CN104768256A - 同步关断led升压驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步关断LED升压驱动电路，包括电感器、同步关断模块和升压驱动电路。升压驱动电路未启动时，电感器储能，同步关断模块处于断开状态，主回路断开；升压驱动电路启动时，电感器放电，同步关断模块处于闭合状态，主回路闭合，LED光源得电点亮。通过同步关断模块将电感器的储能阶段和放电阶段分开，在电感器储能阶段，完全不会向负载放电，提高了电路的能量利用率，使电感器在放电阶段能量不减少，相应的，提高了电路的反应速度，加快了LED光源点亮速度。

Description

同步关断LED升压驱动电路

技术领域

本发明涉及照明技术领域，特别是涉及一种同步关断LED升压驱动电路。

背景技术

发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。由镓与砷、磷的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。

传统LED的供电电路都是蓄电池供电，需要升压电路进行驱动。传统的升压驱动电路包括储能电路和耗能电路。其中储能电路一般为电感器，耗能电路为LED光源。但是，电感器在储能阶段会向负载放电，导致电路能量利用率低，反应慢。

发明内容

基于此，有必要针对电路能量利用率地且反应慢的问题，提供一种能量利用率高且反应迅速的同步关断LED升压驱动电路。

一种同步关断LED升压驱动电路，包括电感器、同步关断模块和升压驱动电路；所述同步关断模块包括第一端、第二端和第三端，所述升压驱动电路包括电源端和输出端；

所述电感器连接电源和同步关断模块的第一端；

所述同步关断模块的第二端连接所述电源，所述第三端连接LED光源的正极，所述LED光源的负极连接地电位；所述电源、电感器、同步关断模块和LED光源构成主回路；

所述升压驱动电路的电源端连接所述电源，所述输出端连接所述电感器和所述第一端的公共端；

所述升压驱动电路未启动时，所述电感器储能，所述同步关断模块处于断开状态，所述主回路断开；所述升压驱动电路启动时，所述电感器放电，所述同步关断模块处于闭合状态，所述主回路闭合。

在其中一个实施例中，所述同步关断模块为PNP型三极管，所述PNP型三极管的发射极为所述同步关断模块的第一端，集电极为所述同步关断模块的第二端，基极为所述同步关断模块的第三端。

在其中一个实施例中，所述PNP型三极管的基极通过限流电阻连接所述电源。

在其中一个实施例中，所述PNP型三极管的发射极连接稳压电容，所述稳压电容另一端接地。

在其中一个实施例中，所述升压驱动电路还包括使能端，所述使能端通过触控开关连接所述电源，所述触控开关闭合，所述使能端接通高电平，所述升压驱动电路开始工作；所述触控开关断开，所述使能端悬空，所述升压驱动电路停止工作。

在其中一个实施例中，所述升压驱动电路为TPS61086芯片，所述TPS61086芯片的8引脚IN端为所述电源端，6引脚SW端、7引脚SW端连接后作为所述输出端。

在其中一个实施例中，所述升压驱动电路的工作温度超过预设温度时，所述升压驱动电路自动关闭。

在其中一个实施例中，所述同步关断LED升压驱动电路还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联后连接所述电感器的输出端和地电位；所述TPS61086芯片的2引脚电压反馈端连接所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端；

当所述TPS61086芯片的电压反馈端的电压小于电压预设值时，所述TPS61086芯片增加所述输出端的电压；当所述TPS61086芯片的电压反馈端的电压大于电压预设值时，所述TPS61086芯片停止工作。

在其中一个实施例中，所述同步关断LED升压驱动电路还包括滤波电容器，所述滤波电容器并联所述LED光源。

在其中一个实施例中，所述同步关断LED升压驱动电路还包括单向导通开关，所述单向导通开关分别连接所述电感器和所述LED光源的正极。

上述同步关断LED升压驱动电路，升压驱动电路未启动时，电感器储能，同步关断模块处于断开状态，主回路断开；升压驱动电路启动时，电感器放电，同步关断模块处于闭合状态，主回路闭合，LED光源得电点亮。通过同步关断模块将电感器的储能阶段和放电阶段分开，在电感器储能阶段，完全不会向负载放电，提高了电路的能量利用率，使电感器在放电阶段能量不减少，相应的，提高了电路的反应速度，加快LED光源点亮速度。

附图说明

图1为本发明一实施例的同步关断LED升压驱动电路原理图；

图2为本发明另一实施例的同步关断LED升压驱动电路原理图。

具体实施方式

一种同步关断LED升压驱动电路，通过同步关断模块将电感器的储能阶段和放电阶段分开，在电感器储能阶段，完全不会向负载放电，提高了电路的储能率，使电感器在放电阶段能量不减少，相应的，提高了电路的反应速度，加快LED光源点亮。并且，上述同步关断LED升压驱动电路，使用TPS61-86芯片，实现了过压、欠压和过热的保护功能。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示，为本发明一实施例的同步关断LED升压驱动电路100原理图。参考图1，一种同步关断LED升压驱动电路100，包括电感器120、同步关断模块140和升压驱动电路160。

同步关断模块140包括第一端L、第二端M和第三端N，升压驱动电路160包括电源端A和输出端B。电感器120连接电源200和同步关断模块140的第一端L，同步关断模块140的第二端M连接电源200，第三端N连接LED光源300的正极，LED光源300的负极连接地电位，电源200、电感器120、同步关断模块140和LED光源300构成主回路。升压驱动电路160的电源端A连接电源，输出端B连接电感器120和第一端L的公共端。升压驱动电路160未启动时，电感器120储能，同步关断模块140处于断开状态，上述主回路断开；升压驱动电路160启动时，电感器120放电，同步关断模块140处于闭合状态，上述主回路处于闭合状态。

通过同步关断模块140将电感器120的储能阶段和放电阶段分开，在电感器120的储能阶段，完全不会向LED光源300或电路的负载放电，提高了电路的储能率和能量利用率。

图2所示，为本发明另一实施例的同步关断LED升压驱动电路原理图。

上述同步关断模块140为PNP型三极管Q1，PNP型三极管Q1的发射极e为同步关断模块140的第一端L，集电极c为同步关断模块140的第二端M，基极b为同步关断模块140的第三端N。上述PNP型三极管的基极b通过限流电阻R1连接电源VCC，PNP型三极管Q1的发射极e连接稳压电容C1，稳压电容C1的另一端接地。其中，上述限流电阻R1为小电阻，保证流经PNP型三极管Q1的电流过大时，PNP型三极管Q1不被烧坏。其中，稳压电容C1为小电容，保证PNP型三极管发射极电压的稳定。

参考图2，上述升压驱动电路160为TPS61086芯片。

当上述TPS61086芯片的开关管处于开启状态，电源VCC输入的电流经电感器L、TPS61086芯片的输出端（即SW端）、接地端（即PGND端）构成回路，此阶段电感器L储能。参考图2，p点和q点分别为电感器L的输入端和输出端，在电感器L储能的阶段，p点的电压大于q点的电压，限流电阻R1电阻较小即R1上的压降较小，相应的，PNP型三极管Q1的基极b的电压大于发射极e的电压，PNP型三极管Q1关闭，保证了电感器L储能阶段不会向LED光源300放电。

当上述TPS61086芯片的开关管处于关闭状态，TPS61086芯片处于工作状态，输出端输出升压后的电压，由于反电势的作用，电感器L储存的能量向LED光源300供电，即此时电感器L处于放电状态。电感器L处于放电阶段时，q点的电压大于p点的电压，相应的PNP型三极管Q1的基极b的电压小于发射极e的电压，PNP型三极管Q1开启，电感器L向LED光源300放电。因为PNP型三极管Q1反应灵敏，能将电感器L储能阶段和放电阶段明确的分开，使同步关断LED升压驱动电路100反应灵敏。

上述TPS61086芯片的1引脚COMP端为补偿端，通过串联电阻R2和电容器C2后接地，可以提高负载瞬态响应能力。具体的，上述电阻R2阻值为16kΩ，电容器C2的电容为2.7nF。

参考图2，上述同步关断LED升压驱动电路100还包括电压反馈电路180，包括串联的分压电阻R3和R4，上述分压电阻R3和R4串联后并联上述LED光源300。

TPS61086芯片的2引脚FB端为电压反馈端，连接串联的分压电阻R3与R4的公共端，分压电阻R3与R4串联后分别连接PNP型三极管Q1的集电极c和地电位。TPS61086芯片与电阻R5、R6组成输出电压反馈电路，控制上述主回路的输出电压的大小。

设分压电阻R3和R4的公共端的输出电压即FB引脚上的电压为VS，VS的最大取值不能超过18.5V。具体的，上述电阻R3、电阻R4阻值大小的计算公式为： $R4=\frac{V_{\mathrm{FB}}}{70\mathrm{uA}}=18\mathrm{K\Ω},$ $R3=R4*(\frac{\mathrm{VS}}{V_{\mathrm{FB}}}-1).$ 其中V_FB＝1.238V，为反馈调节电压。FB端上的电压小于此反馈调节电压值时，TPS61086芯片增加输出电压，实现欠压保护；当FB端上的电压大于此反馈调节电压值时，TPS61086芯片关闭输出，实现过压保护。具体的，在另一实施例中，当FB引脚的电压高于反馈调节电压的正常值（1.238Ｖ）的3%时，TPS61086芯片会关闭输出，直到FB引脚的电压回到正常值时恢复正常工作。进一步的，为了预防欠压时的误操作，当电源VCC的电压低于2.2V时，上述升压驱动电路160，在本实施例中为TPS61086芯片，会关闭输出，进一步保证了电路整体运行的稳定性。

参考图2，上述升压驱动电路160还包括使能端（图未示），即TPS61086芯片的3引脚EN端，上述使能端通过触控开关190连接电源VCC，触控开关190闭合，使能端接通高电平，升压驱动电路160开始工作；触控开关190断开，使能端悬空，升压驱动电路160停止工作。

TPS61086芯片的3引脚EN端为TPS61086芯片的使能端，即上述升压驱动电路160的使能端，通过连接按键K连接电源VCC，按键K闭合时，使能端EN端输入高电平，TPS61086芯片通电开启工作，相反，按键K断开时，使能端EN悬空，TPS61086芯片失电停止工作。在其他的实施例中，上述触控开关180也可为按键K之外的常见触控开关。

在另一实施例中，上述使能端EN还可连接时基电路（图未示），并通过上述时基电路提供使能信号。上述时基电路可输出PWM方波信号，并可通过设置上述时基电路的外围电路，调节上述PWM方波信号幅值的大小，从而实现对LED光源300进行调光。

TPS61086芯片的4引脚、5引脚即AGND端和PGND端，分别连接地电位。TPS61086芯片的6引脚、7引脚分别为SW端，上述6引脚、7引脚连接后作为TPS61086芯片的输出端（即上述升压驱动电路160的输出端B，参考图1），上述TPS61086芯片的输出端连接主回路中电感器L与Q1的发射极e的公共端。TPS61086芯片将使能端EN输入的电压信号进行放大之后输出给上述主回路，以驱动LED光源300。

具体的，上述电感器L的电感大小为3.3uH-5uH，计算公式如下：L=(V_IN/Vs)²*((V_S-V_IN)/(I_OUT*f_S))*(η/0.35)。其中VIN为电感器L的输入电压，I_OUT为电感器L的输出电流，η为电路效率，在本实施例中，上述电路效率具体可为90％；f_S为TPS61086芯片的开关管的工作频率，本实施例中f_S为固定频率1.2MHz。

TPS61086芯片的8引脚IN端为TPS61086芯片的电源端（即上述升压驱动电路160的电源端A，参考图1），连接电源VCC（即电源VCC，参考图1），在本实施例中电源VCC为蓄电池，一般输出电压为2.3V-6V。

参考图2，上述同步关断LED升压驱动电路100还包括自适应控制电路170，上述自适应控制电路170包括串联的限流电阻R5、模数转换模块174、单片机176和下拉电阻R6。上述限流电阻R5和模数转换模块174的公共端连接Q1的集电极c，限流电阻R5的另一端连接LED光源300；针对模数转换模块174，连接上述集电极c和限流电阻R5的公共端的一端为模数转换模块174的信号检测端，也为上述自适应控制电路170的信号输入端；下拉电阻R6和单片机176的公共端连接升压驱动电路160的模式控制端（即TPS61086芯片的9引脚MODE端），下拉电阻R6的另一端接地；针对自适应控制电路170，连接上述模式控制端的一端为上述同步关断控制电路170的信号输出端。

上述限流电阻R5为小电阻，在上述电路中，用于分配较小的电压，上述模数转换模块174检测流经上述限流电阻R5上的电流模拟信号并将上述电流模拟信号转换成电压数字信号并传输给上述单片机176，上述单片机176通过上述电压数字信号计算流经LED光源300的电流，并进行判断和控制：如果上述电流大小超过100mA，表示LED光源300的负载较大，单片机176输出高电平给模式控制端；如果上述电流小于100mA，表示LED光源300负载较小，单片机176输出低电平给模式控制端。具体的，在本实施例中，当上述LED光源300负载较大时，主回路上的电流大于100mA，但是最大不可超过2A。如上，上述预设电流值为100mA。在其他的实施例中，上述预设电流值也可为其他值，根据具体的驱动电路的需要设定。

上述模数转换模块174即AD转换芯片，通过上述模数转换模块174进行AD检测。在其他实施例中，上述单片机176也可内置模数转换模块174。

进一步的，参考图2，上述自适应控制电路170还包括滤波模块178，滤波模块178连接上述模数转换模块174的信号检测端，用于滤除电感器L和LED光源300构成的主回路上的文波、电磁波或其他波动。具体的，上述滤波模块178为低通滤波电路、高通滤波电路或者带通滤波电路之一，或者为组合上述滤波电路的复合滤波电路。在其他的实施例中，上述滤波模块178也可为滤波芯片。

TPS61086芯片的9引脚MODE端为TPS61086芯片的模式控制端（即上述升压驱动电路160的模式控制端），上述模式控制端MODE输入高电平时，TPS61086芯片使用PWM技术进行升压驱动，上述模式控制端引脚输入低电平时，TPS61086芯片使用PFM技术进行升压驱动。图2所示，上述模式控制端MODE连接上述单片机176和下拉电阻R6的公共端，单片机176输出高电平时，TPS61086芯片使用PWM技术进行升压驱动；单片机176输出低电平时，TPS61086芯片使用PFM技术进行升压驱动。

TPS61086芯片的10引脚SS引脚为软启动引脚，通过电容器C3接地后，TPS61086芯片将进行软启动，能够防止浪涌电流的干扰。通常上述电容器C3的电容为100nF，当上述同步关断LED升压驱动电路100通电，使能端EN端检测到高电平时，电容器C3立刻被充电到0.3V，然后继续以10uA的电流充电，直到输出电压达到额定值的90%为止。当电路关闭输入时，电容器C3对地放电。电容器C3的电容值越大，防浪涌能力越强。

并且，上述升压驱动电路160的工作温度超过预设温度时，升压驱动电路160自动关闭。在图2所示实施例中，TPS61086芯片的工作温度超过预设温度时，TPS61086芯片内的开关管自动断开，TPS61086芯片停止工作。具体的，上述预设温度为150℃。上述TPS61086芯片允许的工作温度在136℃以内，当工作温度达到150℃时，TPS61086芯片自动停止工作，直至电路的温度低于136℃时，TPS61086芯片恢复正常工作。

进一步的，上述同步关断LED升压驱动电路100还包括高频滤波电路150，连接TPS61086芯片的电源端IN，用于对输入电源端IN的电源信号进行高频滤波。具体的，上述高频滤波电路150为瓷片电容C4。进一步的，上述同步关断LED升压驱动电路100还包括电源滤波电路130，连接在电源VCC输出端，用于对电源VCC输出的电源信号进行低频滤波。具体的，上述电源滤波电路130为电解电容C5。

进一步的，参考图2，上述同步关断LED升压驱动电路100还包括滤波电容器C6，滤波电容器C6并联LED光源300。

进一步的，在上述电感器L和LED光源300构成的主回路上还设有单向导通开关，单向导通开关分别连接电感器L和Q1的发射极e，用于防止上述电容器C6的电荷向上述电感器L和升压驱动电路160的输出端回流。具体的，上述单向导通开关为单向导通二极管D。

下面结合图2所示实施例电路的原理，对本发明同步关断LED升压驱动电路的原理进行进一步详细的说明。

电源VCC输出2.3V-6V的电压，一路经过电感器L、单向导通二极管D、三极管Q1、限流电阻R5和LED光源300构成的主回路，其中LED光源300的负极接地。

一路进过限流电阻R1、三极管Q1、限流电阻R5和LED光源300构成回路。

一路经过电容C5进行低通滤波、电容C4进行高通滤波后输入到TPS61086芯片的8引脚电源端IN，为TPS61086芯片提供工作电压。按键K断开时，TPS61086芯片的3引脚使能端EN悬空，TPS61086芯片内的开关管开启，TPS61086芯片不工作；当按键K闭合时，TPS61086芯片的3引脚使能端EN接入高电平，TPS61086芯片内的开关管闭合，TPS61086芯片开启工作。

当上述TPS61086芯片的开关管处于开启状态时，电源VCC输入的电流经电感器L、TPS61086芯片的SW端、PGND端构成回路，此阶段电感器L储能。在电感器L储能的阶段，p点的电压大于q点的电压，PNP型三极管Q1的基极b的电压大于发射极e的电压，PNP型三极管Q1关闭，保证了电感器L处于储能阶段时不会向LED光源300放电。

当上述TPS61086芯片的开关管处于关闭状态时，TPS61086芯片处于工作状态，输出端SW输出升压后的电压，由于反电势的作用，电感器L储存的能量向LED光源300供电，即此时电感器L处于放电状态。电感器L处于放电阶段时，q点的电压大于p点的电压，相应的PNP型三极管Q1的基极b的电压小于发射极e的电压，PNP型三极管Q1开启，电感器L向LED光源300放电。

在TPS61086芯片的开关管开启的期间，电源VCC输出的电流经电感器L、TPS61086芯片的SW端、PGND端构成回路，在此期间，电感器L储存能量，LED光源300全靠电容C6供电。当TPS61086芯片的开关管关闭时，由于反电势的作用，电感器L储存的能量经过单向导通二极管D向电容C6和LED光源300供电。由于单向导通二极管D的存在，电容C6的电荷不能向电感器L或TPS61086芯片的SW端回流。

自适应控制电路170检测主回路上流经限流电阻R5电流的大小，经滤波模块178滤波后，模数转换模块174将检测到的电流模拟信号转换成电压数字信号并传输给单片机176，单片机176通过上述电压数字信号计算流经主回路的电流大小，并进行判断和控制：如果上述电流大小超过100mA，表示LED光源300的负载较大，单片机176输出高电平给TPS61086芯片的模式控制端MODE；如果上述电流小于100mA，表示LED光源300负载较小，单片机176输出低电平给TPS61086芯片的模式控制端MODE。

TPS61086芯片的模式控制端MODE接收高电平时，TPS61086芯片使用PWM技术进行升压驱动，模式控制端MODE接收低电平时，TPS61086芯片使用PFM技术进行升压驱动。

TPS61086芯片的1引脚COMP端串联电阻R2和电容器C2后接地，可以提高负载瞬态响应能力。

TPS61086芯片的2引脚FB端连接串联的电阻R3与R4的公共端，电阻R3与R4串联后分别连接Q1的集电极c和地电位，用于进行电压反馈。当FB端的电压小于反馈调节电压时，TPS61086芯片增加输出电压，实现欠压保护；当FB引脚上的电压大于此反馈调节电压值时，TPS61086芯片关闭输出，实现过压保护。图2所示实施例中，上述反馈调节电压为1.238Ｖ。

TPS61086芯片的4引脚、5引脚即AGND端和PGND端，分别连接地电位。TPS61086芯片的10引脚SS引脚为软启动引脚，通过电容C3接地后，TPS61086芯片将进行软启动，能够防止浪涌电流的干扰。

并且，在上述TPS61086芯片的工作温度高于150℃时，TPS61086芯片自动停止工作，直至电路的温度低于136℃时，TPS61086芯片恢复正常工作。

综上，上述同步关断LED升压驱动电路100通过同步关断模块140将电感器L的储能阶段和放电阶段分开，在电感器L储能阶段，完全不会向LED光源300放电，提高了电路的能量利用率，使电感器L在放电阶段能量不减少，相应的，提高了电路的反应速度，LED光源300点亮速度增加；并且可以实现过热、过压、欠压的保护，使电路更加安全可靠。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，包括电感器、同步关断模块和升压驱动电路；所述同步关断模块包括第一端、第二端和第三端，所述升压驱动电路包括电源端和输出端；

所述电感器连接电源和同步关断模块的第一端；

所述同步关断模块的第二端连接所述电源，所述第三端连接LED光源的正极，所述LED光源的负极连接地电位；所述电源、电感器、同步关断模块和LED光源构成主回路；

所述升压驱动电路的电源端连接所述电源，所述输出端连接所述电感器和所述第一端的公共端；

所述升压驱动电路未启动时，所述电感器储能，所述同步关断模块处于断开状态，所述主回路断开；所述升压驱动电路启动时，所述电感器放电，所述同步关断模块处于闭合状态，所述主回路闭合。

2.根据权利要求1所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述同步关断模块为PNP型三极管，所述PNP型三极管的发射极为所述同步关断模块的第一端，集电极为所述同步关断模块的第二端，基极为所述同步关断模块的第三端。

3.根据权利要求2所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述PNP型三极管的基极通过限流电阻连接所述电源。

4.根据权利要求2所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述PNP型三极管的发射极连接稳压电容，所述稳压电容另一端接地。

5.根据权利要求1所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述升压驱动电路还包括使能端，所述使能端通过触控开关连接所述电源，所述触控开关闭合，所述使能端接通高电平，所述升压驱动电路开始工作；所述触控开关断开，所述使能端悬空，所述升压驱动电路停止工作。

6.根据权利要求1所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述升压驱动电路为TPS61086芯片，所述TPS61086芯片的8引脚IN端为所述电源端，6引脚SW端、7引脚SW端连接后作为所述输出端。

7.根据权利要求6所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述升压驱动电路的工作温度超过预设温度时，所述升压驱动电路自动关闭。

8.根据权利要求6所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述同步关断LED升压驱动电路还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联后连接所述同步关断模块的第二端和地电位；所述TPS61086芯片的2引脚电压反馈端连接所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端；

当所述TPS61086芯片的电压反馈端的电压小于电压预设值时，所述TPS61086芯片增加所述输出端的电压；当所述TPS61086芯片的电压反馈端的电压大于电压预设值时，所述TPS61086芯片停止工作。

9.根据权利要求1所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述同步关断LED升压驱动电路还包括滤波电容器，所述滤波电容器并联所述LED光源。

10.根据权利要求1所述的同步关断LED升压驱动电路，其特征在于，所述同步关断LED升压驱动电路还包括单向导通开关，所述单向导通开关分别连接所述电感器和所述LED光源的正极。