CN201839475U - 一种led调光驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种LED调光驱动系统,该驱动系统包含PFC级和LED驱动器级,其中LED驱动器级包含一个隔离式变换器和控制器。控制器接收调光信号对背光LED组进行调光,同时控制隔离式变换器的输出电流。本实用新型简化了控制系统,将三级控制简化为两级控制,减少了系统部件,同时提高了效率。

Description

一种LED调光驱动系统
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及LED电源,具体涉及LED电源的控制和LED的调光控制。 背景技术
[0002] 白光发光二极管(LED)灯条组可作为液晶显示器(IXD)板的背光,可应用于电脑、 电视等场合,其应用越来越广泛。现有的LED背光电源普遍使用三级式驱动系统,见图1所 示。该驱动系统包括功率因素校正(PFC)级11、隔离式直流-直流(DC-DC)电压变换器级 12和LED升压驱动级13。PFC级11将交流电如220伏特(V)交流市电整流成400V直流线 电压。隔离式直流-直流变换器级12包含隔离式电压变换器,将线电压转换成另一有效值 的直流电压一如120V的电压用于给LED升压驱动级13提供输入电压。LED升压驱动级 13包含1至多个非隔离式升压变换器(boost电路),接收隔离式电压变换器级12输出的 直流电压,经升压变换,用于为LED液晶板背光组14提供稳定的电流,其中每个boost电路 为一组串联的LED—即一个LED灯条提供电源。此外,隔离式直流-直流电压变换器级12 还用于将线电压变压成更低有效值的直流电压如18V直流电压,经系统电源转换器15的变 换输出多路直流电压,如12V、5V直流电压用于为控制芯片等提供系统电源。该系统包含了 多级电压变换器,同时也额外需要多个控制器分别控制各级电压变换器,因此,电路元件较 多,体积大,成本高,同时耗能也较高。
实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是提供用于LED的二级式的调光驱动系统,以更少的元件、更 小的体积、更低的能耗和成本为LED提供调光驱动。该调光驱动系统包含功率因数校正级, 隔离式电压变换器驱动级,LED灯条和调光开关。其中隔离式电压变换器驱动级的输入端 连接功率因数校正级输出端,所述隔离式电压变换器驱动级包含隔离式电压变换器及与隔 离式电压变换器耦接的控制器,其中隔离式电压变换器包含原边和副边,原边包含串联的 原边绕组和原边开关,副边包含电流反馈电路;LED灯条包含一至多个串联的LED,所述LED 灯条的输入端连接所述隔离式电压变换器的输出端;调光开关和所述LED灯条串联;所述 控制器包括接收调光信号的第一输入端,耦接至所述电流反馈电路的第二输入端,耦接至 所述调光开关门极的第一输出端和耦接至所述原边开关门极的第二输出端。所述控制器位 于所述隔离式电压变换器的副边。所述隔离式电压变换器为反激式电压变换器。所述隔离 式电压变换器为半桥式或全桥式电压变换器。
[0004] 在一个实施例中,所述控制器包括:驱动模块,其一个输入端通过电流反馈电路耦 接至所述LED灯条,其输出端作为控制器第二输出端耦接至至所述原边开关的门极;调光 控制模块,其输入端作为控制器的第一输入端,接收所述调光信号,其输出端作为控制器的 第一输出端,耦接至所述调光开关的门极。所述驱动模块包括:误差放大器,其第一输入端 耦接电流反馈电路,其第二输入端耦接参考值,其输出端耦接PWM发生模块的输入端;PWM 发生模块,其输出端耦接至所述原边开关的门极。在一个实施例中,所述驱动模块进一步包含电压保持模块,其第一输入端耦接电流反馈电路,第二输入端耦接调光控制模块的输出 端,其输出端耦接误差放大器的第一输入端,当所述调光PWM为高电平时,输出正比于所述 电流反馈信号的信号至所述误差放大器,当所述调光PWM为低电平时,输出信号保持不变。
[0005] 在一个实施例中,所述原边开关和所述调光开关为MOSFET器件。所述电流反馈电 路包含检测电阻,该电阻的一端连接所述调光开关的源极端,并作为反馈信号的输出端,该 电阻的另一端接地,所述电流反馈信号为所述检测电阻两端的电压。所述调光信号为PWM 信号、直流模拟信号或直流模拟信号与频率信号的复合信号之中的一种。
[0006] 在一个实施例中,调光驱动系统包含过流保护电路,该电路包括过流检测电阻,其 一端和所述隔离式电压变换器的副边绕组连接,另一端接副边地;所述控制器内包含过流 保护模块,该模块一个输入端耦接所述过流检测电阻,另一个输入端耦接过流参考值。
[0007] 在一个实施例中,调光驱动系统包含无负载保护电路,该电路包括电阻分压器,该 分压器的一端连接所述隔离式电压变换器的输出端,另一端接副边地;所述控制器内包含 无负载保护模块,该模块一个输入端耦接所述电阻分压器,另一个输入端耦接无负载参考 值。
[0008] 在一个实施例中,隔离式电压变换器的原边包含限流电路,其中所述限流电路包 含:第一电阻,一端连接所述原边开关的源极端,另一端接原边地;三极管,基极连接所述 原边开关的源极端,集电极连接所述原边开关的门极,射极通过第二电阻连接原边地。
[0009] 本发明的目的还在于公开一种用于LED调光的控制器,包含第一输入端,接收调 光信号;第二输入端,耦接至隔离式电压变换器的电流反馈电路;第一输出端,耦接至调光 开关的门极;第二输出端,耦接至所述隔离式电压变换器的原边开关;误差放大器,其第一 输入端耦接所述控制器的第二输入端,其第二输入端耦接参考值,其输出端耦接PWM发生 模块的输入端;PWM发生模块,其输出端耦接至所述控制器的第二输出端;以及调光控制模 块,其输入端耦接至所述控制器的第一输入端,其输出端耦接至所述第一输出端。
[0010] 本实用新型采用上述结构,相比于现有技术,减少了一级变换器,电路元件更少, 能耗更低,体积更小,成本更低,并能对LED灯条负载提供调光驱动。
附图说明
[0011] 图1示出了现有技术的三级式的LED背光驱动系统。
[0012] 图2示出了本实用新型的一个二级式的LED调光驱动系统实施例,包括PFC级和 隔离式电压变换器驱动级。
[0013] 图3示出了本实用新型的一个调光驱动系统模块图实施例。
[0014] 图4示出了一个隔离式电压变换器驱动级模块的具体实施例。
[0015] 图5示出了本实用新型的一个控制器模块图实施例。
[0016] 图6示出了对应图5控制方式的系统工作波形图实施例。
[0017] 图7示出了本实用新型的一个采用半桥式隔离式电压变换器的实施例。
[0018] 图8示出了一个位于原边的限流电路实施例,用于限制原边峰值电流。
具体实施方式
[0019] 图2示出了本实用新型的用于背光领域的LED驱动系统实施例。该LED液晶板背光组23采用两级式驱动系统,包含PFC级21和隔离式电压变换器驱动级22。PFC级21将 交流电整流成直流线电压,如将交流市电整流成约400V的直流线电压。隔离式电压变换器 驱动级22将线电压转换成另一直流电压用于为LED背光组23提供稳定的电源,其不包含 非隔离式的升压变换器(如Boost电路)。所述LED液晶板背光组23为一至多个LED灯条。 每个灯条为串联的一至多个LED。此外,该驱动系统还包括系统电源转换器24,将线电压转 换成多个低值直流电压,为隔离式电压变换器驱动级22提供工作电源,其中系统电源转换 器24可以为隔离式电压变换器。
[0020] 图3示出了本实用新型的一个调光驱动系统实施例。该驱动系统采用两级驱动, 包括PFC级31和隔离式电压变换器驱动级32。其中隔离式电压变换器驱动级32包含一至 多个隔离式电压变换器模块(模块1、模块2…),每个模块为一个LED灯条33提供电源。每 个隔离式电压变换器模块包含一个隔离式电压变换器321和控制器322。在图中所示的实 施例中,该隔离式电压变换器为反激式电压变换器321。控制器322接收来自系统外部的调 光信号对LED灯条33进行调光,并且通过控制反激式电压变换器321的原边开关控制反激 式电压变换器321的输出。图3中横向点划线所示为隔离式电压变换器驱动级的隔离线, 隔离线以上所示为原边,隔离线以下所示为副边。在图示的实施例中,控制器322位于隔离 式电压变换器321的副边,因此控制器322通过一隔离式变压器Tl将控制信号输入反激式 电压变换器321的原边。控制器322还可通过光耦将控制信号输入反激式电压变换器321 的原边。控制器322还接收来自系统电源转换器34提供的系统电源(如图中所示的5V和 12V)进行工作。在图示的实施例中,系统电源转换器34为反激式电压变换器。外部电路还 可输入其它控制信号如开/关信号至控制器322控制系统的工作方式。
[0021] 图4示出了一个隔离式电压变换器模块实施例。反激式电压变换器41的原边包 含原边绕组Ll和原边开关Q,其中通过调节原边开关Q的工作占空比调节反激式电压变换 器41输出的能量。在图示的实施例中,原边开关Q为MOSFET器件。反激式电压变换器41 的副边包含副边绕组L2、整流器件D和滤波电容C。LED灯条43由反激式电压变换器41的 输出端供电,并和调光开关K串联。在图示的实施例中,调光开关K为MOSFET器件。控制 器42接收外部调光信号并产生调光P丽信号控制K的门极,通过调节调光PWM信号的占空 比调节LED灯条的明暗度。副边包含一 LED电流反馈电路,该反馈电路为一电流检测电阻 Rl, Rl—端连接调光开关K的源极,另一端接副边地,输出反馈信号FB至控制器42。在图 示的实施例中,反馈电路通过另一电阻R2输出FB信号。FB电压VFB用于反映调光开关K 开通时流过LED灯条43的电流。其中VFB=ILED*R1。控制器42接收FB信号并根据FB信 号输出门极驱动信号。在图示的实施例中,控制器42输出门极驱动信号GR和GL用于调节 原边开关Q的占空比,其中VGR-VGL为一 PWM信号,门极驱动信号经变压器Tl耦合到原边 电路,形成驱动PWM信号至原边开关Q的门极,控制Q的占空比,实现LED灯条43的电流恒 定。在另外一种实施方式中,控制器也可以采用光耦将门极驱动信号耦合至原边开关。
[0022] 此外,控制器42还可具有过流保护和无负载保护。其中副边绕组L2和一电阻R3 串联,R3另一端接副边地。R3两端电压V3输入至控制器42,当副边绕组电流过大时,V3升 高至超过一参考值,此时,控制器42的门极驱动信号占空比为零,使原边开关Q停止工作。 副边滤波电容C两端电压Vqut即隔离式电压变换器41的输出电压通过由R4、R5组成的电阻 分压器采集V4至控制器42。当副边LED负载断路即无负载时,Vout升高至超过一参考值,此时,控制器42的门极驱动信号占空比为零,使原边开关Q停止工作。
[0023] 图5示出了本实用新型的一个控制器51实施例,该控制器51带有调光和LED电流调节功能。在该实施例中,控制器51包括误差放大器510、PWM发生模块511和调光控制 模块512。其中误差放大器510和PWM发生模块作为驱动模块,接收LED灯条的电流反馈信 号,输出门极驱动信号一即驱动PWM信号至原边开关的门极控制它的导通和关断。
[0024] 调光控制模块512接收调光信号,产生调光PWM信号至调光开关K的门极,控制 LED灯条的亮度。其中LED灯条的亮度正比于调光PWM信号的占空比。输入至隔离式电压 变换器驱动级50或控制器51的调光信号可以为PWM信号、直流模拟信号或直流模拟信号 与频率信号的复合信号。当调光信号为PWM信号时,调光控制模块512产生与输入的PWM信 号波形一致即占空比与频率一致的调光PWM信号。当调光信号为直流模拟信号时,调光控 制模块512包含三角波发生器和比较器,将直流模拟信号与内部发生的三角波进行比较产 生调光PWM信号。其中调光PWM信号占空比正比于直流模拟信号的幅值,频率与三角波频 率一致。当调光信号为直流模拟信号与频率信号的复合信号时,调光控制模块512产生的 调光PWM信号占空比与输入的直流模拟信号幅值相同,频率与输入的频率信号频率一致。
[0025] 流过LED灯条53的电流I·通过电流检测电阻Rl检测,反映为电流检测电阻Rl 上的电压,产生一电流反馈信号FB,其中Vfb=I_*R1。该FB信号和驱动调光开关K的调光 PWM波形一致,即占空比和频率相同。其中误差放大器510比较反馈电压Vfb和参考电压 Vref,输出差值放大信号C0MP。
[0026] 控制器还可包含一电压保持模块513,输出Vl电压,其第一输入端耦接电流反馈 电路,第二输入端耦接调光控制模块512的输出端,其输出端耦接误差放大器510的第一输 入端。在调光开关K开通时,即调光PWM为高电平时,电压保持模块513产生和Vfb成正比 的电压VI。当调光PWM为低电平时,Vl电压保持不变。Vl电压在误差放大器510和参考 电压Vref比较,产生差值放大信号C0MP。
[0027] PWM发生模块接收COMP信号,产生门极驱动信号一驱动PWM信号用于驱动原边开 关。其中PWM发生模块可采用传统的PWM发生方式产生门极驱动信号,将COMP信号和PWM 发生模块内部产生的一频率的三角波进行比较产生PWM信号,可采用双边触发、上升沿触 发或下降沿触发方式。原边开关在门极驱动信号的作用下使得隔离式电压变换器52产生 稳定的输出电流Iqut用于驱动LED灯条53。
[0028] 图6所示为对应图5中调光驱动系统的工作波形图实施例。其中,FB波形和调光 PWM信号波形一致。在稳定的供电过程中,差值放大信号COMP和隔离式电压变换器输出电 流Itm近似于直流信号。当调光PWM为高电平时,FB信号为高,VI=Vfb,LED灯条中有电流 I·。当调光PWM为低电平时,调光开关K关断,FB信号为零电平,Vl保持原有的高电平,因 此COMP信号亦保持直流信号状态,原边开关的驱动PWM信号保持稳定,隔离式电压变换器 的输出电流Iot也保持恒定。
[0029] 虽然图3所示的隔离式电压变换器为反激式电压变换器,隔离式电压变换器也可 以采用其它的拓扑结构,如正激式电压变换器、半桥式、全桥式或其它类型的拓扑结构。如 图7所示,该调光驱动系统采用了半桥式电压变换器71。
[0030] 由于上述实施例中控制器位于隔离式电压变换器的副边,原边电路没有常规的峰 值电流控制单元,流过原边绕组的电流可能过大从而导致变压器电流达到饱和而影响系统正常工作。针对控制器位于隔离式电压变换器副边的实施例,原边可进一步包含一限流电 路,用于防止在系统启动时或负载短路时隔离式电压变换器的变压器达到饱和状态。图8 示出了一个原边电路的限流电路实施例。该限流电路包含由三极管Q2、电阻R6和电阻R7 组成的闭环电路。其中R6—端连接原边开关Q的源极端,另一端接原边地。Q2的基极连接 Q的源极端,集电极连接Q的门极,射极通过另一电阻R7连接原边地。当流过原边开关Q的 电流过大时,Q2基极电压变大,Q2导通,从而原边开关Q的门极电压被拉低,使得流过Q的 电流变低。该闭环电路将变压器的原边电流钳制在一个由Q、Q2、R6和R7参数确定的合理 范围内,从而达到限制原边峰值电流过大的目的。
[0031] 应当知道,上面描述的实施例只用于举例说明,并不用于限制本实用新型。
[0032] 本实用新型中的隔离式电压变换器包括直流_直流反激式变换器、交流_直流反 激式变换器或其它类型的变换器。

Claims (15)

1. 一种LED调光驱动系统,其特征在于,包含:功率因数校正级;隔离式电压变换器驱动级,其输入端连接功率因数校正级输出端,所述隔离式电压变 换器驱动级包含隔离式电压变换器及与隔离式电压变换器耦接的控制器,其中隔离式电压 变换器包含原边和副边,原边包含串联的原边绕组和原边开关,副边包含电流反馈电路;LED灯条,包含一至多个串联的LED,所述LED灯条的输入端连接所述隔离式电压变换 器的输出端;调光开关,和所述LED灯条串联;所述控制器包括接收调光信号的第一输入端,耦接至所述电流反馈电路的第二输入 端,耦接至所述调光开关门极的第一输出端和耦接至所述原边开关门极的第二输出端。
2.如权利要求1所述的调光驱动系统,其特征在于,所述控制器位于所述隔离式电压 变换器的副边。
3.如权利要求2所述的调光驱动系统,其特征在于,所述隔离式电压变换器为反激式 电压变换器。
4.如权利要求2所述的调光驱动系统,其特征在于,所述隔离式电压变换器为半桥式 或全桥式电压变换器。
5.如权利要求2所述的调光驱动系统,其特征在于,所述控制器包括:驱动模块,其一个输入端通过电流反馈电路耦接至所述LED灯条;其输出端作为控制 器第二输出端耦接至至所述原边开关的门极;调光控制模块,其输入端作为控制器的第一输入端,接收所述调光信号;其输出端作为 控制器的第一输出端,耦接至所述调光开关的门极。
6.如权利要求5所述的调光驱动系统,其特征在于,所述驱动模块包括:误差放大器,其第一输入端耦接电流反馈电路,其第二输入端耦接参考值,其输出端耦 接PWM发生模块的输入端;PWM发生模块,其输出端耦接至所述原边开关的门极。
7.如权利要求6所述的调光驱动系统,其特征在于,所述驱动模块进一步包含电压保 持模块,其第一输入端耦接电流反馈电路,第二输入端耦接调光控制模块的输出端,其输出 端耦接误差放大器的第一输入端,当所述调光PWM为高电平时,输出正比于所述电流反馈 信号的信号至所述误差放大器,当所述调光PWM为低电平时,输出信号保持不变。
8.如权利要求5所述的调光驱动系统,其特征在于,所述原边开关和所述调光开关为 MOSFET 器件。
9.如权利要求8所述的调光驱动系统,其特征在于,所述电流反馈电路包含检测电阻, 该电阻的一端连接所述调光开关的源极端,并作为反馈信号的输出端,该电阻的另一端接 地,所述电流反馈信号为所述检测电阻两端的电压。
10.如权利要求8所述的调光驱动系统,其特征在于,所述调光信号为PWM信号、直流模 拟信号或直流模拟信号与频率信号的复合信号之中的一种。
11.如权利要求8所述的调光驱动系统,其特征在于,包含过流保护电路,该电路包括 过流检测电阻,其一端和所述隔离式电压变换器的副边绕组连接,另一端接副边地;所述控 制器内包含过流保护模块,该模块一个输入端耦接所述过流检测电阻,另一个输入端耦接过流参考值。
12.如权利要求8所述的调光驱动系统,其特征在于,包含无负载保护电路,该电路包 括电阻分压器,该分压器的一端连接所述隔离式电压变换器的输出端,另一端接副边地;所 述控制器内包含无负载保护模块,该模块一个输入端耦接所述电阻分压器,另一个输入端 耦接无负载参考值。
13.如权利要求2-12之一所述的调光驱动系统,其中所述隔离式电压变换器的原边包 含限流电路,其中所述限流电路包含:第一电阻,一端连接所述原边开关的源极端,另一端接原边地;三极管,基极连接所述原边开关的源极端,集电极连接所述原边开关的门极,射极通过 第二电阻连接原边地。
14. 一种用于LED调光的控制器,包含:第一输入端,接收调光信号;第二输入端,耦接至隔离式电压变换器的电流反馈电路;第一输出端,耦接至调光开关的门极;第二输出端,耦接至所述隔离式电压变换器的原边开关;误差放大器,其第一输入端耦接所述控制器的第二输入端,其第二输入端耦接参考值, 其输出端耦接PWM发生模块的输入端;PWM发生模块,其输出端耦接至所述控制器的第二输出端;调光控制模块,其输入端耦接至所述控制器的第一输入端,其输出端耦接至所述第一 输出端。
15.如权利要求14所述的控制器,其特征在于,还包含电压保持模块,含第一输入端、 第二输入端和输出端,所述第一输入端耦接所述控制器的第二输入端,所述第二输入端耦 接所述调光控制模块的输出端,所述输出端耦接所述误差放大器的第一输入端。
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