CN204031553U - 一种led驱动电路及其软启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED驱动电路，包括：带隙参考源、PWM控制器、误差放大器EA、软启动电路、欠压锁定电路、过热关断、过流保护电路、内部稳压电路、使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路、功率开关管输出电路，其软启动电路包括：基准电流镜像电流源、比较器、反相器和开关管。用于LED驱动芯片。本实用新型的软启动电路，在驱动LED灯时彻底避免浪涌,控制了启动时间,又能集成在芯片上，启动过程中输出电压和电感电流的变化足够平稳。

Description

一种LED驱动电路及其软启动电路

技术领域

本实用新型涉及一种软启动驱动电路，尤其是一种用于驱动LED的软启动驱动电路。

背景技术

LED又叫发光二极管，作为新兴的固态光源,白光LED具有无污染、高效率和使用寿命长等优点。如今，LED驱动芯片普遍应用于手电筒、装饰照明、矿灯照明及汽车辅助照明等。因为白光LED的颜色和亮度受正向电流及温度的影响显著,所以对其驱动芯片的性能提出了很高的要求。

LED驱动电路，其功能框图如图2所示，包括带隙参考源、PWM控制器、误差放大器EA、软启动电路、欠压锁定电路、过热关断、过流保护电路、内部稳压电路、使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路、功率开关管输出电路。软启动是芯片设计中的常用模块，其主要目的是使输出电压或者电流缓慢上升，不至于在芯片上电的瞬间产生大的过冲。

为了实现最短的启动延迟,传统的芯片没有采用内部软启动电路,而是采用了外部软启动电路来防止首次接通涌入较大电流。目前,软启动集成电路的实现常用的方法是在启动阶段用一个从零逐渐升高的斜坡电平代替基准电压作为放大器EA的输入，如图1所示。通过一个电流源给接地电容（Csoft）充电得到Vsoft电压,Vsoft呈斜坡状从零上升,用该电平代替信号与反馈电压FB比较,因此从启动开始,EA就处于平衡态,环路也处于正常的调整状态,输出电压随着Vsoft的逐渐上升,从而达到软启动的目的。上述方法虽然能够实现软启动,但是仍然存在以下缺点:①没有直接控制电感电流，为了彻底避免浪涌,需要较大的软启动电容来增大启动时间,一般容量大的电容体积也大，电容往往不能集成在芯片上，启动时间也变长; ②启动过程中输出电压和电感电流的变化不够平稳。

为了克服上述缺点,本文提出了一种新型的LED驱动电路及其软启动电路。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型一方面提供一种软启动电路，并将其封装于STO23-6的芯片中，其功能框图如图2所示，包括：

基准电流镜像电流源，耦接于外部输出端以接收电流信号；

比较器，该比较器包括正向输入端，耦接于基准电流镜像电流源的输出端，反向输入端，用于接收外部参考电压；

两个反相器，其输入端耦接于比较器的输出端；

两个开关管，耦接于反相器的输出端，并耦接于比较器的输入端。

所述的基准电流镜像电流源（1）的电路图如图4所示，由第一NPN三极管（T0）、第二NPN三极管（T1）和限流电阻（R0）构成。其中限流电阻（R0）一端耦接于电源，另一端耦接于第一NPN三极管（T0）的集电极，第一三极管（T0）的基极耦接于其集电极并耦接于第二NPN三极管（T1）的基极，第一NPN三极管（T0）和第二NPN三极管（T1）的发射极共地。

所述的比较器、反相器和开关管构成软启动电路，其电路原理图如图5所示。

所述的比较器（2）由6个N沟道MOS管和4个P沟道MOS管构成，所述的第三P沟道MOS管（P1）的源极接电源，其漏极耦接于栅极，并耦接于第五N沟道MOS管（N5）的漏极。所述的第五N沟道MOS管（N5）的源极接地，其栅极耦接于第一N沟道MOS管（N1）的栅极与第二N沟道MOS管（N2）的栅极之间。所述的第一N沟道MOS管（N1）的源极接地，其栅极耦接于第二N沟道MOS管（N2）的栅极，其漏极耦接于第一P沟道MOS管（P1）的漏极。所述的第一P沟道MOS管（P1）的栅极耦接于第一电容（C1），其源极耦接于第二P沟道MOS管（P2）的源极。所述的第二P沟道MOS管（P2）的栅极接第二电容（C2），其漏极耦接于第四N沟道MOS管（N4）的漏极。所述的第四N沟道MOS管（N4）的源极接地，其漏极耦接于栅极，并耦接于第三N沟道MOS管（N3）的栅极。所述的第三N沟道MOS管（N3）的源极接地，其漏极耦接于第一P沟道MOS（P1）的漏极。所述的第二N沟道MOS管（N2）的源极接地，其漏极耦接于第二P沟道MOS管的漏极。所述的第六N沟道MOS管（N6）的源极接地，其漏极耦接于第四P沟道MOS管（P4）的漏极。所述的第四P沟道MOS管（P4）的栅极接电源，其栅极耦接于第三P沟道MOS管（P3）的栅极。

所述的反相器（3）由两个N沟道MOS管和两个P沟道MOS管构成，所述的第八P沟道MOS管（P8）的源极接电源，其栅极耦接于第八N沟道MOS管（N8）的栅极，其漏极耦接于第八N沟道MOS管（N8）的漏极。所述的第八N沟道MOS管（N8）的源极接地。所述的第九P沟道MOS管（P9）的源极接电源，其栅极耦接于第九N沟道MOS管（N9）的栅极，其漏极耦接于第九N沟道MOS管（N9）的漏极。所述的第九N沟道MOS管（N9）的源极接地。

所述的开关管（4）有两个开关构成，所述的第一开关（S1）的触发端耦接于第八P沟道MOS管（P8）的漏极与第八N沟道MOS管（N8）的漏极之间，所述的第二开关（S2）的触发端耦接于第九P沟道MOS管（P9）的漏极与第九N沟道MOS管（N9）的漏极之间。

本实用新型另一方面提供一种LED驱动电路，包括：带隙参考源、PWM控制器、误差放大器EA、软启动电路、欠压锁定电路、过热关断、过流保护电路、内部稳压电路、使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路、功率开关管输出电路，以及上述的软启动电路。

上述的LED驱动电路及其软启动电路，具有下述优点：电路结构简单、启动时间控制精确、响应及时、易于实现、且电路启动电流小,提高了元器件使用寿命。

附图说明

图1为传统的软启动电路原理图；

图2为LED驱动电路功能框图；

图3为本实用新型的软启动电路功能框图；

图4为镜像电流源电路图；

图5为本实用新型的软启动电路原理图。

    图中：接地电容、Csoft；第一PNP三极管、Q3；第二PNP三极管、Q1；第三PNP三极管、Q2；误差放大器、EA；第一NPN三极管、T0；第二NPN三极管、T1；限流电阻、R；第一N沟道MOS管、N1；第二N沟道MOS管、N2；第三N沟道MOS管、N3；第四N沟道MOS管、N4；第五N沟道MOS管、N5；第六N沟道MOS管、N6；第七N沟道MOS管、N7；第八N沟道MOS管、N8；第九N沟道MOS管、N9；第十N沟道MOS管、N10；第一P沟道MOS管、P1；第二P沟道MOS管、P2；第三P沟道MOS管、P3；第四P沟道MOS管、P4；第五P沟道MOS管、P5；第六P沟道MOS管、P6；第七P沟道MOS管、P7；第八P沟道MOS管、P8；第九P沟道MOS管、P9；第十P沟道MOS管、P10；第十一P沟道MOS管、P11；第十二P沟道MOS管、P12；第一开关、S1；第二开关、S2。

具体实施方式

本实用新型的软启动电路由基准电流镜像电流源（1），比较器（2），反相器（3）和开关管（4）构成。

本实用新型的软启动电路如图3所示，所述的比较器（2）由N1～N6和P1～P4构成。电流I由基准源提供。在本实用新型中用迟滞比较器来实现。当CS1=0,CS2=1时,软启动电路开始工作。刚开始充电时Comp点电压达不到200mV,比较器输出为低电平。经过一级反相器N8和P8后的输出控制电平为高,而经过二级反相器N9和P9后的A点电平为低,故此时S1开启,S2关闭,软启动电路输出电压随Comp处电压发生变化。当Comp点电压大于200mV后,比较器输出为高电平,经过一级反相器后的输出控制电平为低,故P12和P11均导通,因而Comp点电平被抬高,并持续充电使之一直保持大于200mV。此时S2开启,软启动电路输出电压等于参考电压200mV。

所述的基准镜像电流源（1）由两只特性完全相同的管子T0和T1构成，由于T0的管压降Uceo与其b-e间电压Ubeo相等，从而保证T0工作在放大状态，而不可能进入饱和状态，为比较器提供一个稳定的静态电流。

以下对上述所提及的比较器以及一、二级反相器的工作过程及原理做进一步详细描述。

参照图5所示，比较器（2）在CS1=0,CS2=1时，ref200mV端给comp端充电，由于电容特性，一开始comp端的电位达不到200mV，第四P沟道MOS管（P4）和第六N沟道MOS管（N6）都处于截止状态，比较器输出低电平；当comp端电位到达200mV时，第二P沟道MOS管（P2）的栅-源电压满足导通条件而导通，第二N沟道MOS管（N2）的漏极电压被拉高，也满足导通条件，同样带动第一N沟道MOS管（N1）、第五N沟道MOS管（N5）、第三P沟道MOS管（P3）和第四P沟道MOS管（P4）导通，从而在比较器的输出端为高电平。

反相器（3）的输入端接收到比较器的高电平信号，第八N沟道MOS管（N8）的栅-源电压满足导通条件而导通，其漏极电位被拉低，因而输出低电平。所述的一、二级反相器原理相同，当输入低电平时，输出高电平；当输入高电平时，输出低电平。

本实用新型的LED驱动电路的工作原理如图2所示，在稳态的情况下,反馈电压FB与基准电压之间的误差信号被误差放大器放大为Vc信号。PWM调制电路将Vc信号和斜坡电压相比较来调整占空比,从而调整输出电压。Vc信号连接到PWM比较器的同相输人端,周期性斜坡电压则连接到PWM比较器的反相端。当Vc信号低于斜坡信号的下限值时,PWM比较器输出为低电平,即开关占空比为0;当Vc电压大于斜坡下限值时,PWM比较器开始输出高电平,即占空比开始大于0。随着Vc信号的增加,占空比也不断增加,当Vc电压大于斜坡上限值,PWM比较器一直输出高电平,即开关处于100%占空比工作。当电流通过镜像后刚开始给Comp处电容充电时,软启动电路中的比较器的正端电压小200mV,此时比较器输出控制电平为高,S1开启,软启动电路输出电压为正端电压值。当比较器的正端电压大于200mV后,比较器输出控制电平为低,S2开启，软启动电路输出电压为比较器输入负端的参考电200mV。此电路实现了输出电压缓慢上升,避免了输出电压过冲。

综上所述，本实用新型的软启动电路所在的驱动电路在驱动LED灯时，由于电压比较器的作用避免了浪涌,控制了启动时间；由于没有采用电容来抑制浪涌，缩小了电路体积，因而能够集成在芯片上；由于镜像电流源的作用，启动过程中输出电压和电感电流的变化足够平稳。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种软启动电路，用于LED灯驱动电路，其特征在于：包括： 

基准电流镜像电流源，耦接于外部输出端以接收电流信号； 

比较器，该比较器包括正向输入端，耦接于基准电流镜像电流源的输出端，反向输入端，用于接收外部参考电压； 

两个反相器，其输入端耦接于比较器的输出端； 

两个开关管，耦接于反相器的输出端，并耦接于比较器的输入端。 

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：所述的比较器包括： 

第一N沟道MOS管，其源极接地； 

第二N沟道MOS管，其源极接地，栅极耦接于第一N沟道MOS管的栅极； 

第三N沟道MOS管，其源极接地； 

第四N沟道MOS管，其源极接地，栅极耦接于第三N沟道MOS管的栅极； 

第五N沟道MOS管，其源极接地，栅极耦接于第一N沟道MOS管的漏极，并耦接于第一N沟道MOS管和第二N沟道MOS管的栅极； 

第六N沟道MOS管，其源极接地，栅极耦接于第四N沟道MOS管的漏极，并耦接于第三N沟道MOS管和第四N沟道MOS管的栅极； 

第一P沟道MOS管，其漏极耦接于第一N沟道MOS管的漏极； 

第二P沟道MOS管，其漏极耦接于第四N沟道MOS管的漏极，其栅极耦接于第一P沟道MOS管的栅极； 

第三P沟道MOS管，其漏极耦接于第五N沟道MOS管的漏极，并耦接与其栅极； 

第四P沟道MOS管，其漏极耦接于第六N沟道MOS管的漏极，其栅极耦接于第三P沟道MOS管的栅极。 

3.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：所述的两个反相器包括： 

一级反相器，其输入端耦接于比较器的输出端，输出端耦接于一个开关管的控制极； 

二级反相器，其输入端耦接于一级比较器的输出端，输出端耦接于另一个开关管的控制极。 

4.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于：所述的一级反相器包括： 

第八P沟道MOS管，其源极耦接于电源，栅极耦接于第六N沟道MOS管的漏极； 

第八N沟道MOS管，其源极接地，栅极耦接于第六N沟道MOS管的漏极，漏极耦接于第八P沟道MOS管的漏极。 

5.根据权利要求3所述的软启动电路，其特征在于：所述的二级反相器包括： 

第九P沟道MOS管，其源极耦接于电源，栅极耦接于第八P沟道MOS管的漏极； 

第九N沟道MOS管，其源极接地，栅极耦接于第八N沟道MOS管的漏极，漏极耦接于第九P沟道MOS管的漏极。 

6.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于：所述的两个开关管包括： 

第一开关管，其控制极耦接于一级反相器的输出端，输入级耦接于比较器的正向输入端； 

第二开关管，其控制极耦接于二级反相器的输出端，输入级耦接于比较器的反向输入端。 

7.一种LED灯驱动电路，用于驱动LED灯，包括：带隙参考源、PWM控制器、误差放大器EA、欠压锁定电路、过热关断、过流保护电路、内部稳压电路、使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路，功率开关管输出电路，其特征在于：还包括： 

如权利要求1至8任意一项所述的软启动电路，耦接于PWM控制电路与带隙参考源之间，以驱动PWM控制电路。