一种高功率LED背光的驱动系统的制作方法

本发明涉及电子线路技术领域，具体涉及一种高功率LED背光的驱动系统。

背景技术：

参见图1，在传统的TV应用中，电源和背光驱动通常采用二合一的方式设置在同在一块驱动板上，AC交流电源经AC/DC变换器后采用双绕组的方式输出，一路绕组输出的恒压信号实现12V电源的驱动，另一路绕组输出的恒压信号作为背光的输入，该路恒压信号经DC/DC变换器后采用恒流方式输出以驱动LED负载。

在输入功率被要求为大于75W的大功率的场合下，参见图1，需要在AC/DC变换器前加一级功率因数校正电路(PFC Block)。

由于电路设计需求，在输入功率Pin>75w，需求高功率因数PF>0.9应用时，AC/DC变换器无法实现高功率因数的控制，需要在前级加一级PFC校正电路(PFC Block)，该PFC校正电路通常采用DC/DC Boost电路，这样导致整体电路中需要多加一个PFC控制芯片和一些外围元器件。

并且，在背光驱动电路中需要在AC/DC恒压输出绕组T2后再加一级DC/DC恒流控制，由于AC/DC电路无法直接作为恒流驱动带灯条，因此需要增加一路DC/DC Boost/Buck电路，这样需要多加一个DC/DC恒流控制芯片和一些外围元器件。

可见，传统的电源和背光驱动驱动系统中，所应用的电子器件的整体数量较大，电路设计复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种高功率LED背光的驱动系统，以降低驱动系统复杂度。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种高功率LED背光的驱动系统，所述驱动系统包括：整流电路、LED负载和电源负载，还包括：

第一转换电路，包括：

第一变压器，具有与所述整流电路耦合的原边绕组，以及与所述电源负载耦合的副边绕组；

与所述第一变压器原边绕组耦合的第一开关管；

副边反馈控制电路，用于通过控制所述第一开关管的导通/截止，为所述电源负载提供恒压输出；

第二转换电路，包括：

第二变压器，具有与所述整流电路耦合的原边绕组，以及与所述LED负载耦合的副边绕组；

与所述第二变压器原边耦合的第二开关管；

功率因数大于第一预设值的原边反馈控制电路，用于通过控制所述第二开关管的导通/截止，为所述LED负载提供恒流输出。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，所述副边反馈控制电路的功率因数大于第二预设值。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，所述第一转换电路，还包括：

采样电路，所述采样电路至少包括：光耦器，用于对所述第一变压器输出信号进行采样，将采样结果发送至所述副边反馈控制电路。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，所述采样电路，包括：

第一端与所述第一转换电路的正输出端相连、第二端与所述光耦器的输入端相连的第二电阻；

阴极与所述光耦器的另一输入端相连、阳极接地的三端稳压二极管；

一端与所述三端稳压二极管的阴极相连的第三电阻；

一端与所述第三电阻的另一端相连、另一端与所述三端稳压二极管的控制端相连的第三电容；

一端与所述第一转换电路的正输出端相连、另一端与所述三端稳压二极管的控制端相连的第四电阻；

连接在所述三端稳压二极管的阳极和控制端之间的第五电阻；

所述光耦器的输出端作为所述采样电路的输出端。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，所述副边反馈控制电路包括：

第一放大器，所述第一放大器的反相输入端作为所述副边反馈控制电路的第一端，所述第一放大器的反相输入端用于输入第一预设电压，所述第一放大器的输出端作为所述副边反馈控制电路的第二端；

乘法器，所述乘法器的第一输入端与所述第一放大器的输出端相连，所述乘法器的第二输入端作为所述副边反馈控制电路的第三端；

第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述副边反馈控制电路的第四端；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电阻的第二端相连、另一端接地；

第一比较器，所述第一比较器的同相输入端与所述第一电阻的第二端相连，反相输入端与所述乘法器的输出端相连；

第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极接地、阴极与所述乘法器的输出端相连；

RS锁存器，所述RS锁存器的输入端与所述第一比较器的输出端相连，所述RS锁存器输出端作为所述副边反馈控制电路的输出端与所述第一开关管的控制端相连。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，所述原边反馈控制电路，至少包括：

第二放大器，所述第二放大器的反相输入端作为所述原边反馈控制电路的采样端，所述第二放大器的同相输入端用于输入参考电压，所述第二放大器的输出端作为所述原边反馈控制电路的输出端。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，第一转换电路，还包括：与所述第一变压器原边绕组相连的第一吸收电路；所述第二转换电路，与所述第二变压器原边绕组相连的第二吸收电路。

优选的，上述高功率LED背光的驱动系统中，所述第一吸收电路和/或所述第二吸收电路包括：

一端用于与原边绕组的第一端相连的第五电容；

阴极与所述第五电容的第二端相连、阳极与用于与原边绕组的第二端相连的第四二极管；

一端与所述第四二极管的阴极相连、另一端与所述AC/DC整流电路的输出端相连的第六电阻；

一端与所述AC/DC整流电路的输出端相连、另一端接地的第六电容。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的方案，将传统的电源和背光驱动系统二合一驱动的设置方式拆分成两路驱动，一路在所述副边反馈控制电路的控制下，控制AC/DC输出恒压信号，用作电源的驱动，另一路在原边反馈控制电路的控制下，控制AC/DC输出恒流，直接驱动LED负载，从而省去传统的驱动方式中的PFC Block电路和DC/DC恒流电路，通过比较发现，相较于传统的电路方式而言，本申请公开的驱动方式所应用的电子器件总体数量较少，电路设计简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电源和背光驱动驱动系统的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种高功率LED背光的驱动系统的结构示意图；

图3为本申请另一实施例公开的一种高功率LED背光的驱动系统的结构示意图；

图4为本申请实施例公开的一种副边反馈控制电路的结构示意图；

图5为本申请实施例公开的一种原边反馈控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

针对于现有技术中，传统的LED背光的驱动系统中所应用的电子器件数量大、电路设计复杂的问题，参见图2，本申请公开了一种高功率LED背光的驱动系统，所述驱动系统包括：整流电路100、LED负载和电源负载200，其中，所述整流电路100的输入端与交流电源相连，用于将交流信号转换成直流信号并输出，参见图2可见，本申请公开的所述驱动系统包括两路驱动，即，本申请公开的驱动系统的驱动电路部分，包括：第一转换电路和第二转换电路；

所述第一转换电路，包括：第一变压器T1、第一开关管M1和副边反馈控制电路300；

其中，所述第一变压器T1，所述第一变压器T1的原边绕组与所述整流电路的输出耦合，所述第一变压器T1的副边绕组与所述电源负载200耦合；

所述第一开关管M1与所述第一变压器T1原边绕组耦合；

所述副边反馈控制电路300，用于通过控制所述第一开关管M1的导通/截止，使得所述第一转换电路为所述电源负载200提供恒压输出；

所述第二转换电路，包括：第二变压器T2、第二开关管M2和原边反馈控制电路400；

其中，所述第二变压器T2的原边绕组与所述整流电路100耦合，所述第二变压器T2的副边绕组与所述LED负载耦合；

所述第二开关管M2与所述第二变压器T2原边耦合；

所述原边反馈控制电路400的功率因数大于第一预设值，用于通过控制所述第二开关管M2的导通/截止，控制所述第二转换电路为所述LED负载提供恒流输出，其中，依据用户的需求不同，所述原边反馈控制电路400的功率因数可以不同，例如，在本申请公开的上述实施例中，所述原边反馈控制电路400的功率因数可以大于0.9，即所述第一预设值为0.9。

通过本申请上述实施例公开的驱动系统设计方式可见，本申请将传统的电源和背光驱动系统二合一驱动的设置方式拆分成两路驱动，一路在所述副边反馈控制电路的控制下，控制AC/DC输出恒压信号，用作12V电源的驱动，另一路在原边反馈控制电路的控制下，控制AC/DC输出恒流，直接驱动LED负载，从而省去传统的驱动设计方式中的PFC Block电路和DC/DC恒流电路，通过比较发现，相较于传统的电路方式而言，本申请公开的驱动方式所应用的电子器件总体数量较少，电路设计简单。

由于上述驱动设计方式省去传统驱动系统中的高功率因数校正电路PFCBlock，相较于现有技术中的设计方式节省的电子器件包括：Bus大电解，PFC驱动芯片，电感，功率管，整流二极管等外围元器件。

由于在本方案的恒流支路中，省去了DC/DC恒流控制电路，因此节省的电子器件包括：Boost驱动芯片，Boost功率管，Boost电感，Boost整流二极管等外围元器件。

为了方便用户更加清晰的了解本申请上述实施例中所述高功率LED背光驱动系统的电路连接方式，本申请还参见图2，具体对各个器件之间的连接细节进行了说明，具体的，参见图2：

所述整流电路100的输入端与交流电源相连，所述整流电路100的负输出端接地；

所述第一变压器T1的原边绕组的第一端与所述整流电路100的正输出端相连，所述第一变压器T1的副边绕组与所述电源负载200相连；

所述第一开关管M1的第一端与所述第一变压器T1的原边绕组的第二端相连，所述第一开关管M1的第二端接地；

所述副边反馈控制电路300的输出端与所述第一开关管M1的控制端相连；

所述第二变压器T2的原边绕组的第一端与所述整流电路100的正输出端相连，所述第二变压器T2的副边绕组与所述LED负载相连；

所述第二开关管M2的第一端与所述第二变压器T2的原边绕组的第二端相连，所述第二开关管M2的第二端接地；

所述原边反馈控制电路400的输出端与所述第二开关管M2的控制端相连。

具体的，所述副边反馈控制电路300，用于通过采样电路检测所述第一变压器T1的副边绕组的输出电压和输出电流，依据获取到的所述采样电路采样得到的电信号对所述第一开关管M1的导通状态进行控制，以实现所述第一转换电路的恒压调制。

所述原边反馈控制电路400，用于通过在所述第二变压器T2的原边检测输出电压和输出电流对所述第二开关管的导通状态进行控制，以实现所述第二转换电路的恒流调制。

当然，为了进一步提高本申请上述实施例公开的高功率LED背光的驱动系统的转换效率，本申请还对所述副边反馈控制电路300的功率因数进行了一定要求，即，所述副边反馈控制电路300的功率因数大于第二预设值，其中，所述第一预设值和第二预设值的大小可依据用户需求自行选择，例如两者同样可以为0.9。具体的，所述副边反馈控制电路300和原边反馈控制电路400可通过采用工作在恒定导通时间的临界导通模式的方式实现高功率因数。

在本申请上述实施例公开的方案中，所述副边反馈控制电路300在控制所述第一开关管M1的导通状态时，其参考依据为所述第一变压器T1的副边输出信号，因此需要有采样电路对所述第一变压器T1的副边输出进行采样，将采样信号发送至所述副边反馈控制电路300。当然为了保证第一变压器的副边和原边之间的电信号隔离，所述采样电路中应至少包括：光耦器，所述光耦器用于对所述第一变压器T1输出信号进行采样，对采样信号进行电-光-电转换，将转换后的电信号作为所述第一变压器T1副边的输出采样发送至所述副边反馈控制电路300。

本申请还公开了一种采样电路的具体结构，参见图3，该采样电路包括：

第一端与所述第一转换电路的正输出端相连、第二端与所述光耦器的输入端相连的第二电阻R2；

阴极与所述光耦器的另一输入端相连、阳极接地的三端稳压二极管D2；

一端与所述三端稳压二极管D2的阴极相连的第三电阻R3；

一端与所述第三电阻R3的另一端相连、另一端与所述三端稳压二极管D2的控制端相连的第三电容C3；

一端与所述第一转换电路的正输出端相连、另一端与所述三端稳压二极管D2的控制端相连的第四电阻R4；

连接在所述三端稳压二极管D2的阳极和控制端之间的第五电阻R5；

所述光耦器的输出端作为所述采样电路的输出端。

可以理解的是，本领域技术人员在针对本申请上述限定的所述副边反馈控制电路300和原边反馈控制电路400的基础上，可以设计出多种结构的副边反馈控制电路300和原边反馈控制电路400，例如，参见图4，所述图4为所述副边反馈控制电路300和外围电路的结构示意图，所述副边反馈控制电路300可以包括：

第一放大器U1，所述第一放大器U1的反相输入端作为所述副边反馈控制电路300的第一端，用于通过外围分压电阻R7和R8采集所述第一变压器T1的副边采样电压，所述第一放大器U1的反相输入端用于输入第一预设电压，所述第一放大器U1的输出端作为所述副边反馈控制电路300的第二端；

乘法器M，所述乘法器M的第一输入端与所述第一放大器U1的输出端相连，所述乘法器M的第二输入端作为所述副边反馈控制电路300的第三端，用于获取通过分压电阻R9和R10采样所述整流器100的输出；

第一电阻R1，所述第一电阻R1的第一端作为所述副边反馈控制电路300的第四端，用于通过开关管M0和采样电阻Rcs采集所述第一变压器T1的原边采样信号；

第一电容C1，所述第一电容C1的一端与所述第一电阻R1的第二端相连、另一端接地；

第一比较器U2，所述第一比较器U2的同相输入端与所述第一电阻R1的第二端相连，反相输入端与所述乘法器M的输出端相连；

第一稳压二极管D1，所述第一稳压二极管D1的阳极接地、阴极与所述乘法器M的输出端相连；

RS锁存器，所述RS锁存器的输入端与所述第一比较器U2的输出端相连；

驱动电路301，所述驱动电路301的输入端与所述RS锁存器的输出相连，所述驱动电路301的输出端作为所述副边反馈控制电路300的输出端与所述第一开关管M1的控制端相连。

其控制原理为：

运算放大器U1的反相输入端INV脚通过分压电阻R1、R2采样输出电压信号，与内部的2.5V基准电压进行误差放大，运算放大器U1的输出信号COMP连接到乘法器M的输入端。乘法器M的另一输入端MULT脚通过分压电阻R9、R10采样输入电压信号。乘法器M的输出信号和原边电流采样信号CS通过比较器U2进行比较，比较器U2的输出结果控制第一开关管M1的开通与关断。通过闭环控制调整INV电压为2.5V，从而实现恒压输出。

更为具体的，本申请上述实施例中的所述副边反馈控制电路300可以直接采用现有的功能芯片，例如AL6562芯片，其中，所述AL6562芯片的INV引脚作为所述副边反馈控制电路300的第一端，所述AL6562芯片的COMP引脚作为所述副边反馈控制电路300的第二端，所述AL6562芯片的MULT引脚作为所述副边反馈控制电路300的第三端，所述AL6562芯片的CS引脚作为所述副边反馈控制电路300的第四端。

参见图5，所述图5为本申请一实施例公开的所述原边反馈控制电路400和其外围电路的结构示意图，所述原边反馈控制电路400至少包括：

第二放大器U3，所述第二放大器U3的反相输入端作为所述原边反馈控制电路的采样端，用于通过采样电阻Rcs1和开关管M01检测所述第二变压器T2的原边峰值电流及副边放电时间，所述第二放大器U3的同相输入端用于输入参考电压，所述第二放大器U3的输出端作为所述原边反馈控制电路的输出端与所述第二开关管M2的控制端相连。

其恒流原理为：

根据平均输出电流的定义，可得到平均输出电流的计算公式：

其中，IO_MEAN是平均输出电流；ISP是第二变压器的副边峰值电流；TONS是第二变压器的副边放电时间；TSW是所述第二开关管M2的开关周期。

根据芯片闭环控制的原理，所述原边反馈控制电路通过检测原边采样电阻RCS两端电压的峰值和副边放电时间TONS，可得到以下公式：

其中，IP是第二变压器的原边峰值电流；RCS是原边电流采样电阻的阻值，TONS是第二变压器的副边放电时间；TSW是所述第二开关管M2的开关周期；VREF是基准电压。

所述第二变压器的副边峰值和原边峰值电流存在以下关系：

ISP＝NPS·IP

其中，NPS第二变压器的原副边匝比；IP是第二变压器的原边峰值电流。

结合以上公式，可以推导出平均输出电流的公式：

其中IO_MEAN是平均输出电流；RCS是原边电流采样电阻阻值；VREF是芯片内部基准电压；NPS第二变压器的原副边匝比；

因此，通过原边反馈控制电路的外围合适的参数设计可以实现恒流输出。

因此，本申请实施例公开的所述原边反馈控制电路可通过所述原边电流采样电阻采样变压器原边电流与内部的基准电压VREF进行比较，通过比较结果控制所述第二开关管M2的恒定导通时间，从而实现恒流控制。

当然，除了上述第二放大器之外，所述原边反馈控制电路还可以包括：

谷值检测器Val，所述谷值检测器Val的输入端作为所述原边反馈控制电路400的第一端；

第二比较器U4，所述第二比较器U4的反相输入端用于输入第二预设电压，所述第二比较器U4的同相输入端与所述第二放大器U3的反相输入端相连；

逻辑控制电路401，所述逻辑控制电路401的输入端分别与所述谷值检测器Val的输出端、第二比较器U4的输出端和第二放大器U3的输出端相连；

驱动电路402，所述驱动电路402的输入端与所述逻辑控制电路401的输出端相连。所述驱动电路402的输出端作为所述原边反馈控制电路400的输出端与所述第二开关管M2的控制端相连。

本申请上述实施例中的所述原边反馈控制电路400同样也可以直接采用现有的功能芯片，例如AL1663芯片，其中，所述AL1663芯片的CS引脚作为所述原边反馈控制电路400的采样端，所述AL1663芯片的FB引脚作为所述原边反馈控制电路400的第一端，所述AL1663芯片的COMP引脚作为所述原边反馈控制电路400的输出端。

可以理解的是，为了保证所述第一转换电路和第二转换电路的输出信号的稳定性，所述第一变压器T1和第二变压器T2的副边绕组的两端采用一稳压电容C2相连。

为了防止反流，上述第一变压器T1和第二变压器T2的副边绕组输出端分别设置有一续流二极管D1，所述续流二极管D1的阳极与副边绕组的同名端相连，阴极与所述稳压电容C2的正极相连。

参见传统的设计方案，本申请上述实施例公开的设计方案中，所述整流电路100的输出信号在输入至所述第一变压器和第二变压器之前，还需要经过一吸收电路，具体的，上述方案中，所述第一转换电路还包括：与所述第一变压器原边绕组相连的第一吸收电路；所述第二转换电路还包括：与所述第二变压器原边绕组相连的第二吸收电路。

且所述第一吸收电路和第二吸收电路的结构可以相同，即，参见图3，所述第一吸收电路和/或第二吸收电路的结构包括：

所述第一吸收电路和/或所述第二吸收电路包括：

一端用于与原边绕组的第一端相连的第五电容C5；

阴极与所述第五电容C5的第二端相连、阳极与用于与原边绕组的第二端相连的第四二极管D4；

一端与所述第四二极管D4的阴极相连、另一端与所述AC/DC整流电路100的输出端相连的第六电阻R6；

一端与所述AC/DC整流电路100的输出端相连、另一端接地的第六电容C6。

参见图3，为了对后级电路进行保护，上述驱动系统中，还包括：

保险元件F1，所述熔断元件F1的一端与交流电源相连，另一端与所述整流电路100的正输入端相连；

压敏电阻VR1，所述压敏电阻VR1的一端与所述整流电路100的正输入端相连，另一端与所述整流电路100的负输入端相连。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置或方法而言，由于其与实施例公开的方法或装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。