CN107911899B - 一种开关电源及led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源及LED驱动电路，本发明通过对主功率开关管的第一端进行采样，利用输入电压和占空比与输出电压的关系，以得到相应的输出电压，并可据此进行输出电压是否异常的判断，作为集成电路节省了输出电压采样引脚；同时，本发明利用基准产生电路来产生基准信号，无需在该处设置电容，有利于本发明的集成。

Description

一种开关电源及LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种开关电源及LED驱动电路。

背景技术

采用开关电源对负载供电通常采样电感电流和输出电压，并根据相应的采样信号进行反馈，从而实现对输出电流或输出电压的调节。随着电子器件的集成化，诸多开关电源通过集成电路方式进行使用。集成有开关电源的芯片要实现某一功能往往需要配置相应的引脚，例如，对于输出电压的采样，需要配置输出电压采样引脚。芯片的引脚越多，则可选择的封装形式越少，不利于降低成本，同时限制了其适用范围。对于电感电流的采样，将采样电流信号作为指令电流信号与参考电流进行比较，在电容上形成表征二者差值的信号，并用该信号来设置或调节导通时间，但该电容不利于集成在片内，即使集成在片内，也会增加芯片的体积。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种便于集成，且引脚数少的开关电源及LED驱动电路，以解决现有技术存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种开关电源，包括主功率管和控制电路，所述控制电路与所述主功率管的控制端连接，以控制所述主功率管的开关状态；所述控制电路包括电压检测模块，所述电压检测模块的输入端与所述主功率管的第一端连接，所述电压检测模块根据所述主功率管第一端的电压和主功率管控制信号的占空比得到表征所述开关电源输出电压的第一电压信号。

可选的，所述控制电路还包括导通时间控制模块，所述导通时间控制模块接收电流参考信号和表征电感电流的第二电压信号，并对二者进行比较后产生基准调节信号，根据所述基准调节信号调节所述主功率管的导通时间，以控制所述主功率管的关断时刻。

可选的，所述导通时间控制模块包括第一比较器、基准产生电路和导通时间产生电路，所述第一比较器的两个输入端分别接收所述电流参考信号和所述第二电压信号，所述基准产生电路接收所述第一比较器输出的基准调节信号，根据基准调节信号来上调基准或下调基准，并输出基准信号，所述导通时间产生电路接收所述基准信号和斜坡信号，输出表征所述导通时间的关断信号。

可选的，所述控制电路还包括过零检测模块，所述过零检测模块接收表征电感电流的第二电压信号，当所述第二电压信号表征所述电流电流过零时，则输出用以控制所述主功率管开通的开通信号。

可选的，所述控制电路还包括谐波失真补偿模块，所述的谐波失真补偿模块包括补偿电容和补偿电流源，所述补偿电容与所述基准产生电路连接，所述补偿电流源连接在补偿电容与基准产生电路的公共端。

可选的，所述的开关电源还包括供电模块，所述供电模块包括第一开关管和第二比较电路，所述第一开关管的第一端与所述主功率管的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二比较电路的第一输入端连接，所述第二比较器的第二输入端接收电压参考信号，第二比较器的第二输入端还与供电电容连接。

可选的，所述第一开关管开通，通过输入端的电流对所述供电电容充电，当所述供电电容上的电压达到所述电压参考信号，则所述第二比较器的输出端翻转。

可选的，所述第一开关管开通，通过输入端的电流对所述供电电容充电，经过一段时间，所述主功率管开通，所述第一开关管关断。

可选的，在所述第一开关与所述主功率管关断期间，当过零检测模块检测到所述电感电流过零后，所述第一开关管开通，对所述供电电容充电，当所述供电电容上的电压达到所述电压参考信号，则所述第二比较器的输出端翻转，所述主功率管开通。

可选的，所述开关电源为集成电路，主功率管的第一端设置有漏端引脚，主功率管的第二端设置有电流采样引脚，所述第二比较器的第一端设置有启动引脚，并将供电电容置于片外。

可选的，所述补偿电容与所述基准产生电路的公共端设置有THD引脚，所述补偿电容置于片外。

可选的，所述开关电源还包括续流管，所述续流管的一端与所述主功率管的第一端或第二端连接，所述续流管的另一端与负载连接；在主功率管的第二端连接有采样电阻，所述采样电阻的另一端接地。

本发明还提供一种LED驱动电路，包括上述任意一种开关电源，输入电源经整流桥对所述开关电源供电，经所述开关电源进行功率转换，以对LED负载供电。

与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明通过对主功率开关管的第一端进行采样，利用输入电压和占空比与输出电压的关系，以得到相应的输出电压，并可据此进行输出电压是否异常的判断，作为集成电路节省了输出电压采样引脚；同时，本发明利用基准产生电路来产生基准信号，无需在该处设置电容，有利于本发明的集成。

附图说明

图1为本发明开关电源实施例一的电路结构示意图；

图2为本发明开关电源实施例二的原理示意图；

图3为本发明开关电源实施例三的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，示意了本发明开关电源实施例一的电路结构，基于Buck拓扑结构，并在开关电源的基础上，在其前端设置整流桥，将LED作为负载，作为LED驱动电路。所述开关电源包括包括主功率管M0和控制电路，所述控制电路与所述主功率管M0的控制端连接，以控制所述主功率管M0的开关状态；所述控制电路包括电压检测模块，所述电压检测模块的输入端与所述主功率管M0的第一端连接，所述电压检测模块根据所述主功率管M0第一端的电压得到表征所述开关电源输出电压的第一电压信号V1，根据所述第一电压信号V1判断输出电压是否发生异常。是否异常的判断可以由电压检测模块判断，也可以由异常处理模块判断，所述异常包括过压、欠压等等，发生异常时，所述异常处理模块可以控制开关电源进入“打嗝”模式(hiccup mode)或重启。通过对主功率开关管M0的第一端进行采样，利用输入电压和占空比与输出电压的关系，以得到相应的输出电压，并可据此进行输出电压是否异常的判断，本发明的开关电源作为集成电路使用则可节省输出电压采样引脚。

所述控制电路还包括导通时间控制模块，所述导通时间控制模块接收电流参考信号和表征电感电流的第二电压信号V2，并对二者进行比较后产生基准调节信号，根据所述基准调节信号调节所述主功率管的导通时间，以控制所述主功率管的关断时刻，即导通时间结束，则发出表征关断时刻的关断信号Voff。且在电流采样所得到的表征电感电流的第二电压信号V2达到限流参考时，则限流模块发出限流信号VL控制主功率管M0关断。所述关断信号Voff和所述限流信号VL输入一或门的两个输入端，该或门的输出端连接RS触发器的重置端R，所述RS触发器的输出端Q与主功率管M0的控制端连接。

所述导通时间控制模块包括第一比较器comp1、基准产生电路和导通时间产生电路，所述第一比较器comp1的两个输入端分别接收所述电流参考信号和所述第二电压信号V2，所述基准产生电路接收所述第一比较器输出的基准调节信号，根据基准调节信号来上调基准或下调基准，并输出基准信号，所述导通时间产生电路接收所述基准信号和斜坡信号，输出表征所述导通时间的关断信号Voff。

本发明中，主功率管M0的开通主要由过零检测模块控制，即所述控制电路还包括过零检测模块，所述过零检测模块接收表征电感电流的第二电压信号V2，当所述第二电压信号V2表征所述电流电流过零时，则输出用以控制所述主功率管M0开通的开通信号Von。

所述的开关电源还包括供电模块，所述供电模块包括第一开关管M1和第二比较电路comp2，所述第一开关管M1的第一端与所述主功率管M0的第一端连接，所述第一开关管M1的第二端与所述第二比较电路comp2的第一输入端连接，所述第二比较器comp2的第二输入端接收电压参考信号Vref，第二比较器comp2的第二输入端还与供电电容C2连接。在所述第一开关管M1的第二端与供电电容C2之间连接有二极管D1，二极管D1的阳极与第一开关管M1的第二端连接，其阴极与供电电容C2的一端连接。

在开关电源启动时，所述第一开关管M1开通，通过输入端的电流对所述供电电容C2充电，当所述供电电容C2上的电压达到所述电压参考信号Vref，则所述第二比较器comp2的输出端翻转，以控制所述第一开关管M1断开。在启动以后的工作中，则并不一定要将供电电容C2上的电压充至电压参考信号Vref，也就是说，对于第一开关管M1的控制并不需要第二比较器来控制。例如，还可以采用如下方式：所述第一开关管开通，通过输入端的电流对所述供电电容充电，经过一段时间，所述主功率管开通，所述第一开关管关断。这里的“一段时间”，既可以是固定时间，也可以是可调时间。

在所述第一开关管M1与所述主功率管关断期间，当过零检测模块检测到所述电感电流过零后，则输出用以控制所述第一开关管M1开通的开通信号。当供电电容充至所述电压参考信号Vref，第二比较器输出端信号翻转，输出主功率管M0开通的开通信号。即将第二比较器comp2的输出端的信号取反并和所述开通信号Von分别输入一与门，所述与门的输出端与所述RS触发器的置位端S连接。“所述电感电流过零后”在CCM的工作模式下，则指的是所述电感电流过零时，开通所述第一开关管；在DCM的工作模式下，则指的是所述电感电流过零后、主功率管开通前，开通所述第一开关管。

所述控制电路还包括谐波失真补偿模块，所述的谐波失真补偿模块包括补偿电容C1和补偿电流源Ic，所述补偿电容C1与所述基准产生电路连接，所述补偿电流源Ic连接在补偿电容C1与基准产生电路的公共端。

将本发明所述开关电源制作成集成电路，则该集成电路的功能和引脚如下：主功率管M0的第一端设置有漏端引脚DRAIN(以M0的漏端作为第一端为例)，主功率管M0的第二端设置有电流采样引脚ISP，所述第二比较器的第一端设置有启动引脚Vcc，并将供电电容置C2于片外，连接在启动引脚Vcc上。所述补偿电容C1与所述基准产生电路的公共端设置有THD引脚，所述补偿电容置C1于片外，连接在THD引脚上，主要功能为谐波失真补偿。以上对于引脚的说明只是基于本发明电路的一种集成电路之引脚的形式，根据封装形式和实际应用场合，其引脚的数量和设置均可以有变化。

所述开关电源还包括续流管D0，本实施例中续流管D0采用二极管实现，但也可以采用MOS管，所述续流管D0的一端与所述主功率管M0的第一端或第二端连接，所述续流管D0的另一端与负载连接；在主功率管M0的第二端连接有采样电阻R，所述采样电阻R的另一端接地。所述开关电源还包括电感L，电感L根据拓扑结构的不同，其连接位置有所不同。所述续流管D0、电感L和采样电阻R均设置于片外。

如图2所示，示意了本发明开关电源实施例二的电路结构，实施例一和实施例二均基于Buck拓扑结构，二者的主要区别在于LED负载的位置，即实施例一将LED负载连接在开关电源的高压端，LED负载的高电位端为输入电压的高电位端，LED负载的低电位端连接主功率管M0的第一端；实施二则将LED负载连接在开关电源的低压端，LED负载的高电位端连接在主功率管M0的第二端，LED负载的低电位端接地。此外，图2主要从集成电路上看外围电路结构与实施例一的不同，集成电路内的连接关系与实施例一是一致的。

如图3所示，示意了本发明开关电源实施例三的电路结构，实施例三采用了Boost拓扑结构，图3也主要从集成电路上看外围电路结构与实施例一、二的不同，集成电路内的连接关系也是基本一致的。由此可见，拓扑结构的改变或变化并不构成对本发明的限制，本发明开关电源可以采用多种拓扑结构，例如，BUCK电路、BOOST电路，BUCK-BOOST电路，等等，同样地，每种拓扑也可以根据负载的位置有两种变化，具体可参考实施例一和二。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种开关电源，包括主功率管和控制电路，所述控制电路与所述主功率管的控制端连接，以控制所述主功率管的开关状态；其特征在于：所述控制电路包括电压检测模块，所述电压检测模块的输入端与所述主功率管的第一端连接，所述电压检测模块根据所述主功率管第一端的电压和主功率管控制信号的占空比得到表征所述开关电源输出电压的第一电压信号；

所述控制电路还包括导通时间控制模块，所述导通时间控制模块接收电流参考信号和表征电感电流的第二电压信号，并对二者进行比较后产生基准调节信号，根据所述基准调节信号调节所述主功率管的导通时间，以控制所述主功率管的关断时刻。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述导通时间控制模块包括第一比较器、基准产生电路和导通时间产生电路，所述第一比较器的两个输入端分别接收所述电流参考信号和所述第二电压信号，所述基准产生电路接收所述第一比较器输出的基准调节信号，根据基准调节信号来上调基准或下调基准，并输出基准信号，所述导通时间产生电路接收所述基准信号和斜坡信号，输出表征所述导通时间的关断信号。

3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括过零检测模块，所述过零检测模块接收表征电感电流的第二电压信号，当所述第二电压信号表征所述电流电流过零时，则输出用以控制所述主功率管开通的开通信号。

4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括谐波失真补偿模块，所述的谐波失真补偿模块包括补偿电容和补偿电流源，所述补偿电容与所述基准产生电路连接，所述补偿电流源连接在补偿电容与基准产生电路的公共端。

5.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述的开关电源还包括供电模块，所述供电模块包括第一开关管和第二比较器，所述第一开关管的第一端与所述主功率管的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二比较器的第一输入端连接，所述第二比较器的第二输入端接收电压参考信号，第二比较器的第二输入端还与供电电容连接。

6.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述第一开关管开通，通过输入端的电流对所述供电电容充电，当所述供电电容上的电压达到所述电压参考信号，则所述第二比较器的输出端翻转。

7.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述第一开关管开通，通过输入端的电流对所述供电电容充电，经过一段时间，所述主功率管开通，所述第一开关管关断。

8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，在所述主功率管与所述第一开关管关断期间，当过零检测模块检测到所述电感电流过零后，所述第一开关管开通，对所述供电电容充电，当所述供电电容上的电压达到所述电压参考信号，则所述第二比较器的输出端翻转，所述主功率管开通。

9.根据权利要求5所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源为集成电路，主功率管的第一端设置有漏端引脚，主功率管的第二端设置有电流采样引脚，所述第二比较器的第一端设置有启动引脚，并将供电电容置于片外。

10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，所述补偿电容与所述基准产生电路的公共端设置有THD引脚，所述补偿电容置于片外。

11.根据权利要求1-10任意一项所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括续流管，所述续流管的一端与所述主功率管的第一端或第二端连接，所述续流管的另一端与负载连接；在主功率管的第二端连接有采样电阻，所述采样电阻的另一端接地。

12.一种LED驱动电路，其特征在于，包括权利要求1-10任意一种开关电源，输入电源经整流桥对所述开关电源供电，经所述开关电源进行功率转换，以对LED负载供电。