CN110831283B - 一种led驱动电源及其控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动电源及其控制器，该控制器包括功率开关管、及与LED灯珠的正端相连的电源端，还包括：与所述LED灯珠的负端相连的过压检测端；过压保护模块，用于根据所述电源端的电压与所述过压检测端的电压计算所述LED灯珠的端电压，而且，若判断所述端电压超过第一预设电压，则控制所述功率开关管关断，若判断所述端电压低于第二预设电压，则控制所述功率开关管开通，其中，所述第一预设电压大于所述第二预设电压。实施本发明的技术方案，能在整个开关周期实现LED灯珠上的电压检测，而且，电路结构简单，降低了LED驱动电源的成本和减小体积。

Description

一种LED驱动电源及其控制器

技术领域

本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种LED驱动电源及其控制器。

背景技术

在目前所使用的LED驱动电源结构中，非隔离降压型驱动结构使用最为广泛，因为对比其它的电路结构，非隔离降压型电路结构较为简单，所需的外围电路也较为简单，也造就了使用该型电路结构实现的LED驱动电源成本较低，并且可靠性高。

目前应用最为广泛的非隔离降压型恒流驱动的电路结构如图1所示，该电路结构采用辅助绕组105对输出电压进行检测，并且通过分压网络(由电阻106和电阻107组成)对辅助绕组105同名端的电压分压后输入到控制器103的ZCD脚，控制器103再根据该信号来判断输出电压是否达到过压保护电压。具体地，根据变压器的工作原理，辅助绕组105的同名端的电压与主绕组109的同名端的电压为比例关系，二者之间的比例为主绕组109和辅助绕组105的匝比的关系。结合图2所示的工作时序波形中，可以看到功率开关管(内置在控制器103中)驱动信号GD从高电平变成低电平时，变压器主绕组109开始退磁，在变压器退磁过程中，变压器主绕组109的两端的电压等于输出电压，根据变压器的工作原理，辅助绕组同名端的电压在变压器退磁过程中与变压器主绕组的同名端的电压为绕组匝数比的关系。由于变压器绕组的匝数比为固定值，在变压器退磁过程中，辅助绕组105的电压为输出电压乘以辅助绕组105和主绕组109的匝数比，所以控制器可以通过检测辅助105的电压来判断输出电压是否达到过压保护值。根据上述的工作原理，辅助绕组105只有在变压器退磁过程中才能反映输出电压，也就是说控制器103只有在变压器退磁过程中才能对输出电压进行检测，而除此之外，控制器103对输出电压一无所知。如果在变压器退磁过程之外的时间内输出电压发生过压，控制器103由于在此期间对输出电压一无所知，所以对发生过压的情况不会发生任何反应。而且，该LED驱动电源的电路结构较为复杂，变压器需要两个绕组，增加了变压器制作工艺的复杂度，并且辅助绕组的分压网络电路，这些都会最后增加电源的成本以及降低电路的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无法在退磁过程之外的时间进行过压检测、结构复杂的缺陷，提供一种LED驱动电源及其控制器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种LED驱动电源的控制器，包括功率开关管、及与LED灯珠的正端相连的电源端，还包括：

与所述LED灯珠的负端相连的过压检测端；

过压保护模块，在整个开关周期检测根据所述电源端的电压与所述过压检测端的电压，并计算所述LED灯珠的端电压，而且，若判断所述端电压超过第一预设电压，则控制所述功率开关管关断，若判断所述端电压低于第二预设电压，则控制所述功率开关管开通，所述第一预设电压大于所述第二预设电压，其中，所述过压保护模块包括电阻分压网络，且所述电阻分压网络包括高压电阻。

优选地，所述过压保护模块包括：

减法电路，用于将所述电源端的电压与所述过压检测端的电压进行相减，以获取所述LED灯珠的端电压；

迟滞比较器，而且，所述迟滞比较器的同相输入端连接所述减法电路的输出端，所述迟滞比较器的反相输入端输入参考电压，所述迟滞比较器的输出端连接所述功率开关管的栅极。

优选地，所述减法电路包括：第一分压单元、第二分压单元、第一电压转电流单元、第二电压转电流单元和电流采样电阻，而且，

所述第一分压单元的输入端连接所述电源端，所述第一分压单元的输出端连接所述第一电压转电流单元的输入端；所述第二分压单元的输入端连接所述过压检测端，所述第二分压单元的输出端连接所述第二电压转电流单元的输入端；所述电流采样电阻的第一端分别连接所述第一电压转电流单元的输出端、所述第二电压转电流单元的输出端及所述迟滞比较器的同相输入端相连。

优选地，所述第一分压单元包括第一电阻、第二电阻，而且，所述第一电阻的第一端连接所述电源端，所述第一电阻的第二端通过所述第二电阻接地；

所述第二分压单元包括第三电阻、第四电阻，而且，所述第三电阻的第一端连接所述过压检测端，所述第三电阻的第二端通过所述第四电阻接地。

优选地，所述第一电压转电流单元包括第一误差放大器、第五电阻以及由第一PMOS管和第二PMOS管组成的第一电流镜，而且，所述第一误差放大器的第一输入端连接所述第一电阻和所述第二电阻的连接点，所述第一误差放大器的输出端分别连接所述第一PMOS管的栅极和所述第二PMOS管的栅极，所述第一PMOS管漏极和所述第一误差放大器的第二输入端一并通过所述第五电阻接地，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极接高电平；

所述第二电压转电流单元包括第二误差放大器、第六电阻、由第三PMOS管和第四PMOS管组成的第二电流镜、以及由第一NMOS管和第二NMOS管组成的第三电流镜，而且，所述第二误差放大器的第一输入端连接所述第三电阻和所述第四电阻的连接点，所述第二误差放大器的输出端分别连接所述第三PMOS管的栅极和所述第四PMOS管的栅极，所述第三PMOS管漏极和所述第二误差放大器的第二输入端一并通过所述第六电阻接地，所述第三PMOS管的源极和所述第四PMOS管的源极接高电平，所述第四PMOS管的漏极分别连接所述第一NMOS管的漏极、所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的源极及所述第二NMOS管的源极接地；

所述电流采样电阻的第一端分别连接所述第二NMOS管的漏极、所述第二PMOS管的漏极。

本发明还构造一种LED驱动电源，与LED灯珠连接，包括：续流二极管、电感、电流检测电阻和以上所述的控制器，其中，所述续流二极管的阴极、所述控制器的电源端、所述LED灯珠的正端分别接入输入电压的正端，所述控制器的驱动端连接所述续流二极管的阳极及所述电感的第一端，所述电感的第二端及所述控制器的过压检测端一并连接所述LED灯珠的负端，所述控制器的电流检测端通过所述电流检测电阻接地。

优选地，还包括整流桥，而且，所述整流桥的正输出端分别连接所述续流二极管的阴极、所述控制器的电源端、所述LED灯珠的正端。

优选地，还包括：

连接在所述整流桥的两输出端之间的第一电解电容；

连接在所述LED灯珠的两端之间的第二电解电容。

优选地，还包括：

连接在所述LED灯珠的两端之间的电阻。

实施本发明的技术方案，在LED驱动电源中，由于将控制器的电源端(HV)与过压检测端(OVP)分别与LED灯珠的正极和负极相连，所以，控制器内部的过压保护模块只要对电源端(HV)与过压检测端(OVP)的电压进行相减即可获得LED灯珠上的电压大小，然后再将其与预设电压进行比较，并根据比较结果控制功率开关管的通断。因此，能在整个开关周期实现LED灯珠上的电压检测，而且，电路结构简单，降低了LED驱动电源的成本和减小体积。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的LED驱动电源的电路结构图；

图2是现有的LED驱动电源的工作时序图；

图3是本发明LED驱动电源实施例一的电路结构图；

图4是本发明过压保护模块实施例一的电路结构图；

图5是本发明过压保护模块实施例二的电路结构图；

图6是本发明LED驱动电源的工作时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3是本发明LED驱动电源实施例一的电路结构图，该实施例的LED驱动电源连接LED灯珠308，用于对LED灯珠308进行恒流驱动。而且，在该实施例中，LED驱动电源包括整流桥301、续流二极管304、电感306、电流检测电阻305和控制器303，其中，控制器303进一步包括功率开关管(未示出)、电源端(HV)、过压检测端(OVP)、电流检测端(CS)及驱动端(Drain)。而且，整流桥301的两输入端分别连接交流电源300的两端，整流桥301的负输出端接地，整流桥301的正输出端分别连接续流二极管304的阴极、控制器303的电源端(HV)、LED灯珠308的正端，控制器303的驱动端(Drain)连接续流二极管304的阳极及电感306的第一端，电感306的第二端及控制器303的过压检测端(OVP)一并连接LED灯珠308的负端，控制器303的电流检测端(CS)通过电流检测电阻305接地。另外，第一电解电容302并联在整流桥301的两输出端之间，第二电解电容309并联在LED灯珠308的两端之间，电阻307并联在LED灯珠308的两端之间。在此需说明的是，在其它实施例中，LED驱动电源可直接接入直流电源，此时，无需设置整流桥301，这也在本发明的保护范围内。

另外，控制器303还包括过压保护模块，该过压保护模块用于根据电源端(HV)的电压与过压检测端(OVP)的电压计算LED灯珠308的端电压，而且，若判断该端电压超过第一预设电压，则控制功率开关管关断，若判断该端电压低于第二预设电压，则控制功率开关管开通，其中，第一预设电压大于第二预设电压。

在一个可选实施例中，结合图4所示的过压保护模块，该实施例的过压保护模块包括减法电路400和迟滞比较器401，其中，减法电路400用于将电源端(HV)的电压与过压检测端(OVP)的电压进行相减，以获取LED灯珠308的端电压；迟滞比较器401的同相输入端连接减法电路400的输出端，迟滞比较器401的反相输入端输入参考电压Vref，迟滞比较器401的输出端连接功率开关管的栅极，用于输出开关控制信号(ovp_output)，以控制功率开关管的开与关。

在该实施例中，减法电路400的第一输入端(in1)与控制器303的电源端(HV)相连，减法电路400的第二输入端(in2)与控制器303的过压检测端(OVP)相连，减法电路400的功能是实现控制器303的电源端(HV)的电压与其过压检测端(OVP)的电压相减，输出的差值信号即为LED灯珠308的端电压，该差值信号输入到迟滞比较器401的同相输入端，迟滞比较器401的反相输入端与控制器303的参考电压Vref相连，Vref即为过压保护电压。当该差值信号达到过压保护点(即，超过参考电压Vref时)时，迟滞比较器401输出高电平，该电平用于控制功率开关管关断，整个LED驱动电源停止工作，进入过压保护模式。

结合图6，控制器303的电源端(HV)的电压如波形600所示，控制器303的过压检测端(OVP)的电压如波形601所示，当两者相减的差值达到Vo_max时，例如T1时刻或T3时刻，进入过压保护模式，在过压保护模式中，控制器303持续对LED灯珠308的端电压进行检测比较，由于假负载对输出电容持续放电，LED灯珠308的端电压会逐渐变小，当LED灯珠308的端电压减小到Vo_min时，例如T2时刻，迟滞比较器401的输出信号(ovp_output)从高电平变成低电平，如波形602所示，控制器303又重新工作，LED灯珠308的端电压又开始从Vo_min上升到Vo_max，LED驱动电源又重新进入过压保护模式中。

在一个可选实施例中，结合图5所示的过压保护模块，该实施例的过压保护模块包括减法电路和迟滞比较器515，该减法电路包括：第一分压单元、第二分压单元、第一电压转电流单元、第二电压转电流单元和电流采样电阻514。而且，在该实施例中，第一分压单元的输入端连接电源端(HV)，第一分压单元的输出端连接第一电压转电流单元的输入端；第二分压单元的输入端连接过压检测端(OVP)，第二分压单元的输出端连接第二电压转电流单元的输入端；电流采样电阻514的第一端分别连接第一电压转电流单元的输出端、第二电压转电流单元的输出端及迟滞比较器515的同相输入端相连，电流采样电阻514的第二端接地。

进一步地，第一分压单元包括第一电阻500、第二电阻501，而且，第一电阻500的第一端连接电源端(HV)，第一电阻500的第二端通过第二电阻501接地；第二分压单元包括第三电阻502、第四电阻503，而且，第三电阻502的第一端连接过压检测端(OVP)，第三电阻502的第二端通过第四电阻503接地。

进一步地，第一电压转电流单元包括第一误差放大器504、第五电阻507以及由第一PMOS管506和第二PMOS管510组成的第一电流镜，而且，第一误差放大器504的第一输入端连接第一电阻500和第二电阻501的连接点，第一误差放大器504的输出端分别连接第一PMOS管506的栅极和第二PMOS管510的栅极，第一PMOS管506漏极和第一误差放大器504的第二输入端一并通过第五电阻507接地，第一PMOS管506的源极和第二PMOS管510的源极接高电平(vdd)。第二电压转电流单元包括第二误差放大器505、第六电阻509、由第三PMOS管508和第四PMOS管511组成的第二电流镜、以及由第一NMOS管512和第二NMOS管513组成的第三电流镜，而且，第二误差放大器505的第一输入端连接第三电阻502和第四电阻503的连接点，第二误差放大器505的输出端分别连接第三PMOS管508的栅极和第四PMOS管511的栅极，第三PMOS管508漏极和第二误差放大器505的第二输入端一并通过第六电阻509接地，第三PMOS管508的源极和第四PMOS管511的源极接高电平(vdd)，第四PMOS管511的漏极分别连接第一NMOS管512的漏极、第一NMOS管512的栅极和第二NMOS管513的栅极，第一NMOS管512的源极及第二NMOS管513的源极接地。电流采样电阻514的第一端分别连接第二NMOS管513的漏极、第二PMOS管510的漏极，电流采样电阻514的第二端接地。

在该实施例中，该减法电路的基本原理是先分别把控制器303的电源端(HV)的电压和过压检测端(OVP)的电压转换成电流，然后用电源端(HV)的电压转换过来的电流减去过压检测端(OVP)的电压转换过来的电流，所获得的电流差流经电流采样电阻514后产生电压，该电压即为控制器303的电源端(HV)和过压检测端(OVP)的电压差，该电压差用于跟控制器303内部的参考电压进行比较。

而且，根据非隔离降压型电路的工作原理，与控制器303的电源端(HV)和过压检测端(OVP)相连的电路节点都为高压点，所以控制器303的电源端(HV)和过压检测端(OVP)必须能承受高压，因此，该实施例的减法电路在电源端(HV)和过压检测端(OVP)都采用电阻分压网络，把电源端(HV)和过压检测端(OVP)的电压分压后再输入到内部的电路中，具体地，分压单元中的第一电阻500和第三电阻502均为高压电阻，该电阻可以承受500V以上的电压，并且可以直接集成到控制器芯片上，分压单元中的第二电阻501和第四电阻503均为低压电阻。而且，优选地，第一电阻500和第三电阻502的电阻值相同，第二电阻501和第四电阻503的电阻值也是相同的。考虑到温度系数，第一至四电阻500—503为同一类型的电阻。控制器303的电源端(HV)和过压检测端(OVP)的电压分别经过相应的分压单元后输入到相应的电压转电流单元中，与电源端(HV)对应的第一电压转电流单元的输出电流为Ihv，与过压检测端(OVP)对应的第二电压转电流单元的输出电流为Iovp。具体地，第一误差放大器504、第五电阻507和第一PMOS管506组成电压缓冲器，该电压缓冲器的输出端为第五电阻507和第一PMOS管506相连的点，该点电压为HV*(R501/(R501+R500))，流经第五电阻507的电流为：HV*(R501/(R501+R500))/R507，该电流经过由第一PMOS管506和第二PMOS管510组成的电流镜后得到电流Ihv＝HV*(R501/(R501+R500))/R507。同样地，可以得到Iovp＝OVP*(R503/(R502+R503))/R509。然后，根据电路原理，Ihv和Iovp的电流差为Iout，该电流流经电流采样电阻514后，产生的电压即为HV和OVP分压后的电压差。另外，为了保证准确性和考虑到温度系数，第五电阻507、第六电阻509和电流采样电阻514必须为同一种温度系数的电阻类型，而且需要在画版图时需要考虑匹配的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种LED驱动电源的控制器，包括功率开关管、及与LED灯珠的正端相连的电源端，其特征在于，还包括：

与所述LED灯珠的负端相连的过压检测端；

过压保护模块，在整个开关周期检测所述电源端的电压与所述过压检测端的电压，并计算所述LED灯珠的端电压，而且，若判断所述端电压超过第一预设电压，则控制所述功率开关管关断，若判断所述端电压低于第二预设电压，则控制所述功率开关管开通，所述第一预设电压大于所述第二预设电压，其中，所述过压保护模块包括电阻分压网络，且所述电阻分压网络包括高压电阻，所述高压电阻与所述控制器集成在同一芯片上。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述过压保护模块包括：

减法电路，用于将所述电源端的电压与所述过压检测端的电压进行相减，以获取所述LED灯珠的端电压；

迟滞比较器，而且，所述迟滞比较器的同相输入端连接所述减法电路的输出端，所述迟滞比较器的反相输入端输入参考电压，所述迟滞比较器的输出端连接所述功率开关管的栅极。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述减法电路包括：第一分压单元、第二分压单元、第一电压转电流单元、第二电压转电流单元和电流采样电阻(514)，而且，

所述第一分压单元的输入端连接所述电源端，所述第一分压单元的输出端连接所述第一电压转电流单元的输入端；所述第二分压单元的输入端连接所述过压检测端，所述第二分压单元的输出端连接所述第二电压转电流单元的输入端；所述电流采样电阻的第一端分别连接所述第一电压转电流单元的输出端、所述第二电压转电流单元的输出端及所述迟滞比较器的同相输入端相连。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，

所述第一分压单元包括第一电阻(500)、第二电阻(501)，而且，所述第一电阻(500)的第一端连接所述电源端，所述第一电阻(500)的第二端通过所述第二电阻(501)接地；

所述第二分压单元包括第三电阻(502)、第四电阻(503)，而且，所述第三电阻(502)的第一端连接所述过压检测端，所述第三电阻(502)的第二端通过所述第四电阻(503)接地。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，

所述第一电压转电流单元包括第一误差放大器(504)、第五电阻(507)以及由第一PMOS管(506)和第二PMOS管(510)组成的第一电流镜，而且，所述第一误差放大器(504)的第一输入端连接所述第一电阻(500)和所述第二电阻(501)的连接点，所述第一误差放大器(504)的输出端分别连接所述第一PMOS管(506)的栅极和所述第二PMOS管(510)的栅极，所述第一PMOS管(506)漏极和所述第一误差放大器(504)的第二输入端一并通过所述第五电阻(507)接地，所述第一PMOS管(506)的源极和所述第二PMOS管(510)的源极接高电平；

所述第二电压转电流单元包括第二误差放大器(505)、第六电阻(509)、由第三PMOS管(508)和第四PMOS管(511)组成的第二电流镜、以及由第一NMOS管(512)和第二NMOS管(513)组成的第三电流镜，而且，所述第二误差放大器(505)的第一输入端连接所述第三电阻(502)和所述第四电阻(503)的连接点，所述第二误差放大器(505)的输出端分别连接所述第三PMOS管(508)的栅极和所述第四PMOS管(511)的栅极，所述第三PMOS管(508)漏极和所述第二误差放大器(505)的第二输入端一并通过所述第六电阻(509)接地，所述第三PMOS管(508)的源极和所述第四PMOS管(511)的源极接高电平，所述第四PMOS管(511)的漏极分别连接所述第一NMOS管(512)的漏极、所述第一NMOS管(512)的栅极和所述第二NMOS管(513)的栅极，所述第一NMOS管(512)的源极及所述第二NMOS管(513)的源极接地；

所述电流采样电阻(514)的第一端分别连接所述第二NMOS管(513)的漏极、所述第二PMOS管(510)的漏极。

6.一种LED驱动电源，与LED灯珠(308)连接，其特征在于，包括：续流二极管(304)、电感(306)、电流检测电阻(305)和权利要求1-5任一项所述的控制器(303)，其中，所述续流二极管(304)的阴极、所述控制器(303)的电源端、所述LED灯珠(308)的正端分别接入输入电压的正端，所述控制器(303)的驱动端连接所述续流二极管(304)的阳极及所述电感(306)的第一端，所述电感(306)的第二端及所述控制器(303)的过压检测端一并连接所述LED灯珠(308)的负端，所述控制器(303)的电流检测端通过所述电流检测电阻(305)接地。

7.根据权利要求6所述的LED驱动电源，其特征在于，还包括整流桥(301)，而且，所述整流桥(301)的正输出端分别连接所述续流二极管(304)的阴极、所述控制器(303)的电源端、所述LED灯珠(308)的正端。

8.根据权利要求7所述的LED驱动电源，其特征在于，还包括：

连接在所述整流桥(301)的两输出端之间的第一电解电容(302)；

连接在所述LED灯珠(308)的两端之间的第二电解电容(309)。

9.根据权利要求6所述的LED驱动电源，其特征在于，还包括：

连接在所述LED灯珠(308)的两端之间的电阻(307)。

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