专利名称：自适应输入的白光发光二极管的驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于白光LED的自适应输入驱动器，属于电源管理类的白光LED驱动技术领域。
背景技术：
目前，市场上没有该种自适应、升降压型的白光LED驱动IC。
现阶段市场上要达到类似的目的或效果采用的是NMOS驱动的单纯升压或降压电路，应用范围比较狭窄，电源的选择范围小。降压电路单独实现一个降压过程，要求电源电压大于额定输出电压，当电源电压低于额定输出电压时将不能继续工作，那么电源有很大一部分能量(电源电压低于额定输出电压部分)不能使用，对电源(特别是电池等便携式电源)的使用效率低；升压电路单独实现一个升压过程，要求电源电压小于额定输出电压，当电源电压超过额定输出电压，电源电压将通过外围回路直接加到输出端，有可能对外围电路造成损害，这样电源的选择范围小。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是提供一种自适应输入的白光发光二极管的驱动器，该驱动器具有高功率转换效率，足够驱动多个串联LED。
技术方案本实用新型是一种基于PMOS的自适应输入驱动电路，在该驱动器中，驱动管的控制端接输出驱动级和输出控制电路，驱动管的输出端接电感线圈和二极管的负端，二极管的正端为输出端的负级，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容、负载电阻、两只相串联的第一反馈电阻、第二反馈电阻；驱动管的另一端接电源；输出驱动级的输入端接PWM控制器的输出端，PWM控制器的反相输入端接误差放大器的输出端，误差放大器的反相输入端接第一反馈电阻、第二反馈电阻的接点处，PWM控制器的同相输入端接启动模块和第一振荡器；其中，启动模块包括负电压检测器和第二振荡器。
负电压检测器中，电压信号分别接第一晶体管、第二晶体管的控制极，第一晶体管的输出端分别接第三晶体管、第四晶体管，第三晶体管的输出端接第11晶体管，第11晶体管的另一端接输出电压，第四晶体管的输出端接第12晶体管，第12晶体管的另一端接输出电压；第13晶体管的控制极接第四晶体管和第12晶体管之间，第13晶体管的输入端接第二晶体管的输出端，第13晶体管的输出端接输出电压。
第二振荡器中，第五晶体管与第14晶体管相串联接在输入电压与输出电压之间，第六晶体管与第15晶体管相串联接在输入电压与输出电压之间，第七晶体管、第八晶体管、第16晶体管、第17晶体管相串联接在输入电压与输出电压之间；第五晶体管与第14晶体管的控制端接第六晶体管与第15晶体管之间，第六晶体管与第15晶体管的控制端接第八晶体管、第16晶体管之间；第七晶体管、第八晶体管的接点与输出电压之间接有第九晶体管，第16晶体管、第17晶体管的接点与输出电压之间接有第18晶体管，第七晶体管、第八晶体管、第16晶体管、第17晶体管的控制端通过第五电阻接在第五晶体管与第14晶体管之间。
为了降低最低工作电压，本电路的输出为负电压，同时将这个负电压引入作为整个电路的负电源，这样整个电路会工作在Vin(正电源)和-|Vout|(负电源)之间，这样从输出端引回的采样反馈电压Vfb也是负电压。在初始上电时，|Vout|＝0V，电路还是工作在Vin(正电源)和GND(负电源)之间，电路内部的启动电路模块(上图的START模块)开始工作，产生负的输出电压，当启动完成后，电路就工作在Vin(正电源)和-|Vout|(负电源)之间，进入正常工作模式。
在输入电压小于额定输出电压的绝对值时，即|Vin|＜|Vout|，电路工作在升压模式。由输出采样反馈电压Vfb与-1V基准电压比较，由输出的电压控制PWM比较器，产生输出PMOS管LX的控制信号，当输出管打开时，电源和电感L组成输入回路，电源给电感充电，此时由于已经进入正常工作模式，输出为负压，则二极管D反偏。负载电阻R上的电流由输出储能电容Cout提供。当输出管关闭时，电源断开，及输入回路开路，但电感会维持原来的电流方向不变，而电感的下端接地，那么电感在Vlx和Vout产生负的电动势以维持电流，二极管D正偏，电感通过二极管从输出回路抽出电流，在输出端产生并增大负电压，此时负载电阻R上的电流由储能电感L提供的，同时电感的电流给输出储能电容Cout充电。当输出PMOS管的开关总占空比大于50％时，充电电流大于放电电流，当输出电压|Vout|低于额定输出电压充电过程增加，|Vout|提高，升压实现。
在输入电压大于额定输出电压的绝对值时，即|Vin|＞|Vout|，电路工作在降压模式。上电后|Vout|＝0V，启动模块工作直至内部电路正常工作，因此开始还是一个升压的过程。当输出电压达到额定输出电压后，由输出采样反馈电压Vfb与-1V基准电压比较，EA的输出的电压控制PWM比较器，产生输出PMOS管LX的控制信号，逐渐减小输出PMOS管的开关总占空比甚至完全关断，这样输出电压会维持在额定输出电压，当输出电压|Vout|高于额定输出电压充电过程停止，输出电压|Vout|降低，降压实现。
启动模块工作原理如下启动模块监测输出电压，同时产生脉冲波控制输出模块驱动输出PMOS管的开关。当输出管打开时，电源和电感L组成回路，电源给电感充电，开机时|Vout|＝0V，Vlx＞Vout二极管D反偏不导通，Vout不变。当输出管关闭时，电源断开，及输入回路开路，但电感会维持原来的电流方向不变，而电感的下端接地，那么电感在Vlx和Vout产生负的电动势以维持电流，电感通过二极管从输出回路抽出电流，在输出端产生负电压。
启动模块主要由输入负电压检测和启动振荡器组成。
负电压检测部分，inn端电压保持二极管的导通压降Vbe，in端接N个二极管到负电源VSS(及Vout)，Vin＝N×Vbe-|Vout|，当输出负电压达到(N-1)Vbe时，Vin＝Vinn，Vs翻转关闭后面的启动模块振荡器，开启内部振荡器等电路。
在内部电路开始工作之前由启动振荡器提供方波，该振荡器在SMIT触发器的上下门槛电压V-和V+之间振荡，控制输出模块。这里的振荡频率和占空比控制不是很精确，但开始负载上的电流很小，输出电容Cout上的电荷消耗的很少，输出回路处于充电状态。
有益效果输入自适应由于采用了SELF-ADJUST PMOS Buck-Boost结构，本电路在高功率转换效率的条件下，可支持1.5~9.0V的极低输入电压和大输入范围，从而允许使用单节锂(锂离子)电池，或者多节镍氢(NiMH)、镍镉(NiCd)以及碱性电池直接供电产生高达15V可调节的稳定的输出电压，足够驱动多个串联LED。本实用新型采用了升压降压结构，同时外围器件少，极大的扩展了应用范围，
图1是本实用新型的总体电路原理图。
图2是启动部分输出负电压检测器的电路原理图。
图3是启动部分振荡器的电路原理图。
以上的图中有驱动管Q、输出驱动级1、输出控制电路2、电感线圈L、二极管D、输出电容Cout、负载电阻RL、反馈电阻Ra、第二反馈电阻Rb、电源VIN、PWM控制器3、误差放大器4、启动模块5、第一振荡器6、负电压检测器51、第二振荡器52。
具体实施方式
本电路由启动模块、参考电压、误差放大器、振荡器、PWM控制器，输出控制、输出驱动级和输出管组成，其它元件如下Cin输入电容为1uF的电解电容Cout输出储能电容为100uF的电解电容L能量转化电感为68uH电感RL为负载R1和R2为输出取样反馈电阻D为普通二极管在该驱动器中，驱动管Q的控制端接输出驱动级1和输出控制电路2，驱动管Q的输出端接电感线圈L和二极管D的负端，二极管D的正端为输出端的负级，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容Cout、负载电阻RL、两只相串联的第一反馈电阻Ra、第二反馈电阻Rb；驱动管Q的另一端接电源VIN；输出驱动级1的输入端接PWM控制器3的输出端，PWM控制器3的反相输入端接误差放大器4的输出端，误差放大器4的反相输入端接第一反馈电阻Ra、第二反馈电阻Rb的接点处，PWM控制器3的同相输入端接启动模块5和第一振荡器6；其中，启动模块5包括负电压检测器51和第二振荡器52。负电压检测器51中，电压信号vib分别接第一晶体管P1、第二晶体管P2的控制极，第一晶体管P1的输出端分别接第三晶体管P3、第四晶体管P4，第三晶体管P3的输出端接第11晶体管N1，第11晶体管N1的另一端接输出电压Vout，第四晶体管P4的输出端接第12晶体管N2，第12晶体管N2的另一端接输出电压Vout；第13晶体管N3的控制极接第四晶体管P4和第12晶体管N2之间，第13晶体管N3的输入端接第二晶体管P2的输出端，第13晶体管N3的输出端接输出电压Vout。
第二振荡器52中，第五晶体管P5与第14晶体管N4相串联接在输入电压Vin与输出电压Vout之间，第六晶体管P6与第15晶体管N5相串联接在输入电压Vin与输出电压Vout之间，第七晶体管P7、第八晶体管P8、第16晶体管N6、第17晶体管N7相串联接在输入电压Vin与输出电压Vout之间；第五晶体管P5与第14晶体管N4的控制端接第六晶体管P6与第15晶体管N5之间，第六晶体管P6与第15晶体N5的控制端接第八晶体管P8、第16晶体管N6之间；第七晶体管P7、第八晶体管P8的接点与输出电压Vout之间接有第九晶体管P9，第16晶体管N6、第17晶体管N7的接点与输出电压Vin之间接有第18晶体管N8，第七晶体管P7、第八晶体管P8、第16晶体管N6、第17晶体管N7的控制端通过第五电阻R5接在第五晶体管P5与第14晶体管N4之间。
上电后启动模块优先工作，启动模块检查产生脉冲波控制输出管，并同时检测输出负电压，当内部电路全部可以正常工作时，启动模块不工作转为内部电路工作。参考电压模块产生一个基准电压用来和输出反馈电压通过误差放大器比较以确定输出电压是否达到额定电压。振荡器产生控制需要的脉冲波，同时PWM控制器使用误差放大器的输出信号调节脉冲波的占空比，以调节充放电时间，达到控制输出电压的目的。输出控制部分检测电源电压，组合产生一组控制信号，输出到输出驱动级，调整输出驱动管的尺寸，控制输出电流在一定范围之内，既保证足够的驱动电流，又不使驱动电流过大。
本电路使用标准硅栅P阱双铝双多晶CMOS工艺，工艺制作上并没有难度，关键在于工艺参数调整和工艺参数一致性上。
权利要求1.一种自适应输入的白光发光二极管的驱动器，其特征在于在该驱动器中，驱动管(Q)的控制端接输出驱动级(1)和输出控制电路(2)，驱动管(Q)的输出端接电感线圈(L)和二极管(D)的负端，二极管(D)的正端为输出端的负级，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容(Cout)、负载电阻(RL)、两只相串联的第一反馈电阻(Ra)、第二反馈电阻(Rb)；驱动管(Q)的另一端接电源(VIN)；输出驱动级(1)的输入端接PWM控制器(3)的输出端，PWM控制器(3)的反相输入端接误差放大器(4)的输出端，误差放大器(4)的反相输入端接第一反馈电阻(Ra)、第二反馈电阻(Rb)的接点处，PWM控制器(3)的同相输入端接启动模块(5)和第一振荡器(6)；其中，启动模块(5)包括负电压检测器(51)和第二振荡器(52)。
2.根据权利要求1所述的自适应输入的白光发光二极管的驱动器，其特征在于负电压检测器(51)中，电压信号(vib)分别接第一晶体管(P1)、第二晶体管(P2)的控制极，第一晶体管(P1)的输出端分别接第三晶体管(P3)、第四晶体管(P4)，第三晶体管(P3)的输出端接第11晶体管(N1)，第11晶体管(N1)的另一端接输出电压(Vout)，第四晶体管(P4)的输出端接第12晶体管(N2)，第12晶体管(N2)的另一端接输出电压(Vout)；第13晶体管(N3)的控制极接第四晶体管(P4)和第12晶体管(N2)之间，第13晶体管(N3)的输入端接第二晶体管(P2)的输出端，第13晶体管(N3)的输出端接输出电压(Vout)。
3.根据权利要求1所述的自适应输入的白光发光二极管的驱动器，其特征在于第二振荡器(52)中，第五晶体管(P5)与第14晶体管(N4)相串联接在输入电压(Vin)与输出电压(Vout)之间，第六晶体管(P6)与第15晶体管(N5)相串联接在输入电压(Vin)与输出电压(Vout)之间，第七晶体管(P7)、第八晶体管(P8)、第16晶体管(N6)、第17晶体管(N7)相串联接在输入电压(Vin)与输出电压(Vout)之间；第五晶体管(P5)与第14晶体管(N4)的控制端接第六晶体管(P6)与第15晶体管(N5)之间，第六晶体管(P6)与第15晶体管(N5)的控制端接第八晶体管(P8)、第16晶体管(N6)之间；第七晶体管(P7)、第八晶体管(P8)的接点与输出电压(Vout)之间接有第九晶体管(P9)，第16晶体管(N6)、第17晶体管(N7)的接点与输出电压(Vin)之间接有第18晶体管(N8)，第七晶体管(P7)、第八晶体管(P8)、第16晶体管(N6)、第17晶体管(N7)的控制端通过第五电阻(R5)接在第五晶体管(P5)与第14晶体管(N4)之间。
专利摘要自适应输入的白光发光二极管的驱动器是一种用于白光LED的自适应输入驱动器，其中，驱动管(Q)的控制端接输出驱动级(1)和输出控制电路(2)，输出端接电感线圈(L)和二极管(D)的负端，该端与输出端的正级之间分别并连有输出电容(Cout)等；驱动管(Q)的另一端接电源(VIN)；输出驱动级(1)的输入端接PWM控制器(3)的输出端，PWM控制器(3)的反相输入端接误差放大器(4)的输出端，误差放大器(4)的反相输入端接第一反馈电阻(Ra)、第二反馈电阻(Rb)的接点处，PWM控制器(3)的同相输入端接启动模块(5)和第一振荡器(6)；其中，启动模块(5)包括负电压检测器(51)和第二振荡器(52)。
文档编号H05B33/02GK2927590SQ20062007128
公开日2007年7月25日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者朱伟民, 朱洲, 夏剑平 申请人:无锡市晶源微电子有限公司