升降压型恒流驱动电路的制作方法与工艺

文档序号:12925695
升降压型恒流驱动电路的制作方法与工艺
本实用新型涉及恒流电源技术领域,特别是涉及一种升降压型恒流驱动器。

背景技术:
随着行业标准的逐渐提高,越来越多的国家和地区针对LED电源提出了功率因数的要求,即要求输入电流需要跟随输入电压变化以降低对电网的谐波污染。由于传统升降压型电路具有效率高、可输出大电流及静态电流小等特点,所以升降压型电路逐渐被应用到LED恒流驱动器当中。此外,随着生产成本的增加,如何提供一种兼顾成本和性能的安全可靠的方案成为研究热点。在实现方式上,升降压型LED恒流控制器有两种传统解决方案,第一种传统解决方案如图1所示,将恒流采样反馈电阻Rcs置于续流二极管D和功率电感L之间,这样可以对流经LED的全部电流进行采样反馈,再辅以高精度的闭环运算放大器和外部积分电容C1即可实现理论上无误差的高精度恒流输出控制。但是,在输入电压突增时而导通时间固定会引起电感电流陡增,而采样电阻无法采集功率管Q1导通期间的电流所以在此情况下会出现电感饱和甚至功率管Q1过电流烧毁风险。第二种传统解决方案如图2所示,将恒流采样反馈电阻Rcs置于续流二极管D和功率管Q1之间,即为传统的原边控制技术。这样可以对流经功率管Q1的电流进行最大值保护,不会出现由于输入电压突增引起的炸机风险。但是,由于采样反馈电阻无法直接采集流经LED的电流,所以芯片2需要复杂的反馈控制环路设计,即需要通过对流经Q1的峰值电流采样和电感电流续流时间的计算得出输出电流的信息从而间接控制输出电流,由此带来的最大问题是输出电流的精度会随输入电压、电感量误差和驱动速度的变化而变化。综上所述,第一种传统解决方案存在采样反馈电阻无法直接采样导通期间的电流信息,存在电流陡增而导致电感饱和甚至功率管Q1过电流烧毁的风险。第二种传统解决方案,恒流输出受输入电压、电感量误差和驱动速度变化而变化,导致恒流精度差。

技术实现要素:
基于此,有必要针对传统升降压型恒流控制电路中存在的因采样反馈电阻无法直接采样导通期间的电流信息导致功率管烧毁,以及恒流输出精度差的问题,提供一种可实时监控功率管导通电流并提高恒流输出精度的升降压型恒流驱动电路。一种升降压型恒流驱动电路,包括:恒流驱动器,设有驱动引脚并通过驱动引脚输出脉冲宽度调制信号、设有采样引脚并通过采样引脚输入采样信号;升降压主结构,包括相互连接的功率管、功率电感以及续流二极管;其中所述功率管的栅极与恒流驱动器的驱动引脚连接,所述恒流驱动器根据输入的脉冲宽度调制信号对功率管进行通断控制;其特征在于,还包括连接在所述功率管、功率电感和续流二极管之间的采样反馈电阻,所述采样反馈电阻的一端与功率电感连接,另一端与功率管的源极连接,且采样反馈电阻与功率管连接的一端与恒流驱动器的采样引脚连接,所述采样反馈电阻用于对功率管的后端电路中的电流大小进行采样,进而维持功率管的后端输出电流恒定;所述功率电感与采样反馈电阻串联后再与功率管的源极一端连接,所述续流二极管的阴极与功率管的源极直接连接;所述恒流驱动器用于通过采样引脚获取采样信号,并通过驱动引脚输出脉冲宽度调制信号控制功率管的通断,进而调节功率管输出电流的恒流精度以及保护电路中的元器件。在其中一个实施例中,所述恒流驱动器还包括:补偿引脚,用于输入补偿信号;检测引脚,用于输入检测信号;运算放大器,用于将采样引脚输入的采样信号与恒流输出基准进行运算放大,得到误差结果,并输出放大后的采样信号;第一比较器,用于将采样引脚输入的采样信号与过流保护基准进行比较,并在所述采样信号超过所述过流保护基准时输出第一过流保护信号;第二比较器,用于将运算放大器的输出结果与三角波信号进行比较,并在运算放大器的输出结果超过所述三角波信号时输出第二过流保护信号;驱动模块,接收所述第一过流保护信号和第一过流保护信号,并通过驱动引脚输出脉冲宽度调制信号;所述运算放大器的反相输入端与采样引脚连接,且在采样引脚与运算放大器的反相输入端之间设置有反馈开关,所述反馈开关的导通时序与功率管的导通时序相反。在其中一个实施例中,还包括用于进行误差补偿的积分电容,所述积分电容的一端与恒流驱动器的补偿引脚连接,另一端连接在采样反馈电阻与功率电感之间。在其中一个实施例中,还包括用于消磁检测与过压检测的第一电阻和第二电阻,所述第一电阻与第二电阻串联,且串联的第一电阻和第二电阻与串联的采样反馈电阻和功率电感并联,所述检测引脚连接在第一电阻和第二电阻之间。在其中一个实施例中,所述运算放大器的同相输入端输入恒流输出基准,反相输入端输入采样信号,运算放大器的输出端与第二比较器的反向输入端连接。在其中一个实施例中,所述第一比较器的同相输入端与采样引脚连接,输入采样信号;反相输入端输入过流保护基准;输出端与驱动模块连接。在其中一个实施例中,所述第二比较器的同相输入端输入三角波信号;反向输入端与补偿引脚和运算放大器的输出端连接,输入进行误差补偿后的采样信号;输出端与驱动模块连接。在其中一个实施例中,还包括检测模块,所述检测模块包括消磁检测单元和过压检测单元,检测模块的输入端与检测引脚连接,通过检测引脚输入检测信号,对检测信号进行消磁检测和过压检测,并通过消磁检测单元输出消磁信号,通过过压检测单元输出过压保护信号。在其中一个实施例中,所述驱动模块包括RS触发器和驱动单元,所述RS触发器的R端和S端分别连接有至少一个或门电路;所述RS触发器的S端与第一或门电路的输出端连接,所述第一或门电路的输入端输入通断时钟信号和/或检测模块输出的消磁信号;所述RS触发器的R端与第二或门电路的输出端连接,所述第二或门电路的输入端输入第一过流保护信号和/或第二过流保护信号和/或过压保护信号;所述RS触发器的Q端与驱动单元连接。上述升降压型恒流驱动电路,通过将采样反馈电阻设置于功率管、功率电感和续流二极管之间,既可以采样功率管导通器件的输出电流信息,又可以采样续流器件流经输出负载的电流信息;通过在恒流驱动器的采样引脚与运算放大器的反相输入端之间设置反馈开关,且所述反馈开关的导通时序与功率管的导通时序相反,更精准地获取对输出电流的采样,提高了采样精度。综上所述,本实用新型实施例实现了对功率管导通期间最大的电流保护,达到直接的输出电流反馈和高精度的恒流输出效果。附图说明图1为传统方案一的升降压型恒流驱动电路的原理图;图2为传统方案二的升降压型恒流驱动电路的原理图;图3为本实用新型一实施例的升降压型恒流驱动电路的原理图;图4为本实用新型一实施例的恒流驱动器模块图;图5为本实用新型一实施例中功率管、反馈开关的导通时序以及功率电感电流与运放输入电流的波形对比图;图6为本实用新型另一实施例的升降压型恒流驱动电路的原理图;图7为本实用新型另一实施例的恒流驱动器模块图。具体实施方式为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。以下提供一种升降压型恒流驱动器,用于调节功率管输出电流的恒流精度以及保护电路中的元器件。参阅图3所示,为本实用新型一实施例的升降压型恒流驱动电路的原理图,所述升降压型恒流驱动电路包括恒流驱动器100、升降压主结构200和采样反馈电阻Rcs;所述恒流驱动器100设有驱动引脚GATE、采样引脚CS、补偿引脚COMP和检测引脚FB;所述升降压主结构200包括功率管Q1、功率电感L和续流二极管D;可选地,所述功率管Q1可以是晶体管或MOS管。进一步地,所述功率管Q1的栅极与恒流驱动器100的驱动引脚GATE连接,所述恒流驱动器100根据输入的脉冲宽度调制信号对功率管Q1进行通断控制;所述功率电感L与采样反馈电阻Rcs串联后再与功率管Q1的源极一端连接,所述功率电感L用于在功率管Q1导通时将功率管Q1输出的电流储存,并在功率管Q1断开时为功率管Q1的后端电路提供电流;所述续流二极管D的阴极与功率管的源极连接,所述续流二极管D在电路中起到续流作用,并保护电路中的元器件不被损坏。所述采样反馈电阻Rcs连接在功率管Q1、功率电感L和续流二极管D之间,所述采样反馈电阻Rcs的一端与功率电感L连接,另一端与功率管Q1的源极连接,且采样反馈电阻Rcs与功率管Q1连接的一端与采样引脚CS连接;所述采样反馈电阻Rcs用于对功率管Q1的后端电路输出的电流大小进行采样,进而维持功率管的后端输出电流恒定,并实现对流经功率管Q1的电流最大值保护;所述恒流驱动器100用于通过采样引脚CS获取的采样信号控制功率管Q1的通断,进而调节功率管输出电流的恒流精度以及保护电路中的元器件。在一个实施例中,所述升降压型恒流驱动电路还包括积分电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2,所述积分电容C1的一端与恒流驱动器100的补偿引脚COMP连接,另一端连接在采样反馈电阻Rcs与功率电感L之间,所述积分电容C1在充电后可释放电量,通过补偿引脚COMP给恒流驱动器100输入补偿信号。所述第一电阻R1与第二电阻R2串联,且串联的第一电阻R1和第二电阻R2与串联的采样反馈电阻Rcs和功率电感L并联,所述检测引脚FB连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间,所述第一电阻R1和第二电阻R2用于实现消磁信号的检测,所述检测引脚FB通过第一电阻R1和第二电阻R2的电流大小检测功率电感L是否消磁;同时,因为第一电阻R1进而第二电阻R2存在分压关系,所述检测引脚FB能够通过第一电阻R1和第二电阻R2的电压关系检测此时电路是否过压。参阅图4所示,在一个实施例中,所述恒流驱动器100还包括第一比较器110、运算放大器120、第二比较器130、检测模块140和驱动模块150,所述检测模块140包括消磁检测单元141和过压检测单元142,所述驱动模块150包括RS触发器151和驱动单元152,所述运算放大器120用于将采样引脚CS输入的采样信号与恒流输出基准进行运算,得到误差结果并输出;所述第一比较器110用于将采样引脚CS输入的采样信号与过流保护基准进行比较,并在所述采样信号超过所述过流保护基准时输出第一过流保护信号;所述第二比较器130用于将运算放大器120的输出结果与三角波信号进行比较,并在运算放大器的输出结果超过所述三角波信号时输出第二过流保护信号;所述检测模块140用于对功率管Q1的后端电路进行消磁检测和过压检测,并输出过压保护信号和消磁信号;所述驱动模块150用于接收所述第一过流保护信号、第二过流保护信号、过压保护信号和消磁信号,并通过驱动引脚输出脉冲宽度调制信号。进一步地,所述第一比较器110的同相输入端与采样引脚CS连接,输入采样信号;第一比较器110的反相输入端输入过流保护基准;第一比较器110的输出端与驱动模块150连接;通过采样引脚CS获取功率管Q1导通期间的输出电流,即流经功率电感L的电流,将所述输出电流实时与过流保护基准进行比较,当所述输出电流超过所述过流保护基准时,第一比较器110向驱动模块150发送第一过流保护信号,驱动模块150接收所述第一过流保护信号后驱动功率管Q1断开,以保护功率管Q1的后端电路安全可靠地工作;所述流经功率电感L的电流与过流保护基准的波形关系如图5所示。进一步地,所述运算放大器120的反向输入端与采样引脚CS连接,所述运算放大器120的反相输入端输入采样信号,同相输入端输入恒流输出基准,且在采样引脚CS与运算放大器120的反相输入端之间设置有反馈开关S1,所述反馈开关S1用于控制运算放大器120的反相输入,当反馈开关S1断开时,运算放大器120的反相输入端无信号输入。参阅图5所示,所述反馈开关S1的导通时序与驱动引脚GATE输出的驱动控制时序相反,即当驱动模块150驱动功率管Q1导通时,所述反馈开关S1断开;当驱动模块150驱动功率管Q1断开时,所述反馈开关S1导通;由于在功率管Q1断开时,由功率电感L为功率管Q1的后端电路提供电流,此时反馈开关S1导通,使得运算放大器120的输入端能够采样功率电感L完整的输出信息,并将采样的所述功率电感L的输出电流与恒流输出基准进行运算放大,得到误差结果,并输出放大后的采样信号,以达到恒流控制目的。运算放大器120的反相输入端输入电流的波形如图5所示。进一步地,所述运算放大器120的输出端与第二比较器130的反向输入端连接;所述第二比较器130的同相输入端输入三角波信号;第二比较器130的反向输入端分别与补偿引脚COMP和运算放大器120的输出端连接,输入进行误差补偿后的采样信号;第二比较器130的输出端与驱动模块150连接;所述补偿引脚COMP根据所述运算放大器120运算出的误差结果获取误差补偿,由积分电容C1向补偿引脚COMP输入补偿信号,对运算放大器120输出的放大后的采样信号进行补偿,补偿后的采样信号输入到第二比较器130的反相输入端,第二比较器130将所述补偿后的采样信号与三角波信号进行比较,当所述补偿后的采样信号超过所述三角波信号时,第二比较器130向驱动模块150发送第二过流保护信号,驱动模块150在接收到所述第二过流保护信号后驱动功率管Q1断开,以保护功率管Q1的后端电路安全可靠地工作。所述消磁检测单元141和过压检测单元142的输入端分别与检测引脚FB连接;消磁检测单元141和过压检测单元142的输出端分别与驱动模块150连接;通过检测引脚FB输入检测信号,对所述检测信号进行消磁检测和过压检测,所述消磁检测单元141在检测到消磁信号后输出消磁信号,驱动模块150在接收到所述消磁信号后驱动功率管Q1导通;所述过压检测单元142在检测到电路过压时输出过压保护信号,并通过故障保护逻辑向驱动模块150发送故障保护请求,驱动模块150在接收到所述故障保护请求后驱动功率管Q1断开。通过消磁检测单元141和过压检测单元142对功率管Q1的后端电路进行消磁检测和过压检测,能够更有效地保护电路,维护电路中的元器件稳定工作。所述RS触发器151的R端和S端分别连接有至少一个或门电路,所述RS触发器151的S端与第一或门电路(图未标)的输出端连接,所述第一或门电路的输入端输入通断时钟信号和/或消磁检测单元141输出的消磁信号;所述RS触发器的R端与第二或门电路(图未标)的输出端连接,所述第二或门电路的输入端输入第一比较器110输出的第一过流保护信号和/或第二比较器130输出的第二过流保护信号和/或过压检测单元142输出的过压保护信号;所述RS触发器151的Q端与驱动单元152连接;根据RS触发器151的触发原理,当S端输入的关断时钟信号和/或消磁信号有效时,RS触发器151的Q端置1,并通过驱动单元152驱动功率管Q1导通;当R端输入的第一过流保护信号和/或第二过流保护信号和/或过压保护信号有效时,RS触发器151的Q端置0,并通过驱动单元152驱动功率管Q1断开。上述升降型恒流驱动电路,通过将采样反馈电阻设置于功率管、功率电感和续流二极管之间,实现了既可以采样功率管导通器件的输出电流信息,又可以采样续流器件流经输出负载的电流信息;通过在恒流驱动器的采样引脚与运算放大器的反相输入端之间设置反馈开关,且所述反馈开关的导通时序与功率管的导通时序相反,更精准地获取对输出电流的采样,提高了采样精度。综上所述,本实用新型实施例实现了对功率管导通期间最大的电流保护,达到直接的输出电流反馈和高精度的恒流输出效果。通过采样引脚获取采样信号,并通过驱动引脚输出脉冲宽度调制信号控制功率管的通断,提高了电路的恒流输出精度并保护电路,使电路中的元器件稳定工作。在其他实施例中,参阅图6所示,为本实用新型实施例另一种升降型恒流驱动电路,该升降型恒流驱动电路工作于定频模式下,则电路中减少了用于消磁检测和过压检测的电阻,电路中的其他器件的工作原理与图3所示电路相同,并请参阅图7所示,工作在定频模式下的恒流驱动器100’减少了检测引脚,并在恒流驱动器100’内部减少了检测模块;在RS触发器151’的S端输入定频时钟信号,通过定频时钟信号使RS触发器151’的Q端置1,并通过驱动单元152’驱动功率管Q1导通。在定频模式下,所述升降型恒流驱动电路中的恒流驱动器通过定频时钟驱动功率管的关断,减少了消磁检测和过压检测,从而使升降型恒流驱动电路的恒流控制更简单,增加了恒流驱动器的驱动效率。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。...
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