CN104918376A - 基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，驱动芯片M，自锁光激发电路，逻辑保护射极耦合式放大电路，与驱动芯片M相连接的驱动电路，设置在驱动芯片M与自锁激发电路之间的同相交流信号放大电路，以及串接在逻辑保护射极耦合式放大电路与驱动电路之间的恒流保护电路。本发明能根据外部光照条件来自动激发驱动芯片M的相关功能，无需增加额外的启动装置，因此其功耗较低。本发明通过恒流保护电路可以对工作电流进行检测，当工作电流出现波动时其可自动做出调整，使电流维持在恒定值内，避免电流波动给LED带来影响。

Description

基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电路，具体是指基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统。

背景技术

目前，由于LED灯具有能耗低、使用寿命长以及安全环保等特点，其已经成为了人们生活照明的主流产品之一。由于LED灯不同于传统的白炽灯，因此其需要由专用的驱动电路来进行驱动。然而，当前人们广泛使用的栅极驱动电路其并没有针对工作电流做检测，如市电出现波动时则很容易损坏驱动系统自身或LED。

发明内容

本发明的目的在于克服目前栅极驱动电路其并没有针对工作电流做检测，如市电出现波动时则很容易损坏驱动系统自身或LED的缺陷，提供一种结构设计合理，的基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，其包括驱动芯片M，自锁光激发电路，逻辑保护射极耦合式放大电路，与驱动芯片M相连接的驱动电路，设置在驱动芯片M与自锁激发电路之间的同相交流信号放大电路，以及串接在逻辑保护射极耦合式放大电路与驱动电路之间的恒流保护电路。

进一步的，所述的自锁光激发电路由或非门IC1，或非门IC2，或非门IC3，一端与同相交流信号放大电路相连接、另一端经电位器R2后接地的光电池CDS，一端与同相交流信号放大电路相连接、另一端与或非门IC2的负极输入端相连接的电阻R1，以及串接在或非门IC3的正极输入端与输出端之间的电容C1组成；所述或非门IC1的正极输入端与光电池CDS与电位器R2的连接点相连接，其负极输入端与或非门IC2的输出端相连接，而其输出端则与或非门IC2的正极输入端相连接；所述或非门IC3的输出端与同相交流信号放大电路相连接，或非门IC2的输出端则与同相交流信号放大电路相连接；该逻辑保护射极耦合式放大电路则串接在或非门IC2的输出端与或非门IC3的负极输入端之间。

所述的恒流保护电路由保护芯片U1，三极管Q4，三极管Q5，串接在保护芯片U1的COMP管脚与VREF管脚之间的二极管D6，P极与保护芯片U1的RT管脚相连接、N极则经电阻R14后与保护芯片U1的FB管脚相连接的二极管D5，一端与保护芯片U1的CS管脚相连接、另一端接地的电阻R15，一端与保护芯片U1的DVR管脚相连接、另一端则与三极管Q4的基极相连接的电阻R16，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端则经电阻R19后与三极管Q5的集电极相连接的电阻R18，一端与三极管Q5的发射极相连接、另一端接地的电阻R17，以及正极与三极管Q5的发射极相连接、负极则与驱动电路相连接的极性电容C10组成；所述二极管D5的N极与逻辑保护射极耦合式放大电路相连接；三极管Q5的基极与电阻R18和电阻R19的连接点相连接，而三极管Q4的发射极接地；所述保护芯片U1的VREF管脚与其VCC管脚相连接、其GND管脚接地。

所述同相交流信号放大电路由功率放大器P1，一端与驱动芯片M的VCC管脚相连接、另一端与功率放大器P1的正极输入端相连接的电阻R4，一端与功率放大器P1的负极输入端相连接、另一端与或非门IC2的输出端相连接的电阻R5，以及正极与功率放大器P1的正极输入端相连接、负极外接电源的极性电容C5组成，所述功率放大器P1的输出端与驱动芯片M的INP管脚相连接。

该逻辑保护射极耦合式放大电路主要由三极管Q2，三极管Q3，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P2的负极输入端与输出端之间的电阻R7，串接在功率放大器P3的正极输入端与输出端之间的极性电容C8，串接在功率放大器P2的正极输入端与三极管Q2的集电极之间的电阻R6，串接在三极管Q2的集电极与三极管Q3的基极之间的电阻R8，与电阻R8相并联的电容C7，负极与功率放大器P2的正极输入端相连接、正极经电阻R9后与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C6，串接在三极管Q3的基极与极性电容C6的正极之间的电阻R10，正极与三极管Q3的发射极相连接、负极顺次经稳压二极管D2和电阻R11后与功率放大器P2的输出端相连接的电容C9，P极与功率放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R13和电阻R12后与稳压二极管D2与电阻R11的连接点相连接的二极管D3，以及P极与电容C9的负极相连接、N极与二极管D3与电阻R13的连接点相连接的稳压二极管D4组成；所述三极管Q2的基极与极性电容C6的正极相连接，其发射极与三极管Q3的发射极相连接，其集电极与功率放大器P2的负极输入端相连接；三极管Q3的集电极与功率放大器P3的负极输入端相连接，功率放大器P3的正极输入端与功率放大器P2的输出端相连接；所述极性电容C6的正极与或非门IC2的输出端相连接，而电阻R13与电阻R12的连接点则与或非门IC3的负极输入端相连接；所述二极管D5的N极还与或非门IC3的负极相连接。

所述驱动电路由变压器T，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D1，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C2，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R3，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接、集电极顺次经电容C3和电容C4后接地、而发射极与极性电容C10的负极相连接的晶体管Q1组成；所述变压器T的原边线圈的同名端与电容C3和电容C4的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q1的发射极相连接后接地；同时，晶体管Q1的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。

所述驱动芯片M为LTC4440A集成芯片，所述的保护芯片U1为AP3843CP集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明能根据外部光照条件来自动激发驱动芯片M的相关功能，无需增加额外的启动装置，因此其功耗较低。

(2)本发明的启动时间仅为传统栅极驱动电路启动时间的1/4，因此其启动时间极短。

(3)本发明能有效的避免外部电磁干扰，能显著的降低电流噪音。

(4)本发明中设有同相交流信号放大电路，因此能确保脉冲信号的强度不会衰减，从而确保性能稳定。

(5)本发明通过恒流保护电路可以对工作电流进行检测，当工作电流出现波动时其可自动做出调整，使电流维持在恒定值内，避免电流波动给LED带来影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的逻辑保护射极耦合式放大电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明包括驱动芯片M，自锁光激发电路，逻辑保护射极耦合式放大电路，与驱动芯片M相连接的驱动电路，设置在驱动芯片M与自锁激发电路之间的同相交流信号放大电路，以及串接在逻辑保护射极耦合式放大电路与驱动电路之间的恒流保护电路组成。

所述同相交流信号放大电路用于将自锁激发电路锁产生的脉冲信号进行放大，以避免信号衰减。其由功率放大器P1，电阻R4、电阻R5及极性电容C5组成。连接时，电阻R4的一端与驱动芯片M的VCC管脚相连接，其另一端与功率放大器P1的正极输入端相连接；电阻R5的一端与功率放大器P1的负极输入端相连接，其另一端则与自锁光激发电路相连接；而极性电容C5的正极则与功率放大器P1的正极输入端相连接，其负极外接电源。同时，该功率放大器P1的输出端要与驱动芯片M的INP管脚相连接。

为确保功率放大器P1能正常工作，该极性电容C5的负极所外接的电源电压需要为6～12V之间。同时，为确保使用效果，该驱动芯片M优先采用凌力尔特公司生产的高频率N沟道MOSFET栅极驱动芯片，即LTC4440A集成芯片来实现。该驱动芯片M的特点是能以高达80V的输入电压工作，且能在高达100V瞬态时可连续工作。

其中，所述的自锁光激发电路则由或非门IC1，或非门IC2，或非门IC3，光电池CDS，电阻R1，电位器R2及电容C1组成。连接时，光电池CDS的一端与功率放大器P1的正极输入端相连接，其另一端经电位器R2后接地。电阻R1的一端与功率放大器P1的正极输入端相连接，其另一端与或非门IC2的负极输入端相连接；电容C1的正极与或非门IC3的正极输入端相连接，其负极则与或非门IC3的输出端相连接。

所述或非门IC1的正极输入端与光电池CDS与电位器R2的连接点相连接，其负极输入端与或非门IC2的输出端相连接，而其输出端则与或非门IC2的正极输入端相连接。所述或非门IC3的输出端与功率放大器P1的输出端相连接。

所述电阻R5的另一端则与或非门IC2的输出端相连接，即或非门IC2的输出端所输出的脉冲信号能经电阻R5后输入到功率放大器P1的负极输入端。

所述的驱动电路则由变压器T、二极管D1、电容C2、电阻R3、电容C3、电容C4及晶体管Q1组成。连接时，二极管D1的P极与驱动芯片M的VCC管脚相连接，其N极则与驱动芯片M的BOOST管脚相连接。电容C2的正极与驱动芯片M的BOOST管脚相连接，其负极则与驱动芯片M的TG管脚相连接。为确保驱动芯片M的正常运行，其VCC端需要外接+12V的电压。

电阻R3为分压电阻，其串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间。而晶体管Q1的基极则与驱动芯片M的TG管脚相连接，其集电极顺次经电容C3和电容C4后接地，其发射极则与恒流保护电路相连接。同时，该晶体管Q1的集电极还需要外接+6V的直流电压，以确保晶体管Q1拥有足够的偏置电压来驱动其自身导通。

所述变压器T用于将外部的+6V直流电压进行变压处理后输出给外部的场效应管。该变压器T的原边线圈的同名端与电容C3和电容C4的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q1的发射极相连接后接地。同时，晶体管Q1的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。

变压器T的副边线圈的同名端、抽头Y1、抽头Y2和副边线圈的非同名端一起作为本发明的输出端。根据实际的情况，用户可以只选用这四个输出端的任意一个或几个端口使用即可。

如图2所示，该逻辑保护射极耦合式放大电路主要由三极管Q2，三极管Q3，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P2的负极输入端与输出端之间的电阻R7，串接在功率放大器P3的正极输入端与输出端之间的极性电容C8，串接在功率放大器P2的正极输入端与三极管Q2的集电极之间的电阻R6，串接在三极管Q2的集电极与三极管Q3的基极之间的电阻R8，与电阻R8相并联的电容C7，负极与功率放大器P2的正极输入端相连接、正极经电阻R9后与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C6，串接在三极管Q3的基极与极性电容C6的正极之间的电阻R10，正极与三极管Q3的发射极相连接、负极顺次经稳压二极管D2和电阻R11后与功率放大器P2的输出端相连接的电容C9，P极与功率放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R13和电阻R12后与稳压二极管D2与电阻R11的连接点相连接的二极管D3，以及P极与电容C9的负极相连接、N极与二极管D3与电阻R13的连接点相连接的稳压二极管D4组成。

所述三极管Q2的基极与极性电容C6的正极相连接，其发射极与三极管Q3的发射极相连接，其集电极与功率放大器P2的负极输入端相连接；三极管Q3的集电极与功率放大器P3的负极输入端相连接，功率放大器P3的正极输入端与功率放大器P2的输出端相连接。连接时，所述极性电容C6的正极与或非门IC2的输出端相连接，而电阻R13与电阻R12的连接点则与或非门IC3的负极输入端相连接。

所述的恒流保护电路结构如图2所示，其由保护芯片U1，三极管Q4，三极管Q5，电阻R14，电阻15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电阻R19，极性电容C10，二极管D5以及二极管D6组成。

实施时，二极管D6串接在保护芯片U1的COMP管脚与VREF管脚之间，二极管D5的P极与保护芯片U1的RT管脚相连接、其N极则经电阻R14后与保护芯片U1的FB管脚相连接。该电阻R14为恒流检测电阻，其上的压降反馈到保护芯片U1的FB管脚，保护芯片U1则根据这个反馈电压的高低与其内部的基准电压进行比较，从而调整其DVR管脚所输出的脉冲占空比，由此则可以达到恒流的目的。

同时，电阻R15的一端与保护芯片U1的CS管脚相连接、其另一端接地，电阻R16的一端与保护芯片U1的DVR管脚相连接、其另一端则与三极管Q4的基极相连接，当保护芯片U1的DVR管脚输出过高电流时该三极管Q4则会截止，从而可以保护LED灯。

电阻R18的一端与三极管Q4的集电极相连接、其另一端则经电阻R19后与三极管Q5的集电极相连接，电阻R17的一端与三极管Q5的发射极相连接、其另一端接地，极性电容C10的正极与三极管Q5的发射极相连接、其负极则与三极管Q1的发射极相连接。

所述二极管D5的N极与电阻R12和电阻R13的连接点相连接；三极管Q5的基极与电阻R18和电阻R19的连接点相连接，而三极管Q4的发射极接地；所述保护芯片U1的VREF管脚与其VCC管脚相连接、其GND管脚接地。为了达到更好的保护效果，该保护芯片U1优选为AP3843CP集成电路来实现。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (5)

1.基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，其包括驱动芯片M，自锁光激发电路，逻辑保护射极耦合式放大电路，与驱动芯片M相连接的驱动电路，设置在驱动芯片M与自锁激发电路之间的同相交流信号放大电路；所述的自锁光激发电路由或非门IC1，或非门IC2，或非门IC3，一端与同相交流信号放大电路相连接、另一端经电位器R2后接地的光电池CDS，一端与同相交流信号放大电路相连接、另一端与或非门IC2的负极输入端相连接的电阻R1，以及串接在或非门IC3的正极输入端与输出端之间的电容C1组成；所述或非门IC1的正极输入端与光电池CDS与电位器R2的连接点相连接，其负极输入端与或非门IC2的输出端相连接，而其输出端则与或非门IC2的正极输入端相连接；所述或非门IC3的输出端与同相交流信号放大电路相连接，或非门IC2的输出端则与同相交流信号放大电路相连接；该逻辑保护射极耦合式放大电路则串接在或非门IC2的输出端与或非门IC3的负极输入端之间；其特征在于，还包括有串接在逻辑保护射极耦合式放大电路与驱动电路之间的恒流保护电路；所述的恒流保护电路由保护芯片U1，三极管Q4，三极管Q5，串接在保护芯片U1的COMP管脚与VREF管脚之间的二极管D6，P极与保护芯片U1的RT管脚相连接、N极则经电阻R14后与保护芯片U1的FB管脚相连接的二极管D5，一端与保护芯片U1的CS管脚相连接、另一端接地的电阻R15，一端与保护芯片U1的DVR管脚相连接、另一端则与三极管Q4的基极相连接的电阻R16，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端则经电阻R19后与三极管Q5的集电极相连接的电阻R18，一端与三极管Q5的发射极相连接、另一端接地的电阻R17，以及正极与三极管Q5的发射极相连接、负极则与驱动电路相连接的极性电容C10组成；所述二极管D5的N极与逻辑保护射极耦合式放大电路相连接；三极管Q5的基极与电阻R18和电阻R19的连接点相连接，而三极管Q4的发射极接地；所述保护芯片U1的VREF管脚与其VCC管脚相连接、其GND管脚接地。

2.根据权利要求1所述的基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述同相交流信号放大电路由功率放大器P1，一端与驱动芯片M的VCC管脚相连接、另一端与功率放大器P1的正极输入端相连接的电阻R4，一端与功率放大器P1的负极输入端相连接、另一端与或非门IC2的输出端相连接的电阻R5，以及正极与功率放大器P1的正极输入端相连接、负极外接电源的极性电容C5组成，所述功率放大器P1的输出端与驱动芯片M的INP管脚相连接；

该逻辑保护射极耦合式放大电路主要由三极管Q2，三极管Q3，功率放大器P2，功率放大器P3，串接在功率放大器P2的负极输入端与输出端之间的电阻R7，串接在功率放大器P3的正极输入端与输出端之间的极性电容C8，串接在功率放大器P2的正极输入端与三极管Q2的集电极之间的电阻R6，串接在三极管Q2的集电极与三极管Q3的基极之间的电阻R8，与电阻R8相并联的电容C7，负极与功率放大器P2的正极输入端相连接、正极经电阻R9后与三极管Q2的发射极相连接的极性电容C6，串接在三极管Q3的基极与极性电容C6的正极之间的电阻R10，正极与三极管Q3的发射极相连接、负极顺次经稳压二极管D2和电阻R11后与功率放大器P2的输出端相连接的电容C9，P极与功率放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R13和电阻R12后与稳压二极管D2与电阻R11的连接点相连接的二极管D3，以及P极与电容C9的负极相连接、N极与二极管D3与电阻R13的连接点相连接的稳压二极管D4组成；所述三极管Q2的基极与极性电容C6的正极相连接，其发射极与三极管Q3的发射极相连接，其集电极与功率放大器P2的负极输入端相连接；三极管Q3的集电极与功率放大器P3的负极输入端相连接，功率放大器P3的正极输入端与功率放大器P2的输出端相连接；所述极性电容C6的正极与或非门IC2的输出端相连接，而电阻R13与电阻R12的连接点则与或非门IC3的负极输入端相连接；所述二极管D5的N极还与或非门IC3的负极相连接。

3.根据权利要求2所述的基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述驱动电路由变压器T，串接于驱动芯片M的VCC管脚与BOOST管脚之间的二极管D1，串接于驱动芯片M的BOOST管脚与TG管脚之间的电容C2，串接于驱动芯片M的TG管脚与TS管脚之间的电阻R3，以及基极与驱动芯片M的TG管脚相连接、集电极顺次经电容C3和电容C4后接地、而发射极与极性电容C10的负极相连接的晶体管Q1组成；所述变压器T的原边线圈的同名端与电容C3和电容C4的连接点相连接，其非同名端则与晶体管Q1的发射极相连接后接地；同时，晶体管Q1的发射极还与驱动芯片M的TS管脚相连接，所述变压器T的副边线圈上设有抽头Y1和抽头Y2。

4.根据权利要求3所述的基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述驱动芯片M为LTC4440A集成芯片。

5.根据权利要求4所述的基于恒流保护的同相交流信号放大式栅极驱动系统，其特征在于，所述的保护芯片U1为AP3843CP集成芯片。