LED驱动芯片及驱动电路的制作方法

本发明涉及LED照明技术领域，具体而言，涉及一种LED驱动芯片及驱动电路。

背景技术：

目前，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)照明应用十分广泛，例如LED射灯、筒灯、路灯、隧道灯等照明灯具，与普通的白炽灯、荧光灯等相比，具有体积小，耗电量低，使用寿命长，色彩丰富，环保且具有良好的抗震性等优良性能。但是，LED照明电源管理及其驱动电路并不理想，存在一些缺点，例如PFC(Power Factor Correction，功率因数)较低、功耗较大、恒流稳压精度较低等，影响了LED照明的可靠性和使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种LED驱动芯片，用以改善上述问题。

本发明的另一目的在于提供一种LED驱动电路，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明提供一种LED驱动芯片，其包括VCC引脚、ZCD引脚、RT引脚、Ctrl引脚、FB引脚、Gate引脚、GND引脚和CS引脚，以及设置于LED驱动芯片内部的RS触发器、保护模块、功能模块及信号处理模块，保护模块、功能模块和信号处理模块均与RS触发器电连接，RS触发器包括R输入端、S输入端及Q输出端；VCC引脚、保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接，ZCD引脚、保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接，RT引脚、信号处理模块和RS触发器的R输入端依次电连接，Ctrl引脚、信号处理模块和RS触发器的R输入端依次电连接，FB引脚、信号处理模块和RS触发器的R输入端依次电连接，RS触发器的Q输出端、功能模块、保护模块和CS引脚依次电连接，RS触发器的Q输出端、功能模块和Gate引脚依次电连接。

进一步地，所述保护模块包括：欠压保护模块、过压保护模块、短路保护模块和限流保护模块；所述VCC引脚、欠压保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接，所述VCC引脚、过压保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接；所述ZCD引脚、过压保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接，所述ZCD引脚、短路保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接；所述RS触发器的Q输出端、功能模块、限流保护模块和CS引脚依次电连接。

进一步地，所述欠压保护模块包括VCC欠压保护模块，所述VCC引脚、VCC欠压保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接；所述过压保护模块包括VCC钳位和过压保护模块和输出过压保护模块，所述VCC引脚、VCC钳位和过压保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接，所述ZCD引脚、输出过压保护模块和RS触发器的S输入端依次电连接；所述短路保护模块包括钳位及过零检测模块，所述ZCD引脚、钳位及过零检测模块和RS触发器的S输入端依次电连接；所述限流保护模块包括逐周期限流保护模块，所述RS触发器的Q输出端、功能模块、逐周期限流保护模块和CS引脚依次电连接。

进一步地，所述保护模块还包括过温保护模块，所述过温保护模块和所述RS触发器的S输入端电连接。

进一步地，所述功能模块包括：基准模块、逻辑模块及驱动模块，所述VCC引脚、VCC欠压保护模块和基准模块依次电连接；所述RS触发器的Q输出端、逻辑模块、驱动模块和Gate引脚依次电连接，且所述逻辑模块、逐周期限流保护模块和CS引脚依次电连接。

进一步地，所述信号处理模块包括锯齿波发生器、比较器和运放，所述RT引脚、锯齿波发生器、比较器和RS触发器的R输入端依次电连接，所述FB引脚、运放、比较器和RS触发器的R输入端依次电连接。

进一步地，所述RT引脚、锯齿波发生器和比较器的同相输入端依次电连接，所述比较器的输出端与RS触发器的R输入端电连接，所述FB引脚与所述运放的负输入端电连接，所述Ctrl引脚分别与所述比较器的反相输入端和所述运放的输出端电连接。

本发明还提供了一种LED驱动电路，其包括控制电路，控制电路包括上述的LED驱动芯片，该LED驱动电路还包括整流电路、滤波电路和充放电电路，整流电路、滤波电路、控制电路和充放电电路依次电连接。

进一步地，所述控制电路还包括功率管和电流检测电阻，所述功率管的漏极与所述整流电路电连接，所述功率管的源极与所述LED驱动芯片的Gate引脚电连接，所述功率管的栅极串联所述电流检测电阻接地，所述电流检测电阻分别与所述滤波电路和所述LED驱动芯片的CS引脚电连接。

进一步地，所述充放电电路包括变压器、续流二极管和负载LED，所述变压器的主边与所述LED驱动芯片的ZCD引脚电连接，所述变压器的副边与所述续流二极管的阳极电连接，所述续流二极管的阴极与所述负载LED电连接。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种LED驱动芯片，其内部结构包括RS触发器和均与RS触发器电连接的保护模块、功能模块和信号处理模块，LED驱动芯片支持功率因数校正，具有完备的保护功能，包括欠压保护、输出过压保护、输出短路保护、限流保护和过温保护功能。

本发明还提供一种LED驱动电路，其包括整流电路、滤波电路、控制电路和充放电电路，整流电路、滤波电路、控制电路及充放电电路依次电连接，控制电路包括本发明提供的LED驱动芯片，提供了一种高可靠性、长寿命、电磁兼容性能好、环保节能、低成本的LED照明电源解决方案，具有高PFC、高精度恒流稳压、低功耗，外围应用电路简单，低成本等突出优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明第一实施例提供的LED驱动芯片的内部结构框图。

图2示出了本发明第一实施例提供的LED驱动芯片的内部结构框图。

图3示出了本发明第一实施例提供的LED驱动芯片的内部结构框图。

图4示出了本发明第二实施例提供的LED驱动电路的电路原理图。

图标：100-LED驱动芯片；110-RS触发器；130-保护模块；131-欠压保护模块；1311-VCC欠压保护模块；133-过压保护模块；1331-VCC钳位和过压保护模块；1333-输出过压保护模块；135-短路保护模块；1351-钳位及过零检测模块；137-限流保护模块；1371-逐周期限流保护模块；139-过温保护模块；150-功能模块；151-基准模块；153-逻辑模块；155-驱动模块；170-信号处理模块；171-锯齿波发生器；173-比较器；175-运放；200-LED驱动电路；210-整流电路；211-整流桥；230-滤波电路；250-控制电路；270-充放电电路；271-负载LED。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

请参照图1，本发明第一实施例提供的LED驱动芯片100，其包括VCC引脚、ZCD引脚、RT引脚、Ctrl引脚、FB引脚、Gate引脚、GND引脚和CS引脚，以及设置于LED驱动芯片100内部的RS触发器110、保护模块130、功能模块150及信号处理模块170，保护模块130、功能模块150和信号处理模块170均与RS触发器110电连接，且保护模块130和功能模块150电连接；VCC引脚、ZCD引脚和CS引脚均与保护模块130电连接，RT引脚、Ctrl引脚、FB引脚和Gate引脚均与信号处理模块170电连接，GND引脚接地。

请参照图2，RS触发器110包括R输入端、S输入端及Q输出端，用于存储LED驱动芯片100的工作状态。

保护模块130包括欠压保护模块131、过压保护模块133、短路保护模块135、限流保护模块137和过温保护模块139，VCC引脚、欠压保护模块131及RS触发器110的S输入端依次电连接，且VCC引脚、过压保护模块133及RS触发器110的S输入端依次电连接；ZCD引脚、过压保护模块133及RS触发器110的S输入端依次电连接，且ZCD引脚、短路保护模块135及RS触发器110的S输入端依次电连接；RS触发器110的Q输出端、功能模块150、限流保护模块137及CS引脚依次电连接。

欠压保护模块131用于当VCC引脚的输入电压降低到临界电压时，断开输入电压与RS触发器110和功能模块150的电连接，防止LED驱动芯片100因过载而烧毁。

在本实施例中，请参照图3，欠压保护模块131优选为VCC欠压保护模块1311，VCC引脚、VCC欠压保护模块1311及RS触发器110的S输入端依次电连接，且VCC欠压保护模块1311与功能模块150电连接。

过压保护模块133用于当VCC引脚的输入电压或者ZCD引脚的输出电压高超过预定的最大值时，断开电源与LED驱动芯片100的连接或者使LED驱动芯片100的受控设备的电压降低。

在本实施例中，过压保护模块133包括VCC钳位和过压保护模块1331和输出过压保护模块1333，VCC引脚、VCC钳位和过压保护模块1331及RS触发器110的S输入端依次电连接，ZCD引脚、输出过压保护模块1333及RS触发器110的S输入端依次电连接，VCC钳位和过压保护模块1331用于当VCC引脚的输入电压超过预定的最大值时，断开电源与LED驱动芯片100的连接，输出过压保护模块1333用于当ZCD引脚的输出电压超过预定的最大值时，使连接于ZCD引脚的受控设备的电压降低。

短路保护模块135用于当电路中发生短路时，断开ZCD引脚与RS触发器110的电连接，防止烧坏LED驱动芯片100。

在本实施例中，短路保护模块135优选为钳位及过零检测模块1351，ZCD引脚、钳位及过零检测模块1351及RS触发器110的S输入端依次电连接。

限流保护模块137用于对LED驱动芯片100输出的最大电流进行限制，以确保电池、负载等的电流在允许的范围内，避免电流过大，对电器件造成损害。

在本实施例中，限流保护模块137优选为逐周期限流保护模块1371，RS触发器110的Q输出端、功能模块150、逐周期限流保护模块1371及CS引脚依次电连接。

过温保护模块139用于当LED驱动芯片100的工作温度超过了所允许的最高温度时，发出过温信号使LED驱动芯片100停止工作，不再产生功耗，从而温度下降。

功能模块150包括基准模块151、逻辑模块153和驱动模块155，VCC引脚、VCC欠压保护模块1311及基准模块151依次电连接，且基准模块151与RS触发器110的S输入端电连接；RS触发器110的Q输出端、逻辑模块153和驱动模块155依次电连接，且逻辑模块153、逐周期限流保护模块1371及CS引脚依次电连接。

基准模块151用于提供一个标准电压，以此来判断LED驱动芯片100的输出电压是过高还是过低，并最终调节输出电压和基准模块151的标准电压一致，保持输出电压稳定。

在本实施例中，基准模块151提供的标准电压优选为0.25V。

逻辑模块153用于实现LED驱动芯片100的逻辑功能。

驱动模块155用于将LED驱动芯片100的功率进行放大，从而满足负载额定功率使得负载可以正常工作。

信号处理模块170包括锯齿波发生器171、比较器173及运放175，RT引脚、锯齿波发生器171、比较器173及RS触发器110的R输入端依次电连接，Ctrl引脚、比较器173及RS触发器110的R输入端依次电连接，FB引脚、运放175、比较器173及RS触发器110的R输入端依次电连接。

在本实施例中，RT引脚、锯齿波发生器171、比较器173的同相输入端依次电连接，比较器173的输出端与RS触发器110的R输入端电连接；FB引脚与运放175的负输入端电连接，Ctrl引脚分别与比较器173的反相输入端和运放175的输出端电连接，运放175的正输入端与0.25V输入电压电连接。FB引脚的反馈信号经过运放175进行同向放大后，输入比较器173的反相输入端，锯齿波发生器171产生的锯齿波输入比较器173的同相输入端。若反相输入端的电压大于同相输入端的电压，则比较器173的输出端输出低电平，若同相输入端的电压大于反相输入端的电压，则比较器173的输出端输出高电平。

在本实施例中，LED驱动芯片100具有以下优点：

(1)输入电压范围宽：80～300V；

(2)电流恒流精度高：±3％，恒流输出电流：20mA～1000mA，

(3)转换效率高：优于85％；

(4)高PFC：0.92；

(5)接受PWM无极调光；

(6)工作温度：-40℃—+85℃；具有过温、过压、欠压、短路和开路等安全保护功能；

(7)芯片方案的驱动支持CE、UL认证。

本发明第一实施例所提供的LED驱动芯片100的工作原理是：LED驱动芯片100内部包括RS触发器110和均与RS触发器110电连接的欠压保护模块131、过压保护模块133、短路保护模块135、限流保护模块137和过温保护模块139，LED驱动芯片100内部还包括信号处理模块170，信号处理模块170与RS触发器110电连接，LED驱动芯片100支持功率因数校正，具有完备的保护功能，包括欠压保护、输出过压保护、输出短路保护、限流保护和过温保护功能。

第二实施例

请参照图4，本发明第二实施例提供的LED驱动电路200，其包括整流电路210、滤波电路230、控制电路250和充放电电路270，整流电路210、滤波电路230、控制电路250及充放电电路270依次电连接，控制电路250包括本发明第一实施例所提供的LED驱动芯片100。

整流电路210用于将外部的交流电变换成直流电，其包括交流电源F1、整流桥211、第一电容C1和第一二极管D1，交流电源F1与整流桥211的输入端电连接，整流桥211的第一输出端串联第一电容C1接地，且与控制电路250电连接，整流桥211的第二输出端于第一二极管D1的阳极电连接，第一二极管D1的阴极与滤波电路230电连接。

滤波电路230一端与第一二极管D1的阴极电连接，另一端与控制电路250电连接，在本实施例中，滤波电路230优选为由第一电阻R1和第二电容C2组成的RC滤波电路。

控制电路250包括本发明第一实施例所提供的LED驱动芯片100，以及功率管Q1和电流检测电阻R2，LED驱动芯片100的FB引脚串联第一电阻R1接第一二极管D1的阴极，且串联第二电容C2接地。LED驱动芯片100的ZCD引脚与充放电电路270电连接。功率管Q1的漏极电连接于整流桥211的第一输出端，功率管Q1的源极与LED驱动芯片100的Gate引脚电连接，功率管Q1的栅极串联电流检测电阻R2接地，电流检测电阻R2的非接地端电连接于LED驱动芯片100的CS引脚，且与第一二极管D1的阴极电连接。

充放电电路270包括变压器T1、续流二极管D3、第三电容C3和负载LED271，变压器T1的主边与LED驱动芯片100的ZCD引脚电连接，变压器T1的副边与续流二极管D3的阳极电连接，续流二极管D3的阴极与负载LED271电连接，第三电容C3并联在负载LED271的两端。

本发明第二实施例所提供的LED驱动电路200的工作原理是：

(1)功率管Q1导通，交流电源F1经过整流电路210变换为直流电源，直流电源通过功率管Q1，把电压施加在电流检测电阻R2、变压器T1及负载LED271上，使得变压器T1的电流上升，直至达到LED驱动芯片100内部控制的时间ton，此时变压器T1的主边峰值电流假定为Ipp，功率管Q1关断；

(2)功率管Q1关断，由于变压器T1的主边没有放电通路，故变压器T1的电流通过副边流经续流二极管D3对第三电容C3和负载LED271放电，直至变压器T1的电流从峰值Ipp降到零，随后LED驱动芯片100的ZCD引脚电压过零，则功率管Q1导通；

(3)假设变压器T1能量传输没有损失，则在功率管Q1导通期间得到峰值电流Ipp，在功率管Q1关断期间能量传输至负载LED271，则负载LED271的平均电流为续流二极管D3的平均电流；同时峰值电流Ipp流过电流检测电阻R2，得到的电压输入到LED驱动芯片100的FB引脚，通过运放175与基准电压0.25V比较后输出Ctrl引脚电压，进而控制功率管Q1的导通时间ton，从而达到输出电流环路控制。

综上所述，本发明第一实施例提供的一种LED驱动芯片，其内部结构包括RS触发器和均与RS触发器电连接的欠压保护模块、过压保护模块、短路保护模块、限流保护模块和过温保护模块，LED驱动芯片内部还包括信号处理模块，信号处理模块与RS触发器电连接，LED驱动芯片支持功率因数校正，具有完备的保护功能，包括欠压保护、输出过压保护、输出短路保护、限流保护和过温保护功能。

本发明第二实施例提供的一种LED驱动电路，其包括整流电路、滤波电路、控制电路和充放电电路，整流电路、滤波电路、控制电路及充放电电路依次电连接，控制电路包括本发明第一实施例所提供的LED驱动芯片，提供了一种高可靠性、长寿命、电磁兼容性能好、环保节能、低成本的LED照明电源解决方案，具有高PFC、高精度恒流稳压、低功耗，外围应用电路简单，低成本等突出优点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。