CN116367377A - 驱动led的开关电源及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种驱动LED的开关电源及控制方法，通过将补偿信号与表征输入电压信息的比例信号和表征输出电压信息的比例信号的差值进行比较，以产生PWM控制信号，PWM控制信号用以控制开关电源中开关管的开关动作，以使得所述开关电源的输出电流基本稳定，补偿信号表征所述开关电源的电感电流平均信号与预设的基准电流的差值信息。通过本申请的技术方案，在LED负载切换个数的过程中，通过将输出电压和输入电压的信息反馈至控制环路中，以使得PWM控制信号能快速体现输出电压和输入电压的变化信息，使得系统能快速获得接近稳态的开关占空比，从而控制电感电流快速稳定，输出电流稳定，系统动态响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种驱动LED的开关电源及控制方法。
背景技术
在LED驱动技术中，开关电源常被用于驱动LED发光，开关电源通过集成控制电路控制其开关管的开关动作，从而为LED提供工作电压和工作电流。
在一些LED灯串的应用场合，如采用LED灯串作为车载车灯时，车灯的亮度调节是通过调整LED灯串中亮灭的个数实现的，但在LED灯亮灭的个数变化时，容易引起其电流的波动，或者是在开关电源的输入电压或输出电压瞬时变化时，其电流也容易波动，因此希望提出一种能快速调整LED灯串的电流，使其在亮灭的个数调节时或输入信号、输出信号波动时，驱动LED的电压或电流信号能够快速响应，LED驱动电流能基本保持不变，从而快速达到稳定的工作要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种驱动LED的开关电源及控制方法，用以解决现有技术存在的LED电流容易波动的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种驱动LED的开关电源，其输入端接收输入电压，输出端连接LED负载，包括功率转换电路和控制电路，所述功率转换电路包括主功率开关管、续流开关管和电感，所述控制电路包括采样电路、误差放大电路和PWM控制电路，所述采样电路采样所述开关电源的输入电压和输出电压，以获得与输入电压成比例的斜坡信号和与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号，所述误差放大电路接收表征所述开关电源的电感电流平均值的采样信号与预设的基准电流，以获得误差补偿信号，所述PWM控制电路根据所述误差补偿信号、所述斜坡信号和所述第一比例电压信号产生PWM控制信号，所述PWM控制信号用以控制所述主功率开关管的开关动作，以获得稳定的输出信号。
优选地，所述误差补偿信号达到所述斜坡信号和所述第一比例电压信号的差值时，或者是所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和达到所述斜坡信号时，所述PWM控制信号用以控制所述功率开关管关断。
优选地，所述采样信号通过采样所述开关电源的电感电流或负载电流获得。
优选地，所述斜坡信号的斜率与所述输入电压成线性比例关系，比例系数为第二比例系数。
优选地，所述第一比例系数与所述第二比例系数相等。
优选地，所述PWM控制电路包括斜坡产生电路和PWM信号产生电路，所述斜坡产生电路根据所述第二比例系数产生斜坡信号，所述斜坡信号的幅值为所述第二比例系数与所述输入电压乘积之值，所述PWM信号产生电路接收所述斜坡信号、所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号，以获得所述PWM控制信号。
优选地，所述PWM信号产生电路将所述斜坡信号与所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和进行比较以产生所述PWM控制信号，或者是所述PWM信号产生电路将所述误差补偿信号与所述斜坡信号和所述第一比例电压信号之差进行比较以产生所述PWM控制信号。
优选地，所述斜坡信号为锯齿波信号或者三角波信号。
优选地，所述斜坡信号通过一个充电电流对充电电容的充电获得，所述充电电流为与所述输入电压成正比例。
优选地，PWM信号产生电路包括叠加电路和比较电路，所述叠加电路接收所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号，所述比较电路接收叠加电路的输出信号和所述斜坡信号，进行比较以产生所述PWM控制信号。
优选地，所述采样电路包括输入电压采样电路和输出电压采样电路，所述输入电压采样电路连接所述开关电源的输入端以获得与输入电压成第二比例系数的第二比例信号，所述输出电压采样电路连接所述开关电源的输出端以获得与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号。
优选地，所述LED负载包括多个LED灯构成的灯串，通过与多个LED灯并联或/和串联的开关控制所述多个LED灯的亮灭。
第二方面，提供一种驱动LED的开关电源的控制方法，开关电源的输入端接收输入电压，输出端连接LED负载，包括以下步骤：
采样所述开关电源的输入电压和输出电压，以获得与输入电压成比例的斜坡信号和与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号，接收表征所述开关电源的电感电流平均值的采样信号与预设的基准电流，以获得误差补偿信号，所述误差补偿信号达到所述斜坡信号和所述第一比例电压信号的差值时，或者是所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和达到所述斜坡信号时，所述PWM控制信号用以控制所述功率开关管关断，以获得稳定的输出信号。
优选地，其特征在于，所述采样信号通过采样电感电流或LED负载电流获得。
优选地，所述斜坡信号的斜率与所述输入电压成线性比例关系，比例系数为第二比例系数，所述第二比例系数与所述第一比例系数相等。
采用本发明的电路结构，通过PWM信号产生电路接收补偿信号、表征输入电压信息的比例信号和表征输出电压信息的比例信号，通过将补偿信号与表征输入电压信息的比例信号和表征输出电压信息的比例信号的差值进行比较，以产生PWM控制信号，PWM控制信号用以控制开关电源中开关管的开关动作，以使得所述开关电源的输出电流基本稳定，所述补偿信号表征所述开关电源的电感电流平均信号与预设的基准电流的差值信息。通过本申请的技术方案，在LED负载切换个数的过程中，通过将输出电压和输入电压的信息反馈至控制环路中，以使得PWM控制信号能快速体现输出电压和输入电压的变化信息，使得系统能快速获得接近稳态的开关占空比，从而控制电感电流快速稳定，输出电流稳定，系统动态响应速度快。
附图说明
图1为依据本发明的驱动LED的开关电源的电路框图；
图2为依据本发明的驱动LED的开关电源的实施例一的电路框图；
图3为图2中采样电路的具体电路图；
图4为图2中斜坡产生电路的具体电路图；
图5为依据图2的波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1为依据本发明的驱动LED驱动的开关电源的电路框图以及参考图2为依据本发明的驱动LED的开关电源的实施例一的电路框图，图4为图2中斜坡产生电路的具体电路图。如图1和图2，开关电源可以为由开关管M1、开关管M2和电感L1构成的降压开关电源，其输入端接收输入电源Vin，输出端产生输出电压Vo，以驱动LED负载，本实施例中，所述LED负载包括多个LED灯构成的灯串，通过与多个LED灯并联或/和串联的开关控制所述多个LED灯的亮灭，如开关S1、开关S2、开关S3控制对应的LED灯的亮灭。本实施例中的开关电源包括功率转换电路和控制电路，这里所述功率转换电路包括主功率开关管如M1、续流开关管如M2以及电感L1，控制电路控制主功率开关管M1和续流开关管M2的开关动作，以获得预期的输出电压和输出电流驱动LED负载。
本实施例中，所述控制电路包括采样电路、误差放大电路和PWM控制电路，所述采样电路采样所述开关电源的输入电压Vin和输出电压Vo，以获得与输入电压成比例的斜坡信号Vs和与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号，记为K1*Vo。这里，所述斜坡信号Vs的斜率与所述输入电压成线性比例关系，比例系数为第二比例系数K2。优选地，所述第一比例系数与所述第二比例系数相等，在替代的实施例中，所述第一比例系数与所述第二比例系数可以为相差较小的值。
参考图3为图2中采样电路的具体电路图，所述采样电路包括输入电压采样电路和输出电压采样电路，输入电压采样电路包括采样电阻R1和电阻R2，输出电压采样电路包括采样电阻R3和电阻R4，所述输入电压采样电路连接所述开关电源的输入端，所述输出电压采样电路连接所述开关电源的输出端，所述第一比例系数与所述第二比例系数可根据电阻R1、R2、R3和R4的阻值来设置大小。
继续参考图1和图2，所述PWM控制电路包括斜坡产生电路和PWM信号产生电路，所述斜坡产生电路根据所述第二比例系数产生斜坡信号，所述斜坡信号的幅值为所述第二比例系数与所述输入电压乘积之值，即为K2*Vin，所述PWM信号产生电路接收所述斜坡信号、所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号，以获得所述PWM控制信号，这里，所述PWM信号产生电路可以为比较电路。优选地，所述PWM信号产生电路将所述斜坡信号与所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和进行比较以产生所述PWM控制信号，或者是所述PWM信号产生电路将所述误差补偿信号与所述斜坡信号和所述第一比例电压信号之差进行比较以产生所述PWM控制信号，图2中将后一种情况为例进行示意，但两者的效果是一致。
本发明实施例中，所述斜坡信号为锯齿波信号或者三角波信号。参考图4为斜坡信号产生电路的一个实施例，通过一个充电电流对充电电容的充电获得，所述充电电流为与所述输入电压成正比例，如充电电流为K2*Vin/R，通过充电电流对电容C12的充放电，可获得与输入电压成比例的斜坡信号，这里，斜坡信号以锯齿波信号为例，当电容C12的电压升到电压幅值K2*Vin时，则关闭开关S11，电容C12的电荷进行放电。
参考图1和图2，所述误差放大电路接收所述开关电源的电感电流采样信号与预设的基准电流，其中，预设的基准电流为根据LED负载设定的期望的工作电流，以获得误差补偿信号，本实施例中所述电感电流采样信号为表征电感电流平均值的采样信号，可通过采样电感电流或采样LED电流获得。通过平均值的采样信号，可使得误差放大器能够很好通过补偿电路如RC补偿进行调整，而调动幅度不会很大，容易操作。
优选地，所述PWM控制电路根据所述误差补偿信号、所述斜坡信号和所述第一比例电压信号产生PWM控制信号，所述PWM控制信号用以控制所述功率开关管的开关动作，以获得稳定的输出信号。具体地，所述误差补偿信号达到所述斜坡信号和所述第一比例电压信号的差值时，或者是所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和达到所述斜坡信号时，所述PWM控制信号用以控制所述功率开关管关断。以图2为例，PWM信号产生电路包括叠加电路和比较电路，所述叠加电路接收所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号，所述比较电路接收叠加电路的输出信号和所述斜坡信号，进行比较以产生所述PWM控制信号。在替代的实施例中，PWM信号产生电路可以包括减法电路和比较电路，原理如上。
参照图5为依据图2的波形图，Vc为误差放大器的误差补偿信号，其叠加与输出电压成比例的第一比例电压信号K1*Vo，得到叠加信号Vd，斜坡信号上升的幅值为K2*Vin，将斜坡信号与叠加信号进行比较，当斜坡信号上升达到叠加信号时，PWM控制信号变为低，控制主功率开关管关断，当PWM控制信号为高时，主功率开关管导通，PWM控制信号的上升沿可以通过时钟信号实现。如此，通过上述方式，可获得与输入电压和输出电压均相关联的占空比。
通过本发明的实施例，开关电源的占空比通过斜坡信号和第一比例电压信号进行调节，而斜坡信号与输入电压成比例，第一比例电压信号与输出电压成比例，可推知，本实施例中，占空比与输入电压成反比，与输出电压成正比，即实现了降压开关电源的占空比表达公式，本申请巧妙的通过将输入电压和输出电压引入控制环路中，且外环通过平均电流的电流环控制，非常好的实现了系统的动态响应快，控制稳定的目的。对于负载为LED负载来说，由于其自身压降的确定性，在负载数量变化的情况下，可很好的确定输出电压的大小，从而在环路控制时，更精确的反馈输出电压，控制精确，效果好。
综上所述，通过将补偿信号与表征输入电压信息的比例信号和表征输出电压信息的比例信号的差值进行比较，以产生PWM控制信号，PWM控制信号用以控制开关电源中开关管的开关动作，以使得所述开关电源的输出电流基本稳定，所述补偿信号表征所述开关电源的电感电流平均信号与预设的基准电流的差值信息。通过本申请的技术方案，在LED负载切换个数的过程中，通过将输出电压和输入电压的信息反馈至控制环路中，以使得PWM控制信号能快速体现输出电压和输入电压的变化信息，使得系统能快速获得接近稳态的开关占空比，从而控制电感电流快速稳定，输出电流稳定，系统动态响应速度快
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种驱动LED的开关电源，其输入端接收输入电压，输出端连接LED负载，其特征在于，包括功率转换电路和控制电路，
所述功率转换电路包括主功率开关管、续流开关管和电感，
所述控制电路包括采样电路、误差放大电路和PWM控制电路，
所述采样电路采样所述开关电源的输入电压和输出电压，以获得与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号和与输入电压成比例的第二比例电压信号，
所述误差放大电路接收表征所述开关电源的电感电流平均值的采样信号与预设的基准电流，以获得误差补偿信号，
所述PWM控制电路根据所述误差补偿信号、所述斜坡信号和所述第一比例电压信号产生PWM控制信号，所述PWM控制信号用以控制所述主功率开关管的开关动作，以获得稳定的输出信号。
2.根据权利要求1所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述误差补偿信号达到所述斜坡信号和所述第一比例电压信号的差值时，或者是所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和达到所述斜坡信号时，所述PWM控制信号用以控制所述功率开关管关断。
3.根据权利要求1所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述采样信号通过采样所述开关电源的电感电流或负载电流获得。
4.根据权利要求1所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述斜坡信号的斜率与所述输入电压成线性比例关系，比例系数为第二比例系数。
5.根据权利要求4所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述第一比例系数与所述第二比例系数相等。
6.根据权利要求4所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述PWM控制电路包括斜坡产生电路和PWM信号产生电路，
所述斜坡产生电路根据所述第二比例电压信号产生斜坡信号，所述斜坡信号的幅值为所述第二比例系数与所述输入电压乘积之值，
所述PWM信号产生电路接收所述斜坡信号、所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号，以获得所述PWM控制信号。
7.根据权利要求6所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述PWM信号产生电路将所述斜坡信号与所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和进行比较以产生所述PWM控制信号，或者是
所述PWM信号产生电路将所述误差补偿信号与所述斜坡信号和所述第一比例电压信号之差进行比较以产生所述PWM控制信号。
8.根据权利要求1所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述斜坡信号为锯齿波信号或者三角波信号。
9.根据权利要求6所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述斜坡信号通过一个充电电流对充电电容的充电获得，
所述充电电流为与所述输入电压成正比例。
10.根据权利要求6所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，PWM信号产生电路包括叠加电路和比较电路，
所述叠加电路接收所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号，
所述比较电路接收叠加电路的输出信号和所述斜坡信号，进行比较以产生所述PWM控制信号。
11.根据权利要求4所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述采样电路包括输入电压采样电路和输出电压采样电路，
所述输入电压采样电路连接所述开关电源的输入端以获得与输入电压成第二比例系数的第二比例信号，
所述输出电压采样电路连接所述开关电源的输出端以获得与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号。
12.根据权利要求1所述的驱动LED的开关电源，其特征在于，所述LED负载包括多个LED灯构成的灯串，通过与多个LED灯并联或/和串联的开关控制所述多个LED灯的亮灭。
13.一种驱动LED的开关电源的控制方法，开关电源的输入端接收输入电压，输出端连接LED负载，包括以下步骤：
采样所述开关电源的输入电压和输出电压，以获得与输入电压成比例的斜坡信号和与输出电压成第一比例系数的第一比例电压信号，
接收表征所述开关电源的电感电流平均值的采样信号与预设的基准电流，以获得误差补偿信号，
所述误差补偿信号达到所述斜坡信号和所述第一比例电压信号的差值时，或者是所述误差补偿信号和所述第一比例电压信号之和达到所述斜坡信号时，所述PWM控制信号用以控制所述功率开关管关断，以获得稳定的输出信号。
14.根据权利要求13所述的驱动LED的开关电源的控制方法，其特征在于，所述采样信号通过采样电感电流或LED负载电流获得。
15.根据权利要求13所述的驱动LED的开关电源的控制方法，所述斜坡信号的斜率与所述输入电压成线性比例关系，比例系数为第二比例系数，
所述第二比例系数与所述第一比例系数相等。
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