一种基于功率管安全防护的LED驱动电路的制作方法

本发明涉及led驱动领域，特别涉及一种基于功率管安全防护的led驱动电路。

背景技术：

led作为一种高效的新光源，由于具有寿命长，能耗低，节能环保，正广泛应用于各领域照明。在led驱动电路中，以放大器、功率管组成的电压电流转换模块为重要核心。

在现有技术中，led驱动电路如图1所示，当整流后的母线电压或者功率管漏级电压过高时，随之功率管漏极电流上升，导致超出功率管安全工作区间，产生可靠性问题。

现有技术中对于母线电压或者功率管漏极电压过高时的功率管漏极电流缺乏控制，功率管烧毁的现象频频发生。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，在led驱动电路中设计控制模块，使电压电流转换模块中功率管漏极电压升高时，流经漏极的电流降低，以保证功率管的安全工作区域。所述技术方案如下：

本发明提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，包括纹波抑制模块、电压电流转换模块及控制模块，所述纹波抑制模块的输入端和控制模块的一端均连接配电装置母线，所述纹波抑制模块与负载并联连接；

所述电压电流转换模块包括放大器、功率管和采样电阻，所述放大器的输出端与所述功率管的栅极连接，所述纹波抑制模块的输出端与所述功率管的漏极连接，所述功率管的源极通过所述采样电阻接地，所述功率管的漏极、源极、放大器的同相输入端和/或放大器的反相输入端分别与所述控制模块连接，所述控制模块使流经所述功率管的电流随着母线电压的升高而降低。

关于控制模块的具体实现方案，有至少以下五种方式：

方式一、所述控制模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻设置在所述配电装置母线与所述放大器的反相输入端之间；

所述第二电阻和第三电阻串联连接后并联在所述功率管的两端，所述第三电阻的一端与所述采样电阻连接；

所述第二电阻与第三电阻的中间连接端与所述放大器的反相输入端连接，所述放大器的同相输入端连接第一基准电压。

方式二、所述控制模块包括第一跨导放大器、第一恒流源、接地电容、第四电阻和第五电阻，所述第一恒流源的输出端、第一跨导放大器的输出端、接地电容的正极均与所述放大器的同相输入端连接；

所述第四电阻和第五电阻串联连接后并联在所述功率管的两端，所述第一跨导放大器的输入端、第五电阻均与所述功率管、采样电阻的中间连接端连接，所述第四电阻与第五电阻的中间连接端与所述放大器的反相输入端连接。

方式三、所述控制模块包括第六电阻和第七电阻，所述第六电阻和第七电阻串联连接后并联在所述功率管的两端，所述第六电阻与第七电阻的中间连接端与所述放大器的反相输入端连接，所述放大器的同相输入端连接第二基准电压。

方式四、所述控制模块包括第二跨导放大器、第二恒流源、接地电阻、第八电阻和第九电阻，所述第二恒流源的输出端、第二跨导放大器的输出端、接地电阻的一端均与所述放大器的同相输入端连接，所述接地电阻的另一端接地；

所述功率管与采样电阻的中间连接端与所述放大器的反相输入端连接；

所述第八电阻的一端与配电装置母线连接，另一端与第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端接地，所述第八电阻和第九电阻的中间连接端与所述第二跨导放大器的同相输入端连接，所述第二跨导放大器的反相输入端连接第三基准电压。

方式五、所述控制模块包括第十电阻，所述第十电阻与所述功率管并联，所述放大器的同相输入端连接第四基准电压，所述功率管与采样电阻的中间连接端与所述放大器的反相输入端连接。

关于纹波抑制模块的具体实现方案，有至少以下两种方式：

方式一、所述纹波抑制模块包括第一电容，所述第一电容的正极与配电装置母线连接，所述第一电容的负极与功率管的输入端连接，所述负载并联在所述第一电容两端。

方式二、所述纹波抑制模块包括第二电容、第三电容、分压电阻、第三恒流源和第二功率管，所述第二电容的正极与配电装置母线连接，所述负载与分压电阻、第三恒流源串联形成支路，所述支路与所述第二电容并联，所述第三电容与所述第三恒流源并联，所述第二功率管的漏极和源极并联在所述分压电阻与第三恒流源的两端，所述分压电阻与第三恒流源的中间连接端与所述第二功率管的栅极连接。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

1)当整流后的母线电压或者功率管漏级电压过高时，控制模块控制功率管电流随着输入电压或者漏极电压的升高而逐渐降低，以保证功率管工作在安全工作区，稳定性高；

2)母线电压和漏极电压可以单独控制功率管电流工作在安全工作区内，也可以一起控制功率管电流工作在安全工作区内；

3)纹波抑制模块对调制后的功率管电流进行滤波，降低负载模块纹波系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中led驱动电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的拓扑结构示意图；

图3是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的第一种实施电路示意图；

图4是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的第二种实施电路示意图；

图5是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的第三种实施电路示意图；

图6是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的第四种实施电路示意图；

图7是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的第五种实施电路示意图；

图8是本发明实施例提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的工作波形图。

其中，附图标记包括：1-纹波抑制模块，111-第一电容，121-第二电容，122-第三电容，123-分压电阻，124-第三恒流源，125-第二功率管，2-电压电流转换模块，21-放大器，22-功率管，23-采样电阻，3-控制模块，311-第一电阻，312-第二电阻，313-第三电阻，321-第一跨导放大器，322-第一恒流源，323-接地电容，324-第四电阻，325-第五电阻，331-第六电阻，332-第七电阻，341-第二跨导放大器，342-第二恒流源，343-接地电阻，344-第八电阻，345-第九电阻，351-第十电阻，4-负载。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，如图2所示，所述驱动电路包括纹波抑制模块1、电压电流转换模块2及控制模块3，所述纹波抑制模块1的输入端和控制模块3的一端均连接配电装置母线，所述纹波抑制模块1与负载4并联连接；

所述电压电流转换模块2包括放大器21、功率管22和采样电阻23，所述放大器21的输出端与所述功率管22的栅极连接，所述纹波抑制模块1的输出端与所述功率管22的漏极连接，所述功率管22的源极通过所述采样电阻23接地，所述功率管22的漏极、源极、放大器21的同相输入端和/或放大器21的反相输入端分别与所述控制模块3连接，所述控制模块3使流经所述功率管22的电流随着母线电压的升高而降低。

关于控制模块3的具体实现方案，本发明提供以下几种实施例：

实施例1

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，如图3所示，驱动电路的纹波抑制模块1包括第一电容111，所述第一电容111的正极与配电装置母线连接，所述第一电容111的负极与功率管22的输入端连接，所述负载4并联在所述第一电容111两端，所述第一电容111抑制负载模块的电流纹波。

所述驱动电路的控制模块3包括第一电阻311(以下可称r11)、第二电阻312(以下可称r12)和第三电阻313(以下可称r10)，所述第一电阻311设置在所述配电装置母线与所述放大器21的反相输入端之间；所述第二电阻312和第三电阻313串联连接后并联在所述功率管22的两端，所述第三电阻313的一端与所述采样电阻23(实施例1中称r1s)连接；所述第二电阻312与第三电阻313的中间连接端与所述放大器21的反相输入端连接，所述放大器21的同相输入端连接第一基准电压vref1。

以下对实施例1的驱动电路中功率管瞬时电流随漏极电压或母线电压升高而降低进行验证：对于图3中的电路，当满足r11>>r10>>r1s且r12>>r10>>r1s时，功率管瞬时电流满足以下公式：

ip＝[vref1-(vbus/r11+vp/r12)*r10]/r1s，其中，ip为功率管瞬时电流，vbus为母线电压，vp为功率管漏极电压，vref1为放大器同相输入端连接的基准电压；

显而易见，随着vbus和vp的逐渐增加，ip逐渐减小，受vbus和vp共同调制，ip在安全工作区之内。

上述“>>”为远大于符号，其表示，比如计算a+b，如果a>>b，则为了简化计算，在不精确的求和计算中可忽略b的存在，而a＞＞b的认定条件一般可以设为a比b大两个数量级及以上。下面几个实施例中的“>>”同理，不再赘述。

实施例2

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，如图4所示，驱动电路的纹波抑制模块1包括第一电容111，所述第一电容111的正极与配电装置母线连接，所述第一电容111的负极与功率管22的输入端连接，所述负载4并联在所述第一电容111两端，所述第一电容111抑制负载模块的电流纹波。

所述驱动电路的控制模块3包括第一跨导放大器321、第一恒流源322、接地电容323、第四电阻324(以下可称r21)和第五电阻325(以下可称r20)，所述第一恒流源322的输出端、第一跨导放大器321的输出端、接地电容323的正极均与所述放大器21的同相输入端连接；

所述第四电阻324和第五电阻325串联连接后并联在所述功率管22的两端，所述第一跨导放大器321的输入端、第五电阻325均与所述功率管22、采样电阻23(实施例2中称r2s)的中间连接端连接，所述第四电阻324与第五电阻325的中间连接端与所述放大器21的反相输入端连接。

以下对实施例2的驱动电路中功率管瞬时电流随漏极电压或母线电压升高而降低进行验证：对于图4中的电路，当满足r21>>r20>>r2s时，功率管平均电流满足以下公式：

ip_average＝iref/(r2s*gm2)，其中，ip_average为功率管平均电流，iref为第一恒流源的基准电流，gm2为第一跨导放大器的跨导增益；

功率管瞬时电流满足以下公式：

ip＝(vc-vp/r21*r20)/r2s，其中，ip为功率管瞬时电流，vc为第一恒流源的输出电压，vp为功率管漏极电压；

显而易见，随着vp的逐渐增加ip瞬时值逐渐减小，ip受vp调制在安全工作区内，但是ip的平均值不变。

实施例3

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，如图5所示，驱动电路的纹波抑制模块1包括包括第二电容121、第三电容122、分压电阻123、第三恒流源124和第二功率管125，所述第二电容121的正极与配电装置母线连接，所述负载4与分压电阻123、第三恒流源124串联形成支路，所述支路与所述第二电容121并联，所述第三电容122与所述第三恒流源124并联，所述第二功率管125的漏极和源极并联在所述分压电阻123与第三恒流源124的两端，所述分压电阻123与第三恒流源124的中间连接端与所述第二功率管125的栅极连接，所述纹波抑制模块1抑制负载模块的电流纹波。

所述驱动电路的控制模块3包括第六电阻331(以下可称r31)和第七电阻332(以下可称r30)，所述第六电阻331和第七电阻332串联连接后并联在所述功率管22的两端，所述第六电阻331与第七电阻332的中间连接端与所述放大器21的反相输入端连接，所述放大器21的同相输入端连接第二基准电压vref2，实施例3中，所述采样电阻23为r3s。

以下对实施例3的驱动电路中功率管瞬时电流随漏极电压或母线电压升高而降低进行验证：对于图5中的电路，当满足r31>>r30>>r3s时，功率管瞬时电流满足以下公式：

ip＝(vref-vp/r31*r30)/r3s，其中，ip为功率管瞬时电流，vref2为放大器同相输入端连接的基准电压，vp为功率管漏极电压；

显而易见，随着vp的逐渐增加ip瞬时值逐渐减小，ip受vp调制在安全工作区内。

实施例4

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，如图6所示，驱动电路的纹波抑制模块1包括包括第二电容121、第三电容122、分压电阻123、第三恒流源124和第二功率管125，所述第二电容121的正极与配电装置母线连接，所述负载4与分压电阻123、第三恒流源124串联形成支路，所述支路与所述第二电容121并联，所述第三电容122与所述第三恒流源124并联，所述第二功率管125的漏极和源极并联在所述分压电阻123与第三恒流源124的两端，所述分压电阻123与第三恒流源124的中间连接端与所述第二功率管125的栅极连接，所述纹波抑制模块1抑制负载模块的电流纹波。

所述驱动电路的控制模块3包括第二跨导放大器341、第二恒流源342、接地电阻343、第八电阻344和第九电阻345，所述第二恒流源342的输出端、第二跨导放大器341的输出端、接地电阻343的一端均与所述放大器21的同相输入端连接，所述接地电阻343的另一端接地；

所述功率管22与采样电阻23的中间连接端与所述放大器21的反相输入端连接；

所述第八电阻344(以下可称r41)的一端与配电装置母线连接，另一端与第九电阻345的一端连接，所述第九电阻345(以下可称r40)的另一端接地，所述第八电阻344和第九电阻345的中间连接端与所述第二跨导放大器341的同相输入端连接，所述第二跨导放大器341的反相输入端连接第三基准电压vref3。

以下对实施例4的驱动电路中功率管瞬时电流随漏极电压或母线电压升高而降低进行验证：对于图6中的电路，当满足r41>>r40时，功率管瞬时电流满足以下公式：

当vbus/r41*r40-vref3>＝0时，

ip＝[iref-(vbus/r41*r40-vref3)*gm4]*r4c/r4s，其中，ip为功率管瞬时电流，vbus为母线电压，vref3为第二跨导放大器的反相输入端连接的基准电压，iref为第二恒流源的基准电流，gm4为第二跨导放大器的跨导增益；

当vbus/r41*r40-vref<0时，

ip＝iref*r4c/r4s

显而易见，随着vbus的逐渐增加ip瞬时值逐渐减小，ip受vbus调制在安全工作区内。

实施例5

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于功率管安全防护的led驱动电路，如图7所示，驱动电路的纹波抑制模块1包括第一电容111，所述第一电容111的正极与配电装置母线连接，所述第一电容111的负极与功率管22的输入端连接，所述负载4并联在所述第一电容111两端，所述第一电容111抑制负载模块的电流纹波。

所述驱动电路的控制模块3包括第十电阻351(以下可称r5)，所述第十电阻351与所述功率管22并联，所述放大器21的同相输入端连接第四基准电压vref4，所述功率管22与采样电阻23的中间连接端与所述放大器21的反相输入端连接。

以下对实施例5的驱动电路中功率管瞬时电流随漏极电压或母线电压升高而降低进行验证：对于图7中的电路，当满足r5>>r5s时，功率管瞬时电流满足以下公式：

ip＝vref4/r5s-vp/r5，其中，ip为功率管瞬时电流，vp为功率管漏极电压，vref4为放大器同相输入端连接的基准电压。

显而易见，随着vp的逐渐增加ip瞬时值逐渐减小，ip受vp调制在安全工作区内。

以上实施例1-5提供的基于功率管安全防护的led驱动电路的工作波形如图8所示，可以看出，本发明的led驱动电路中的控制模块能够控制功率管漏极电流ip随着母线电压vbus或漏极电压vp的升高而降低，使功率管工作在安全区域内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。