CN106793268A - 发光二极管驱动电路及其输入电流限制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管驱动电路及其输入电流限制方法，所述发光二极管驱动电路包括驱动芯片，驱动芯片包括PWM模块和开关管，PWM模块包括限流单元，限流单元用于设定开关管在每个周期内的导通时间的上限值。本发明的发光二极管驱动电路，当导通时间Ton到达上限值时，输入电流无法再增大，从而能够保证LED驱动电路中相应的元器件不会因输入电流的大幅上升引起的升温而损坏。

Description

发光二极管驱动电路及其输入电流限制方法

技术领域

本发明涉及电技术，特别是涉及一种发光二极管(LED)驱动电路，还涉及一种发光二极管驱动电路的输入电流限制方法。

背景技术

目前主流的非隔离式LED恒流驱动电路的框图如图1所示，恒流芯片通过控制输出给LED的驱动电压的占空比来控制LED的电流。具体地，恒流芯片通过一个电流检测引脚来检测LED的电流，当电流检测引脚采样得到的电压达到恒流芯片内部的基准电压时(即电流达到设定值)，关闭恒流芯片内部的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，使LED得到的电流不再上升。MOSFET从开启到关闭时间间隔即导通时间Ton。恒流芯片的输入电压越低，则Ton越大。

在某些应用场合，由于LED驱动电路的输入电压(例如市电或发电机的供电)Vacin不稳定，变化范围会特别大，例如90-300V。这样通常在LED驱动电路的输入电压范围220-240V范围设定的参数，在输入电压大幅变动时也会有大幅变动，如恒流芯片的输入电流Iin在Vacin＝100V时，会增长到Vacin＝230V的2.3倍，造成某些元器件在此恶劣的情况下因温度剧烈上升而损坏。

发明内容

基于此，有必要提供一种在LED驱动电路的输入电压大幅低于通常值时，输入电流不会升得太高的LED驱动电路。

一种发光二极管驱动电路，包括驱动芯片，所述驱动芯片的电流检测引脚连接发光二极管，用于进行电流采样，所述驱动芯片包括PWM模块和第一开关管，所述PWM模块的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述PWM模块根据所述电流检测引脚采样得到的电流大小调整输出端输出的控制信号的占空比，从而通过控制所述第一开关管在每个周期内的导通时间来调整所述发光二极管的电流，所述PWM模块包括限流单元，所述限流单元用于设定所述导通时间的上限值。

在其中一个实施例中，所述限流单元包括：信号发生单元，用于输出电压幅值与所述导通时间正相关的导通电压信号；第一比较器，所述第一比较器的第一输入端用于输入所述导通电压信号，所述第一比较器的第二输入端用于输入第一基准电压信号，当所述导通电压信号大于所述第一基准电压信号时，所述第一比较器的输出端输出截止信号控制所述第一开关管在当前周期内截止。

在其中一个实施例中，所述限流单元还包括RS触发器，所述第一比较器的输出端连接所述RS触发器的R端，所述RS触发器的Q端连接所述第一开关管的控制端，所述RS触发器的Q非端连接所述信号发生单元的输入端，所述导通电压信号的电压随所述Q非端输出的低电平信号的时长增加而增大。

在其中一个实施例中，所述信号发生单元包括：第二开关管，所述第二开关管的控制端作为所述信号发生单元的输入端，所述第二开关管的输出端接地，所述第二开关管的输入端连接所述第一比较器的第一输入端，当所述第二开关管的控制端的电压大于第二开关管的导通电压时、所述第二开关管导通；电流源，负极接地，正极连接所述第一比较器的第一输入端以输出所述导通电压信号。

在其中一个实施例中，所述PWM模块还包括：运算放大器，所述运算放大器的正相输入端用于输入第二基准电压信号，所述运算放大器的反相输入端连接所述电流检测引脚；第二比较器，所述第二比较器的正相输入端连接所述运算放大器的输出端，所述第二比较器的反相输入端连接所述电流源的正极；或门，所述或门的第一输入端连接所述第二比较器的输出端，所述或门的第二输入端连接所述第一比较器的输出端，所述或门的输出端连接所述RS触发器的R端。

在其中一个实施例中，所述信号发生单元还包括电容，所述电容的一端连接所述电流源的正极，另一端接地。

在其中一个实施例中，所述第一开关管和第二开关管均为金属氧化物半导体场效应管。

在其中一个实施例中，所述导通电压信号为三角波信号。

还有必要提供一种发光二极管驱动电路的输入电流限制方法。

一种发光二极管驱动电路的输入电流限制方法，所述发光二极管驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片的电流检测引脚连接发光二极管，用于进行电流采样，所述驱动芯片包括PWM模块和开关管，所述PWM模块的输出端连接所述开关管的控制端，所述PWM模块根据所述电流检测引脚采样得到的电流大小调整输出端输出的控制信号的占空比，从而通过控制所述开关管在每个周期内的导通时间来调整所述发光二极管的电流，所述方法包括：监测所述开关管在当前周期的导通时间，当所述当前周期的导通时间到达预设的时间阈值时，控制所述开关管在当前周期内截止。

在其中一个实施例中，所述监测所述开关管在当前周期的导通时间，当所述当前周期的导通时间到达预设的时间阈值时，控制所述开关管在当前周期内截止的步骤包括：设定基准电压信号；生成一电压幅值与所述导通时间正相关的导通电压信号；比较所述基准电压信号与所述导通电压信号，当所述导通电压信号大于所述基准电压信号时，所述控制所述开关管在当前周期内截止。

上述LED驱动电路，当导通时间Ton到达限流单元设定的上限值时，输入电流无法再增大，从而能够保证LED驱动电路中相应的元器件不会因输入电流的大幅上升引起的升温而损坏。

附图说明

图1是一种传统的LED恒流驱动电路的电路框图；

图2是一实施例中发光二极管驱动电路的电路原理图；

图3是LED驱动电路的输入电压大幅低于通常值时，在一个周期内电感L2的电流与导通时间Ton的关系曲线；

图4是一实施例中PWM模块的电路图；

图5是再一实施例中PWM模块的电路图；

图6是另一实施例中PWM模块的电路图；

图7是LED驱动电路的输入电压-输出电流曲线；

图8是一实施例中发光二极管驱动电路的输入电流限制方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图2是一实施例中发光二极管驱动电路的电路原理图，包括驱动芯片U1。简单介绍一下驱动芯片U1驱动LED工作的原理：驱动芯片U1的电流检测引脚ISEN连接发光二极管，用于进行电流采样。驱动芯片集成有PWM模块和第一开关管，PWM模块的输出端连接第一开关管的控制端。PWM模块根据电流检测引脚ISEN采样得到的电流大小调整其输出端输出的控制信号的占空比，从而通过控制第一开关管在每个周期内的导通时间Ton来调整发光二极管的电流。

具体地，本实施例中是通过如下方案来实现当LED驱动电路的输入电压大幅低于通常值时，对输入电流的提升的限制：PWM模块包括限流单元，限流单元用于设定第一开关管在一个周期内的导通时间Ton的上限值。当LED驱动电路的输入电压大幅低于通常值时，驱动芯片U1如果要达到恒流的效果，就必须要把占空比设得很高，则势必导致LED驱动电路的输入电流大幅上升。而通过限流单元将导通时间Ton设定一个上限值，就可以保证在输入电压大幅低于通常值时，PWM模块输出的占空比是有上限值的，从而当导通时间Ton到达上限值时，输入电流无法再增大，以保证LED驱动电路中相应的元器件不会因输入电流的大幅上升引起的升温而损坏。而LED驱动电路处于正常的输入电压环境时，导通时间Ton不会达到该上限值，驱动芯片U1仍与传统的LED恒流芯片采用同一工作模式，可以保证LED的恒流工作，维持LED的亮度稳定。

参见图3，横坐标为时间，纵坐标为图2中的电感L2的电流，其电流值大小可以反映LED的电流大小。图3示出了在LED驱动电路的输入电压大幅低于通常值时，在一个周期内电感L2的电流与导通时间Ton的关系曲线。导通时间Ton从t0开始增长，由于此时的输入电压很低，传统的恒流芯片会在电感L2的电流达到I2后才会控制MOSFET截止(对应的时间为t2)，以维持LED的电流恒定。而上述驱动芯片U1，在达到Ton的上限值后(图中的t1-t0)，导通时间Ton不能继续增加，第一开关管关闭，电感L2的电流在达到I1后就不会继续增加，因此驱动芯片U1的实际输出电流将开始下降，从而降低了输出电流，可以达到降低LED驱动电路的输入电流的目的。

图4是一实施例中PWM模块的电路图。在该实施例中，限流单元包括信号发生单元110和第一比较器120。

信号发生单元110用于输出电压幅值与导通时间Ton正相关的导通电压信号，即输出一个电压信号Von，Von随本周期的导通时间Ton增加而增大。

第一比较器120的第一输入端(本实施例中为运算放大器的正相输入端)用于输入导通电压信号，第一比较器的第二输入端(本实施例中为运算放大器的反相输入端)用于输入第一基准电压信号Tonmax。当导通电压信号大于第一基准电压信号Tonmax时，第一比较器120的输出端输出截止信号，控制第一开关管M1在当前周期内截止。

参见图5，在图5所示实施例中，限流单元还包括RS触发器130。第一比较器120的输出端连接RS触发器130的R端，RS触发器130的Q端连接第一开关管M1的控制端，RS触发器130的Q非端连接信号发生单元110的输入端。在本实施例中，信号发生单元110输出的导通电压信号的实时电压随Q非端输出的低电平信号的时长增加而增大，即Q非端从高电平跳变为低电平时，导通电压信号的电压值开始升高，Q非端从低电平跳变为高电平后导通电压信号的电压值又开始降低。在一个实施例中，导通电压信号可以为三角波信号。RS触发器130的S端输入为RS触发器的Q端和R端输出的与运算。

参见图6，在图6所示实施例中，信号发生单元110包括第二开关管S1和电流源I1。

第二开关管S1的控制端作为信号发生单元110的输入端，第二开关管S1的输出端接地，第二开关管S1的输入端连接第一比较器120的第一输入端。当第二开关管S1的控制端的电压大于其导通电压时，第二开关管S1导通。电流源I1的负极接地，正极连接第一比较器120的第一输入端以输出导通电压信号Von。

在图6所示实施例中，PWM模块还包括运算放大器210、第二比较器220以及或门230。

运算放大器210的正相输入端用于输入第二基准电压信号，运算放大器210的反相输入端连接电流检测引脚ISEN。第二比较器220的正相输入端连接运算放大器210的输出端，第二比较器220的反相输入端连接电流源I1的正极。或门230的第一输入端连接第二比较器220的输出端，或门230的第二输入端连接第一比较器120的输出端，或门的输出端连接RS触发器130的R端。第一比较器120和第二比较器220中的任一个的高电平输出都能够触发RS触发器130使第一开关管M1(图6中未示)截止。

在图6所示的实施例中，RS触发器130的Q端与第一开关管M1之间还接有门极驱动电路，用于将Q端的输出调整为更适合于驱动第一开关管M1的信号。信号发生单元110还包括电容C1，电容C1的一端连接电流源I1的正极，另一端接地。

在其中一个实施例中，第一开关管M1和第二开关管S1均为N沟道金属氧化物半导体场效应管。在其他实施例中也可以为P-MOSFET，或者采用N型或P型的三极管。

图7是LED驱动电路的输入电压-输出电流曲线。其中R1是一种传统的LED驱动电路的曲线，R2是本发明一实施例中的LED驱动电路的曲线，横坐标的输入电压单位为伏特，纵坐标的100％为工作在恒流模式下的芯片设计电流，通过百分比表示偏离该电流设计值的程度。可以看到在电压低于170V时，R2的电流开始下降，当输入电压为100V时，电流下降到设计值的40％附近(在其他不同参数设计的实施例中，下降点和下降比例不同)。电流降低了，相关元器件(如图2中的F1、D1、L1、U1等)在低压时的温升不会上升，从而提高了整机产品的可靠性。设计时，可以通过估算在多大的输入电流下，驱动电路的相关元器件会承受不住升温，来设定第一基准电压信号的电压值。

本发明还提供一种发光二极管驱动电路的输入电流限制方法。即在传统恒流芯片的基础上，监测恒流芯片中用于控制LED的电流的开关管在每个周期的导通时间，当当前周期的导通时间到达预设的时间阈值时，控制开关管在当前周期内截止。

参见图8，在一个实施例中发光二极管驱动电路的输入电流限制方法包括下列步骤：

S810，设定基准电压信号。

S820，生成一电压幅值与导通时间正相关的导通电压信号。

S830，将基准电压信号与导通电压信号进行比较，若导通电压信号大于基准电压信号，则进入步骤S840。

S840，控制开关管在当前周期内截止。

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)

1.一种发光二极管驱动电路，包括驱动芯片，所述驱动芯片的电流检测引脚连接发光二极管，用于进行电流采样，所述驱动芯片包括PWM模块和第一开关管，所述PWM模块的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述PWM模块根据所述电流检测引脚采样得到的电流大小调整输出端输出的控制信号的占空比，从而通过控制所述第一开关管在每个周期内的导通时间来调整所述发光二极管的电流，其特征在于，所述PWM模块包括限流单元，所述限流单元用于设定所述导通时间的上限值。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述限流单元包括：

信号发生单元，用于输出电压幅值与所述导通时间正相关的导通电压信号；

第一比较器，所述第一比较器的第一输入端用于输入所述导通电压信号，所述第一比较器的第二输入端用于输入第一基准电压信号，当所述导通电压信号大于所述第一基准电压信号时，所述第一比较器的输出端输出截止信号控制所述第一开关管在当前周期内截止。

3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述限流单元还包括RS触发器，所述第一比较器的输出端连接所述RS触发器的R端，所述RS触发器的Q端连接所述第一开关管的控制端，所述RS触发器的Q非端连接所述信号发生单元的输入端，所述导通电压信号的电压随所述Q非端输出的低电平信号的时长增加而增大。

4.根据权利要求3所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述信号发生单元包括：

第二开关管，所述第二开关管的控制端作为所述信号发生单元的输入端，所述第二开关管的输出端接地，所述第二开关管的输入端连接所述第一比较器的第一输入端，当所述第二开关管的控制端的电压大于第二开关管的导通电压时、所述第二开关管导通；

电流源，负极接地，正极连接所述第一比较器的第一输入端以输出所述导通电压信号。

5.根据权利要求4所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述PWM模块还包括：

运算放大器，所述运算放大器的正相输入端用于输入第二基准电压信号，所述运算放大器的反相输入端连接所述电流检测引脚；

第二比较器，所述第二比较器的正相输入端连接所述运算放大器的输出端，所述第二比较器的反相输入端连接所述电流源的正极；

或门，所述或门的第一输入端连接所述第二比较器的输出端，所述或门的第二输入端连接所述第一比较器的输出端，所述或门的输出端连接所述RS触发器的R端。

6.根据权利要求4所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述信号发生单元还包括电容，所述电容的一端连接所述电流源的正极，另一端接地。

7.根据权利要求4所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管均为金属氧化物半导体场效应管。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，所述导通电压信号为三角波信号。

9.一种发光二极管驱动电路的输入电流限制方法，所述发光二极管驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片的电流检测引脚连接发光二极管，用于进行电流采样，所述驱动芯片包括PWM模块和开关管，所述PWM模块的输出端连接所述开关管的控制端，所述PWM模块根据所述电流检测引脚采样得到的电流大小调整输出端输出的控制信号的占空比，从而通过控制所述开关管在每个周期内的导通时间来调整所述发光二极管的电流，其特征在于，所述方法包括：监测所述开关管在当前周期的导通时间，当所述当前周期的导通时间到达预设的时间阈值时，控制所述开关管在当前周期内截止。

10.根据权利要求9所述的发光二极管驱动电路的输入电流限制方法，其特征在于，所述监测所述开关管在当前周期的导通时间，当所述当前周期的导通时间到达预设的时间阈值时，控制所述开关管在当前周期内截止的步骤包括：

设定基准电压信号；

生成一电压幅值与所述导通时间正相关的导通电压信号；

比较所述基准电压信号与所述导通电压信号，当所述导通电压信号大于所述基准电压信号时，所述控制所述开关管在当前周期内截止。