TWI558270B - Ｌｅｄ驅動器的控制電路及其控制方法 - Google Patents

Ｌｅｄ驅動器的控制電路及其控制方法 Download PDF

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Description

LED驅動器的控制電路及其控制方法
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種LED驅動器的控制電路及其控制方法。
隨著照明行業的不斷創新和迅速發展，加之節能和環保日益重要，LED照明作為一種革命性的節能照明技術，正在飛速發展。然而，由於LED燈的亮度與光輸出強度參數相關，其與它的電流及正向壓降成正比，並隨溫度變化而變化。因此，LED需要一個額外的電路來產生一恆定電流對其進行驅動。如圖1所示，其為一傳統的LED的離線恆定電流驅動器的原理方塊圖，其採用帶輸出電流調節電路的隔離反激式轉換器來實現的。該LED驅動電路的主體結構採用反激式拓撲結構，由變壓器101、功率開關電晶體102、PWM控制器103和光耦合器104等幾部分組成。
為了保證該LED的輸出電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上，檢測變壓器101次級側的輸出電壓，然後與設置的基準電壓進行比較得到一誤差信號，所述誤差信號經處理後經光耦合器104等器件輸出至變壓器101初級端的PWM控制器103，進而控制初級側功率開關電晶體102的占空比。因此，當LED輸出電流因各種因素而產生變化時，初級側控制電路可以藉由控制初級端的功率開關器件的開關動作，使負載電流回到初始設計值 上。
但是，採用這種實現方案，輸出調節回路需要光耦合器、參考源和感應檢測電路等部分，因此不可避免的存在以下缺陷：(1)對於長壽命電源應用場合，由於光耦合器隨著時間的變化而老化，電流傳輸比率逐漸降低，對電路的穩定性以及使用壽命帶來不利影響；(2)並且，這樣的實現方式，器件數目較多，意味著需要更大的板上空間、更高的成本，而且可靠性也較低；(3)增加的感應檢測電路額外增加了電路的功耗，降低恆流調節電源效率；(4)對於當今應用，LED驅動器的效率和節能要求變得越來越重要，同時LED應用也需要更小的尺寸，因此採用上述實現方式的傳統電路已經不能滿足相關要求。
有鑒於此，本發明提供一種LED驅動器的初級端控制電路及其控制方法，其無須直接採樣變壓器次級端的輸出信號，而是直接利用變壓器初級端的採樣信號來進行調節控制，簡化了電路結構設計、提高了電源的工作效率。
依據本發明一實施例的一種LED驅動器的控制電路，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，包括一變壓器、位於 變壓器次級側的輸出二極體和位於變壓器初級側的開關器件，所述控制電路位於所述變壓器的初級側，其包括，採樣電路，用以在所述變壓器的初級側採集表徵所述LED驅動器的輸出信號的採樣信號；所述變壓器次級側的輸出二極體的導通時間檢測電路，用以檢測所述二極體的導通時間；調節信號發生電路，接收所述採樣信號、一基準源和所述變壓器次級側的輸出二極體的導通時間，並對其進行調節，使得採樣信號、輸出二極體的導通時間與基準源呈正比例關係，與開關周期成反比例關係；並以此產生一調節信號；PWM控制電路，接收所述調節信號，並產生控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定；其中，所述基準源信號與所期望的輸出電流成正比例關係。較佳的，所述輸出二極體的導通時間電路包括：一輔助繞組，與變壓器的初級繞組耦合；一微分電容器，與所述輔助繞組串聯連接，藉由對所述微分電容器的檢測，得到所述輸出二極體的導通時間。
較佳的，所述採樣電路包括一檢測電阻器，所述檢測電阻器與所述變壓器初級側的開關器件串聯，用以將流過初級側的電流轉換為一檢測電壓信號。
較佳的，所述調節信號發生電路進一步包括： 採樣/保持電路，用以接收所述採樣得到的檢測電壓信號，以獲取所述檢測電壓的峰值；平均值電路，包括一開關電晶體，用以接收所述檢測電壓信號的峰值和所述基準源信號以及所述輸出二極體的導通時間信號，並且所述開關電晶體的開關動作與所述輸出二極體的導通和截止狀態保持一致。；補償電路，用以接收平均值電路的輸出，以得到所述調節信號，以控制所述LED驅動器中的開關器件的動作；所述基準源信號與該所期望的輸出電流、變壓器次級繞組匝數成正比例關係，與所述變壓初級繞組匝數成反比例關係。
較佳的，所述平均值電路進一步包括，參考電流發生電路，其接收所述基準源信號，以產生基於所述基準源信號的參考電流；採樣電流峰值發生電路，接收所述檢測電壓信號，以產生一基於所述檢測電壓信號的採樣電流峰值。
較佳的，所述調節信號發生電路包括：採樣/保持電路，用以接收所述採樣得到的檢測電壓信號，以獲取所述檢測電壓的峰值；平均值電路，其用以將所述檢測電壓信號根據所述輸出二極體的導通時間進行平均值運算，以得到平均值信號；誤差放大器，接收所述平均值信號和所述基準源信號； 補償電路，接收所述誤差放大器的輸出並進行補償，其輸出作為所述調節信號，以控制所述LED驅動器中的開關器件的動作。
較佳的，所述基準源信號與該所期望的輸出電流、該變壓器次級繞組匝數成正比例關係，與所述變壓初級繞組匝數成反比例關係；所述平均值信號，與輸出二極體的導通時間以及所述檢測電壓的峰值成正比例關係，與開關周期成反比例關係。
較佳的，所述平均值電路進一步包括，第一開關、第二開關、一電阻器和一電容器，所述第一開關一端連接所述檢測電壓信號，另一端分別連接電阻器的一端以及第二開關的一端，所述第二開關的另一端接地，所述電阻器的另一端與電容器的一端連接至第一端點，所述電容器的另一端與第二開關的接地端連接，其中，第一開關在輸出二極體的導通時間內閉合，第二開關在輸出二極體的斷開時間內閉合。
依據本發明一實施例的一種LED驅動器的控制方法，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，包括以下步驟：(1)在所述LED驅動器的變壓器的初級側進行採樣，以得到表徵其次級側輸出電流的採樣信號；(2)接收所述採樣信號，一基準源信號和所述LED驅動器次級側的輸出二極體的導通時間信號，並對其進行調節，使得採樣信號、輸出二極體的導通時間與基準源呈 正比例關係，與開關周期成反比例關係，並以此來產生一調節信號，其中所述基準源信號與所述LED驅動器的所期望的輸出電流值成正比例關係；(3)PWM控制電路根據所述調節信號，產生一控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
依據本發明另一較佳實施例的一種LED驅動器的控制方法，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，包括以下步驟：(1)LED驅動器的變壓器之初級側的開關器件串聯設置一檢測電阻器，以對流過所述變壓器初級側繞組的電流進行採樣，得到一檢測電壓信號；(2)對所述採樣得到的檢測電壓信號進行採樣/保持，以獲取所述檢測電壓信號的檢測電壓峰值；(3)接收所述檢測電壓信號的峰值和所述基準源信號以及所述輸出二極體的導通時間信號，並據此產生一平均值信號，並且所述開關電晶體的開關動作與所述輸出二極體的導通和截止狀態保持一致；(4)對所述平均值信號進行補償，以得到所述調節信號；(5)PWM控制電路根據所述調節信號，產生一控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
較佳的，所述步驟(3)進一步包括： 根據所述基準源信號，以產生基於所述基準源信號的參考電流；接收所述檢測電壓信號，以產生一基於所述檢測電壓信號的採樣電流峰值；接收所述採樣電流峰值和所述參考電流以及所述輸出二極體的導通時間信號，並據此產生所述平均值信號。
依據本發明另一較佳實施例的一種LED驅動器的控制方法，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，包括以下步驟：(1)LED驅動器的變壓器之初級側的開關器件串聯設置一檢測電阻器，以對流過所述變壓器初級側繞組的電流進行採樣得到一檢測電壓信號；(2)對所述檢測電壓信號根據所述輸出二極體的導通時間和開關周期進行平均值運算，以得到平均值信號；(3)對所述平均值信號和所述基準源信號進行誤差運算，獲得一誤差信號；(4)對所述誤差信號進行補償，以得到所述調節信號；(5)PWM控制電路根據所述調節信號，產生一控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
較佳的，所述基準源信號與該所期望的輸出電流、所述檢測電阻值以及該變壓器的次級繞組匝數成正比例關係，與初級繞組匝數成反比例關係； 所述平均值信號，與輸出二極體導通時間以及所述檢測電壓成正比例關係，與開關周期成反比例關係。
可見，採用本發明的LED驅動電路的控制電路和控制方法，由於只需要採集變壓器初級側的電信號資訊，不需要反饋回路的光耦合器以及輸出電信號檢測，因此至少可以實現以下有益效果：(1)由於不需要光耦合器使得電路的穩定性以及使用壽命增加；(2)電路中器件數目減小，使得成本降低，板上空間減小，而且可靠性也增強，電路設計效率增強；(3)提高了恆流LED驅動器的效率。
以下結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公衆對本發明有徹底的瞭解，在以下本發明較佳實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。
參考圖2，所示為依據本發明的一種LED驅動器的控制電路的一實施例的原理方塊圖，其中所述LED驅動器採用反激式拓撲結構，其包括以下部分：在變壓器201的初級側，外部交流輸入依次經由電磁 干擾消除電路EMI和整流橋或者功率因數校正電路PFC輸入至所述變壓器201的初級側；開關器件202連接至變壓器201的初級側，其開關動作由控制電路200進行控制；變壓器201的次級側連接輸出二極體203和輸出電容器204，進而給負載端連接的LED提供恆流驅動。
其中，控制電路200包括：採樣電路205，其位於所述變壓器201的初級側，用以採樣初級側的電流資訊；所述變壓器次級側的輸出二極體導通時間檢測電路206，用以檢測所述輸出二極體的導通時間；調節信號發生電路207，其接收所述採樣電路205的採樣信號V sample ，一基準源V ref 和輸出二極體導通時間檢測電路206輸出的表徵輸出二極體203導通時間的時間信號T dis ，並對其進行調節，使得採樣信號V sample 、輸出二極體的導通時間T dis 與基準源V ref 呈正比例關係，與開關周期T成反比例關係，並以此產生一調節信號；PWM控制電路208，接收所述調節信號，並產生控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件202的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定；其中，所述基準源信號與所期望的輸出電流I o 成正比例關係。
藉由對基準源V ref 的預先設置，以及調節信號發生電路207的調節作用，使得採樣信號V sample 、輸出二極體的 導通時間T dis 與基準源V ref 呈正比例關係，與開關周期T成反比例關係，即與所期望的輸出電流I o 成一定的正比例關係，進而輸出相應的調節信號，然後藉由PWM控制產生相應的控制信號，控制開關器件202的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
可見，採用圖2所示的依據本發明一實施例的LED驅動器的初級端控制電路，其無須直接採樣變壓器次級端的輸出信號，而是直接利用變壓器初級端的採樣信號來進行調節控制，簡化了電路結構設計、降低了實現成本，同時也提高了恆流LED驅動器的工作效率。
參考圖3A，所示為依據本發明的一種LED驅動器的控制電路的另一實施例的原理方塊圖，其中所述LED驅動器採用反激式拓撲結構。
在該實施例中，採樣電路藉由與開關器件202串聯連接的檢測電阻器305來實現，其兩端的檢測電壓V cs 作為採樣信號輸入至調節信號發生電路207。
輸出二極體導通時間檢測電路206藉由串聯連接的輔助繞組306和微分電容器307來實現。
輔助繞組306，用以獲得該變壓器201次級繞組上的電流資訊；微分電容器307，與所述輔助繞組306串聯連接，藉由對所述微分電容器307表徵的電壓V cd 的檢測，得到所述輸出二極體203的導通時間。
參考圖3B，所示為圖3A所示的LED驅動器的控制電路 的實施例的工作波形圖。以下結合圖3B，對圖3A所示的LED驅動器的控制電路的實施例進行詳細描述。
其基本工作原理為：在開關器件202的導通時間T on 內，初級側繞組Np電感載入輸入電壓，因此，流過開關器件202的電流即初級側繞組電流I p 從零線性增加到峰值I ppk 。於是，輸入端能量轉移到初級側繞組Np。
當開關器件202關斷後，即在截止時間內T off 內，儲存在繞組內的能量使輸出二極體203導通，輸出二極體203的電流在導通時間內T dis 從峰值I spk 線性下降至零。
在開關器件202的關斷時間內，輸出二極體203的電流相關信號被反射到輔助繞組306，藉由微分電容器307檢測輔助繞組306上的電信號，其波形如V cd 所示。當檢測到V cd 波形的A一B段信號時，將該信號作為輸出二極體導通時間信號T dis 信號前緣；當檢測到V cd 波形的B一C段信號時，將該信號作為輸出二極體導通時間信號T dis 信號後緣，從而得到輸出二極體203的導通時間信號T dis 。
根據安培定理，假設初級側繞組匝數為np，次級側繞組匝數為ns，輸出二極體203剛導通時的輸出電流峰值Ispk與變壓器201初級側電流峰值Ippk的關係如下式(1)，
在恆流輸出工作模式下，在一個開關周期T內，輸出電流I o 與輸出二極體203的平均電流值相等，所以輸出電流I o 可以如下式(2)計算： 將式(1)代入式(2)，可以得到輸出電流I o 如下式(3)計算： 其中，變壓器初級側電流峰值I ppk 可以藉由設置在變壓器201初級側的採樣電路即檢測電阻器305來得到，假設檢測電阻器305的電阻值為R s ，其兩端的檢測電壓的峰值為V cspk ，則變壓器201初級側的電流峰值I ppk 如下式計算： 則，輸出電流I o 可以轉換為：
由此可見，為了使輸出電流I o 保持恆定，由於原邊繞組匝數n p 、副邊繞組匝數n s 、檢測電阻R s 為固定值，所以 只要能保持電壓信號數值維持恆定，即可以實現輸出電流I o 恆定。
因此，藉由調節信號發生電路207，接收所述檢測電阻器305的採樣信號V cs ，一基準源V ref 和輸出二極體導通時間檢測電路206輸出的表徵輸出二極體203導通時間的時 間信號T dis ，並對其進行調節，使得電壓信號與所 述基準源成一定的正比例關係，使得電壓信號數值維持恆定，即使得採樣信號V cspk 、輸出二極體的導通時間T dis 與基準源V ref 呈正比例關係，而開關周期T與基準源V ref 成反比例關係，並以此產生一調節信號。
並且，根據所述LED驅動器的所期望的輸出電流I o 、 檢測電阻器305的電阻值R s 、以及變壓器初級側匝數n p 和次級側繞組匝數n s 來預先設置基準源V ref 的數值，使基準源滿足下式(6)關係：
藉由上式(5)和(6)，可以得知，藉由對基準源V ref 的設置以及調節信號發生電路207的調節作用，使得電 壓信號與所期望的輸出電流I 0 成一定的正比例關係。
然後，PWM控制電路208，接收所述調節信號，並產生控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件202的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流I o 維持恆定。
可見，採用圖3A所示的依據本發明一實施例的LED驅動器的初級端控制電路，其無須直接採樣變壓器次級端的輸出信號，而是直接利用變壓器初級端的採樣信號來進行調節控制，簡化了電路結構設計、降低了實現成本，同時也提高了恆流LED驅動器的工作效率。
參考圖4，所示為圖2和圖3A所示的LED驅動器中調節信號發生電路207的一實施例的原理方塊圖。
在該實施例中，調節信號發生電路207包括：採樣/保持電路401，用以接收所述採樣得到的檢測電壓信號V cs ，以獲取所述檢測電壓的峰值V cspk 。
所述採樣/保持電路401包括一誤差放大器A1，開關電晶體M1和採樣保持電容器C1。如圖3B所示，在開關器件202由導通狀態到截止狀態的轉換時刻，在PWM控制信號 的下降緣即開關器件202由導通到截止的轉換時刻控制產生一單脈衝信號P sam ，控制開關電晶體M1在PWM控制信號的下降緣時刻導通，從而採樣此時刻的變壓器201初級側的電流峰值，即輸出二極體203上的最大電流I spk ，其檢測電壓峰值V cspk 表徵。
基準電流發生電路402，包括一誤差放大器A2、開關電晶體M2和電阻器R1。誤差放大器A2的一端連接基準源V ref ，另一端連接至電阻器R1和開關電晶體M2的公共連接端，電阻器R1的另一端連接至地；誤差放大器A2的輸出端連接至開關電晶體M2；從而在電阻器R1上產生一基準電流I ref ，其數值為： 電流鏡406，其第一端連接至所述基準電流發生電路402，用以將獲得的基準電流I ref 進行鏡像，以在第二端形成鏡像電流。
採樣電流發生電路403，包括誤差放大器A3，開關電晶體M3和電阻器R2；誤差放大器的一端接收至採樣/保持電路401的輸出V cspk ，另一端連接至電阻器R2和開關電晶體M3的公共連接端，電阻器R2的另一端連接至地；誤差放大器A3的輸出端連接至開關電晶體M3；從而在電阻器R2上產生一採樣電流I sample ，其數值為，
開關電晶體404，其導通狀態由輸出二極體203的導通時間信號T dis 控制，其一端連接所述電流鏡406的輸出，另 一端連接採樣電流發生電路403的輸出。
補償電路405，包括依次串聯連接的電阻器R3和電容器C2，其中電阻器R3和電容器C2依次串連連接在開關電晶體404和電流鏡406的公共連接端A’和地之間，用以對A’輸出的電流進行補償運算。
因此，可以得知：
將式(9)轉換為：
從而使得與V ref 成正比例關係； 並且，根據所述LED驅動器的所期望的輸出電流I o 、檢測電阻器305的電阻值R s 、以及變壓器初級側和次級側繞組匝數n p 、n s 來預先設置基準源V ref 的數值，使其數值為：
藉由上式(10)和(11)，可以得知，藉由對基準源V ref 的設置以及調節信號發生電路207的調節作用，使得電 壓信號與所述基準源成一定的正比例關係。
PWM控制電路208，接收所述調節信號COMP，並產生控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件202的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流I o 維持恆定。
參考圖5，所示為圖2和圖3A所示的LED驅動器中調節信號發生電路207的另一實施例的原理方塊圖。
在該實施例中，調節信號發生電路207包括：
採樣保持電路501，其接收檢測電阻器305的檢測電壓V cs ，以對初級側的峰值電流進行採樣和保持，獲得檢測電壓峰值V cspk 。所述採樣保持電路501可以採用圖4所示的採樣保持電路401電路結構或者其他任何可以實現採樣保持功能的電路結構。其工作原理與圖4所示的採樣保持電路401電路結構，在此不再贅述。
平均值電路502，包括開關S1、開關S2和電阻器R4、電容器C3，用以對經過採樣/保持後的檢測電壓峰值V cspk 進行平均值運算，以得到一平均值信號V avg ； 其中，開關S1、電阻器R4、電容器C3依次串聯在採樣/保持電路501的輸出端和地之間；開關S2一端連接在開關S1和電阻器R4的公共連接點，另一端連接至地；開關S1由輸出二極體203的導通時間信號T dis 控制，使得其開關動作與輸出二極體203的導通狀態一致；開關S2由輸出二極體203的截止時間信號控制，使得其開關動作與輸出二極體203的截止狀態一致；電阻器R4和電容器C3的公共連接點B’輸出所述平均值信號V avg ，其數值為：
誤差放大器503，其兩個輸入端分別接收所述平均值信號V avg 和所述基準源V ref ，並將兩者進行比較。
一由電容器C4和電阻器R5組成的補償電路504，其接收所述誤差放大器503的輸出，並進行補償運算後，輸出所述調節信號COMP。
根據誤差放大器503的工作原理，可以得知：V ref =V avg (13)
將式(12)代入式(13)得：
從而使得與V ref 成正比例關係；並且，根據所述LED驅動器的所期望的輸出電流I o 、檢測電阻器305的電阻值Rs、以及變壓器初級側和次級側繞組匝數n p 、n s 來預先設置基準源V ref 的數值，即使所述基準源滿足上式(11)表示的關係。
根據上式(11)和(14)，可以得知，藉由對基準源V ref 的設置以及調節信號發生電路207的調節作用，使得電 壓信號與所述基準源成一定的正比例關係。
PWM控制電路208，接收所述調節信號COMP，並產生控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件202的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流I o 維持恆定。
圖6所示為依據本發明的一種LED驅動器的控制方法的第一實施例的流程圖，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，其包括以下步驟：S601：在所述LED驅動器的變壓器的初級側進行採樣，以得到表徵其次級側輸出電流的採樣信號；S602：接收所述採樣信號，一基準源信號和所述LED驅動器次級側的輸出二極體的導通時間信號，並對其進行調節，使得採樣信號、輸出二極體的導通時間與基準源呈正比例關係，與開關周期成反比例關係，並以此來產生一 調節信號，其中所述基準源信號與所述LED驅動器的所期望的輸出電流值成正比例關係；S603：PWM控制電路根據所述調節信號，產生一控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
圖7所示為依據本發明的一種LED驅動器的控制方法的第二實施例的流程圖，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，其包括以下步驟：S701：LED驅動器的變壓器之初級側的開關器件串聯設置一檢測電阻器，以對流過所述變壓器初級側繞組的電流進行採樣，得到一檢測電壓信號；S702：對所述採樣得到的檢測電壓信號進行採樣/保持，以獲取所述檢測電壓信號的檢測電壓峰值；S703：接收所述檢測電壓信號的峰值和所述基準源信號以及所述輸出二極體的導通時間信號，並據此產生一平均值信號，並且所述開關電晶體的開關動作與所述輸出二極體的導通和截止狀態保持一致；S704：對所述平均值信號進行補償，以得到所述調節信號；S705：PWM控制電路根據所述調節信號，產生一控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
其中，所述比較步驟進一步包括：根據所述基準源信號，以產生基於所述基準源信號的 參考電流；接收所述檢測電壓信號，以產生一基於所述檢測電壓信號的採樣電流峰值；接收所述採樣電流峰值和所述參考電流以及所述輸出二極體的導通時間信號，並據此產生所述平均值信號。
圖8所示為依據本發明的一種LED驅動器的控制方法的第三實施例的流程圖，所述LED驅動器為反激式拓撲結構，其包括以下步驟：S801：LED驅動器的變壓器之初級側的開關器件串聯設置一檢測電阻器，以對流過所述變壓器初級側繞組的電流進行採樣得到一檢測電壓信號；S802：對所述檢測電壓信號根據所述輸出二極體的導通時間和開關周期進行平均值運算，以得到平均值信號；S803：對所述平均值信號和所述基準源信號進行誤差運算，獲得一誤差信號；S804：對所述誤差信號進行補償，以得到所述調節信號；S805：PWM控制電路根據所述調節信號，產生一控制信號來控制所述LED驅動器中的開關器件的動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
其中，所述基準源信號與所期望的輸出電流、所述檢測電阻值以及該變壓器的次級繞組匝數成正比例關係，與初級繞組匝數成反比例關係；所述平均值信號，與輸出二極體導通時間以及所述檢 測電壓成正比例關係，與開關周期成反比例關係。
綜上所述，依照本發明所LED驅動器的控制電路和控制方法，其不採樣LED驅動器的輸出端的輸出信號，而是藉由採樣初級側的信號來獲得表徵次級側輸出電流資訊的採樣信號，藉由對該採樣信號以及輸出二極體導通時間信號的調節，產生調節信號，進而藉由PWM控制電路輸出相應的控制信號調節LED驅動器的工作，實現穩定的恆流輸出的目的，簡化了電路設計，提高了電路設計效率。
以上對依據本發明的較佳實施例的LED驅動電路的控制電路和控制方法進行了詳盡描述，本領域普通技術人員據此可以推知其他技術或者結構以及電路佈局、元件等均可應用於所述實施例，如不同類型的開關器件、輸出二極體的導通時間檢測電路、開關器件的控制脈衝以及採樣電路結構等。
依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敍述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受申請專利範圍及其全部範圍和等效物的限制。
101‧‧‧變壓器
102‧‧‧功率開關電晶體
103‧‧‧PWM控制器
104‧‧‧光耦合器
200‧‧‧控制電路
201‧‧‧變壓器
202‧‧‧開關器件
203‧‧‧輸出二極體
204‧‧‧輸出電容器
205‧‧‧採樣電路
206‧‧‧輸出二極體導通時間檢測電路
207‧‧‧調節信號發生電路
208‧‧‧PWM控制電路
305‧‧‧檢測電阻器
306‧‧‧輔助繞組
307‧‧‧微分電容器
401‧‧‧採樣/保持電路
402‧‧‧基準電流發生電路
403‧‧‧採樣電流發生電路
404‧‧‧開關電晶體
405‧‧‧補償電路
406‧‧‧電流鏡
501‧‧‧採樣保持電路
502‧‧‧平均值電路
503‧‧‧誤差放大器
504‧‧‧補償電路
A1‧‧‧誤差放大器
A2‧‧‧誤差放大器
A3‧‧‧誤差放大器
C1‧‧‧採樣保持電容器
C2‧‧‧電容器
C3‧‧‧電容器
C4‧‧‧電容器
M1‧‧‧開關電晶體
M2‧‧‧開關電晶體
M3‧‧‧開關電晶體
Np‧‧‧初級側繞組
R1‧‧‧電阻器
R2‧‧‧電阻器
R3‧‧‧電阻器
R4‧‧‧電阻器
R5‧‧‧電阻器
S1‧‧‧開關
S2‧‧‧開關
圖1所示為採用現有技術的次級側調節控制方案的 LED驅動器的原理方塊圖；圖2所示為依據本發明的LED驅動器的控制電路的一實施例的原理方塊圖；圖3A所示為依據本發明的LED驅動器的控制電路的另一實施例的原理方塊圖；圖3B所示為圖3A所示的LED驅動器的控制電路的實施例的工作波形圖；圖4所示為依據本發明的LED驅動器的控制電路中的調節信號發生電路的第一實施例的原理方塊圖；圖5所示為依據本發明的LED驅動器的控制電路中的調節信號發生電路的第二實施例的原理方塊圖；圖6所示為依據本發明的LED驅動器的控制方法的第一實施例的流程圖；圖7所示為依據本發明的LED驅動器的控制方法的第二實施例的流程圖；圖8所示為依據本發明的LED驅動器的控制方法的第三實施例的流程圖。
200‧‧‧控制電路
201‧‧‧變壓器
202‧‧‧開關器件
203‧‧‧輸出二極體
204‧‧‧輸出電容器
205‧‧‧採樣電路
206‧‧‧輸出二極體導通時間檢測電路
207‧‧‧調節信號發生電路
208‧‧‧PWM控制電路
Np‧‧‧初級側繞組

Claims (13)

  1. 一種LED驅動器的控制電路，該LED驅動器為反激式(flyback)拓撲結構，包括一變壓器、位於變壓器次級側的輸出二極體和位於變壓器初級側的開關器件，其特徵在於，該控制電路位於該變壓器的初級側，其包括，採樣電路，用以在該變壓器的初級側採集表徵該LED驅動器的輸出信號的採樣信號；該變壓器次級側的輸出二極體的導通時間檢測電路，用以檢測該二極體的導通時間；調節信號發生電路，接收該採樣信號、一基準源和該變壓器次級側的輸出二極體的導通時間，並對其進行調節，並以此產生一調節信號；PWM控制電路，接收該調節信號，並產生控制信號來控制該LED驅動器中的開關器件的開關動作，使得該採樣信號和該輸出二極體的導通時間的乘積與該基準源和該開關器件的開關周期的乘積成正比例關係，該基準源信號與所期望的輸出電流、該變壓器的次級繞組匝數成正比例關係，與該變壓器之初級側繞組匝數成反比例關係，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
  2. 根據申請專利範圍第1項之LED驅動器的控制電路，其中，該輸出二極體的導通時間電路包括：一輔助繞組(winding)，用以獲得表徵該變壓器次級側輸出電流的電信號；一微分電容器，與該輔助繞組串聯連接，藉由對該微 分電容器的檢測，得到該輸出二極體的導通時間。
  3. 根據申請專利範圍第1項之LED驅動器的控制電路，其中，該採樣電路包括一檢測電阻器，該檢測電阻器與該變壓器初級側的開關器件串聯，用以將流過該初級側的電流轉換為一檢測電壓信號。
  4. 根據申請專利範圍第3項之LED驅動器的控制電路，其中，該調節信號發生電路進一步包括：採樣/保持電路，用以接收該採樣得到的檢測電壓信號，以獲取該檢測電壓信號的峰值；平均值電路，包括一控制開關電晶體，用以接收該檢測電壓信號的峰值、該基準源以及該輸出二極體的導通時間信號，並且該開關電晶體的開關動作與該輸出二極體的導通和截止狀態保持一致；補償電路，用以接收平均值電路的輸出，以得到該調節信號，以控制該LED驅動器中的開關器件的動作；該基準源信號與該所期望的輸出電流、該變壓器次級繞組匝數成正比例關係，與該變壓器之初級側繞組匝數成反比例關係。
  5. 根據申請專利範圍第4項之LED驅動器的控制電路，其中，該平均值電路進一步包括，參考電流發生電路，其接收該基準源，以產生基於該基準源的參考電流；採樣電流峰值發生電路，接收該檢測電壓信號，以產生一基於該檢測電壓信號的採樣電流峰值； 該控制開關電晶體的一端耦接至該參考電流發生電路，另一端耦接至該採樣電流峰值發生電路；該補償電路耦接至該控制開關電晶體的一端。
  6. 根據申請專利範圍第3項之LED驅動器的控制電路，其中，該調節信號發生電路包括：採樣/保持電路，用以接收該採樣得到的檢測電壓信號，以獲取該檢測電壓信號的峰值；平均值電路，接收該檢測電壓信號的峰值，並將該檢測電壓信號的峰值根據該輸出二極體的導通時間進行平均值運算，以得到平均值信號；誤差放大器，接收該平均值信號和該基準源，輸出一誤差信號；補償電路，接收該誤差放大器輸出的誤差信號，並對其進行補償，該補償電路的輸出作為該調節信號，以控制該LED驅動器中的開關器件的動作。
  7. 根據申請專利範圍第6項之LED驅動器的控制電路，其中，該基準源信號與該所期望的輸出電流、該變壓器次級繞組匝數成正比例關係，與該變壓器之初級側繞組匝數成反比例關係；該平均值信號，與輸出二極體的導通時間以及該檢測電壓的峰值成正比例關係，與開關周期成反比例關係。
  8. 根據申請專利範圍第6項之LED驅動器的控制電路，其中，該平均值電路進一步包括，第一開關、第二開關、 一電阻器和一電容器，該第一開關的一端連接該檢測電壓的峰值，另一端分別連接該電阻器和第二開關的公共連接端，該第二開關的另一端接地；該電阻器的另一端與該電容器的一端連接至第一端點，該電容器的另一端與第二開關的接地端連接，其中，第一開關在輸出二極體的導通時間內閉合，第二開關在輸出二極體的截止時間內閉合。
  9. 一種LED驅動器的控制方法，該LED驅動器為反激式拓撲結構，該LED驅動器包括一變壓器及一開關器件，其特徵在於，包括以下步驟：(1)在該變壓器的初級側進行採樣，以得到表徵其次級側的輸出電流的採樣信號；(2)接收該採樣信號，一基準源信號和該變壓器的次級側的輸出二極體的導通時間信號，並對其進行調節，並以此來產生一調節信號；(3)PWM控制電路根據該調節信號，產生一控制信號來控制該LED驅動器中的開關器件的開關動作，使得該採樣信號和該輸出二極體的導通時間的乘積與該基準源信號和該開關器件的開關周期的乘積成正比例關係，且該基準源信號與所期望的輸出電流、該變壓器的次級繞組匝數成正比例關係，與該變壓器的初級繞組匝數成反比例關係，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
  10. 一種LED驅動器的控制方法，該LED驅動器為反激式拓撲結構，其特徵在於，包括以下步驟：(1)位於LED驅動器的變壓器之初級側的開關器件 串聯設置一檢測電阻器，以對流過該變壓器之初級側繞組的電流進行採樣，得到一檢測電壓信號；(2)對該採樣得到的檢測電壓信號進行採樣/保持，以獲取該檢測電壓信號的檢測電壓峰值；(3)接收該檢測電壓峰值、該基準源以及該輸出二極體的導通時間信號，並據此產生一平均值信號；(4)對該平均值信號進行補償，以得到一調節信號；(5)PWM控制電路根據該調節信號，產生一控制信號來控制該LED驅動器中的開關器件的開關動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
  11. 根據申請專利範圍第10項之LED驅動器的控制方法，其中，該步驟(3)進一步包括：根據該基準源信號，產生基於該基準源信號的參考電流；接收該檢測電壓信號，以產生一基於該檢測電壓信號的採樣電流峰值；一控制開關電晶體的一端接收該參考電流，另一端接收該採樣電流峰值；該控制開關電晶體的開關動作與該輸出二極體的導通和截止狀態保持一致；該控制開關電晶體的一端的信號作為該平均值信號。
  12. 一種LED驅動器的控制方法，該LED驅動器為反激式拓撲結構，其特徵在於，包括以下步驟：(1)位於LED驅動器的變壓器之初級側的開關器件 串聯設置一檢測電阻器，以對流過該變壓器之初級側繞組的電流進行採樣而得到一檢測電壓信號；(2)對該採樣得到的檢測電壓信號進行採樣/保持，以獲取該檢測電壓信號的檢測電壓峰值；(3)對該檢測電壓峰值，根據該輸出二極體的導通時間和開關周期進行平均值運算，以得到平均值信號；(4)對該平均值信號和該基準源信號進行誤差運算，獲得一誤差信號；(5)對該誤差信號進行補償，以得到一調節信號；(6)PWM控制電路根據該調節信號，產生一控制信號來控制該LED驅動器中的開關器件的動作，從而保證該LED驅動器的輸出電流維持恆定。
  13. 根據申請專利範圍第12項之LED驅動器的控制方法，其中，該基準源信號與所期望的輸出電流、該檢測電阻值以及變壓器的次級繞組匝數成正比例關係，與初級繞組匝數成反比例關係；該平均值信號，與輸出二極體導通時間以及該檢測電壓成正比例關係，與開關周期成反比例關係。
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