CN107087328A - Led驱动电路 - Google Patents
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- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
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Abstract
本申请公开了一种LED驱动电路。本发明实施例的LED驱动电路，利用功率器件和辅助开关的交替导通来实现主电路的正常工作，完成对输入电压的转换；同时利用第三电感能够对加速功率器件的导通和关断动作；另外，第二电感和第三电感通过第一滤波电路和第二滤波电路能够同时为控制电路提供电源供应，保证电路的稳定性和可靠性，同时，也提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体的说更涉及一种LED驱动电路。
背景技术
随着照明行业的不断创新和迅速发展，加之节能和环保日益重要，LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。然而，由于LED灯的亮度与光输出强度参数相关，其与它的电流及正向压降成正比，并随温度变化而变化。因此，LED需要一个额外的电路来产生一恒定电流对其进行驱动。随着照明行业的不断创新和迅速发展，加之节能和环保日益重要，LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。然而，由于LED灯的亮度与光输出强度参数相关，其与它的电流及正向压降成正比，并随温度变化而变化。因此，LED的驱动需要恒流电源，以保证LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。可见，选择正确的LED驱动至关重要。没有好的LED驱动电源的匹配，LED照明的优势无法得以体现。
现有技术中，通常采用两种类型的功率调节器来作为LED驱动器，一种是线性调节器，另一种是开关型调节器。参考图1A，所示为现有技术中的一种采用线性调节器的LED驱动器的原理框图，其包括功率开关M1，误差放大器EA1和检测电阻Rsense1。检测电阻Rsense1采样功率开关M1的输出电流，并与一基准值VREF1通过所述误差放大器EA1进行误差放大运算，以得到一误差信号Verror1。功率开关M1接收直流母线电压Vbus和所述误差信号Verror1，以产生基本恒定的输出电压和输出电流来驱动LED装置。可见，采用线性调节器的LED驱动器，电路结构相对简单，元器件较少，成本也较小；但是，这种LED驱动器的效率很低。例如，输入交流电压的范围为90—265V，经过整流桥获得的直流母线电压的范围约为120V—375V。因此，所述LED装置的驱动电压不能大于最小母线电压(即120V)，显然，对375V的直流母线电压(交流265V)而言，所产生的功率损耗是非常大的，效率将会低于35％。
参考图1B，所示为现有技术中的一种采用开关型调节器的LED驱动器的原理框图；其中，功率开关M2，输出电感L1，输出二极管D1组成一降压型拓扑结构；检测电阻Rsense2采样流过所述LED装置的电流，并与一基准值VREF2进行误差运算，以得到一误差信号Verror2；控制和驱动电路接收所述误差信号Verror2，以产生相应的驱动信号来驱动功率开关M2，使其周期性的导通或者关断，从而输出一基本恒定的输出电压和输出电流来驱动LED装置。如果不考虑功率开关和磁性元件(电感)上的导通损耗，开关型调节器理论上可以达到接近100％的工作效率。但是，开关型调节器的工作频率很高，因此EMI滤波电路是必不可少的。因此，相比于线性调节器，开关型调节器的元器件数目较多，尺寸较大，成本也相对较高。同时，存在功率开关的驱动较慢，以及控制电路的电源供应不足等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的LED驱动电路，以解决现有技术中控制电路电源供应不足，以及功率器件的驱动较慢的问题。
依据本发明一实施例的LED驱动电路，用以驱动一LED负载，包括:
包括第一电感和功率器件的功率级电路，所述功率器件的第一功率端和第二功率端分别耦接至输入电压和地电位；
分别与所述第一电感耦合的第二电感和第三电感；所述第二电感和所述第三电感的一端均连接至地电位；
第一滤波电路，耦接在所述第三电感的另一端和所述功率器件的控制端和所述辅助开关的第二功率端的公共连接点之间；
第二滤波电路，耦接在所述第二电感的另一端和地电位之间；
电流检测电路，连接在所述功率器件的第二功率端和地电位之间，以生成第一检测信号；
控制电路，包括驱动信号发生电路和辅助开关；
所述驱动信号发生电路用以根据所述第一检测信号和表征所述第二电感两端的电压的第二检测信号产生驱动信号；
所述辅助开关的第一功率端耦接至地电位，第二功率端耦接至所述功率器件的控制端，控制端接收所述驱动信号。
优选的，所述电流检测电路包括电阻，所述电阻两端的电压作为所述第一检测信号。
优选的，所述控制电路包括控制芯片，所述第一滤波电路和所述第二滤波电路的输出信号同时为所述控制芯片提供供应电压。
优选的，所述第一滤波电路和所述第二滤波电路包括RC滤波电路或者电容滤波电路。
优选的，所述驱动信号发生电路包括输出电流计算电路，电流误差计算电路和占空比计算电路；其中，
所述输出电流计算电路用以产生表征所述LED驱动电路的输出电流的第一信号；
所述电流误差计算电路用以计算所述第一信号和对应的表征所述LED驱动电路的期望输出电流的信号之间的误差，以获得一误差信号；
所述占空比计算电路用以根据所述误差信号调节所述驱动信号的占空比。
优选的，所述输出电流计算电路包括峰值电流产生电路和电感电流持续时间检测电路；其中，
所述峰值电流产生电路用以检测流过所述第一电感的电感电流的峰值，以产生峰值信号；
所述电感电流持续时间检测电路用以检测流过所述第一电感的电感电流不为零值的时间长度，以获得持续时间信号。
优选的，所述峰值电流发生电路包括采样保持电路，用以接收所述第一检测信号，所述第一检测信号的峰值作为所述峰值信号。
优选的，所述电感电流持续时间检测电路连接至所述第二电感和所述第一滤波电路的公共连接点之间，用以根据所述第二电感两端的电压来产生所述持续时间信号。
优选的，所述驱动信号发生电路包括峰值电流限制电路，用以接收所述第一检测信号；当所述第一检测信号大于一基准值时，所述控制信号关断所述功率器件。
优选的，所述驱动信号发生电路包括逻辑和驱动电路，用以接收所述占空比计算电路的输出信号和所述峰值电路限制电路的输出信号，以产生所述驱动信号。
依据本发明实施例的LED驱动电路，利用功率器件和辅助开关的交替导通来实现主电路的正常工作，完成对输入电压的转换；同时利用第三电感能够对加速功率器件的导通和关断动作；另外，第二电感和第三电感通过第一滤波电路和第二滤波电路能够同时为控制电路提供电源供应，保证电路的稳定性和可靠性，同时，也提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A所示为采用现有技术的一种可控硅调光电路的原理框图；
图1B所示为图1A所示的可控硅调光电路的工作波形图；
图2所示为依据本发明一实施例的LED驱动电路的原理框图；
图3所示为依据本发明一实施例的LED驱动电路中的控制电路的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图2，所示为依据本发明一实施例的LED驱动电路的原理框图。在该实施例中，包括一功率级电路，控制电路201和外围电路。其中，
该功率级电路包括功率器件Q1，第一电感L1，二极管Do和输出电容Cout，以形成降压型开关功率级电路。这里，功率器件Q1，第一电感L1，二极管Do和输出电容Cout之间的连接方式不再赘述。
功率器件Q1的第一功率端通过电阻R1耦接至输入电压Vin的正端，第二功率端耦接至地电位。
控制电路201包括驱动信号发生电路202和辅助开关Q2。辅助开关的第一功率端耦接至地电位，第二功率端耦接至功率器件Q1的控制端。
外围电路包括与第一电感L1耦合的第二电感L2和第三电感L3，与第二电感L2并联连接的第一滤波电路，连接在第三电感L3的第一端和功率器件Q1的控制端和辅助开关Q2的第二功率端的公共连接点之间的第二滤波电路。第一滤波电路和第二滤波电路可以为RC滤波电路或者电容滤波电路或者其他合适的电路。这里，第二滤波电路包括串联连接在第二电感L2的第一端和地电位之间的电阻R3和电容C1。第一滤波电路包括连接在第三电感L3的第一端和地电位之间的电容C2。第二电感L2和第三电感L3的第二端分别连接至地电位。第一滤波电路和第二滤波电路的输出端连接在一起，以给其他电路供电，例如控制电路201。另外，为了防止电流反向流入第二电感L2和第三电感L3，第二滤波电路和第三滤波电路的输出端分别串联连接二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2的阴极相互连接，并连接至需要供电的电路的输入端，例如控制电路201的电源端VCC。
外围电路还包括连接在功率器件Q1的第二功率端和地电位之间的电流检测电路，以生成第一检测信号。在该实施例中，电流检测电路包括电阻，电阻两端的电压作为所述第一检测信号V1。当开关器件Q1处于导通状态时，第一检测电压信号V1与流过第一电感L1的电感电流成正比例关系，能够表征流过第一电感L1的电感电流。
驱动信号发生电路202用以根据第一检测信号V1和表征第二电感L2两端的电压的第二检测信号V2产生相应的驱动信号。这里，第二检测信号V2可以通过检测连接在第二电感L2和第一滤波电路之间的公共连接点上的电压来获得。在该实施例中，通过由电阻R4和电阻R5组成的分压网络来获得。辅助开关Q2接收驱动信号VB。
当初始启动时，输入电压Vin通过电阻R1对功率器件Q1的控制端进行充电，功率器件Q1开始进入导通状态。此时，第三电感L3两端的感应电压通过第二滤波电路，即电阻R3和电容C1对功率器件Q1的控制端也进行充电，从而加速了功率器件Q1的导通，此时辅助开关Q2处于关断状态。而当辅助开关Q2导通时，功率器件Q1的控制端的电压被放电，在第二滤波电路，即电阻R3和电容C1的作用下，功率器件Q1被加速关断。
虽然在该实施例中，功率器件Q1和辅助开关Q2为双极性晶体管，本领域技术人员可以理解，其他合适类型的晶体管也适用于本实施例，例如MOSFET晶体管。控制电路201可以为一集成电路电路芯片时，第二电感L2和第三电感L3通过第一滤波电路和第二滤波电路共同为控制电路201提供电源供应。
参考图3，所示为依据本发明一实施例的LED驱动电路中的控制电路的原理框图。
在该实施例中，控制电路包括输出电流计算电路301，电流误差计算电路304、占空比计算电路305和逻辑和驱动电路308。
其中，输出电流计算电路301用以产生表征LED驱动电路的输出电流的第一信号IOUT；
电流误差计算电路304用以计算第一信号IOUT和对应的表征所述LED驱动电路的期望输出电流的信号IREF之间的误差，以获得一误差信号VERROR；
占空比计算电路305用以根据误差信号VERROR调节驱动信号VB的占空比，即调节辅助开关Q2的导通时间和关断时间的比例，从而保证LED驱动电路的输出电流与期望输出电流一致。
进一步的，输出电流计算电路301包括峰值电流产生电路302和电感电流持续时间检测电路303；其中，
峰值电流产生电路302用以检测流过第一电感L1的电感电流的峰值，以产生峰值信号。由于第一检测信号V1可以表征流过第一电感L1的电感电流，因此，峰值电流产生电路302根据接收到的第一检测信号V1来产生该峰值信号。
峰值信号的获得可以通过采样保持电路来实现。在每一开关周期内，在功率器件Q1的导通状态的最后时刻，采样和保持该时刻的第一检测信号V1，该时刻的数值作为所述峰值信号。
电感电流持续时间检测电路303用以检测流过第一电感L1的电感电流不为零值的时间长度，以获得持续时间信号。第二电感L2与第一电感L1相耦合，因此，电感电流持续时间检测电路303可以根据第二检测信号V2来获得持续时间信号。
LED驱动电路的输出电流可以通过峰值信号和持续时间信号的计算来间接获得。
为了保证系统更好的工作性能，控制电路201中还可以包括峰值电流限制电路306和过压限制电路307。
峰值电流限制电路通过接收到的第一检测信号V1来间接判断流过第一电感L1的电感电流是否超过基准值，当第一检测信号V1大于该基准值时，通过控制信号VB关断功率器件Q1。
过压限制电路307通过接收到的第二检测信号V2来间接判断LED负载开路时，电压是否超过一最大值，当第二检测信号V2大于该最大值时，通过控制信号VB关断功率器件Q1。
以上对依据本发明的优选实施例的LED驱动电路进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种LED驱动电路，用以驱动一LED负载，其特征在于，包括:
包括第一电感和功率器件的功率级电路，所述功率器件的第一功率端和第二功率端分别耦接至输入电压和地电位；
分别与所述第一电感耦合的第二电感和第三电感；所述第二电感和所述第三电感的一端均连接至地电位；
第一滤波电路，耦接在所述第三电感的另一端和所述功率器件的控制端和所述辅助开关的第二功率端的公共连接点之间；
第二滤波电路，耦接在所述第二电感的另一端和地电位之间；
电流检测电路，连接在所述功率器件的第二功率端和地电位之间，以生成第一检测信号；
控制电路，包括驱动信号发生电路和辅助开关；
所述驱动信号发生电路用以根据所述第一检测信号和表征所述第二电感两端的电压的第二检测信号产生驱动信号；
所述辅助开关的第一功率端耦接至地电位，第二功率端耦接至所述功率器件的控制端，控制端接收所述驱动信号。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电流检测电路包括电阻，所述电阻两端的电压作为所述第一检测信号。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片，所述第一滤波电路和所述第二滤波电路的输出信号同时为所述控制芯片提供供应电压。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述第一滤波电路和所述第二滤波电路包括RC滤波电路或者电容滤波电路。
5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动信号发生电路包括输出电流计算电路，电流误差计算电路和占空比计算电路；其中，
所述输出电流计算电路用以产生表征所述LED驱动电路的输出电流的第一信号；
所述电流误差计算电路用以计算所述第一信号和对应的表征所述LED驱动电路的期望输出电流的信号之间的误差，以获得一误差信号；
所述占空比计算电路用以根据所述误差信号调节所述驱动信号的占空比。
6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输出电流计算电路包括峰值电流产生电路和电感电流持续时间检测电路；其中，
所述峰值电流产生电路用以检测流过所述第一电感的电感电流的峰值，以产生峰值信号；
所述电感电流持续时间检测电路用以检测流过所述第一电感的电感电流不为零值的时间长度，以获得持续时间信号。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述峰值电流发生电路包括采样保持电路，用以接收所述第一检测信号，所述第一检测信号的峰值作为所述峰值信号。
8.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电感电流持续时间检测电路连接至所述第二电感和所述第一滤波电路的公共连接点之间，用以根据所述第二电感两端的电压来产生所述持续时间信号。
9.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动信号发生电路包括峰值电流限制电路，用以接收所述第一检测信号；当所述第一检测信号大于一基准值时，所述控制信号关断所述功率器件。
10.根据权利要求9所述的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动信号发生电路包括逻辑和驱动电路，用以接收所述占空比计算电路的输出信号和所述峰值电路限制电路的输出信号，以产生所述驱动信号。
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