CN110062503A - 一种基于Boost型DC-DC的无噪声白光LED驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于Boost型DC‑DC的无噪声白光LED驱动器，在传统Boost型DC‑DC的基础上，加入脉冲输入检测电路，将外部脉冲信号进行转换，并经过Boost型DC‑DC的环路调节，产生具有线性特点的反馈电压，与电流设置电阻一起调节流过LED的电流大小。由于此时流过LED的电流也具有线性特点，其调光过程避免了开关动作，无噪声引入；其外围功率级元器件与传统Boost型DC‑DC的外围元器件完全相同，结构简单；通过采用带输入失调消除功能的误差放大器，可实现高达0.1％的调光电流精度。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其是一种白光LED驱动器。
背景技术
白光LED作为一种目前应用广泛的电子元器件，在使用时需改变流过其电流的大小以调节亮度。常用的白光LED驱动器控制方法是采用脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)原理，通过调节流过LED的电流脉冲占空比，达到改变平均电流大小的目的。但此种调光方法由于在流过LED的电流中引入了开关动作，不可避免的会产生音频噪声，极大地降低了用户的使用舒适度，另外在一些对噪声控制要求较高的场合，也限制了此类白光LED调光控制方法的应用。而且这种调光方法对LED进行连续的打开与关断，其调光精度严重依赖于驱动电路的开关速度与LED的关断恢复速度，对于要求高精度调光的应用场合，该种方式难以保证调光精度的一致性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于Boost型DC-DC的高精度无噪声白光LED驱动器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于Boost型DC-DC的无噪声白光LED驱动器，包括脉冲输入检测电路、误差放大器电路、调制控制电路、振荡器电路、电流采样电路、功率管、储能电感、肖特基二极管、输入滤波电容、输出滤波电容、白光LED和电流设置电阻；
所述误差放大器将输入失调电压控制在0.2mV以内，外部脉冲信号通过脉冲输入检测电路，产生与脉冲信号占空比成正比例关系的直流控制电压Vdc，输出至误差放大器电路的同相输入端inp；白光LED与电流设置电阻分压产生的反馈电压Vfb输入至误差放大器电路的反相输入端inn；误差放大器电路比较直流控制电压与反馈电压的差值，产生误差放大信号Verr输出至调制控制电路；振荡器电路产生具有恒定频率的脉冲方波信号Clk，输出至调制控制电路，使调制控制电路输出高电平的驱动信号Vdrv，控制功率管的打开；电流采样电路对流过功率管的电流进行采样，产生采样电压Vsen输出至调制控制电路，当采样电压Vsen等于误差放大信号Verr时，调制控制电路输出低电平的驱动信号Vdrv，控制功率管的关断；调制控制电路产生的驱动信号Vdrv，输出至功率管的栅极，驱动功率管的打开与关断；功率管作为开关，功率管的导通占空比D决定用于驱动白光LED导通的输出电压Vout的大小，满足公式其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，D为功率管导通占空比；输入滤波电容连接在输入电压Vin和地之间，对输入电压Vin进行滤波；输出滤波电容连接在肖特基二极管的阴极和地之间，对输出电压Vout进行滤波；储能电感连接在输入电压Vin和肖特基二极管的阳极之间，在功率管打开时进行储能；肖特基二极管在功率管关断时正向导通，将输入电源和储能电感上的能量一起输出至LED；电流设置电阻决定可流过LED的最大电流值，满足公式其中，Imax为最大电流值，Rset为电流设置电阻。
本发明的有益效果在于在传统Boost型DC-DC的基础上，加入脉冲输入检测电路，将外部脉冲信号进行转换，并经过Boost型DC-DC的环路调节，产生具有线性特点的反馈电压，与电流设置电阻一起调节流过LED的电流大小。由于此时流过LED的电流也具有线性特点，其调光过程避免了开关动作，无噪声引入；其外围功率级元器件与传统Boost型DC-DC的外围元器件完全相同，结构简单；通过采用带输入失调消除功能的误差放大器，可实现高达0.1％的调光电流精度。
附图说明
图1为本发明控制系统实施例的方框图。
图2为本发明带输入失调消除功能的误差放大器方框图。
其中，1-功率管，2-储能电感，3-肖特基二极管，4-输入滤波电容，5-输出滤波电容，6-白光LED，7-电流设置电阻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种基于Boost型DC-DC的高精度无噪声白光LED驱动器，其特征在于包括脉冲输入检测电路、带输入失调消除功能的误差放大器电路，所述误差放大器将输入失调电压控制在0.2mV以内，调制控制电路、振荡器电路、电流采样电路、功率管(1)、储能电感(2)、肖特基二极管(3)、输入滤波电容(4)、输出滤波电容(5)、白光LED(6)、电流设置电阻(7)；
外部脉冲信号通过脉冲输入检测电路，产生与脉冲信号占空比成正比例关系的直流控制电压Vdc，输出至误差放大器电路的同相输入端inp；白光LED(6)与电流设置电阻(7)分压产生的反馈电压Vfb输入至误差放大器电路的反相输入端inn；误差放大器电路比较直流控制电压与反馈电压的差值，产生误差放大信号Verr输出至调制控制电路；振荡器电路产生具有恒定频率的脉冲方波信号Clk，输出至调制控制电路，使调制控制电路输出高电平的驱动信号Vdrv，控制功率管(1)的打开；电流采样电路对流过功率管(1)的电流进行采样，产生采样电压Vsen输出至调制控制电路，当采样电压Vsen等于误差放大信号Verr时，调制控制电路输出低电平的驱动信号Vdrv，控制功率管(1)的关断；调制控制电路产生的驱动信号Vdrv，输出至功率管(1)的栅极，驱动功率管(1)的打开与关断；功率管(1)作为开关，功率管的导通占空比D决定用于驱动白光LED导通的输出电压Vout的大小，满足公式其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，D为功率管导通占空比；输入滤波电容连接在输入电压Vin和地之间，对输入电压Vin进行滤波；输出滤波电容连接在肖特基二极管(3)的阴极和地之间，对输出电压Vout进行滤波；储能电感(4)连接在输入电压Vin和肖特基二极管(3)的阳极之间，在功率管(1)打开时进行储能；肖特基二极管(3)在功率管(1)关断时正向导通，将输入电源和储能电感(2)上的能量一起输出至LED；电流设置电阻(7)决定可流过白光LED(6)的最大电流值，满足公式其中，Imax为最大电流值，Rset为电流设置电阻。
实施例中，误差放大器对其同相和反相输入端的电压差进行放大，误差放大信号Verr输出到调制控制电路。振荡器电路产生脉冲方波信号Clk，输出到调制控制电路。当脉冲方波信号的下降沿来临时，调制控制电路使驱动信号Vdrv变高，输出到功率管的栅极g，此时功率管打开。输入电源电压Vin经储能电感和功率管，将输入电源的能量储存至储能电感中。在功率管的打开过程中，电流采样电路对功率管的漏极电压Vsw进行采样，采样信号Vsen输出至调制控制电路，当采样信号Vsen等于误差放大信号Verr时，调制控制电路使驱动信号Vdrv变低，输出到功率管的栅极g，此时功率管关断，肖特基二极管正向导通，将输入电源和储能电感中的能量输出至输出滤波电容。反复重复上述周期的开启与关断，输出滤波电容上的输出电压逐渐增大，直至满足所有串联LED导通所需的电压值，调光系统达到稳定状态。由于误差放大器的负反馈调节作用，可使反馈电压Vfb与直流控制电压Vdc相等。由直流控制电压Vdc的线性特点可知，此时流过电流设置电阻Rset的电流也为线性状态。通过改变输入脉冲信号的占空比大小，可使反馈电压Vfb与此占空比成正比例关系改变，从而流过LED的电流大小也与输入脉冲信号的占空比大小成正比例关系，以此达到对LED进行无噪声亮度调节的目的。
图2为本发明带输入失调消除功能的误差放大器方框图，其中带输入失调消除功能的误差放大器包括逻辑控制器，第一级控制开关，第一级放大电路，第二级控制开关，第二级放大电路。
电路联接关系为：直流电压信号Vdc和反馈电压信号Vfb分别输入第一级控制开关的inp和inn端；第一级控制开关的输出ina1和inb1联接至第一级放大电路；第一级放大电路的输出outa1和outb1联接至第二级控制开关；第二级控制开关的输出outa2和outb2联接至第二级放大电路；第二级放大电路输出误差放大信号Verr；外部时钟信号Clk输入逻辑控制器，逻辑控制器输出控制信号phase；控制信号phase分别输入至第一级控制开关和第二级控制开关。
如图2所示，带输入失调消除功能的误差放大器工作流程为：外部时钟信号Clk输入逻辑控制器，逻辑控制器输出周期性的开关控制信号phase；控制信号phase分别输入至第一级控制开关和第二级控制开关，控制这两级开关的导通和断开。当Clk信号为高时，phase信号变高，第一级控制开关将Vdc连接至ina1，Vfb连接至inb1；第二级控制开关将outa1连接至outa2，outb1连接至outb2。当Clk信号为低时，phase信号变低，第一级控制开关将Vdc连接至inb1，Vfb连接至ina1；第二级控制开关将outa1连接至outb2，outb1连接至outa2。通过将第一级和第二级各自的输入输出信号进行切换，可将由每一级放大电路所引起的失配平均分布，从而减小对输出的影响，实现高精度的误差放大。
Claims (1)
1.一种基于Boost型DC-DC的无噪声白光LED驱动器，包括脉冲输入检测电路、误差放大器电路、调制控制电路、振荡器电路、电流采样电路、功率管、储能电感、肖特基二极管、输入滤波电容、输出滤波电容、白光LED和电流设置电阻，其特征在于：
所述误差放大器将输入失调电压控制在0.2mV以内，外部脉冲信号通过脉冲输入检测电路，产生与脉冲信号占空比成正比例关系的直流控制电压Vdc，输出至误差放大器电路的同相输入端inp；白光LED与电流设置电阻分压产生的反馈电压Vfb输入至误差放大器电路的反相输入端inn；误差放大器电路比较直流控制电压与反馈电压的差值，产生误差放大信号Verr输出至调制控制电路；振荡器电路产生具有恒定频率的脉冲方波信号Clk，输出至调制控制电路，使调制控制电路输出高电平的驱动信号Vdrv，控制功率管的打开；电流采样电路对流过功率管的电流进行采样，产生采样电压Vsen输出至调制控制电路，当采样电压Vsen等于误差放大信号Verr时，调制控制电路输出低电平的驱动信号Vdrv，控制功率管的关断；调制控制电路产生的驱动信号Vdrv，输出至功率管的栅极，驱动功率管的打开与关断；功率管作为开关，功率管的导通占空比D决定用于驱动白光LED导通的输出电压Vout的大小，满足公式其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，D为功率管导通占空比；输入滤波电容连接在输入电压Vin和地之间，对输入电压Vin进行滤波；输出滤波电容连接在肖特基二极管的阴极和地之间，对输出电压Vout进行滤波；储能电感连接在输入电压Vin和肖特基二极管的阳极之间，在功率管打开时进行储能；肖特基二极管在功率管关断时正向导通，将输入电源和储能电感上的能量一起输出至LED；电流设置电阻决定可流过LED的最大电流值，满足公式其中，Imax为最大电流值，Rset为电流设置电阻。
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Cited By (2)
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| CN110687954A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-14 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 背光芯片及屏幕补光电路 |
| CN114340083A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-12 | 福州大学 | 一种基于功率混合调光的单级无电解电容led驱动电路 |
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2019
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| CN114340083B (zh) * | 2021-12-30 | 2024-04-26 | 福州大学 | 一种基于功率混合调光的单级无电解电容led驱动电路 |
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