隔离led驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了隔离LED驱动电路，属于LED驱动的【技术领域】。隔离LED驱动电路，包括续流二极管、变压器、辅助绕组、功率管、检测电阻、恒流控制器，LED与变压器原边绕组串联连接，续流二极管反向并联在由LED、变压器原边绕组组成的串联支路的两端，功率管输入端与变压器原边绕组连接，功率管输出端经过检测电阻接地，所述辅助绕组串接在变压器副边回路中。恒流控制器包括：过零检测器、谷底检测器、峰值检测器、比例因子放大器、开关控制单元、积分单元、跨导放大器、比较器、RS触发器。本发明采用“占空比映射技术”，保证了电路在不同负载下的恒流精度。
【专利说明】隔离LED驱动电路【技术领域】
[0001]本发明公开了隔离LED驱动电路，属于LED驱动的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在照明领域,发光二极管(LED:Light Emitting Diode)照明已经成为当今的主流，LED相关的驱动芯片也成为集成电路设计领域的热点，而驱动电路的设计水平却是参差不齐，国内大多驱动芯片的恒流精度只能做到±5%，效率普遍较低，效率一般在70%到90%之间，真正的高精度高效率的驱动技术，大多掌握在国外几个大的公司手中，所以国内LED驱动领域内，很难找到输出功率在15-20W内，效率高于90%，恒流精度在±2%的驱动电路，而本发明就是针对上述不足，设计的一款LED恒流控制模块。
[0003]LED驱动方式一般分为隔离及非隔离型，隔离型驱动方式，效率很难突破90%，本发明采用非隔离型驱动。目前实现恒流的方式大多采用比较流行的消磁时间与周期成固定比例的结构，而此种结构很难做到全电压，高效率，最大占空比小于50%，并且功率很难突破10W。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了隔离LED驱动电路。
[0005]本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:
[0006]隔离LED驱动电路，包括续流二极管、变压器、辅助绕组、功率管、检测电阻，LED与变压器原边绕组串联连接，续流二极管反向并联在由LED、变压器原边绕组组成的串联支路的两端，功率管输入端与变压器原边绕组连接，功率管输出端经过检测电阻接地，所述辅助绕组串接在变压器副边回路中；
[0007]所述隔离LED驱动电路还包括恒流控制器，所述恒流控制器包括:过零检测器、谷底检测器、峰值检测器、比例因子放大器、开关控制单元、积分单元、跨导放大器、比较器、RS触发器；
[0008]所述功率管关断时，变压器次级绕组开始消磁导通，比例因子放大器放大处理峰值检测器检测到的电压峰值，比例因子放大器输出信号经过开关控制单元输入到积分单元，积分单元提取开关脉冲的直流分量，跨到放大器比较开关脉冲的直流分量、基准电压得到校正的积分电流，比较器正输入端接有的积分电容在校正的积分电流作用下产生控制开关开启时间的参考电压，比较器比较控制开关开启时间的参考电压、锯齿波翻转输出功率管的关断信号；
[0009]待变压器次级绕组消磁结束时，所述过零检测器检测到的变压器次级绕组消磁结束信号通过开关控制单元输入到积分单元，谷底检测器在检测到功率管漏端电压处于最低谷底时输出功率管的开启信号；
[0010]所述RS触发器根据功率管的关断信号、开启信号得到功率管的占空比信号。[0011]作为本发明的进一步优化方案:
[0012]开关控制单元包括第一开关管，第二开关管，与功率管控制信号反向的第一映射模块，与过零检测信号同向的第二映射模块，第一映射模块在变压器次级绕组开始消磁导通时输出使第一开关管闭合的控制信号，第二映射模块在次级绕组消磁结束时输出使第二开关管导通的控制信号，其中:
[0013]所述第一映射模块输入端接所述RS触发器输出端，第一映射模块输出端接所述第一开关管控制极，
[0014]所述第二映射模块输入端接过零检测器输出端，第二映射模块输出端接所述第二开关管控制极，
[0015]所述第一开关管输入极接比例单元输出端，所述第二开关管输入极接第一开关管输出极，第二开关管输出极接地。
[0016]本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果:功率管开启时刻在MOS管漏极处在最低电压的时刻，通过辅助绕组把MOS管漏极的电压检测到恒流模块的谷地检测模块，进而开启MOS管，而不是采用输出过零后的固定延时开启的伪“准谐振模式”。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明隔离LED驱动电路的一个实施例。
[0018]图2为本发明隔离LED驱动电路的框图。
[0019]图中标号说明:F1为熔断器，RV为压敏电阻，L1、L2为电感，CX1、CO、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、ClO为电容，BRl为整流桥，R1A、R2A为分压电阻，Tl为变压器，R0、RUR2、R4、R5、R6、R9、R10、R11、R12、R14 为电阻，D1、D2、D3 为二极管，Ul 为 CSC8810 芯片，NA为辅助绕组，C为积分电容，SffO, Sffl为第一、第二开关管，Ql为功率管。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明:
[0021]如图2所示，本发明涉及的隔离LED驱动电路，包括续流二极管、变压器、辅助绕组、功率管MOSFET N、检测电阻，LED与变压器原边绕组串联连接，续流二极管反向并联在由LED、变压器原边绕组组成的串联支路的两端，功率管输入端与变压器原边绕组连接，功率管输出端经过检测电阻接地，辅助绕组串接在变压器副边回路中，根据LED峰值、谷底、过零点控制功率管导通的恒流控制器。恒流控制器包括:过零检测器、谷底检测器、峰值检测器、比例因子、开关控制单元、积分单元(由电阻R0、电容CO、电阻R1、电容ClO组成)、跨导放大器、比较器、RS触发器。开关控制单元包括第一开关管，第二开关管，与功率管控制信号反向的第一映射模块，与过零检测信号同向的第二映射模块，第一映射模块在变压器次级绕组开始消磁导通时输出使第一开关管闭合的控制信号，第二映射模块在次级绕组消磁结束时输出使第二开关管导通的控制信号，两个映射模块具有延时功能。MOSFET N关断时，变压器次级绕组开始消磁导通，经过第一映射模块输出使第一开关管SWO闭合的控制信号，而此时第二开关管SWl关断，比例因子放大器输出信号经过第一开关管SWO输入到积分单元；当次级绕组消磁结束，通过过零检测器，检测到次级绕组消磁结束信号，通过第二映射模块输出使第二开关管SWl导通的控制信号，而此时第一开关管SWO关断，此时积分单元输入端接地，通过谷底检测器，检测到MOSFET N的漏端电压处于最低谷底时开启MOSFET N。RS触发器根据功率管的关断信号、开启信号得到功率管的占空比信号Q。
[0022]峰值检测器负责检测功率管采样电阻的的电压，而检测的电压值大小反应的是LED的电流，并且在开关关断时保存此电压流值，比例因子负责将峰值检测器检测的电压值进行放大处理，第一映射模块负责在副边绕组消磁开始时将第一开关管SWO闭合，而此时第二开关管SWl是断开的，第二映射模块通过辅助绕组检测到副边绕组电流的过零点，将第二开关管SWl闭合，此时第一开关管SWO是断开的，如此比例因子输出的电压就转变为VBXSff(nT),Sff(nT)为占空比信息，将直流电压Vb转变为峰值为Vb，低电平为零，且占空比与输出占空比完全相同的开关脉冲信号，然后经后面的二阶无源低通滤波器，得到校正电压VD，跨导放大器将电压Vd与基准电压Vkef进行，产生校正的积分电流，对跨到放大器GM外接电容进行充放电，进而产生控制MOSFET N开启时间的参考电压，比较器CMP的负端接锯齿波发生器，当MOSFET N关闭时，锯齿波输出为零，当MOSFET N开启瞬间开始充电，当积分电容C电压超过Nc时，比较器CMP翻转，关闭MOSFET N。MOSFET N在漏极处在最低电压时开启，通过辅助绕组把MOSFET N漏极的电压检测到恒流模块的谷地检测模块，进而开启MOS管，而不是采用输出过零后的固定延时开启的伪“准谐振模式”。
[0023]如图1所示的一种隔离LED驱动电路。火线、零线之间接有熔断器F1、压敏电阻RV组成的保护电路，电感L1、电感L2、电容CXl组成前级滤波电路，整流桥BRl输入端接在电容CXl两级，电容Cl接在整流桥BRl输出端，电阻R1A、电阻R2A串联组成分压电路，变压器Tl原边电路接有电阻R4、电容C2、二极管Dl组成的钳位电路，变压器Tl副边电路接有电容C8、电容C9、二极管D3、电阻R14组成的滤波电路。Ul (CSC8810芯片)即为本专利所对应的驱动电路，PINl (CS)为电流采样脚，结合电阻R7电阻R8采样功率管Ql的峰值电流；PIN3 (COMP)为补偿脚，电容C5为积分电容，结合电容C6、电容C7、电阻R9实现比较器的功能；PIN4 (ZCS)谷底检测和过零信号检测脚，结合电阻R10、电阻R11、电阻R12、实现过零检测器、谷底检测器的功能；PIN5 (VDD)电源脚，结合电容C3、电容C4、电阻R2、二极管D2、辅助绕组NA为驱动芯片供电；PIN6 (驱动输出)经过电阻R5、电阻R6驱动MOS管的栅极。
[0024]电感的电流等于LED的输出，由于采用MOS管零漏极电平检测，电路肯定存在一定的电流为零的死区时间，而死区时间的大小随负载和输入的线电压变化而变化，一般电路把此时间设定为固定延时，而固定的延时就会导致输出电流的线性调整率及负载调整率变差，所以本电路采用输出占空比映射技术，把死区时间准确记录，并修正到恒流模块中。
[0025]LED输出电流可以用如式⑴进行计算，其中Itj为输出电流，Ipk为LED的峰值电流，Ton为功率管的导通时间，Td为储能电感的消磁时间。
[0026]⑴’
[0027]由式(I)可以看出，要想实现恒流，必须保证两者的乘积为常数，一般设计方式是固定峰值电流，将占空比设定为固定比例，而本发明采用占空比映射技术。实时监控输出负载及输入电压的变化，及时跟踪占空比信息，具体算法如下，
[0028]Vb=VcsXK(2)，
[0029]Vc=Vb X Sff (nT)(3)，
[0030]Vd= f Vcdt(4)，[0031]Ie= (Vd-Vkef) X gm(5),
[0032]Ve= f IEdt/C(6)，
[0033]其中，Rcs为采样电阻，Vb为LED电流峰值检测值Vcs修正K倍后的输出，Vc为经过开关单元处理后得到的信号，此时将直流电压Vb转变为峰值为Vb、低电平为零且占空比与输出占空比完全相同的开关脉冲信号，通过傅立叶展开公式可以计算，此时开关脉冲信号的直流分量为VbXD，D为占空比SW(nT)，而从信号中提取直流分量的方式就是采用低通滤波器，低通滤波器本身为积分器，通过积分后的信号为开关脉冲的直流分量VD。
[0034]Vd=VbX (Ton+Td)/Ts(7)，
[0035]Vd与基准电压进行比较产生校正电流，积分电流Ie与跨导放大器的积分电容C构成带宽为IOHz的超低通滤波器，输出控制开关开启时间的参考电压VE，VeS输出稳定的直流电压，锯齿波模块产生低电平为O且斜率固定的三角波，当三角波上升到Ve时，CMP输出翻转，关闭输出MOS管。
[0036]从上述分析可以得出电路稳定后，Veef电平必须等于VD，如果两者不相同就会产生校正电流，继续对MOS管的开启时间进行调整，直到两者的电位相同。所以可以得出:
[0037]Vd=Veef(8)，
[0038]Veef=Vd=Vb X (Ton+Td) /Ts=Ipk X Rcs X K X (Ton+Td) /Ts(9)， [0039]由(9)式可以得出:
[0040]IpkX (T0N+Td)/Ts=Veef/Rcs(10)，
[0041]如果K=I，那么:
[0042]Ipk X (Ton+Td) /Ts=Veef/Rcs(11)，
[0043]进而得出输出电流:
[0044]10= I/2 X (Veef/Rcs)(12)，
[0045]与一般的恒流表达式相同，但是实现的方式完全不同。
[0046]其中Vkef是定值，Rcs是外部采样电阻。
[0047]其中比例因子K为修正系数，通过修改K的大小，可以使采样电阻的电压在满足所有模块正常工作的前提下，尽可能的小，进而减小外部采样电阻的消耗。
[0048]本发明设计的功率管开启时刻在MOS管漏极处在最低电压的时刻，通过辅助绕组把MOS管漏极的电压检测到恒流模块的谷地检测模块，进而开启MOS管，而不是采用输出过零后的固定延时开启的伪“准谐振模式”，本发明采用“占空比映射技术”，保证了电路在不同负载下的恒流精度。
【权利要求】
1.隔离LED驱动电路，包括续流二极管、变压器、辅助绕组、功率管、检测电阻，LED与变压器原边绕组串联连接，续流二极管反向并联在由LED、变压器原边绕组组成的串联支路的两端，功率管输入端与变压器原边绕组连接，功率管输出端经过检测电阻接地，所述辅助绕组串接在变压器副边回路中； 其特征在于:所述隔离LED驱动电路还包括恒流控制器，所述恒流控制器包括:过零检测器、谷底检测器、峰值检测器、比例因子放大器、开关控制单元、积分单元、跨导放大器、比较器、RS触发器； 所述功率管关断时，变压器次级绕组开始消磁导通，比例因子放大器放大处理峰值检测器检测到的电压峰值，比例因子放大器输出信号经过开关控制单元输入到积分单元，积分单元提取开关脉冲的直流分量，跨到放大器比较开关脉冲的直流分量、基准电压得到校正的积分电流，比较器正输入端接有的积分电容在校正的积分电流作用下产生控制开关开启时间的参考电压，比较器比较控制开关开启时间的参考电压、锯齿波翻转输出功率管的关断信号； 待变压器次级绕组消磁结束时，所述过零检测器检测到的变压器次级绕组消磁结束信号通过开关控制单元输入到积分单元，谷底检测器在检测到功率管漏端电压处于最低谷底时输出功率管的开启信号； 所述RS触发器根据功率管的关断信号、开启信号得到功率管的占空比信号。
2.根据权利要求1所述的隔离LED驱动电路，其特征在于:所述开关控制单元包括第一开关管，第二开关管，与功率管控制信号反向的第一映射模块，与过零检测信号同向的第二映射模块，第一映射模块在变压器次级绕组开始消磁导通时输出使第一开关管闭合的控制信号，第二映射模块在次级绕组消磁结束时输出使第二开关管导通的控制信号，其中: 所述第一映射模块输入端接所述RS触发器输出端，第一映射模块输出端接所述第一开关管控制极， 所述第二映射模块输入端接过零检测器输出端，第二映射模块输出端接所述第二开关管控制极， 所述第一开关管输入极接比例单元输出端，所述第二开关管输入极接第一开关管输出极，第二开关管输出极接地。
【文档编号】H05B37/02GK103929849SQ201410116145
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】聂卫东, 王海兵, 朱光荣 申请人:无锡市晶源微电子有限公司