CN112601322A - 一种降压型同步整流led恒流控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降压型同步整流LED恒流控制技术，包括VDMOS器件、LDMOS器件、比较放大单元、斜波控制单元、PWM比较器、同步整流驱动控制器和LED灯串单元，由于不需要检测上管电流，上管可以替代成导通电阻更小的VDMOS器件，降低了导通损耗，提升效率，减小发热。系统的散热成本降低，可靠性提高；芯片同时集成上下管开关，减小系统体积；相比传统单芯片同步整流架构，分立上管VDMOS成本远低于同性能集成LDMOS，降低了芯片总体成本。

Description

一种降压型同步整流LED恒流控制电路

技术领域

本发明涉及一种恒流控制技术，具体涉及一种降压型同步整流LED恒流控制电路。

背景技术

在我国，传统的40V/3A降压型LED恒流驱动芯片通常是基于异步降压型架构，芯片只集成上管和控制器，片外反馈电压VFB同内部基准电压ref比较放大，生成模拟控制电压信号comp；上管电流在芯片内部被采样放大成vsen信号，vsen信号加入斜率补偿后得到电流环路反馈信号slp；把slp信号同comp信号送入PWM比较器，得到环路占空比控制信号pwm，该pwm信号经过功率级放大成SW开关波形，SW对功率电感进行反复充放电，从而调整功率电感上的平均电流，因为LED灯串同功率电管串联，就达到控制LED灯串平均电流的目的。

传统异步降压型驱动芯片下管开关使用外部肖特基二极管，因为肖特基二极管正向压降约0.4V，高于同步整流MOS开关正向压降(50m Ohm导通电阻，3A电流，正向压降为0.15V)，导致转换效率明显低于下管使用MOS开关的同步整流方案。同时，外置肖特基二极管会占用一些PCB面积，不利于缩小系统体积。

在LED车灯中，通常是2颗或3颗白光LED灯串联，LED灯串正向压降6V～9V，导通电流3A左右。车灯供电电源典型值为12V，考虑到启动和抛载情况，LED驱动芯片供电电源范围为6V～36V；上下管功率开关需要耐压40V，因为垂直型VDMOS器件与平面集成电路工艺不兼容，所以集成上下管的LED驱动器只能选用导通电阻更高的横向LDMOS器件，功能管打线根数受到打线角度限制不能太多，这都导致驱动器整体导通电阻大，转换效率降低。

采用本发明的技术，不需要检测上管电流信号，可以将上管替换成低导通电阻VDMOS器件，下管LDMOS和控制器集成在一颗芯片上，两者通过打线合封到同一个封装体内，降低总体损耗，也降低了系统的体积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统异步降压型驱动芯片体积大和驱动器整体导通电阻大、转换效率低的问题，目的在于提供一种降压型同步整流LED恒流控制电路，不需要检测上管电流信号，可以将上管替换成低导通电阻VDMOS器件，下管LDMOS和控制器集成在一颗芯片上，两者通过打线合封到同一个封装体内，降低总体损耗，也降低了系统的体积。

本发明通过下述技术方案实现：

一种降压型同步整流LED恒流控制技术，包括VDMOS器件、LDMOS器件、比较放大单元、斜波控制单元、PWM比较器、同步整流驱动控制器和LED灯串单元，所述比较放大单元控制PMW比较器的正输入端，所述斜波控制单元控制PWM比较器的负输入端；所述PWM比较器的输出端口连接同步整流驱动控制器的输入端口1，所述同步整流驱动控制器的输出端口1连接VDMOS器件的栅极，所述VDMOS器件的漏极连接VIN，所述VDMOS器件的源极同时连接LDMOS器件的漏极和同步整流驱动控制器的输出端口4所述同步整流驱动控制器的输出端口4SW控制LED灯串单元；所述同步整流驱动控制器的输出端口5接LDMOS器件的栅极，所述LDMOS器件的漏极连接同步整流驱动控制器的输出端口4所述LDMOS器件的源极接地；所述同步整流驱动控制器连接BST；由于不需要检测上管电流，上管可以替代成导通电阻更小的VDMOS器件，降低了导通损耗，提升效率，减小发热。系统的散热成本降低，可靠性提高；芯片同时集成上下管开关，减小系统体积；相比传统单芯片同步整流架构，分立上管VDMOS成本远低于同性能集成LDMOS，降低了芯片总体成本。

其中，上管VDMOS为单独一颗芯片，下管LDMOS和控制器为另外一颗芯片，hgate上管栅极控制信号从控制器芯片通过打线连接到VDMOS芯片；VDMOS芯片背面为漏极，用导电胶粘结到VIN基岛，而控制器和下管芯片用非导电胶粘结到VIN基岛，所述斜波控制单元同时响应于同步整流驱动控制器的方波和LED灯串单元经VFB的反馈电压信息，所述比较放大单元经VFB响应于LED灯串单元的反馈电压信息。

进一步，所述LED灯串单元包括多个LED灯、电感L、电容Co和电阻Rs；所述多个LED灯串联连接，所述电感L的输入端连接SW，所述电感L的输出端口同时连接LED灯和电容Co的输入端，所述电阻Rs的输入端同时连接LED灯和电容Co的输出端所述Rs的输出端接地。

进一步，所述误差放大器的+输入端输入0.8V电压，调整SW的占空比改变电感L的充放电量，进一步控制LED灯串恒流。

进一步，所述比较放大单元包括电阻R1、电容C1、8倍预放大器、误差放大器和电容Cc，所述R1的输入端连接VFB，所述R1的输出端同时连接电容C1的一端和8倍放大器的输入端，所述电容C1的另一端接地，所述8倍放大器的输出端连接误差放大器的负输入端，所述误差放大器的输出端同时连接电容Cc的一端和PWM比较器的正输入端，所述电容Cc的另一端接地。

进一步，所述斜波控制单元包括二倍预放大器和振荡器，所述2倍放大器的输入端连接VFB，所述二倍放大器的输出端和振荡器的输出端同时生成slp，slp再连接到PWM比较器负输入端；所述振荡器的另一个输出端连接同步整流驱动控制器的输入端口2。

进一步，所述2倍预放大器输出内部电流感应信号vsen，所述vsen信号叠加振荡器输出的斜波ramp信号后得到斜波补偿信号slp。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

降压型同步整流恒流LED控制技术，可以为车灯LED驱动芯片带来以下效果：提高转换效率，由于不需要检测上管电流，上管可以替代成导通电阻更小的VDMOS器件，降低了导通损耗，提升效率，减小发热。系统的散热成本降低，可靠性提高；芯片同时集成上下管开关，减小系统体积；相比传统单芯片同步整流架构，分立上管VDMOS成本远低于同性能集成LDMOS，降低了芯片总体成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明降压型同步整流LED恒流控制技术原理示意图。

图2为本发明降压型同步整流LED恒流驱动芯片封装结构图。

图3为本发明降压型同步整流LED恒流控制功能框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明一种降压型同步整流LED恒流控制电路，该技术可以不检测上管电流信号，改用外部反馈电压VFB自生成模拟控制电压comp和斜率补偿电压slp，进而产生占空比pwm信号完成负反馈闭环控制功能。基于此技术，同步整流上管开关可以用导通电阻更小的垂直型VDMOS器件，下管和控制器则集成到一个芯片，两颗芯片在封装体内部通过打线完成电连接。

相比于传统异步降压转换器方案，本发明基于同步整流架构，如图2所示，同时集成了上下管功率开关，减小系统体积的同时提高了转换效率。相比于传统同步整流转换器方案，采用本发明的LED恒流驱动芯片，内部功率管导通电阻可以做得更小：上管VDMOS比集成电路平面工艺的LDMOS具有更佳的面积效率，且单位面积成本低于BCD工艺的控制器芯片；下管LDMOS可以有更多焊盘和打线根数，以此减小了打线电阻。综上，使用此技术的降压型同步整流LED恒流驱动芯片具有高效率，小体积，低成本等优势。

如图3所示，LED灯串和输出滤波电容Co并联，电感电流直流分量走LED灯串，电感电流交流分量走输出滤波电容Co，LED灯串和滤波电容Co底端同电流检测电阻Rs串联，Rs把电感电流转换成反馈电压送到芯片VFB引脚。VFB在芯片内部分为上下两路，上路为恒流控制支路，下路为电流环支路。控制支路作用是提取VFB电压信号的直流部分，并利用负反馈环路把VFB直流值设定到100mV；电流环支路作用是提供电流环高频反馈和稳定性补偿，两条支路共同决定同步整流转换器的pwm占空比信号。下面分别叙述恒流支路和电流环支路。恒流控制支路：VFB先通过R1，C1组成的一阶RC低通滤波器，把VFB中的交流分量衰减，保留直流分量，RC滤波器-3dB带宽设定到2倍环路总带宽处，提供足够衰减的同时而不影响环路响应时间。RC滤波之后的vfb1信号被8倍预放大器放大8倍得到芯片内部真正的反馈信号vfb2，8倍预放大器作用是把内部0.8V基准电压缩小8倍反映到VFB，降低电流感应电阻Rs的功耗，PRs＝0.1V*ILED。此外，针对VFB的100mV/±3％精度要求，8倍预防大器降低了0.8V基准电压和误差放大器失调电压的设计指标，只需要保证8倍预放大器自身失调电压足够低。vfb2送入到误差放大器负输入端，误差放大器正输入端接0.8V基准电压，vfb2和0.8V基准电压比较放大后得到模拟控制电压comp。电流环支路：VFB直接送到2倍预放大器放大2倍后输出内部电流感应信号vsen，2倍预放大器-3dB带宽设计成高于5倍开关频率，尽可能维持VFB中的高频分量，减小vsen波形失真；vsen叠加振荡器输出的斜坡信号ramp后得到斜率补偿信号slp。

从恒流控制支路输出的comp同从电流环支路输出的slp在PWM比较器中比较生成占空比控制信号pwm。pwm信号为低压5V控制信号，不具有功率输出功能，还需要通过同步整流驱动控制器分别生成上管栅极控制信号hgate和下管栅极控制信号lgate，hgate为pwm同相信号控制上管开关，lgate为pwm反相信号控制下管开关。5V低压pwm占空比信号就被上下管放大成VIN高压大电流占空比开关输出SW。功率电感L一端接SW，另一端接LED灯串和滤波电容Co顶端，通过调整SW占空比改变功率电感L充放电量，从而达到LED灯串恒流控制。

降压型同步整流LED恒流驱动芯片封装关系如图2所示，上管VDMOS为单独一颗芯片，下管LDMOS和控制器为另外一颗芯片，hgate上管栅极控制信号从控制器芯片通过打线连接到VDMOS芯片；VDMOS芯片背面为漏极，用导电胶粘结到VIN基岛，而控制器和下管芯片用非导电胶粘结到VIN基岛。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，包括VDMOS器件、LDMOS器件、比较放大单元、斜波控制单元、PWM比较器、同步整流驱动控制器和LED灯串单元，所述比较放大单元控制PMW比较器的+输入端，所述斜波控制单元控制PWM比较器的-输入端；所述PWM比较器的输出端口连接同步整流驱动控制器的输入端口1，所述同步整流驱动控制器的输出端口3连接VDMOS器件的栅极，所述VDMOS器件的漏极连接VIN，所述VDMOS器件的源极同时连接LDMOS器件的漏极和同步整流驱动控制器的输出端口4，所述同步整流驱动控制器的输出端口4经SW控制LED灯串单元；所述同步整流驱动控制器的输出端口5连接LDMOS器件的栅极，所述LDMOS器件的漏极连接同步整流驱动控制器的输出端口4，所述LDMOS器件的源极接地；所述同步整流驱动控制器连接BST；

其中，所述斜波控制单元同时响应于同步整流驱动控制器的方波和LED灯串单元经VFB的反馈电压信息，所述比较放大单元经VFB响应于LED灯串单元的反馈电压信息。

2.根据权利要求1所述的一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，所述LED灯串单元包括多个LED灯、电感L、电容Co和电阻Rs；所述多个LED灯串联连接，所述电感L的输入端连接SW，所述电感L的输出端口同时连接LED灯和电容Co的输入端，所述电阻Rs的输入端同时连接LED灯和电容Co的输出端所述Rs的输出端接地。

3.根据权利要求2所述的一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，所述误差放大器的+输入端输入0.8V电压。

4.根据权利要求2所述的一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，调整SW的占空比改变电感L的充放电量，进一步控制LED灯串恒流。

5.根据权利要求1所述的一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，所述比较放大单元包括电阻R1、电容C1、8倍预放大器、误差放大器和电容Cc，所述R1的输入端连接VFB，所述R1的输出端同时连接电容C1的一端和8倍放大器的输入端，所述电容C1的另一端接地，所述8倍放大器的输出端连接误差放大器的-输入端，所述误差放大器的输出端同时连接电容Cc的一端和PWM比较器的+输入端，所述电容Cc的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，所述斜波控制单元包括二倍预放大器和振荡器，所述2倍放大器的输入端连接VFB，所述二倍放大器的输出端和振荡器的输出端1同时连接PWM比较器的-输入端；所述振荡器的输出端2连接同步整流驱动控制器的输入端口2。

7.根据权利要求5所述的一种降压型同步整流LED恒流控制技术，其特征在于，所述2倍预放大器输出内部电流感应信号vsen，所述vsen信号叠加振荡器输出的斜波信号后得到斜波补偿信号slp。

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