CN206894952U - Led控制电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及LED控制电路。本实用新型要解决的一个技术问题是提供改进的LED控制电路。该LED控制电路包括：LED电路；具有第一端和第二端的高侧二极管串，所述高侧二极管串的第一端连接到所述LED控制电路的输入电压；具有第一端和第二端的感测电阻器，所述感测电阻器的第一端连接到所述高侧二极管串的第二端；开关，被构造为使所述输入电压与地连接和断开；以及控制器集成电路，被构造为接收在所述感测电阻器上产生的感测电压并且控制所述开关的切换操作，所述感测电压指示电感器电流。通过本实用新型，可以获得改进的LED控制电路。

Description

LED控制电路
技术领域
本实用新型总体涉及电气电路，并且更具体地但非排他地涉及发光二极管控制电路。
背景技术
发光二极管(LED)可以用于各种灯光应用中。例如，一个或多个LED可以通过使用晶体管驱动LED来提供照明。LED控制电路可以接收输入电压并控制晶体管的切换操作以控制LED的照明。可以由LED控制电路接收的输入电压受其组件的电气特性的限制。提供高于最大指定输入电压的输入电压可能会损坏LED控制电路并引起安全问题。因此，LED控制电路具有有限的输入电压范围。
实用新型内容
本实用新型要解决的一个技术问题是提供改进的LED控制电路。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种LED控制电路，该LED控制电路包括：LED电路；具有第一端和第二端的高侧二极管串，所述高侧二极管串的第一端连接到所述LED控制电路的输入电压；具有第一端和第二端的感测电阻器，所述感测电阻器的第一端连接到所述高侧二极管串的第二端；开关，被构造为使所述输入电压与地连接和断开；以及控制器集成电路，被构造为接收在所述感测电阻器上产生的感测电压并且控制所述开关的切换操作，所述感测电压指示电感器电流。
在一个实施例中，LED控制电路还包括：具有第一端和第二端的低侧二极管串，所述低侧二极管串的第一端连接到所述感测电阻器的第二端，所述低侧二极管串的第二端连接到电感器，并且其中所述高侧二极管串、所述感测电阻器和所述低侧二极管串串联连接。
在一个实施例中，所述低侧二极管串包括串联连接的多个二极管。
在一个实施例中，所述控制器集成电路具有被构造为接收所述感测电压的第一引脚，并且其中所述第一引脚的击穿电压规格低于所述输入电压。
在一个实施例中，所述控制器集成电路包括向所述开关输出控制信号的第二引脚。
在一个实施例中，所述高侧二极管串包括串联连接的多个二极管。
在一个实施例中，LED控制电路还包括串联连接在所述输入电压和所述开关之间的电感器。
在一个实施例中，所述开关是MOSFET。
在一个实施例中，所述开关在所述控制器集成电路的外部。
在一个实施例中，所述LED电路具有连接到所述输入电压的第一端和连接到所述开关的端子的第二端。
本实用新型的一个有益技术效果是提供改进的LED控制电路。
在阅读包括附图和权利要求书的本公开的全部内容时，本实用新型的这些和其它特征对于本领域普通技术人员而言将是明显的。
附图说明
图1示出了示例LED控制电路。
图2示出了图1的LED控制电路的信号的波形。
图3示出了根据本实用新型的实施例的LED控制电路的示意图。
图4示出了图3的LED控制电路的信号的波形。
图5示出了根据本实用新型的实施例的LED控制电路的示意图。
在不同图中使用的相同附图标记指示相同或相似的组件。
具体实施方式
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月2日提交的美国临时申请No.62/344,752的权益，其全部内容通过引用并入本文。
在本公开中，提供了许多具体细节(例如电路、组件和方法的示例)以提供对本实用新型的实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以在没有具体细节中的一个或多个的情况下实践本实用新型。在其它情况下，未示出或描述公知的细节以避免模糊本实用新型的各方面。
为了便于阅读，出现在附图中的下标和上标在本文中使用正常字体进行格式化。例如，在附图中标记为VEXAMPLE的信号在下面被简单地写为VEXAMPLE。
图1示出了用于控制LED电路123的照明的示例LED控制电路100。LED电路123可以是单个LED或多个串联连接的LED。LED控制电路100在节点101处接收输入电压HV1。输入电压HV1可以是高DC(直流)电压。输入电压HV1通过感测电阻器RSENSE连接到二极管串120和电感器121。二极管串120可以是单个二极管或串联连接的多个二极管。控制集成电路(IC)130基于电感器电流IL来控制晶体管124的切换操作，该电感器电流IL是由控制器IC 130通过在感测电阻器RSENSE两端产生的感测电压VSENSE而感测的。
图2示出了图1的LED控制电路100的信号的波形。图2示出了相对于地(GND)的输入电压HV1，通过电感器121的电感器电流IL(图2，142)，以及到晶体管124的栅极的栅极信号OUT(图2，143)。为了正确的操作，感测电压VSENSE期望在低于输入电压HV1的有限值的范围内(图2，141)。
当晶体管124导通时，电感器电流IL增加，而当晶体管124关断时，电感器电流IL减小。电感器电流IL增加时的斜率(图2，斜率1)由下式给出：
VL＝(HV1-VSENSE-VD1)-VDS≈HV1-VD1
其中VL是电感器121两端的电压，HV1是节点101处的输入电压，VSENSE是感测电阻器RSENSE两端的电压，VD1是二极管串120两端的正向压降，VDS是晶体管124的漏极至源极电压，以及L是电感器121的电感。电感器电流IL减小时的斜率(图2，斜率2)由下式给出：
VL＝(HV1-VSENSE-VD1)-(HV1+VDSK)≈-VD1
其中VL是电感器121两端的电压，HV1是节点101处的输入电压，VD1是二极管串120两端的正向压降，VSENSE是感测电阻器RSENSE两端的电压，VDSK是LED电路123两端的正向压降，以及L是电感器121的电感。从上述等式可以看出，感测电压VSENSE不会明显地影响电感器电流IL的斜率，因此不会明显地影响LED控制电路100的操作。电感器电流的斜率可以由输入电压、二极管串120的正向压降以及输入电压来确定。
用于接收感测电压VSENSE并且用于接收用于生成控制器IC130的VCC的内部调节器的电源电压的控制器IC 130的感测引脚具有击穿电压规格，该击穿电压规格由感测引脚的输入晶体管的击穿电压决定。对于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，击穿电压被称为“BVDSS”，其是反向偏置体漂移二极管击穿并且大量电流通过雪崩倍增过程开始在源极和漏极之间流动，而栅极和源极短路在一起时的电压。控制器IC 130的感测引脚的击穿电压规格必须高于输入电压HV1，以避免损坏控制器IC 130。这限制了可以由LED控制电路100接收的输入电压的范围。
图3示出了根据本实用新型的实施例的用于控制LED电路223的照明的LED控制电路200的示意图。LED电路223可以包括一个或多个LED。LED控制电路200在节点201处接收输入电压HV3。输入电压HV3可以是高DC电压。在图3的示例中，电感器电流感测电路220在节点201处连接到输入电压HV3，并在节点204处连接到电感器221的一端。电感器电流感测电路220有利地允许控制器IC 230感测比控制器IC 230的引脚的击穿电压高的输入电压。
在图3的示例中，电感器电流感测电路220包括高侧二极管串210，感测电阻器RSENSE和低侧二极管串211。感测电阻器RSENSE可以包括单个电阻器或串联连接的多个电阻器。高侧二极管串210可以包括单个二极管或串联连接的多个二极管。高侧二极管串210如此命名是因为它在一端在节点201处连接到输入电压HV3，并且在节点202处连接到电阻器RSENSE的高侧端(即，高电压侧)。低侧二极管串211可以包括单个二极管或串联连接的多个二极管。低侧二极管串211如此命名是因为它在一端在节点203处连接到电阻器RSENSE的低侧端(即，低电压侧)，并且在另一端在节点204处连接到电感器221的一端。
在图3的示例中，在感测电阻器RSENSE两端产生的电压VSENSE由控制器IC 230在引脚235上接收。控制器IC 230还包括用于接收内部调节器的电源电压的引脚234，内部调节器生成使控制器IC 230上电的VCC电压。由于引脚234和235中每个的输入阻抗相对较高，所以高侧二极管串210、感测电阻器RSENSE和低侧二极管串211串联连接。
在图3的示例中，LED控制电路200具有包括晶体管224(例如，MOSFET)形式的开关的降压拓扑。在一个实施例中，如图3所示，晶体管224在控制器IC 230的外部。在其它实施例中，晶体管224被并入控制器IC 230中(即，在IC封装内)。晶体管224的漏极在节点205处连接到电感器221的端部，并且晶体管224的源极连接到地。更具体地，晶体管224的漏极通过电感器221和电感器电流感测电路220接收输入电压HV3。在图3的示例中，LED电路223的阴极在节点201处连接到输入电压HV3，并且LED电路223的阳极在节点205处连接到晶体管224的漏极。
晶体管224被构造为使输入电压HV3与地连接和断开。当晶体管224接通时，输入电压HV3连接到地，并且因此连接到LED控制电路200以通过电感器221产生电感器电流IL。电感器221产生电压VL，其抵消输入电压HV3，从而在LED电路223两端产生小于输入电压HV3的电压VDSK。当晶体管224关断时，输入电压HV3与LED控制电路200断开，从而使电感器电流IL减小并流过LED电路223。
在图3的示例中，控制器IC 230包括用于接收用于生成控制器IC 230的VCC电压的电源电压的引脚234，用于接收感测电压VSENSE的引脚235，以及连接到晶体管224的栅极的引脚236。控制器IC 230可以包括用于接收和感测感测电压VSENSE的感测电路231。电感器电流IL流向感测电阻器RSENSE以产生感测电压VSENSE。因此，感测电压VSENSE指示电感器电流IL。控制器IC 230包括开关控制电路232，开关控制电路232基于感测电路231通过感测电压VSENSE所感测的电感器电流IL来控制晶体管224的切换操作。
在一个实施例中，开关控制电路232通过滞后控制来控制晶体管221的切换操作。当感测电压VSENSE达到低参考阈值时，开关控制电路232断言(assert)栅极信号OUT，并且当感测电压VSENSE达到高参考阈值时，开关控制电路232取消断言(de-assert)栅极信号OUT。由开关控制电路232生成的栅极信号OUT通过驱动器电路233来驱动晶体管224的栅极。
图4示出了图3的LED控制电路200的信号的波形。图4示出了相对于地(GND)的输入电压HV3，通过电感器221的电感器电流IL(图4，242)，以及到晶体管224的栅极的栅极信号OUT(图4，243)。如图4所示，输入电压HV3高于图1的LED控制电路100的输入电压HV1。在图4的示例中，输入电压HV3比输入电压HV1高了允许感测电压VSENSE保持刚好低于图1的电压HV1(图4，241)的电平的高侧二极管串210的正向压降的总和(图4，244)。更具体地，即使在节点201处具有高输入电压HV3，感测电压VSENSE也相对较低，并且可以低至输入电压HV3减去高侧二极管串210的正向压降。因此，控制器IC 230的感测引脚的击穿电压规格可以与图1的控制器IC 130的感测引脚的击穿电压相同1，但是LED控制电路200能够接受比电压HV1高得多的输入电压HV3。更具体地，控制器IC230的感测引脚(例如，引脚234和235)的击穿电压规格可以高于电压HV1但是低于输入电压HV3。形成鲜明对比地，在图1的LED控制电路100中，控制器IC 130的感测引脚的击穿电压规格必须高于输入电压。
仍然参考图4，当晶体管224导通时，电感器电流IL增加，而当晶体管224关断时，电感器电流IL减小。当电感器电流IL增加时(图4，斜率1)及当其减小时(图4，斜率2)的斜率的等式由上述针对图1的LED控制电路100所解释的相同等式给出。
在一些应用中可以省略低侧二极管串211。图5示出了根据本实用新型的实施例的LED控制电路200A的示意图。LED控制电路200A是图3的LED控制电路200的特定实施方式。LED控制电路200A除了电感器电流感测电路不包括低侧二极管串211之外与LED控制电路200相同。LED控制电路200和200A的操作和组件其它方面都相同。
在图5的示例中，在引脚234上接收的用于生成控制器IC 230的VCC的电压将大于大多数应用中的VCC。然而，在引脚234上得到的电压非常接近VCC的应用中，生成VCC的内部调节器可能无法保持工作。在这些应用中，应当利用如图3所示的其中感测电阻器RSENSE在第一和第二二极管串之间的电感器电流感测电路。
从上述可以理解，本实用新型的特征允许LED控制电路接受宽范围的输入电压。本实用新型的特征可以作为改装并入图1的LED控制电路100和其它LED控制电路中。此外，本实用新型的特征允许具有低电压或中电压控制器IC的LED控制电路接受更高的输入电压。
在一个实施例中，LED控制电路包括具有高侧二极管串、低侧二极管串以及在高侧和低侧二极管串之间并与它们串联的感测电阻器的电感器电流感测电路。LED控制电路在连接到高侧二极管串的一端接收输入电压。低侧二极管串的一端通过电感器连接到开关。通过电感器电流在感测电阻器上产生的感测电压由控制器集成电路感测。接收感测电压的控制器集成电路的引脚可以具有低于输入电压的击穿电压规格。
除了所附权利要求之外，本实用新型还包括至少以下权利要求：
发光二极管(LED)控制电路，包括：电感器电流感测电路，包括串联连接的第一二极管串和感测电阻器，电感器电流感测电路被构造为在第一二极管串的第一端处接收到LED控制电路的输入电压，第一二极管串的第二端连接到感测电阻器；开关，具有通过电感器电流感测电路接收输入电压的第一端子和连接到地的第二端子；开关与电感器电流感测电路之间的电感器；以及连接在第一二极管串的第一端和开关的第一端子之间的LED电路。
上述LED控制电路，其中电感器电流感测电路还包括与第一二极管串和感测电阻器串联的第二二极管串，其中感测电阻器在第一二极管串和第二二极管串之间，并且其中LED电路包括串联连接的多个LED。
上述LED控制电路还包括：控制器集成电路(IC)，其被构造为控制开关的切换操作以使输入电压与地连接和断开，控制器集成电路IC具有接收感测电阻器上的感测电压的第一引脚，第一引脚具有低于输入电压的击穿电压规格，其中开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其中控制器IC具有向MOSFET的栅极输出栅极控制信号的第二引脚。
一种操作发光二极管(LED)控制电路的方法，所述方法包括：在第一二极管串的第一端处接收输入电压；导通开关以将输入电压连接到地，并使电感器电流流过电感器，电感器电流在连接到第一二极管串的第二端的感测电阻器上产生感测电压，感测电阻器与第一个二极管串串联；在控制器集成电路(IC)上接收感测电压；以及通过控制器IC根据感测电压来控制开关的切换操作。
上述操作LED控制电路的方法，其中在控制器IC上接收感测电压包括在具有低于输入电压的击穿电压规格的控制器IC的引脚上接收感测电压。
上述操作LED控制电路的方法还包括：在连接到第一二极管串的第一端和开关的端子的LED电路上产生电压。
上述操作LED控制电路的方法还包括使电感器电流流过串联连接的第一二极管串、感测电阻器以及第二二极管串。
已经公开了LED控制电路及其操作方法。虽然已经提供了本实用新型的具体实施例，但是应当理解，这些实施例仅用于说明目的而不是限制。阅读本公开内容，本领域普通技术人员将明了许多另外的实施例。

Claims (10)

1.一种LED控制电路，包括：
LED电路；
具有第一端和第二端的高侧二极管串，所述高侧二极管串的第一端连接到所述LED控制电路的输入电压；
具有第一端和第二端的感测电阻器，所述感测电阻器的第一端连接到所述高侧二极管串的第二端；
开关，被构造为使所述输入电压与地连接和断开；以及
控制器集成电路，被构造为接收在所述感测电阻器上产生的感测电压并且控制所述开关的切换操作，所述感测电压指示电感器电流。
2.根据权利要求1所述的LED控制电路，还包括：
具有第一端和第二端的低侧二极管串，所述低侧二极管串的第一端连接到所述感测电阻器的第二端，所述低侧二极管串的第二端连接到电感器，并且其中所述高侧二极管串、所述感测电阻器和所述低侧二极管串串联连接。
3.根据权利要求2所述的LED控制电路，其中，所述低侧二极管串包括串联连接的多个二极管。
4.根据权利要求1所述的LED控制电路，其中，所述控制器集成电路具有被构造为接收所述感测电压的第一引脚，并且其中所述第一引脚的击穿电压规格低于所述输入电压。
5.根据权利要求4所述的LED控制电路，其中，所述控制器集成电路包括向所述开关输出控制信号的第二引脚。
6.根据权利要求1所述的LED控制电路，其中，所述高侧二极管串包括串联连接的多个二极管。
7.根据权利要求1所述的LED控制电路，还包括串联连接在所述输入电压和所述开关之间的电感器。
8.根据权利要求1所述的LED控制电路，其中所述开关是MOSFET。
9.根据权利要求1所述的LED控制电路，其中，所述开关在所述控制器集成电路的外部。
10.根据权利要求1所述的LED控制电路，其中，所述LED电路具有连接到所述输入电压的第一端和连接到所述开关的端子的第二端。
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