CN203167339U - 一种无需辅助绕组的led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种无需辅助绕组的LED驱动电路，其包括：整流电路，供电电路，电压基准单元，缓冲吸收电路，电压采样网络单元，过零比较器单元，开关控制逻辑单元，功率开关MOS晶体管。本实用新型中，过零比较器对由电压采样网络单元得到的功率开关MOS晶体管的漏极电压与电压基准进行比较，根据比较结果得到续流二极管D1的关断时刻，并将此时刻作为功率开关MOS晶体管的开通时刻；同时，根据比较结果，确定续流二极管D1的导通时间，确定LED负载的平均电流，实现LED恒流驱动。无需辅助绕组的设计，可简化LED驱动电源设计，缩小了应用系统中PCB电路板的尺寸，降低了LED驱动电源成本。

Description

一种无需辅助绕组的LED驱动电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子及集成电路领域，特别涉及一种无需辅助绕组的LED驱动电路。
背景技术
发光二极管(LED)因节能环保逐渐普及使用，用户对其性能提出越来越高的要求，同时，对成本控制越来越严格。
传统的反激式LED驱动电路的简化示意图如图1a。交流市电经过整流桥整流后经电容C1滤波，产生一直流电源，经电阻R0和C1给控制芯片供电。变压器有三个绕组，包括一个原边绕组Np，一个副变绕组Ns和一个辅助绕组Na。当芯片上电启动后，辅助绕组Ns经第一二极管D1为控制芯片供电，同时辅助绕组侦测副边续流二极管D1电流过零时刻点和侦测输出电压的信息。
在常规的无需辅助绕组的反激式LED驱动电路(图1b)中，通常采用高压功率开关MOS晶体管和低压功率开关MOS晶体管串联的方式。其中，高压功率开关MOS晶体管主要用作耐压器件；通过控制低压功率开关MOS晶体管的栅极实现LED恒流驱动。
上述两种电路存在如下缺点：
第一，在传统的反激式LED驱动电路中，辅助绕组Na、整流二极管D2和分压电阻R1、R2使应用系统的体积增大，增加了应用成本。
第二，常规的无需辅助绕组的反激式LED驱动电路中，虽然省去了辅助绕组，整流二极管和分压电阻，但增加了一个低压功率开关MOS晶体管和一个高压电容C4，与传统的反激式LED驱动电路相比，成本优势并不显著。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，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，以简化LED驱动电源设计，缩小LED驱动电源的体积，降低LED驱动电路的成本。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种无需辅助绕组的LED驱动电路，包括整流电路，供电电路，电压基准单元，缓冲吸收电路，过零比较器单元，电压采样网络单元，开关控制逻辑单元，功率开关MOS晶体管，
所述整流电路的输出端连接所述供电电路；所述供电电路包括连接输入直流电压与电路地之间的第零电容C0，串联连接的第零电阻R0和第一电容C1，与所述第一电容并联连接的稳压管Dz；
所述电压采样网络单元的输入端连接功率开关MOS晶体管的漏极，输出端连接所述过零比较器单元的负输入端，用于侦测所述功率开关MOS晶体管的漏极电压；
所述过零比较器单元的正输入端连接所述电压基准单元的输出端，输出端连接所述开关控制逻辑单元的第一输入端。所述电压采样网络单元由电阻与电容组合构成。
进一步的，所述功率开关MOS晶体管M0的栅极连接所述开关控制逻辑单元的输出端，漏极连接于与LED负载连接的磁性耦合器件，源极经采样电阻连接到电路地。
进一步的，所述开关控制逻辑单元的第二输入端与采样电阻Rcs连接。
进一步的，所述LED驱动电路还包括与LED负载并联连接的第二电容C2。
进一步的，所述与LED负载连接的磁性耦合器件为反激变压器，所述反激变压器的副边经续流二极管D0与所述LED负载构成回路。
进一步的，所述反激变压器原边绕组两端连接一缓冲吸收电路，且所述缓冲吸收电路由电阻、电容、二极管或者稳压管构成。
进一步的，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负载并联连接或串联连接。
本实用新型的工作原理为：电压采样网络单元采样功率开关MOS晶体管的漏极电压对采样到的功率开关MOS晶体管的漏极电压和所述电压基准单元输出电压进行比较，当所述漏极电压低于所述参考电压时，所述过零比较器单元输出由低电平跳变为高电平，得到副边续流二极管D0的电流过零时刻；同时，所述过零检测单元输出高电平连接所述开关控制逻辑单元的输入端，作为所述功率开关MOS晶体管的开通信号。功率开关MOS晶体管M0导通后，变压器原边电流上升，所述采样电阻Rcs上的电压也上升，当达到所述开关控制逻辑单元预设的阀值电压时，所述开关控制逻辑单元输出低电平信号关断所述功率开关MOS晶体管。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有如下有益效果：
其一，采用本实用新型的LED驱动电路的变压器无需辅助绕组，可简化LED驱动电源的设计，缩小LED驱动电源PCB体积，降低LED驱动电源应用系统的成本。
其二，采用本实用新型的LED驱动电路直接采样高压功率开关MOS晶体管的漏极电压，无需额外的低压功率开关MOS晶体管和高压电容，进一步节省成本。
其三，采用本实用新型的LED驱动电路工作在准谐振模式，降低了功率开关MOS晶体管的开关损耗，提高了电源转换效率，并能改善EMI。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。
附图说明
图1a为传统的反激式LED驱动电路简化示意图。
图1b为常规的无需辅助绕组的LED驱动电路简化示意图。
图2为本实用新型第一种实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路示意图。
图3为表示图2所示第一种实施方式LED驱动电路的电压采样网络单元第一种结构示意图。
图4为表示图2所示第一种实施方式LED驱动电路的电压采样网络单元第二种结构示意图。
图5为表示图2所示第一种实施方式LED驱动电路中各信号点的电压或者电流输出波形示意图。
图6为本实用新型第二种实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路示意图。
图7为本实用新型第三种实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细介绍。
图2为本实用新型第一种实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路示意图。一种无需辅助绕组的LED驱动电路，包括整流电路1，供电电路2，电压基准单元3，缓冲吸收电路4，过零比较器单元5，电压采样网络单元6，开关控制逻辑单元7，功率开关MOS晶体管M0，整流电路1的输出端连接供电电路2；供电电路2包括连接输入直流电压与电路地之间的第零电容C0，串联连接的第零电阻R0和第一电容C1，与第一电容C1并联连接的稳压管Dz；
电压采样网络单元6的输入端连接功率开关MOS晶体管M0的漏极，输出端连接过零比较器单元5的负输入端，用于侦测所述功率开关MOS晶体管M0的漏极电压，且电压采样网络单元6由电阻与电容组合构成；
过零比较器单元5的正输入端连接电压基准单元3的输出端，输出端连接开关控制逻辑单元7的第一输入端。过零比较器单元5用于比较电压采样网络单元6的输出电压和电压基准单元3的输出电压。当电压采样网络单元6的输出电压低于电压基准单元3的输出电压时，过零比较器单元5输出变为高电平，得到副边续流二极管D0的电流过零时刻；同时，过零比较器单元5输出高电平连接所述开关控制逻辑单元7的第一输入端，作为功率开关MOS晶体管M0的开通信号。
功率开关MOS晶体管M0的栅极连接开关控制逻辑单元7的输出端，漏极连接于与LED负载8a连接的磁性耦合器件，源极经采样电阻Rcs连接到电路地。
另外，开关控制逻辑单元7的第二输入端与采样电阻Rcs连接，第一输入端连接过零比较器单元5的输出端。在本实施方式中，反激变压器8b副边经续流二极管D0与LED负载8a构成回路，并在LED负载8a两端并联第二电容C2，用于滤波。
与现有技术不同的是，本实施方式消除了传统反激式LED驱动电路中的辅助绕组供电和通过辅助绕组实现副边续流二极管电流的过零检测，也无需额外的低压功率开关MOS晶体管和高压电容。具体地说，本实用新型的LED驱动电路是通过电压采样网络单元6和过零比较器单元5实现续流二极管D0的电流过零检测。
图3为表示图2所示第一种实施方式LED驱动电路的电压采样网络单元第一种结构示意图，包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3和第一电容C1。第一电阻R1一端连接功率开关MOS晶体管的漏极，另一端连接第二电阻R2，第二电阻R2另一端连接电路地电位；第一电阻R1和第二电阻R2连接点经第一电容C1与第三电阻R3连接，作为过零比较器单元5的输入；第三电阻R3另一端连接电路地电位。
图4为表示图2所示第一种实施方式LED驱动电路的电压采样网络单元第二种结构示意图，包括第一电容C1，第一电阻R1和第二电阻R2。所述第一电容C1，第一电阻R1和第二电阻R2依次串联连接。两种电压采样网络单元的主要区别在于：第一电容C1对耐压的要求不同。
本实用新型第一种实施方式LED驱动电路中各信号点的电压或者电流输出波形示意图如图5所示。再结合图2具体描述本实施例的工作过程：
功率开关MOS晶体管M0的栅极电压波形如图5中GD所述。在T0时刻，功率开关MOS晶体管M0导通，变压器8b原边电流(如图5中Ip所示)上升，采样电阻Rcs上的电压也上升压，当此电压达到开关控制逻辑单元7内部设定的阀值时(即图5中T1时刻)，开关控制逻辑单元7输出低电平信号，将功率开关MOS晶体管M0关断；同时，变压器8b副边续流二极管D0开始导通，副边电流如图5中Is所示。在功率开关管M0关断时刻T1，功率开关MOS晶体管M0漏极电压迅速上升，如图5中DRAIN所示，此电压经所述电压采样网络单元6采样后得到如图5中VD所示电压信号。在T2时刻，去磁结束，续流二极管D0电流下降到零，变压器8b副变绕组电压开始迅速下降。由于变压器8b原边绕组和副边绕组的耦合作用，功率开关MOS晶体管M0的漏极电压也开始迅速下降，经电压采样网络单元6的电阻分压及电容耦合作用，电压采样网络单元6的输出电压VD也开始迅速下降。至T3时刻，电压采样网络单元6输出低于电压基准单元3的VREF，过零比较器输出由低电平信号跳变至高电平信号如图5中VZCD所示，开关控制逻辑单元7输出高电平信号将功率开关MOS晶体管再次导通。原边电流在T1时刻，达到最大值Ipk；T0至T1时刻为功率开关MOS晶体管M0导通时间，在T1至T2时间内为副边去磁时间。在T2至T3时间内为谐振时间，其值远远小于去磁时间。
在本实施方式中，在反激变压器8b原边绕组两端连接缓冲吸收电路4，用来吸收功率开关MOS晶体管M0关断瞬间的尖峰电流，该缓冲吸收电路4可以由二极管、电阻、电容或者稳压管构成。变压器8b副边绕组经续流二极管D0与LED负载8a组成回路，并在LED负载8a两端并联第二电容C2，用于滤波。
需要指出的是，电压采样网络单元6中由于电容的隔离直流耦合交流的作用，电压采样网络单元6输出为功率开关MOS晶体管M0漏极电压的交流分量部分，而此交流分量与副边绕组电压成线性比例关系。故，设置接近于电路地电位的电压基准阀值时，功率开关MOS晶体管M0在漏极的最小值电压附近处导通，驱动电路工作在准谐振工作模式，有利于降低功率开关MOS晶体管M0的开关损耗，提高驱动电路电源转换效率，改善EMI。
与现有技术相比，本实施方式由过零比较器单元对电压采样网络单元得到的高压功率开关MOS晶体管的漏极电压与电压基准单元进行比较，根据比较结果得到续流二极管D0的电路过零时刻，从而确定副边绕组的去磁时间，检测到LED负载的平均电流，实现LED恒流驱动。无需辅助绕组、也无需额外低压功率开关MOS晶体管和高压电容的设计，可简化LED驱动电源设计，缩小了应用系统中PCB电路板的尺寸，降低了LED驱动电源成本。
本实用新型的第二种实施方式涉及一种降压升压型LED驱动电源电路。与第一实施方式的主要区别在于：第一种实施方式中，LED负载8a与LED驱动电路的连接方式是隔离的；而在本实用新型第二种实施方式中，LED负载8a与LED驱动电路的连接方式是非隔离的。图6为本实用新型第二种实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路示意图，整流电路1，供电电路2，电压基准单元3，电压采样网络单元6，过零比较器单元5，开关控制逻辑单元7和功率开关MOS晶体管M0与第一种实施方式相同，其工作过程也相同，在此不再赘述。所不同的是：在第一种实施方式中，LED驱动电路通过磁性耦合元件变压器与LED负载8a相连，在电气特性上实现隔离；而在本实用新型第二种实施方式中，LED负载8a与LED驱动电路的磁性元件电感L1并联连接。
图7为本实用新型第三种实施方式的无需辅助绕组的LED驱动电路示意图。本实用新型的第三种实施方式涉及一种降压型LED驱动电源电路。与本实用新型第二种实施方式一样，LED负载8a与LED驱动电路的连接方式也是非隔离的，其工作过程也相同。所不同的是：在本实用新型第二实施方式中，LED负载8a与LED驱动电路的磁性元件电感L1并联连接；而在本实用新型第三种实施方式中，LED负载8a与LED驱动电路的磁性元件电感L1串联连接(如图7所示)。
以上对本实用新型实施例所提供的无需辅助绕组的LED驱动电路进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，凡依本实用新型设计思想所做的任何改变都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于：包括整流电路(1)，供电电路(2)，电压基准单元(3)，缓冲吸收电路(4)，过零比较器单元(5)，电压采样网络单元(6)，开关控制逻辑单元(7)，功率开关MOS晶体管(M0)，
所述整流电路(1)的输出端连接所述供电电路(2)；所述供电电路(2)包括连接输入直流电压与电路地之间的第零电容(C0)，串联连接的第零电阻(R0)和第一电容(C1)，与所述第一电容(C1)并联连接的稳压管(Dz)；
所述电压采样网络单元(6)的输入端连接功率开关M0S晶体管(M0)的漏极，输出端连接所述过零比较器单元(5)的负输入端；
所述过零比较器单元(5)的正输入端连接所述电压基准单元(3)的输出端，输出端连接所述开关控制逻辑单元(7)的第一输入端。
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：所述电压采样网络单元(6)由电阻与电容组合构成。
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：所述功率开关MOS晶体管(M0)的栅极连接所述开关控制逻辑单元(7)的输出端，漏极连接于与LED负载(8a)连接的磁性耦合器件，源极经采样电阻(Rcs)连接到电路地。
4.根据权利要求3所述的无需辅助绕组的LED驱动电路，其特征在于：所述开关控制逻辑单元(7)的第二输入端与采样电阻(Rcs)连接。
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：还包括与LED负载(8a)并联连接的第二电容C2。
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：所述与LED负载连接的磁性耦合器件为反激变压器(8b)，所述反激变压器(8b)的副边经续流二极管(D0)与所述LED负载(8a)构成回路。
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：所述反激变压器(8b)原边绕组两端连接一缓冲吸收电路(4)，且所述缓冲吸收电路(4)由电阻、电容、二极管或者稳压管构成。
8.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：所述与LED负载(8a)连接的磁性耦合器件为电感(L1)，所述电感(L1)与所述LED负载(8a)并联连接或串联连接。
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