CN205430716U - 一种内置低压保护的led控制电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出了一种内置低压保护的LED控制电路，包括LED控制器、低压保护电路、掉电检测电路以及功率管MN和MP。掉电检测电路和低压保护电路包括三个比较器A1、A2、A3以及延迟电路。A1的一输入端连接外部电源，一输入端接第一比较电压，输出端连接LED控制器；A2的一输入端连接外部电源，一输入端接第二比较电压，输出端连接LED控制器；A3的一输入端连接输出端口，一输入端接第三比较电压，输出端接延迟电路的输入端；延迟电路的输出端接A2。MN和MP的栅极均连接LED控制器的输出端，漏极一起连接外部控制端；MN的源极接地；MP的源极接输出端口。本实用新型有效解决了低压保护后部分电路依旧工作，电路启动过程中低压保护误操作及定时切换时节能的问题。

Description

一种内置低压保护的LED控制电路
技术领域
本实用新型属于集成电路技术领域，涉及一种电路，尤其是LED控制电路。
背景技术
在环境与发展的课题逐渐被大家重视的前提下，采用太阳能补充能源及控制方式得到广泛的应用，其不仅大大节省了传统能源的消耗也降低了污染的排放。
市场上广泛应用具有升压功能的LED控制器电路形式主要包括：恒流控制电路、恒压控制电路、PWM(脉宽调制)控制电路等。恒流控制电路与恒压控制电路常因为内部构造复杂，外围管脚多且在太阳能充电及控制时需要一些其他的元器件来进行配合使用，这样无形中增加了成本，因此这两种电路工作方式常应用于早期的LED控制，其在太阳能电路应用市场上已经越来越少。PWM控制电路通过内部特定的控制方式形成小环路，从而达到了芯片管脚少、使用方便、成本低廉等优点，比较适合户外LED驱动要求，但对于低功耗且高效率电路要求来说无法得到预期效果。
相较于LED太阳能开关控制而言，市场上主要有时控、光控、声控等控制方式。时控开关可以定时关断和开启以此来保证白天关断晚上开启。然而，在户外照明应用中从夜晚到白天进行定时切换时，前半夜与后半夜对灯光使用的亮度需求是不同的，后半夜需要灯光继续照明但为了节能需要让灯光减弱，而现今的电路很难达到这种效果。
市场上LED控制电路由电池或蓄电池供电时，随着电池持续的工作其电量越来越低，这就会导致当电量不足时常常无法确保其在哪个工作点停止工作，所以常常引入低压保护电路。但大多LED控制电路在低压保护后存在着电路某些功能依然无法完全关断，使电池电量依然持续降低，虽然大大节省了功耗但无法完全使电路停止工作。
此外，加入低压保护电路后还会存在以下问题：在电池上电时，若供电电压低于低压保护电压值，可能会导致电路处在一个锁死状态无法正常工作。这不利于电路的安全工作，同时也损耗了资源。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种能够有效避免低压保护后部分电路继续工作的LED控制电路，次要目的在于提供一种还能够解决电路启动过程中低压保护误操作及定时切换过程时实现节能的LED控制电路。
为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种内置低压保护的LED控制电路，包括LED控制器、低压保护电路、掉电检测电路以及功率管MN和MP；所述掉电检测电路包括第一比较器A1，所述低压保护电路包括第二比较器A2、第三比较器A3以及延迟电路；第一比较器A1的一输入端连接外部电源，一输入端接第一比较电压，输出端连接所述LED控制器；第二比较器A2的一输入端接外部电源，一输入端接第二比较电压，输出端连接所述LED控制器；第三比较器A3的一输入端连接输出端口，一输入端接第三比较电压，输出端接所述延迟电路的输入端；所述延迟电路的输出端接第二比较器A2；所述功率管MN和MP的栅极均连接所述LED控制器的输出端，漏极一起连接外部控制端；所述功率管MN的源极接地；所述功率管MP的源极接所述输出端口。
所述内置低压保护的LED控制电路还包括充电控制电路；所述充电控制电路一端连接外部电源，一端外接太阳能电池的阳极。
所述内置低压保护的LED控制电路还包括定时设置电路和模式控制电路；所述定时设置电路与所述模式控制电路均与所述LED控制器连接，以由外部调节所述定时设置电路进行时间设置以及由所述模式控制电路调节输出电流。
所述内置低压保护的LED控制电路还包括检测电路；所述检测电路一端连接所述LED控制器，另一端连接外部控制端。
所述内置低压保护的LED控制电路还包括使能控制电路，所述使能控制电路与所述LED控制器连接，以允许外部电平通过所述使能控制电路控制所述LED控制器的复位。
所述内置低压保护的LED控制电路集成为芯片。
所述LED控制器为基于PFM模式的LED控制器
或者，所述LED控制器为基于PWM的LED控制器。
所述功率管为场效应晶体管。
第一比较电压、第二比较电压、第三比较电压依次增大。
由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种能够有效避免低压保护后部分电路继续工作，电路过程中低压保护误操作及定时切换时无法节能的一种内置低压保护的LED控制电路。该电路能够在电路启动过程中直到输出稳定在一定电压后低压保护电路才工作，解决了电路启动过程中死机的问题；同时，在供电电量不足时低压保护启动后提供掉电检测，从而保证低压保护电路能够彻底将电路关断；此外，在定时切换过程中，还提供了一种模式切换，以便确保LED应用时可以使电流减半，有效地节能以及提高了太阳能的利用效率。该电路可集成为芯片，所需外围器件少，成本较低，生产效率高。
附图说明
图1是本实用新型实施例中内置低压保护的LED控制电路的框架结构示意图；
图2是本实用新型实施例中内置低压保护的LED控制电路的整体结构示意图；
图3是本实用新型实施例中低压保护电路及掉电检测电路的电路结构示意图；
图4是本实用新型实施例中检测电路工作的电压比较波形对照示意图；
图5是本实用新型实施例中电流减半功能的对照示意图；
图6是本实用新型实施例中内置低压保护的LED控制电路外接器件工作时的结构示意图；
图7是本实用新型实施例中太阳能共阴极接法的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型提出了一种内置低压保护的LED控制电路，提供了一种能够有效避免低压保护后部分电路继续工作，防止电路启动过程中低压保护误操作以及能够节能地进行定时切换过程的技术方案。图1为该内置低压保护的LED控制电路的结构框图，图2为其整体结构示意图。
该内置低压保护的LED控制电路包括基于PFM模式的LED控制器、检测电路dect、低压保护电路、掉电检测电路、定时设置电路Timeset、模式控制电路MODlogic、使能控制电路EN及充电控制电路，并包括功率管MN及MP。本实施例中，这些功率管为场效应晶体管。
低压保护电路与掉电检测电路的一端通过BAT端口外接接恒压源(其中，BAT端口外接恒压源的阳极)，另一端接LED控制器。定时设置电路Timeset、模式控制电路MODlogic及使能控制电路EN的一端接LED控制器，另一端分别接外部控制端口Tset、MOD及CDS。场效应管MN和MP的栅极接LED控制器的输出端，漏极接外部控制端口LX及检测电路dect的一端，检测电路dect的另一端接LED控制器。场效应管MN的源极接地，场效应管MP的源极接输出端口VDD，同时输出端口VDD也提供了内部供电。充电控制电路一端连接外部电源，一端外接太阳能电池的阳极。使用时，LX端口通过外接电感与外部电源连接。外部电平通过使能控制电路控制LED控制器的复位。此外，LED控制器的输出端与功率管MN和MP的栅极之间还可以连接缓存器或者锁存器。
低压保护电路与掉电检测电路的电路结构示意图如图3所示，掉电检测电路包括第一比较器A1，低压保护电路包括第二比较器A2、第三比较器A3和延迟电路delay。其中，第一比较器A1的一输入端用于连接外部恒流源，一输入端接第一比较电压V1，输出端连接LED控制器；第二比较器A2的一输入端用于连接外部恒流源，一输入端接第二比较电压V2，输出端连接内置低压保护的LED控制电路；第三比较器的一输入端连接输出端口，一输入端接第三比较电压V3，输出端接延迟电路的输入端；延迟电路的输出端接第二比较器。本实施例中，第一比较器A1、第二比较器A2和第三比较器A3均为电压比较器，且均有一输入端连接比较电压。在本实用新型中，这三个比较器也可以采用电流比较器，此时这些输入端则对应地连接比较电流。
检测电路dect模块通过检测LX端电压(即功率管MN、MP的漏极电压)与BAT端电压来实现控制LED控制器的作用。如图4所示，当LX端电压下降直到VLX<VBAT时，通过内部逻辑控制使检测电路dect模块输出信号电平翻转，此时PFM控制器电平受其影响进而影响输出电平，从而达到控制场效应管MP、MN的作用。
时间设置电路与模式控制电路结合使用，通过外部设置电阻或电容，可对时间进行人为定时，由模式控制电路调节输出电流，这就为不同的客户需求提供方便。若通过时间设置电路Timeset的Tset端口设置时间为T，当MOD端口电平为高时，电路经过时间T后切换为输出电流减半模式；当MOD端电平为低时，电路经过时间T后切换为输出电流减半模式，再经过时间T后，电路切换为关断模式，流过电流为0，直到通过CDS端控制复位电路对LED控制器进行复位再重启。如图5所示，由公式V＝L*dI/dt(其中，V表示LX端最大电压，L表示LX端外接电感值，dI/dt表示LX端电流随时间变化)得到dI/dt＝V/L，由此可知dI/dt是个定值，充电时间为T1时dI1/dT1＝V/L(其中，I1为充电电流，T1为充电时间)；当MOD端口电平为高时，模式控制电路调节时间减半，充电时间变为T1/2，则此时dI2/dT1＝2V/L，由此可知I2＝I1/2(其中，I2、T2分别为MOD端电平为高时模式充电电流与充电时间)，从而达到电流减半作用；当MOD端口电平为低时模式控制电路调节时间为0，此时可以达到电流为零作用，达到关断电路效果。通过以上工作方式能够有效实现节能。
低压保护与掉电检测电路在电源供电不足时对整个电路进行保护，如图3所示的低压保护与掉电检测电路中，内部设置V3>V2>V1。当VBAT(即BAT端口电压)<V1时，此时掉电检测电路检测到供电电压较小，从而控制LED控制器保持关断状态，使电路处于死机状态；当VBAT>V1时，LED控制器正常工作，直到输出电压VDD>V3时，通过输出信号及延时控制第二比较器A2正常工作，此时低压保护电路启动并且通过逻辑信号保持第二比较器A2不再受第三比较器A3及延时电路使能的影响；当应用一段时间，恒压源电量不足时即VBAT<V2时，此时低压保护电路提供信号，将LED控制器关断，但由于内部供电由输出VDD供给，若电路继续工作而VBAT继续减小，当VBAT<V1时，掉电检测电路通过控制逻辑对整个电路进行复位即将内部电路全部关断，从而达到保护整个电路的作用。低压保护电路控制LED控制器，而掉电检测电路控制LED控制器的同时也控制使能信号，为电路提供复位功能。通过以上工作方式可解决低压保护后电路继续工作及电路启动过程中低压保护误操作的问题。
电路工作时，LX端口通过电感L连接BAT端口，同时电感L与BAT端口连接的一端通过电容C1接地；电压输出端口VDD通过电容C2后接地。此时整个电路的工作原理是：电路供电后，如图6所示为加入外部电路后，在BAT端电压小于第一比较电压时，通过电容C1存储电荷，直到BAT端电压大于第一比较电压V1即VBAT>V1，此时第一比较器A1开始工作且使能复位并控制LED控制器正常启动；此时场效应管MP导通，电容C1进行放电且电容C2存储电荷。随着LED控制器不断地提供高低电平，由场效应管MP和MN的特性可知，高电平控制MN导通MP关断，低电平控制MP导通MN关断，形成两个通路即通路1和通路2。当开始工作后，由检测电路dect对BAT端电压与LX端电压进行比较，而实现MP导通，使VDD端电压与供电电压BAT相等，从而为内部供电。随着内部电路工作的进行，MN导通MP关断时即通路1工作，此时C1不断地存储电荷；当MP导通MN关断时即通路2工作，此时C1放电且C2开始进行充电。当MN再次导通时，输出端VDD电压由C2放电维持电压不变，C1继续进行充电。当VDD电压不断升高到大于第三比较电压V3时，此时低压保护电路开始工作。随着电路工作的不断进行，BAT端外接电源的电压逐渐减弱，直到BAT端电压降到第二比较电压V2后，低压保护电路发生作用，控制LED控制器逻辑，进而控制场效应管MN和MP的逻辑电平。在应用过程中若电路未完全关死，且电池电压继续减小，直到BAT端电压小于第一比较电压V1，此时掉电检测电路工作并驱动LED控制器进行复位，将电路完全关死。如前所述，在工作过程中，通过在Tset端调节电阻或电容可对电路实现定时作用，通过控制模式控制端口来实现定时后电流减半或电流为零。CDS端口提供使能控制功能，可对电路强行复位即关断电路。
另外，在光线充足，BAT端、外接的太阳能电池和场效应管Pcha形成另一充电电路，其等效原理图如图7。图7采用的是共阴极接法，等效二极管(电路中用充电控制管代替，其特性与二极管一样：正向导通、反向阻断)阳极与太阳能电池阳极相连、等效二极管阴极与恒压源输入端口BAT端相连，太阳能电池阴极相连到地。当太阳能电池通过充电电压大于BAT端电压与等效二极管导通电压之和时，BAT端电压与太阳能电池电压差使等效二极管导通，太阳能电池给充电电池充电。
上述实施例采用基于PFM模式的LED控制器作为基础，在本实用新型中，上述基于PFM模式的LED控制器可由其他LED控制器替代，例如基于PWM的LED控制器、恒压控制器、恒流控制器等。
本实用新型中，该内置低压保护的LED控制电路能够集成为芯片。
本实用新型提供了一种能够有效提高效率并提供电流减半及关断模式控制的内置低压保护的LED控制电路。该电路能够用于较宽的工作电压范围，在供电电压高于内部设定的最小工作电压后，能够保证稳定的输出电压，并能保证一定的带载能力，有效避免了上电过程中出现死机的状况。同时，在太阳能电池给电池充电时，又不对电路产生其他的影响，保证了电路工作的稳定性。该电路可集成为芯片，所需外围器件少，整个电路结构简单，成本较低，生产效率高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本专利。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：包括LED控制器、低压保护电路、掉电检测电路以及功率管MN和MP；
所述掉电检测电路包括第一比较器A1，所述低压保护电路包括第二比较器A2、第三比较器A3以及延迟电路；第一比较器A1的一输入端连接外部电源，一输入端接第一比较电压，输出端连接所述LED控制器；第二比较器A2的一输入端接外部电源，一输入端接第二比较电压，输出端连接所述LED控制器；第三比较器A3的一输入端连接输出端口，一输入端接第三比较电压，输出端接所述延迟电路的输入端；所述延迟电路的输出端接第二比较器A2；
所述功率管MN和MP的栅极均连接所述LED控制器的输出端，漏极一起连接外部控制端；所述功率管MN的源极接地；所述功率管MP的源极接所述输出端口。
2.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：还包括充电控制电路；所述充电控制电路一端连接外部电源，一端外接太阳能电池的阳极。
3.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：还包括定时设置电路和模式控制电路；所述定时设置电路与所述模式控制电路均与所述LED控制器连接，以由外部调节所述定时设置电路进行时间设置以及由所述模式控制电路调节输出电流。
4.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：还包括检测电路；所述检测电路一端连接所述LED控制器，另一端连接外部控制端。
5.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：还包括使能控制电路，所述使能控制电路与所述LED控制器连接，以允许外部电平通过所述使能控制电路控制所述LED控制器的复位。
6.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：所述内置低压保护的LED控制电路集成为芯片。
7.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：所述LED控制器为基于PFM模式的LED控制器。
8.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：所述LED控制器为基于PWM的LED控制器。
9.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：所述功率管为场效应晶体管。
10.根据权利要求1所述的内置低压保护的LED控制电路，其特征在于：第一比较电压、第二比较电压、第三比较电压依次增大。
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