Led驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】LED驅(qū)動(dòng)電路，包括交流輸入級(jí)、輸出端、輸出電壓反饋端、根據(jù)輸出電壓反饋端控制功率管開關(guān)占空比的控制環(huán)路和與控制環(huán)路連接的功率管；還包括第一基準(zhǔn)電壓、LDO及連接在功率管和負(fù)載LED之間的調(diào)整管，所述LDO的兩個(gè)輸入端分別連接調(diào)整管與負(fù)載LED的公共端和第一基準(zhǔn)電壓；還包括與輸出端連接的輸出電容，所述調(diào)整管與負(fù)載LED的公共端作為輸出電壓反饋端；所述控制環(huán)路包括交流采樣電路。本發(fā)明通過結(jié)合開關(guān)電容電路和線性恒流LDO實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的無紋波恒流和反饋輸出電壓給開關(guān)電容環(huán)路，實(shí)現(xiàn)了傳輸能量按需供給，采用交流采樣電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電壓的直接采樣，提高了輸入響應(yīng)速度。
【專利說明】LED驅(qū)動(dòng)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及開關(guān)電源，特別是一種LED驅(qū)動(dòng)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著高壓LED燈珠的發(fā)展和LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)成本和體積的越來越嚴(yán)苛的要求，低成本的高壓恒流線性驅(qū)動(dòng)方法在過去幾年取得一定的技術(shù)更新和應(yīng)用。但是目前線性驅(qū)動(dòng)方法始終存在低可靠性，對(duì)輸入電壓和輸出燈珠要求高匹配，無法承受輸入和輸出電壓大幅波動(dòng)等缺點(diǎn)，阻礙了線性驅(qū)動(dòng)方法真正應(yīng)用于LED照明的大批量生產(chǎn)和安全應(yīng)用中。
[0003]圖1給出目前市面上的常見無頻閃線性驅(qū)動(dòng)方法。20為恒流線性驅(qū)動(dòng)芯片，芯片的供電由VDD提供，芯片內(nèi)部一個(gè)高壓LDO (線性穩(wěn)壓器)，CS引腳外接電阻設(shè)置LED的電流。這里為300mV/15ohm=20mA。該方法要求輸入電壓必須非常穩(wěn)定，輸出LED的電壓與Vbus電壓接近。本例中Vbus平均電壓約為220V*1.414_5V=306V，那么芯片LDO的損耗則為(306V-250V)*20mA=l.12W，這個(gè)損耗發(fā)熱對(duì)芯片將是非常大的挑戰(zhàn)。如果放進(jìn)高溫環(huán)境老化很容易發(fā)生失效。再加上電網(wǎng)波動(dòng)和LED燈珠的合理變化范圍，這些額外的壓差還會(huì)再LDO上產(chǎn)生更大的損耗。目前有些線性芯片增加了過功率和過溫度保護(hù)等，其原理都是通過降低LED的輸出電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的保護(hù)，也造成了輸出發(fā)光變暗或閃爍等。所以這種簡(jiǎn)單的線性驅(qū)動(dòng)方法的不具備實(shí)際可行性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有LED驅(qū)動(dòng)芯片采用線性穩(wěn)壓器降壓控制所存在的不足，本發(fā)明公開了一種LED驅(qū)動(dòng)電路。
[0005]本發(fā)明所述LED驅(qū)動(dòng)電路，包括交流輸入級(jí)、輸出端、輸出電壓反饋端、根據(jù)輸出電壓反饋端控制功率管開關(guān)占空比的控制環(huán)路和與控制環(huán)路連接的功率管；
其特征在于，還包括第一基準(zhǔn)電壓、LDO及連接在功率管和負(fù)載LED之間的調(diào)整管，所述調(diào)整管的控制端與LDO輸出端連接，所述LDO的兩個(gè)輸入端分別連接調(diào)整管與CS采樣電阻的公共端和第一基準(zhǔn)電壓；還包括與輸出端連接的輸出電容，所述調(diào)整管與負(fù)載LED的公共端作為輸出電壓反饋端；
所述控制環(huán)路包括邏輯驅(qū)動(dòng)電路、PWM比較器、誤差放大器、第二基準(zhǔn)電壓和交流采樣電路，所述誤差放大器的兩個(gè)輸入端分別連接第二基準(zhǔn)電壓和輸出電壓反饋端，所述PWM比較器的兩個(gè)輸入端分別連接誤差放大器和交流采樣電路的輸出端，所述PWM比較器的輸出端連接邏輯驅(qū)動(dòng)電路，所述邏輯驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接功率管控制端。
[0006]優(yōu)選的，所述交流采樣電路為連接在交流輸入級(jí)輸出端和相對(duì)地之間的分壓電阻串O
[0007]優(yōu)選的，所述交流輸入級(jí)為四個(gè)二極管組成的全橋整流電路。
[0008]優(yōu)選的，所述誤差放大器的輸出端和相對(duì)地之間連接有補(bǔ)償電容。
[0009]優(yōu)選的，所述調(diào)整管為PMOS或PNP管。
[0010]優(yōu)選的，所述第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓由帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出電壓分壓產(chǎn)生。
[0011 ] 優(yōu)選的，還包括輸出端與邏輯驅(qū)動(dòng)電路連接的保護(hù)電路。
[0012]本發(fā)明通過結(jié)合開關(guān)電容電路和線性恒流LD0，開關(guān)電容控制輸入對(duì)Cout電容的充電能量路徑導(dǎo)通和關(guān)斷，LDO實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的無紋波恒流和反饋輸出電壓給開關(guān)電容環(huán)路，實(shí)現(xiàn)了傳輸能量按需供給，采用交流采樣電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電壓的直接采樣，提高了輸入響應(yīng)速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為目前現(xiàn)有的高壓線性驅(qū)動(dòng)方案結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2示出本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3示出本發(fā)明在圖2所示【具體實(shí)施方式】中各節(jié)點(diǎn)電壓電流波形圖，各個(gè)波形橫坐標(biāo)均為時(shí)間，電壓波形相對(duì)于圖2中的相對(duì)地。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明所述LED驅(qū)動(dòng)電路，包括交流輸入級(jí)、輸出端、輸出電壓反饋端、根據(jù)輸出電壓反饋端控制功率管開關(guān)占空比的控制環(huán)路和與控制環(huán)路連接的功率管；
還包括第一基準(zhǔn)電壓、LDO及連接在功率管和負(fù)載LED之間的調(diào)整管，所述調(diào)整管的控制端與LDO輸出端連接，所述LDO的兩個(gè)輸入端分別連接調(diào)整管與CS采樣電阻RCS的公共端和第一基準(zhǔn)電壓；還包括與輸出端連接的輸出電容，所述調(diào)整管與負(fù)載LED的公共端作為輸出電壓反饋端；
所述控制環(huán)路包括邏輯驅(qū)動(dòng)電路、PWM比較器、誤差放大器、第二基準(zhǔn)電壓和交流采樣電路，所述誤差放大器的兩個(gè)輸入端分別連接第二基準(zhǔn)電壓和輸出電壓反饋端，所述PWM比較器的兩個(gè)輸入端分別連接誤差放大器和交流采樣電路的輸出端，所述PWM比較器的輸出端連接邏輯驅(qū)動(dòng)電路，所述邏輯驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接功率管控制端。
[0016]如圖2所示，系統(tǒng)分為兩大部分，高壓功率開關(guān)管麗I和輸出電容COUT形成開關(guān)電容控制VBUS傳輸?shù)紺OUT能量通路的導(dǎo)通和關(guān)斷。LDO和調(diào)整管MPl為控制LED輸出電流，它與輸出LED燈串串聯(lián)，LDO和LED導(dǎo)通的能量來自COUT。MPl的漏端連接負(fù)載LED串的正端LED+，LED+可實(shí)時(shí)反映COUT電容上能量的大小，LDO的正向輸入端與第一基準(zhǔn)電壓連接。調(diào)整管可以為PMOS或PNP管。
[0017]采用上述LDO和調(diào)整管的控制方式，消除了由于輸出電壓波動(dòng)造成的負(fù)載LED上的壓降波動(dòng)，使LED輸出電流更加穩(wěn)定，同時(shí)使輸入到內(nèi)部控制環(huán)路的輸出電壓反饋端電壓恒定，降低了控制環(huán)路的功率損耗。
[0018]所述控制環(huán)路包括邏輯驅(qū)動(dòng)電路、PWM比較器、誤差放大器、第二基準(zhǔn)電壓和交流采樣電路，所述誤差放大器的兩個(gè)輸入端分別連接第二基準(zhǔn)電壓和輸出電壓反饋端，所述PWM比較器的兩個(gè)輸入端分別連接誤差放大器和交流采樣電路的輸出端，所述PWM比較器的輸出端連接邏輯驅(qū)動(dòng)電路，所述邏輯驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接功率管控制端。其中第一基準(zhǔn)電壓VREFl和第二基準(zhǔn)電壓VREF2由帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出電壓分壓產(chǎn)生，分壓可以采用常用的電阻分壓形式。
[0019]如圖2所示，將LED+即輸出電壓反饋端反饋輸入到誤差放大器與第一基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生誤差放大器輸出電壓COMP ;本案例中采用的是一種波峰恒壓的誤差放大器，即該誤差放大器的功能是恒定LED+三角波的波峰穩(wěn)定在一恒定值附近。COMP電壓與交流采樣電路輸出的三角波電壓進(jìn)行比較產(chǎn)生功率管麗I的導(dǎo)通時(shí)間Ton。COMP越高，TON時(shí)間越長(zhǎng)，傳輸?shù)捷敵鲭娙軨OUT的能量越多，而功率管麗I導(dǎo)通的時(shí)間僅在VBUS與COUT電壓接近時(shí)導(dǎo)通。整個(gè)系統(tǒng)形成閉環(huán)控制，根據(jù)LED輸出所需能量實(shí)現(xiàn)對(duì)COUT傳輸能量的導(dǎo)通時(shí)間的實(shí)時(shí)控制。
[0020]這種閉環(huán)能量控制實(shí)現(xiàn)了控制電路的損耗不再與輸入電壓，輸出電壓有關(guān)，以輸入電壓為220V市電，輸出電壓用于驅(qū)動(dòng)28-60個(gè)LED發(fā)光二極管，輸出電壓在80-200V的變化范圍內(nèi)為例進(jìn)行測(cè)試，控制環(huán)路的損耗僅僅變化0.2W左右?？梢哉J(rèn)為損耗與輸出電壓基本無關(guān)。
[0021]如圖3給出了本實(shí)施例中部分節(jié)點(diǎn)的電壓或電流圖，圖中電壓值均相對(duì)于相對(duì)地。功率管麗I的導(dǎo)通時(shí)間TON由控制環(huán)路中誤差放大器的輸出電壓COMP控制，且只在VBUS與COUT接近的時(shí)候從輸入傳輸能量，從而使得MNl的開關(guān)損耗減至最低，另一部分芯片損耗來自LD0，通過波峰恒壓誤差放大器控制使得LDO上的損耗可以降低至最低。兩者加起來的損耗在220VAC典型輸入下不到0.6W。相對(duì)地表示控制電路自身一個(gè)預(yù)設(shè)的較低電位，可以與絕對(duì)地直接連接，也可以是其它穩(wěn)定的電位。
[0022]交流采樣電路對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行采樣，以輸入交流電壓作為周期性波形輸入到PWM比較器，如圖2所示給出交流采樣電路的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，采用兩個(gè)分壓電阻Rl和R2連接在VBUS和相對(duì)地之間，分壓電阻的比例只要將輸入的交流電壓等比例縮小至PWM比較器的可比較范圍內(nèi)即可，采用上述交流采樣電路的設(shè)計(jì)還使輸入電壓的變化及時(shí)反應(yīng)在控制環(huán)路中，提高了控制環(huán)路對(duì)輸入電壓變化的響應(yīng)速度，并且無須設(shè)計(jì)專門的三角波發(fā)生器。
[0023]交流輸入級(jí)可以采用四個(gè)二極管組成的全橋整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為半波形式的直流周期性正弦波形。
[0024]優(yōu)選的，所述誤差放大器的輸出端和相對(duì)地之間連接有補(bǔ)償電容，可以為控制環(huán)路提供一個(gè)主極點(diǎn)，增強(qiáng)環(huán)路控制的穩(wěn)定性。
[0025]優(yōu)選的，還可以設(shè)置保護(hù)電路，例如過壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路等，當(dāng)檢測(cè)到輸出電壓過大或功率管電流過大時(shí)控制邏輯驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉功率管。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可產(chǎn)生如下有益效果:
通過結(jié)合開關(guān)電容電路和線性恒流LD0，開關(guān)電容控制輸入對(duì)Cout電容的充電能量路徑導(dǎo)通和關(guān)斷，LDO實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的無紋波恒流和反饋輸出電壓給開關(guān)電容環(huán)路。實(shí)現(xiàn)了傳輸能量按需供給，采用交流采樣電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電壓的直接采樣，提高了輸入響應(yīng)速度。
[0027]本發(fā)明最終實(shí)現(xiàn)了一種線性LED照明驅(qū)動(dòng)電路，使控制環(huán)路上的損耗不再與輸入電壓和輸出電壓有強(qiáng)烈關(guān)系，不再需要LED輸出電壓與輸入電壓相匹配。這也使得本架構(gòu)稱為真正可通用于各種不同高壓LED燈珠的低成本線性LED照明驅(qū)動(dòng)方案。
[0028]前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.LED驅(qū)動(dòng)電路，包括交流輸入級(jí)、輸出端、輸出電壓反饋端、根據(jù)輸出電壓反饋端控制功率管開關(guān)占空比的控制環(huán)路和與控制環(huán)路連接的功率管； 其特征在于，還包括第一基準(zhǔn)電壓、LDO及連接在功率管和負(fù)載LED之間的調(diào)整管，所述調(diào)整管的控制端與LDO輸出端連接，所述LDO的兩個(gè)輸入端分別連接調(diào)整管與CS采樣電阻的公共端和第一基準(zhǔn)電壓；還包括與輸出端連接的輸出電容，所述調(diào)整管與負(fù)載LED的公共端作為輸出電壓反饋端； 所述控制環(huán)路包括邏輯驅(qū)動(dòng)電路、PWM比較器、誤差放大器、第二基準(zhǔn)電壓和交流采樣電路，所述誤差放大器的兩個(gè)輸入端分別連接第二基準(zhǔn)電壓和輸出電壓反饋端，所述PWM比較器的兩個(gè)輸入端分別連接誤差放大器和交流采樣電路的輸出端，所述PWM比較器的輸出端連接邏輯驅(qū)動(dòng)電路，所述邏輯驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接功率管控制端。
2.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述交流采樣電路為連接在交流輸入級(jí)輸出端和相對(duì)地之間的分壓電阻串。
3.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述交流輸入級(jí)為四個(gè)二極管組成的全橋整流電路。
4.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述誤差放大器的輸出端和相對(duì)地之間連接有補(bǔ)償電容。
5.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述調(diào)整管為PMOS或PNP管。
6.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第一基準(zhǔn)電壓和第二基準(zhǔn)電壓由帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出電壓分壓產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，還包括輸出端與邏輯驅(qū)動(dòng)電路連接的保護(hù)電路。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104470096SQ201410686211
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】易坤, 趙方麟, 陳雪松 申請(qǐng)人:成都岷創(chuàng)科技有限公司