CN202759634U - 无需辅助绕组的led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及LED领域，公开了一种无需辅助绕组的LED驱动电路。本实用新型中，对电压采样网络检测得到的功率开关MOS晶体管的栅极电压和源极电压进行比较，根据比较结果得到续流二极管D1的电流过零时刻，从而确定续流二极管D1的关断时间，检测到LED负载的平均电流，实现LED恒流驱动；省去辅助绕组的设计，可简化LED驱动电源设计，缩小LED驱动电源体积，降低LED驱动电源成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管LED领域，特别涉及无需辅助绕组的LED驱动电路。
背景技术
图1是传统的反激LED驱动电路的简化示意图。如图1所示，交流电经过整流桥整流后经电容器C1滤波，产生一直流电源，电阻R1和电容器C2产生一低压直流电使控制芯片启动。变压器有三个绕组，包括一个原边绕组，连接于直流电源和功率开关MOS晶体管M1的漏极之间，一个副边绕组，连接于续流二极管D1和副边输出电容器C3之间，一个辅助绕组，连接于二极管D2与电路地之间。当电路启动后，辅助绕组为控制芯片供电，同时辅助绕组还提供检测输出二极管电流过零和检测输出电压过压的信息。
上述传统的反激LED驱动电路中，存在如下两个缺点：
第一，辅助绕组、整流二极管D2和分压电阻增加系统成本和体积。
第二，供电及驱动电路损耗高，造成系统效率低。功率开关MOS晶体管M1通过栅极来驱动，当M1关闭时，栅极电荷被释放到地，每个周期这些栅极电荷都将损失掉，使驱动芯片需要更大的电流来完成功率开关MOS晶体管M1的驱动，这些电流大部分由辅助绕组提供，造成一定的损耗。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种无需辅助绕组的LED驱动电路，使得 LED驱动电路无需辅助绕组，可简化LED驱动电源设计，缩小LED驱动电源体积，降低LED驱动电源成本。
为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种无需辅助绕组的LED驱动电路，包括连接于输入直流电压与电路地之间的第一电容器C1，串联连接的第一电阻R1和第二电容器C2、与第二电容器C2并联连接的稳压管ZD1，
所述LED驱动电路还包含：第一电压采样网络202、第二电压采样网络203、电压采样网络比较器201；
所述第一电压采样网络202的输入端连接于功率开关MOS晶体管M1的栅极，输出端连接所述电压采样网络比较器201的第一输入端，用于检测所述功率开关MOS晶体管M1的栅极电压；
所述第二电压采样网络203的输入端连接于功率开关MOS晶体管M1的源极，输出端连接所述电压采样网络比较器201的第二输入端，用于检测所述功率开关MOS晶体管M1的源极电压；
所述电压采样网络比较器201，用于比较第一电压采样网络和第二电压采样网络的输出值，当所述电压采样网络比较器的输出结果发生跳变时，得到续流二极管D1的电流过零时刻。
本实用新型实施方式相对于现有技术而言，对电压采样网络检测得到的功率开关MOS晶体管的栅极电压和源极电压进行比较，根据比较结果得到续流二极管D1的电流过零时刻，从而确定续流二极管D1的关断时间，检测到LED负载的平均电流，实现LED恒流驱动；省去辅助绕组的设计，可简化LED驱动电源设计，缩小LED驱动电源体积，降低LED驱动电源成本。
另外，所述LED驱动电路还包含：用于对所述LED驱动电路进行过压保护的过压保护逻辑电路206；
所述过压保护逻辑电路206的一个输入端连接所述电压采样网络比较器的输出端，另一个输入端连接最小续流时间计时电路205，当所述过压保护逻辑电路206检测到续流二极管D1的导通时间小于一预设的最小续流时间时，过压保护逻辑电路被触发，其中，所述续流二极管D1的导通时间根据所述电压采样网络比较器的输出结果得到。
通过上述简单的过压保护设计，可以在LED驱动电路输出开路时，防止输出电压过高。
另外，所述功率开关MOS晶体管M1的栅极连接到所述第一电容器C1的正极，漏极连接到与LED负载连接的磁性耦合器件，源极连接到馈流二极管D2的正极，该馈流二极管D2的负极连接到所述第一电容器C1的正极；
所述LED驱动电路还包含：源极驱动控制电路和开关控制逻辑电路204；
所述源极驱动控制电路包括低压开关MOS晶体管M2和采样电阻R2，所述低压开关MOS晶体管M2的漏极连接到功率开关MOS晶体管M1的源极，所述低压开关MOS晶体管M2的源极连接到所述采样电阻R2的一端，所述采样电阻R2的另一端接电路地，所述低压开关MOS晶体管M2的栅极受控于所述开关控制逻辑电路204；
所述开关控制逻辑电路204的一个输入端连接所述电压采样网络比较器201的输出端，一个输入端连接所述采样电阻R2和所述低压开关MOS晶体管M2的源极，输出端连接所述低压开关MOS晶体管M2的栅极；
当所述采样电阻R2上的电压达到预设阀值时，所述开关控制逻辑电路204输出信号使所述低压开关MOS晶体管M2关闭；当所述电压采样网络比较器的输出结果发生跳变，得到续流二极管D1的电流过零时刻时，根据LED负载的平均电流，所述开关控制逻辑电路204输出信号控制所述低压开关MOS晶体管M2开通时刻。
通过采用功率开关MOS晶体管的源极来驱动，并从功率开关MOS晶体 管的源极通过馈流二极管给控制电路供电，可以大大降低供电通路上的电压，使得驱动电路的功耗降低，效率得到提高。
另外，所述无需辅助绕组的LED驱动电路还包括连接于所述功率开关MOS晶体管M1的源极和漏极之间的第四电容器C4；所述第四电容器为外部电容，或者第四电容器为功率开关MOS晶体管M1源极和漏极之间的寄生电容。该电容器在续流二极管D1电流过零后，将M1漏极的电压振荡耦合到源极，以增强第二电压采样网络的输入电压幅度。
另外，所述无需辅助绕组的LED驱动电路进一步包括串联于所述馈流二极管D2的第三电阻R3，以限制电流尖峰。
另外，所述与LED负载连接的磁性耦合器件为变压器T1，所述变压器T1的副边经续流二极管D1与LED负载组成回路，为LED驱动电路提供隔离型连接方式。
另外，所述与LED负载连接的磁性耦合器件为电感L1，所述电感L1与所述LED负载并联连接或者串联连接。为LED驱动电路提供非隔离型降压或者升降压等多种连接方式，应用广泛。
附图说明
图1是传统的反激LED恒流驱动电路示意图；
图2是根据本实用新型第一实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路的示意图；
图3是根据本实用新型第一实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路中电阻与电阻构成的电压采样网络示意图；
图4是根据本实用新型第一实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路中电阻与电容构成的电压采样网络示意图；
图5是根据本实用新型第一实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路中各信号点的电压或电流输出示意图；
图6是根据本实用新型第二实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路与LED负载的非隔离型并联连接示意图；
图7是根据本实用新型第二实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路与LED负载的非隔离型串联连接示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本实用新型的第一实施方式涉及一种无需辅助绕组的LED驱动电路，根据本实施方式的无需辅助绕组的恒流LED驱动电路对如图1所示的现有驱动电路的驱动方式和控制方式做出了改进，如图2所示为隔离型LED驱动电路的示意图。与现有技术相似的是：在输入电源直流侧与电路地之间并联第一电容器C1，串联连接第一电阻R1和第二电容器C2，与第二电容器C2并联连接的稳压管ZD1，变压器T1的原边绕组接于输入电源直流侧与功率开关MOS晶体管M1的漏极之间，变压器T1的副边绕组接于LED负载与续流二极管D1之间，第三电容器C3为滤波电容，并联于LED负载两端。
而与现有技术不同的是：本实施方式采用源极驱动以及取消了辅助绕组供电。具体地说，本实用新型的LED驱动电路还包括两个电压采样网络和电压采样网络比较器，用于续流二极管的电流过零检测。
其中，第一电压采样网络（即图2中的202电压采样网络1）的输入端连接于功率开关MOS晶体管M1的栅极，输出端连接电压采样网络比较器201的第一输入端，用于检测功率开关MOS晶体管M1的栅极电压；
第二电压采样网络（即图2中的203电压采样网络2）的输入端连接于功率开关MOS晶体管M1的源极，输出端连接电压采样网络比较器201的第二输入端，用于检测功率开关MOS晶体管M1的源极电压；
电压采样网络比较器201用于比较第一电压采样网络和第二电压采样网络的输出值，当所述电压采样网络比较器的输出结果发生跳变时，得到续流二极管D1的电流过零时刻。
此外，本领域技术人员可以理解，电压采样网络可以由电阻与电阻，或者电容与电容，或者电阻与电容的组合构成，如图3所示为由电阻与电阻构成的采样网络，如图4所示为有电阻与电容构成的采样网络。
由于本实施方式采用源极驱动，因此，功率开关MOS晶体管M1的栅极连接到第一电容器C1的正极，漏极连接到与LED负载连接的磁性耦合器件（即本实施方式中的变压器T1），源极连接到馈流二极管D2的正极，该馈流二极管D2的负极连接到第一电容器C1的正极。
此外，本实施方式的LED驱动电路还包括源极驱动控制电路和开关控制逻辑电路。其中，源极驱动控制电路包括低压开关MOS晶体管M2和采样电阻R2，该低压开关MOS晶体管M2的漏极连接到功率开关MOS晶体管M1的源极，源极连接到采样电阻R2的一端，采样电阻R2的另一端接电路地，低压开关MOS晶体管M2的栅极受控于开关控制逻辑电路204；而开关控制逻辑电路204的一个输入端连接电压采样网络比较器201的输出端，一个输入端连接采样电阻R2和低压开关MOS晶体管M2的源极，输出端连接低压开关MOS晶体管M2的栅极。
下面结合图2和图5具体描述根据本实施方式的LED驱动电路的工作过 程：
当低压开关MOS晶体管M2开通时，功率开关MOS晶体管M1也导通，变压器T1的原边电流上升，采样电阻R2上的电压也上升（即图5中CS所处501时刻），当采样电阻R2上的电压达到预设阀值时（即图5中CS所处502时刻），开关控制逻辑电路204输出信号使低压开关MOS晶体管M2关闭，同时功率开关MOS晶体管M1也关闭，馈流二极管D2导通，使功率开关MOS晶体管M1的源极电压被箝位至VCC，同时变压器T1的副边续流二极管D1开始导通，变压器T1的副边电流很快上升到峰值并开始下降（即图5中I_sec所处502时刻），当续流二极管D1的电流下降到零时(即图5中I_sec所处503时刻)，功率开关MOS晶体管M1的漏极电压也开始下降，由于M1的漏极和源极的电容耦合作用，功率开关MOS晶体管M1的源极电压同时也开始下降，此时第一电压采样网络202和第二电压采样网络203的输出值在电压采样网络比较器201中进行比较，得到续流二极管D1的关断时间，从而系统可检测到LED负载的平均电流，再通过开关控制逻辑电路204控制低压开关MOS晶体管M2的开通时刻，从而实现LED恒流驱动的目的。
结合图2和图5可以看出，第一电压采样网络202的输出电压值为VCC，第二电压采样网络203的输出电压值为OUT，当OUT值由大于VCC变成小于VCC的时刻503即为变压器T1的副边电流（图5中的I_sec）的过零时刻，也就是，续流二极管D1的电流下降到零，因此可以采用本实施方式的两个电压采样网络和电压采样网络比较器来检测该时刻，从而得到续流二极管D1的关断时间。
此外，值得一提的是，本实施方式的LED驱动电路还包括用于对LED驱动电路进行过压保护的过压保护逻辑电路206，该过压保护逻辑电路206的一个输入端连接电压采样网络比较器201的输出端，另一个输入端连接最 小续流时间计时电路205，当过压保护逻辑电路206检测到续流二极管D1的导通时间小于一预设的最小续流时间时，过压保护逻辑电路被触发，其中，续流二极管D1的导通时间根据电压采样网络比较器的输出结果得到。通过上述简单的过压保护设计，可以在LED驱动电路输出开路时，防止输出电压过高。
需要指出的是，在功率开关MOS晶体管M1的源极和漏极之间可并联第四电容器C4，该第四电容器可以为外部电容，也可以使用功率开关MOS晶体管源极与漏极之间的寄生电容；该电容器在续流二极管D1电流过零后，将M1漏极的电压振荡耦合到源极，以增强第二电压采样网络的输入电压幅度。在馈流二极管D2上可串联电阻R3，以限制电流尖峰。而且，该馈流二极管D2和电阻R3的位置可以互换。
在本实施方式中，变压器T1的副边经续流二极管D1与LED负载组成回路，并在LED负载两端并联第三电容器C3，用于滤波。在变压器T1原边两端还可连接缓冲吸收电路，该缓冲吸收电路可以由二极管，电阻，电容或稳压管组成。
此外，值得注意的是，本实施方式进一步包括连接于交流输入电源与第一电容器C1之间的整流桥或二极管，也就是说，交流电经过整流桥或二极管整流后经电容器C1滤波，产生一直流电源，为本实施方式的LED驱动电路供电。
与现有技术相比，本实施方式对电压采样网络检测得到的功率开关MOS晶体管的栅极电压和源极电压进行比较，根据比较结果得到续流二极管D1的电流过零时刻，从而确定续流二极管D1的关断时间，检测到LED负载的平均电流，实现LED恒流驱动；省去辅助绕组的设计，可简化LED驱动电源设计，缩小LED驱动电源体积，降低LED驱动电源成本。
本实用新型的第二实施方式涉及一种无需辅助绕组的LED驱动电路。第 二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，LED驱动电路与LED负载的连接方式是隔离型的。而在本实用新型第二实施方式中，LED驱动电路与LED负载的连接方式是非隔离型的。
具体地说，本实施方式的功率开关MOS晶体管的源极驱动、电压采样网络、驱动控制电路以及过压保护电路的设计都与第一实施方式相同，其工作过程也相同，在此不再赘述。所不同的是：在第一实施方式中与LED负载连接的磁性耦合器件为变压器T1，而本实施方式中与LED负载连接的磁性耦合器件为电感L1，其中，电感L1与LED负载可并联连接（如图6所示），也可以串联连接（如图7所示）。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
Claims (11)
1.一种无需辅助绕组的LED驱动电路，包括连接于输入直流电压与电路地之间的第一电容器（C1），串联连接的第一电阻（R1）和第二电容器(C2)、与第二电容器(C2)并联连接的稳压管(ZD1)，其特征在于，所述LED驱动电路还包含：第一电压采样网络（202）、第二电压采样网络（203）、电压采样网络比较器（201）；
所述第一电压采样网络（202）的输入端连接于功率开关MOS晶体管(M1)的栅极，输出端连接所述电压采样网络比较器（201）的第一输入端，用于检测所述功率开关MOS晶体管（M1）的栅极电压；
所述第二电压采样网络（203）的输入端连接于功率开关MOS晶体管(M1)的源极，输出端连接所述电压采样网络比较器（201）的第二输入端，用于检测所述功率开关MOS晶体管（M1）的源极电压；
所述电压采样网络比较器（201），用于比较第一电压采样网络和第二电压采样网络的输出值，当所述电压采样网络比较器的输出结果发生跳变时，得到续流二极管(D1）的电流过零时刻。
2.根据权利要求1所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，所述电压采样网络由电阻与电阻，或者电容与电容，或者电阻与电容的组合构成。
3.根据权利要求1所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路还包含：用于对所述LED驱动电路进行过压保护的过压保护逻辑电路（206）；
所述过压保护逻辑电路（206）的一个输入端连接所述电压采样网络比较器的输出端，另一个输入端连接最小续流时间计时电路（205），当所述过压保护逻辑电路（206）检测到续流二极管(D1)的导通时间小于一预设的 最小续流时间时，过压保护逻辑电路被触发，其中，所述续流二极管(D1)的导通时间根据所述电压采样网络比较器的输出结果得到。
4.根据权利要求1所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关MOS晶体管（M1）的栅极连接到所述第一电容器（C1）的正极，漏极连接到与LED负载连接的磁性耦合器件，源极连接到馈流二极管（D2）的正极，该馈流二极管（D2）的负极连接到所述第一电容器（C1）的正极；
所述LED驱动电路还包含：源极驱动控制电路和开关控制逻辑电路（204）；
所述源极驱动控制电路包括低压开关MOS晶体管（M2）和采样电阻（R2），所述低压开关MOS晶体管（M2）的漏极连接到功率开关MOS晶体管（M1）的源极，所述低压开关MOS晶体管（M2）的源极连接到所述采样电阻（R2）的一端，所述采样电阻（R2）的另一端接电路地，所述低压开关MOS晶体管（M2）的栅极受控于所述开关控制逻辑电路（204）；
所述开关控制逻辑电路（204）的一个输入端连接所述电压采样网络比较器（201）的输出端，一个输入端连接所述采样电阻（R2）和所述低压开关MOS晶体管（M2）的源极，输出端连接所述低压开关MOS晶体管（M2）的栅极；
当所述采样电阻（R2）上的电压达到预设阀值时，所述开关控制逻辑电路（204）输出信号使所述低压开关MOS晶体管（M2）关闭；当所述电压采样网络比较器的输出结果发生跳变，得到续流二极管（D1）的电流过零时刻时，根据LED负载的平均电流，所述开关控制逻辑电路（204）输出信号控制所述低压开关MOS晶体管（M2）开通时刻。
5.根据权利要求4所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，所述无需辅助绕组的LED驱动电路还包括连接于所述功率开关MOS晶体管 M1的源极和漏极之间的第四电容器（C4）；所述第四电容器为外部电容，或者第四电容器为功率开关MOS晶体管（M1）源极和漏极之间的寄生电容。
6.根据权利要求5所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，进一步包括串联于所述馈流二极管（D2）的第三电阻（R3）。
7.根据权利要求6所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，进一步包括与LED负载并联连接的第三电容器（C3）。
8.根据权利要求7所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，所述与LED负载连接的磁性耦合器件为变压器（T1），所述变压器（T1）的副边经续流二极管（D1）与LED负载组成回路。
9.根据权利要求8所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，进一步包括连接于变压器（T1）两端的缓冲吸收电路，该缓冲吸收电路由二极管、电阻、电容或稳压管组成。
10.根据权利要求7所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，所述与LED负载连接的磁性耦合器件为电感（L1），所述电感（L1）与所述LED负载并联连接或者串联连接。
11.根据权利要求1所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于，进一步包括连接于交流输入电源与所述第一电容器（C1）之间的整流桥或二极管。
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