CN106304500A - 一种用于led照明电源管理的驱动芯片与驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种用于LED照明电源管理的驱动芯片与驱动电路，涉及LED照明电源。驱动芯片内部电路结构包括电源输入模块、基准参考源、输出电压检测模块、逐周期限流保护模块、峰值保持模块、恒流控制模块、逻辑控制器、电源驱动器、锁存器、锯齿波发生器、第一比较器、第二比较器和过温保护单元。驱动电路包括上述驱动芯片，保险丝F1，保护二极管D3、D4和D6，整流桥,变压器T1，限流电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6，分压电阻R7和R8，电流检测电阻Rcs，限伏电阻Rrt,滤波电容C1、C2、C3、C5、C7和C9。高可靠性、长寿命、电磁兼容性能好、低成本、恒流稳压、低功耗，过温过压欠压短路开路保护，无极调光控制。

Description

一种用于LED照明电源管理的驱动芯片与驱动电路

技术领域

本发明涉及LED照明电源，尤其是涉及一种用于LED照明电源管理的驱动芯片与驱动电路。

背景技术

目前，LED照明应用十分广泛，但其电源驱动电路并不理想，存在功率因素较低(PFC较低)、功耗较大、恒流稳压精度较低等问题，影响了LED照明的可靠性和寿命，其主要原因是驱动芯片设计不理想导致的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高PFC、低功耗、高精度恒流稳压，并具有过温、过压、欠压、短路和开路保护多种安全保护措施、同时兼具有无极调光控制等特点，尤其适用于智慧管廊特定的工作环境下的LED照明电源管理的驱动芯片与驱动电路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于LED照明电源管理的驱动芯片，所述驱动芯片内部电路结构包括电源输入模块、基准参考源、输出电压检测模块、逐周期限流保护模块、峰值保持模块、恒流控制模块、逻辑控制器、电源驱动器、锁存器、锯齿波发生器、第一比较器、第二比较器和过温保护单元；

所述电源输入模块包括VCC欠压保护单元和VCC过压保护单元；VCC欠压保护单元一端与电源电压连接，VCC欠压保护单元另一端与基准参考源连接，比较后输出端与逻辑控制器连接，VCC过压保护单元一端与电源电压连接，VCC过压保护单元另一端与逻辑控制器连接；

所述输出电压检测模块包括输出过压保护单元和输出钳位及过零检测单元；输出过压保护单元与逻辑控制器连接，输出钳位及过零检测单元与恒流控制模块连接；

所述峰值保持模块与恒流控制模块连接，恒流控制模块输出端与第一比较器输入负端连接，锯齿波发生器一端与锁存器置位端连接，锯齿波发生器另一端与第一比较器输入正端连接，第一比较器正负端比较的结果输出给锁存器复位端，锁存器输出端与逻辑控制器连接；

所述逐周期限流保护模块与逻辑控制器连接；

所述第二比较器与逻辑控制器连接；

所述过温保护单元与逻辑控制器连接。

一种LED照明电源驱动电路，包括上述驱动芯片，保险丝F1，保护二极管D3、D4和D6，整流桥,变压器T1，限流电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6，分压电阻R7和R8，电流检测电阻Rcs，限伏电阻Rrt,滤波电容C1、C2、C3、C5、C7和C9；

电源通过串联保险丝F1与整流桥连接，整流桥后并联旁路电容C1且接地，通过限流串联电阻R3和R6给驱动芯片供电，并直接与变压器T1的第1脚连接，在变压器T1的第1、2脚并联保护电路，保护电路由并联电路R1与C2和二极管D4串联组成，驱动芯片电源输入端并联滤波电容C7，并串联R4和反接二极管D6到变压器T1的第3脚，驱动芯片内部比较器2输入端连接驱动芯片的电源电压，驱动芯片内部比较器1CtrL端串联旁路电容C5到地，驱动芯片内部锯齿波发生器串联限伏电阻Rrt到地，驱动芯片内部逐周期限流保护模块和峰值保持模块CS脚接外部电流检测电阻Rcs到地，驱动芯片内部输出检测模块AUX并联滤波电容C9,接分压电阻R7与R8的连接端，驱动芯片内部驱动电源输出端与Mos管Q1栅极连接，MOS管Q1源极与变压器T1的第2脚连接，MOS管Q1漏极通过分压电阻R7和R8串联与地连接，变压器T1第4脚与地连接，变压器T1第3脚串联电阻R7和R8到地，变压器T1输出端串联保护二极管D3且并联滤波电容C3和限流电阻R5给LED灯供电。

与现有技术比较，本发明的有益效果如下：

本发明利用先进的集成电路设计技术和电源高PFC节能技术，设计出包括满足智慧管廊特定的工作环境下的LED半导体照明产品用的高效率、高PFC的LED核心驱动芯片与驱动电源电路。提供了一种高可靠性、长寿命、电磁兼容性能好、环保节能、低成本的LED照明电源解决方案，高PFC的大功率LED照明专用IC产品和电源驱动器，可满足国内灯具对驱动电源节能、高性能、高可靠性及低成本的需求，同时满足在智慧管廊智能照明灯具产品对驱动电源的需求，能打破欧、美、日半导体芯片公司在LED半导体照明领域的垄断地位。本发明具有高PFC、高精度恒流稳压、低功耗，并具有过温、过压、欠压、短路和开路保护多种安全保护措施、同时兼具有无极调光控制，外围应用电路简单，低成本等突出优点。

附图说明

图1为本发明所述驱动芯片内部模块结构示意图。

图2为本发明所述驱动电路实施例的电路原理示意图。

具体实施方式

参见图1，一种用于LED照明电源管理的驱动芯片，其内部电路结构包括电源输入模块、基准参考源、输出电压检测模块、逐周期限流保护模块、峰值保持模块、恒流控制模块、逻辑控制器、电源驱动器、锁存器、锯齿波发生器、第一比较器、第二比较器和过温保护单元。

所述电源输入模块包括VCC欠压保护单元和VCC过压保护单元；VCC欠压保护单元一端与电源电压连接，另一端与基准参考源连接，比较后输出端与逻辑控制器连接，VCC过压保护单元一端与电源电压连接，另一端与逻辑控制器连接。

所述输出电压检测模块包括输出过压保护单元和输出钳位及过零检测单元；输出过压保护单元与逻辑控制器连接，输出钳位及过零检测单元与恒流控制模块连接。

所述峰值保持模块与恒流控制模块连接，恒流控制模块输出端与第一比较器输入负端连接，锯齿波发生器一端与锁存器置位端连接，锯齿波发生器另一端与第一比较器输入正端连接，第一比较器正负端比较的结果输出给锁存器复位端，锁存器输出端与逻辑控制器连接。

所述逐周期限流保护模块与逻辑控制器连接。

所述第二比较器与逻辑控制器连接。

所述过温保护单元与逻辑控制器连接。

本驱动芯片实施例工作原理如下：

1、电源电压给芯片供电，并在驱动芯片内部分压后与内部基准电压比较，当电压低于基准电压时，通过逻辑电路关断驱动输出。起到输入低压保护的作用。当电压高于基准设定范围值时，通过逻辑电路关断驱动输出。起到输入过压保护的作用。

2、驱动芯片AUX脚通过对线圈分压电阻端的电流进行采样，将采样数据送给恒流控制端，与参考电压比较，利用比较结果和锯齿波信号发生器产生的信号来判断是否关断MOS管。当采样值高于参考值时，锯齿波信号发生器产生持续的信号，内部逻辑电路控制MOS管持续导通，若判断低于参考电压，则锯齿波信号发生器输出信号中断，内部逻辑电路控制MOS管关断。起到输出过压保护和输出恒流的作用。

4、驱动芯片内置高精度温度传感器，当温度高于设定温度时，自动关断MOS管，到过温保护的作用。

5、驱动芯片CS脚为限流保护端，当CS检测R9脚输入电压过高时，则通过内部逻辑电路控制MOS管关断。起到限流保护的作用。

6、EN脚为驱动芯片使能脚，当使能脚电压高于3V时，导通MOS管，相反关断MOS管。

参见图2，一种用于LED照明电源管理的驱动电路，包括上述驱动芯片(标记型号为VS9931)，保险丝F1，保护二极管D3、D4、D6，整流桥,变压器T1，限流电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6，分压电阻R7和R8，电流检测电阻Rcs，限伏电阻Rrt,滤波电容C1、C2、C3、C5、C7和C9。

电源通过串联保险丝F1与整流桥连接，整流桥后并联旁路电容C1，通过限流串联电阻R3和R6给驱动芯片供电，并直接与T1变压器1脚连接，在T1变压器的1、2脚并联保护电路，保护电路由R1C2并联电路和二极管D4串联组成，驱动芯片电源输入端并联滤波电容C7，并串联R4和反接二极管D6到变压器T13脚，驱动芯片内部第二比较器输入端连接驱动芯片的电源电压，驱动芯片内部第一比较器CtrL端串联旁路电容C5到地，驱动芯片内部锯齿波发生器串联电阻Rrt到地，驱动芯片内部逐周期限流保护模块和峰值保持模块CS脚接外部电流检测电阻Rcs到地，驱动芯片内部输出检测模块AUX并联滤波电容C9,接分压电阻R7R8连接端，驱动芯片内部驱动电源输出端与Mos管Q1栅极连接，MOS管Q1源极与变压器T1第二脚连接，MOS管Q1漏极通过分压电阻R7和R8串联与地连接。T1变压器4脚与地连接，3脚串联电阻R7和R8到地，T1变压器输出串联保护二极管D3给LED灯供电，输出并联滤波电容C3和限流电阻R5。

本驱动电路实施例工作原理如下：

1)Mos管(功率管)Q1导通：电源通过变压器T1主边(1 2)及功率管Q1和电流检测电阻Rcs，使得变压器T1储能，直至达到芯片内部控制时间ton，此时变压器T1主边峰值电流假定为Ipp，功率管Q1关断；

2)Mos管(功率管)Q1关断：由于变压器T1主边没有放电通路，故变压器T1电流通过副边(5 6)流经续流二极管D3对负载LED及电容C3充电，变压器T1能量释放完后，等待下一个导通周期的来临；

3)首先假设变压器T1能量传输没有损失，则在功率管Q1导通期间得到的峰值电流Ipp，在功率管Q1关断期间能量传输至负载，如果变压器T1的主边与副边的匝数比为n：1，则在稳定情况下，最终可得到输出负载LED平均电流为续流二极管平均电流，于是可以得到输出负载LED平均电流为

Iled＝1/2*n*Ipp*tdis/T

其中tdis为电感去磁时间，T为周期；

4)而峰值电流Ipp流过电流检测电阻Rcs，得到电压Vcs输入到芯片CS脚位，通过取样电路得到Vcs的峰值电压Vcspp，通过辅助绕组分压输入信号Vaux得到去磁时间tdis，而周期T为芯片内工作频率对应的周期，芯片内部通过控制Vcspp*tdis/T的值与基准参考电压0.2v比较输入到误差放大器，其输出Vea来控制导通时间ton，可以得到一个电流控制环路；

最终可以得到输出负载LED电流为：

Iled＝1/2*n*200mV/Rcs

其中Rcs为典型应用中的电流检测电阻；

经检测，上述实施例具有如下优点：

1.宽输入电压范围宽：80V-300V

2.电流恒流精度高：±3％；恒流输出电流：20mA-1000mA；

3.转换效率高：优于85％；

4.高PFC：0.92；

5.接受PWM无极调光；

6.工作温度：-40℃—+85℃；具有过温、过压、欠压、短路和开路等安全保护功能；

7.芯片方案的驱动支持CE、UL认证。

由上述实施例可见，本发明是基于原边反馈技术的单级高功率因数AC/DC LED驱动芯片。只需要极少的外围元件就可以精确控制LED电流，而无需光耦及次级反馈电路；电感工作在定频断续模式；芯片内部集成了完备的保护功能，包括限流保护，输出电压保护，输出短路保护和过温保护。

产品外围应用电路简单，高可靠性、长寿命、电磁兼容性能好、环保节能，低成本的特点，可弥补我国在低功耗高PFC多性能电源管理芯片的空白。

Claims (2)

1.一种用于LED照明电源管理的驱动芯片，其特征在于：所述驱动芯片内部电路结构包括电源输入模块、基准参考源、输出电压检测模块、逐周期限流保护模块、峰值保持模块、恒流控制模块、逻辑控制器、电源驱动器、锁存器、锯齿波发生器、第一比较器、第二比较器和过温保护单元；

所述电源输入模块包括VCC欠压保护单元和VCC过压保护单元；VCC欠压保护单元一端与电源电压连接，VCC欠压保护单元另一端与基准参考源连接，比较后输出端与逻辑控制器连接，VCC过压保护单元一端与电源电压连接，VCC过压保护单元另一端与逻辑控制器连接；

所述输出电压检测模块包括输出过压保护单元和输出钳位及过零检测单元；输出过压保护单元与逻辑控制器连接，输出钳位及过零检测单元与恒流控制模块连接；

所述峰值保持模块与恒流控制模块连接，恒流控制模块输出端与第一比较器输入负端连接，锯齿波发生器一端与锁存器置位端连接，锯齿波发生器另一端与第一比较器输入正端连接，第一比较器正负端比较的结果输出给锁存器复位端，锁存器输出端与逻辑控制器连接；

所述逐周期限流保护模块与逻辑控制器连接；

所述第二比较器与逻辑控制器连接；

所述过温保护单元与逻辑控制器连接。

2.一种LED照明电源驱动电路，其特征在于：包括如权利要求1所述驱动芯片，保险丝F1，保护二极管D3、D4和D6，整流桥,变压器T1，限流电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6，分压电阻R7和R8，电流检测电阻Rcs，限伏电阻Rrt,滤波电容C1、C2、C3、C5、C7和C9；

电源通过串联保险丝F1与整流桥连接，整流桥后并联旁路电容C1且接地，通过限流串联电阻R3和R6给驱动芯片供电，并直接与变压器T1的第1脚连接，在变压器T1的第1、2脚并联保护电路，保护电路由并联电路R1与C2和二极管D4串联组成，驱动芯片电源输入端并联滤波电容C7，并串联R4和反接二极管D6到变压器T1的第3脚，驱动芯片内部比较器2输入端连接驱动芯片的电源电压，驱动芯片内部比较器1CtrL端串联旁路电容C5到地，驱动芯片内部锯齿波发生器串联限伏电阻Rrt到地，驱动芯片内部逐周期限流保护模块和峰值保持模块CS脚接外部电流检测电阻Rcs到地，驱动芯片内部输出检测模块AUX并联滤波电容C9,接分压电阻R7与R8的连接端，驱动芯片内部驱动电源输出端与Mos管Q1栅极连接，MOS管Q1源极与变压器T1的第2脚连接，MOS管Q1漏极通过分压电阻R7和R8串联与地连接，变压器T1第4脚与地连接，变压器T1第3脚串联电阻R7和R8到地，变压器T1输出端串联保护二极管D3且并联滤波电容C3和限流电阻R5给LED灯供电。