LED驱动系统和恒流控制电路的制作方法

文档序号:13940724
LED驱动系统和恒流控制电路的制作方法

本实用新型涉及发光二极管驱动技术领域,更具体地,涉及一种LED驱动系统和恒流控制电路。



背景技术:

在传统的LED驱动系统中,恒流控制芯片需要从一个提供高压直流电的母线上获取电能,以对恒流控制芯片自身供电。恒流控制芯片内部常常包含有尺寸较大的功率管,在对功率管进行开关控制时,通常需要对功率管提供较大的电流。如果不采取稳压措施,这个电流将会导致恒流控制芯片产生的供电电压被拉低,从而影响恒流控制芯片的正常工作。

在现有技术中,为了实现供电电压的稳定,恒流控制芯片的外部设置有一个大容值的电容,该电容用于存放来自母线的能量,从而能够保证恒流控制芯片在对功率管进行开关控制时保持稳定。

图1示出一种现有的LED驱动系统的电路示意图。

如图1所示,LED驱动系统包括整流滤波电路1200、恒流控制芯片1100以及用于对LED灯串2000产生驱动电流的驱动电路1300。整流滤波电路1200用于将交流电压Vac转换成高压直流电并输出至母线VBUS上。恒流控制芯片1100的供电引脚VCC通过电阻R01从高压母线VBUS获取电能,且该供电引脚VCC与地之间连接有电容C01。恒流控制芯片1100中包括用于产生开关控制信号的控制电路1110和受控于开关控制信号的功率管M0,当恒流控制芯片1100工作时,功率管M0需要很大的电流,此时直接单独由母线VBUS提供的能量无法维持恒流控制芯片1100的正常工作,需要利用电容C01存储能量以在供电引脚VCC的电压拉低时对供电引脚VCC的电压进行补偿,以防止供电引脚VCC的电压不稳定而导致恒流控制芯片1100出现异常。

图2示出另一种现有的LED驱动系统的电路示意图。

与图1所示的LED驱动系统不同的是,如图2所示的LED驱动系统中的恒流控制芯片1100通过驱动电路1300中的续流二极管D0从母线VBUS上获取电能,并在内部利用供电电路1120产生供电电压以供恒流控制芯片1100正常工作。虽然省略了供电引脚VCC与VBUS母线之间的电阻,但是恒流控制芯片1100的供电引脚VCC与地之间同样需要连接电容C01,以利用电容的充放电原理维持供电引脚VCC处的电压稳定。

图3示出图1和图2所示的LED驱动系统在去掉电容C01之后的驱动引脚DRV和供电引脚VCC的电压波形示意图。可以看到,当驱动引脚DRV的电压Vdrv大幅度下降时,由于没有电容C01对供电引脚VCC进行电压补偿,供电引脚VCC处的电压会被拉低而无法提供开启功率管所需的电流,供电引脚VCC上的电压甚至会被拉低至恒流控制芯片1100的欠电压保护点Vu而使恒流控制芯片被迫重启,导致整个LED驱动系统工作异常。



技术实现要素:

鉴于上述问题,本实用新型提供一种LED驱动系统和恒流控制电路,能够直接根据高压的直流电产生稳定的供电电压,并提供较大的供电电流防止供电电压被拉低,从而保证了恒流控制电路的正常工作,省去了外接电容,简化了LED驱动系统,并节约了成本。

根据本实用新型的一方面,提供了一种LED驱动系统,其用于产生驱动电流以驱动发光二极管,其特征在于,所述LED驱动系统包括:整流桥,其第一输入端及第二输入端之间接收交流电压,其第一输出端提供直流电压,其第二输出端接地;恒流控制电路,其电源端口与所述整流桥的第一输出端直接相连以接收所述直流电压,所述恒流控制电路包括供电电路、控制电路和功率管,所述供电电路与所述电源端口相连以直接将所述直流电压转换为第一供电信号,所述控制电路与所述供电电路相连接以根据第一供电信号产生开关控制信号,所述功率管的控制端与所述控制电路相连接以使所述功率管的导通和关断受控于所述开关控制信号;驱动电路,其与所述整流桥的第一输出端以及所述功率管的第一端和第二端相连,用于产生所述驱动电流。

优选地,所述供电电路包括:电流源,用于根据所述直流电压产生直流电流,并在所述电流源的输出端提供所述直流电流;稳压单元,用于根据所述直流电流产生第一驱动电压和第二驱动电压;以及放大单元,用于根据所述第一驱动电压和所述第二驱动电压产生所述第一供电信号。

优选地,所述稳压单元包括稳压二极管和限流电阻,所述限流电阻串联在所述电流源的输出端和所述稳压二极管的阴极之间,所述稳压二极管的阴极提供稳定的基准电压,所述稳压单元用于根据所述基准电压和所述限流电阻两端的电压产生所述第一驱动电压和所述第二驱动电压。

优选地,所述电流源包括场效应管,所述场效应管的控制端接收偏置电压,所述场效应管的第一端与所述电源端口相连,所述场效应管的第二端提供所述直流电流。

优选地,所述场效应管为N沟道结型场效应管,所述偏置电压等于0V。

优选地,所述稳压二极管的阳极接地。

优选地,所述限流电阻的第一端与所述电流源的输出端相连以提供所述第二驱动电压。

优选地,所述放大单元包括第一三极管,所述第一三极管的基极接收所述第一驱动电压,所述第一三极管的集电极接收所述第二驱动电压,所述第一三极管的发射极提供所述第一供电信号。

优选地,所述放大单元包括达林顿管,所述达林顿管的基极接收所述第一驱动电压,所述达林顿管的集电极接收所述第二驱动电压,所述达林顿管的发射极提供所述第一供电信号。

优选地,所述达林顿管包括第二三极管和第三三极管,所述第二三极管和所述第三三极管为NPN型,所述第二三极管的基极作为所述达林顿管的基极,所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的基极相连,所述第三三极管的发射极作为所述达林顿管的发射极,所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的集电极相连以作为所述达林顿管的集电极。

优选地,所述限流电阻的第二端与所述稳压二极管的阴极相连以将所述基准电压作为所述第一驱动电压。

优选地,所述稳压单元还包括第一二极管,所述第一二极管的阳极与所述限流电阻的第二端、所述稳压二极管的阴极相连,所述第一二极管的阴极提供所述第一驱动电压。

优选地,所述放大单元还包括第四三极管,所述第四三极管的基极与所述达林顿管的基极相连,所述第四三极管的发射极提供第二供电信号至所述控制电路,所述第四三极管的集电极与所述达林顿管的集电极相连。

优选地,所述放大单元还包括第四三极管和第五三极管,所述第四三极管的基极和集电极相连并与所述达林顿管的基极相连,所述第四三极管的发射极与所述第五三极管的基极相连,所述第五三极管的发射极提供第二供电信号,所述第五三极管的集电极与所述达林顿管的集电极相连。

优选地,所述稳压单元还根据所述基准电压产生第三驱动电压,所述放大单元根据所述第三驱动电压产生第二供电信号至所述控制电路。

优选地,所述稳压单元还包括第六三极管,所述第六三极管的基极与集电极相连并与所述限流电阻的第二端相连并提供所述第一驱动电压,所述第六三极管的发射极与所述稳压二极管的阴极相连并提供所述第三驱动电压。

优选地,所述稳压单元还包括第六三极管、第二二极管和第三二极管,所述第六三极管的基极和集电极、所述限流电阻的第二端与所述第二二极管的阳极相连,所述第二二极管的阴极提供所述第一驱动电压,所述第六三极管的发射极、所述稳压二极管的阴极与所述第六二极管的阳极相连,所述第三二极管的阴极提供所述第三驱动电压。

优选地,所述放大单元还包括第七三极管,所述第七三极管的基极接收所述第三驱动电压,所述第七三极管的发射极提供所述第二供电信号,所述第七三极管的集电极与所述达林顿管的集电极相连。

优选地,所述控制电路包括驱动控制电路和逻辑控制电路,所述逻辑控制电路接收所述第二供电信号以进行逻辑运算,所述驱动控制电路接收所述第一供电信号并根据所述逻辑控制电路的运算结果产生所述开关控制信号。

优选地,所述驱动电路具有第一输出端和第二输出端,所述第一输出端用于与LED灯串的阳极相连,所述第二输出端用于与所述LED灯串的阴极相连,所述驱动电路包括电感、输出电阻、采样电阻、第一电容以及续流二极管,所述输出电阻与所述第一电容并联于所述第一输出端和所述第二输出端之间,所述电感的第一端与所述驱动电路的第二输出端相连,所述电感的第二端以及所述续流二极管的阳极与所述功率管的第一端相连,所述续流二极管的阴极与所述驱动电路的第一输出端相连以接收所述直流电压,所述采样电阻的第一端与所述功率管的第二端相连,所述采样电阻的第二端接地。

优选地,所述LED驱动系统还包括第二电容,所述第二电容连接在所述整流桥的第一输出端和第二输出端之间以对所述直流电压进行滤波。

优选地,所述恒流控制电路中的所述供电电路、所述控制电路以及所述功率管集成于同一芯片中。

根据本实用新型的另一方面,还提供了一种恒流控制电路,其特征在于,所述恒流控制电路具有用于提供控制电流的驱动端口、用于接收采样信号的采样端口、用于接地的接地端口以及电源端口,所述电源端口直接接收直流电压,所述恒流控制电路包括:供电电路,与所述电源端口相连以直接将所述直流电压转换为第一供电信号;控制电路,与所述供电电路相连接以根据第一供电信号产生开关控制信号;以及功率管,其第一端和第二端分别与所述驱动端口和所述采样端口相连,其控制端与所述控制电路相连,所述功率管的导通和关断受控于所述开关控制信号。

优选地,所述供电电路包括:电流源,用于根据所述直流电压产生直流电流,并在所述电流源的输出端提供所述直流电流;稳压单元,用于根据所述直流电流产生第一驱动电压和第二驱动电压;以及放大单元,用于根据所述第一驱动电压和所述第二驱动电压产生所述第一供电信号。

优选地,所述稳压单元稳压二极管和限流电阻,所述限流电阻串联在所述电流源的输出端和所述稳压二极管的阴极之间,所述稳压二极管的阴极提供稳定的基准电压,所述稳压单元用于根据所述基准电压和所述限流电阻两端的电压产生所述第一驱动电压和所述第二驱动电压。

优选地,所述电流源包括场效应管,所述场效应管的控制端接收偏置电压,所述场效应管的第一端与所述电源端口相连,所述场效应管的第二端提供所述直流电流。

优选地,所述场效应管为N沟道结型场效应管,所述偏置电压等于0V。

优选地,所述稳压二极管的阳极接地。

优选地,所述限流电阻的第一端与所述电流源的输出端相连以提供所述第二驱动电压。

优选地,所述放大单元包括第一三极管,所述第一三极管的基极接收所述第一驱动电压,所述第一三极管的集电极接收所述第二驱动电压,所述第一三极管的发射极提供所述第一供电信号。

优选地,所述放大单元包括达林顿管,所述达林顿管的基极接收所述第一驱动电压,所述达林顿管的集电极接收所述第二驱动电压,所述达林顿管的发射极提供所述第一供电信号。

优选地,所述达林顿管包括第二三极管和第三三极管,所述第二三极管和所述第三三极管为NPN型,所述第二三极管的基极作为所述达林顿管的基极,所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的基极相连,所述第三三极管的发射极作为所述达林顿管的发射极,所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的集电极相连以作为所述达林顿管的集电极。

优选地,所述限流电阻的第二端与所述稳压二极管的阴极相连以将所述基准电压作为所述第一驱动电压。

优选地,所述稳压单元还包括第一二极管,所述第一二极管的阳极与所述限流电阻的第二端、所述稳压二极管的阴极相连,所述第一二极管的阴极提供所述第一驱动电压。

优选地,所述放大单元还包括第四三极管,所述第四三极管的基极与所述达林顿管的基极相连,所述第四三极管的发射极提供第二供电信号至所述控制电路,所述第四三极管的集电极与所述达林顿管的集电极相连。

优选地,所述放大单元还包括第四三极管和第五三极管,所述第四三极管的基极和集电极相连并与所述达林顿管的基极相连,所述第四三极管的发射极与所述第五三极管的基极相连,所述第五三极管的发射极提供第二供电信号,所述第五三极管的集电极与所述达林顿管的集电极相连。

优选地,所述稳压单元还根据所述基准电压产生第三驱动电压,所述放大单元根据所述第三驱动电压产生第二供电信号至所述控制电路。

优选地,所述稳压单元还包括第六三极管,所述第六三极管的基极与集电极相连并与所述限流电阻的第二端相连并提供所述第一驱动电压,所述第六三极管的发射极与所述稳压二极管的阴极相连并提供所述第三驱动电压。

优选地,所述稳压单元还包括第六三极管、第二二极管和第三二极管,所述第六三极管的基极和集电极、所述限流电阻的第二端与所述第二二极管的阳极相连,所述第二二极管的阴极提供所述第一驱动电压,所述第六三极管的发射极、所述稳压二极管的阴极与所述第六二极管的阳极相连,所述第三二极管的阴极提供所述第三驱动电压。

优选地,所述放大单元还包括第七三极管,所述第七三极管的基极接收所述第三驱动电压,所述第七三极管的发射极提供所述第二供电信号,所述第七三极管的集电极与所述达林顿管的集电极相连。

优选地,所述控制电路包括驱动控制电路和逻辑控制电路,所述逻辑控制电路接收所述第二供电信号以进行逻辑运算,所述驱动控制电路接收所述第一供电信号并根据所述逻辑控制电路的运算结果产生所述开关控制信号。

优选地,所述恒流控制电路中的所述供电电路、所述控制电路以及所述功率管集成于同一芯片中。

根据本实用新型实施例的恒流控制电路和LED驱动系统无需在恒流控制电路的电源端口外接大容值的电容即可根据高压的直流电产生稳定的供电电压而不受功率管的开关动作的影响,从而保证了恒流控制电路的正常工作,省去了外接电容,简化了LED驱动系统,并节约了成本。在一些优选的实施例中,供电电路可以产生两个电压值相同的第一供电信号和第二供电信号,从而利用第一供电信号对恒流控制电路中的驱动控制电路输出较强的供电电流、并利用第二供电信号对恒流控制电路中的逻辑控制电路输出正常的供电电流,能够防止驱动控制电路在第一供电信号上产生的波动影响第二供电信号,进一步保证了恒流控制电路的稳定供电。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述,本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出一种现有的LED驱动系统的电路示意图。

图2示出另一种现有的LED驱动系统的电路示意图。

图3示出图1和图2所示的LED驱动系统在去掉电容C01之后的驱动引脚DRV和供电引脚VCC的电压波形示意图。

图4示出本实用新型实施例的LED驱动系统的电路结构示意图。

图5示出图4中供电电路的第一实施例的结构示意图。

图6a示出图5所示的供电电路的一种具体实施例的电路示意图。

图6b示出图5所示的供电电路的另一种具体实施例的电路示意图。

图7示出图4中供电电路的第二实施例的结构示意图。

图8a示出图7所示的供电电路的一种具体实施例的电路示意图。

图8b示出图7所示的供电电路的另一种具体实施例的电路示意图。

图8c示出图7所示的供电电路的又一种具体实施例的电路示意图。

图9示出图4中供电电路的第三实施例的结构示意图。

图10a示出图9所示的供电电路的一种具体实施例的电路示意图。

图10b示出图9所示的供电电路的另一种具体实施例的电路示意图。

图11示出图4所示的LED驱动系统中恒流控制电路的供电电压和驱动端口处的电压的波形示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中,相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。

图4示出本实用新型实施例的LED驱动系统的电路结构示意图。

如图4所示,本实用新型实施例的LED驱动系统3000包括恒流控制电路3100、整流滤波电路3200以及驱动电路3300。其中,整流滤波电路3200用于对交流电压Vac进行整流滤波以产生直流电压Vin;恒流控制电路3100用于根据直流电压Vin产生控制电流Idrv;驱动电路3300用于根据直流电压Vin和控制电流Idrv进行能量的存储和释放,以产生用于驱动LED灯串2000的驱动电流ILED。

整流滤波电路3200包括整流桥、电阻R2以及用于滤波的电容C2。其中,整流桥包括二极管D11至D14,二极管D11的阳极、二极管D12的阴极相连以作为整流桥的第一输入端,二极管D12的阳极与二极管D14的阳极相连以作为整流桥的第二输出端并接地gnd,二极管D13的阳极与二极管D14的阴极相连以作为整流桥的第二输入端,二极管D13的阴极与二极管D11的阴极相连以作为整流桥的第一输出端并提供直流电压Vin;电阻R2的第一端与整流桥的第一输入端相连,电阻R2的第二端与整流桥的第二输入端之间接收交流电压Vac;电容C2的第一端和第二端分别与整流桥的第一输出端和第二输出端相连,以对直流电压Vin进行滤波。

恒流控制电路3100具有电源端口HV、接地端口GND、驱动端口DRV以及采样端口CS,其中电源端口HV通过母线VBUS直接接收直流电压Vin,电源端口HV无需外接电容,接地端口GND接地gnd,采样端口CS接收采样信号S2,驱动端口DRV提供控制电流Idrv。

恒流控制电路3100包括可以集成在同一芯片中的功率管M1、控制电路3110和供电电路3120。其中,供电电路3120与电源端口HV相连以接收电源电压Vhv(在本实施例中,电源电压Vhv等于整流滤波电路3200提供的直流电压Vin),根据电源电压Vhv产生第一供电信号VCC1;控制电路3110接收第一供电信号VCC1并与恒流控制电路3100的接地端口GND相连,控制电路3110用于提供开关控制信号S1;功率管M1的控制端接收开关控制信号S1,功率管M1的第一端与恒流控制电路3100的驱动端口DRV相连,功率管M1的第二端与恒流控制电路3100的采样端口CS相连。具体地,功率管M1例如为N沟道金属氧化物场效应管。

在一些替代的实施例中,供电电路3120不仅产生第一供电信号VCC1,还产生第二供电信号VCC2,其中第一供电信号VCC1的驱动能力高于第二供电信号VCC2的供电能力,第一供电信号VCC1用于对控制电路3110中的驱动控制电路进行供电,第二供电信号VCC2用于对控制电路3110中的逻辑控制电路进行供电,以通过分别供电的方式保证第一供电信号VCC1上由于控制电路3110中的驱动控制电路导致的电压波动不会影响到控制电路3110中逻辑控制电路的正常工作。

驱动电路3300包括二极管D5、电感L1、电阻R1(输出电阻)、采样电阻Rcs以及电容C1。电感L1的第一端与恒流控制电路3100的驱动端口DRV相连,电感L1的第二端与电容C1的第一端相连以作为驱动电路3300的第二输出端LED-,电容C1的第二端接收直流电压Vin,电阻R1与电容C1并联,二极管D5的阳极与电感L1的第一端相连,二极管D5的阴极与电容C1的第二端相连以作为驱动电路3300的第一输出端LED+。采样电阻Rcs的第一端与恒流控制电路3100的采样端口CS相连以提供采样信号S2,采样电阻Rcs的第二端接地gnd。驱动电路3300的第一输出端LED+接LED灯串2000的阳极,驱动电路3300的第二输出端LED-接LED灯串2000的阴极。

当恒流控制电路3100中的功率管M1在开关控制信号S1的控制下导通时,采样电阻Rcs、功率管M1、电感L1、与LED灯串2000形成回路以提供驱动电流ILED,电感L1和电容C1中存储能量;当恒流控制电路3100中的功率管M1在开关控制信号S1的控制下关断时,二极管D5、电感L1与LED灯串形成回路,电感L1和电容C1释放能量以维持驱动电流ILED,从而通过控制开关控制信号S1,LED灯串2000能够被恒定的驱动电流ILED驱动,实现恒流控制。

下面针对上述供电电路做具体说明。

图5示出图4中供电电路的第一实施例的结构示意图。

如图5所示,供电电路3120包括电流源3121、稳压单元3122以及放大单元3123。电流源3121用于根据电源电压Vhv产生电流Iin,电流源3121的输出端提供电流Iin。稳压单元3122用于根据电流Iin提供第一驱动电压V1和第二驱动电压V2。放大单元3123根据第一驱动电压V1和第二驱动电压V2产生第一供电信号VCC1。

图6a示出图5所示的供电电路的一种具体实施例的电路示意图。图6b示出图5所示的供电电路的另一种具体实施例的电路示意图。

作为供电电路3120的一种具体实施例,如图6a所示,电流源3121包括场效应管J1。由于电源电压Vhv的电压通常较高,因此具体地,采用具有耐高压特性的N沟道的结型场效应管作为场效应管J1以实现电压控制的电流源3121。场效应管J1由源极、漏极以及PN结栅极构成,在0V的栅极偏压下存在沟道,其工作原理是根据PN结上的电场控制沟道中的电流。场效应管J1的控制端(栅极)接地gnd,其第一端(源极和漏极之一)通过恒流控制电路3100的电源端口HV与母线VBUS相连以将直流电压Vin作为电源电压Vhv,其第二端(源极和漏极中的另一个)提供电流Iin(直流电流)。在一些实施例中,场效应管J1还可以是P沟道的结型场效应管,其控制端(栅极)接地gnd,其第一端(源极和漏极之一)通过恒流控制电路3100的电源端口HV与母线VBUS相连以将直流电压Vin作为电源电压Vhv,其第二端(源极和漏极中的另一个)提供电流Iin。需要说明的是,场效应管J1的控制端不限于接地gnd,还可以根据实际电路接收其他电压以满足电流控制的要求。

如图6a所示,稳压单元3122包括稳压二极管(又称为齐纳二极管)DZ和限流电阻R11,限流电阻R11的第一端与稳压二极管DZ的阴极相连,稳压二极管DZ的阳极接地gnd,限流电阻R11的第二端与场效应管J1的第二端相连以接收电流Iin。因此,在电流源3121的作用下,稳压二极管DZ中具有由阴极流向阳极的反向电流Ir,稳压二极管DZ在反向电流Ir的作用下工作在反向击穿区,因此稳压二极管DZ的阴极处能够产生稳定的基准电压Vref以作为第一驱动电压V1。作用在限流电阻R11上的电流能够在基准电压Vref的基础上在限流电阻R11的第二端处产生第二驱动电压V2,且第二驱动电压V2的电压值高于第一驱动电压V1。限流电阻R11同时用于限制稳压二极管DZ的反向电流Ir,以保证稳压二极管DZ提供的第一驱动电压V1的稳定。

如图6a所示,放大单元3123包括由三极管Q1和三极管Q2组成的达林顿管。其中,三极管Q1的基极作为达林顿管的基极,三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极相连,三极管Q1的集电极与三极管Q2的集电极相连以作为达林顿管的集电极,三极管Q2的发射极作为达林顿管发射极以提供第一供电信号VCC1。其中,达林顿管的放大倍数等于三极管Q1和三极管Q2的放大倍数的乘积,因此达林顿管能够输出较大的供电电流,即第一供电信号VCC1具有较强的驱动能力;且达林顿管具有的较快的响应速度,因此恒流控制电路3100在开启时(恒流控制电路例如被开关电路开启),放大单元3123能够输出较大的供电电流,从而保证第一供电信号VCC1的波动小,即避免恒流控制电路3100因第一供电信号VCC1的波动而导致的工作异常。

具体地,如图6a所示,达林顿管的基极与稳压二极管DZ的阴极相连以接收第一驱动电压V1,达林顿管的集电极与场效应管J1的第二端相连以接收第二驱动电压V2,达林顿管工作在放大区。

在第一供电信号VCC1的电压值较高的情况下,作为一种替代的实施例,如图6b所示,稳压单元3122中还包括二极管D01,二极管D01的阳极与稳压二极管DZ的阴极相连以接收基准电压Vref,二极管D01的阴极对达林顿管的基极提供第一驱动电压V1,达林顿管的集电极与场效应管J1的第二端相连以接收第二驱动电压V2。二极管D01作为反向耐压器件工作在正向导通区,因此当第一供电信号VCC1超过电源电压Vhv的电压时,二极管D01可以防止电流由达林顿管的发射极倒灌进入场效应管J1与母线VBUS相连的第一端,从而防止电流倒灌现象导致的工作异常。

应当补充的是,在另一些对第一供电信号VCC1的驱动能力要求不高的实施例中,放大单元3123还可以是其他结构的放大电路,例如单个三极管等。

如图6a和图6b所示的供电电路3120的工作过程是:当供电电路3120接收到电源电压Vhv后,电流源3121提供电流Iin,因此与电流源3121串联的稳压二极管DZ中形成反向电流Ir使得稳压二极管DZ工作在反向击穿区,从而稳压二极管DZ的阴极提供稳定的基准电压Vref,并将基准电压Vref直接作为第一驱动电压V1(如图6a所示)或通过二极管D01提供稳定的第一驱动电压V1(如图6b所示)。限流电阻R11限制反向电流Ir的大小以保证第一驱动电压V1的稳定,并且用于提供高于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2以保证放大单元3123中的达林顿管工作在放大区,第一驱动电压V1通过达林顿管中的三极管Q1和Q2形成第一供电信号VCC1,则第一供电信号VCC1=V1-VBE1-VBE2,其中VBE1是三极管Q1的基极与发射极之间的电压,VBE2是三极管Q2的基极与发射极之间的电压。

图7示出图4中供电电路的第二实施例的结构示意图。

如图7所示,与上述供电电路的第一实施例不同的是,供电电路3120供电电路3120对控制电路3110中的需要大电流驱动的驱动控制电路和无需大电流驱动的逻辑控制电路分别进行供电。具体地,供电电路3120分别对控制电路3110中的驱动控制电路和逻辑控制电路提供第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2,其中,第一供电信号VCC1具有较强的驱动能力,即能够提供较大的供电电流,第二供电信号VCC2仅需具有正常的驱动能力即可。

如图7所示供电电路3120同样包括电流源3121、稳压单元3122以及放大单元3123。其中,电流源3121用于根据电源电压Vhv产生电流Iin,电流源3121的输出端提供电流Iin;稳压单元3122用于根据电流Iin提供第一驱动电压V1和第二驱动电压V2;放大单元3123根据第一驱动电压V1和第二驱动电压V2产生第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2。

图8a示出图7所示的供电电路的一种具体实施例的电路示意图。图8b示出图7所示的供电电路的另一种具体实施例的电路示意图。图8c示出图7所示的供电电路的又一种具体实施例的电路示意图。

作为供电电路3120的一种具体实施例,如图8a所示,电流源3121包括场效应管J1。由于电源电压Vhv的电压通常较高,因此具体地,采用具有耐高压特性的N沟道的结型场效应管作为场效应管J1以实现电压控制的电流源3121。场效应管J1由源极、漏极以及PN结栅极构成,在0V的栅极偏压下存在沟道,其工作原理是根据PN结上的电场控制沟道中的电流。场效应管J1的控制端(栅极)接地gnd,其第一端(源极和漏极之一)通过恒流控制电路3100的电源端口HV与母线VBUS相连以将直流电压Vin作为电源电压Vhv,其第二端(源极和漏极中的另一个)提供电流Iin。在一些实施例中,场效应管J1还可以是P沟道的结型场效应管,其控制端(栅极)接地gnd,其第一端(源极和漏极之一)通过恒流控制电路3100的电源端口HV与母线VBUS相连以将直流电压Vin作为电源电压Vhv,其第二端(源极和漏极中的另一个)提供电流Iin。需要说明的是,场效应管J1的控制端不限于接地gnd,还可以根据实际电路接收其他电压以满足电流控制的要求。

如图8a所示,稳压单元3122包括稳压二极管DZ和限流电阻R11,限流电阻R11的第一端与稳压二极管DZ的阴极相连,稳压二极管DZ的阳极接地gnd,限流电阻R11的第二端与场效应管J1的第二端相连以接收电流Iin。因此,在电流源3121的作用下,稳压二极管DZ中具有由阴极流向阳极的反向电流Ir,稳压二极管DZ在反向电流Ir的作用下工作在反向击穿区,因此稳压二极管DZ的阴极处能够产生稳定的基准电压Vref以作为第一驱动电压V1。作用在限流电阻R11上的电流能够在第一驱动电压V1的基础上在限流电阻R11的第二端处产生第二驱动电压V2,且第二驱动电压V2的电压值高于第一驱动电压V1。限流电阻R11同时用于限制稳压二极管DZ的反向电流Ir,以保证稳压二极管DZ提供的基准电压Vref的稳定。

如图8a所示,放大单元3123包括由三极管Q1和三极管Q2组成的达林顿管以及三极管Q3。其中,三极管Q1的基极作为达林顿管的基极,三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极相连,三极管Q1的集电极与三极管Q2的集电极相连以作为达林顿管的集电极,三极管Q2的发射极作为达林顿管发射极以提供第一供电信号VCC1;三极管Q3的基极与达林顿管的基极相连以接收第一驱动电压V1,三极管Q3的集电极与达林顿管的集电极相连以接收第二驱动电压V2,三极管Q3的发射极提供第二供电信号VCC2。达林顿管的放大倍数等于三极管Q1和三极管Q2的放大倍数的乘积,因此达林顿管能够输出较大的供电电流,即第一供电信号VCC1具有较强的驱动能力,且达林顿管具有的较快的响应速度,因此第一供电信号VCC1用于对控制电路3110中的驱动控制电路供电,使得恒流控制电路3100在开启时,控制电路3110中的驱动控制电路能够快速获得较大的供电电流,以防止第一供电信号VCC1中出现过大的波动,即避免恒流控制电路3100因第一供电信号VCC1的波动而导致的工作异常。而控制电路3110中的逻辑控制电路可以采用第二供电信号VCC2进行供电,由于逻辑控制电路不需要大的供电电流,因此仅需采用三极管Q3或其他结构的放大电路即可实现对逻辑部分的供电。

具体地,如图8a所示,达林顿管的基极与稳压二极管DZ的阴极相连以接收第一驱动电压V1,达林顿管的集电极与场效应管J1的第二端相连以接收第二驱动电压V2,达林顿管工作在放大区。

在第一供电信号VCC1的电压值较高的情况下,作为一种替代的实施例,如图8b所示,稳压单元3122中还包括二极管D01,二极管D01的阳极与稳压二极管DZ的阴极相连以接收基准电压Vref,二极管D01的阴极对达林顿管的基极提供第一驱动电压V1,达林顿管的集电极与场效应管J1的第二端相连以接收第二驱动电压V2。二极管D01作为反向耐压器件工作在正向导通区,因此当第一供电信号VCC1超过电源电压Vhv的电压时,二极管D01可以防止电流由达林顿管的发射极倒灌进入场效应管J1与母线VBUS相连的第一端,从而防止电流倒灌现象导致的工作异常。

如图8a和图8b所示的供电电路3120的工作过程是:当供电电路3120接收到电源电压Vhv后,电流源3121提供电流Iin,因此与电流源3121串联的稳压二极管DZ中形成反向电流Ir使得稳压二极管DZ工作在反向击穿区,从而稳压二极管DZ的阴极提供稳定的基准电压Vref,并将基准电压Vref直接作为第一驱动电压V1(如图8a所示)或通过二极管D01提供稳定的第一驱动电压V1(如图8b所示)。限流电阻R11限制反向电流Ir的大小以保证第一驱动电压V1的稳定,并且用于提供高于第一驱动电压V1的第二驱动电压V2以保证放大单元3123中的达林顿管工作在放大区,第一驱动电压V1通过达林顿管中的三极管Q1和Q2形成第一供电信号VCC1,则第一供电信号VCC1=V1-VBE1-VBE2,其中VBE1是三极管Q1的基极与发射极之间的电压,VBE2是三极管Q2的基极与发射极之间的电压。第一驱动电压V1通过三极管Q3形成第二供电信号VCC2,则第二供电信号VCC2=V1-VBE3,其中,VBE3时三极管Q3的基极与发射极之间的电压。

从上述分析可知,第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2存在电压差,因此,为了减小或消除第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2之间的电压差,作为图7中放大单元3123的一种替代的实施例,如图8c所示,放大单元3123还包括三极管Q5,三极管Q5的基极和集电极相连以形成二极管结构,三极管Q5的基极与达林顿管的基极相连,三极管Q5的发射极与三极管Q3的基极相连,此时,第二供电信号VCC2=V1-VBE5-VBE3,当三极管Q1、Q2、Q3、Q5采用相同的尺寸和工艺时,第一供电信号VCC1与第二供电信号VCC2基本相等,即VCC1=V1-VBE1-VBE2=V1-VBE5-VBE3=VCC2。

图9示出图4中供电电路的第三实施例的结构示意图。

如图9所示,供电电路3120对控制电路3110中的需要大电流驱动的驱动控制电路和无需大电流驱动的逻辑控制电路分别进行供电。具体地,供电电路3120分别对控制电路3110中的驱动控制电路和逻辑控制电路提供第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2,其中,第一供电信号VCC1具有较强的驱动能力,即能够提供较大的供电电流,第二供电信号VCC2仅需具有正常的驱动能力即可。在上述供电电路的第二实施例中,由于第一驱动电压V1经过两个三极管Q1和Q2产生了第一供电信号VCC1,但是第一驱动电压V1仅经过一个三极管Q3产生第二供电信号VCC2,因此第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2会略有不同。在如图9所示的供电电路的第三实施例中,通过改进稳压单元的结构,可以实现对第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2之间的电压差的调节。

如图9所示供电电路3120同样包括电流源3121、稳压单元3122以及放大单元3123。其中,电流源3121用于根据电源电压Vhv产生电流Iin,电流源3121的输出端提供电流Iin;稳压单元3122用于根据电流Iin提供第一驱动电压V1、第二驱动电压V2和第三驱动电压V3;放大单元3123根据第一驱动电压V1、第二驱动电压V2和第三驱动电压V3产生第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2。

图10a示出图9所示的供电电路的一种具体实施例的电路示意图。图10b示出图9所示的供电电路的另一种具体实施例的电路示意图。

作为供电电路3120的一种具体实施例,如图10a所示,电流源3121与上述供电单元的第二实施例中的电流源的结构相同,在此不再赘述。

如图10a所示,稳压单元3122包括稳压二极管DZ、限流电阻R11以及三极管Q4,限流电阻R11的第一端与三极管Q4的基极和集电极相连,三极管Q4的发射极与稳压二极管DZ的阴极相连,稳压二极管DZ的阳极接地gnd,限流电阻R11的第二端与场效应管J1的第二端相连以接收电流Iin。因此,在电流源3121的作用下,稳压二极管DZ中具有由阴极流向阳极的反向电流Ir,稳压二极管DZ在反向电流Ir的作用下工作在反向击穿区,因此稳压二极管DZ的阴极处能够产生稳定的基准电压Vref以作为第三驱动电压V3。作用在三极管Q4上的电流能够在基准电压Vref的基础上在三极管Q4的集电极产生第一驱动电压V1=Vref+VBE4,其中VBE4是三极管的基极与发射极之间的电压;作用在限流电阻R11上的电流能够在第一驱动电压V1的基础上在限流电阻R11的第二端处产生第二驱动电压V2,且第二驱动电压V2的电压值高于第一驱动电压V1。限流电阻R11同时用于限制稳压二极管DZ的反向电流Ir,以保证稳压二极管DZ提供的基准电压Vref的稳定。

如图10a所示,放大单元3123包括由三极管Q1和三极管Q2组成的达林顿管以及三极管Q3。在本实施例中,放大单元3123基本与上述供电电路的第二实施例中的放大单元相同,不同之处在于:达林顿管的基极接收第一驱动电压V1,三极管Q3的基极接收第三驱动电压V3,因此,第一供电信号VCC1=V1-VBE1-VBE2=Vref+VBE4-VBE1-VBE2,第二供电信号VCC2=V3-VBE3=Vref-VBE3,因此稳压单元3122中的三极管Q4能够减小第一供电信号VCC1与第二供电信号VCC2之间的差值。当三极管Q1至Q4的工艺和尺寸相同时,VBE1=VBE2=VBE3=VBE4,因此第一供电信号VCC1的电压值等于第二供电信号VCC2的电压值,从而供电电路3120对控制电路3110的供电一致且稳定。在一些实施例中,三极管Q4也可以直接替换为二极管。

在第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2的电压值较高的情况下,作为一种替代的实施例,如图10b所示,稳压单元3122中还包括二极管D02和D03,二极管D03的阳极与稳压二极管DZ的阴极相连,二极管D03的阴极对三极管Q3的基极提供第三驱动电压V3,二极管D02的阳极与三极管Q4的集电极和基极相连,二极管D02的阴极提供第一驱动电压V1至达林顿管的基极。这里二极管D02和D03作为反向耐压器件工作在正向导通区,因此当第一供电信号VCC1和第二供电信号VCC2超过电源电压Vhv时,二极管D02和D03可以防止电流由三极管和达林顿管的发射极倒灌进入场效应管J1与母线VBUS相连的第一端,从而防止电流倒灌现象导致的工作异常。

图11示出图4所示的LED驱动系统中恒流控制电路的供电电压和驱动端口处的电压的波形示意图。

如图11和图4所示,当恒流控制电路3100的驱动端口DRV处的电压Vdrv出现大幅度下降时,恒流控制电路3100中的供电电路3120产生的第一供电信号VCC1仅会出现较小的波动,从而控制电路3110能够提供足够的开启电流至功率管M1,从而保证了恒流控制电路3100的正常工作,并且不会因欠电压保护而导致恒流控制电路3100的重启。

需要说明的是,上述各实施例仅描述了具有降压型拓扑结构的LED驱动系统,然而在另一些实施例中,本实用新型提供的LED驱动系统可以具有其他类型的拓扑结构,例如升降压型拓扑结构。在上述各实施例中,供电电路3120、控制电路3110以及功率管可以集成在一个恒流控制芯片内,而无需外接大容值的电容。上述各供电单元的实施例中,二极管均可以被基极与集电极短接的三极管替代,该三极管的基极相当于二极管的阳极,该三极管的发射极相当于二极管的阴极。

根据上述的各种实施例,本实用新型提供的供电电路采用了稳压二极管,能够直接根据高压的直流电产生稳定的供电电压,并且由于采用了达林顿管,因此能够提供较大的供电电流以防止供电电压被拉低;本实用新型提供的恒流控制电路和LED驱动系统无需在恒流控制电路的电源端口外接大容值的电容即可根据高压的直流电产生稳定的供电电压而不受功率管的开关动作的影响,从而保证了恒流控制电路的正常工作,省去了外接电容,简化了LED驱动系统,并节约了成本。在一些优选的实施例中,供电电路可以产生两个电压值相同的第一供电信号和第二供电信号,从而利用第一供电信号对恒流控制电路中的驱动控制电路输出较强的供电电流、并利用第二供电信号对恒流控制电路中的逻辑控制电路输出正常的供电电流,能够防止驱动控制电路在第一供电信号上产生的波动影响第二供电信号,进一步保证了恒流控制电路的稳定供电。

本实用新型公开了一种供电电路、恒流控制电路和LED驱动系统,并且参照附图描述了本实用新型的具体实施方式和效果。应该理解到的是,上述实施例只是对本实用新型的说明,而不是对本实用新型的限制。依照本实用新型的实施例如上文所述,这些实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然,根据以上描述,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。因此,任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造,包括但不限于对外围结构组成方式的修改、对电路的局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换,以及其他非实质性的替换或修改等,均落入本实用新型保护范围之内。

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