CN109327938B - 一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法 - Google Patents

一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109327938B
CN109327938B CN201811388142.4A CN201811388142A CN109327938B CN 109327938 B CN109327938 B CN 109327938B CN 201811388142 A CN201811388142 A CN 201811388142A CN 109327938 B CN109327938 B CN 109327938B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
sampling resistor
value
working period
inductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811388142.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109327938A (zh
Inventor
方健
段艳秋
雷一博
王定良
冯垚荣
王卓
张波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201811388142.4A priority Critical patent/CN109327938B/zh
Publication of CN109327938A publication Critical patent/CN109327938A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109327938B publication Critical patent/CN109327938B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

一种LED驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法，属于电子电路技术领域。电感电流谷值检测方法检测LED驱动电路第n个工作周期内电感电流谷值的方法为：首先利用LED驱动电路的基准电压和采样电阻计算电感电流的平均电流；然后在开关管开启时检测第n个工作周期内采样电阻两端电压的最大值；根据流过采样电阻的电流与流过电感的电流相同，利用采样电阻两端电压最大值和采样电阻计算第n个工作周期内电感电流的峰值；最后利用第n个工作周期内电感电流的平均电流和峰值电流计算电感电流的谷值。LED驱动电路的恒流控制方法通过将每个工作周期的电感电流谷值设置为上一个工作周期内的电感电流的谷值电流，从而实现恒流控制。

Description

一种LED驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体的说是涉及一种检测LED驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法。
背景技术
LED因其节能、可靠性高、寿命长以及环境友好等特点，已成为当今照明光源的主流。在LED功率小于20W的领域，主要采用Buck拓扑的非隔离结构来驱动，在保证转换效率的同时也保证了较高的性价比。另一方面，因为LED独特的电流-电压转移特性，很小的电压波动就会产生较大的电流波动，所以现在普遍采用恒定电流的方式来驱动LED，从而保证LED的亮度保持稳定，而通常使用电感电流的平均值来表征流过LED的电流，电感电流平均值恒定则流过LED电流恒定。
如图1所示是传统的峰值电流控制的Buck拓扑的LED恒流驱动电路，该电路主要包括功率开关管Q、续流二极管D、电感L、电容C、负载LED灯、采样电阻Rs、RS触发器以及比较器。该方案工作原理为时钟脉冲使得RS触发器置“1”，令功率开关管Q导通，电感电流线性上升，电流流过LED，使LED发光，电感电流上升使得采样电阻Rs两端的电压变大，当该电压上升到大于比较器的基准电压VREF，则会使比较器翻转，由输出“0”转变到输出“1”，RS触发器置“0”，使得功率开关管关断，此时电感电流会线性下降，LED仍然保持发光，等到下一个时钟脉冲再使RS触发器置“1”，电感电流又重新上升，如此循环下去，只要选取合适的脉冲时间就能使得电感电流不会下降到零，保持工作在连续导电模式(CCM) 下。
上述方案所采取的电感电流采样方法是通过功率开关管和地之间的电流采样电阻Rs进行，该方法只能在功率开关管导通时进行电流采样，而功率开关管处于关断状态时，则无法进行电流的采样。这就决定了在一个周期范围内，只能准确地采样到电感电流的峰值，而根本无法对谷值进行采样。
如图2所示为传统的峰值电流控制的Buck拓扑的LED恒流驱动电路中电感电流的周期变化图，该工作方式决定了电感电流峰值Ip为固定的，而谷值Iv不确定且无法被检测，平均电流值
Figure BDA0001873398120000011
自然不确定，不一定能保持恒定，并且无法精准控制平均电流值。由此可知，采用采样电阻检测电流的传统的峰值电流控制模式存在固定的缺陷，谷值的不确定致使平均电流的不确定甚至不恒定，无法精准地控制平均电流，因此该控制模式理论上就难以实现恒流。
在专利名称为一种用于LED驱动电路的恒流输出控制装置，专利号为ZL2014102500721 的发明专利中提出了一种电流控制方法，如图3所示为该恒流输出控制装置的结构示意图，其主要思想是通过平均电流采样模块反馈到驱动电路使开关管Q1导通，使得加减计数器B1 从零开始加数，随着电感电流上升，采样电阻R1两端的电压升高致使比较器A1翻转，而加减计数器B1开始减数，直到减到零值，使开关管Q1关断，TOFF时间控制模块中的加计数器B2从零开始计数，计到人工设定的某一个数时，控制开关管Q1重新导通，如此循环下去。这个电流控制方法可以实现在一个周期内，电感电流从谷值上升到平均值的时间等于电流从平均值上升到峰值的时间，而且电流平均值可以人为设定，而设定的电流平均值就为比较器的基准电压VR除以采样电阻R1。然而这种方法中由于采样电阻只能在开关管Q1导通时才能进行电流检测，因此也无法直接检测到电感电流的谷值，导致无法精确地控制电感电流的平均电流。
发明内容
针对上述功率开关管和地之间的采样电阻无法对传统峰值电流控制模式的Buck拓扑的 LED恒流驱动电路进行谷值电流检测的问题，本发明在专利号为ZL2014102500721，专利名称为一种用于LED驱动电路的恒流输出控制装置提出的电流控制方法的基础上，提出了一种谷值电流的检测方法以及利用本发明提出的谷值电流检测方法实现恒流控制的方法，规避了因谷值电流无法确定而平均电流不确定甚至不恒定，无法精准地控制平均电流的问题。
本发明的技术方案为：
一种LED驱动电路的电感电流谷值检测方法，所述LED驱动电路包括BUCK电路和平均电流采样模块，所述平均电流采样模块包括采样电阻和比较器，比较器的负输入端作为所述平均电流采样模块的输入端并通过采样电阻后接地，其正输入端连接基准电压；所述BUCK 电路包括开关管和电感，所述平均电流采样模块的输入端通过开关管后对流过所述电感的电流进行采样；
所述LED驱动电路的电感电流谷值检测方法用于检测所述LED驱动电路每个工作周期内电感电流的谷值，其中检测第n个工作周期内电感电流谷值的方法包括如下步骤：
步骤一、通过公式(1)计算所述电感电流的平均电流Iavg；
Figure BDA0001873398120000021
其中VR为所述基准电压的电压值，R1为所述采样电阻的电阻值；
步骤二、在所述开关管开启时检测所述采样电阻两端的电压，得到第n个工作周期内所述采样电阻两端电压的最大值Vmax(n)；
步骤三、根据流过所述采样电阻的电流与流过所述电感的电流相同，利用公式(2)计算第n个工作周期内电感电流的峰值Ip(n)；
Figure BDA0001873398120000031
步骤四、利用公式(3)计算第n个工作周期内电感电流的谷值Iv(n)；
Iv(n)＝2×Iavg-Ip(n) (3)
其中n为正整数。
一种LED驱动电路的恒流控制方法，所述LED驱动电路包括BUCK电路和平均电流采样模块，所述平均电流采样模块包括采样电阻和比较器，比较器的负输入端作为所述平均电流采样模块的输入端并通过采样电阻后接地，其正输入端连接基准电压；所述BUCK电路包括开关管和电感，所述平均电流采样模块的输入端通过开关管后对流过所述电感的电流进行采样；
所述恒流控制方法通过对所述LED驱动电路每个工作周期内电感电流进行调整，使得每个工作周期内电感电流的平均电流相等实现恒流，其中对第n个工作周期内电感电流进行调整的方法包括如下步骤，n为正整数：
步骤一、通过公式(4)计算第n-1个工作周期内所述电感电流的平均电流Iavg(n-1)；
Figure BDA0001873398120000032
其中VR为所述基准电压的电压值，R1为所述采样电阻的电阻值；
步骤二、在所述开关管开启时检测所述采样电阻两端的电压，得到第n-1个工作周期内所述采样电阻两端电压的最大值Vmax(n-1)；
步骤三、根据流过所述采样电阻的电流与流过所述电感的电流相同，利用公式(5)计算第n-1个工作周期内电感电流的峰值Ip(n-1)；
Figure BDA0001873398120000033
步骤四、利用公式(6)计算第n-1个工作周期内电感电流的谷值Iv(n-1)；
Iv(n-1)＝2×Iavg(n-1)-Ip(n-1) (6)
步骤五、将第n个工作周期内电感电流的谷值设置为Iv(n-1)，使得第n个工作周期内电感电流的平均电流Iavg(n)与第n-1个工作周期内电感电流的平均电流Iavg(n-1)相等。
本发明的有益效果为：解决了传统电流控制方法电感电流谷值无法检测的问题，提出了一种检测LED驱动电路中电流的谷值电流检测方法，可以检测到每个开关周期内的电感电流谷值；基于该谷值电流检测提出一种LED驱动电路的恒流控制方法，实现对电流谷值和峰值的精准控制，从而可以实现对平均电流的精准控制，可以更好地实现严格意义上的恒定电流。
附图说明
图1为传统的峰值电流控制的Buck拓扑结构LED恒流驱动电路的结构示意图。
图2为传统的峰值电流控制的Buck拓扑结构LED恒流驱动电路的电感电流周期变化图。
图3为一种用于LED驱动电路的恒流输出控制装置的结构示意图。
图4为利用本发明提出的一种LED驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法得到的电感电流周期变化图。
具体实施方式
下面结合附图，详细阐述本发明的技术方案。
如图3所示，本发明适用的LED驱动电路包括BUCK电路和平均电流采样模块，平均电流采样模块包括采样电阻R1和比较器A1，比较器A1的负输入端作为平均电流采样模块的输入端并通过采样电阻R1后接地，其正输入端连接基准电压VR；BUCK电路包括开关管 Q1、电感L1、二极管D1和电容C1，电感L1和电容C1串联并与二极管D1并联在输入电压VIN和开关管Q1的漏极之间，开关管的源极连接平均电流采样模块的输入端，开关管导通时平均电流采样模块能够对流过电感的电流进行采样。
如图4所示为将本发明提出的谷值电流检测方法用于实现LED驱动电路的恒流输出的电感电流周期变化曲线图，由图中可以看出，第n个周期开始时的谷值为Iv(n)，第n个周期的峰值为Ip(n)，设定的电流平均值为Iavg，即
Figure BDA0001873398120000041
上升曲线斜率为m1，
Figure BDA0001873398120000042
其中VIN是BUCK电路的输入电压，VOUT是BUCK电路的输出电压，Iv(n)上升到Iavg的时间为
Figure BDA0001873398120000043
Iavg上升到Ip(n)的时间为
Figure BDA0001873398120000044
开关管Q1导通期间，即电感电流上升期间，电感电流先由Iv(n)线性上升到Iavg，再由Iavg继续线性上升到Ip(n)，由Iv(n)到Iavg的时间和Iavg到Ip(n)时间是相等的，即
Figure BDA0001873398120000051
由此可以得到
Figure BDA0001873398120000052
电感电流上升曲线的平均值为
Figure BDA0001873398120000053
将表达式(7)代入到表达式(8)中，可以得到
Figure BDA0001873398120000054
由此可得，针对于电感电流上升期间，无论Iv(n)和Ip(n)怎么变化，一定有以下表达式成立
Iv(n)+Ip(n)＝2Iavg (10)
那么第n个周期开始时的谷值就可以由以下表达式确定
Iv(n)＝2Iavg-Ip(n) (11)
综上所述，由于图3结构中的采样电阻R1只在开关管Q1导通时才能进行电流采样，本发明通过对采样电阻R1两端的电压进行监测，可以轻松检测到采样电阻R1两端电压的最大值，又由于流过电感L1的电流与流过采样电阻R1两端电压相等，由此可以确定第n个工作周期内电感电流的峰值电流Ip(n)的值。又因为电流平均值Iavg是人为设定的，
Figure BDA0001873398120000055
因此利用Iv(n)＝2×Iavg-Ip(n)就可以确定第n个工作周期内电感电流的谷值电流Iv(n)。另外通过检测每个工作周期内电感电流的谷值，并将每个工作周期的电感电流谷值电流设置为上一个工作周期内的电感电流的谷值电流，一些实施例中通过控制开关管Q1的关断时间设置第n 个工作周期内电感电流的谷值电流与第n-1个工作周期内电感电流的谷值电流相等，就可以实现每个工作周期电感电流的平均电流相等，从而实现恒流控制。本发明实现了电感电流谷值检测，并且仍旧基于采样电阻的电流采样方法，检测方法简单且易于实施；可以实现对峰值电流和谷值电流的精准控制，更易于实现恒定平均电流输出。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种LED驱动电路的电感电流谷值检测方法，所述LED驱动电路包括BUCK电路和平均电流采样模块，所述平均电流采样模块包括采样电阻和比较器，比较器的负输入端作为所述平均电流采样模块的输入端并通过采样电阻后接地，其正输入端连接基准电压；所述BUCK电路包括开关管和电感，所述平均电流采样模块的输入端通过开关管后对流过所述电感的电流进行采样；
其特征在于，所述LED驱动电路的电感电流谷值检测方法用于检测所述LED驱动电路每个工作周期内电感电流的谷值，其中检测第n个工作周期内电感电流谷值的方法包括如下步骤：
步骤一、通过公式(1)计算所述电感电流的平均电流Iavg；
Figure FDA0001873398110000011
其中VR为所述基准电压的电压值，R1为所述采样电阻的电阻值；
步骤二、在所述开关管开启时检测所述采样电阻两端的电压，得到第n个工作周期内所述采样电阻两端电压的最大值Vmax(n)；
步骤三、根据流过所述采样电阻的电流与流过所述电感的电流相同，利用公式(2)计算第n个工作周期内电感电流的峰值Ip(n)；
Figure FDA0001873398110000012
步骤四、利用公式(3)计算第n个工作周期内电感电流的谷值Iv(n)；
Iv(n)＝2×Iavg-Ip(n) (3)
其中n为正整数。
2.一种LED驱动电路的恒流控制方法，所述LED驱动电路包括BUCK电路和平均电流采样模块，所述平均电流采样模块包括采样电阻和比较器，比较器的负输入端作为所述平均电流采样模块的输入端并通过采样电阻后接地，其正输入端连接基准电压；所述BUCK电路包括开关管和电感，所述平均电流采样模块的输入端通过开关管后对流过所述电感的电流进行采样；
其特征在于，所述恒流控制方法通过对所述LED驱动电路每个工作周期内电感电流进行调整，使得每个工作周期内电感电流的平均电流相等从而实现恒流，其中对第n个工作周期内电感电流进行调整的方法包括如下步骤，n为正整数：
步骤一、通过公式(4)计算第n-1个工作周期内所述电感电流的平均电流Iavg(n-1)；
Figure FDA0001873398110000021
其中VR为所述基准电压的电压值，R1为所述采样电阻的电阻值；
步骤二、在所述开关管开启时检测所述采样电阻两端的电压，得到第n-1个工作周期内所述采样电阻两端电压的最大值Vmax(n-1)；
步骤三、根据流过所述采样电阻的电流与流过所述电感的电流相同，利用公式(5)计算第n-1个工作周期内电感电流的峰值Ip(n-1)；
Figure FDA0001873398110000022
步骤四、利用公式(6)计算第n-1个工作周期内电感电流的谷值Iv(n-1)；
Iv(n-1)＝2×Iavg(n-1)-Ip(n-1) (6)
步骤五、将第n个工作周期内电感电流的谷值设置为Iv(n-1)，使得第n个工作周期内电感电流的平均电流Iavg(n)与第n-1个工作周期内电感电流的平均电流Iavg(n-1)相等。
CN201811388142.4A 2018-11-21 2018-11-21 一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法 Active CN109327938B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811388142.4A CN109327938B (zh) 2018-11-21 2018-11-21 一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811388142.4A CN109327938B (zh) 2018-11-21 2018-11-21 一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109327938A CN109327938A (zh) 2019-02-12
CN109327938B true CN109327938B (zh) 2020-12-29

Family

ID=65258292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811388142.4A Active CN109327938B (zh) 2018-11-21 2018-11-21 一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109327938B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111526639B (zh) * 2020-04-24 2022-07-19 科博达技术股份有限公司 提升恒流Buck电路的输出电流精度的方法及其装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104010421A (zh) * 2014-06-06 2014-08-27 电子科技大学 一种用于led驱动电路的恒流输出控制装置
CN107070206A (zh) * 2017-05-22 2017-08-18 电子科技大学 一种基于谷值检测的准谐振开关变换器
US9941795B1 (en) * 2017-04-19 2018-04-10 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Circuits and method for extracting average load current in DC-DC switching converters

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203225927U (zh) * 2013-04-12 2013-10-02 深圳市明微电子股份有限公司 用于led照明装置的恒流控制电路及使用该电路的led照明装置
CN108513400B (zh) * 2018-04-04 2019-11-19 泉芯电子技术(深圳)有限公司 电感电流平均值检测系统及其电感电流平均值检测系统的检测方法
CN108512422B (zh) * 2018-05-18 2020-09-25 西北工业大学 一种固定导通时间控制的降压型dc-dc转换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104010421A (zh) * 2014-06-06 2014-08-27 电子科技大学 一种用于led驱动电路的恒流输出控制装置
US9941795B1 (en) * 2017-04-19 2018-04-10 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Circuits and method for extracting average load current in DC-DC switching converters
CN107070206A (zh) * 2017-05-22 2017-08-18 电子科技大学 一种基于谷值检测的准谐振开关变换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN109327938A (zh) 2019-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101389168B (zh) 高压大功率led恒流驱动装置
KR101622448B1 (ko) Tof 계산을 위한 led용 드라이버 회로
CN102740555B (zh) 用于固态光源的点亮装置和包括该点亮装置的照明设备
TWI571175B (zh) 發光二極體（ｌｅｄ）驅動裝置及其控制器和控制方法
TW201410067A (zh) 可調光的ｌｅｄ驅動電路及驅動方法
WO2014026496A1 (zh) 非隔离led驱动系统及非隔离led驱动恒流控制电路
CN101605417A (zh) 带调光的led恒流驱动电路
CN102256417A (zh) 基于数字pwm控制技术的led灯控制器
CN101808444A (zh) 功率开关型led驱动电路的恒流控制方法及其电路
CN108848598B (zh) 用于可控硅调光器的泄放模块、led驱动电路及驱动方法
CN204259209U (zh) 驱动led照明设备的电路及其控制器
CN202143265U (zh) 基于数字pwm控制技术的led灯控制器
CN109327938B (zh) 一种led驱动电路的电感电流谷值检测方法和恒流控制方法
CN102630114A (zh) 一种闭环控制led恒流驱动电路
CN101511141B (zh) 开关电源电感电流控制技术
CN102740540A (zh) 发光二极管驱动系统
CN108650738B (zh) 一种led控制电路
CN117336920A (zh) 一种基于单片机的低压程控led恒流驱动电路
US8836233B2 (en) Light source apparatus and driving apparatus thereof
CN104185345A (zh) 一种用于led恒流驱动电路的控制装置
CN108990214B (zh) 驱动恒流源负载的装置
CN108990205B (zh) 一种调光控制方法及调光控制电路
CN107734784B (zh) 一种led恒流源系统的控制方法
JP6284582B2 (ja) 調光駆動回路及びその制御方法
CN209824068U (zh) 驱动恒流源负载的装置及照明灯具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant