CN205213121U - 控制电路、led驱动芯片及led恒流驱动控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型披露一种控制电路、LED驱动芯片及LED恒流驱动控制电路，所述控制电路包括：高频振荡电路、峰值电流检测电路、滤波电路、误差比较电路、逻辑控制电路及功率管；高频振荡电路用于产生时钟信号；峰值电流检测电路用于检测和控制流过功率管的峰值电流，当流过功率管的峰值电流达到预设峰值电流时，输出过流控制信号；滤波电路用于检测电流检测电阻的电压，并产生一电压平均值信号；误差比较电路用于接收滤波电路所产生的电压平均值信号，并与内置电平参考信号进行比较，以及输出平均值控制信号；逻辑控制电路用于接收时钟信号、过流控制信号及平均值控制信号，并输出功率管控制信号，以控制功率管的导通或关断，进而使得与控制电路电连接的外部负载的电流达到预设目标电流。

Description

控制电路、LED驱动芯片及LED恒流驱动控制电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种控制电路、LED驱动芯片及LED恒流驱动控制电路。

背景技术

如图1所示，一种传统的非隔离型LED驱动电路，其包括主功率电感Lm，主功率开关管MP，峰值电流检测电阻Rcs。当Lm中的电流到达一定值时，检测电阻Rcs上的电压超过内部基准电压Vref时，控制电路通过峰值电流控制单元，开关信号产生单元和驱动单元来关断主功率开关管MP。Ls为辅助绕组，Rd与Ru为辅助绕组的分压电阻，Rd与Ru的公共端接入控制电路中退磁检测单元的比较器，当主功率电感Lm中电流变为零时，所述Rd和Ru的公共端电压降为零，比较器输出退磁结束信号ZXC，通过开关信号产生单元和驱动单元打开开关管，形成下一个周期的控制开始。

图1所示的非隔离型的LED驱动电源主要是降压型的BUCK方式，采用临界断续的控制方式，在输出电流比较大的场合，临界断续控制方式的优点是控制方式简单，电感内的电流应力不大。但是当临界断续控制方式用在高压小电流的场合时，因其电感量太大，造成了整个驱动电源体积的提升和成本的增加。

随着高压LED灯珠的发展和LED驱动电源对成本和体积的越来越严苛的要求，低成本，小体积的需求越来越多。高输出电压、小负载电流、高频率的应用的需求越来越普及，更高的输出电压可以提高转换效率，更高的驱动频率可以需求更小的电感量，采用工字电感或是贴片系列电感可以减小驱动电源的体积，降低采用磁芯EE电感的成本。针对目前市场上越来越多的高压小电流，尤其是灯丝灯的应用场合，不少的LED芯片厂开始趋向于断续控制方式来设计LED驱动电源,传统的LED驱动控制电路越来越难以满足这种应用的需求。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种控制电路、LED驱动芯片及LED恒流驱动控制电路，所述控制电路采用了全闭环控制技术，以至输出电流精度高，不随输入电压，输出电压以及电感量变化的影响；而且采用固定频率、固定电流峰值的跳周期控制技术，以控制电路可工作在断续模式，进而能够使用更小体积的贴片电感；再者，本实用新型不需要辅助绕组进行退磁检测，进而降低了成本。

依据本实用新型的一方面，提供了一种控制电路，其包括：一高频振荡电路、一峰值电流检测电路、一滤波电路、一误差比较电路、一逻辑控制电路以及功率管；其中，所述高频振荡电路与所述逻辑控制电路电连接，所述高频振荡电路用于产生一固定频率的时钟信号；所述峰值电流检测电路分别与所述逻辑控制电路及所述功率管的漏极电连接，所述峰值电流检测电路用于检测和控制流过所述功率管的峰值电流，当流过所述功率管的峰值电流达到预设峰值电流时，输出过流控制信号；所述滤波电路分别与所述功率管的源极及与所述控制电路电连接的外部的电流检测电阻电连接，所述滤波电路用于检测所述电流检测电阻的电压，并产生一电压平均值信号；所述误差比较电路分别与所述滤波电路和所述逻辑控制电路电连接，所述误差比较电路用于接收所述滤波电路所产生的电压平均值信号，并且与内置电平参考信号进行比较，以及输出平均值控制信号；所述逻辑控制电路与所述功率管的栅极电连接，所述逻辑控制电路用于接收所述高频振荡电路所产生的时钟信号、所述峰值电流检测电路所产生的过流控制信号及所述误差比较电路所产生的平均值控制信号，并且输出功率管控制信号，以控制所述功率管的导通或关断，进而使得与所述控制电路电连接的外部负载的电流达到预设目标电流。

在本实用新型的一实施例中，所述滤波电路为RC式滤波电路。

在本实用新型的一实施例中，当所述误差比较电路所输出的平均值控制信号为高电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流小于预设目标电流，所述功率管被允许开启对外部负载进行充电。

在本实用新型的一实施例中，所述功率管控制信号在所述时钟信号的上升沿变为高电平，所述功率管在所述功率管控制信号变为高电平后导通，所述功率管最大的导通时间由所述时钟信号的高电平占空比和振荡频率所决定。

在本实用新型的一实施例中，当流过所述功率管上的电流达到所述峰值电流检测电路所设定的预设峰值电流时，所述峰值电流检测电路所输出的过流控制信号变为高电平，进而使得所述功率管在所述功率管控制信号变为低电平后关断。

在本实用新型的一实施例中，当所述误差比较电路所输出的平均值控制信号为低电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流大于预设目标电流，所述功率管被禁止开启对外部负载进行充电。

在本实用新型的一实施例中，所述控制电路关闭当前周期导通的功率管，使流过外部负载的电流等于预设的目标电流。

在本实用新型的一实施例中，所述控制电路通过跳过一个或多个时钟信号周期以禁止功率管导通，使流过外部负载的电流等于预设的目标电流。

依据本实用新型的另一方面，提出一种LED驱动芯片，所述芯片包括上述的控制电路，所述LED驱动芯片用以控制与所述LED驱动芯片电连接的负载的电流，使所述负载的电流为预设目标电流。

依据本实用新型的又一方面，提出一种LED恒流驱动控制电路，其包括：一输入交流电压源、一整流桥、一输入电容、一电流检测电阻、一电感、一负载、一续流二极管以及上述的LED驱动芯片；所述输入交流电压源的两端分别电连接至所述整流桥的并联两个整流支路的共同连接点；所述输入电容的一端电连接至所述共同连接点的其中一连接点，所述输入电容的另一端电连接至所述共同连接点的其中另一连接点；所述LED驱动芯片的D引脚电连接至所述输入电容的一端，所述LED驱动芯片的CS引脚分别电连接至所述电流检测电阻的一端和所述续流二极管的负极，所述LED驱动芯片的GND引脚接地；所述电流检测电阻的另一端依次电连接至所述电感和所述负载后接地；所述续流二极管的正极电连接至所述输入电容的另一端且同时接地；其中，所述整流桥和所述输入电容用以将所述输入交流电压源的交流输入电压转变为直流输入电压；所述电流检测电阻用以检测和设定流过所述负载的平均电流；所述LED驱动芯片用以通过采集所述电流检测电阻上的电压，控制所转变的直流输入电压向所述电感及所述负载传送能量，以至使得所述负载的电流为预设目标电流。

在本实用新型的一实施例中，当所述功率管控制信号在所述时钟信号的上升沿变为高电平且所述功率管导通后，所述直流输入电压通过所述LED驱动芯片的功率管、所述电流检测电阻和所述负载对所述电感进行充电。

在本实用新型的一实施例中，当所述峰值电流检测电路所输出的过流控制信号变为高电平而使得所述功率管关断后，所述电感通过所述续流二极管进行续流。

本实用新型的优点在于，本实用新型所述控制电路、LED驱动芯片及LED恒流驱动控制电路通过采用了全闭环控制技术，以至输出电流精度高，不随输入电压，输出电压以及电感量变化的影响；而且采用固定频率、固定电流峰值的跳周期控制技术，以控制电路可工作在断续模式，进而能够使用更小体积的贴片电感；再者，本实用新型不需要辅助绕组进行退磁检测，进而降低了成本。此外，本实用新型所使用的元器件较少，控制方式相对简单，可靠性强。

附图说明

图1是传统的非隔离型LED驱动电路的电路连接示意图；

图2是本实用新型一实施例的控制电路的内部连接示意图；

图3是本实用新型一实施例的恒流LED驱动控制电路；

图4是图3所示的恒流LED驱动控制电路中的控制电路的工作时序图；

图5是本实用新型一实施例LED恒流驱动控制方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的控制电路、LED驱动芯片及LED恒流驱动控制电路的具体实施方式做详细说明。

参见图2所示，本实用新型提供一种控制电路，其包括：一高频振荡电路1、一峰值电流检测电路2、一滤波电路3、一误差比较电路4、一逻辑控制电路5以及功率管MP；其中，所述高频振荡电路1与所述逻辑控制电路5电连接，所述高频振荡电路1用于产生一固定频率的时钟信号CLK；所述峰值电流检测电路2分别与所述逻辑控制电路5及所述功率管MP的漏极电连接，所述峰值电流检测电路2用于检测和控制流过所述功率管MP的峰值电流，当流过所述功率管MP的峰值电流达到预设峰值电流时，输出过流控制信号OCP；所述滤波电路3分别与所述功率管MP的源极及与所述控制电路电连接的外部的电流检测电阻Rcs电连接(详见图3)，所述滤波电路3用于检测所述电流检测电阻Rcs的电压，同时将瞬时波动的所述电压过滤并产生一近似所述电压的平均值的信号CS_avg；所述误差比较电路4分别与所述滤波电路3和所述逻辑控制电路5电连接，所述误差比较电路4用于接收所述滤波电路3所产生的电压平均值信号CS_avg，并且与内置电平参考信号Vref进行比较，以及输出平均值控制信号COMPO；所述逻辑控制电路5与所述功率管MP的栅极电连接，所述逻辑控制电路5用于接收所述高频振荡电路1所产生的时钟信号CLK、所述峰值电流检测电路2所产生的过流控制信号OCP及所述误差比较电路4所产生的平均值控制信号COMPO，并且输出功率管控制信号GATE，以控制所述功率管MP的导通或关断，进而使得与所述控制电路电连接的外部负载的电流达到预设目标电流。需注意的是，本文中所述的外部负载的电流是指流过外部负载的平均电流。

具体而言，在本实施例中，所述滤波电路3为RC式滤波电路。而在其他实施例中，所述滤波电路3不局限于此，例如可以为RLC式滤波电路等。

进一步，当所述误差比较电路4所输出的平均值控制信号COMPO为高电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流小于预设的目标电流，所述功率管MP被允许开启对外部负载进行充电。

参见图4所示，所述功率管控制信号GATE在所述时钟信号CLK的上升沿变为高电平，所述功率管MP在所述功率管控制信号GATE变为高电平后导通，所述功率管MP最大的导通时间由所述时钟信号CLK的高电平占空比和振荡频率所决定。也就是说，所述功率管MP的最大导通时间是由振荡器的占空比和高频振荡电路的振荡周期所决定，而占空比和振荡周期的乘积即为振荡信号(即时钟信号)处于高电平所占有的时间，因此改变振荡频率和占空比可以改变最大导通时间。所述功率管控制信号GATE上升至高电平是由所述时钟信号CLK决定的。

而当流过所述功率管MP上的电流达到所述峰值电流检测电路2所设定的预设峰值电流时，所述峰值电流检测电路2所输出的过流控制信号OCP变为高电平，进而使得所述功率管MP在所述功率管控制信号GATE变为低电平后关断。

当所述误差比较电路4所输出的平均值控制信号COMPO为低电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流大于预设目标电流，所述功率管MP被禁止开启对外部负载进行充电。此时，所述控制电路关闭当前周期导通的功率管MP。或者，所述控制电路通过跳过一个或多个时钟信号周期禁止功率管MP导通，以使流过外部负载的电流等于预设目标电流，即实现控制电路传递的能量等于负载消耗的能量。

本实用新型还提供一种LED驱动芯片U1(标注于图3中)，其包括例如图2所示的控制电路，所述LED驱动芯片U1用以控制与所述LED驱动芯片U1电连接的负载的电流，使所述负载的电流为预设目标电流。

参见图3所示，本实用新型还提供一种LED恒流驱动控制电路，包括：一输入交流电压源Vac、一整流桥BD1、一输入电容Cin、一电流检测电阻Rcs、一电感L1、一负载(图中未标注)、一续流二极管D1以及上述LED驱动芯片U1；所述输入交流电压源Vac的两端分别电连接至所述整流桥BD1的并联两个整流支路的共同连接点；所述输入电容Cin的一端电连接至所述共同连接点的其中一连接点，所述输入电容Cin的另一端电连接至所述共同连接点的其中另一连接点；所述LED驱动芯片U1的VCC引脚电连接至一恒压恒流电源Cvcc，所述LED驱动芯片U1的D引脚(即所述LED驱动芯片U1内部的功率管MP的Drain引脚)电连接至所述输入电容Cin的一端，所述LED驱动芯片U1的CS引脚分别电连接至所述电流检测电阻Rcs的一端和所述续流二极管D1的负极，所述LED驱动芯片U1的GND引脚接地；所述电流检测电阻Rcs的另一端依次电连接至所述电感L1和所述负载后接地，同时所述电流检测电阻Rcs的另一端电连接至所述LED驱动芯片U1的GND引脚；所述续流二极管D1的正极电连接至所述输入电容Cin的另一端且同时接地；其中，所述整流桥BD1和所述输入电容Cin用以将所述输入交流电压源Vac的交流输入电压转变为直流输入电压；所述电流检测电阻Rcs用以检测和设定流过所述负载的平均电流；所述LED驱动芯片U1用以通过采集所述电流检测电阻Rcs上的电压，控制所转变的直流输入电压向所述电感L1及所述负载传送能量，以至使得流过所述负载的电流为预设目标电流。其中，所述LED驱动芯片U1与外围电路(包括电流检测电阻Rcs、电感L1、负载及续流二极管D1等)构成一闭环控制环路。

进一步而言，当所述功率管控制信号GATE在所述时钟信号CLK的上升沿变为高电平且所述功率管MP导通后，所述直流输入电压通过所述LED驱动芯片U1的功率管MP、所述电流检测电阻Rcs和所述负载对所述电感L1进行充电。其中，流过所述电感L1的电流如图4所示。

当所述峰值电流检测电路2所输出的过流控制信号OCP变为低电平而使得所述功率管MP关断后，所述电感L1通过所述续流二极管D1进行续流。

综上，本实用新型所述控制电路、LED驱动芯片及采用所述LED驱动芯片的恒流LED驱动控制电路通过采用全闭环控制技术(所述LED驱动芯片U1利用CS引脚全周期地采样所述电流检测电阻Rcs上的电压用于控制流过负载的电流，故为全闭环控制)，以至输出电流精度高，不随输入电压，输出电压以及电感量变化的影响；而且采用固定频率、固定电流峰值的跳周期控制技术(根据图4所示，所述LED驱动芯片U1的功率管MP并不是每一个时钟周期均为开启，有部分周期会被跳过；跳过周期的个数是由闭环控制环路加以实现，主要表现为所述平均值控制信号COMPO的电平高低，若所述平均值控制信号COMPO为低电平时，则会跳过振荡周期)，以控制电路可工作在断续模式，进而能够使用更小体积的贴片电感；再者，本实用新型不需要辅助绕组进行退磁检测(现有技术中通过退磁检测以判定所述功率管MP是否开启，而本实用新型所述功率管MP的开启是由闭环控制环路所决定的，主要表现为所述平均值控制信号COMPO的电平高低，若所述平均值控制信号COMPO为高电平时，在时钟信号的上升沿会开启所述功率管MP。而所述功率管MP的关闭是由所述过流控制信号OCP和所述平均值控制信号COMPO所决定的)，进而降低了成本。此外，本实用新型所使用的元器件较少，控制方式相对简单，可靠性强。

另外，本实用新型还提供一种LED恒流驱动控制方法，采用上述的控制电路，所述方法包括以下步骤：

步骤S510：高频振荡电路产生一固定频率的时钟信号并传送至逻辑控制电路。

步骤S520：峰值电流检测电路检测和控制流过功率管的峰值电流，当流过所述功率管的峰值电流达到预设峰值电流时，所述峰值电流检测电路输出过流控制信号并传送至逻辑控制电路。

步骤S530：滤波电路检测电流检测电阻的电压，并产生一电压平均值信号以传送至所述误差比较电路。

步骤S540：误差比较电路接收所述滤波电路所产生的电压平均值信号，并且与内置电平参考信号进行比较，以及输出平均值控制信号至所述逻辑控制电路。

步骤S550：逻辑控制电路接收所述高频振荡电路所产生的时钟信号、所述峰值电流检测电路所产生的过流控制信号及所述误差比较电路所产生的平均值控制信号，并且输出功率管控制信号，以控制所述功率管的导通或关断，进而使得与所述控制电路电连接的外部负载的电流达到预设目标电流。

进一步而言，当所述误差比较电路所输出的平均值控制信号为高电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流小于预设目标电流，所述功率管被允许开启对外部负载进行充电；或者当所述误差比较电路所输出的平均值控制信号为低电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流大于预设目标电流，所述功率管被禁止导通对外部负载进行充电。

另外，所述控制电路关闭当前周期导通的功率管或者通过跳过一个或多个时钟信号周期以禁止功率管导通，使流过外部负载的电流等于预设的目标电流。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种控制电路，其特征在于，包括：一高频振荡电路、一峰值电流检测电路、一滤波电路、一误差比较电路、一逻辑控制电路以及功率管；其中，

所述高频振荡电路与所述逻辑控制电路电连接，所述高频振荡电路用于产生一固定频率的时钟信号；

所述峰值电流检测电路分别与所述逻辑控制电路及所述功率管的漏极电连接，所述峰值电流检测电路用于检测和控制流过所述功率管的峰值电流，当流过所述功率管的峰值电流达到预设峰值电流时，输出过流控制信号；

所述滤波电路分别与所述功率管的源极及与所述控制电路电连接的外部的电流检测电阻电连接，所述滤波电路用于检测所述电流检测电阻的电压，并产生一电压平均值信号；

所述误差比较电路分别与所述滤波电路和所述逻辑控制电路电连接，所述误差比较电路用于接收所述滤波电路所产生的电压平均值信号，并且与内置电平参考信号进行比较，以及输出平均值控制信号；

所述逻辑控制电路与所述功率管的栅极电连接，所述逻辑控制电路用于接收所述高频振荡电路所产生的时钟信号、所述峰值电流检测电路所产生的过流控制信号及所述误差比较电路所产生的平均值控制信号，并且输出功率管控制信号，以控制所述功率管的导通或关断，进而使得与所述控制电路电连接的外部负载的电流达到预设目标电流。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述滤波电路为RC式滤波电路。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当所述误差比较电路所输出的平均值控制信号为高电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流小于预设目标电流，所述功率管被允许开启对外部负载进行充电。

4.根据权利要求1或3所述的控制电路，其特征在于，所述功率管控制信号在所述时钟信号的上升沿变为高电平，所述功率管在所述功率管控制信号变为高电平后导通，所述功率管最大的导通时间由所述时钟信号的高电平占空比和振荡频率所决定。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当流过所述功率管上的电流达到所述峰值电流检测电路所设定的预设峰值电流时，所述峰值电流检测电路所输出的过流控制信号变为高电平，进而使得所述功率管在所述功率管控制信号变为低电平后关断。

6.根据权利要求1或5所述的控制电路，其特征在于，当所述误差比较电路所输出的平均值控制信号为低电平时，与所述控制电路电连接的外部负载上的电流大于预设目标电流，所述功率管被禁止开启对外部负载进行充电。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路关闭当前周期导通的功率管，使流过外部负载的电流等于预设目标电流。

8.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路通过跳过一个或多个时钟信号周期以禁止功率管导通，使流过外部负载的电流等于预设目标电流。

9.一种LED驱动芯片，其特征在于，所述芯片包括权利要求1-8项中的任一项所述的控制电路，所述LED驱动芯片用以控制与所述LED驱动芯片电连接的负载的电流，使所述负载的电流为预设目标电流。

10.一种LED恒流驱动控制电路，其特征在于，包括：一输入交流电压源、一整流桥、一输入电容、一电流检测电阻、一电感、一负载、一续流二极管以及权利要求9所述的LED驱动芯片；所述输入交流电压源的两端分别电连接至所述整流桥的并联两个整流支路的共同连接点；所述输入电容的一端电连接至所述共同连接点的其中一连接点，所述输入电容的另一端电连接至所述共同连接点的其中另一连接点；

所述LED驱动芯片的D引脚电连接至所述输入电容的一端，所述LED驱动芯片的CS引脚分别电连接至所述电流检测电阻的一端和所述续流二极管的负极，所述LED驱动芯片的GND引脚接地；

所述电流检测电阻的另一端依次电连接至所述电感和所述负载后接地；

所述续流二极管的正极电连接至所述输入电容的另一端且同时接地；其中，

所述整流桥和所述输入电容用以将所述输入交流电压源的交流输入电压转变为直流输入电压；

所述电流检测电阻用以检测和设定流过所述负载的平均电流；

所述LED驱动芯片用以通过采集所述电流检测电阻上的电压，控制所转变的直流输入电压向所述电感及所述负载传送能量，以至使得所述负载的电流为预设目标电流。

11.根据权利要求10所述的LED恒流驱动控制电路，其特征在于，当所述功率管控制信号在所述时钟信号的上升沿变为高电平且所述功率管导通后，所述直流输入电压通过所述LED驱动芯片的功率管、所述电流检测电阻和所述负载对所述电感进行充电。

12.根据权利要求10所述的LED恒流驱动控制电路，其特征在于，当所述峰值电流检测电路所输出的过流控制信号变为高电平而使得所述功率管关断后，所述电感通过所述续流二极管进行续流。