CN107306467A - 一种单绕组非隔离led恒流驱动系统及其驱动控制方法 - Google Patents

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CN107306467A CN201610259973.6A CN201610259973A CN107306467A CN 107306467 A CN107306467 A CN 107306467A CN 201610259973 A CN201610259973 A CN 201610259973A CN 107306467 A CN107306467 A CN 107306467A
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宋志棠
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Abstract

本发明提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统及驱动控制方法，至少包括：负载、电感、续流二极管、第一功率管、第二功率管、取样电阻、峰值电流检测电路、钳位电路、谐振取样电路、过零触发导通控制电路以及驱动控制电路。初始阶段，第二功率管开启，电感开始充电，电流经过第一功率管、第二功率管及取样电阻后到地，当电感电流达到峰值时，关断第二功率管；电感进入放电状态，电感电流不断减小至零时，电感和第一功率管之间发生谐振，通过检测谐振信号判定电感电流过零，并开启第二功率管，重新对电感充电，以实现恒流输出。本发明省去了一个辅助绕组，减小了PCB板面积的同时又省去的系统成本，大大增强了该方案在市场中的竞争力。

Description

一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法。
背景技术
开关电源是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的开通和关断来维持稳定输出电压或电流的一种电源。与线性电源相比，开关电源的体积更小、效率更高、更加节能、环保。在某些领域已经完全替代了线性电源。尤其是在当前电子设备体积不断减小，电压不断降低，移动设备普遍使用的趋势下，开关电源的应用越来越广泛。目前，开关电源正向着高频化、小型化的方向发展。
由于电子技术不断地发展与创新，开关电源芯片控制技术也在不断出现新的控制架构。无论何种控制方式都需要芯片的内部电路每时每刻去采样输出电压或电流，通过采样输出量的变化来对自身进行调整。根据输出功率的大小制定出系统的结构及采用的反馈控制技术等。
在开关电源的工作过程中，如果电感中的电流在开关过程中没有完全释放，则属于电感电流连续模式(CCM)；如果电感中的电流在开关过程中完全释放，过一段时间再充电，则属于断续模式(DCM)；如果电感中的电流完全释放后，又立即充电，则属于临界模式(BCM)。根据电感中电流为零这一特点诞生出不同的采样技术和控制电路，临界模式，由于其能够综合连续模式和断续模式的优点而被广泛的应用于LED恒流控制中。
如图1所示为一种目前普遍使用的带辅助绕组式过零检测电路1，包括串联形成环路的原边电感Lp、负载LEDs和续流二极管D0，所述原边电感Lp和所述续流二极管D0之间连接输入电压AC Input，所述负载LEDs的两端并联电容CL；功率开关M的漏端连接于所述负载LEDs和续流二极管D0之间，源端接地，栅端连接PWM控制信号；副边电感Ls的一端接地，另一端连接串联的电阻RF1和RF2后接地，比较器CMP连接于电阻RF1和RF2之间。当功率开关M断开，原边电感Lp的电流放电至零后，在副边电感Ls的支路节点VF处将产生高频LC谐振，芯片内部电路对信号VF进行取样比较，经过处理后可以得到零电感电流的触发信号。但是这种过零检测机制将依赖于辅助绕组(副边电感Ls)的使用，增加系统成本的同时又大大增加PCB板的面积。
因此，如何设计一种去辅助绕组式的恒流驱动系统，提高相关产品的竞争力已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法，用于解决现有技术中采用辅助绕组实现恒流控制所带来的系统成本大、PCB板使用面积大等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统，所述单绕组非隔离LED恒流驱动系统至少包括：
连接成环路的负载、电感及续流二极管，所述负载的两端并联一电容，所述负载的输入端连接输入电压；
第一功率管，其漏端连接所述电感的输出端、栅端连接钳位电路，所述钳位电路对所述第一功率管的栅端电压进行钳位；
第二功率管，其漏端连接所述第一功率管的源端、源端连接取样电阻的一端，所述取样电阻的另一端接地，通过所述第二功率管的导通和关断控制所述电感的充、放电；
峰值电流检测电路，连接于所述第二功率管的源端，用于检测电感电流的峰值；
谐振取样电路，连接于所述第一功率管的源端，对谐振信号进行取样；
过零触发导通控制电路，连接于所述谐振取样电路的输出端，在所述谐振取样电路检测到谐振信号时输出电感电流过零信号；
驱动控制电路，连接于所述峰值电流检测电路及所述过零触发导通控制电路的输出端，在电感电流达到峰值时关断所述第二功率管，在电感电流过零时开启所述第二功率管，以实现恒流输出。
优选地，所述峰值电流检测电路包括第一比较器，其输入端分别接收所述取样电阻上的取样电压及第一参考电压，当所述取样电压大于所述第一参考电压时，判定电感电流达到峰值。
优选地，所述钳位电路包括运算放大单元及输出单元；其中，所述输出单元包括串联连接的驱动管及分压单元，所述驱动管的栅端连接所述运算放大单元的输出端，漏端输出钳位电压；所述运算放大单元的输入端分别连接第二参考电压及所述分压单元的输出端。
优选地，所述过零触发导通控制电路包括差值比较判决单元和逻辑控制单元；所述差值比较判决单元连接所述谐振取样电路的输出端，将所述谐振取样电路的输出信号与第三参考电压进行比较，若所述谐振取样电路的输出信号的下降幅度大于所述第三参考电压则产生下降沿触发信号；所述逻辑控制单元连接于所述差值比较判决单元的输出端，根据所述差值比较判决单元的输出结果判定电感电流过零情况，当接收到所述下降沿触发信号时，输出电感电流过零信号。
更优选地，所述差值比较判决单元包括第一运算放大器，第二运算放大器，晶体管，第一电阻，第二电阻，电流镜，及第二比较器；所述第一运算放大器的正相输入端连接所述谐振取样电路的输出端，输出端连接所述晶体管的栅端，反相输入端连接所述晶体管的源端；所述第一电阻的一端连接所述晶体管的源端，另一端连接所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的正相输入端连接所述第三参考电压，反相输入端与输出端相连；所述电流镜的输入端连接所述晶体管的漏端，输出端连接所述第二电阻，所述第二电阻的另一端接地；所述第二比较器的反相输入端连接所述电流镜的输出端，正相输入端连接所述谐振信号。
优选地，所述驱动控制电路包括RS触发器和驱动器；所述RS触发器的复位端连接所述峰值电流检测电路的输出端，置位端连接所述过零触发导通控制电路的输出端；所述驱动器的输入端连接所述RS触发器的输出端，输出端连接所述第二功率管的栅端。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述单绕组非隔离LED恒流驱动系统的恒流驱动控制方法，所述单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法至少包括：
初始阶段，第二功率管开启，输入电压经过负载后对电感充电，电流经过第一功率管、所述第二功率管及取样电阻后到地，当电感电流达到峰值时，关断所述第二功率管；
所述电感进入放电状态，电感电流不断减小，当电感电流放至零时，所述电感和所述第一功率管之间发生谐振，产生谐振信号，通过检测所述谐振信号判定电感电流过零，并开启所述第二功率管，重新对所述电感充电，以实现恒流输出。
优选地，通过检测所述取样电阻上的取样电压的大小来判定电感电流是否达到峰值；当所述取样电压大于第一参考电压时，判定电感电流达到峰值，反之，则判定电感电流未达到峰值。
优选地，电感电流下降的过程中，所述第一功率管的源端电压保持在钳位电压处，当电感电流下降至零后，所述电感和所述第一功率管的寄生电容之间发生LC谐振，所述谐振信号通过所述第一功率管的源-漏的电容从漏端耦合到源端，通过检测所述第一功率管源端电压的下降沿突变信号来判断电感电流过零。
更优选地，采用差值比较判决方法来检测所述第一功率管源端电压的下降沿突变信号，当所述第一功率管源端电压下降幅度达到预设的第三参考电压时，则判断电感电流过零。
如上所述，本发明的单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法，具有以下有益效果：
本发明的单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法省去了一个辅助绕组，减小了PCB板面积的同时又省去的系统成本，大大增强了该方案在市场中的竞争力。
附图说明
图1显示为现有技术中的带辅助绕组式过零检测电路示意图。
图2显示为本发明的单绕组非隔离LED恒流驱动系统的结构示意图。
图3显示为本发明的钳位电路的示意图。
图4显示为本发明的谐振采样及过零检测原理示意图。
图5显示为本发明的单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法的波形示意图。
元件标号说明
1 带辅助绕组式过零检测电路
2 单绕组非隔离LED恒流驱动系统
21 峰值电流检测电路
22 钳位电路
221 偏置产生单元
222 运算放大单元
223 输出单元
23 谐振取样电路
24 过零触发导通控制电路
241 差值比较判决单元
2411 第一运算放大器
2412 第二运算放大器
2413 第二比较器
242 逻辑控制单元
25 驱动控制电路
251 RS触发器
252 驱动器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2～图4所示，本发明提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统2，所述单绕组非隔离LED恒流驱动系统2至少包括：
负载LED，电感L，续流二极管D，电容CL，第一功率管M1，第二功率管M2，取样电阻RS，峰值电流检测电路21，钳位电路22，谐振取样电路23，过零触发导通控制电路24，以及驱动控制电路25。
所述第二功率管M2、峰值电流检测电路21，钳位电路22，谐振取样电路23，过零触发导通控制电路24，以及驱动控制电路25可集成于一芯片内。
如图2所示，所述负载LED与所述电感L、所述续流二极管D连接成环路，所述负载LED的两端并联一电容CL，所述负载LED的输入端连接输入电压AC Input。
具体地，在本实施例中，所述负载LED为发光二极管，其正极连接所述输入电压AC Input，负极连接所述电感L，所述电感L的另一端连接所述续流二极管D的正极，所述续流二极管D的负极连接所述负载LED的正极，所述负载LED的两端并联所述电容C。
如图2所示，所述第一功率管M1的漏端连接所述电感L的输出端、栅端连接所述钳位电路22。
具体地，在本实施例中，所述第一功率管M1为横向扩散金属氧化物半导体晶体管(LDMOS)。所述第一功率管M1的源、漏端之间的有效电容可以采用源、漏端的寄生电容实现，也可以外接分离电容器实现，通过改变所述第一功率管M1的源、漏端之间的有效电容的值可以改变谐振信号的幅值大小。
如图2所示，所述第二功率管M2的漏端连接所述第一功率管M1的源端、源端连接所述取样电阻RS的一端，所述取样电阻RS的另一端接地。
具体地，在本实施例中，所述第二功率管M2为金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所述第二功率管M2的栅端连接所述驱动控制电路25的输出端，通过所述第二功率管M2的导通和关断控制所述电感L的充、放电。
如图2所示，所述峰值电流检测电路21连接于所述第二功率管M2的源端，用于检测电感电流的峰值。
具体地，在本实施例中，所述峰值电流检测电路21包括第一比较器，所述第一比较器的反相输入端连接于所述第二功率管M2和所述取样电阻Rs之间，正相输入端连接第一参考电压Vref1。电感电流流经所述第一功率管M1、所述第二功率管M2后在所述取样电阻Rs上形成取样电压Vcs；当所述取样电压Vcs大于所述第一参考电压Vref1时，判定电感电流达到峰值；当所述取样电压Vcs小于所述第一参考电压Vref1时，判定电感电流未达到峰值。
如图2所示，所述钳位电路22对所述第一功率管M1的栅端电压进行钳位。
具体地，所述钳位电路22将所述第一功率管M1的栅端电压始终保持在较高的电位，确保所述第一功率管M1处于导通状态。如图3所示，所述钳位电路22包括偏置产生单元221、运算放大单元222及输出单元223。所述偏置产生单元221为所述运算放大单元222提供偏置电压，所述偏置产生单元221的具体结构不限，可使用现有技术中的任意一种偏置产生电路结构。在本实施例中，所述运算放大单元222为共源共栅放大器。所述输出单元223包括串联连接的驱动管M17，电阻RF1和RF2构成的分压单元以及一去耦电容Cout，所述驱动管M17的栅端连接所述运算放大单元222的输出端，漏端输出钳位电压VCLAMP，所述去耦电容Cout可以置于芯片外部，所述去耦电容Cout不但可以起到很好的滤波抗干扰的作用，而且可以提高钳位环路的稳定性。所述运算放大单元222的输入端分别连接第二参考电压Vref2及所述分压单元的输出端。
如图2所示，所述谐振取样电路23连接于所述第一功率管M1的源端，对谐振信号进行取样。
具体地，如图4所示，所述谐振取样电路23包括一采样开关SW及一采样电容CHold，所述采样开关SW的一端连接所述第一功率管M1的源端，另一端连接所述采样电容CHold，所述采样电容CHold的另一端接地。所述采样开关SW在电感电流放电结束前的一段时间内导通，所述第一功率管M1的源端电压Vsoure在这个阶段内的有效值被保留在所述采样电容CHold上。
如图2所示，所述过零触发导通控制电路24连接于所述谐振取样电路23的输出端，在所述谐振取样电路23检测到谐振信号时输出电感电流过零信号。
具体地，所述过零触发导通控制电路24包括差值比较判决单元241和逻辑控制单元242。所述差值比较判决单元241连接所述谐振取样电路23的输出端，将所述谐振取样电路23的输出信号与第三参考电压Vref3进行比较，若所述谐振取样电路23的输出信号的下降幅度大于所述第三参考电压Vref3则产生下降沿触发信号。更具体地，如图4所示，所述差值比较判决单元241包括第一运算放大器2411，第二运算放大器2412，晶体管M18，第一电阻R0，第二电阻R1，电流镜，及第二比较器2413；所述第一运算放大器2411的正相输入端连接所述谐振取样电路23的输出端，输出端连接所述晶体管M18的栅端，反相输入端连接所述晶体管M18的源端；所述第一电阻R0的一端连接所述晶体管M18的源端，另一端连接所述第二运算放大器2412的输出端；所述第二运算放大器2412的正相输入端连接所述第三参考电压Vref3，反相输入端与输出端相连，形成跟随器结构；所述电流镜的输入端连接所述晶体管M18的漏端，输出端连接所述第二电阻R1，所述第二电阻R1的另一端接地；所述第二比较器2413的反相输入端连接所述电流镜的输出端，正相输入端连接所述谐振信号。所述逻辑控制单元242连接于所述差值比较判决单元241的输出端，根据所述差值比较判决单元241的输出结果判定电感电流过零情况，当接收到所述下降沿触发信号时，输出电感电流过零信号ZCD。更具体地，如图4所示，在本实施例中，所述逻辑控制单元242为RS触发器，当置位端S接收到所述下降沿触发信号时，输出高电平；当复位端R接收到一下降沿信号时，输出低电平。所述差值比较判决单元241及所述逻辑控制单元242可采用现有技术中的任何电路实现，不以本实施例为限。
如图2所示，所述驱动控制电路25连接于所述峰值电流检测电路21及所述过零触发导通控制电路24的输出端，在电感电流达到峰值时关断所述第二功率管M2，在电感电流过零时开启所述第二功率管M2，以实现恒流输出。
具体地，所述驱动控制电路25包括RS触发器251和驱动器252。所述RS触发器251的复位端R连接所述峰值电流检测电路21的输出端，置位端S连接所述过零触发导通控制电路24的输出端；所述驱动器252的输入端连接所述RS触发器251的输出端，输出端连接所述第二功率管M2的栅端。
如图2～图5所示，本发明提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法，基于所述单绕组非隔离LED恒流驱动系统2实现，所述单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法至少包括：
如图2所示，初始阶段，第二功率管开启，输入电压经过负载后对电感充电，电流经过第一功率管、所述第二功率管及取样电阻后到地，当电感电流达到峰值时，关断所述第二功率管。
具体地，如图2及图5所示，初始阶段(t0时刻)，所述第二功率管M2接收到PMW信号的高电平开启，输入电压AC Input经过所述负载LED、所述电感L、所述第一功率管M1、所述第二功率管M2及所述取样电阻Rs，形成到地通路。此时，所述电感L处于充电状态，电感电流IL不断增大。所述第一功率管M1的漏端电位Vdrain和源端电位Vsource都保持在较低的值，所述取样电阻Rs上的取样电压Vcs被所述峰值电流检测电路21接收，通过检测所述取样电压Vcs的大小来判定电感电流IL是否达到峰值。随着所述取样电阻Rs上电流的增大，所述取样电压Vcs不断增大，当所述取样电压Vcs大于所述第一参考电压Vref1时，判定电感电流IL达到峰值，所述峰值电流检测电路21触发所述驱动控制电路25中的RS触发器251翻转，关断信号经过驱动器252转换后控制所述第二功率管M2关断，所述电感L结束充电(t1时刻)。在所述电感L充电过程中，充电时间TON可以表示为：(忽略所述第一功率管M1、所述第二功率管M2和所述取样电阻Rs的导通压降效应)
其中，L为所述电感L0的电感量，VAC为所述输入电压的值，VLED为所述负载上的电压值，IPK为所述电感的峰值电流，可以表示为：
在电感电流临界模式控制中，所述负载LED的输出电流ILED可以表示为：
由公式(3)可知，在临界模式的LED恒流控制中，所述负载LED的输出电流值ILED仅仅取决于所述第一参考电压Vref1和所述取样电阻Rs之间的比值，通过调节所述取样电阻RS的值可以实现调光功能。
如图2所示，所述电感进入放电状态，电感电流不断减小，当电感电流放至零时，所述电感和所述第一功率管之间发生谐振，产生谐振信号，通过检测所述谐振信号判定电感电流过零，并开启所述第二功率管，重新对所述电感充电，以实现恒流输出。
具体地，如图2及图5所示，所述第二功率管M2关断后，所述电感L开始放电，通过所述续流二极管D为所述负载LED提供电能，电感电流IL不断减小。从所述第一功率管M1到所述取样电阻Rs的所在支路处于开路状态。此时，所述第一功率管M1的漏端电位Vdrain等于VD+VAC，放电时间TOFF可以表示为：
其中，VD为所述续流二极管上的电压。当电感电流IL放至零后(t2时刻)，在所述第一功率管M1的漏端将发生LC谐振，谐振频率主要取决于所述电感L和所述第一功率管M1的寄生电容。如图5所示，在发生LC谐振的阶段内，高频谐振信号将通过所述第一功率管M1的寄生电容从所述第一功率管M1的漏端耦合到所述第一功率管M1的源端，引入谐振信号后的所述第一功率管M1的源端电平Vsource将产生下降沿突变，并且保持和所述第一功率管M1的漏端处相同的LC谐振频率。所述第一功率管M1的寄生电容的有效幅值越大，在所述第一功率管M1的源端产生的谐振特征越明显。
更具体地，如图3所示，在所述电感L放电的过程中，所述钳位电路23提供环路增益并产生所述钳位电压VCLAMP，所述第二参考电压Vref2由芯片内部产生，通过调节电阻RF1和RF2之间的比值可以得到所需要的钳位电压VCLAMP，所述钳位电压VCLAMP可以表示为：
此时，所述第一功率管M1的源端电压Vsource被钳制在所述钳位电压VCLAMP处。当电感电流IL放至零后，所述第一功率管M1的漏端发生LC谐振，谐振信号通过所述第一功率管M1的寄生电容馈通到所述第一功率管M1的源端，所述第一功率管M1的源端电压Vsource出现谐振。通过采用检测所述第一功率管M1的源端电压Vsource的下降沿突变特征，来判断电感电流IL过零信号的来临。如图4所示，采用差值比较判决方法来检测所述第一功率管M1源端电压Vsource的下降沿突变信号，在电感电流IL下降过程中，所述第一功率管M1的源端电压Vsource被钳制在所述钳位电压VCLAMP处，所述采样开关SW在电感电流IL放电结束前的一段时间内开启导通，所述第一功率管M1的源端电压Vsource在这个阶段内的有效值被保留在所述采样电容CHold上，经过所述第一运算放大器2411单位增益负反馈的作用，节点电压VA等于采样电压VHold1。所述第三参考电压Vref3经过所述第二运算放大器2412单位增益负反馈作用后，节点电压VB等于所述第三参考电压Vref3，所述第一电阻R0中的电流取决于节点电位VA和节点电位VB之间的差值，该电流经过电流源M19镜像到M20后(假设电流镜中M19和M20的宽长比为1:1)，产生参考电压VHold2，可以表示为，
在公式(6)中，所述第二电阻R1和所述第一电阻R0的比值设计为1:1，当电感电流IL过零后，谐振信号发生下降沿突变并且下降幅值超过所述第三参考电压Vref3时，则所述第二比较器2413产生下降沿触发信号，经过所述逻辑控制单元242产生ZCD脉冲信号。所述第三参考电压Vref3影响到过零检测功能的稳定性和可靠性，如果所述第三参考电压Vref3的值被设计的过大，则有可能出现因为谐振特征不明显，下降沿幅值达不到所述第三参考电压Vref3的设计值，因而无法产生ZCD脉冲信号。如果所述第三参考电压Vref3的值被设计的过小，则有可能出现由于在电感电流放电阶段受电位Vdrain的变化影响，电位Vsource会发生缓慢的下降，当缓慢下降的幅值达到所述第三参考电压Vref3的设计值时，ZCD脉冲信号将出现提前产生的现象。因此，所述第三参考电压Vref3的设计值需根据所述电感L的值、所述第一功率管M1的寄生电容以及所述钳位电压VCLAMP的值来综合考虑。所述，ZCD脉冲信号经过驱动器252转换后控制所述第二功率管M2开启，所述电感L重新开始充电(t3时刻)。
本发明的单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法省去了一个辅助绕组，减小了PCB板面积的同时又省去的系统成本，大大增强了该方案在市场中的竞争力。
综上所述，本发明提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统，至少包括：连接成环路的负载、电感及续流二极管，所述负载的两端并联一电容，所述负载的输入端连接输入电压；漏端连接所述电感的输出端、栅端连接钳位电路的第一功率管，所述钳位电路对所述第一功率管的栅端电压进行钳位；漏端连接所述第一功率管的源端、源端连接取样电阻的一端的第二功率管，所述取样电阻的另一端接地，通过所述第二功率管的导通和关断控制所述电感的充、放电；连接于所述第二功率管的源端，用于检测电感电流的峰值的峰值电流检测电路；连接于所述第一功率管的源端，对谐振信号进行取样的谐振取样电路；连接于所述谐振取样电路输出端的过零触发导通控制电路，在所述谐振取样电路检测到谐振信号时输出电感电流过零信号；连接于所述峰值电流检测电路及所述过零触发导通控制电路输出端的驱动控制电路，在电感电流达到峰值时关断所述第二功率管，在电感电流过零时开启所述第二功率管，以实现恒流输出。还提供一种单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法，至少包括：初始阶段，第二功率管开启，输入电压经过负载后对电感充电，电流经过第一功率管、所述第二功率管及取样电阻后到地，当电感电流达到峰值时，关断所述第二功率管；所述电感进入放电状态，电感电流不断减小，当电感电流放至零时，所述电感和所述第一功率管之间发生谐振，产生谐振信号，通过检测所述谐振信号判定电感电流过零，并开启所述第二功率管，重新对所述电感充电，以实现恒流输出。本发明的单绕组非隔离LED恒流驱动系统及其驱动控制方法省去了一个辅助绕组，减小了PCB板面积的同时又省去的系统成本，大大增强了该方案在市场中的竞争力。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于，所述单绕组非隔离LED恒流驱动系统至少包括：
连接成环路的负载、电感及续流二极管，所述负载的两端并联一电容，所述负载的输入端连接输入电压；
第一功率管，其漏端连接所述电感的输出端、栅端连接钳位电路，所述钳位电路对所述第一功率管的栅端电压进行钳位；
第二功率管，其漏端连接所述第一功率管的源端、源端连接取样电阻的一端，所述取样电阻的另一端接地，通过所述第二功率管的导通和关断控制所述电感的充、放电；
峰值电流检测电路，连接于所述第二功率管的源端，用于检测电感电流的峰值；
谐振取样电路，连接于所述第一功率管的源端，对谐振信号进行取样；
过零触发导通控制电路，连接于所述谐振取样电路的输出端，在所述谐振取样电路检测到谐振信号时输出电感电流过零信号；
驱动控制电路，连接于所述峰值电流检测电路及所述过零触发导通控制电路的输出端，在电感电流达到峰值时关断所述第二功率管，在电感电流过零时开启所述第二功率管，以实现恒流输出。
2.根据权利要求1所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于：所述峰值电流检测电路包括第一比较器，其输入端分别接收所述取样电阻上的取样电压及第一参考电压，当所述取样电压大于所述第一参考电压时，判定电感电流达到峰值。
3.根据权利要求1所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于：所述钳位电路包括运算放大单元及输出单元；其中，所述输出单元包括串联连接的驱动管及分压单元，所述驱动管的栅端连接所述运算放大单元的输出端，漏端输出钳位电压；所述运算放大单元的输入端分别连接第二参考电压及所述分压单元的输出端。
4.根据权利要求1所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于：所述过零触发导通控制电路包括差值比较判决单元和逻辑控制单元；所述差值比较判决单元连接所述谐振取样电路的输出端，将所述谐振取样电路的输出信号与第三参考电压进行比较，若所述谐振取样电路的输出信号的下降幅度大于所述第三参考电压则产生下降沿触发信号；所述逻辑控制单元连接于所述差值比较判决单元的输出端，根据所述差值比较判决单元的输出结果判定电感电流过零情况，当接收到所述下降沿触发信号时，输出电感电流过零信号。
5.根据权利要求4所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于：所述差值比较判决单元包括第一运算放大器，第二运算放大器，晶体管，第一电阻，第二电阻，电流镜，及第二比较器；所述第一运算放大器的正相输入端连接所述谐振取样电路的输出端，输出端连接所述晶体管的栅端，反相输入端连接所述晶体管的源端；所述第一电阻的一端连接所述晶体管的源端，另一端连接所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的正相输入端连接所述第三参考电压，反相输入端与输出端相连；所述电流镜的输入端连接所述晶体管的漏端，输出端连接所述第二电阻，所述第二电阻的另一端接地；所述第二比较器的反相输入端连接所述电流镜的输出端，正相输入端连接所述谐振信号。
6.根据权利要求1所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于：所述驱动控制电路包括RS触发器和驱动器；所述RS触发器的复位端连接所述峰值电流检测电路的输出端，置位端连接所述过零触发导通控制电路的输出端；所述驱动器的输入端连接所述RS触发器的输出端，输出端连接所述第二功率管的栅端。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统的恒流驱动控制方法，其特征在于，所述单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法至少包括：
初始阶段，第二功率管开启，输入电压经过负载后对电感充电，电流经过第一功率管、所述第二功率管及取样电阻后到地，当电感电流达到峰值时，关断所述第二功率管；
所述电感进入放电状态，电感电流不断减小，当电感电流放至零时，所述电感和所述第一功率管之间发生谐振，产生谐振信号，通过检测所述谐振信号判定电感电流过零，并开启所述第二功率管，重新对所述电感充电，以实现恒流输出。
8.根据权利要求7所述的单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法，其特征在于：通过检测所述取样电阻上的取样电压的大小来判定电感电流是否达到峰值；当所述取样电压大于第一参考电压时，判定电感电流达到峰值，反之，则判定电感电流未达到峰值。
9.根据权利要求7所述的单绕组非隔离LED恒流驱动控制方法，其特征在于：电感电流下降的过程中，所述第一功率管的源端电压保持在钳位电压处，当电感电流下降至零后，所述电感和所述第一功率管的寄生电容之间发生LC谐振，所述谐振信号通过所述第一功率管的源-漏的电容从漏端耦合到源端，通过检测所述第一功率管源端电压的下降沿突变信号来判断电感电流过零。
10.根据权利要求9所述的单绕组非隔离LED恒流驱动系统，其特征在于：采用差值比较判决方法来检测所述第一功率管源端电压的下降沿突变信号，当所述第一功率管源端电压下降幅度达到预设的第三参考电压时，则判断电感电流过零。
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