一种多路led恒流驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多路LED恒流驱动电路，包括电压调节器，LED通道阵列和反馈控制单元。反馈控制单元包括一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器，脉冲单元通过控制多路选择器来分时选择其中一条LED支路的采样电压输入反馈控制电路，产生反馈控制信号控制电压调节器的工作，实现精确控制每一条LED支路电流的目的。通过采用一个误差放大器，同时使每条LED支路采样电阻阻值相同来实现控制每条LED支路电流，电压的一致性。本发明通过脉冲电路实现分时复用同一个反馈控制电路的目的，简化了反馈电路元件数目和电路结构。误差放大器降低了电流调节电路上的压降，降低电路损耗。
【专利说明】
一种多路LED恒流驱动电路
技术领域
[0001 ]本发明属于电子技术领域，更进一步涉及电力电子技术领域中一种多路LED恒流 驱动电路。本发明可用于实现多路LED恒流驱动。
【背景技术】
[0002] 在照明和背光源应用中，常将多路LED灯串并联应用，每路LED灯串包括一个或多 个串联连接的LED灯，每个LED灯的发光强度由流过LED灯的电流确定，因此应用中采用电流 调节电路来控制流过LED灯串的电流。同时由于每路LED灯串本身存在特性的差异，实际中 每路LED灯串流过相同的电流时，其导通压降会不相同，因此不同支路的电流调节电路会承 受不同的输入电压，因此需要采用反馈单元对电压调节器的输出端电压进行调节来降低电 流调节电路上的压降，降低电路损耗。
[0003] 电子科技大学在其专利申请文件"一种多通道LED阵列驱动电路"（申请公布号CN 104254181A，申请号201110310792.9,申请号201410474880.6,申请日期2014.12.31)中公 开了一种多通道LED阵列驱动电路，该电路包括BUCK驱动电路，相互并联的LED通道阵列，连 接到BUCK驱动电路上，并由BUCK驱动电路驱动;反馈控制电路，其输入端连接到LED通道阵 列，输出端连接到BUCK驱动电路的控制输入端，用于产生反馈控制信号以控制BUCK驱动电 路的工作。LED通道阵列中的相邻两个LED支路之间设有电压跟随器，电压跟随器保证了每 条通道电压，电流的一致性，实现了 LED支路均流。电路把传统的BUCK模式驱动电路与恒流 模式下的驱动电路相结合，采用电压模式控制BUCK变换器，该电压型开关调节控制系统是 单环反馈的自动控制系统，该方式简单、稳定，可以保证很好的稳压精度。该电路存在的不 足之处是：电路通过多个稳压器来达到控制多路LED串均流的目的，电路结构复杂，元件数 目多，损耗大。
[0004] 南京矽力杰半导体有限公司在其专利申请文件"一种多路LED恒流电路及其驱动 方法"（申请公布号CN 104883793A，申请号201510313704· 9，申请日期2015 · 09· 02)公开了 一种多路LED恒流电路驱动电路。该电路中多路信号产生电路根据每路的电流调节电路的 输入电压信号的不同，产生不同的基准电流信号和占空比调节信号，电流调节电路根据基 准电流信号控制LED灯串电流的峰值，使峰值与基准电流信号一致，然后电流调节电路根据 占空比调节信号控制LED灯串电流的平均值，使得LED灯串电流的平均值与期望工作电流一 致。通过上述的控制方案，使得在电流调节电路承受较大压降的情况下，控制LED灯串的压 降升高，以减少电流调节电路的压降，从而降低损耗，同时，控制LED灯串的电流平均值不 变，保证LED灯串能够维持正常工作。该电路通过多路电流调节电路来达到调节多路LED灯 串电流的目的，同时通过电压反馈单元、多路信号产生电路和最小端电压产生电路来达到 减少电压调节单元的压降，降低损耗的目的。该电路存在的不足之处是：电路通过多路电流 调节器来达到控制多路LED串均流的目的，电路结构复杂，损耗大;为了使多路调节器正常 工作来实现达到期望LED灯串的电流的目的，多路调节器上的压降通常为较大的数值，通常 电流调节电路上的压降的范围为0.5~IV，电流调节电路的损耗较大。采用电压反馈单元、 多路信号产生电路和最小端电压产生电路来达到减少电压调节单元的压降，降低损耗的目 的，电路结构复杂，损耗大。
[0005] 赵融融，张军明发表的"高效率LED驱动多路输出混合策略研究"（机电工程， 2015.06:1-7)论文中提出了一种高效的基于准二级变换器的多路LED输出混合均流策略。 混合均流电路由多个独立的输出模块组成，利用平衡电容电荷守恒的特性对模块内两路 LED输出电流高效均衡，相互独立的输出模块之间采用部分功率处理的DC-DC电流调节器实 现电流均衡，部分功率处理结构中的电流调节器工作在低压高频的状态以获得更高的效 率、更低的成本。该电路通过每个输出模块串联一个DC/DC电流调节器进行模块间的精确均 流。这篇论文所公开的电路存在的问题是：电路通过多个电流调节器来达到控制多路LED串 均流的目的，电路结构复杂，损耗大。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术中存在的问题，提出一种多路LED恒流驱动电路，可以简化 电路结构，降低电路损耗，提尚丨旦流精度。
[0007] 本发明包括电压调节器，LED通道阵列和反馈控制单元，电压调节器的输出端与 LED通道阵列的第一个端口相连，LED通道阵列的第二个端口与反馈控制单元的第一个输入 端口相连，反馈控制单元的第二个输入端口与脉冲单元的输出端相连，反馈控制单元的输 出端口与电压调节器的输入端相连;其中，
[0008] 电压调节器，用于接收反馈控制信号，并根据所述反馈控制信号调节电压调节器 的输出电压。
[0009] LED通道阵列包括三条LED支路，每个LED支路包括至少两个串联的LED，三条LED支 路并联后与电压调节器的输出端相连;每条LED支路包括一个M0S管、一条LED灯串、一个采 样电阻，M0S管、LED灯串、采样电阻依次串联后与电容并联，三条LED支路中的采样电阻阻值 相同。
[0010] 脉冲单元的第一个输出端口连接到第一条LED支路M0S管的栅极，用于控制第一条 LED支路;脉冲单元的第二个输出端口连接到第二条LED支路M0S管的栅极，用于控制第二条 LED支路;脉冲单元的第三个输出端口连接到第三条LED支路M0S管的栅极，用于控制第三条 LED支路。
[0011] 反馈控制单元的第一个输入端口连接到脉冲单元的输出端，反馈控制单元的第二 个输入端口连接到LED通道阵列的第二个端口，反馈控制单元的输出端连接到电压调节器 的输入端;反馈控制单元包括一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器，一个多路选 择器，一个误差放大器和一个比较器依次串联连接，用于产生反馈控制信号控制电压调节 器工作。
[0012] 脉冲单元的第一个输出端口连接到多路选择的第一个输入端口 Μ，用于选择输出 第一条LED支路的采样电压;脉冲单元的第二个输出端口连接到多路选择的第二个输入端 口 A2，用于选择输出第二条LED支路的采样电压;脉冲单元的第三个输出端口连接到多路选 择的第三个输入端口 A3,用于选择输出第三条LED支路的采样电压。
[0013] 脉冲单元包括一个两输入与门电路，三个D触发器，所述的一个两输入与门电路， 三个D触发器依次连接，用于产生脉冲信号控制LED通道阵列和反馈控制单元工作。
[0014] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0015] 第一，由于本发明采用脉冲单元的第一个输出端口连接到第一条LED支路M0S管的 栅极，用于控制第一条LED支路，脉冲单元的第二个输出端口连接到第二条LED支路M0S管的 栅极，用于控制第二条LED支路，脉冲单元的第三个输出端口连接到第三条LED支路M0S管的 栅极，用于控制第三条LED支路，从而控制LED支路M0S管分时导通。脉冲单元的第一个输出 端口连接到多路选择器的第一个输入端口 Ai，用于选择输出第一条LED支路的采样电压输 入到反馈控制电路，脉冲单元的第二个输出端口连接到多路选择的第二个输入端口如，用 于选择输出第二条LED支路的采样电压输入到反馈控制电路，脉冲单元的第三个输出端口 连接到多路选择的第三个输入端口 A3,用于选择输出第三条LED支路的采样电压输入到反 馈控制电路，实现分时复用同一个反馈控制单元控制三条LED支路，控制每条LED支路电流 的目的，克服了现有技术中需要多路电流调节电路导致的电路结构复杂的问题，使得本发 明简化了电路结构和元器件数目，降低电路损耗。
[0016] 第二，由于本发明每条LED支路中采用相同阻值的采样电阻，反馈控制单元采用一 个误差放大器，因而采用同一个参考电压，保证了所有LED支路采样电阻第一个端口电压的 一致性，保证了每条LED支路电压、电流的一致性，克服了现有技术中采用多个电压调节器 保证每条LED支路电压、电流的一致性的问题，简化了电路结构，降低损耗。
[0017] 第三，由于本发明反馈控制单元中采用一个误差放大器，误差放大器同相输入端 的参考电压可以取做较小数值，克服了现有技术中电流调节单元上需要保持LED灯串正常 工作而导致的电流调节电路上压降大的问题，实现降低电路损耗，同时保证LED灯串正常工 作的目的。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的方框图；
[0019] 图2为本发明的电路原理图；
[0020] 图3为本发明电路工作过程的波形图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明作详细的说明。
[0022] 参照图1对本发明的单元作详细的描述。
[0023] 本发明包括电压调节器，LED通道阵列和反馈控制单元，电压调节器的输出端与 LED通道阵列的第一个端口相连。电压调节器，电压调节器可采用升压型电压调节器或降压 型电压调节器，用于接收反馈控制信号，并根据所述反馈控制信号调节电压调节器的输出 电压。LED通道阵列的第一个输入端口与电压调节器的输出端相连，LED通道阵列的第二个 输入端口与脉冲单元的输出端相连，LED通道阵列的输出端与反馈控制单元的第一个输入 端口相连，反馈控制单元的第二个输入端口与脉冲单元的输出端相连，反馈控制单元的输 出端与电压调节器的输入端相连，用于产生反馈控制信号控制电压调节器工作。脉冲电路 的输出端分别与反馈控制电路的第二个输入端口，LED通道阵列的第二个输入端口相连，用 于产生脉冲信号控制LED通道阵列和反馈控制单元工作。
[0024]参照图2对本发明的电原理图中的元器件具体连接关系作详细描述。
[0025] 电压调节器的输出端与LED通道阵列的第一个输入端口相连。LED通道阵列的第一 个输入端口与电压调节器的输出端相连，LED通道阵列的第二个输入端口与反馈控制单元 的第一个输入端口相连，LED通道阵列包括三条LED支路，每个LED支路包括至少两个串联的 LED，所述三条LED支路并联后与电压调节器的输出端相连;每条LED支路包括一个M0S管、一 条LED灯串、一个采样电阻，所述的M0S管、LED灯串、采样电阻依次串联后与电容并联，三条 LED支路中的采样电阻阻值相同。
[0026] 每条支路中的一个M0S管、一条LED灯串、一个采样电阻依次串联后与电容并联的 结构如下：
[0027]第一条LED支路中的舢5管％的源极连接到所述电压调节器的输出端，栅极连接到 脉冲单元的第一个输出端，漏极分别连接到第一条LED支路中的LED灯串的第一个端口，电 容&的第一个端口，电容&的第二个端口接地，LED灯串的第二个端口与采样电阻心的第一 个端口相连，采样电阻的第二个端口接地，LED灯串与采样电阻串联，采样电阻心的第一个 端口输出第一条LED支路的采样电压。
[0028]第二条LED支路^)5管跑的源极连接到所述电压调节器的输出端，栅极连接到脉冲 单元的第二个输出端，漏极分别连接到第二条LED支路中的LED灯串的第一个端口，电容C2 的第一个端口，电容C2的第二个端口接地，LED灯串的第二个端口与采样电阻办的第一个端 口相连，采样电阻的第二个端口接地，LED灯串与采样电阻串联，采样电阻R 2的第一个端口 输出第二条LED支路的采样电压。
[0029]第三条LED支路M0S管M3的源极连接到所述电压调节器的输出端，栅极连接到脉冲 单元的第三个输出端，漏极分别连接到第三条LED支路中的LED灯串的第一个端口，电容C3 的第一个端口，电容C3的第二个端口接地，LED灯串的第二个端口与采样电阻R3的第一个端 口相连，采样电阻的第二个端口接地，LED灯串与采样电阻串联，采样电阻R 3的第一个端口 输出第三条LED支路的采样电压。
[0030] 反馈控制单元的第一个输入端口连接到脉冲单元的输出端，反馈控制单元的第二 个输入端口连接到LED通道阵列的输出端，反馈控制单元的输出端连接到电压调节器的输 入端；反馈控制单元包括一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器，一个多路选择 器，一个误差放大器和一个比较器依次串联连接，用于产生反馈控制信号控制电压调节器 工作。
[0031] 反馈控制单元中的一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器依次串联连接 的结构如下：
[0032] 多路选择器的第一个输入端口^连接到脉冲单元的第一个输出端口，用于选择输 出第一条LED支路的采样电压；多路选择的第二个输入端口 A2连接到脉冲单元的第二个输 出端口，用于选择输出第二条LED支路的采样电压;多路选择的第三个输入端口 A3连接到脉 冲单元的第三个输出端口，用于选择输出第二条LED支路的采样电压;多路选择器的第四个 输入端口 &连接到第一条LED支路采样电阻的第一个端口，多路选择器的第五个输入端口 S3连接到第二条LED支路采样电阻R2的第一个端口，多路选择器的第六个输入端口 S5连接到 第三条LED支路采样电阻R3的第一个端口。
[0033] 误差放大器的反相输入端连接到多路选择器的输出端，误差放大器的同相输入端 连接到参考电压。
[0034]比较器的同相输入端与误差放大器的输出端相连，比较器的反相输入端连接到斜 坡发生器。
[0035]脉冲单元中的一个两输入与门电路，三个D触发器依次连接，用于产生脉冲信号控 制LED通道阵列和反馈控制单元工作。脉冲单元中的一个两输入与门电路，三个D触发器依 次连接的结构如下，第一个D触发器的第一个输出端口 Q1连接到第二个D触发器的第一个输 入端口 D2，第二个D触发器的第一个输出端口 Q2连接到第三个D触发器的第一个输入端口 D3,第一个D触发器的第二个输出端口巧连接到两输入与门的第一个输入端口，第二个D触 发器的第二个输出端口运连接到两输入与门的第二个输入端口，两输入与门的输出端连 接到第一个D触发器的第一个输入端口 D1，第一个D触发器的第二个输入端口 clkl，第二个D 触发器的第二个输入端口 clk2，第一个D触发器的第二个输入端口 clk3连接到时钟产生电 路。
[0036]参照图3对本发明保护受保护功率管过程作详细的描述。
[0037]图三中的脉冲单元中的第一个D触发器的输出端信号B1输出高电平时，第一条LED 支路的M0S管导通，电压调节器对第一条LED支路电容&进行充放电，图三中的II为电容&的 电流波形图，多路选择器的第一个输入端信号A1信号为高电平，选择第一条LED支路的采样 电阻上的采样电压输入到误差放大器的反相输入端，与误差放大器同相输入端的设定参考 电压Vref进行比较，经过放大后的误差信号随后输入到比较器的反相输入端，与比较器同 相输入端设定好的锯齿波信号Vsaw进行比较，产生反馈控制信号来控制电压调节器的工 作。图三中的脉冲单元中的第二个D触发器的输出端信号B2输出高电平时，第二条LED支路 的M0S管导通，电压调节器对第一条LED支路电容&进行充放电，图三中的12为电容C 2的电流 波形图，同时多路选择器的第二个输入端信号A2信号为高电平，选择第二条LED支路的采样 电阻上的采样电压输入到误差放大器的反相输入端，与误差放大器同相输入端的设定参考 电压Vref进行比较，经过放大后的误差信号随后输入到比较器的反相输入端，与比较器同 相输入端设定好的锯齿波信号Vsaw进行比较，产生反馈控制信号来控制电压调节器的工 作。图三中的脉冲单元中的第三个D触发器的输出端信号B3输出高电平时，第三条LED支路 的M0S管导通，电压调节器对第三条LED支路电容C 3进行充放电，图三中的13为电容C3的电 流波形图，同时多路选择器的第三个输入端信号A3信号为高电平，选择第三条LED支路的采 样电阻上的采样电压输入到误差放大器的反相输入端，与误差放大器同相输入端的设定参 考电压Vref进行比较，经过放大后的误差信号随后输入到比较器的反相输入端，与比较器 同相输入端设定好的锯齿波信号Vsaw进行比较，产生反馈控制信号来控制电压调节器的工 作，图三中Bn为比较器输出端信号，用来控制电压调节器的工作。
[0038]本发明的实施例是，采样电阻R1，R2，R3的取值为1Ω，LED灯的型号为LA_W57B_ TYP，每一条LED支路M0S管的型号为IRF740,多路选择器的型号为ADG528F，误差放大器的型 号为0PA340，误差放大器同相输入端的参考电压Vref的范围为0.2~0.35V，比较器的型号 为LM319,比较器反相输入端锯齿波Vsaw的幅值为5V，D触发器的型号为74LS74A，D触发器的 时钟信号elk为占空比为三分之一，频率为66000Hz的脉冲波，两输入与门的型号为74HC08。 [0039]本发明是利用脉冲单元来控制每一条LED支路的M0S管分时导通，控制多路选择器 分时选择每一条LED支路采样电阻上的采样电压输入到反馈控制单元中，因而多条LED支路 分时复用同一个反馈控制单元，减少了电路中实现LED均流所需的电流调节元件的数目，利 用同一个误差放大器，实现每一条LED支路电流，电压的一致性，简化电路结构，降低电路损 耗。多路选择器，误差放大器和比较器依次串联形成反馈控制单元来控制每一条LED支路的 电流，利用误差放大器的参考电压Vref与采样电阻R1，R2，R3的比值来控制第一、二、三条 LED支路的电流，误差放大器的参考电压可以做到0.2V左右，降低了实现每一条LED支路均 流所需的电流调节器上的压降，降低电路损耗。本发明所公开的电路可以通过脉冲单元设 计和多路选择器型号选择将LED支路扩展到三条以上，适合大功率，多串LED应用。
【主权项】
1. 一种多路LED恒流驱动电路，包括电压调节器，LED通道阵列和反馈控制单元，其特征 在于，所述电压调节器的输出端与LED通道阵列的第一个输入端口相连，LED通道阵列的第 二个输入端口与脉冲单元的输出端相连，LED通道阵列的输出端与反馈控制单元的第一个 输入端口相连，反馈控制单元的第二个输入端口与脉冲单元的输出端相连，反馈控制单元 的输出端与电压调节器的输入端相连;其中， 所述的电压调节器，用于接收反馈控制信号，并根据所述反馈控制信号调节电压调节 器的输出电压； 所述的LED通道阵列包括三条LED支路，每个LED支路包括至少两个串联的LED，所述三 条LED支路并联后与电压调节器的输出端相连;每条LED支路包括一个MOS管、一条LED灯串、 一个采样电阻，所述的MOS管、LED灯串、采样电阻依次串联后与电容并联，三条LED支路中的 采样电阻阻值相同； 所述的反馈控制单元的第一个输入端口连接到脉冲单元的输出端，反馈控制单元的第 二个输入端口连接到LED通道阵列的输出端，反馈控制单元的输出端连接到电压调节器的 输入端;所述的反馈控制单元包括一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器，所述的 一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器依次串联连接，用于产生反馈控制信号控 制电压调节器工作； 所述的脉冲单元包括一个两输入与门电路，三个D触发器，所述的一个两输入与门电 路，三个D触发器依次连接，用于产生脉冲信号控制LED通道阵列和反馈控制单元工作。2. 根据权利要求1所述的一种多路LED恒流驱动电路，其特征在于，所述的电压调节器 可采用升压型电压调节器或降压型电压调节器。3. 根据权利要求1所述的一种多路LED恒流驱动电路，其特征在于，所述的LED通道阵列 包括三条LED支路，每条支路中的一个MOS管、一条LED灯串、一个采样电阻依次串联后与电 容并联的结构如下： 所述的第一条LED支路中的觀5管％的源极连接到所述电压调节器的输出端，栅极连接 到脉冲单元的第一个输出端，漏极分别连接到第一条LED支路中的LED灯串的第一个端口， 电容C1的第一个端口，电容C 1的第二个端口接地，LED灯串的第二个端口与采样电阻心的第 一个端口相连，采样电阻的第二个端口接地，LED灯串与采样电阻串联，采样电阻R 1的第一 个端口输出第一条LED支路的采样电压； 所述的第二条LED支路^)5管跑的源极连接到所述电压调节器的输出端，栅极连接到脉 冲单元的第二个输出端，漏极分别连接到第二条LED支路中的LED灯串的第一个端口，电容 C2的第一个端口，电容C2的第二个端口接地，LED灯串的第二个端口与采样电阻R2的第一个 端口相连，采样电阻的第二个端口接地，LED灯串与采样电阻串联，采样电阻R 2的第一个端 口输出第二条LED支路的采样电压； 所述的第三条LED支路MOS管M3的源极连接到所述电压调节器的输出端，栅极连接到脉 冲单元的第三个输出端，漏极分别连接到第三条LED支路中的LED灯串的第一个端口，电容 C3的第一个端口，电容C3的第二个端口接地，LED灯串的第二个端口与采样电阻R3的第一个 端口相连，采样电阻的第二个端口接地，LED灯串与采样电阻串联，采样电阻R 3的第一个端 口输出第三条LED支路的采样电压。4. 根据权利要求1所述的一种多路LED恒流驱动电路，其特征在于，所述的脉冲单元的 第一个输出端口连接到第一条LED支路MOS管的栅极，用于控制第一条LED支路;所述的脉冲 单元的第二个输出端口连接到第二条LED支路MOS管的栅极，用于控制第二条LED支路;所述 的脉冲单元的第三个输出端口连接到第三条LED支路MOS管的栅极，用于控制第三条LED支 路。5. 根据权利要求1所述的一种多路LED恒流驱动电路，其特征在于，所述的反馈控制单 元中的一个多路选择器，一个误差放大器和一个比较器依次串联连接的结构如下： 所述的多路选择器的第一个输入端DA1连接到脉冲单元的第一个输出端口，用于选择 输出第一条LED支路的采样电压;所述的多路选择器的第二个输入端口如连接到脉冲单元 的第二个输出端口，用于选择输出第二条LED支路的采样电压;所述的多路选择的第三个输 入端口 A3连接到脉冲单元的第三个输出端口，用于选择输出第三条LED支路的采样电压;所 述的多路选择器的第四个输入端口S 2连接到第一条LED支路采样电阻R1的第一个端口，所述 的多路选择器的第五个输入端口S 3连接到第二条LED支路采样电阻R2的第一个端口，所述的 多路选择器的第六个输入端口 S5连接到第三条LED支路采样电阻R3的第一个端口； 所述误差放大器的反相输入端连接到多路选择器的输出端，误差放大器的同相输入端 连接到参考电压； 所述比较器的同相输入端连接到误差放大器的输出端，比较器的反相输入端连接到斜 坡发生器。6. 根据权利要求1所述的一种多路LED恒流驱动电路，其特征在于，所述脉冲单元中的 一个两输入与门电路，三个D触发器依次连接的结构如下，第一个D触发器的第一个输出端 口 Ql连接到第二个D触发器的第一个输入端口 D2，第二个D触发器的第一个输出端口 Q2连接 到第三个D触发器的第一个输入端口D3，第一个D触发器的第二个输出端口 连接到两输入 与门的第一个输入端口，第二个D触发器的第二个输出端口运连接到两输入与门的第二个 输入端口，两输入与门的输出端连接到第一个D触发器的第一个输入端口Dl，第一个D触发 器的第二个输入端口 clkl，第二个D触发器的第二个输入端口 clk2,第三个D触发器的第二 个输入端口 c I k3连接到时钟产生电路。
【文档编号】H05B33/08GK105934029SQ201610367582
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张艺蒙, 刘金金, 吕红亮, 汤晓燕, 张玉明
【申请人】西安电子科技大学