流芯片的VSS端。

5.根据权利要求4所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述整流滤波模块包括整流桥及与整流桥并联连接的第三电容。

6.根据权利要求5所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路还包括第四电容，所述第四电容与LED灯组并联。

7.根据权利要求6所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均为电解电容。

8.根据权利要求7所述的智能同步整流的非隔离降压型LED驱动电路，其特征在于，所述PWM控制芯片的型号为WS3468。