CN107172767B - 一种led控制驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型LED控制驱动电路，涉及LED驱动技术领域，主要包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路，所述LED调光电路包括产生内部基准电压模块、采样模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOFET管以及MOFET管驱动模块，所述比较器的正端连接电压VP，输出端连接电压转化时间模块以及MOFET管驱动模块；所述跨导放大器的正端连接电压VJ，负端连接电压VA，电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号；MOFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOFET管。系统可以进入CCM模式，可以减小LED输出电压纹波，LED两端就可以不加滤波电容，LED灯的寿命也会得到很好的保障，简化了外围电路，降低成本。

Description

一种LED控制驱动电路

技术领域

本发明涉及LED驱动技术领域，具体涉及一种新型LED控制驱动电路。

背景技术

目前在LED驱动技术越来越成熟，同时对于成本的要求也越来越高。市面上的LED驱动电路，大部分都采用了BCM和DCM模式，这样的结构对于LED灯来说纹波大，需要在LED两端接滤波电容，特别是非隔离系统，由于输出电压比较高，需要的电容耐压比较高，成本就比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足，提供一种可减少LED波纹，LED端部无须接滤波电容的控制驱动电路。

为了解决上述现有技术的不足，本发明采用的技术方案是：一种LED控制驱动电路，包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路，所述LED照明电路包括发光二极管、电感以及肖特基管，所述LED调光电路包括产生内部基准电压模块、采样保持模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOSFET管以及MOSFET管驱动模块；所述产生内部基准电压模块产生基准电压VP和VA，其中VP用于设定电感的峰值电流，VA用于设定电感的平均电流；所述LED照明电路的一端连接电源模块，另一端连接MOSFET管的漏极，MOSFET管的源极分别连接电阻RS、比较器的负端以及采样保持模块；所述采样保持模块用于采集MOSFET管打开瞬间和关闭瞬间的电压值VSH和VSL；所述均值计算模块的输入端连接采样保持模块用于计算电压值VSH和VSL的平均值，输出电压VJ；所述比较器的正端连接电压VP，输出端连接电压转化时间模块；所述跨导放大器的正端连接电压VJ，负端连接电压VA，输出信号电压VG；所述电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号；所述MOSFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOSFET管。

进一步的，所述采用保持模块包括开关A、B以及C以及三个电容，开关A的一端连接MOSFET管的源极，另一端连接均值计算模块和电容，开关B的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接电容和开关C，开关C的一端连接开关B，另一端连接电容和均值计算模块，三个电容均接地，开关A、B以及C分别由驱动信号A、B以及C进行控制，其中驱动信号A、B以及C与MOSFET管的驱动信号DRV同周期，驱动信号A在驱动信号DRV开启时打开开关A一瞬间，延迟时间TD后，驱动信号B开启开关B，在驱动信号DRV关闭同时关闭开关B，驱动信号C在开关B关闭后将开关C打开，并且在驱动信号DRV开启前将开关C关闭。

进一步的，所述电压转化时间模块包括运算放大器、比较器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管，所述运算放大器的正端接入电压VG，负端接第一MOS管的源极，运算放大器的输出端接第一MOS管的栅极，第一MOS管的漏极接第二MOS管的源极，第二MOS管和第三MOS管共栅极且共漏极设置，第二MOS管和第三MOS管的漏极的连接供电电压，第三MOS管的源极连接比较器的正端，比较器连接第四MOS管的漏极，第四MOS管的栅极接入MOSFET管的驱动信号DRV。

进一步的，还包括高压转低压模块，所述高压转低压模块连接电源模块，将母线电压转化为电路内部使用电压。

进一步的，还包括欠压保护模块，欠压保护模块连接电路的供电端，用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压，防止反复开启关闭。

从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点：系统可以进入CCM模式，可以减小LED输出电压纹波，一般设定纹波电流小于LED平均电流的30％，这样的话，LED两端就可以不加滤波电容，LED灯的寿命也会得到很好的保障，采样高压JFET，可以省掉启动电阻，简化了外围电路，降低成本。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明中高压转低压模块的原理图；

图3为采样保持模块的原理图；

图4为各信号的波形波；

图5为均值计算模块的原理图；

图6为电压转化时间模块的原理图；

图7为驱动单元的原理图。

图8为电压VP、VA的波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，本发明的LED控制驱动电路，包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路，所述LED照明电路包括发光二极管、电感以及肖特基管，电感通过肖特基管和LED灯管放电，此放电时间为退磁时间；反之，为充磁时间。

所述LED调光电路包括高压转低压模块、产生内部基准电压模块、欠压保护模块、采样保持模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOSFET管以及MOSFET管驱动模块。

高压转低压模块原理如图2所示，高压转低压模块连接电源模块，将母线电压转化为电路内部使用电压。HV端口接500V高压JFET，转换成中压，大概在20至30V左右，然后在转换成低压7V，当VDD超过7V则通过迟滞比较器来使信号S拉低，来关断M2，当VDD电压低于(VDD-迟滞电压)，则信号S输出高阻态，M2打开，对VDD充电。信号DRV是用来当系统正常工作是MOSFET管的振荡波形，在HV为低电位时拉低信号S，关闭M2，防止VCC电压倒流到HV端口。

欠压保护模块(图中的UVLO模块)用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压，防止反复开启关闭。

产生内部基准电压模块产生基准电压VP和VA，其中VP用于设定电感的峰值电流，VA用于设定电感的平均电流；当VCC电压达到了UVLO_ON，则开启系统，输出高压功率管MOSFET管开始打开，电感电流开始上升，ISEN脚的电压就开始上升，到电压达到内部设定电压VP，则输出管关闭，电感开始放电，VP电压来设定电感的峰值电流；LED电流计算公式如下：

LED照明电路的一端连接电源模块，另一端连接MOSFET管的漏极，MOSFET管的源极分别连接电阻RS、比较器的负端以及采样保持模块。

采样保持模块用于采集MOSFET管打开瞬间和关闭瞬间的电压值VSH和VSL，其结构如图3所示，包括开关A、B以及C以及三个电容，开关A的一端连接MOSFET管的源极，另一端连接均值计算模块和电容，开关B的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接电容和开关C，开关C的一端连接开关B，另一端连接电容和均值计算模块，三个电容均接地，开关A、B以及C分别由驱动信号A、B以及C进行控制，其波形图如图4所示，其中驱动信号A、B以及C与MOSFET管的驱动信号DRV同周期，驱动信号A在驱动信号DRV开启时打开开关A一瞬间，延迟时间TD后，驱动信号B开启开关B，在驱动信号DRV关闭同时关闭开关B，驱动信号C在开关B关闭后将开关C打开，并且在驱动信号DRV开启前将开关C关闭。

所述均值计算模块的输入端连接采样保持模块用于计算电压值VSH和VSL的平均值，输出电压VJ，其原理图如图5所示，包括两个运算放大器和两个电阻R，运算放大器的正端分别接入电压VSH和电压VSL，负端和输出端各自均连接电阻R。

所述比较器的正端连接电压VP，输出端连接电压转化时间模块以及MOSFET管驱动模块，在功率MOSFET工作的时候，关闭时间模块，在MOSFET不工作的时候，电压转化时间模块开始计算时间；所述跨导放大器的正端连接电压VJ，负端连接电压VA，输出信号电压VG。

所述电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号，其电路原理图如图6所示，所述电压转化时间模块包括运算放大器、比较器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管，所述运算放大器的正端接入电压VG，负端接第一MOS管的源极，运算放大器的输出端接第一MOS管的栅极，第一MOS管的漏极接第二MOS管的源极，第二MOS管和第三MOS管共栅极且共漏极设置，第二MOS管和第三MOS管的漏极的连接供电电压，第三MOS管的源极连接比较器的正端，比较器连接第四MOS管的漏极，第四MOS管的栅极接入MOSFET管的驱动信号DRV。

所述MOSFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOSFET管，包括逻辑控制、锁存器以及驱动单元等组成，其中驱动单元的电路图原理图如图7所示。

系统工作原理如下：系统上电后，HV端口是内置的高压端口，内置了一个高压JFET，并通过此高压转低压模块，转换成低压7V，供内部电路使用，作为内部电路的电源。模块“产生内部基准电压”产生内部使用的各个基准和偏置电流。当VCC电压达到了UVLO_ON，则开启系统，输出高压功率管开始打开，电感电流开始上升，ISEN脚的电压就开始上升，到电压达到内部设定电压VP，则输出管关闭，电感开始放电，VP电压来设定电感的峰值电流。与ISEN脚连接的“采样保持”模块，则是采样在输出高压功率管打开瞬间和关闭瞬间的电压值，并保持。DRV是高压功率管的驱动波形，A,B,C是开关的驱动波形，当高电位则开关闭合，低电位则开关打开，当DRV开启瞬间则开关A打开，采样此时ISEN脚的电压，传递到VSL。同时延时TD后，开关B打开，采样ISEN脚的电压，并在DRV关闭时，则采样结束，然后开关C打开，采样电压则传送到VSH。

VSL和VSH通过“均值计算”模块，得到其平均电压，计算得到

计算得到的均值电压VJ传输到跨导放大器的一端，另一端则接的是内部设定的基准电压VA,此电压也是用于计算LED电流的电压，LED电流计算公式如下：

电压VA和VJ通过跨导放大器后会产生电压VG,此电压用于决定系统的退磁时间，当VJ电压小于VA电压则VG电压会慢慢下降，此时VG电压通过“电压转换时间”模块，“电压转换时间”。可以得到系统的退磁时间开始慢慢变小，此时系统会从DCM，进入到BCM然后再进入到CCM模式，VSL电位会慢慢抬高，VJ的电压也会慢慢的随之上升，由于本身系统是一个负反馈系统，通过对跨导放大器的补偿，最终使VJ＝VA,则系统达到平衡。同理当VJ大于VA的情况下，VG的电压会增大，所对应的退磁时间也会增大，那么VSL的电位会下降，其平均电压VJ也会慢慢下降，最终保持在VJ＝VA，系统达到平衡。

在此系统中VP>VA，并且VP<2×VA，VP设定的是电感的峰值电流，VA设定的是电感的平均电流；VP-VA则是设定的电感的纹波电流。具体波形，见图8。一般设定纹波电流小于LED平均电流的30％，这样的话，LED两端就可以不加滤波电容，LED灯的寿命也会得到很好的保障。

Claims (5)

1.一种LED控制驱动电路，包括电源模块、LED照明电路以及LED调光电路，所述LED照明电路包括发光二极管、电感以及肖特基管，其特征在于：所述LED调光电路包括产生内部基准电压模块、采样保持模块、均值计算模块、跨导放大器、比较器、电压转化时间模块、控制LED照明电路通断的MOSFET管以及MOSFET管驱动模块；所述产生内部基准电压模块产生基准电压VP和VA，其中电压VP用于设定电感的峰值电流，电压VA用于设定电感的平均电流；所述LED照明电路的一端连接电源模块，另一端连接MOSFET管的漏极，MOSFET管的源极分别连接电阻RS、比较器的负端以及采样保持模块；所述采样保持模块用于采集MOSFET管打开瞬间和关闭瞬间的电压值VSH和VSL；所述均值计算模块的输入端连接采样保持模块用于计算电压值VSH和VSL的平均值，输出电压VJ；所述比较器的正端连接电压VP，输出端连接电压转化时间模块；所述跨导放大器的正端连接电压VJ，负端连接电压VA，输出信号电压VG；所述电压转化时间模块将电压VG转化为脉冲宽度与之对应的脉冲信号；所述MOSFET管驱动模块将脉冲信号转为电流信号用于驱动MOSFET管。

2.根据权利要求1所述的LED控制驱动电路，其特征在于：所述采样保持模块包括开关A、B以及C以及三个电容，开关A的一端连接MOSFET管的源极，另一端连接均值计算模块和电容，开关B的一端连接MOSFET管的源极,另一端连接电容和开关C，开关C的一端连接开关B，另一端连接电容和均值计算模块，三个电容均接地，开关A、B以及C分别由驱动信号A、B以及C进行控制，其中驱动信号A、B以及C与MOSFET管的驱动信号DRV同周期，驱动信号A在驱动信号DRV开启时打开开关A一瞬间，延迟时间TD后，驱动信号B开启开关B，在驱动信号DRV关闭同时关闭开关B，驱动信号C在开关B关闭后将开关C打开，并且在驱动信号DRV开启前将开关C关闭。

3.根据权利要求1或者2所述的LED控制驱动电路，其特征在于：所述电压转化时间模块包括运算放大器、比较器、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管，所述运算放大器的正端接入电压VG，负端接第一MOS管的源极，运算放大器的输出端接第一MOS管的栅极，第一MOS管的漏极接第二MOS管的源极，第二MOS管和第三MOS管共栅极且共漏极设置，第二MOS管和第三MOS管的漏极的连接供电电压，第三MOS管的源极连接比较器的正端，比较器连接第四MOS管的漏极，第四MOS管的栅极接入MOSFET管的驱动信号DRV。

4.根据权利要求1所述的LED控制驱动电路，其特征在于：还包括高压转低压模块，所述高压转低压模块连接电源模块，将母线电压转化为电路内部使用电压。

5.根据权利要求4所述的LED控制驱动电路，其特征在于：还包括欠压保护模块，欠压保护模块连接电路的供电端，用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压，防止反复开启关闭。