CN203814013U - 单端过零检测的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单端过零检测的LED驱动电路，该电路包括：第一功率管，栅极接收电源电压，漏极经由磁性耦合器件与LED负载相连；第二功率管，漏极连接第一功率管的源极，源极经由采样电阻接地；采样保持电路，在第二功率管关断期间采样保持第一功率管的源极电压；比较器，第一输入端连接采样保持电路的输出端，第二输入端连接第一功率管的源极；PWM信号发生器，第一输入端连接比较器的输出端以接收过零检测信号，第二输入端连接第二功率管的源极以接收采样电压，输出端产生输出控制信号。本实用新型无需辅助绕组，可使驱动电路更简单、体积更小，有利于降低成本，而且采用单端过零检测可以改善过零检测的可靠性和稳定性。

Description

单端过零检测的LED驱动电路

技术领域

本实用新型涉及LED驱动技术，尤其涉及一种单端过零检测的LED驱动电路。

背景技术

参考图1，图1为传统的反激式恒流LED驱动电路系统，如图1所示，该驱动电路系统主要包括：整流桥11、滤波电容C0、启动电阻R1、启动电容C1、控制器12、充电二极管D3、电阻RF1、电阻RF2、变压器T1、功率管M1、采样电阻Rcs、续流二极管D2以及输出电容C2。

其中，交流输入电压AC经过整流桥11和滤波电容C0产生直流电压；经过启动电阻R1和启动电容C1生成适合控制器12工作的电源电压VCC。变压器T1包括3个绕组：原边绕组、副边绕组和辅助绕组。原边绕组连接于直流电压和功率管M1的漏端之间；副边绕组连接于续流二极管D2的阳极和地之间；辅助绕组连接于充电二极管D3和系统地之间。电路工作期间，辅助绕组通过充电二极管D3给控制器12供电。此外，辅助绕组和相关电阻还提供续流二极管D2电流过零检测和输出过压检测功能，具体而言，辅助绕组通过电阻RF1、电阻RF2产生反馈电压传输至控制器12。

图1所示的反激式恒流LED驱动电路有以下几点缺点：

（1）系统中的辅助绕组、充电二极管D3以及产生反馈电压的相关元件增加了系统成本，同时也导致系统体积较大，不方便小型化系统设计；

（2）系统中的供电和驱动损耗都比较大，整体效率会比较低。此系统的功率管M1通过栅极来驱动，当功率管M1关断时，其栅极电荷全部释放到地，每个周期都需要这样的操作，会消耗更大的芯片电流，这些电流主要通过辅助绕组来提供，从而造成系统损耗大，效率低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种单端过零检测的LED驱动电路，无需辅助绕组，可使驱动电路更简单、体积更小，有利于降低成本，而且采用单端过零检测可以改善过零检测的可靠性和稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种单端过零检测的LED驱动电路，包括：

第一功率管，其栅极接收电源电压，其漏极经由磁性耦合器件与LED负载相连；

第二功率管，其漏极连接所述第一功率管的源极，其源极经由采样电阻接地；

采样保持电路，其输入端连接所述第一功率管的源极，在所述第二功率管关断后采样保持所述第一功率管的源极的电压；

比较器，其第一输入端连接所述采样保持电路的输出端，其第二输入端连接所述第一功率管的源极；

PWM信号发生器，其第一输入端连接所述比较器的输出端以接收过零检测信号，其第二输入端连接所述第二功率管的源极以接收采样电压，该PWM信号发生器根据所述过零检测信号和采样电压产生输出控制信号，该输出控制信号传输至所述第二功率管的栅极。

根据本实用新型的一个实施例，该LED驱动电路还包括：馈流二极管，其阳极连接所述第一功率管的源极，其阴极连接所述第一功率管的栅极。

根据本实用新型的一个实施例，所述磁性耦合器件为变压器，该变压器的原边绕组的同名端连接所述第一功率管的漏极，该原边绕组的异名端接收输入电压，该变压器的副边绕组的同名端连接续流二极管的阳极，该副边绕组的异名端接地，该续流二极管的阴极连接所述LED负载的阳极，该LED负载的阴极接地。

根据本实用新型的一个实施例，该LED驱动电路还包括：与所述LED负载并联的输出电容。

根据本实用新型的一个实施例，所述磁性耦合器件为电感，该电感的第一端连接所述第一功率管的漏极以及续流二极管的阳极，该电感的第二端连接所述LED负载的阴极，该LED负载的阳极接收输入电压并连接所述续流二极管的阴极。

根据本实用新型的一个实施例，该LED驱动电路还包括：输出电容，其第一端连接所述续流二极管的阴极，其第二端连接所述续流二极管的阳极。

根据本实用新型的一个实施例，所述磁性耦合器件为电感，该电感的第一端连接所述第一功率管的漏极以及续流二极管的阳极，该电感的第二端连接所述LED负载的阴极并接收输入电压，该续流二极管的阴极连接所述LED负载的阳极。

根据本实用新型的一个实施例，该LED驱动电路还包括：与所述LED负载并联的输出电容。

根据本实用新型的一个实施例，该LED驱动电路还包括：

整流桥，对交流电源信号整流以得到所述输入电压；

滤波电容，其第一端连接所述整流桥的正输出端，其第二端连接所述整流桥的负输出端并接地；

启动电阻，其第一端连接所述滤波电容的第一端；

启动电容，其第一端连接所述启动电阻的第二端，其第二端接地；

稳压二极管，其阴极连接所述启动电容的第一端，其阳极接地，该稳压二极管的阴极输出所述电源电压。

根据本实用新型的一个实施例，当所述采样电压达到预设的阈值电压时，所述PWM信号发生器产生的输出控制信号关断所述第二功率管；当所述比较器产生的过零检测信号发生跳变时，所述PWM信号发生器产生的输出控制信号控制所述第二功率管导通。

根据本实用新型的一个实施例，所述采样保持电路包括串联的控制开关和采样电容，在所述第二功率管关断后，该控制开关导通，所述采样电容两端的电压跟随所述第一功率管的源极的电压；延时预设时间后，所述控制开关关断，所述采样电容保持此时的第一功率管的源极电压。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型实施例的LED驱动电路中，采样保持电路在第二功率管关断期间对第一功率管的源极电压进行采样保持，然后再跟第一功率管的当前源极电压进行比较，根据比较结果得到续流二极管的电流过零时间，从而确定续流二极管的导通时间，进而可以根据导通时间占整个开关周期的占空比得到LED负载的平均电流，从而实现LED恒流输出。本实用新型实施例的LED驱动电路没有辅助绕组，使得电路设计更加简单，体积更小，并有利于降低系统成本。

另外，本实用新型实施例的LED驱动电路中，过零检测只和第一功率管的源极电压信息有关，与电源电压等参数无关，有利于改善过零检测的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是现有技术中一种LED驱动电路的电路结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例的LED驱动电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型第一实施例的LED驱动电路中采样保持电路的电路结构示意图；

图4是图2所示LED驱动电路的信号波形示意图；

图5是本实用新型第二实施例的LED驱动电路的电路结构示意图；

图6是本实用新型第三实施例的LED驱动电路的电路结构示意图。

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。

第一实施例

参考图2，第一实施例中的LED驱动电路主要包括：整流桥21、滤波电容C0、启动电阻R1、启动电容C1、稳压二极管D1、采样保持电路201、比较器202、PWM信号发生器203、驱动电路204、馈流二极管D3、第一功率管M1、第二功率管M2、采样电阻Rcs、变压器T1、续流二极管D2以及输出电容C2。

第一功率管M1和第二功率管M2可以是常规的功率管，例如第一功率管M1为高压功率管，第二功率管M2为低压功率管。本实施例对于第一功率管M1采用源极驱动技术，省去了辅助绕组。

其中，整流桥21对交流电源信号21整流以得到输入电压。整流桥21可以包括4个二极管，或者也可以采用其他任何适当的结构。滤波电容C0连接在整流桥21的输出端口上，具体而言，滤波电容C0的第一端连接整流桥21的正输出端，第二端连接整流桥21的负输出端并接地。启动电阻R1的第一端连接滤波电容C0的第一端，其第二端连接启动电容C1的第一端。启动电容C1的第一端连接启动电阻R1的第二端，启动电容C1的第二端接地。稳压二极管D1的阴极连接启动电容C1的第一端，稳压二极管D1的阳极接地，稳压二极管D1的阴极输出电源电压VCC。

第一功率管M1的栅极接收电源电压VCC，其漏极经由磁性耦合器件与LED负载相连。第一实施例中，磁性耦合器件为变压器T1，其原边绕组的同名端连接第一功率管M1的漏极，该变压器T1的原边绕组的异名端连接滤波电容C0的第一端以接收输入电压，该变压器T1的副边绕组的同名端连接续流二极管D2的阳极，该副边绕组的异名端接地，该续流二极管D2的阴极连接LED负载的阳极，该LED负载的阴极接地，输出电容C2与LED负载并联。

第二功率管M2的漏极连接第一功率管M1的源极，第二功率管M2的源极经由采样电阻Rcs接地。采样保持电路201的输入端连接第一功率管M1的源极，在第二功率管M2关断期间采样保持该第一功率管M1的源极的电压。比较器202的第一输入端连接采样保持电路201的输出端，比较器202的第二输入端连接第一功率管M1的源极，比较器202将采样保持电路201采样保持的电压与第一MOS功率管M1的当前电压进行比较，其输出端产生过零检测信号ZCD。PWM信号发生器203的第一输入端连接比较器202的输出端以接收过零检测信号ZCD，其第二输入端连接第二功率管M2的源极以接收采样电阻Rcs上的采样电压，该PWM信号发生器203根据过零检测信号ZCD和采样电压产生输出控制信号PWM，该输出控制信号PWM传输至第二功率管M2的栅极以控制第二功率管M2的导通和关断。

该输出控制信号PWM例如可以是脉宽调制（PWM）信号。作为一个优选的实施例，该输出控制信号PWM可以经由驱动电路204放大后再传输至第二功率管M2的栅极，驱动电路204用于增强输出控制信号PWM的驱动能力，从而更好地控制第二功率管M2的导通和关断。当然，该驱动电路204是可选的。

馈流二极管D3的阳极连接第一功率管M1的源极，其阴极连接第一功率管M1的栅极。当第一功率管M1的源极电压（也就是节点SW的电压）高于电源电压VCC时，馈流二极管D3导通，也就是节点SW的电压出现较高脉冲时，能量会通过馈流二极管D3传导至电源电压VCC，从而实现能量回收利用。

采样保持电路201在第二功率管M2关断期间采样保持第一功率管M1的源极电压。例如，输出控制信号PWM为逻辑高电平时，第二功率管M2导通，而当输出控制信号PWM为逻辑低电平时，第二功率管M2关断，那么采样保持电路201就可以在输出控制信号PWM为逻辑低电平时采样保持第一功率管M1的源极电压。

优选地，为了能保证采样保持操作是在第二功率管M2关断期间完成的，可以在第二功率管M2关断的预设时间之后再进行采样保持。继续采用上面的例子，可以在输出控制信号PWM降为逻辑低电平后延迟一预设时间，然后再开始采样保持。

参考图3，图3示出了图2中的采样保持电路201的一个实例，该采样保持电路包括串联的控制开关2011和采样电容2012，该控制开关2011的输入端连接节点SW，该控制开关2011的输出端连接采样电容2012的第一端，该采样电容2012的第二端接地。结合图2和图3，在第二功率管M2关断后，控制开关2011导通，采样电容2012两端的电压跟随第一功率管M1的源极电压；延时预设时间后，该控制开关2011关断，采样电容2012保持此刻的第一功率管M1的源极电压。

仍然参考图2，当采样电阻Rcs上的采样电压达到预设的阈值电压时，PWM信号发生器203产生的输出控制信号PWM关断第二功率管，例如该输出控制信号PWM为逻辑低电平；当比较器202输出的过零检测信号ZCD发生跳变时，得到续流二极管D2的电流过零时刻，PWM信号发生器203产生的输出控制信号PWM控制第二功率管M2导通，例如该输出控制信号PWM转变为逻辑高电平。

下面结合图2和图4对本实施例的LED驱动电路的工作过程进行详细描述。图4中，信号PWM为输出控制信号PWM的波形，CS为采样电阻Rcs上的采样电压的波形，I_sec为变压器T1中的副边绕组的电流的波形，SW为第一功率管M1的源极电压的波形，ZCD为比较器202输出端产生的过零检测信号ZCD的波形。

该LED驱动电路的工作过程如下：系统上电，电路启动完毕后，第二功率管M2导通，第一功率管M1的源极电压（也就是节点SW的电压）被拉低（也就是逻辑低电平），第一功率管M1也导通，此时变压器T1、第一功率管M1、第二功率管M2、采样电阻Rcs通路上的电流开始上升，参见图3中信号CS所处的301时刻；直到采样电阻Rcs上的电压超过预设的阈值电压后，参见图3中信号CS所处的302时刻，输出控制信号PWM变为低（也就是逻辑低电平，此时为T1时刻，第二功率管M2关断，同时第一功率管M1也关断，馈流二极管D3导通，第一功率管M1的源极电压被钳位在电源电压VCC附近；此时，续流二极管D2导通，流经变压器T1的副边绕组的电流很快上升到峰值并开始下降；从T1时刻开始计时，经过一定时间后，例如至T2时刻，采样保持电路201保存此时第一MOS功率管M1的源极电压；当变压器T1的副边绕组的电流下降到零时，参见图3中信号I_sec所处的303时刻，第一功率管M1的漏极电压开始下降，由于第一功率管M1的漏极和源极之间的电容耦合作用，第一功率管M1的源极电压也开始下降；此时第一功率管M1的源极电压与先前T2时刻保持的源极电压进行比较，得到续流二极管D2的过零时刻，从而可以检测到LED负载的平均电流，再通过PWM信号发生器203和驱动电路204来控制第二功率管M2的导通时刻，从而实现LED负载的恒流驱动。

结合图2、图3和图4可以看出，采样保持电路201的输出信号为T2时刻的第一功率管M1的源极电压，此时的源极电压记为SW0；而第一功率管M1的源极电压从高于SW0变为低于SW0的时刻303也就是续流二极管D2的电流过零时刻，因此，本实施例的使用采样保持电路201和比较器202来检测该时刻，从而得到续流二极管的关断时间。

与现有技术相比，本实施例对两个不同时刻的第一功率管M1的源极电压进行比较，根据比较结果得到续流二极管D2的电流过零时刻，从而得到续流二极管D2的关断时间，这样就可以检测到LED负载的平均电流，从而实现LED恒流驱动。本实施例的LED驱动电路没有辅助绕组，使得LED驱动电源设计更简单，体积更小，并有利于降低系统成本。

第二实施例

参考图5，第二实施例的LED驱动电路与图2所示的第一实施例基本相同，主要区别在于：第一实施例中，LED驱动电路与LED负载的耦合方式为隔离型，而在第二实施例中，LED驱动电路与LED负载的耦合方式为非隔离型。也就是说，第一MOS晶体管的漏极可以通过磁性耦合器件与LED负载进行隔离型耦合或非隔离型耦合。

具体而言，第二实施例中的LED驱动电路也包含整流桥21、滤波电容C0、启动电阻R1、启动电容C1、稳压二极管D1、采样保持电路201、比较器202、PWM信号发生器203、驱动电路204、馈流二极管D3、第一功率管M1、第二功率管M2以及采样电阻Rcs，其连接方式以及工作原理与第一实施例相同。主要区别在于，第一实施例中的磁性耦合器件为变压器，而第二实施例中的磁性耦合器件为电感L1，该电感L1的第一端连接功率管M1的漏极以及续流二极管D2的阳极，该电感L1的第二端连接LED负载的阴极，该LED负载的阳极连接滤波电容C0的第一端以接收输入电压，该LED负载的阳极还连接续流二极管D2的阴极。输出电容C2的第一端连接续流二极管D2的阴极，输出电容C2的第二端连接续流二极管D2的阳极。

第三实施例

参考图6，第三实施例的LED驱动电路与图5所示的第二实施例基本相同，主要区别在于：第二实施例中的LED负载与电感串联，而第三实施例中的LED负载与电感并联。

具体而言，第三实施例中的LED驱动电路也包含整流桥21、滤波电容C0、启动电阻R1、启动电容C1、稳压二极管D1、采样保持电路201、比较器202、PWM信号发生器203、驱动电路204、馈流二极管D3、第一功率管M1、第二功率管M2以及采样电阻Rcs，其连接方式以及工作原理与第一实施例相同。第三实施例中的磁性耦合器件为电感L1，该电感L1的第一端连接第一功率管M1的漏极以及续流二极管D2的阳极，该电感L1的第二端连接LED负载的阴极并连接滤波电容C0的第一端以接收输入电压，该续流二极管D2的阴极连接LED负载的阳极。

第二实施例、第三实施例的LED驱动电路的工作过程与第一实施例基本类似，这里不再赘述。

另外，对于图2、图5、图6中的任一种LED驱动电路，本实用新型还提供了相应的驱动方法，包括如下步骤：

在第二功率管M2关断期间，采样保持电路201对第一功率管M1的源极电压进行采样保持，记为保持电压；

比较器202将保持电压与第一功率管M1的源极的当前电压进行比较以得到过零检测信号ZCD；

根据该过零检测信号ZCD的跳变得到续流二极管D2的电流过零时间，以确定该续流二极管D2的导通时间，并根据该续流二极管D2的导通时间占开关周期的占空比得到LED负载的平均电流。

优选地，该采样保持电路201可以在第二功率管M2关断后的预设时间之后采样保持第一功率管M1的源极电压。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，只是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单端过零检测的LED驱动电路，其特征在于，包括：

第一功率管，其栅极接收电源电压，其漏极经由磁性耦合器件与LED负载相连；

第二功率管，其漏极连接所述第一功率管的源极，其源极经由采样电阻接地；

采样保持电路，其输入端连接所述第一功率管的源极，在所述第二功率管关断期间采样保持所述第一功率管的源极的电压；

比较器，其第一输入端连接所述采样保持电路的输出端，其第二输入端连接所述第一功率管的源极；

PWM信号发生器，其第一输入端连接所述比较器的输出端以接收过零检测信号，其第二输入端连接所述第二功率管的源极以接收采样电压，该PWM信号发生器根据所述过零检测信号和采样电压产生输出控制信号，该输出控制信号传输至所述第二功率管的栅极。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：馈流二极管，其阳极连接所述第一功率管的源极，其阴极连接所述第一功率管的栅极。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述磁性耦合器件为变压器，该变压器的原边绕组的同名端连接所述第一功率管的漏极，该原边绕组的异名端接收输入电压，该变压器的副边绕组的同名端连接续流二极管的阳极，该副边绕组的异名端接地，该续流二极管的阴极连接所述LED负载的阳极，该LED负载的阴极接地。

4.根据权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：与所述LED负载并联的输出电容。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述磁性耦合器件为电感，该电感的第一端连接所述第一功率管的漏极以及续流二极管的阳极，该电感的第二端连接所述LED负载的阴极，该LED负载的阳极接收输入电压并连接所述续流二极管的阴极。

6.根据权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：输出电容，其第一端连接所述续流二极管的阴极，其第二端连接所述续流二极管的阳极。

7.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述磁性耦合器件为电感，该电感的第一端连接所述第一功率管的漏极以及续流二极管的阳极，该电感的第二端连接所述LED负载的阴极并接收输入电压，该续流二极管的阴极连接所述LED负载的阳极。

8.根据权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：与所述LED负载并联的输出电容。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括：

整流桥，对交流电源信号整流以得到所述输入电压；

滤波电容，其第一端连接所述整流桥的正输出端，其第二端连接所述整流桥的负输出端并接地；

启动电阻，其第一端连接所述滤波电容的第一端；

启动电容，其第一端连接所述启动电阻的第二端，其第二端接地；

稳压二极管，其阴极连接所述启动电容的第一端，其阳极接地，该稳压二极管的阴极输出所述电源电压。

10.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述采样保持电路包括串联的控制开关和采样电容，在所述第二功率管关断后，该控制开关导通，所述采样电容两端的电压跟随所述第一功率管的源极的电压；延时预设时间后，所述控制开关关断，所述采样电容保持此时的第一功率管的源极电压。