CN109890107B

CN109890107B - 一种led驱动电路的mos管驱动电路及其应用

Info

Publication number: CN109890107B
Application number: CN201910318143.XA
Authority: CN
Inventors: 李应天; 张义
Original assignee: Power Micro Electronics Co ltd
Current assignee: Power Micro Electronics Co ltd
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2039-04-19
Also published as: CN109890107A

Abstract

本发明提供一种LED驱动芯片的MOS管驱动电路，包括：包括，反相器INV2、MOS管MP4、MOS管MN3、电阻R3、MOS管MN4；反相器INV2的输入端接逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN3的栅极和MOS管MP2的栅极连接；MOS管MP4的源极与VCC端连接；MOS管MN3的漏极和MOS管MP2的漏极连接，连接点作为GATE端；MOS管MN4的栅极接驱动信号Vsnt，漏极接GATE端，源极接GND端；MOS管MN3的源极作为MOS管驱动电路的输出端，电阻R3的一端接MOS管MN3源极，另一端接GND端；GATE端与MOS管M1的栅极连接，驱动MOS管M1。其优点在于可靠和稳定的驱动MOS管，可以在全电压范围内控制输出电流的恒流精度。

Description

一种LED驱动电路的MOS管驱动电路及其应用

技术领域

本发明公开了一种升压型LED驱动电路的MOS管驱动电路及其应用。

背景技术

近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。现今由于LED照明的飞速发展，原来几十瓦的白炽灯，可在直接用几瓦的LED灯泡替代了，这样就可以节约大量的能源。

根据LED的负载特性，不能像普通白炽灯一样，直接用电压源供电，否则电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。为了稳定LED的工作电流，保证LED能正常可靠地工作，需要有一种可控恒流源来控制。

由于精度高和效率高的优点，临界电流控制模式被常用于开环的输出恒流控制。在临界模式中，LED负载的输出电流Iout由以下公式决定:

其中，Ipk是电感的峰值电流，Iva是电感的谷底电流。为了精确控制Iout，在临界模式中，Iva被控制为接近于0。由此Iout的公式可以简化为：

因此，如何精确、可靠、稳定地驱动MOS成为LED驱动电路驱动的关键。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种LED驱动电路的MOS驱动电路及其应用，可靠和稳定的驱动MOS管，可以在全电压范围内控制输出电流的恒流精度；以克服现有技术中的缺陷。

本发明提供一种LED驱动芯片的MOS管驱动电路，包括：包括，反相器INV2、MOS管MP2、MOS管MN3、电阻R3、MOS管MN4；反相器INV2的输入端接逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN3的栅极和MOS管MP2的栅极连接；MOS管MP2的源极与VCC端连接；MOS管MN3的漏极和MOS管MP2的漏极连接，连接点作为GATE端；MOS管MN4的栅极接驱动信号Vsnt，漏极接GATE端，源极接GND端；MOS管MN3的源极作为MOS管驱动电路的输出端，电阻R3的一端接MOS管MN3源极，另一端接GND端；GATE端与MOS管M1的栅极连接，驱动MOS管M1。

本发明提供一种LED驱动芯片的MOS管驱动电路，还可以具有这样的特征：MOS管MP2是P型MOS管；MOS管MN3和MOS管MN4是N型MOS管。

另外，本发明提供一种LED驱动芯片，包括：过零电流检测电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、如权利要求1或2所述的MOS管驱动电路K4、低压供电电路K5；低压供电电路K5从HV端输入高压，输出低压至VCC端给芯片内部供电；过零电流检测电路K1探测电感电流过零点并输出电流过零信号zcd；峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流，并输出峰值电流到达信号Ipk；逻辑控制电路K3与过零电流检测电路K1连接，输入电流过零信号zcd，还与峰值电流检测电路K2连接，输入峰值电流到达信号Ipk，输出与MOS管驱动电路K4连接，输出逻辑控制信号MOS_ON；MOS管驱动电路K4的一个输出端为GATE端，另一个输出端与过零电流检测电路K1连接；电阻R3两端的电压V1被输出到过零电流检测电路K1。

进一步，本发明提供一种LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：过零电流检测电路K1包括，电阻R1、电阻R2、电流源I1、电流源I2、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MP1、反相器INV1；MOS管MN1的源极与电阻R1的一端连接，漏极与电流源I1的一端连接，栅极与MOS管MN2的栅极连接，栅极还与漏极相连；MOS管MN2的源极与电阻R2的一端连接，漏极与电流源I2的一端连接，漏极还与反相器INV1的输入端连接，反相器INV1的输出端输出电流过零信号zcd；MOS管MP1的源极与VCC端连接，漏极与MOS管MN2的漏极连接，源极接延时控制信号PU；电阻R1的另一端接GND端，电阻R2与MOS管驱动电路K4连接；电流源I1和电流源I2的另一端都与VCC端连接。

进一步，本发明提供一种LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：MOS管MN1、MOS管MN2是N型MOS管；MOS管MP1是P型MOS管。

另外，本发明提供一种LED恒流控制电路，包括：输入电容C1、储能电容C2、充放电电感L1、二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载LED，以及如权利要求4所述LED驱动芯片T1；输入电容C1的一端接直流电压Vin，另一端接地；充放电电感L1的一端接直流电压Vin，另一端接LED负载LED的一端；LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin；储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地；开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端，源极接LED驱动芯片T1的CS端，漏极接LED负载LED的另一端；二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接直流电压Vin；电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地。

进一步，本发明提供一种LED恒流控制电路，还可以具有这样的特征：MOS管M1栅极和漏极间的存在寄生电容Cgd。

进一步，本发明提供一种LED恒流控制电路，还可以具有这样的特征：还包括输出电容C4；输出电容C4并联在LED负载LED的两端。

进一步，本发明提供一种LED恒流控制电路，还可以具有这样的特征：LED驱动芯片T1的GND端接地。

附图说明

图1为本发明中的LED恒流控制电路。

图2为本发明中的LED驱动芯片的电路图。

图3为本发明中的MOS管驱动电路和过零电流检测电路的电路连接图。

图4为本发明中的LED恒流控制电路从关断到导通时的波形图。

附图标记：

Rs――电流检测电阻

L1――充放电电感

M1――开关MOS管

LED――LED负载

D2――续流二极管

Iout――LED负载输出电流

Vin――输入整流电压

Im――电感L1的电流

MOS_ON――逻辑控制信号

drn――MOS管M1的漏极

zcd――电流过零信号

Ipk――峰值电流到达信号

Vsnt――驱动信号

PU――延时控制信号

Cgd――MOS管M1栅极和漏极间的寄生电容

V1――电阻R3两端的电压

td――信号PU延时长度Vsnt信号的高电平宽度

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

图1为本发明中的LED恒流控制电路。

如图1所示，一种LED恒流控制电路，包括：整流桥、输入电容C1、储能电容C2、输出电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载LED和LED驱动芯片T1。LED驱动芯片T1具有HV端、Vcc端、Gate端、CS端、GND端。

交流输入ACin经整流后输出直流电压Vin。输入电容C1的一端接直流电压Vin，另一端接地。充放电电感L1的一端接直流电压Vin，另一端接LED负载LED的一端。LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin。储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地。开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端，源极接LED驱动芯片T1的CS端，漏极接LED负载LED的另一端。二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接直流电压Vin。电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地。输出电容C4并联在LED负载LED的两端。LED驱动芯片T1的GND端接地。

交流输入经整流后并经过输入电容C1滤波后，产生一个直流电压Vin用以给LED负载LED供电。外置的开关MOS管M1的栅极由LED驱动芯片T1的Gate端驱动。

图2为本发明中的LED驱动芯片的电路图。

如图2所示，LED驱动芯片包括：过零电流检测电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、MOS管驱动电路K4和低压供电电路K5。

低压供电电路K5从HV端输入高压，输出低压至VCC端并储能于外部电容以给芯片内部供电(所用模块的供电端都连接VCC引脚，不在图上一一画出)。过零电流检测电路K1探测电感电流过零点并输出电流过零信号zcd。峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流，并输出峰值电流到达信号Ipk。逻辑控制电路K3与过零电流检测电路K1连接，输入电流过零信号zcd，还与峰值电流检测电路K2连接，输入峰值电流到达信号Ipk，输出与MOS管驱动电路K4连接，输出逻辑控制信号MOS_ON。MOS管驱动电路K4的一个输出端为GATE端，另一个输出端与过零电流检测电路K1连接。电阻R3两端的电压V1被输出到过零电流检测电路(K1)。GND端接地(所有的模块的接地端都连接GND端，不在图上一一画出)。

图3为本发明中的MOS管驱动电路和过零电流检测电路的电路连接图。如图3所示，MOS管驱动电路包括：反相器INV2、MOS管MP2、MOS管MN3、电阻R3、MOS管MN4。

反相器INV2的输入端接逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN3的栅极和MOS管MP2的栅极连接。MOS管MP2的源极与VCC端连接。MOS管MN3的漏极和MOS管MP2的漏极连接，连接点作为GATE端。MOS管MN4的栅极接驱动信号Vsnt，漏极接GATE端，源极接GND端。MOS管MN3的源极作为MOS管驱动电路的输出端，与过零电流检测电路K1连接。电阻R3的一端接MOS管MN3源极，另一端接GND端。GATE端与MOS管M1的栅极连接，驱动MOS管M1。

过零电流检测电路K1包括：电阻R1、电阻R2、电流源I1、电流源I2、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MP1、反相器INV1。

MOS管MN1的源极与电阻R1的一端连接，漏极与电流源I1的一端连接，栅极与MOS管MN2的栅极连接，栅极还与漏极相连。MOS管MN2的源极与电阻R2的一端连接，漏极与电流源I2的一端连接，漏极还与反相器INV1的输入端连接，反相器INV1的输出端输出电流过零信号zcd。MOS管MP1的源极与VCC端连接，漏极与MOS管MN2的漏极连接，源极接延时控制信号PU。电阻R1的另一端接GND端，电阻R2与MOS管驱动电路K4连接；电流源I1和电流源I2的另一端都与VCC端连接。

其中，电阻R1和R2具有相同的电阻值Rx和尺寸，N型MOS管MN1和MN2具有相同的尺寸和数目，电流源I1和I2的比值为I2/I1＝A，其中A>1。P型号MOS管MP3和N型MOS管MN3构成驱动电路用以驱动MOS管M1的栅极Gate。电阻R1和MN3串联，反相器INV1和INV2用来反相信号V2和MOS_ON。Cgd是MOS管M1栅极和漏极间的寄生电容，存在于M1内部，此地用来表示其的存在位置。在M1处于关断状态时，MOS_ON和Gate信号为低，Vsnt信号为低，PU信号为高，由于没有电流流过R1，所以V1的电压为0。因为电流源I1和I2的不一致I2的电流值大于I1，所以V2的电压会被I2拉高，导致信号zcd被置为低。当电感L1的电流逐渐减小到0随后开始改变方向时，引脚drn的电压开始下降。由于Cgd的存在，电流会从电容的正极板流出，同时会有相同的电流从引脚GND经R1和MN3流入Cgd的负极板。这会导致V1的电压低于引脚GND，当V1的电压减小到如下值时，V₁＝-(A-1)·I·R_x，会有I*A的电流值流过MN2，V1开始被拉低，从而导致信号zcd从低变为高。

逻辑控制电路收到zcd由低变高的动作后，便会将信号MOS_ON从低变为高，从而使M1由关断变为导通状态。

由于引脚drn的电压Vdrn在MOS管处于关断状态下约等于寄生电容Cgd两端的电压，根据电容的电压和电流关系公式

其中Igd为Cgd的电流，且Igd和V1的关系为

其中Ry是电阻R3的阻值。

所以我们可以得出导致zcd信号由变低高的Vdrn斜率值为

Rx――电阻R1和R2的阻值

Ry――电阻R3的阻值

Vdrn――引脚drn的电压

图4为本发明中的LED恒流控制电路从关断到导通时的波形图。

其中延时控制信号PU的延时td是为了防止开关MOS管M1开关瞬间造成的误触发。驱动信号Vsnt的高电平宽度td是为了控制MOS管MN4的开关状态，从而避免R1影响MOS管驱动电路关断开关MOS管M1。

为了检测电压在V1的变化，电阻R3的阻值Ry一般不会很小(几百至几千欧姆之间)，由于MN4与MN3和R3并联，所以在电流过零点被检测到后，MN4可以可靠和迅速的将MOS管M1关断。所以相对于MN4的尺寸，MN3的尺寸可以设计的较小(只需要满足MN3的等效电阻远小于R3的阻值Ry)，可以大大减小驱动电路的面积。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。任何不超出本发明实质精神范围的发明创造，非实质性的替换、变形或修改，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种LED驱动芯片，其特征在于：

包括过零电流检测电路(K1)、峰值电流检测电路(K2)、逻辑控制电路(K3)、MOS管驱动电路(K4)、低压供电电路(K5)；

低压供电电路(K5)从HV端输入高压，输出低压至VCC端给芯片内部供电；

过零电流检测电路(K1)探测电感电流过零点并输出电流过零信号zcd；

峰值电流检测电路(K2)检测和限制电感的峰值电流，并输出峰值电流到达信号Ipk；

逻辑控制电路(K3)与过零电流检测电路(K1)连接，输入电流过零信号zcd，还与峰值电流检测电路(K2)连接，输入峰值电流到达信号Ipk，输出与MOS管驱动电路(K4)连接，输出逻辑控制信号MOS_ON；

MOS管驱动电路(K4)的一个输出端为GATE端，另一个输出端与过零电流检测电路(K1)连接；

电阻R3两端的电压V1被输出到过零电流检测电路(K1)；

MOS管驱动电路包括，反相器INV2、MOS管MP2、MOS管MN3、电阻R3、MOS管MN4；

反相器INV2的输入端接逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN3的栅极和MOS管MP2的栅极连接；

MOS管MP2的源极与VCC端连接；

MOS管MN3的漏极和MOS管MP2的漏极连接，连接点作为GATE端；

MOS管MN4的栅极接驱动信号Vsnt，漏极接GATE端，源极接GND端；

MOS管MN3的源极作为MOS管驱动电路的输出端，电阻R3的一端接MOS管MN3源极，另一端接GND端；

GATE端与MOS管M1的栅极连接，驱动MOS管M1。

2.如权利要求1所述的LED驱动芯片，其特征在于：

其中，过零电流检测电路(K1)包括，电阻R1、电阻R2、电流源I1、电流源I2、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MP1、反相器INV1；

MOS管MN1的源极与电阻R1的一端连接，漏极与电流源I1的一端连接，栅极与MOS管MN2的栅极连接，栅极还与漏极相连；

MOS管MN2的源极与电阻R2的一端连接，漏极与电流源I2的一端连接，漏极还与反相器INV1的输入端连接，反相器INV1的输出端输出电流过零信号zcd；

MOS管MP1的源极与VCC端连接，漏极与MOS管MN2的漏极连接，源极接延时控制信号PU；

电阻R1的另一端接GND端，电阻R2与MOS管驱动电路(K4)连接；

电流源I1和电流源I2的另一端都与VCC端连接。

3.根据权利要求1所述的LED驱动芯片，其特征在于：

其中，MOS管MN1、MOS管MN2是N型MOS管；MOS管MP1是P型MOS管。

4.根据权利要求1所述的LED驱动芯片，其特征在于：

其中，MOS管MP2是P型MOS管；MOS管MN3和MOS管MN4是N型MOS管。

5.一种LED恒流控制电路，其特征在于：

包括，输入电容C1、储能电容C2、充放电电感L1、二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载LED，以及如权利要求1所述LED驱动芯片T1；

输入电容C1的一端接直流电压Vin，另一端接地；

充放电电感L1的一端接直流电压Vin，另一端接LED负载LED的一端；

LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin；

储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地；

开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端，源极接LED驱动芯片T1的CS端，漏极接LED负载LED的另一端；

二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接直流电压Vin；

电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地。

6.根据权利要求5所述的LED恒流控制电路，其特征在于：

其中，MOS管M1栅极和漏极间的存在寄生电容Cgd。

7.根据权利要求5所述的LED恒流控制电路，其特征在于：

还包括输出电容C4；输出电容C4并联在LED负载LED的两端。

8.根据权利要求6所述的LED恒流控制电路，其特征在于：

其中，LED驱动芯片T1的GND端接地。