专利名称：一种汽车照明用降压式恒流led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电照明领域，具体来说为一种LED驱动电路，尤其涉及一种汽车照明 用降压式恒流LED驱动电路。
背景技术：
在20世纪80年代中期，LED (Light Emitting Diodes，发光二极管)开始被用于 汽车中央高位刹车灯(CHMSL，Central High Mounted Stop Lamp)，进入90年代，汽车仪表 IXD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)面板背光照明普遍采用LED这种固态新光源， 进入新世纪后，随LED功率和亮度的提升，除了汽车前照灯外，LED全面进入了汽车照明和 信号系统中的应用。LED具有响应速度快、低功耗、节能、寿命长等显著优点。由于LED的快速响应速 度，特别适用于汽车制动灯及转向灯的应用，可减少汽车追尾等交通事故的发生概率。随着 半导体材料和封装工艺的提高，LED光源的光通量和出光效率逐渐提高，LED光源已被广泛 应用于交通灯、汽车照明、广告牌等特殊照明领域。LED驱动技术也随着LED应用技术的发 展而逐步得到发展。LED是一种随着通过LED电流值的变化而变化光通亮的发光源，因此如果需要LED 发光恒定，则必须控制流经LED的电流值恒定。通常所采用的LED驱动恒流方法有线性调 节式和开关调节式两种方法。线性调节式的核心技术是利用工作于线性区域的开关管作为 一个动态可调电阻来控制负载，以保证在输入电压变化的情况下，开关管负荷不同的功耗， 从而使流过LED负载的电流基本维持不变。但这种驱动技术不但受输入电压范围的限制， 而且损耗很大，效率很低，导致电路板的发热问题严重。而开关调节式是能量变换中效率较 高的，理想状态下可以达到90%以上。这种驱动技术的核心是将快速通断的开关管置于输 入与输出之间，通过调节通断比例(即占空比)来控制输出直流电压的平均值，该平均电压 由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。用LC滤波器将方波脉 冲平滑成无纹波直流输出，其值等于方波脉冲的平均值。整个开关电路采用负反馈，通过检 测输出电压并结合负反馈控制占空比，稳定输出电压不受输入电压及负载变化的影响。目 前，降压式(BUCK)、升压式(BOOST)、升降压式(BUCK-BOOST)的开关调节式电路被广泛应用 于民用照明和汽车照明。降压式(BUCK)电路，适用于输出电压低于输入电压的场合，虽然开关的栅极驱动 不会成为较大的问题，但是难处在于驱动N-MOS管时，栅极电压至少要比输入电压高5V，或 更有可能是高出IOV0但如果需要产生比输入更高的电压，就需要选用P-MOS管，这样只要 把栅极电平拉到地就可以开通了。但针对降压式电路的电路拓扑结构，一些没有MOS管驱 动能力的PWM调制芯片无法驱动MOS管，如果仅简单地使用上拉电阻去控制P-MOS管的导 通和截止，无法使MOS管达到完全的导通和截止状态，MOS管的开关非正常状况会影响整个 LED驱动电路的正常工作。驱动栅极的一个通用方法是栅极驱动器，但专用的栅极驱动芯片 价格相对较高。
另一方面，LED驱动模块运用于汽车车灯领域，在生产线或安装接线过程中经常发 生短路、断路等情况，导致整个LED驱动模块的失效及损坏。对于大功率LED的热学问题，由于LED的电流值会随温度变化而变化，当电流过高 时，温度也随之增高，从而影响大功率LED的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种汽车照明用降压式恒流LED驱动电路，该 驱动电路包含有MOS管驱动电路，不仅能使LED发光恒定，而且具有短路保护功能，提高产 品合格率，减低产品成本。为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车照明用降压式恒流LED驱动电路， 该电路包括隔离电路模块，隔离电路模块输入端与电源电连接，输出端与MOS管驱动电路 模块和变换电路模块电连接、PWM控制芯片Vin端子与电源电连接，Vout端子与MOS管驱动 电路模块和变换电路模块电连接、变换电路模块的输出端接LED灯组、反馈电路模块的一 端连接变换电路模块的输出和LED灯组，另一端连接PWM控制芯片FB端子、在LED灯组接 地端与PWM控制芯片SCP端子间还设置有保护电路模块。根据本发明所述的驱动电路，较好的是所述MOS管驱动电路模块能输出一个足够 开启或关闭MOS管栅、源极间电压差的电压。所述MOS管驱动电路模块由MOS管Q3、电阻 R2、NPN三极管Ql、二极管D3、电容C6、分压电阻R3、R4组成，其中PWM芯片6的输出端Vout 经过分压电阻R4与R3、C6连接，二极管D3跨接在C6和R3之间，D3的负极连接至三极管 Ql的基极，D2的正极连接至三极管Ql的发射极，电阻R2并联在三极管Q3的集电极和发射 极之间，同时Ql的发射极连接至MOS管Q3的栅极，Ql的集电极连接至MOS管Q3的源极， MOS管Q3的漏极连接变换电路模块。根据本发明所述的驱动电路，较好的是所述保护电路模块由电阻RIO、RlU R12、 R13、R14、R25、R26，NPN三极管Q4、Q5和MOS管Q2组成；将MOS管Q2串联在LED阵列串中， MOS管Q2的漏极连接LED灯组的负极，Q2源极接地，Q2的栅极输出分别连接电阻Rll至地 和连接电阻RlO至变换电路的输出端，同时Q2的栅极连接至NPN三极管Q4的集电极，Q4的 发射极接地，基极连接电阻R13，再连接限流电阻R14至PWM芯片的SCP脚；同时LED阵列 的负极直接连接至R13、R14中间，LED阵列的正极引出连接分压电阻R12、R26，经过限流电 阻R25连接三极管Q5的基极，Q5的发射极接地，集电极连接至MOS管Q2的栅极。根据本发明所述的驱动电路，较好的是所述反馈电路模块为电压反馈单环型，将 采样电阻Rsns串联在LED阵列串内，利用流经LED阵列的电流也相同地流经采样电阻，通 过测量采样电阻R7、R8、R9两端的电压，并将此电压差放大反馈至PWM控制芯片6的反馈端 FB0根据本发明所述的驱动电路，较好的是在LED阵列的供电回路中串联有一正温度 系数的热敏电阻PTC。本发明所述的汽车照明用降压式恒流LED驱动电路中MOS管驱动电路模块外接 PWM芯片输出，利用倍压原理使PWM芯片的外置MOS管工作在完全导通截止状态而非半导 通半截止状态。保护电路模块利用PWM芯片的SCP短路保护引脚功能(当SCP引脚被拉高 至大于IV时，芯片自动停止工作，将输出关断，即Vout = 0。):当负载LED阵列被短路，或者负载LED阵列的正负端被电源的正负端短路时，可实时关断PWM芯片，并利用晶体管的开 关组合作用将电流流经LED的回路截断，保护整个LED驱动电路及负载LED。该保护电路 一方面增加了开关式调节电路的MOS管驱动能力，在不使用MOS管专业驱动芯片的情况下 降低了电路成本；另一方面，增加了整个LED驱动电路和负载LED的保护电路。在汽车应用 领域，完全解决了汽车电子标准中要求的60秒短路试验的问题，同时也对生产过程中的误 操作所引起的短路起到了保护作用，降低了生产中产生废品的几率，提高了产品合格率和 生产效率。其三，所述LED驱动电路具有利用电压反馈单环实现恒流功能的反馈模块，该反 馈模块无需使用电压反馈环和电流反馈环的双环PWM控制芯片，电压单环反馈芯片相较于 电压电流双环反馈芯片具有较大的价格优势，大大降低了 LED驱动电路的元器件成本。其 四，该LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻PTC，能对电路实现过温保护当温度升高，串 联在主回路中PTC阻值急速增大，从而减小了输出至LED的电流。
图1为本发明所述汽车照明用降压式恒流LED驱动电路的模块示意图；附图2为本发明所述汽车照明用降压式恒流LED驱动电路的电路图。附图中图标说明Cl C19为电容；Rl R26为电阻；Dl为TVS管；D2、D3、D5为二极管、D4为肖特 基管；Z1、Z2为稳压管；L1、L2为电感；Q1、Q4、Q5为NPN三极管、Q2为N-MOS管、Q3为P-MOS 管；6为PWM控制芯片；U2A为运算放大器。
具体实施例方式以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明 最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例 如附图1所示，一种汽车照明用降压式恒流LED驱动电路，包括有隔离电路模块 UMOS管驱动电路模块2、变换电路模块3、PWM控制芯片6 (采用的芯片型号为德州仪器TI 公司的TL5001系列芯片)、反馈电路模块5和保护电路模块4组成；汽车用直流电源12V通 过防反接二极管D2供电至隔离电路模块1，经过隔离电路模块1滤波后的信号输出至MOS 管驱动电路，给MOS管Q3 —个足够开启关闭的栅、源极电压差，同时PWM控制芯片6输出方 波脉冲信号至MOS管Q3控制MOS管Q3的开闭，MOS管Q3的开闭占空比去控制变换电路的 能量，变换电路将输入的12VDC降压转换成低于12V的电压输出给LED阵列组，LED阵列组 上端串联有采样电阻Rsns (即附图2中的R7、R8、R9)，通过采样Rsns两端的压差，经过反 馈电路模块5的运算放大器U2A，输出至PWM控制芯片6的反馈脚FB以控制PWM控制芯片 6的输出Vout，间接调节了 MOS管Q3的开闭占空比来达到控制变换电路的输出能量，从而 达到输出恒定电流给LED阵列组的目的。 该LED驱动电路中，MOS管驱动电路模块2由MOS管Q3、电阻R2、NPN三极管Ql、 二极管D3、电容C6、分压电阻R3、R4组成，如附图2所示；其中PWM芯片6的输出端Vout经 过分压电阻R4与R3、C6连接，二极管D3跨接在C6和R3之间，D3的负极连接至三极管Ql 的基极，D2的正极连接至三极管Ql的发射极，电阻R2并联在三极管Q3的集电极和发射极之间，同时Ql的发射极连接至MOS管Q3的栅极，Ql的集电极连接至MOS管Q3的源极，MOS管Q3的漏极连接变换电路模块3。该LED驱动电路中，采样电路参见附图2，将采样电阻R7、R8、R9串联在LED阵列 组串路中，将采样电阻两端的电压差采集出来输出至运算放大器U2A的正、负输入端。该LED驱动电路中，保护电路模块4由电阻RlO、Rl 1、Rl2、Rl3、R14、R25、R26，NPN 三极管Q4、Q5和MOS管Q2组成；将MOS管Q2串联在LED阵列串中，MOS管Q2的漏极连接 LED灯组的负极，Q2源极接地，Q2的栅极输出分别连接电阻Rll至地和连接电阻RlO至变 换电路的输出端，同时Q2的栅极连接至NPN三极管Q4的集电极，Q4的发射极接地，基极连 接一电阻R13，再连接限流电阻R14至PWM芯片的SCP脚；同时LED阵列的负极直接连接至 R13、R14中间，LED阵列的正极引出连接分压电阻R12、R26，经过限流电阻R25连接三极管 Q5的基极，Q5的发射极接地，集电极连接至MOS管Q2的栅极。该LED驱动电路中，过温保护电路4仅由一个正温度系数的热敏电阻PTC7完成功 能。将PTC串联在变换电路模块3与LED阵列之间，当温度升高时，通过PTC的阻值增大对 LED的电流进行限流。一种汽车照明用降压式恒流LED的驱动方法为汽车用直流电源12V通过防反接 二极管D2供电至隔离电路模块1，经过隔离电路模块1滤波后的信号输出至MOS管驱动电 路，给MOS管Q3 —个足够开启关闭的栅、源极电压差，同时PWM控制芯片6输出方波脉冲 信号至MOS管Q3控制MOS管Q3的开闭，MOS管Q3的开闭占空比去控制变换电路的能量， 变换电路将输入的12VDC降压转换成低于12V的电压输出给LED阵列组，LED阵列组上端 串联有采样电阻Rsns (即附图2中的R7、R8、R9)，通过采样Rsns两端的电压差，即将流经 LED阵列(即流经采样电阻Rsns)的电流值与采样电阻Rsns的乘积电压值通过运算放大器 U2A与PWM控制芯片6内部的一固定参考电压值比较，反馈给PWM控制芯片6，通过6内部 的逻辑以控制PWM控制芯片6的输出Vout脚的输出占空比，间接调节了 MOS管Q3的开闭 占空比来达到控制变换电路的输出能量，从而达到输出恒定电流给LED阵列组的目的。另 夕卜，利用PWM芯片6的内部短路保护脚SCP的功能，设计了 LED负载保护电路4，当LED短 路、LED正极误接电源8正负极、LED负极误接电源8正极的情况下，能关断PWM控制芯片6 从而将输入电流降低至很小的一个值，并利用晶体管的开关组合作用将电流流经LED的回 路截断，从而对整个电路进行保护。该驱动方法的电路具有MOS管驱动能力。首先汽车用直流电源12V通过防反接二 极管D2供电至隔离电路模块1，经过隔离电路模块1的LC滤波后输出信号至MOS管驱动 电路模块2，该MOS管驱动电路的方法是(见附图2)当PWM控制芯片6输出的方波脉冲为 低电平时，则该低电平经R4、R3分压后到MOS管Q3的栅极G仍为很低的电平，而MOS管Q3 的源极S接隔离电路模块1输出的高电平，由于G极和S极的电压差足够大，超过了 5V，所 以MOS管Q3此时达到了完全导通的状态。而此时由于MOS管Q3导通，电流经由二极管D3 流至三极管Ql基极，则三极管Ql由于压差不够不能导通，即三极管Ql此时处于截止状态。 当PWM控制芯片6输出的方波脉冲为高电平时，Q3源极电流经过R2、R3流至充电电容C6 正极，此时充电电容C6正极电压设为Vl ；又因为二极管D3单向续流的工作，充电电容C6 的负极电压原设为Vcc，则由于充电电容C6两端的电压不能突变，使其负极的电压自举上 升到(Vl+Vcc)，则三极管Ql迅速导通使MOS管Q3的栅极G电平与源极S电平相等，则MOS管Q3达到迅速截止关断，即使无驱动能力的PWM控制芯片6快速驱动MOS管Q3的导通与截止。另外，针对降压型电路，利用PWM芯片的SCP短路保护引脚功能(当SCP引脚被拉 高至大于IV时，芯片自动停止工作，将输出关断，即Vout = O。)，设计一种可靠有效的保 护电路4 当负载LED阵列被短路，或者负 载LED阵列的正负端被电源8的正负端短路时， 可实时关断PWM芯片，同时利用MOS管Q2切断电流流经LED的回路，保护整个LED驱动电 路及负载LED。当负载LED阵列正、负极短路时，流过采样电阻R7、R8、R9的电流很大，MOS 管Q2漏极端的电压非常大，输出至SCP引脚将其电平拉高，由于SCP脚被拉高，PWM控制芯 片6根据自身内部逻辑将芯片关断，使输出脚Vout为零；另一方面，MOS管Q4的漏极由于 LED的短路而被拉高为高电平，三极管Q4基极为高电平而导通拉至地，MOS管Q2栅极接地， 此时Q2的Ves压差不能达到MOS管的导通要求，Q2截止断开电流流经LED的回路，从而保 护了整个LED驱动电路及负载LED。当负载LED阵列正极接电源8负极时，类似上述LED负 载短路的情况，同上述方法一样对电路及负载进行保护。当负载LED阵列正极接电池电源 8正极时，电源正极的高电压经过电阻R12、R26的分压后，经过三极管Q5的基极限流电阻 R25后使三极管Q5导通接地，从而导致MOS管Q2的栅极电平为低，Q2的栅源极电压差Vgs < 2V，不足以导通Q2，Q2截止，断开电流流经LED的回路，从而保护了整个LED驱动电路及 负载LED。当负载LED阵列负极接电源8正极时，高电平直接被拉至PWM控制芯片6的SCP 引脚，由于SCP引脚被拉高，芯片6实施保护功能将输出关断；同时MOS管Q2的漏、源极被 拉高至电源8电压12V，则三极管Q4的基极为高电平，Q3导通接地，从而使MOS管Q2的栅 极电平为低，此时MOS管Q2的栅、源极压差Vgs不能达到MOS管的导通要求，MOS管Q2截止 断开电流流经LED的回路，从而保护了整个LED驱动电路及负载LED。当负载LED阵列负极 接电源负极时，由于电路正常工作情况下，MOS管Q2 —直处于导通状态，所以LED阵列的负 极(即MOS管Q2的漏极端)也一直被拉低至地电平，所以LED阵列负极接电源负极也不会 对驱动电路和LED负载有任何影响和损坏。本发明所述电路运用的脉宽调制PWM芯片为价格相对便宜的电压反馈单环芯片， 在缺少电流反馈环的情况下，创新地将采样电阻Rsns串联在LED阵列串内，利用流经LED 阵列的电流也相同地流经采样电阻，通过测量采样电阻R7、R8、R9两端的电压，并将此电压 差放大反馈至PWM控制芯片6的反馈端FB，用此电压差与芯片内部的自参考电压进行比较， 来控制PWM芯片6的输出占空比从而达到恒定输出电流(即流经LED上的电流)的目的。而且，通过将正温度系数的热敏电阻PTC7串联在LED阵列的供电回路中，由于PTC 具有随温度升高而增大阻值的特性，当环境温度过高导致PTC阻值增大时，LED阵列的供电 回路中的电流也相应减小。温度越高，PTC阻值越大，主回路内电流也相应减小，从而实现 了过温保护功能。
权利要求
一种汽车照明用降压式恒流LED驱动电路，该电路包括隔离电路模块(1)，该隔离电路模块(1)输入端与电源(8)电连接，输出端与MOS管驱动电路模块(2)和变换电路模块(3)电连接、PWM控制芯片(6)Vin端子与电源(8)电连接，Vout端子与MOS管驱动电路模块(2)和变换电路模块(3)电连接、变换电路模块(3)的输出端接LED灯组(9)、电流采样电阻(7)串接在LED灯组上，反馈电路模块(5)的一端连接变换电路模块(3)的输出和LED灯组(9)，另一端连接PWM控制芯片(6)FB端子、在LED灯组(9)接地端与PWM控制芯片(6)SCP端子间还设置有保护电路模块(4)。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述MOS管驱动电路模块(2)能输 出一个足够开启或关闭MOS管栅、源极间电压差的电压。
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于所述MOS管驱动电路模块(2)由MOS 管Q3、电阻R2、NPN三极管Q1、二极管D3、电容C6、分压电阻R3、R4组成，其中PWM芯片6的 输出端Vout经过分压电阻R4与R3、C6连接，二极管D3跨接在C6和R3之间，D3的负极连 接至三极管Ql的基极，D2的正极连接至三极管Ql的发射极，电阻R2并联在三极管Q3的集 电极和发射极之间，同时Ql的发射极连接至MOS管Q3的栅极，Ql的集电极连接至MOS管 Q3的源极，MOS管Q3的漏极连接变换电路模块(3)。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述保护电路模块(4)由电阻R10、 R11、R12、R13、R14、R25、R26，NPN 三极管 Q4、Q5 和 MOS 管 Q2 组成；将 MOS 管 Q2 串联在 LED 阵列串中，MOS管Q2的漏极连接LED灯组的负极，MOS管Q2是源极接地，Q2的栅极输出分 别连接电阻Rll至地和连接电阻RlO至变换电路的输出端，同时Q2的栅极连接至NPN三极 管Q4的集电极，Q4的发射极接地，基极连接电阻R13，再连接限流电阻R14至PWM芯片的 SCP脚；同时LED阵列的负极直接连接至R13、R14中间，LED阵列的正极引出连接分压电阻 R12、R26，经过限流电阻R25连接三极管Q5的基极，Q5的发射极接地，集电极连接至MOS管 Q2的栅极。
5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述反馈电路模块(5)为电压反馈 单环型，将采样电阻Rsns串联在LED阵列串内，利用流经LED阵列的电流也相同地流经采 样电阻，通过测量采样电阻R7、R8、R9两端的电压，并将此电压差放大反馈至PWM控制芯片 (6)的反馈端FB。
6.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于在LED阵列的供电回路中串联有一 正温度系数的热敏电阻PTC(7)。
全文摘要
本发明涉及一种汽车照明用降压式恒流LED驱动电路，该电路包括隔离电路模块(1)，隔离电路模块输入端与电源(8)电连接，其输出端与MOS管驱动电路模块(2)和变换电路模块(3)电连接、PWM控制芯片(6)的Vin端子与电源(8)电连接，其Vout端子与MOS管驱动电路模块(2)和变换电路模块(3)电连接、变换电路模块(3)的输出端接LED灯组(9)、反馈电路模块(5)的一端连接变换电路模块(3)的输出和LED灯组(9)，另一端连接PWM控制芯片FB端子、在LED灯组(9)接地端与PWM控制芯片的SCP端子间还设置有保护电路模块(4)。本发明所述的驱动电路不仅能使LED发光恒定，而且具有短路保护功能，产品合格率高、成本较低。
文档编号H05B37/02GK101815382SQ20101013821
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者夏盛, 李佳颖 申请人:上海小糸车灯有限公司