CN107734784A - 一种led恒流源系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种LED恒流源系统及其控制方法。该LED恒流源系统，PWM比较器的输出端以及功率管置位模块的输出端分别接入控制和驱动模块，控制和驱动模块的输出端接开关管M0的栅极，开关管M0的源极分别接输出电流倍增器、输出电流积分器和检测电阻R0，输出电流倍增器另一端接PWM比较器的正极，输出电流积分器另一端接PWM比较器的负极，检测电阻R0接地，开关管M0的漏极接负载。本发明利用闭环控制模式，通过对检测电阻R0上的电流进行积分，控制开关管M0的开关状态，从而达到恒流的目的；同时采用电压环和电流环的双环控制模式，使得系统响应速度变快。

Description

一种LED恒流源系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种LED恒流源系统及其控制方法。

背景技术

随着LED驱动电源的大量普及和应用，LED也出现了飞速的发展，被应用到众多场合中，如LED台灯、壁灯、射灯和路灯等。由于开关电源电路具有效率高的特点，所以目前市场上大部分的LED驱动电源均为开关电源。其中低边驱动降压结构由于其系统结构简单、成本低而成为主流。在开关电源电路中由于各个功能模块电路的响应速度有限，从而造成在不同的输出负载或不同的母线电压下的恒流效果不一致，导致LED发光亮度的不一致。

图1所示为一种常见的峰值检测恒流控制电路方框图。该峰值检测恒流控制系统，通过在开关管M0导通期间控制流过检测电阻R0上的峰值电流来控制LED负载的电流。可以看出，芯片通过控制流过检测电阻上的电流，然后采用固定关断时间模式来达到恒流控制的效果，其输出电流表达式为：从公式可以发现：输出电流的精度与输出电压VLED、电感L0等因素相关，由于这些因素的作用导致LED的恒流效果不一致。现有技术芯片通过控制流过检测电阻上的电流，然后采用固定关断时间模式来达到恒流控制的效果。其缺点在于：由于整个电路工作在开环状态下，当外部条件变化时，芯片不会形成负反馈的作用去调整输出电流的变化，从而导致恒流效果较差。

发明内容

本发明的目的是，提供一种LED恒流源系统，利用闭环控制模式，通过对检测电阻R0上的电流进行积分，控制开关管M0的开关状态，从而达到恒流的目的；同时采用电压环和电流环的双环控制模式，使得系统响应速度变快，该闭环恒流系统保持了开关电源的高效率，同时又具有低成本和良好的恒流效果。

本发明的另一目的是，提供一种LED恒流源系统的控制方法。

一种LED恒流源系统，包括功率管置位模块、控制和驱动模块、开关管M0、输出电流倍增器、输出电流积分器和PWM比较器，所述PWM比较器的输出端以及所述功率管置位模块的输出端分别接入所述控制和驱动模块，所述控制和驱动模块的输出端接开关管M0的栅极，开关管M0的源极分别接所述输出电流倍增器、所述输出电流积分器和检测电阻R0，所述输出电流倍增器另一端接所述PWM比较器的正极，所述输出电流积分器另一端接所述PWM比较器的负极，所述检测电阻R0接地，所述开关管M0的漏极接负载。

进一步地，所述负载包括若干个LED，所述若干个LED、电感L0和二极管D0依次连成一个回路，所述电感L0和所述二极管D0之间的位置连接所述开关管M0的漏极，所述二极管D0与所述若干个LED之间的位置连接Vin。

优选地，所述功率管置位模块为固定Toff模块。

优选地，所述功率管置位模块为固定周期模块。

一种上述LED恒流源系统的控制方法，包括以下步骤：

1)芯片上电，功率管置位模块工作，功率管导通，检测电阻R0上的电流线性上升；

2)输出电流积分器对检测电阻R0上的电流进行积分，输出电流倍增器对检测电阻R0上的电流进行倍增；

3)当输出电流倍增结果大于输出电流积分结果时，开关管M0截止；

4)达到固定关断时间或者固定周期后，功率管又导通，如此往复。

本发明的有益效果为：利用闭环控制模式，通过对检测电阻R0上的电流进行积分，控制开关管M0的开关状态，从而达到恒流的目的；同时采用电压环和电流环的双环控制模式，使得系统响应速度变快，该闭环恒流系统保持了开关电源的高效率，同时又具有低成本和良好的恒流效果。

附图说明

图1为一种常见的峰值检测恒流控制电路方框图。

图2为本发明一种LED恒流源系统方框图。

图3为本发明检测电阻电压和基准电压随时间变化图。

图4为本发明驱动信号随时间变化图。

图5为本发明积分电压和倍增电压随时间变化图。

图6为一种输出电流积分器方框图。

图7为本发明第二种LED恒流源系统方框图。

图8为本发明第三种LED恒流源系统方框图。

图9为本发明第三种LED恒流源系统方框图。

图10为本发明第四种LED恒流源系统方框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例只用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例一，一种LED恒流源系统，如图2所示，包括功率管置位模块、控制和驱动模块、开关管M0、输出电流倍增器、输出电流积分器和PWM比较器，所述PWM比较器的输出端以及所述功率管置位模块的输出端分别接入所述控制和驱动模块，所述控制和驱动模块的输出端接开关管M0的栅极，开关管M0的源极分别接所述输出电流倍增器、所述输出电流积分器和检测电阻R0，所述输出电流倍增器另一端接所述PWM比较器的正极，所述输出电流积分器另一端接所述PWM比较器的负极，所述检测电阻R0接地，所述开关管M0的漏极接负载。

本发明中，所述负载包括若干个LED，所述若干个LED、电感L0和二极管D0依次连成一个回路，所述电感L0和所述二极管D0之间的位置连接所述开关管M0的漏极，所述二极管D0与所述若干个LED之间的位置连接Vin。

本发明利用闭环控制模式，通过对检测电阻R0上的电流进行积分，控制开关管M0的开关状态，从而达到恒流的目的；同时采用电压环和电流环的双环控制模式，使得系统响应速度变快。该闭环恒流系统保持了开关电源的高效率，同时又具有低成本和良好的恒流效果。

图3为本发明检测电阻电压和基准电压随时间变化图。

图4为本发明驱动信号随时间变化图。

图5为本发明积分电压和倍增电压随时间变化图。

结合图2至图5，对本发明的工作原理进行说明如下：

第一个工作状态，开始给芯片上电，功率管置位模块输出高，输出驱动波形为‘H’，开关管M0导通，系统对检测电阻R0上的电流进行积分，产生一个输出电流积分结果，可以知道该输出电流积分结果先变大后变小，当检测电阻R0上的平均电压与基准电压VR一致时，电路进入第二个工作状态。

第二个工作状态，输出电流倍增结果大于输出电流积分结果时，PWM比较器输出高电平，输出驱动波形为‘L’，开关管M0截止，电流积分输出结果保持不变，维持在开关管关断时刻所对应的值，直到下一个状态而改变。

开关关断时刻由电流输出倍增值和电流输出积分值决定。

这种闭环控制模式，可以使得在稳态时，检测电阻R0上的电压在开关导通期间的平均值等于芯片内部基准电压VR，从而可以实现LED的恒流。

具体实现上，把检测电阻上的电压VR0(t)与芯片内部基准电压VR的差值对时间进行积分，由于基准电压VR为恒定值，故相当于在积分时间T*D(D为开关占空比，T为开关周期)时间内，使VR0(t)的平均值与基准电压VR之间的误差降到最低，公式表示为：

图6为一种输出电流积分器方框图。

从图可以知道，开关管导通期间，流过负载LEDs的电流会流过检测电阻R0；通过对检测电阻R0上的电压进行积分，积分比较电平为一基准电压VR，积分电阻Rc，积分电容Cc。因此当检测电阻R0上的电压比较高时，其检测电压与基准电压VR的差值通过电阻Rc对电容Cc进行放电；当检测电阻R0上的电压比较低时，其检测电压与基准电压VR的差值通过电阻Rc对电容Cc进行充电。

当检测电阻R0上的电压平均值与基准电压VR一致时，系统处于稳定状态；稳定时，电容Cc上的电平保持不变，从而得到了一个稳定的比较电平‘控制电平VCOMP’，此电平用于跟输出电流倍增器的输出结果进行比较，从而控制开关管的开关状态。

于是，系统稳定时的输出电流为：I_LED＝VR/R0，其中VR为芯片内部基准电压，输出电流仅与外部设置的检测电阻R0有关。

如图7所示，所述功率管置位模块可以为固定Toff模块。

如图8所示，所述功率管置位模块可以为固定周期模块。

本发明一种LED恒流源系统的控制方法流程图，如图9所示，包括以下步骤：

1)芯片上电，功率管置位模块工作，功率管导通，检测电阻R0上的电流线性上升；

2)输出电流积分器对检测电阻R0上的电流进行积分，输出电流倍增器对检测电阻R0上的电流进行倍增；

3)当输出电流倍增结果大于输出电流积分结果时，开关管M0截止；

4)达到固定关断时间或者固定周期后，功率管又导通，如此往复。

本发明实施例二，如图10所示，与实施例一不同的是，增加了源极驱动电路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LED恒流源系统，其特征在于，包括功率管置位模块、控制和驱动模块、开关管M0、输出电流倍增器、输出电流积分器和PWM比较器，所述PWM比较器的输出端以及所述功率管置位模块的输出端分别接入所述控制和驱动模块，所述控制和驱动模块的输出端接开关管M0的栅极，开关管M0的源极分别接所述输出电流倍增器、所述输出电流积分器和检测电阻R0，所述输出电流倍增器另一端接所述PWM比较器的正极，所述输出电流积分器另一端接所述PWM比较器的负极，所述检测电阻R0接地，所述开关管M0的漏极接负载。

2.根据权利要求1所述的一种LED恒流源系统，其特征在于，所述负载包括若干个LED，所述若干个LED、电感L0和二极管D0依次连成一个回路，所述电感L0和所述二极管D0之间的位置连接所述开关管M0的漏极，所述二极管D0与所述若干个LED之间的位置连接Vin。

3.根据权利要求1所述的一种LED恒流源系统，其特征在于，所述功率管置位模块为固定Toff模块。

4.根据权利要求1所述的一种LED恒流源系统，其特征在于，所述功率管置位模块为固定周期模块。

5.一种如权利要求1所述LED恒流源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)芯片上电，功率管置位模块工作，功率管导通，检测电阻R0上的电流线性上升；

2)输出电流积分器对检测电阻R0上的电流进行积分，输出电流倍增器对检测电阻R0上的电流进行倍增；

3)当输出电流倍增结果大于输出电流积分结果时，开关管M0截止；

4)达到固定关断时间或者固定周期后，功率管又导通，如此往复。