CN106714385B - 一种led驱动电源的内部降压电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED驱动电源的内部降压电路结构，它包括：整流桥电路（1）与高压预降压电路（2）连接；高压预降压电路（2）与线性稳压电路（5）、迟滞检测电路（3）和前置基准电压电路（4）连接；迟滞检测电路（3）通过检测比较高压预降压电路（2）的电压，控制高压预降压电路（2）的通断，前置基准电压电路（4）输出一个不随输入电源波动和温度变化的基准电压，作为迟滞检测电路（3）和线性稳压电路（5）的参考电压；线性稳压电路（5）对高压预降压电路（2）的输出电压进行稳压；解决了现有技术的LED驱动电路的内部降压电路采用buck型DCDC电路来降压或者利用高频变压器将电压降低等方法，电路体积大且不易于集成于芯片等技术问题。

Description

一种LED驱动电源的内部降压电路结构
技术领域
本发明属于LED驱动电源技术，尤其涉及一种LED驱动电源的内部降压电路结构。
背景技术
21世纪，LED作为一种固态光源，是典型的绿色照明光源，具有寿命长，光效高，低功耗等特点。在LED照明技术当中，电源的驱动至关重要，它涉及到了LED整灯的使用寿命以及各项电气性能。LED驱动电源一般分为外部应用电源和内部电源。外部应用电源主要给LED光源提供工作电源，以及驱动芯片外围电路的工作电压，一般为高压；而内部电源则是为芯片提供工作电源，作为芯片内部各个低压模块如带隙基准、运算放大器、比较器等等的工作电源，该电压为低压，在提倡低功耗的应用场合一般有3.3V和5V两种电压。而内部电压一般需要经过外部应用电压通过各种降压方式来得到。如今常用的有buck型DCDC电路来降压或者利用高频变压器将电压降低等等方法，但这些电路的缺点就是体积大，且不易于集成于芯片。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种LED驱动电源的内部降压电路结构，以解决现有技术的LED驱动电路的内部降压电路采用buck型DCDC电路来降压或者利用高频变压器将电压降低等方法，电路体积大且不易于集成于芯片等技术问题。
本发明技术方案：
一种LED驱动电源的内部降压电路结构，它包括：
整流桥电路：对220V、50Hz的正弦电压波形进行全波整流，得到0-311V的直流脉动电压，与高压预降压电路连接；
高压预降压电路：对整流桥电路输出的直流脉动电压进行降压，与线性稳压电路、迟滞检测电路和前置基准电压电路连接；
迟滞检测电路：通过检测比较高压预降压电路的电压，控制高压预降压电路的通断，从而控制预降压电压的波动范围；
前置基准电压电路：输出一个不随输入电源波动和温度变化的基准电压，作为迟滞检测电路和线性稳压电路的参考电压；
线性稳压电路：对高压预降压电路的输出电压进行稳压，输出一个稳定的电压。
所述整流桥电路为全波整流桥电路，且每一桥臂上二极管的反向耐压在800V以上，正向电流容量在500mA以上。
所述高压预降压电路包括电阻R0，电阻R0与高压管LDMOS2的漏端相连，高压管LDMOS2的源端接地，构成对地支路；电阻R0为高压管LDMOS1提供栅端电压，电阻R1和电容C1串联接在高压管LDMOS1的源端，高压管LDMOS1的漏端接输入电压。电阻R6与齐纳二极管Z1串联，电容C1两端的电压经电阻R6与齐纳二极管Z1进行稳压。
所述迟滞检测电路包括电阻R2，电阻R2接在比较器COM1的同向端和输出端之间，电阻R3一端与电容C1连接,另一端与比较器COM1的同向端连接，比较器COM1的反向端与前置基准电压电路的基准电压Vref2连接，比较器COM1的输出端接高压管LDMO2的栅端，控制高压管LDMOS2的开关状态。
具体电路结构：前置基准电压源电路结构采用自偏置带隙基准源结构pre-BAG结构，电路的工作电压端接齐纳二极管Z1，通过齐纳管Z1的稳压值提供工作电压，电路两个输出端Vref1和Vref2分别接在运放OPA1的反向端和比较器COM1的反向端。
所述线性稳压电路包括功率管M1，功率管M1的源端与电容C1相接，功率管M1的漏端与电阻R4、R5相连接，电阻R4和R5串联构成反馈电阻网络，电阻R5与运放OPA1的同向端相连接，运放OPA1的反向端接前置基准电压电路的基准电压Vref1，运放OPA1的工作电压端接齐纳二极管Z1，运放OPA1的输出端接功率管M1的栅端。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过外置电容和反馈电阻，整体电路集成在一块芯片，具有便于集成化、体积小等特点。本发明可直接应用于市电，交流输入电压范围宽，且工作温度范围宽；本发明没有大的储能元器件，无高频变压器，所以电磁干扰小；解决了现有技术的LED驱动电路的内部降压电路采用buck型DCDC电路来降压或者利用高频变压器将电压降低等方法，电路体积大且不易于集成于芯片等技术问题。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2是本发明器件接线示意图。
具体实施方式
一种LED驱动电源的内部降压电路结构（见图1），它包括：
整流桥电路1：对220V、50Hz的正弦电压波形进行全波整流，得到0-311V的直流脉动电压，与高压预降压电路2连接；
高压预降压电路2：对整流桥电路1输出的直流脉动电压进行降压，与线性稳压电路5、迟滞检测电路3和前置基准电压电路4连接；
迟滞检测电路3：通过检测比较高压预降压电路2的电压，控制高压预降压电路2的通断，从而控制预降压电压的波动范围；
前置基准电压电路4：输出一个不随输入电源波动和温度变化的基准电压，作为迟滞检测电路3和线性稳压电路5的参考电压；
线性稳压电路5：对高压预降压电路2的输出电压进行稳压，输出一个稳定的电压。
整流桥1，选用全波整流桥。其中每一桥臂上二极管的反向耐压在800V以上，正向电流容量在500mA以上。
高压预降压电路2，高压预降压电路是由耐高压LDMOS1和外置的电容C1构成的，当电路上电后，LDMOS2栅极无控制信号，LDMOS2处于截止状态，RO为LDMOS1提供偏置电压，LDMOS1的栅极处于高电平，故LDMOS1导通，脉动直流高压经过高压LDMOS1对RC电路充电（R1和C1串联构成RC电路），当电容C1两端的电压VCC达到预定的电压值时，检测信号控制LDMOS2的栅端，从而使得LDMOS2导通。此时外部输入电压经过电阻R0和LDMOS2对地构成回路，LDMOS1的栅端电压被拉低到低电平，LDMOS1处于截止状态故充电电路关断，当后面的负载消耗电压低于一定值后，检测信号控制支路LDMOS2处于截止状态，此时LDMOS1再度被打开，充电电路也再度被激活，又对电容充电，此后的工作状态如上反复转化，使得电容两端电压在一定范围内变化。VCC电压经过电阻R6和齐纳管Z1可以得到稳压值Vz作为误差运放OPA1、比较器COM1和前置基准Pre-BAG的工作电压。
具体电路结构：电阻R0与高压管LDMOS2的漏端相连，高压管LDMOS2的源端接地，构成对地支路。电阻R0可为高压管LDMOS1提供栅端电压，电阻R1和电容C1串联接在高压管LDMOS1的源端，高压管LDMOS1的漏端接输入电压。电阻R6与齐纳二极管Z1串联，电容C1两端的电压经电阻R6与齐纳二极管Z1进行稳压。
迟滞检测电路3，由双门限的比较器构成（R3串接在比较器COM1的同向端，R2连接于比较器的输出端和同相端，反向端接前置基准输出的参考电压Vref2），电路具有迟滞回环传输特性。利用正反馈作用，比较器的门限电压会随输出电压的改变而改变，对于输入端的干扰信号具有强抗干扰能力，通过调节R2、R3的阻值，可以得到两个不同的门限电压值作为检测VCC电压的波动参考电压。
具体电路结构：电阻R2接在比较器COM1的同向端和输出端之间，电阻R3一端接电容C1,另一端接比较器COM1的同向端。比较器COM1的反向端与前置基准电压源的基准电压Vref2相连接，比较器COM1的输出端接高压管LDMO2的栅端，可控制高压管LDMOS2的开关状态。
前置基准电压源电路4，主要由启动电路、偏置电路和基准核心三部分构成。前置基准的工作原理是利用具有相反的温度系数电压的权重以合适的比例相加得到具有零温度系数的基准电压，产生一个受输入电压波动和电路的温度变化影响很小的基准电压源作为后端电路的基准电压。
具体电路结构：前置基准电压源电路结构采用自偏置带隙基准源结构Pre-BAG结构，电路的工作电压端接齐纳二极管Z1，由齐纳管Z1的稳压值提供工作电压，电路两个输出端Vref1和Vref2分别接在运放OPA1的反向端和比较器COM1的反向端。
线性稳压电路5，电阻反馈网络R4、R5串联接在功率管M1的漏端，功率管M1的源端接电容电压VCC，由电阻R5上的压降反馈到运放OPA1的同相端，运放的反相端接一带隙基准电压Vref1，运放的输出信号接功率管M1的栅端，通过调节电阻反馈网络的电阻比值，可在输出端得到一相对稳定的输出电压Vout作为低压模块的工作电压。
具体电路结构：功率管M1的源端与电容C1相接，功率管M1的漏端与电阻R4、R5相连接，电阻R4和R5串联构成反馈电阻网络，电阻R5与运放OPA1的同向端相连接，运放OPA1的反向端接前置基准电压源的基准电压Vref1，运放OPA1的工作电压端接齐纳二极管Z1，运放OPA1的输出端接功率管M1的栅端，电路在功率管M1的漏端可得到输出电压Vout。
本发明的工作原理分析如下：输入市电为220V/50Hz的交流电经整流桥整流之后，可以在整流桥的两个输出端口得到脉动直流高压，该电压峰值电压为311V、时间周期为10ms的正弦半波脉动电压。该电压作为高压预降压电路的输入电压。输入电压通过LDMOS1对RC电路充电，输入电压峰值有311V，考虑到线电压和余量，使用的器件最少需要耐压500V，在电路中LDMOS1采用700V耐压，LDMOS器件在一定条件下都可以等效成电流源,通过电流源对电容充电，电容两端的电压VCC作为迟滞检测电路的检测信号，迟滞检测电路为迟滞比较器，有两个门限电压VT-、VT+（VT-<VT+）。当电容两端电压VCC大于VT+时，迟滞比较电路输出高电平关断充电支路；直到VCC小于VT-时，迟滞比较电路输出低电平重新开启充电支路。如此反复工作，使得电容两端电压VCC会稳定在一定范围值内。有一定波动的电压VCC不能作为低压模块的工作电源特别是模拟电源，因此需要一个线性稳压电路将VCC电压稳定输出。前置基准电压源电路能产生一个受输入电压波动和电路的温度变化影响很小的基准电压，产生的基准电压作为稳压电路中运放和迟滞检测电路中比较器的参考电压。VCC电压作为稳压电路的输入电压，稳压电路中的电阻反馈网络将反馈信号反馈到稳压电路中的运放的另一端，从而产生的误差放大输出接到功率MOS管的栅极，控制功率管的栅源电压的大小，从而可以调节流经功率MOS管的电流，进而得到一稳定输出电压。反馈网络为两个电阻串联组成，通过调整反馈网络的电阻两者的比值大小，可以得到相应的输出电压。经线性稳压电路之后的输出电压具有稳定精度高，带负载能力强等特点，可作为后端低压模块的工作电源。
本发明的适用范围：
本发明所涉及的降压模块可用于LED的驱动电源、电子产品的电源管理。

Claims (4)

1.一种LED驱动电源的内部降压电路结构，它包括：
整流桥电路（1）：对220V、50Hz的正弦电压波形进行全波整流，得到0-311V的直流脉动电压，与高压预降压电路（2）连接；
高压预降压电路（2）：对整流桥电路（1）输出的直流脉动电压进行降压，与线性稳压电路（5）、迟滞检测电路（3）和前置基准电压电路（4）连接；所述高压预降压电路（2）包括电阻R0，电阻R0与高压管LDMOS2的漏端相连，高压管LDMOS2的源端接地，构成对地支路；电阻R0为高压管LDMOS1提供栅端电压，电阻R1和电容C1串联接在高压管LDMOS1的源端，高压管LDMOS1的漏端接输入电压；电阻R6与齐纳二极管Z1串联，电容C1两端的电压经电阻R6与齐纳二极管Z1进行稳压；
迟滞检测电路（3）：通过检测比较高压预降压电路（2）的电压，控制高压预降压电路（2）的通断，从而控制预降压电压的波动范围；所述迟滞检测电路（3）包括电阻R2，电阻R2接在比较器COM1的同向端和输出端之间，电阻R3一端与电容C1连接,另一端与比较器COM1的同向端连接，比较器COM1的反向端与前置基准电压电路（4）的基准电压Vref2连接，比较器COM1的输出端接高压管LDMOS2的栅端，控制高压管LDMOS2的开关状态；
前置基准电压电路（4）：输出一个不受输入电源波动和温度变化影响的基准电压，作为迟滞检测电路（3）和线性稳压电路（5）的参考电压；
线性稳压电路（5）：对高压预降压电路（2）的输出电压进行稳压，输出一个稳定的电压。
2.根据权利要求1所述的一种LED驱动电源的内部降压电路结构，其特征在于：所述整流桥电路（1）为全波整流桥电路，且每一桥臂上二极管的反向耐压在800V以上，正向电流容量在500mA以上。
3.根据权利要求1所述的一种LED驱动电源的内部降压电路结构，其特征在于：所述线性稳压电路（5）包括功率管M1，功率管M1的源端与电容C1相接，功率管M1的漏端与电阻R4、R5相连接，电阻R4和R5串联构成反馈电阻网络，电阻R5与运放OPA1的同向端相连接，运放OPA1的反向端接前置基准电压电路（4）的基准电压Vref1，运放OPA1的工作电压端接齐纳二极管Z1，运放OPA1的输出端接功率管M1的栅端。
4.根据权利要求3所述的一种LED驱动电源的内部降压电路结构，其特征在于：前置基准电压电路（4）的电路结构为自偏置带隙基准源结构，电路的工作电压端接齐纳二极管Z1，通过齐纳二极管Z1的稳压值提供工作电压，电路两个输出端Vref1和Vref2分别接在运放OPA1的反向端和比较器COM1的反向端。
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