一种LED驱动电路和LED照明设备的制作方法

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种led驱动电路，以及采用了所述led驱动电路的led照明设备。

背景技术：

图1为现有的一种led驱动电路，led负载第一端与输入电压vin耦接，第二端与储能电感l1的第一端耦接，储能电感l1第二端与开关管m1的第一端耦接，同时与续流二极管d1的阳极耦接，开关管m1的控制端与控制电路耦接，开关管的第二端与电流检测电阻rcs的第一端耦接，电流检测电阻rcs的第二端接地，续流二极管d1的阴极与输入电压vin耦接，同时控制电路还具有hv端直接与输入电压耦接，还具有过压保护设定电阻rovp与控制电路耦接，以及与led负载并联的输出滤波电容co。

以上传统的led驱动电路，存在有两个不足的地方，首先是所述led驱动电路利用储能电感退磁时间和芯片内部的参考时间相比，来设定led驱动电路的过压保护，由于储能电感退磁时间和储能电感的精度密切相关，使得过压保护点的精度不高，容易出现过压保护失效的问题；其次是所述led驱动电路利用开关管m1的寄生cgd电容耦合储能电感续流结束所产生的振荡信号来检测储能电感退磁结束点，容易受到不同类型的开关管的影响，特别是储能电感为工字电感时，非常容易造成储能电感退磁结束点检测失效，造成led照明设备非正常工作。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种led驱动电路，以及采用了该led驱动电路的led照明设备。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，包括：储能电感，具有第一端和第二端，其中第一端与电源输入电压电耦接，第二端与led负载第一端电耦接；led负载，具有第一端和第二端，其中第二端与第一开关第一端电耦接；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端与控制电路的第二端电耦接，第二端与采样电阻第一端电耦接；采样电阻，具有第一端和第二端，其中第二端与地电耦接，所述采样电阻检测流过第一开关的电流，输出电压采样信号；续流二极管，具有第一端阳极和第二端阴极，其中第一端阳极与led负载和第一开关公共端电耦接，第二端阴极与电源输入电压和储能电感的第一端电耦接；控制电路，具有第一端、第二端和第三端，其中第一端与储能电感和led负载的公共端电耦接，第三端与第一开关和采样电阻的公共端电耦接；所述控制电路基于其第一端对储能电感电流状态的检测结果和对led负载电压的检测结果，以及基于其第三端对电压采样信号的检测结果，控制所述第一开关导通，以对所述储能电感充电，或者控制所述第一开关断开，使得所述储能电感通过所述续流二极管放电。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述控制电路包括：退磁检测模块，具有输入端和输出端，其中输入端与储能电感和led负载的公共端电耦接，输出端与控制驱动模块电耦接，通过检测第一开关断开以后，储能电感的电流状态，在储能电感电流下降为零以后，输出一零电流检测信号与控制驱动模块电耦接；过压检测模块，具有输入端和输出端，其中输入端与储能电感和led负载的公共端电耦接，输出端与控制驱动模块电耦接，通过检测第一开关导通以后，led负载第一端的电压，在所述电压超过设定值以后，输出一过压检测信号与控制驱动模块电耦接；电源供电模块，具有输入端和输出端，其中输入端与储能电感和led负载的公共端电耦接，通过取样led负载第一端的电压，给控制电路提供稳定的供电电压和参考电压；电流检测控制模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与第一开关和采样电阻的公共端电耦接，第二输入端与第一参考电压电耦接，输出端与控制驱动模块电耦接，基于对采样电阻上电压采样信号的处理结果，输出一关断控制信号与控制驱动模块电耦接；控制驱动模块，分别与退磁检测模块、过压检测模块和电流检测控制模块电耦接，接收所述零电流检测信号、过压检测信号和关断控制信号，输出一控制信号，控制所述第一开关导通，以对所述储能电感充电，或者控制所述第一开关断开，使得所述储能电感通过所述续流二极管放电。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述电流检测控制模块，包括峰值比较模块，所述峰值比较模块具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述采样电阻上的电压采样信号和第一参考电压电耦接，输出端输出关断控制信号与所述控制驱动模块电耦接。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述电流检测控制模块，包括：采样运算模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与采样电阻上的电压采样信号和第一开关控制端的控制信号电耦接，输出一采样运算信号与误差放大模块电耦接；误差放大模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与第一参考电压和所述采样运算信号电耦接，输出一误差放大信号与均值比较模块电耦接；斜坡产生模块，输出一电压斜坡信号与均值比较模块电耦接；均值比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述误差放大信号和电压斜坡信号电耦接，输出端输出一关断控制信号与所述控制驱动模块电耦接。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述过压检测模块，包括：第一分压电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与第一开关控制端的控制信号，以及led负载与储能电感的公共端电耦接，输出端输出一与led负载电压相关的第一led负载分压信号与过压比较模块电耦接；过压比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第一led负载分压信号和第二参考电压信号电耦接，输出端输出一过压保护信号与控制驱动模块电耦接。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述退磁检测模块，包括：第二分压电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第一开关控制端的控制信号的反相逻辑信号，以及led负载与储能电感的公共端电耦接，输出端输出一与led负载电压相关的第二led负载分压信号与退磁比较模块电耦接；采样保持模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第一开关控制端的控制信号的反相逻辑信号，以及所述第二led负载分压信号电耦接，输出端输出一与第二led负载分压信号相关的采样保持信号与退磁比较模块电耦接；退磁比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第二led负载分压信号和所述采样保持信号电耦接，输出端输出一退磁检测信号与控制驱动模块电耦接。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述采样保持模块，包括：一单脉冲电路，具有输入端和输出端，其中输入端为所述第一开关控制端的控制信号的反相逻辑信号，输出端输出一与所述反相逻辑信号相关的单脉冲信号，用于在所述反相逻辑信号变为高电平时控制采样开关对所述第二led负载分压信号进行采样和保持；采样开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述第二led负载分压信号电耦接，控制端与所述单脉冲信号电耦接，输出端与采样电容第一端电耦接；采样电容，具有第一端和第二端，其中第二端与地电耦接，所述采样电容第一端还与所述退磁比较器电耦接。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，所述第一开关为nmos管，所述nmos管的栅极与所述控制电路的第二端电耦接，源极与所述采样电阻第一端电耦接，漏极与所述led负载第二端电耦接；或所述第一开关为三极管，所述三极管的基极与所述控制电路的第二端电耦接，发射极与所述采样电阻第一端电耦接，集电极与所述led负载第二端电耦接。

根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路，还包括：与所述led负载并联的滤纹波电容，适于过滤所述负载的电流纹波。

根据本实用新型一实施例的一种led照明设备，包括有所述的led驱动电路。

本实用新型所提出的led驱动电路架构，利用了电阻分压来监控实际的led负载电压，以及利用了电阻分压来监控储能电感退磁结束以后的振荡信号，可以很好地解决传统led驱动电路中所涉及的过压保护精度问题和退磁检测不可靠问题，节约了成本，提升了系统的性能和可靠性。

附图说明

图1所示为现有led驱动电路示意图；

图2所示为本实用新型一实施例的led驱动电路示意图；

图3a所示为本实用新型一实施例的电流检测控制模块示意图；

图3b所示为本实用新型另一实施例的电流检测控制模块示意图；

图3c所示为本实用新型一实施例的过压检测模块示意图；

图3d所示为本实用新型一实施例的退磁检测模块示意图；

图3e所示为本实用新型一实施例的采样保持模块示意图；

图4所示为本实用新型一实施例的典型工作波形示意图；

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图2所示为根据本实用新型一实施例的一种led驱动电路示意图200，包括：储能电感202，具有第一端和第二端，其中第一端与电源输入电压vin电耦接，第二端与led负载203的第一端(正向端)电耦接；led负载203具有第一端和第二端，其中第二端(负向端)与第一开关206第一端电耦接；第一开关206，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端与控制电路201的第二端电耦接，第二端与采样电阻207第一端电耦接；采样电阻207，具有第一端和第二端，其中第二端与地电耦接，所述采样电阻207检测流过第一开关206的电流，输出电压采样信号vcs；续流二极管205，具有第一端阳极和第二端阴极，其中第一端阳极与led负载203和第一开关206公共端电耦接，第二端阴极与电源输入电压vin和储能电感202的第一端电耦接；控制电路201，具有第一端、第二端和第三端，其中第一端与储能电感202和led负载203的公共端电耦接，第三端与第一开关206和采样电阻207的公共端电耦接；所述控制电路201基于其第一端对储能电感202电流状态的检测结果和对led负载203电压的检测结果，以及基于其第三端对电压采样信号vcs的检测结果，控制所述第一开关206导通，以对所述储能电感202充电，或者控制所述第一开关206断开，使得所述储能电感202通过所述续流二极管205放电。

在本实用新型一实施例中，如图2所示，所述控制电路201包括：退磁检测模块210，具有输入端和输出端，其中输入端ledp与储能电感202和led负载203的公共端电耦接，输出端与控制驱动模块240电耦接，通过检测第一开关206断开以后，储能电感202的电流状态，在储能电感202电流下降为零以后，输出一零电流检测信号zxc与控制驱动模块240电耦接；过压检测模块220，具有输入端和输出端，其中输入端ledp与储能电感202和led负载203的公共端电耦接，输出端与控制驱动模块240电耦接，通过检测第一开关206导通以后，led负载203第一端的电压ledp，在所述电压超过设定值以后，输出一过压检测信号ovp与控制驱动模块240电耦接；电源供电模块230，具有输入端和输出端，其中输入端ledp与储能电感202和led负载203的公共端电耦接，通过取样led负载203第一端ledp的电压，给控制电路201提供稳定的供电电压和参考电压，在一种实施例中，所述参考电压为vref1，所述供电电压为vdd；电流检测控制模块250，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与第一开关206和采样电阻207的公共端电耦接，第二输入端与第一参考电压vref1电耦接，输出端与控制驱动模块240电耦接，基于对采样电阻207上电压采样信号vcs的处理结果，输出一关断控制信号off与控制驱动模块240电耦接；控制驱动模块240，分别与退磁检测模块210、过压检测模块220和电流检测控制模块250电耦接，接收所述零电流检测信号zxc、过压检测信号ovp和关断控制信号off，输出一控制信号pwm，控制所述第一开关206导通，以对所述储能电感202充电，或者控制所述第一开关206断开，使得所述储能电感202通过所述续流二极管205放电。

在本实用新型一实施例中，如图3a所示，所述电流检测控制模块250，包括峰值比较模块251，所述峰值比较模块251具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述采样电阻207上的电压采样信号vcs和第一参考电压vref1电耦接，输出端输出关断控制信号off与所述控制驱动模块240电耦接。在一种实施例中，所述关断控制信号off会触发第一开关206的控制信号变成低电平，断开一开关206。

在一种实施例中，第一参考电压vref1设定了电压采样信号vcs的峰值，在第一开关206导通以后，输入电压vin通过led负载203，第一开关206和采样电阻207对储能电感202充电，恒定的充电电压使得流过储能电感202的电流线性升高，储能电感202的充电电流流过采样电阻207，得到的电压采样信号vcs也是线性升高，当电压采样信号vcs的峰值达到并超过第一参考电压vref1时，峰值比较模块251比较输出关断控制信号off到控制驱动模块240，触发控制驱动模块240输出的控制信号pwm变成低电平，断开第一开关206，实现了对电压采样信号vcs的峰值控制。

在本实用新型另一实施例中，如图3b所示，所述电流检测控制模块250，包括：采样运算模块252，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与采样电阻207上的电压采样信号vcs和第一开关206控制端的控制信号pwm电耦接，输出一采样运算信号vcs_avg与误差放大模块253电耦接；在一种实施例中，所述采样运算信号vcs_avg表征了电压采样信号vcs在一个周期内的平均值，比如vcs_avg＝vcs*pwm+vcs_pk*pwmb*0.5，其中vcs_pk表示了电压采样信号vcs的峰值电压，pwmb表示为pwm信号的逻辑反相信号；误差放大模块253，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与第一参考电压vref1和所述采样运算信号vcs_avg电耦接，输出一误差放大信号verr与均值比较模块255电耦接；在一种实施例中，误差放大模块中包括了补偿电容，用于维持误差放大模块处于稳态工作；斜坡产生模块254，输出一电压斜坡信号vramp与均值比较模块255电耦接；均值比较模块255，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述误差放大信号verr和电压斜坡信号vramp电耦接，输出端输出一关断控制信号off与所述控制驱动模块240电耦接。在一种实施例中，所述关断控制信号off会触发第一开关206的控制信号变成低电平，断开一开关206。

在一种实施例中，第一参考电压vref1设定了电压采样信号vcs的平均值，在第一开关206导通以后，输入电压vin通过led负载203，第一开关206和采样电阻207对储能电感202充电，恒定的充电电压使得流过储能电感202的电流线性升高，储能电感202的充电电流流过采样电阻207，得到的电压采样信号vcs也是线性升高，采样运算模块252把每个开关周期内的电压采样信号vcs的平均值和第一参考电压vref1一起输入到误差放大模块253中进行误差放大，产生了误差放大信号verr，所述误差放大信号verr与斜坡产生模块254产生的电压斜波vramp在均值比较模块255中进行比较，比较输出关断控制信号off到控制驱动模块240中，实现了对电压采样信号vcs的平均值控制。

在本实用新型一实施例中，如图3c所示，所述过压检测模块220，包括：第一分压电路221，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与第一开关206控制端的控制信号pwm，以及led负载203与储能电感202的公共端电耦接，输出端输出一与led负载203电压相关的第一led负载分压信号vn1与过压比较模块222电耦接；过压比较模块222，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第一led负载分压信号vn1和第二参考电压信号vref2电耦接，输出端输出一过压保护信号ovp与控制驱动模块240电耦接，所述过压保护信号ovp会触发第一开关206的控制信号变成低电平，断开一开关206。

在一种实施例中，结合图2的led驱动电路示意图200以及图4的典型工作波形示意图可以看出，led负载203的电压vled叠加在第一开关206的第一端vsw上面，所以led负载203的第一端电压ledp＝vsw+vled，在第一开关206导通期间，输入电压vin通过led负载203，第一开关206和采样电阻207对储能电感202充电，恒定的充电电压使得流过储能电感202的电流线性升高，忽略第一开关的导通压降，第一开关206的第一端电压vsw的低电平近似等于电压采样信号vcs，相对于vsw的高电平而言，vsw的低电平近似等于零，因此在第一开关206导通期间，ledp＝vled+vcs，忽略vcs电压以后ledp＝vled；因此在第一开关206导通期间，第一分压电阻221可以精确采样得到led负载203的电压vn1＝k1*vled(其中k1为分压系数，为一常数)，利用vn1和第二参考电压vref2进行比较，可以精确的确定led负载203的过压保护点vref2＝k1*vled，vled＝vref2/k1。

在本实用新型一实施例中，如图3d所示，所述退磁检测模块210，包括：第二分压电路211，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第一开关206控制端的控制信号pwm的反相逻辑信号pwmb，以及led负载203与储能电感202的公共端电耦接，输出端输出一与led负载203电压相关的第二led负载分压信号vn2与退磁比较模块213电耦接；采样保持模块212，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第一开关206控制端的控制信号pwm的反相逻辑信号pwmb，以及所述第二led负载分压信号vn2电耦接，输出端输出一与第二led负载分压信号vn2相关的采样保持信号vsmp与退磁比较模块213电耦接；退磁比较模块213，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端和第二输入端分别与所述第二led负载分压信号vn2和所述采样保持信号vsmp电耦接，输出端输出一退磁检测信号zxc与控制驱动模块240电耦接。在一种实施例中，所述第二分压电路211可以和所述第一分压电路221通过所述控制信号pwm和pwmb的不同工作状态去复用相同的分压电阻。

在本实用新型一实施例中，如图3e所示，所述采样保持模块，包括：一单脉冲电路212a，具有输入端和输出端，其中输入端为所述第一开关206控制端的控制信号pwm的反相逻辑信号pwmb，输出端输出一与所述反相逻辑信号pwmb相关的单脉冲信号，用于在所述反相逻辑信号pwmb变为高电平时控制采样开关212b对所述第二led负载分压信号vn2进行采样和保持；采样开关212b，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述第二led负载分压信号vn2电耦接，控制端与所述单脉冲信号电耦接，输出端与采样电容212c第一端电耦接；采样电容212c，具有第一端和第二端，其中第二端与地电耦接，所述采样电容212c第一端还与所述退磁比较器213电耦接。

在一种实施例中，结合图2的led驱动电路示意图200以及图4的典型工作波形示意图可以看出在第一开关206断开期间，储能电感202通过续流二极管205对led负载203放电，储能电感202的电流线性降低，忽略续流二极管205的导通压降，此期间的vsw电压近似等于输入电压vin，led负载203的第一端电压ledp近似等于vled+vin；在储能电感202电流下降到零以后，由于储能电感202第二端存在寄生的电容，所以在储能电感202的第二端电压，也就是led负载203第一端电压ledp会存在lc振荡，因此第二分压电路211在第一开关206断开期间可以电阻分压检测得到ledp电压的振荡状态，得到第二led负载分压信号vn2；所述控制信号pwmb变成高电平以后，在单脉冲电路212a作用下产生一个高电平的单脉冲去导通采样开关212b，实现对所述第二led负载分压信号vn2进行电压采样，在单脉冲高电平结束以后，采样电容212c将保持采样得到的第二led负载分压信号vn2，保持电平为vsmp；在储能电感202电流下降到零以后，led负载203第一端电压ledp会存在lc振荡，同时第二led负载分压信号vn2也存在同样的振荡，当振荡导致vn2的电压低于采样电容212c所保持的电压vsmp时，退磁比较模块213比较输出zxc信号变成高电平，表征储能电感202退磁已经结束。在一种实施例中，zxc信号变成高电平，也会触发第一开关206的控制信号pwm变成高电平，导通第一开关206，进入下一个周期循环。

在本实用新型一实施例中，如图2所示，所述第一开关206为nmos管，所述nmos管的栅极与所述控制电路201的第二端电耦接，源极与所述采样电阻207第一端电耦接，漏极与所述led负载203第二端电耦接；或所述第一开关206为三极管，所述三极管的基极与所述控制电路201的第二端电耦接，发射极与所述采样电阻207第一端电耦接，集电极与所述led负载203第二端电耦接。

在本实用新型一实施例中，如图2所示，所述的led驱动电路200还包括与所述led负载203并联的滤纹波电容204，适于过滤所述负载的电流纹波。

根据本实用新型一实施例的一种led照明设备，包括有所述的led驱动电路。

虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。