CN105007644A - 三引脚临界模式led驱动芯片的过零电流检测电路及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，结构如下：第一MOS管的源极与第一电阻R1的一端连接，漏极与第一电流源的一端连接，栅极与第二MOS管的栅极连接，栅极还与漏极相连；第二MOS管的源极与第二电阻的一端连接，漏极与第二电流源的一端连接，漏极还与第一反相器连接后，输出电感电流过零信号ZCD；第五MOS管MP5的源极与VCC端连接，漏极与第二MOS管MN2的漏极连接，源极接外部信号PU；第六MOS管MN6的源极与CS端连接，漏极与MOS管驱动电路E连接，栅极接外部信号Rn_shunt。其优点在于实现三接线端的临界模式LED驱动芯片的CS端既连接电流采样电阻，又作为芯片的参考0电位。

Description

三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路及其应用

技术领域

本发明涉及供电电路，具体涉及一种过零电流检测电路，尤其适用于三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路。

背景技术

LED驱动芯片的功能是为LED负载提供恒定的电流，由于精度高和效率高的优点，临界电流控制模式被常用于开环的输出恒流控制。在临界模式中，负载的平均电流Iavg由以下公式决定:

$I_{avg}=\frac{I_{Pk}+I_{vy}}{2};$

其中，Ipk是电感的峰值电流，Ivy是电感的谷底电流。为了精确控制Iavg，在临界模式中，Ivy被设置为0。由此可得： 

$I_{avg}=\frac{I_{Pk}}{2}$

因此，如何精确检测Ipk和电感电流过零点就成为了临界模式中恒流输出的关键。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的峰值电流检测电路，以克服现有技术的缺陷。

本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，结构如下：第一MOS管MN1的源极与第一电阻R1的一端连接，漏极与第一电流源I1的一端连接，栅极与第二MOS管MN2的栅极连接，栅极还与漏极相连；第二MOS管MN2的源极与第二电阻R2的一端连接，漏极 与第二电流源I2的一端连接；漏极还与第一反相器INV1连接后，输出电感电流过零信号ZCD；第五MOS管MP5的源极与VCC端连接，漏极与第二MOS管MN2的漏极连接，源极接外部信号PU；第六MOS管MN6的源极与CS端连接，漏极与MOS管驱动电路E连接，栅极接外部信号Rn_shunt；电阻Rn一端与第六MOS管MN6的漏极连接，另一端与CS端连接；第一电阻R1的另一端与CS端连接，第二电阻R2的另一端与第六MOS管MN6的漏极连接，第一电流源I 1和第二电流源I2的另一端都与VCC端连接。

本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，还具有这样的结构：第一MOS管、第二MOS管和第六MOS管是N型MOS管；第五MOS管是P型MOS管。

本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，还具有这样的结构：第一电阻R1和第二电阻R2具有相同的电阻值。

本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，还具有这样的结构：第一MOS管MN1和第二MOS管MN2具有相同的尺寸和数目。

本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，还具有这样的结构：第一电流源I1和第二电流源I2的比值大于1。

另外，本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片包括：低压供电电路A、峰值电流检测电路B、比较器C、逻辑控制电路D、MOS管驱动电路E、过零电流检测电路F和MOS管M，且具有VCC端、DRN端和CS端；低压供电电路A从DRN端输入高压，输出低压至VCC端给芯片内 部的供电；峰值电流检测电路B检测并计算电感的峰值电流，并输出峰值电流代表电压；电压比较器C比较输出峰值电流代表电压和峰值电流检测设定电压并输出峰值电流到达信号；过零电流检测电路F探测电感电流过零点并输出电感电流过零信号；逻辑控制电路D输入信号峰值电流到达信号和电感电流过零信号并通过MOS管驱动电路E控制MOS管M的开关状态；逻辑控制电路E还通过输出信号来控制低压供电电路A的工作状态。

进一步，本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片，还具有这样的特征：逻辑控制电路E还通过输出逻辑控制信号来控制低压供电电路A的工作状态。

进一步，本发明提供一种三引脚临界模式LED驱动芯片，还具有这样的特征：MOS管驱动电路E结构为，第三MOS管MN3的源极与过零电流检测电路F连接；MOS管M的栅极与第三MOS管MN3的漏极和第四MOS管MP4的漏极连接，源极与CS端连接，漏极与DRN端连接。MOS管M的栅极和漏极之间还有寄生电容Cgd；第二反相器INV2一端与逻辑控制电路D连接，输入逻辑控制电路的输出信号，另一端与第三MOS管MN3的栅极和第四MOS管MP4的栅极连接；第四MOS管MP4的源极与VCC端连接。

本发明还提供一种恒流LED驱动电路包括：整流桥、第一电容C1、电感L1、LED负载、如权利要求2或3所述的三引脚临界模式LED驱动芯片、第二电容C2、电流检测电阻Rcs、续流二极管D5和第三电容C3；交流输入经整流桥后经输入第一电容C1滤波后，产生一直流电压给LED 负载供电；电感L1一端连接LED负载的负端，另一端连接驱动芯片的DRN端；第二电容C2一端与VCC端连接，另一端接地；电流检测电阻Rcs一端与CS端连接，另一端接地；第三电容C3和续流二极管D5都与LED负载并联。

附图说明

图1是一种恒流LED驱动电路。

图2是三引脚临界模式LED驱动芯片的电路图。

图3是三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路。

图4是恒流LED驱动电路从导通到关断时的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

图1是一种恒流LED驱动电路。

如图1所示，一种恒流LED驱动电路包括：整流桥、第一电容C1、电感L1、LED负载、三引脚临界模式LED驱动芯片、第二电容C2、电流检测电阻Rcs、续流二极管D5和第三电容C3。

交流输入经整流桥后经输入第一电容C1滤波后，产生一直流电压VDCIN给LED负载供电。整流桥由四个二极管D1、D2、D3和D4组成。电感L1一端连接LED负载的负端，另一端连接驱动芯片的DRN端。第二电容C2为储能电容，一端与VCC端连接，另一端接地。电流检测电阻Rcs一端与CS端连接，另一端接地。第三电容C3和续流二极管D5都与LED负载并联。第三电容C3就是输出电容。

图2是三引脚临界模式LED驱动芯片的电路图。

如图2所示，三引脚临界模式LED驱动芯片包括：峰值电流检测电路B、低压供电电路A、比较器C、逻辑控制电路D、MOS管驱动电路E、过零电流检测电路F和MOS管M，且具有VCC端、DRN端和CS端。

低压供电电路A从DRN端输入高压，输出低压至VCC端并储能于第二电容C2给芯片内部的供电。

峰值电流检测电路B检测并计算电感L1的峰值电流，并输出峰值电流代表电压VA。电压比较器C比较输出峰值电流代表电压VA和峰值电流检测设定电压Vref_pk，并输出峰值电流到达信号Vpk。过零电流检测电路F探测电感电流过零点并输出电感电流过零信号ZCD。

逻辑控制电路D输入信号峰值电流到达信号Vpk和电感电流过零信号ZCD，并通过MOS管驱动电路E控制MOS管M的开关状态，以达到恒流输出的目的。逻辑控制电路E还通过输出信号来控制低压供电电路A的工作状态。

逻辑控制电路E还通过输出逻辑控制信号PWM_ON来控制低压供电电路A的工作状态。 

图3是三引脚临界模式LED驱动芯片的峰值电流检测电路图。

过零电流检测电路F结构如下： 

第一MOS管MN1的源极与第一电阻R1的一端连接，漏极与第一电流源I1的一端连接，栅极与第二MOS管MN2的栅极连接，栅极还与漏极相连。

第二MOS管MN2的源极与第二电阻R2的一端连接，漏极与第二电流源I2的一端连接。漏极还与第一反相器INV1连接后，输出电感电流过零信号ZCD。

第五MOS管MP5的源极与VCC端连接，漏极与第二MOS管MN2的漏极连接，源极接外部信号PU。

第六MOS管MN6的源极与CS端连接，漏极与MOS管驱动电路E连接，栅极接外部信号Rn_shunt。

电阻Rn一端与第六MOS管MN6的漏极连接，另一端与CS端连接。

第一电阻R1的另一端与CS端连接，第二电阻R2的另一端与第六MOS管MN6的漏极连接，第一电流源I1和第二电流源I2的另一端都与VCC端连接。

MOS管驱动电路E结构如下： 

第三MOS管MN3的源极与过零电流检测电路F连接，也就是与第六MOS管MN6的漏极连接。

MOS管M的栅极与第三MOS管MN3的漏极和第四MOS管MP4的漏极连接，源极与CS端连接，漏极与DRN端连接。MOS管M的栅极和漏极之间还有寄生电容Cgd。

第二反相器INV2一端与逻辑控制电路D连接，输入逻辑控制电路的输出信号PWM_ON，另一端与第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极连接。

第四MOS管的源极与VCC端连接。

第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第六MOS管是N型MOS管。第四MOS管和第五MOS管是P型MOS管。

第一电阻R1和第二电阻R2具有相同的电阻值Rx和尺寸，第一MOS管MN1和第二MOS管MN2具有相同的尺寸和数目，第一电流源I1和第二电流源I2的比值为I2/I1>1。第三MOS管MN3和第四MOS管MOS管MP4构成驱动电路用以驱动MOS管M的栅极Gate。

过零电流检测电路的工作原理如下：

在MOS管M处于关断状态时，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON和GATE信号为低，Rn_shunt信号为低，PU信号为高，由于没有电流流过电阻Rn，所以Vr处的电压和CS端的电压一致。因为第一电流源I1和第二电流源I2的不一致I2的电流值大于I1，所以Vx端的电压会被第二电流源I2拉高，导致电感电流过零信号ZCD被置为低。当电感L1的电流逐渐减小到0随后开始改变方向时，DRN端的电压开始下降。由于寄生电容Cgd的存在，电流会从电容的正极板流出，同时会有相同的电流从CS端经电阻Rn和第三MOS管MN3流入寄生电容Cgd的负极板。这会导致Vr的电压低于CS端，当Vr的电压减小到如下值时，

V_r＝-(A-1)·I·R_x+V_cs，

会有I*A的电流值流过第二MOS管MN2，Vx电压开始被拉低，从而导致电感电流过零信号ZCD从低变为高。

逻辑控制电路收到电感电流过零信号ZCD由低变高的动作后，便会将逻辑控制电路的输出信号PWM_ON从低变为高，从而使MOS管M由关断变为导通状态。导致电感电流过零信号ZCD由变低高的DRN端 的电压斜率值为

$\frac{{\mathrm{dV}}_{DRN}}{dt}=\frac{V_{cs}-V_r}{R_n\·C_{gd}}=\frac{(A-1)\·I\·R_x}{R_n\·C_{gd}}$

图4是恒流LED驱动电路从导通到关断时的波形图。

外部信号PU的延时td是为了防止MOS管M开关瞬间造成的误触发。信号外部信号Rn_shunt的延时td是为了控制第六MOS管MN6的开关状态，从而避免电阻Rn影响MOS管驱动电路关断MOS管M。

附参数定义如下：

VDCIN――输入直流电压

Vled――LED负载两端压降 

Iind――电感电流 

Lm――电感L1的电感值

Vcs――电流检测电阻Rs两端压降参考点为地

Vcc――储能电容C2两端压降参考点为地

VA――峰值电流检测电路输出电压参考点为地引脚CS

Vref_pk――峰值电流检测设定电压参考点为地引脚CS

Gate――MOS管M的栅极信号

PWM_ON――逻辑控制电路的输出信号

ZCD――电感电流过零信号ZCD

Vpk――峰值电流到达信号。

Claims (9)

1.一种三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，其特征在于：

第一MOS管(MN1)的源极与第一电阻(R1)的一端连接，漏极与第一电流源(I1)的一端连接，栅极与第二MOS管(MN2)的栅极连接，栅极还与漏极相连；

第二MOS管(MN2)的源极与第二电阻(R2)的一端连接，漏极与第二电流源(I2)的一端连接，漏极还与第一反相器(INV1)连接后，输出电感电流过零信号ZCD；

第五MOS管(MP5)的源极与VCC端连接，漏极与第二MOS管(MN2)的漏极连接，源极接外部信号PU；

第六MOS管(MN6)的源极与CS端连接，漏极与MOS管驱动电路(E)连接，栅极接外部信号Rn_shunt；

电阻(Rn)一端与第六MOS管(MN6)的漏极连接，另一端与CS端连接；

第一电阻(R1)的另一端与CS端连接，第二电阻(R2)的另一端与第六MOS管(MN6)的漏极连接，第一电流源(I1)和第二电流源(I2)的另一端都与VCC端连接。

2.根据权利要求1所述的三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，其特征在于：

第一MOS管、第二MOS管和第六MOS管是N型MOS管；第五MOS管是P型MOS管。

3.根据权利要求1所述的三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，其特征在于：第一电阻R1和第二电阻R2具有相同的电阻值。

4.根据权利要求1所述的三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，其特征在于：第一MOS管(MN1)和第二MOS管(MN2)具有相同的尺寸和数目。

5.根据权利要求1所述的三引脚临界模式LED驱动芯片的过零电流检测电路，其特征在于：第一电流源(I1)和第二电流源(I2)的比值大于1。

6.一种三引脚临界模式LED驱动芯片，其特征在于：

包括如权利要求1至5中任意一项所述的过零电流检测电路(F)、低压供电电路(A)、峰值电流检测电路(B)、比较器(C)、逻辑控制电路(D)、MOS管驱动电路(E)和MOS管(M)，且具有VCC端、DRN端和CS端；

低压供电电路(A)从DRN端输入高压，输出低压至VCC端给芯片内部的供电；

峰值电流检测电路(B)检测并计算电感的峰值电流，并输出峰值电流代表电压；

电压比较器(C)比较输出峰值电流代表电压和峰值电流检测设定电压并输出峰值电流到达信号；

过零电流检测电路(F)探测电感电流过零点并输出电感电流过零信号；

逻辑控制电路(D)输入信号峰值电流到达信号和电感电流过零信号并通过MOS管驱动电路(E)控制MOS管(M)的开关状态；逻辑控制电路(E)还通过输出信号来控制低压供电电路(A)的工作状态。

7.根据权利要求6所述的三引脚临界模式LED驱动芯片，其特征在于：

逻辑控制电路(E)还通过输出逻辑控制信号来控制低压供电电路(A)的工作状态。

8.根据权利要求6所述的三引脚临界模式LED驱动芯片，其特征在于：MOS管驱动电路(E)结构为，第三MOS管(MN3)的源极与过零电流检测电路(F)连接；

MOS管(M)的栅极与第三MOS管(MN3)的漏极和第四MOS管(MP4)的漏极连接，源极与CS端连接，漏极与DRN端连接。MOS管(M)的栅极和漏极之间还有寄生电容(Cgd)；

第二反相器(INV2)一端与逻辑控制电路(D)连接，输入逻辑控制电路的输出信号，另一端与第三MOS管(MN3)的栅极和第四MOS管(MP4)的栅极连接；

第四MOS管(MP4)的源极与VCC端连接。

9.一种恒流LED驱动电路，其特征在于：包括整流桥、第一电容(C1)、电感(L1)、LED负载、如权利要求6所述的三引脚临界模式LED驱动芯片、第二电容(C2)、电流检测电阻(Rcs)、续流二极管(D5)和第三电容(C3)；

交流输入经整流桥后经输入第一电容(C1)滤波后，产生一直流电压给LED负载供电；

电感(L1)一端连接LED负载的负端，另一端连接驱动芯片的DRN端；

第二电容(C2)一端与VCC端连接，另一端接地；

电流检测电阻(Rcs)一端与CS端连接，另一端接地；

第三电容(C3)和续流二极管(D5)都与LED负载并联。