CN202799302U - Led驱动电路及其恒流控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种LED驱动电路，包括：开关MOS晶体管，其漏极接收输入电压；续流二极管，其负极连接开关MOS晶体管的源极，其正极接地；采样电阻，其第一端连接开关MOS晶体管的源极；电感，其第一端连接采样电阻的第二端；电容器，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端接地；分压网络，串联在所述采样电阻的第一端和所述电容器的第一端之间；恒流控制电路，以所述开关MOS晶体管的源极电压为参考地，根据所述分压网络输出端输出的反馈电压、所述采样电阻第二端的电压产生开关控制信号，所述开关控制信号传输至所述开关MOS晶体管的栅极。本实用新型能够实现非隔离模式下的LED驱动电路的精确恒流控制以及高转换效率。

Description

LED驱动电路及其恒流控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种LED驱动电路及其恒流控制电路。

背景技术

目前，LED驱动电路根据外围拓扑的不同可以分为隔离模式和非隔离模式。现有技术中，非隔离LED驱动电路最大的缺点是恒流特性较差，因为其普遍采用滞环控制，输出电流受输入电压、输出电压和电感量变化影响较大。

图1是传统的非隔离LED驱动电路的示意图。如图1所示，续流二极管D1的负极连接到负载LED的正极和输入电压VIN，续流二极管D1的正极连接到电感L的第一端，电感L的第二端连接到负载LED的负极；开关管M1连接于电感L和采样电阻Rcs之间，该开关管M1受恒流控制电路10的控制。恒流控制电路10包括计时器11、比较模块12和RS触发器13。

开关管M1导通时，电感L的电流增加，节点CS处电压增加，直到节点CS处电压升高到基准电压V1时，比较模块12的输出翻转，RS触发器13的输出清零，开关管M1关断。计时器11开始计时，电感L通过续流二极管D1，负载LED放电，电流降低；计时器11计时结束时，RS触发器13置位，开关管M1重新开启，完成一个开关周期。

上述传统的驱动电路中，存在如下缺点：该驱动电路通过控制峰值电流和纹波电流来恒定输出电流，峰值电流由比较模块12、基准电压V1和采样电阻Rcs确定。电感电流下降斜率与输出电压VOUT成正比，与电感量L成反比，纹波电流IPP和输出电流IOUT分别如下式所示：

其中TOFF为开关管M1在单个周期内的关断时间；

其中IPK为流过开关管M1的峰值电流；

图2为图1所示的LED驱动电路对应的工作波形。

很明显，输出平均电流随输出电压及电感量而变化。同时，假如考虑比较模块的延迟TDELAY后，输出电流实际上和输入电压也有着直接的关系。电感电流的峰值实际上和输入电压以及比较模块延迟TDELAY有关系，电感电流上升斜率与输入输出电压差（VIN-VOUT）成正比，和电感量L成反比，如下式所示：

$\mathrm{IOUT}=\frac{V1}{\mathrm{Rcs}}+\mathrm{TDELAY}*(\mathrm{VIN}-\mathrm{VOUT})-\frac{1}{2}*\mathrm{IPP}$

综上，输出电流易受电感量、输入电压、输出电压的影响，稳定性低，恒流精度差，增加了系统设计的复杂性和电感的成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种LED驱动电路及其恒流控制电路，能够实现非隔离模式下的LED驱动电路的精确恒流控制以及高转换效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种LED驱动电路，包括：

开关MOS晶体管，其漏极接收输入电压；

续流二极管，其负极连接所述开关MOS晶体管的源极，其正极接地；

采样电阻，其第一端连接所述开关MOS晶体管的源极；

电感，其第一端连接所述采样电阻的第二端；

电容器，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端接地，所述电容器配置为与负载LED并联；

分压网络，串联在所述采样电阻的第一端和所述电容器的第一端之间；

恒流控制电路，以所述开关MOS晶体管的源极电压为参考地，根据所述分压网络输出端输出的反馈电压、所述采样电阻第二端的电压产生开关控制信号，所述开关控制信号传输至所述开关MOS晶体管的栅极。

可选地，所述恒流控制电路包括：

极性转换模块，其输入端连接所述采样电阻的第二端，对所述采样电阻第二端的电压进行极性转换后输出；

误差放大器，其负输入端连接所述极性转换模块的输出端，其正输入端连接至基准电压；

导通时间控制器，其输入端连接所述误差放大器的输出端，其输出端产生复位信号，所述开关MOS晶体管的导通时间与所述误差放大器输出端的电压值成正比；

电感电流过零检测器，对所述分压网络的输出端输出的反馈电压进行过零检测并产生置位信号；

RS触发器，其复位输入端连接所述导通时间控制器的输出端，其置位输入端连接所述电感电流过零检测器的输出端，其输出端连接所述开关MOS晶体管的栅极；

参考地接收端，连接所述开关MOS晶体管的源极，将所述开关MOS晶体管的源极电压作为所述恒流控制电路的参考地。

可选地，所述极性转换模块将所述采样电阻第二端的电压由负极性转换为正极性。

可选地，所述恒流控制电路还包括电压输出端，将所述误差放大器输出端的电压输出。

可选地，所述分压网络包括：

第一过零检测电阻，其第一端连接所述电容器的第一端；

第二过零检测电阻，其第一端连接所述第一过零检测电阻的第二端，其第二端连接所述采样电阻的第一端，所述第二过零检测电阻的第一端作为所述分压网络的输出端。

本实用新型还提供了一种恒流控制电路，包括：

极性转换模块，对输入端接收到的电压进行极性转换后输出；

误差放大器，其负输入端连接所述极性转换模块的输出端，其正输入端连接至基准电压；

导通时间控制器，其输入端连接所述误差放大器的输出端，其输出端产生复位信号；

电感电流过零检测器，对输入的反馈电压进行过零检测并产生置位信号；

RS触发器，其复位输入端连接所述导通时间控制器的输出端，其置位输入端连接所述电感电流过零检测器的输出端，其输出端产生开关控制信号；

参考地接收端，接收外部电压信号并将其作为所述恒流控制电路的参考地。

可选地，所述极性转换模块将所述采样电阻第二端的电压由负极性转换为正极性。

可选地，所述恒流控制电路还包括电压输出端，将所述误差放大器输出端的电压输出。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型实施例LED驱动电路中的恒流控制电路采用开关MOS晶体管的源极电压为参考地，这样的连接方式允许恒流控制电路可以采样电感电流，电感电流通过采样电阻转换为电压信号，该电压信号经过极性转换后进入误差放大器，整个驱动电路形成电流负反馈，只要保证整个反馈环路的增益足够大，电感电流将恒定不变，实现了输出电流不随外围输入电压、输出电压和电感量变化而改变，实现了极佳的恒流特性。

附图说明

图1是现有技术中一种LED驱动电路的部分电路图；

图2是图1所示LED驱动电路的工作波形图；

图3是本发明实施例的LED驱动电路的部分电路图；

图4是图3所示LED驱动电路的工作波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

参考图3，本实施例的LED驱动电路包括：开关MOS晶体管M1、续流二极管D1、采样电阻Rcs、电感L、电容器C1、分压网络26、恒流控制电路20。

其中，开关MOS晶体管M1的漏极接收输入电压，源极连接续流二极管D1的负极，栅极连接恒流控制电路20的输出端DR。

续流二极管D1的负极连接开关MOS晶体管M1的源极，正极接地。

采样电阻Rcs的第一端连接开关MOS晶体管M1的源极，第二端连接电感L的第一端。

电感L的第一端连接采样电阻Rcs的第二端，第二端连接电容器C1的第一端。

电容器C1的第一端连接电感L的第二端，第二端接地。在实际使用时，负载LED并联在电容器C1的两端。

分压网络26的两个输入端分别连接采样电阻Rcs的第一端和电容器C1的第一端，其输出端与恒流控制电路20的输入端FB相连。

恒流控制电路20的参考地接收端GND与开关MOS晶体管M1的源极相连，将开关MOS晶体管的源极电压（即节点SW的电压）作为参考地，其输入端CS与采样电阻的第二端相连，其输入端FB与分压网络26的输出端相连。恒流控制电路20根据输入端FB接收到的反馈电压、输入端CS接收到的电压产生开关控制信号，该开关控制信号通过输出端DR传输至开关MOS晶体管M1的栅极。

作为一个非限制性的例子，分压网络26包括：第一过零检测电阻R1，其第一端连接电容器C1的第一端；第二过零检测电阻R2，其第一端连接第一过零检测电阻R1的第二端，其第二端连接采样电阻Rcs的第一端，第二过零检测电阻R2的第一端作为分压网络26的输出端。

需要说明的是，输入电压、续流二极管D1、电容器C1所连接的地端是大地，而恒流控制电路是以参考地接收端GND的输入电压为参考地的，即以开关MOS晶体管M1的源极电压为参考地。

进一步而言，在本实施例中，恒流控制电路20包括：极性转换模块21、误差放大器22、RS触发器23、导通时间控制器24、电感电流过零检测器25。

其中，极性转换模块21的输入端连接采样电阻Rcs的第二端，对采样电阻Rcs第二端的电压进行极性转换后输出。本实施例中，极性转换模块21将采样电阻Rcs第二端的电压由负极性转换为正极性。

误差放大器22的负输入端连接极性转换模块21的输出端，其正输入端连接至基准电压，将极性转换模块21输出的电压与基准电压进行比较并放大。

导通时间控制器23的输入端连接误差放大器22的输出端，其输出端产生复位信号并传输至RS触发器23的复位输入端，复位信号将RS触发器23复位，使得开关MOS晶体管M1关断。开关MOS晶体管M1的导通时间与误差放大器22输出端的电压值成正比。

电感电流过零检测器25对所述分压网络26的输出端输出的反馈电压进行过零检测并产生置位信号，该置位信号传输至RS触发器23的置位输入端。本实施例中，电感电流过零检测器25在输入低于预设电压后，输出端置高，从而将RS触发器23置位，使得开关MOS晶体管M1导通。

RS触发器根据置位输入端和复位输入端的输入信号，对输出的开关控制信号进行复位或者置位，以控制开关MOS晶体管M1的导通和关断。

此外，恒流控制电路20还包括电压输出端COMP，将误差放大器22输出端的电压输出。

本实施例的LED驱动电路上电后，开关MOS晶体管M1首先导通，电感L的电流上升，输出端COMP的电压决定了开关MOS晶体管M1的导通时间；当开关MOS晶体管M1关断后，电感电流下降，当电感电流下降到零电流时，电感电流过零检测模块25的输入电压下降，当其低于一定值后，电感电流过零检测模块25的输出为低，置位RS触发器23的输出端，开关MOS晶体管M1开通。

本实施例的LED驱动电路中恒流控制电路20的地的连接不同于传统LED驱动电路，传统的恒流控制电路的地等同于输入地，而本实施例中的LED驱动电路的地则连接到了传统LED驱动电路中的SW节点。本实施例的连接方式允许恒流控制电路20可以采样电感电流，电感电流通过采样电阻Rcs转换为输入端CS的电压，极性转换模块21将输入端CS的电压转换为正极性，进入误差放大器22，整个驱动电路形成电流负反馈，只要保证整个反馈环路的增益足够大，电感电流将恒定不变。从驱动电路上看出，电感电流等同于输出电流，这就实现输出电流不随外围的输入电压，输出电压和电感量变化而改变，实现了极佳的恒流特性。此外，本实施例的恒流控制电路20工作在临界导通模式，降低了转换损耗，提高了转换效率。

图4所示的波形为本实施例的LED驱动电路的工作波形，由图可见，当电感电流为零时，电感电流过零检测模块输出为高，置位RS触发器，RS触发器输出为高，开关MOS晶体管开通，恒流控制电路的地电位等于输入电压，电感电流上升，再由误差放大器的输出电压（输出端COMP的电压）在导通时间控制模块中确定导通时间，COMP电压和导通时间成正比，导通时间控制模块输出为高时，RS触发器输出清零，开关MOS晶体管关闭，恒流控制电路的地电位变为输入地，电感电流下降，同时电感电流过零检测模块输出为低，当电感电流下降到零时，电感电流过零检测模块输出再为高，开关MOS晶体管再度开通，一个周期结束。

本实施例还提供了一种恒流控制电路，包括：极性转换模块，对输入端接收到的电压进行极性转换后输出；误差放大器，其负输入端连接所述极性转换模块的输出端，其正输入端连接至基准电压；导通时间控制器，其输入端连接所述误差放大器的输出端，其输出端产生复位信号；电感电流过零检测器，对输入的反馈电压进行过零检测并产生置位信号；RS触发器，其复位输入端连接所述导通时间控制器的输出端，其置位输入端连接所述电感电流过零检测器的输出端，其输出端产生开关控制信号；参考地接收端，接收外部电压信号并将其作为所述恒流控制电路的参考地。关于该恒流控制电路工作原理请参见图3及其相关的描述。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：

开关MOS晶体管，其漏极接收输入电压；

续流二极管，其负极连接所述开关MOS晶体管的源极，其正极接地；

采样电阻，其第一端连接所述开关MOS晶体管的源极；

电感，其第一端连接所述采样电阻的第二端；

电容器，其第一端连接所述电感的第二端，其第二端接地，所述电容器配置为与负载LED并联；

分压网络，串联在所述采样电阻的第一端和所述电容器的第一端之间；

恒流控制电路，以所述开关MOS晶体管的源极电压为参考地，根据所述分压网络输出端输出的反馈电压、所述采样电阻第二端的电压产生开关控制信号，所述开关控制信号传输至所述开关MOS晶体管的栅极。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流控制电路包括：

极性转换模块，其输入端连接所述采样电阻的第二端，对所述采样电阻第二端的电压进行极性转换后输出；

误差放大器，其负输入端连接所述极性转换模块的输出端，其正输入端连接至基准电压；

导通时间控制器，其输入端连接所述误差放大器的输出端，其输出端产生复位信号，所述开关MOS晶体管的导通时间与所述误差放大器输出端的电压值成正比；

电感电流过零检测器，对所述分压网络的输出端输出的反馈电压进行过零检测并产生置位信号；

RS触发器，其复位输入端连接所述导通时间控制器的输出端，其置位输入端连接所述电感电流过零检测器的输出端，其输出端连接所述开关MOS晶体管的栅极；

参考地接收端，连接所述开关MOS晶体管的源极，将所述开关MOS晶体管的源极电压作为所述恒流控制电路的参考地。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述极性转换模块将所述采样电阻第二端的电压由负极性转换为正极性。

4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述恒流控制电路还包括电压输出端，将所述误差放大器输出端的电压输出。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，所述分压网络包括：

第一过零检测电阻，其第一端连接所述电容器的第一端；

第二过零检测电阻，其第一端连接所述第一过零检测电阻的第二端，其第二端连接所述采样电阻的第一端，所述第二过零检测电阻的第一端作为所述分压网络的输出端。

6.一种恒流控制电路，其特征在于，包括：

极性转换模块，对输入端接收到的电压进行极性转换后输出；

误差放大器，其负输入端连接所述极性转换模块的输出端，其正输入端连接至基准电压；

导通时间控制器，其输入端连接所述误差放大器的输出端，其输出端产生复位信号；

电感电流过零检测器，对输入的反馈电压进行过零检测并产生置位信号；

RS触发器，其复位输入端连接所述导通时间控制器的输出端，其置位输入端连接所述电感电流过零检测器的输出端，其输出端产生开关控制信号；

参考地接收端，接收外部电压信号并将其作为所述恒流控制电路的参考地。

7.根据权利要求6所述的恒流控制电路，其特征在于，所述极性转换模块将所述采样电阻第二端的电压由负极性转换为正极性。

8.根据权利要求2所述的恒流控制电路，其特征在于，还包括电压输出端，将所述误差放大器输出端的电压输出。

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