CN113301690B

CN113301690B - 照明灯驱动芯片和驱动电路

Info

Publication number: CN113301690B
Application number: CN202110398681.1A
Authority: CN
Inventors: 黄沛胜; 师云鹏; 郑义杰
Original assignee: SHENZHEN SI SEMICONDUCTORS CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN SI SEMICONDUCTORS CO Ltd
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2041-04-14
Also published as: CN113301690A

Abstract

本申请涉及一种照明灯驱动芯片和驱动电路，该照明灯驱动芯片包括合封于封装体内的供电模块、偏置模块、逻辑控制模块、电流采样与监测模块、功率管、续流模块和逐流模块。电流采样与监测模块连接封装体的CS管脚，功率管和续流模块连接封装体的DRN管脚，续流模块、逐流模块和供电模块连接封装体的HV管脚，逐流模块还连接封装体的C+管脚和C‑管脚；C‑管脚用于通过第一电容组件连接整流电路，C+管脚用于通过第二电容组件接地。偏置模块连接供电模块和逻辑控制模块，逻辑控制模块连接电流采样与监测模块和功率管，功率管连接电流采样与监测模块。上述照明灯驱动芯片和驱动电路，可以加大交流输入电流的导通角度，有利于提高交流驱动电源的功率因素。

Description

照明灯驱动芯片和驱动电路

技术领域

本申请涉及光源驱动技术领域，特别是涉及一种照明灯驱动芯片和驱动电路。

背景技术

照明灯应用在我们生活的方方面面，家居生活、道路照明、大棚种植等都离不开照明灯。在照明灯的驱动过程中，需要将交流驱动电源进行整流后得到直流电输出至照明灯。

传统的照明灯驱动芯片，直接将外部整流电路整流后得到的直流电输出至照明灯，由于整流的过程伴随着能量的损耗，因此，传统的照明灯驱动电路，存在交流驱动电源的功率因素低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种照明灯驱动芯片和驱动电路，提高交流驱动电源的功率因素。

一种照明灯驱动芯片，包括合封于封装体内的供电模块、偏置模块、逻辑控制模块、电流采样与监测模块、功率管、续流模块和逐流模块；

所述电流采样与监测模块连接所述封装体的CS管脚，所述功率管和所述续流模块连接所述封装体的DRN管脚，所述续流模块、所述逐流模块和所述供电模块连接所述封装体的HV管脚，所述逐流模块还连接所述封装体的C+管脚和C-管脚；所述C-管脚用于通过第一电容组件连接整流电路，所述C+管脚用于通过第二电容组件接地；

所述偏置模块连接所述供电模块和所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块连接所述电流采样与监测模块和所述功率管，所述功率管连接所述电流采样与监测模块。

在其中一个实施例中，还包括合封于所述封装体内的前端消隐模块，所述前端消隐模块连接所述逻辑控制模块和所述电流采样与监测模块。

在其中一个实施例中，还包括合封于所述封装体内的过压保护模块，所述过压保护模块连接所述逻辑控制模块和所述封装体的ROVP管脚。

在其中一个实施例中，还包括合封于所述封装体内的欠压保护模块，所述欠压保护模块连接所述逻辑控制模块。

在其中一个实施例中，还包括合封于所述封装体内的过流过温保护模块，所述过流过温保护模块连接所述逻辑控制模块。

在其中一个实施例中，所述续流模块为续流二极管，所述续流二极管的正极连接所述DRN管脚，所述续流二极管的负极连接所述HV管脚。

在其中一个实施例中，所述功率管为MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)，所述MOSFET的栅极连接所述逻辑控制模块，所述MOSFET的第一端连接所述电流采样与监测模块，所述MOSFET的第二端连接所述DRN管脚。

在其中一个实施例中，所述逐流模块包括第一逐流二极管、第二逐流二极管和第三逐流二极管；所述第一逐流二极管的正极接地，所述第一逐流二极管的负极连接所述C-管脚和所述第二逐流二极管的正极，所述第二逐流二极管的负极连接所述C+管脚和所述第三逐流二极管的正极，所述第三逐流二极管的负极连接所述HV管脚。

一种照明灯驱动电路，包括整流电路、第一电容组件、第二电容组件、谐振组件和上述的照明灯驱动芯片；

所述整流电路的交流输入端用于连接交流驱动电源，所述整流电路的直流输出正极用于连接负载正极，所述整流电路的直流输出负极接地；

所述照明灯驱动芯片的C-管脚通过所述第一电容组件连接所述整流电路的直流输出正极；所述照明灯驱动芯片的C+管脚通过所述第二电容组件接地；所述照明灯驱动芯片的HV管脚连接所述整流电路的直流输出正极；所述照明灯驱动芯片的ROVP管脚和CS管脚接地；所述谐振组件连接所述整流电路的直流输出正极和所述照明灯驱动芯片的DRN管脚。

在其中一个实施例中，所述第一电容组件和所述第二电容组件均由电解电容构成。

上述照明灯驱动芯片，配置有逐流模块，与照明灯驱动芯片外部的第一电容组件和第二电容组件一起构成逐流电路，可以加大交流输入电流的导通角度，减小电流波形畸变，有利于提高交流驱动电源的功率因素。

附图说明

图1为一个实施例中照明灯驱动芯片的组成框图；

图2为一个实施例中照明灯驱动芯片的封装脚位图；

图3为一个实施例中照明灯驱动芯片的内部打线示意图；

图4为另一个实施例中照明灯驱动芯片的组成框图；

图5为一个实施例中逐流模块的结构示意图；

图6为一个实施例中照明灯驱动电路的结构示意图；

图7为一个实施例中逐流电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种照明灯驱动芯片，包括合封于封装体内的供电模块101、偏置模块102、逻辑控制模块103、电流采样与监测模块104、功率管106、续流模块107和逐流模块108。电流采样与监测模块104连接封装体的CS管脚，功率管106和续流模块107连接封装体的DRN管脚，续流模块107、逐流模块108和供电模块101连接封装体的HV管脚，逐流模块108还连接封装体的C+管脚和C-管脚。C-管脚用于通过第一电容组件连接整流电路，C+管脚用于通过第二电容组件接地。偏置模块102连接供电模块101和逻辑控制模块103，逻辑控制模块103连接电流采样与监测模块104和功率管106，功率管106连接电流采样与监测模块104。

其中，供电模块101可以是包含直流转换电路或稳压电路的电路模块。偏置模块102可以是包含多个开关管和电阻的电路模块，如带隙基准电路。进一步的，上述供电模块101和偏置模块102还可以集成在同一电路模块中，用于提供基准启动电压和偏置电压。逻辑控制模块103可以是包含多个逻辑门或MOSFET，可以实现逻辑运算功能的电路模块。电流采样与检测模块104可以是基于分流原理进行电流采样的电路模块，功率管106可以是三极管、MOSFET或其他类型的开关管。续流模块107可以是包含晶闸管或二极管的电路模块，且晶闸管或二极管的数量，可以是一个也可以是多个。逐流模块108可以是包含多个晶闸管或二极管的电路模块。总之，本实施例对上述各模块的电路构成均不作限定。

进一步的，该照明灯驱动芯片的封装体采用ASOP7外型封装，如图2所示，封装体上设置有七个管脚，分别为：高压供电端HV管脚、内部功率管接口端DRN管脚、电流采样端CS管脚、过压保护设置端ROVP管脚、第一电容组件接入端C-管脚、第二电容组件接入端C+管脚和接地端GND管脚。如图3所示，照明灯驱动芯片内部的各功能模块，以及各管脚之间通过金属引线连接。

具体的，HV管脚连接整流电路的输出端，供电模块101将整流电路通过HV管脚输入的直流电进行处理后，转换成需要的直流电，向照明灯驱动芯片的各模块供电。偏置模块102对供电模块101输出的电能进行转换，得到稳定的偏置电压提供给逻辑控制模块103。逻辑控制模块103获取工作所需电能后，根据电流采样与检测模块104输入的采样信号，向功率管106输出控制信号：当电流的采样信号低于预设阈值时，控制功率管106导通；当电流的采样信号大于或等于预设阈值时，控制功率管106关断。进一步的，逐流模块108与第一电容组件和第二电容组件一起，构成逐流电路，可以加大整流电路输入电流的导通角度，减小电流波形畸变，有利于提高交流驱动电源的功率因素。

上述照明灯驱动芯片，配置有逐流模块108，与照明灯驱动芯片外部的第一电容组件和第二电容组件一起构成逐流电路，可以加大交流输入电流的导通角度，减小电流波形畸变，有利于提高交流驱动电源的功率因素。

在一个实施例中，如图4所示，续流模块107为续流二极管D1，该续流二极管D1的正极连接DRN管脚，该续流二极管D1的负极连接HV管脚。

在一个实施例中，请继续参考图4，功率管106为MOSFET，该MOSFET的栅极连接逻辑控制模块103，该MOSFET的第一端连接电流采样与监测模块104，该MOSFET的第二端连接DRN管脚。

其中，MOSFET可以为NMOSFET或PMOSFET。MOSFET的第一端为电流流入端，MOSFET的第二端为电流流出端。具体的，如图4中，当功率管106为NMOSEFT时，MOS管Q1的栅极连接逻辑控制模块103，源极连接电流采样与监测模块104，漏极连接管脚DRN。

在一个实施例中，如图5所示，逐流模块108包括第一逐流二极管D2、第二逐流二极管D3和第三逐流二极管D4。第一逐流二极管D2的正极接地，第一逐流二极管D2的负极连接C-管脚和第二逐流二极管D3的正极，第二逐流二极管D3的负极连接C+管脚和第三逐流二极管D4的正极，第三逐流二极管D4的负极连接HV管脚。

如上文所述，逐流模块108与芯片外部的第一电容组件和第二电阻组件共同构成逐流电路。逐流电路可以将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，进而增大整流电路中整流二极管的导通角度，有利于减小电流波形畸变，从而提高驱动电源的功率因素。另外，正是由于电流波形畸变的减小，可以有效抑制谐波值，进一步提升照明驱动芯片的使用性能。

在一个实施例中，请继续参考图4，该照明灯驱动芯片还包括合封于封装体内的过压保护模块109，该过压保护模块109连接逻辑控制模块103和封装体的ROVP管脚。

其中，过压保护模块109是由开关管和比较器组成的电路模块。具体的，当输入电压高于比较器中预设的电压阈值时，向逻辑控制模块103输出过压警示，由逻辑控制模块103控制芯片关断，可以避免芯片内部器件损坏。进一步的，可以通过改变ROVP管脚外接电阻的阻值，调整过压保护中的电压阈值。

在一个实施例中，请继续参考图4，该照明灯驱动芯片还包括合封于封装体内的欠压保护模块110，该欠压保护模块110连接逻辑控制模块103。

具体的，当输入电压低于芯片内部电路模块的正常工作电压时，会使这些模块无法正常工作，导致芯片故障，引起芯片内部甚至芯片外部电路器件的损伤。因此，设计欠压保护模块110进行欠压保护。该欠压保护模块110可以由稳压管、二极管和稳压电阻等器件构成。

在一个实施例中，请继续参考图4，该照明灯驱动芯片还包括合封于封装体内的过流过温保护模块111，该过流过温保护模块111连接逻辑控制模块103。其中，过温过流保护模块111包括过温保护组件和过流保护组件。

一方面，芯片所处的环境本身温度过高，或者芯片内部的散热效果不好，都会引起芯片内部温度过高，造成电路中某些开关器件损坏，从而导致整个驱动电路无法正常工作。因此，配置过温保护组件进行过温保护。该过温保护组件包括温度传感单元和比较单元。该温度传感单元可以是包含热电偶或热敏电阻等热敏器件的电路单元，该比较单元可以是包含比较器、开关管、电阻等器件的电路单元。具体的，过温过流保护模块111用于检测芯片内部的温度，并将温度信号转换为电压或电流信号，表征芯片内部敏感元件的温度变化情况，当温度达到预设温度阈值时，向逻辑控制模块103输入过温示警信号，由逻辑控制模块控制芯片减小输出电流或者使芯片停止工作，从而确保芯片工作过程的稳定性和安全性。

另一方面，当驱动电路出现轻载或短路状况时，CS管脚接地，逻辑控制模块103无法通过电流监测控制功率管106关断，若不进行过流保护，就会导致功率管106因电流过大而损伤。其中，过流保护组件是由开关管和限流电阻组成的电路单元，通过检测输出电流确定芯片内部是否过流，当存在过流问题时，接入限流电阻或向逻辑控制模块103输入过流示警信号，控制功率管106关断。

上述实施例中，设计多种类型的保护模块进行异常情况的应对处理，有利于提高照明灯驱动芯片的使用可靠性，进而提高照明驱动电路的可靠性。

在一个实施例中，请继续参考图4，该照明灯驱动芯片还包括合封于封装体内的前端消隐模块105，该前端消隐模块105连接逻辑控制模块103和电流采样与监测模块104。

其中，前端消隐模块105是由比较器、开关管、电阻和电容等器件构成的电路模块。具体的，前端消隐模块105使电流采样与监测模块104在电路通路后，经过一端消隐时间才开始采样工作。这样，可以避免因通路瞬间产生的脉冲峰值电流，而导致逻辑控制模块103的判断错误，引起功率管106的误动作，有利于进一步提高照明灯驱动芯片的控制可靠性。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种照明灯驱动电路，包括整流电路201、第一电容组件202、第二电容组件203、谐振组件204和上述的照明灯驱动芯片U1。整流电路201的交流输入端用于连接交流驱动电源，整流电路201的直流输出正极用于连接负载正极，整流电路201的直流输出负极接地。照明灯驱动芯片U1的C-管脚通过第一电容组件202连接整流电路201的直流输出正极；照明灯驱动芯片U1的C+管脚通过第二电容组件203接地；照明灯驱动芯片U1的HV管脚连接整流电路201的直流输出正极；照明灯驱动芯片U1的ROVP管脚和CS管脚接地；谐振组件204连接整流电路201的直流输出正极和照明灯驱动芯片U1的DRN管脚。

其中，整流电路201可以是全桥整流电路或半桥整流电路。第一电容组件202和第二电容组件203都可以是有一个或多个电容组成的电路组件，且多个电容的连接方式，可以是串联、并联或混联。进一步的，上述电容可以为极性电容也可以为非极性电容。在一个实施例中，第一电容组件202和第二电容组件203均由电解电容构成。此外，谐振组件204可以是串联谐振电路或并联谐振电路。可以理解，负载可以是各种类型的照明灯，例如LED(light-emitting diode，发光二极管)、荧光灯或卤素灯等。

具体的，交流驱动电源输入的正弦信号F1通过整流电路201处理后，一方面向照明驱动芯片U1提供工作电能，另一方面向负载供能。谐振组件204使照明灯驱动芯片U1工作于准谐振模式，第一电容组件202和第二电容组件203与照明驱动芯片U1内部的逐流模块一起，构成逐流电路。

在一个实施例中，如图6所示，整流电路201为全桥整流电路，包括首尾相连的四个整流二极管D5、D6、D7和D8，D5和D7的公共端为第一交流输入端，D6和D8的公共端为第二交流输入端，D5和D8的公共端为直流输出正极，D6和D7的公共端为直流输出负极，直流输出正极连接第一电容组件202、谐振组件204、照明灯驱动芯片U1和负载正极，直流输出负极接地。第一电容组件202为第一电容C1，第二电容组件203为第二电容C2，且第一电容C1和第二电容C2均为电解电容。谐振组件204为第三电容C3和电感L1。第三电容C3和电感L1串联，形成的公共端连接负载负极；第三电容C3的另一端连接整流电路201的直流输出正极，电感L1的另一端连接照明灯驱动芯片U1的DRN管脚。照明灯驱动芯片U1的C-管脚通过第一电容C1连接整流电路201的直流输出正极；照明灯驱动芯片U1的C+管脚通过第二电容C2接地；照明灯驱动芯片U1的HV管脚连接整流电路201的直流输出正极。

具体的，照明灯驱动芯片U1通过HV管脚获取工作电压后，逻辑控制模块103输出控制脉冲，功率管106导通，电感L1有电流流过，开始蓄能。当电流采样与监测模块104的采样信号大于或等于预设阈值时，逻辑控制模块103控制功率管106关断，电感L1的放电电流通过内置的续流模块107，流向HV管脚，回到与整流电路201直流输出端连接的第一电容C1和第三电容C3，可以避免功率管106过流损伤。

进一步的，在一个实施例中，照明驱动电路还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电容C4。照明灯驱动芯片U1的ROVP管脚通过第一电阻R1接地；照明灯驱动芯片U1的CS管脚通过第二电阻R2接地；第三电阻R3和第三电容C3并联；第四电容C4的一端连接负载正极，第四电容的另一端接地。

下面结合图6和图7，对逐流电路的具体工作过程进行说明。如图7所示，照明灯驱动芯片U1内部的第一逐流二极管D2、第二逐流二极管D3和第三逐流二极管D4，与芯片外部的第一电容C1和第二电容C2一起，构成逐流电路。

具体的，在交流电压V_AC从零向峰值变化的1/4周期内，整流电路201中的二极管D5和二极管D7正向偏置导通，二极管D6和二极管D8反向截止。交流驱动电源提供的电流，经过第二逐流二极管D3向第一电容C1和第二电容C2充电，在交流电压上升到峰值电压V_m时，第一电容C1和第二电容C2上的电压均越为1/2V_m，即此时直流输出电压V_AC约等于V_m。当V_AC下降时，第一电容C1通过第一逐流二极管D2向负载放电，且放电速度比V_AC下降得快，直到V_AC＝1/2V_m，在此期间，二极管D5和二极管D7一直保持导通。当V_AC小于1/2V_m时，第三逐流二极管D4正向导通，第二电容C2向负载放电。当V_AC小于V_DC时，二极管D5和二极管D7截止，出现电流过零区。

同样的，在V_AC的负半周期，二极管D5和二极管D7反向截止，在开始一段时间V_AC小于V_DC，二极管D6和二极管D8仍然反偏不能马上导通，电流继续中断，只要V_AC高于V_DC的输出最小值，二极管D6和二极管D8就开始导通，交流驱动电源再一次对第一电容C1和第二电容C2充电。如此周而复始，可以将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，增大整流二极管的导通角度，减小电流过零区，有利于减小电流波形畸变，从而提高驱动电源的功率因素。

在一个实施例中，上述照明灯驱动电路应用于10-25W的LED驱动电源，功率因素值大于0.7，满载时频闪Pst LM≤1.0，满载时频闪效应SVM≤0.4；谐波满足新欧规以上的三种要求中任意一种。

上述照明灯驱动电路，照明灯驱动芯片U1内部的逐流模块，与照明灯驱动芯片外部的第一电容C1和第二电容C2一起构成逐流电路，可以加大整流电路201输入电流的导通角度，减小电流波形畸变，有利于提高交流驱动电源的功率因素。进一步的，由于输入电流波形畸变越大，谐波值越大，而逐流电路能加大导通角度，减小畸变程度，虽不能使得电流波形彻底跟随输入电压波形变化，依旧能有效抑制谐波值，大幅降低谐波值，从而使电路可以满足新欧规谐波要求。更进一步的，第一电容C1和第二电容C2均为大容值的电解电容，可以使得母线电压波形较为平直，有利于降低电路的频闪效应，使电路满足新欧规频闪要求。此外，正是由于对照明灯驱动芯片的内部结构进行了合理设计，使得外围电路简单，可以方便器件布局，降低电路生产成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上该实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种照明灯驱动芯片，其特征在于，包括合封于封装体内的供电模块、偏置模块、逻辑控制模块、电流采样与监测模块、功率管、续流模块、逐流模块和前端消隐模块；所述封装体采用ASOP7外型封装；

所述逐流模块包括第一逐流二极管、第二逐流二极管和第三逐流二极管；所述第一逐流二极管的正极接地，所述第一逐流二极管的负极连接所述C-管脚和所述第二逐流二极管的正极，所述第二逐流二极管的负极连接所述C+管脚和所述第三逐流二极管的正极，所述第三逐流二极管的负极连接所述HV管脚；

所述偏置模块连接所述供电模块和所述逻辑控制模块，所述逻辑控制模块连接所述电流采样与监测模块和所述功率管，所述功率管连接所述电流采样与监测模块；所述偏置模块对所述供电模块输出的电能进行转换，得到稳定的偏置电压提供给所述逻辑控制模块；

所述前端消隐模块连接所述逻辑控制模块和所述电流采样与监测模块，用于使所述电流采样与监测模块在电路导通后，经过一段消隐时间才开始采样工作。

2.根据权利要求1所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，还包括合封于所述封装体内的过压保护模块，所述过压保护模块连接所述逻辑控制模块和所述封装体的ROVP管脚。

3.根据权利要求1所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，还包括合封于所述封装体内的欠压保护模块，所述欠压保护模块连接所述逻辑控制模块。

4.根据权利要求1所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，还包括合封于所述封装体内的过流过温保护模块，所述过流过温保护模块连接所述逻辑控制模块。

5.根据权利要求1所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，所述前端消隐模块包括比较器、开关管、电阻和电容。

6.根据权利要求1所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，所述续流模块为续流二极管，所述续流二极管的正极连接所述DRN管脚，所述续流二极管的负极连接所述HV管脚。

7.根据权利要求1所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，所述功率管为MOSFET，所述MOSFET的栅极连接所述逻辑控制模块，所述MOSFET的第一端连接所述电流采样与监测模块，所述MOSFET的第二端连接所述DRN管脚。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的照明灯驱动芯片，其特征在于，所述供电模块和所述偏置模块集成在同一电路模块中，用于提供基准启动电压和偏置电压。

9.一种照明灯驱动电路，其特征在于，包括整流电路、第一电容组件、第二电容组件、谐振组件和如权利要求1至8任意一项所述的照明灯驱动芯片；

10.根据权利要求9所述的照明灯驱动电路，其特征在于，所述第一电容组件和所述第二电容组件均由电解电容构成。