本發(fā)明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種電流控制電路及應用其的LED驅動電路。

背景技術：

LED燈由于其比傳統(tǒng)的熒光燈和白熾燈節(jié)能環(huán)保，所以LED燈正在慢慢替換現(xiàn)有的熒光燈和白熾燈。線性LED驅動電路以其實現(xiàn)簡單、成本低的優(yōu)勢，得到廣泛應用。

圖1為現(xiàn)有技術常用的線性LED驅動電路，運放U00通過調節(jié)開關管M01的柵極電壓，使得采樣電阻R00上電壓為參考電壓VREF1，通過改變采樣電阻的大小來調節(jié)流過LED負載上的電流，從而實現(xiàn)LED上的恒流控制。

由于LED負載電流都會流過采樣電阻R00，因此上述現(xiàn)有技術中采樣R00電阻需要采用功率電阻，增加了驅動方案的成本。在應用過程中，若采樣電阻R00發(fā)生短路，開關管M01的柵極電壓會變高，導致M01進入飽和狀態(tài)，造成輸出電流失控，容易發(fā)生LED燈以及開關管損壞。

此外，隨著LED的推廣和應用的改變，越來越多LED照明場合需要滿足各種調光需求，而上述現(xiàn)有技術的線性LED驅動電路，不能實現(xiàn)PWM調光、模擬調光、可控硅調光等各種有調光需求的場合，限制了LED負載的應用。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種在片外電阻發(fā)生短路時不易損壞負載和調整管的電流控制電路及應用其的LED驅動電路，并進一步地兼容調光需要，擴展了應用范圍，用以解決現(xiàn)有技術存在的技術問題。

本發(fā)明的技術解決方案是，提供一種以下結構的電流控制電路，包括：

調整管，與負載串聯(lián)，所述調整管的第一端與所述負載連接，其第二端經(jīng)采樣電阻接地電位；

參考電壓產生電路，其輸入端連接第一電阻或者連接第一控制電壓經(jīng)第一電阻接地電位；所述參考電壓產生電路根據(jù)其輸入端的電流，產生參考電壓；或者其輸入端連接第一電阻或/和第一控制電壓接地電位；所述參考電壓產生電路根據(jù)其輸入端的電壓，產生參考電壓；

第一運放，其輸出端與所述調整管的控制端連接，其第一輸入端接收所述的參考電壓，其第二輸入端接收表征流經(jīng)調整管瞬時電流的電流采樣信號。

作為優(yōu)選，所述的電流控制電路為集成電路，調整管的第一端、參考電壓產生電路的輸入端和采樣電阻的接地端作為集成電路的三個引腳，所述的第一電阻作為分立器件位于片外。

作為優(yōu)選，所述的參考電壓產生電路其輸入端的電流為第一電流，第一電流經(jīng)電流鏡像出第二電流至阻性元件上，所述的第二電流在所述阻性元件上所產生的壓降作為所述參考電壓。

作為優(yōu)選，所述的參考電壓產生電路包括第二運放、第一晶體管、電流鏡模塊和第二電阻，所述第二運放的第一端接收表征第一電流參考值的參考信號，所述第二運放的第二端接收電流控制電路輸入端的電壓，第二運放的輸出端與所述的第一晶體管的控制端連接；所述第一晶體管的第一端與所述電流鏡像模塊的輸入端連接，所述第一晶體管的第二端接收電流控制電路輸入端的電壓；所述電流鏡像模塊的輸出端與所述的第二電阻連接。

作為優(yōu)選，所述的參考電壓產生電路包括第一電流源，所述的第一電流源與所述的第一電阻連接，第一電流源在所述第一電阻上所產生壓降作為所述的參考電壓。

作為優(yōu)選，所述的電流控制電路還包括鉗位電路，所述的鉗位電路對所述第一電阻兩端的電壓、第二電阻兩端的電壓或第一運放輸出端的電壓鉗位至限 壓值，以實現(xiàn)限流。

作為優(yōu)選，所述的第一電阻為可變電阻或者可變電阻與固定電阻串并聯(lián)形成的電阻組。

作為優(yōu)選，所述的第一電阻與調光信號模塊串聯(lián)或者將所述調光信號模塊連接于參考電壓產生電路的輸入端和地之間，所述的調光信號模塊為模擬調光信號或PWM調光信號，根據(jù)所述模擬調光信號或PWM調光信號的變化，改變流經(jīng)負載的電流，以實現(xiàn)調光。

本發(fā)明的另一技術解決方案是，提供一種以下結構的應用電流控制電路的LED驅動電路，包括LED負載和上述任意一種電流控制電路，交流電源經(jīng)整流橋得到輸入電壓對所述的LED負載供電。

本發(fā)明的又一技術解決方案是，提供一種以下結構的應用電流控制電路的LED驅動電路，包括LED負載、第一電流控制電路和第二電流控制電路，交流電源依次經(jīng)可控硅調光器和整流橋得到輸入電壓對所述的LED負載供電，所述的第一電流控制電路與所述LED負載串聯(lián)，所述的第一電流控制電路為上述任意一種電流控制電路，所述的第二電流控制電路的第一端經(jīng)功率電阻與所述輸入電壓的高電位端連接，其第二端與所述輸入電壓的低電位端連接。

作為優(yōu)選，當輸入電壓大于LED負載兩端的壓降時，則第一電流控制電路控制所述的LED負載的電流為固定值，當輸入電壓小于LED負載兩端的壓降時，LED負載的電流為零，此時，所述的第二電流控制電路產生補充電流，以使輸入電流不低于可控硅調光器的維持電流。

作為優(yōu)選，所述的第二電流控制電路也為以上任意一種電流控制電路，該電流控制電路中的第一電阻包括兩個串聯(lián)的電阻，兩個串聯(lián)的電阻之公共端與所述第一電流控制電路的地電位連接。

作為優(yōu)選，所述的第二電流控制電路也為以上任意一種電流控制電路，該電流控制電路中的第一電阻與第一電流控制電路中參考電壓產生電路的輸入端連接。

采用本發(fā)明的電路結構，與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：本發(fā)明將電流控制電路用于LED驅動電路當中，LED負載上電流流入電流控制電路，通過電流控制調節(jié)流經(jīng)LED負載的電流，所述的電流控制電路集成于芯片內，片外的第一電阻只是用于設置負載電流，其上不需要流過大電流，因此可采用普通電阻，降低了系統(tǒng)的成本，本發(fā)明的采樣電阻集成于片內，即便第一電阻發(fā)生短路，則通過鉗位電路進行限流，不致于損壞負載和調整管；同時，本發(fā)明可以兼容多種調光應用。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術的LED驅動電路原理圖；

圖2為本發(fā)明電流控制電路實施例一的電路結構圖；

圖3(a)為參考電壓電路的一種電路結構示意圖；

圖3(b)為參考電壓電路的另一種電路結構示意圖；

圖4(a)為本發(fā)明電流控制電路實施例二的電路結構圖；

圖4(b)為本發(fā)明實施例二采用圖3(a)方案時的調光曲線圖；

圖4(c)為本發(fā)明實施例二采用圖3(b)方案時的調光曲線圖；

圖5(a)為本發(fā)明電流控制電路實施例三的電路結構圖；

圖5(b)為本發(fā)明實施例三采用圖3(a)方案時的調光曲線圖；

圖5(c)為本發(fā)明實施例三采用圖3(b)方案時的調光曲線圖；

圖6(a)為本發(fā)明電流控制電路實施例四的電路結構圖；

圖6(b)為本發(fā)明實施例四采用圖3(a)方案時的調光曲線圖；

圖6(c)為本發(fā)明實施例四采用圖3(b)方案時的調光曲線圖；

圖7為本發(fā)明LED驅動電路的一種電路結構圖；

圖8為本發(fā)明LED驅動電路的另一種電路結構圖；

圖9(a)圖9(b)為本發(fā)明圖7之實施例在不同可控硅導通角下輸入電壓VIN 和輸入電流iIN之波形圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。需說明的是，附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

參考圖2所示，示意了本發(fā)明電流控制電路實施例一的具體電路結構，并給出了本發(fā)明在LED驅動電路中的應用。其負載以LED為例，其輸入電源為交流輸入，所述交流輸入經(jīng)整流橋后輸出直流的輸入電壓，即作為負載的輸入電壓，所述的整流橋由二極管D01～D04組成。本實施例中的電流控制電路包括調整管M01、參考電壓產生電路U01和第一運放U02，所述的調整管M01與LED負載串聯(lián)，所述調整管M01的第一端與所述LED負載連接，其第二端經(jīng)采樣電阻R00接地電位；參考電壓產生電路U01的輸入端連接第一電阻R02并經(jīng)第一電阻接地電位，雖然本實施例附圖僅記載了連接第一電阻R02的情況，但參考電壓產生電路U01的輸入端通過連接第一控制電壓也可以實現(xiàn)，即用第一控制電壓來代替第一電阻R02上的壓降，所述第一控制電壓可以根據(jù)電路需要進行設置和調整。本實施例中，所述參考電壓產生電路U01根據(jù)所述第一電阻R02上的壓降，產生參考電壓VREF0，通過調整第一電阻R02的阻值可以調整參考電壓VREF0的值。參考電壓產生電路U01的輸出端與第一運放U02的第一輸入端(正輸入端)連接，調整管M01第二輸入端(負輸入端)接收表征流經(jīng)調整管瞬時電流的電流采樣信號，即連接在采樣電阻R00和調整管M01的第二端之公共端。第一運放U02的輸出端與所述調整管M01的控制端連接。

所述的調整管M01采用NMOS實現(xiàn)，其第一端為漏極，第二端為源極，其控制端為柵極，在此僅是以NMOS舉例，這并不能構成采用其他類型調整管的限制。第一運放U02通過控制調整管M01的柵極電壓從而使得采樣電阻R00上的電壓等于VREF0，以實現(xiàn)調節(jié)LED負載的電流，在沒有調光的情況下，可以實現(xiàn)輸出恒流。

由圖2可以看出，所述的電流控制電路為集成電路，調整管的第一端(OUT端)、參考電壓產生電路的輸入端(EXT端)和采樣電阻的接地端(GND端)作為集成電路的三個引腳，所述的第一電阻R02作為分立器件位于片外。

由于電流控制電路可以集成到芯片中，當其集成為一顆芯片時，第一電阻R02上并不流過LED電流，只是用于設置LED負載上電流，所以可以選用普通電阻，降低了系統(tǒng)方案成本。而采樣電阻R00集成于片內，不易發(fā)生短路現(xiàn)象。

參考圖3(a)所示，示意了參考電壓產生電路U01的具體電路結構，即一種實現(xiàn)方式。參考電壓產生電路U01在EXT端產生固定電壓，則流過第一電阻R02的電流為i01(作為第一電流)，參考電壓產生電路產生參考電流Iref，流過第二電阻R01(作為阻性元件)到地，Iref和電流i01成比例關系，所述的參考電流Iref(作為第二電流)在第二電阻R01產生壓降并作為參考電壓VREF0。就本附圖中的具體結構而言，其中，所述的參考電壓產生電路根據(jù)所述第一電阻R02上的壓降產生第一電流i01，所述的第一電流i01經(jīng)電流鏡鏡像出第二電流Iref至阻性元件R01上，所述的第二電流Iref在所述阻性元件R01上所產生的壓降作為所述參考電壓VREF0。

進一步地，所述的參考電壓產生電路包括第二運放U05、第一晶體管M05、電流鏡模塊和第二電阻R01，所述第二運放U05的第一端(正輸入端)接收表征第一電流參考值(也可認為是表征第一電阻壓降的參考值)的參考信號Vref，所述第二運放U05的第二端(負輸入端)接收第一電阻R02上的壓降，第二運放U05的輸出端與所述的第一晶體管M05的控制端連接；所述第一晶體管M05的第一端與所述電流鏡像模塊的輸入端連接，所述第一晶體管M05的第二端連接第一電阻并經(jīng)第一電阻接地電位；所述電流鏡像模塊的輸出端與所述的第二 電阻R01連接。所述的電流鏡模塊由兩個PMOS M06和M07組成。

第一晶體管M05以NMOS為例，其控制端為柵極，其第一端為漏極，其第二端為源極。第二運放U05通過控制第一晶體管M05的柵極，從而控制電阻R02上的電壓為參考電壓Vref，PMOS M06和M07形成電流鏡，使得M07上的電流Iref和M06的電流成比例關系，即M07上電流和電阻R02上的電流成比例關系。如果M06和M07均為PMOS，寬長比分別為(W/L)和k1(W/L)，則M07電流與M06電流比例為k1(k1為任意數(shù)值)，則流經(jīng)LED負載電流大小為k1*(R01/R00)*Vref/R02。

圖3(a)中還示意了鉗位電路U03，鉗位電路U03和第二電阻R01并聯(lián)。由于存在鉗位電路U03，用于設定電流的第一電阻R02即使發(fā)生短路，輸出電流也可以被控制在VCLAMP/R00，其中，VCLAMP為鉗位電路的鉗位電壓。當電流控制電路集成為一顆芯片時，電流采樣電阻R00集成在芯片內部，避免了傳統(tǒng)方案中采樣電阻短路，造成輸出電流過大造成系統(tǒng)損壞。

LED電流限流的做法不僅限于上述所說的將鉗位電路U03和電阻R01并聯(lián)，也可以在參考電壓產生電路U01中進行限流，從而保證R01上電壓不會高于一定值；也可以在第一運放U02的輸出端進行電壓鉗位，從而限制LED電流。

參考圖3(b)所示，示意了參考電壓產生電路U01的具體電路結構，即另一種實現(xiàn)方式。本附圖中，所述的參考電壓產生電路U01包括第一電流源I15，所述的第一電流源I15與所述的第一電阻R02連接，第一電流源I15在所述第一電阻R02上所產生壓降作為所述的參考電壓VREF0?；诩呻娐?，則參考電壓產生電路U01的內部電流源I15在EXT端產生固定電流，則第一電阻R02上的電壓為VREF0。對于鉗位電路U03的設置，則可將鉗位電路U03和電阻R02并聯(lián)，鉗位VREF0的電壓。當VREF0為達到鉗位電壓時，VREF0＝I15*R02，則LED電流大小為I15*R02/R00，從而對負載進行限流。

參考圖4(a)所示，示意了本發(fā)明電流控制電路實施例二的電路結構原理，與實施例一的基礎上進行了改進，即增加了調光的功能。本實施例利用了第一 電阻R02設置電流的特性，即改變第一電阻R02可以改變負載電流，以實現(xiàn)調光，故將第一電阻R02設置成可變電阻或可變電阻組，例如，可調電阻R02也可以用一固定電阻和一可調電阻串聯(lián)或者并聯(lián)的方式來實現(xiàn)。

當參考電壓產生電路U01采用圖3(a)的方案時，LED電流大小如前面所述為k1*(R01/R00)*Vref/R02，即電阻R02越大，輸出電流越?。浑娮鑂02越小，輸出電流越大。通過鉗位電路來限制最大輸出電流，調光曲線如圖4(b)所示；當參考電壓產生電路U01采用圖3(b)的方案時，LED電流大小如前面所述為I15*R02/R00，即電阻R02越大，輸出電流越大；電阻R02越小，輸出電流越小。通過鉗位電路來限制最大輸出電流，調光曲線如圖4(c)所示。

參考圖5(a)所示，示意了本發(fā)明電流控制電路實施例三的電路結構原理，與實施例一的基礎上增加了模擬調光的功能，即與實施例二中的采用可變電阻調光有所不同。所述的第一電阻R02與調光信號模塊串聯(lián)，在本實施例中所述的調光信號模塊為模擬調光信號U11，根據(jù)所述模擬調光信號U11改變流經(jīng)LED負載的電流，以實現(xiàn)調光。當模擬調光信號U11和電阻R02串聯(lián)時，模擬調光信號U11可以和R02互換位置。

以圖5(a)中的具體連接關系為例，當參考電壓產生電路采用圖3(a)中的方案時，表征模擬調光信號的調光電壓越高，則LED的電流越??；模擬電壓越低，LED電流越大。當表征模擬調光信號的調光電壓為0時，LED電流大小和不加入模擬調光信號時的大小相同，當表征模擬調光信號的調光電壓達到參考電壓產生電路中的參考電壓Vref時，則輸出電流為0。調光曲線如圖5(b)所示，其中i為模擬調光信號為0時的LED電流大小。當參考電壓產生電路采用圖3(b)中的方案時，設模擬調光信號的電壓越高，則LED的電流越大；模擬電壓越低，LED電流越小。調光曲線如圖5(c)所示，其中i為模擬調光信號為0時的LED電流大小。當模擬電壓為0時，LED電流大小和不加入模擬調光信號時的大小相同。當電阻R02為0，即只有模擬調光信號連接在EXT端和地之間時，LED電流可以到0。

參考圖6(a)所示，示意了本發(fā)明電流控制電路實施例四的電路結構原理，與實施例一的基礎上增加了PWM調光的功能，即與實施例二和三中的采用可變電阻和模擬調光有所不同。將PWM調光信號U10和R02串聯(lián)，連接到電流控制電路的EXT端和地之間即可實現(xiàn)。其中，PWM電壓調光信號U10可以和R02互換位置。也可以直接將PWM調光信號U10連接到EXT端和地之間。

本實施例當采用圖3(a)所示的參考電壓產生電路時，當PWM信號為高時，LED的瞬時電流為0；當PWM信號為低時，LED的瞬時電流為最大值，即不調光的值。其中，PWM信號的高電平需要高于參考電壓Vref，PWM信號的低電平為0。則LED的平均電流為i*(1-D)。其中，i為非調光時的LED電流，D為PWM信號高電平占開關周期的百分比。調光曲線如圖6(b)所示。當采用圖3(b)所示的參考電壓產生電路時，當PWM信號為高時，LED的瞬時電流為最大值；當PWM信號為低時，LED的瞬時電流為不調光的值。其中，PWM信號的低電平為0，則LED的平均電流為i+(V3/R00)*D。其中，i為非調光時的LED電流，V3為PWM調光信號高電平的值，其中，I15*R02+V3小于鉗位電壓值。當I15*R02+V3大于等于鉗位電壓值，則LED平均電流大小為VCLAMP*D/R00+i(1-D)。調光曲線如圖6(c)所示。

參考圖7所示，示意了本發(fā)明的LED驅動電路的具體電路結構。交流電源經(jīng)整流橋得到輸入電壓VIN對負載供電，C01為輸入電容。所述的LED驅動電路包括LED負載、第一電流控制電路U15和第二電流控制電路U16，交流電源依次經(jīng)可控硅調光器和整流橋得到輸入電壓VIN對所述的LED負載供電，所述的第一電流控制電路與所述LED負載串聯(lián)，所述的第一電流控制電路U15為上述任意一種電流控制電路，所述的第二電流控制電路U16的第一端經(jīng)功率電阻R12與所述輸入電壓VIN的高電位端連接，其第二端與所述輸入電壓VIN的低電位端連接。

當輸入電壓VIN大于LED負載兩端的壓降加上第一電流控制電路U15的開啟電壓時(第一電流控制電路U15開啟電壓指OUT與GND之間最小電壓能夠保證第一電流控制電路可以正常工作)，則第一電流控制電路U15控制所述的LED 負載的電流為固定值，當輸入電壓VIN小于LED負載兩端的壓降加上第一電流控制電路U15的開啟電壓時，LED負載的電流為零，此時，所述的第二電流控制電路U16產生補充電流，以使輸入電流不低于可控硅調光器的維持電流。

所述的第二電流控制電路U16也為以上任意一種電流控制電路，該電流控制電路中的第一電阻包括兩個串聯(lián)的電阻，即R11和R10，兩個串聯(lián)的電阻之公共端與所述第一電流控制電路U15的地電位連接。

基于附圖7具體結構說明如下：輸入整流橋的正輸出端連接到功率電阻R12的一端，功率電阻R12的另一端連接到電流控制電路U16的OUT端，電流控制電路U16的地連接到輸入整流橋的負輸出端。電流控制電路U16的EXT端經(jīng)過兩個串聯(lián)的電阻R10和R11連接到電流控制電路U16的地。整流橋的正輸入端還連接到LED負載的正端，LED負載的負端連接到電流控制電路U15的OUT端，電阻R02連接在電流控制電路U15的EXT端和GND之間，電流控制電路U15的地連接到電阻R10和電阻R11的公共端。

第一電阻R02設置LED的輸出電流，當輸入電壓VIN大于LED電壓VLED時，則電流控制電路U15通過輸出電流設置電阻R02控制LED電流大小為I2；當輸入電壓VIN小于LED電壓VLED時，則LED上電流為0。當輸入電壓低于LED電壓時，LED電流為0，則輸入處需要加入一定的維持電流，使得可控硅一直保持導通，防止關斷引起閃爍。當LED有電流時，則LED電流流過電阻R11，在電阻R11上產生一定壓降。由于EXT端流出的電流遠小于LED電流，因此在計算R12的電流時，可以近似認為功率電阻R12的電流大小為：K*(Vref-iLED*R11)/R10；其中K為電流控制電路中的系數(shù)，當采用圖3(a)的電路，并且M06:M07＝1:1，則K＝(R01/R00)。因此LED電流越大，則功率電阻R12上的電流越小，當iLED*R11大于等于Vref時，則功率電阻R12上的電流為0。當LED電流為0時，由于電阻R11遠小于電阻R10，因此功率電阻上電流大小為K*Vref/R10＝I1。在不同可控硅導通角度時，輸入電壓VIN和輸入電流iIN波形如圖9(a)和9(b)所示。通過加入電流控制電路U16及周邊電路，使得在輸入電壓低于LED電壓時，輸入電流可以達到可控硅的維持電流，防止可控硅的 關斷導致LED燈閃爍。并且該維持電流大小可以通過電阻設置，電路簡單，電路成本低。

參考圖8所示，示意了本發(fā)明的LED驅動電路的另一種具體電路結構。當輸入電壓VIN大于LED負載兩端的壓降加上第一電流控制電路U15的開啟電壓(第一電流控制電路U15開啟電壓指OUT與GND之間最小電壓能夠保證第一電流控制電路可以正常工作)，則第一電流控制電路U15控制所述的LED負載的電流為固定值，同時第二電流控制電路U16的EXT高于內部參考電壓，沒有電流流過R13，也沒有電流流過R12；當輸入電壓VIN小于LED負載兩端的壓降加上第一電流控制電路U15的開啟電壓時，第一電流控制電路U15的輸入端EXT輸出電流開始減小，同時第二電流控制電路U16的輸入端EXT有電流流過R13，此時，所述的第二電流控制電路U16產生補充電流流過R12，以使輸入電流不低于可控硅調光器的維持電流。第二電流控制電路U16的補償電流由電阻R13和R02決定。當?shù)谝浑娏骺刂芔15的EXT端輸出電流為零時，第二電流控制電路U16的補償電流達到最大值。

除此之外，雖然以上將實施例分開說明和闡述，但涉及部分共通之技術，在本領域普通技術人員看來，可以在實施例之間進行替換和整合，涉及其中一個實施例未明確記載的內容，則可參考有記載的另一個實施例。涉及電阻的部分，也可以將其理解為電阻組，即由多個電阻串并聯(lián)組成，例如，第一電阻可以理解為電阻R11和R12串聯(lián)。

以上所述的實施方式，并不構成對該技術方案保護范圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在該技術方案的保護范圍之內。