专利名称：一种led驱动器的控制电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种LED驱动器的控制电路及其控制方法。
背景技术：
随着照明行业的不断创新和迅速发展，加之节能和环保日益重要，LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。然而，由于LED灯的亮度与光输出强度参数相关，其与它的电流及正向压降成正比，并随温度变化而变化。因此，LED需要一个额外的电路来产生一恒定电流对其进行驱动。如图1所示，其为一传统的LED的离线恒定电流驱动器的原理框图，其采用带输出电流调节电路的隔离反激式转换器来实现的。该LED驱动电路的主体结构采用反激式拓扑结构，由变压器101、功率开关管102、PWM控制器103和光耦合器104等几部分组成。为了保证LED的输出电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上，检测变压器101次级侧的输出电压，然后与设置的基准电压进行比较得到一误差信号， 所述误差信号经处理后经光耦合器104等器件输出至变压器101初级端的PWM控制器103， 进而控制初级侧功率开关管102的占空比。因此，当LED输出电流因各种因素而产生变化时，初级侧控制电路可以通过控制初级端的功率开关器件的开关动作，使负载电流回到初始设计值上。但是，采用这种实现方案，输出调节回路需要光耦合器、参考源和感应检测电路等部分，因此不可避免的存在以下缺陷(1)对于长寿命电源应用场合，由于光耦合器随着时间的变化而老化，电流传输比率逐渐降低，对电路的稳定性以及使用寿命带来不利影响；(2)并且，这样的实现方式，器件数目较多，意味着需要更大的板上空间、更高的成本，而且可靠性也较低；(3)增加的感应检测电路额外增加了电路的功耗，降低恒流调节电源效率；(4)对于当今应用，LED驱动器的效率和节能要求变得越来越重要，同时LED应用也需要更小的尺寸，因此采样上述实现方式的传统电路已经不能满足相关要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LED驱动器的初级端控制电路及其控制方法，其无须直接采样变压器次级端的输出信号，而是直接利用变压器初级端的采样信号来进行调节控制，简化了电路结构设计、提高了电源的工作效率。依据本发明一实施例的一种LED驱动器的控制电路，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，包括一变压器、位于变压器次级侧的输出二极管和位于变压器初级侧的开关器件， 所述控制电路位于所述变压器的初级侧，其包括，采样电路，用以在所述变压器的初级侧采集表征所述LED驱动器的输出信号的采
样信号；
所述变压器次级侧的输出二极管的导通时间检测电路，用以检测所述二极管的导通时间；调节信号发生电路，接收所述采样信号、一基准源和所述变压器次级侧的输出二极管的导通时间，并对其进行调节，使得采样信号、输出二极管的导通时间与基准源呈正比例关系，与开关周期成反比例关系；并以此产生一调节信号；PWM控制电路，接收所述调节信号，并产生控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定；其中，所述基准源信号与期望输出电流成正比例关系。优选的，所述输出二极管的导通时间电路包括一辅助绕组，与变压器的初级绕组耦合；一微分电容，与所述辅助绕组串联连接，通过对所述微分电容的检测，得到所述输出二极管的导通时间。优选的，所述采样电路包括一检测电阻，所述检测电阻与所述变压器初级侧的开关器件串联，用以将流过初级侧的电流转换为一检测电压信号。优选的，所述调节信号发生电路进一步包括采样/保持电路，用以接收所述采样得到的检测电压信号，以获取所述检测电压的峰值；平均值电路，包括一开关管，用以接收所述检测电压信号的峰值和所述基准源信号以及所述输出二极管的导通时间信号，并且所述开关管的开关动作与所述输出二极管的导通和截止状态保持一致。；补偿电路，用以接收平均值电路的输出，以得到所述调节信号，以控制所述LED驱动器中的开关器件的动作；所述基准源信号与输出电流、变压器次级绕组匝数成正比例关系，与所述变压初级绕组匝数成反比例关系。优选的，所述平均值电路进一步包括，参考电流发生电路，其接收所述基准源信号，以产生基于所述基准源信号的参考电流；采样电流峰值发生电路，接收所述检测电压信号，以产生一基于所述检测电压信号的采样电流峰值。优选的，所述调节信号发生包括采样/保持电路，用以接收所述采样得到的检测电压信号，以获取所述检测电压的峰值；平均值电路，其用以将所述检测电压信号根据所述输出二极管的导通时间进行平均值运算，以得到平均值信号；误差放大器，接收所述平均值信号和所述基准源信号；补偿电路，接收所述误差放大器的输出并进行补偿，其输出作为所述调节信号，以控制所述LED驱动器中的开关器件的动作。优选的，所述基准源信号与输出电流、变压器次级绕组匝数成正比例关系，与所述变压初级绕组匝数成反比例关系；
所述平均值信号，与输出二极管的导通时间以及所述检测电压的峰值成正比例关系，与开关周期成反比例关系。优选的，所述平均值电路进一步包括，第一开关、第二开关、一电阻和一电容，所述第一开关一端连接所述检测电压信号，另一端分别连接电阻的一端以及第二开关的一端， 所述第二开关的另一端接地，所述电阻的另一端与电容的一端连接至第一端点，所述电容的另一端与第二开关的接地端连接，其中，第一开关在输出二极管的导通时间内闭合，第二开关在输出二极管的断开时间内闭合。依据本发明一实施例的一种LED驱动器的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，包括以下步骤(1)在所述LED驱动器的变压器的初级侧进行采样，以得到表征其次级侧输出电流的采样信号；(2)接收所述采样信号，一基准源信号和所述LED驱动器次级侧的输出二极管的导通时间信号，并对其进行调节，使得采样信号、输出二极管的导通时间与基准源呈正比例关系，与开关周期成反比例关系，并以此来产生一调节信号，其中所述基准源信号与所述 LED驱动器的期望输出电流值成正比例关系；C3)PWM控制电路根据所述调节信号，产生一控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出电流维持恒定。依据本发明另一较佳实施例的一种LED驱动器的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，包括以下步骤(I)LED驱动器的初级侧的开关器件串联设置一检测电阻，以对流过所述变压器初级侧绕组的电流进行采样，得到一检测电压信号；(2)对所述采样得到的检测电压信号进行采样/保持，以获取所述检测电压信号的检测电压峰值；(3)接收所述检测电压信号的峰值和所述基准源信号以及所述输出二极管的导通时间信号，并据此产生一平均值信号，并且所述开关管的开关动作与所述输出二极管的导通和截止状态保持一致；(4)对所述平均值信号进行补偿，以得到所述调节信号；( PWM控制电路根据所述调节信号，产生一控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定。优选的，所述步骤C3)进一步包括根据所述基准源信号，以产生基于所述基准源信号的参考电流；接收所述检测电压信号，以产生一基于所述检测电压信号的采样电流峰值；接收所述采样电流峰值和所述参考电流以及所述输出二极管的导通时间信号，并据此产生所述平均值信号。依据本发明另一较佳实施例的一种LED驱动器的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，包括以下步骤(I)LED驱动器的初级侧的开关器件串联设置一检测电阻，以对流过所述变压器初级侧绕组的电流进行采样得到一检测电压信号；(2)对所述检测电压信号根据所述输出二极管的导通时间和开关周期进行平均值运算，以得到平均值信号；(3)对所述平均值信号和所述基准源信号进行误差运算，获得一误差信号；(4)对所述误差信号进行补偿，以得到所述调节信号；( PWM控制电路根据所述调节信号，产生一控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定。优选的，所述基准源信号与期望输出电流、所述检测电阻值以及变压器的次级绕组匝数成正比例关系，与初级绕组匝数成反比例关系；所述平均值信号，与输出二极管导通时间以及所述检测电压成正比例关系，与开关周期成反比例关系。可见，采用本发明的LED驱动电路的控制电路和控制方法，由于只需要采集变压器初级侧的电信号信息，不需要反馈回路的光耦合器以及输出电信号检测，因此至少可以实现以下有益效果(1)由于不需要光耦合器使得电路的稳定性以及使用寿命增加；(2)电路中器件数目减小，使得成本降低，板上空间减小，而且可靠性也增强，电路设计效率增强；(3)提高了恒流LED驱动器的效率。
图1所示为采用现有技术的次级侧调节控制方案的LED驱动器的原理框图；图2所示为依据本发明的LED驱动器的控制电路的一实施例的原理框图；图3A所示为依据本发明的LED驱动器的控制电路的另一实施例的原理框图；图;3B所示为图3A所示的LED驱动器的控制电路的实施例的工作波形图；图4所示为依据本发明的LED驱动器的控制电路中的调节信号发生电路的第一实施例的原理框图；图5所示为依据本发明的LED驱动器的控制电路中的调节信号发生电路的第二实施例的原理框图；图6所示为依据本发明的LED驱动器的控制方法的第一实施例的流程图；图7所示为依据本发明的LED驱动器的控制方法的第二实施例的流程图；图8所示为依据本发明的LED驱动器的控制方法的第三实施例的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。 为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节， 而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。参考图2，所示为依据本发明的一种LED驱动器的控制电路的一实施例的原理框图，其中所述LED驱动器采用反激式拓扑结构，其包括以下部分在变压器201的初级侧，外部交流输入依次经由电磁干扰消除电路EMI和整流桥或者功率因数校正电路PFC输入至所述变压器201的初级侧；
开关器件202连接至变压器201的初级侧，其开关动作由控制电路200进行控制；变压器201的次级侧连接输出二极管203和输出电容204，进而给负载端连接的 LED提供恒流驱动。其中，控制电路200包括采样电路205，其位于所述变压器201的初级侧，用以采样初级侧的电流信息；所述变压器次级侧的输出二极管导通时间检测电路206，用以检测所述输出二极管的导通时间；调节信号发生电路207，其接收所述采样电路205的采样信号Vsample，一基准源Vref 和输出二极管的导通时间检测电路206输出的表征输出二极管203导通时间的时间信号 Tdis，并对其进行调节，使得采样信号Vsample、输出二极管的导通时间Tdis与基准源Vref呈正比例关系，与开关周期T成反比例关系，并以此产生一调节信号；PWM控制电路208，接收所述调节信号，并产生控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件202的开关动作，从而保证LED驱动器的输出电流维持恒定；其中，所述基准源信号与期望输出电流I。成正比例关系。通过对基准源Vref的预先设置，以及调节信号发生电路207的调节作用，使得采样信号Vsample、输出二极管的导通时间Tdis与基准源Vref呈正比例关系，与开关周期T成反比例关系，即与期望输出电流I0成一定的正比例关系，进而输出相应的调节信号，然后通过PWM 控制产生相应的控制信号，控制开关器件202的开关动作，从而保证LED驱动器的输出电流维持恒定。可见，采用图2所示的依据本发明一实施例的LED驱动器的初级端控制电路，其无须直接采样变压器次级端的输出信号，而是直接利用变压器初级端的采样信号来进行调节控制，简化了电路结构设计、降低了实现成本，同时也提高了恒流LED驱动器的工作效率。参考图3A，所示为依据本发明的一种LED驱动器的控制电路的另一实施例的原理框图，其中所述LED驱动器采用反激式拓扑结构。在该实施例中，采样电路通过与开关器件202串联连接的检测电阻305来实现，其两端的检测电压V。s作为采样信号输入至调节信号发生电路207。输出二极管导通时间的检测电路206通过串联连接的辅助绕组306和微分电容 307来实现。辅助绕组306，用以获得变压器201次级绕组上的电流信息；微分电容307，与所述辅助绕组306串联连接，通过对所述微分电容307表征的电压V。d的检测，得到所述输出二极管203的导通时间。参考图3B，所示为图3A所示的LED驱动器的控制电路的实施例的工作波形图。以下结合图:3B，对图3A所示的LED驱动器的控制电路的实施例进行详细描述。其基本工作原理为在开关器件202的导通时间T。n内，初级侧Np电感加载输入电压，因此，流过开关器件202的电流即初级侧绕组电流Ip从零线性增加到峰值Ippk。于是， 输入端能量转移到初级侧绕组Np。当开关器件202关断后，即在截止时间内1； 内，存储在绕组内的能量使输出二极管203导通，输出二极管203的电流在导通时间内Tdis从峰值Ispk线性下降至零。在开关器件202的关断时间内，输出二极管203的电流相关信号被反射到辅助绕组306，通过微分电容307检测辅助绕组306上的电信号，其波形如Ved所示。当检测到Vcd 波形的A-B段信号时，将该信号作为输出二极管导通时间信号Tdis信号前沿；当检测到V。d 波形的B-C段信号时，将该信号作为输出二极管导通时间信号Tdis信号后沿，从而得到输出二极管203的导通时间信号Tdis。根据安培定理，假设初级侧绕组匝数为np，次级侧绕组匝数为ns，输出二极管203 刚导通时的输出电流峰值Ispk与变压器201初级侧电流峰值Ippk的关系如下式(1)，
权利要求
1.一种LED驱动器的控制电路，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，包括一变压器、位于变压器次级侧的输出二极管和位于变压器初级侧的开关器件，其特征在于，所述控制电路位于所述变压器的初级侧，其包括，采样电路，用以在所述变压器的初级侧采集表征所述LED驱动器的输出信号的采样信号；所述变压器次级侧的输出二极管的导通时间检测电路，用以检测所述二极管的导通时间；调节信号发生电路，接收所述采样信号、一基准源和所述变压器次级侧的输出二极管的导通时间，并对其进行调节，使得采样信号、输出二极管的导通时间与基准源呈正比例关系，与开关周期成反比例关系；并以此产生一调节信号；PWM控制电路，接收所述调节信号，并产生控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定； 其中，所述基准源信号与期望输出电流成正比例关系。
2.根据权利要求1所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述输出二极管的导通时间电路包括一辅助绕组，用以获得表征所述变压器次级侧输出电流的电信号； 一微分电容，与所述辅助绕组串联连接，通过对所述微分电容的检测，得到所述输出二极管的导通时间。
3.根据权利要求1所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述采样电路包括一检测电阻，所述检测电阻与所述变压器初级侧的开关器件串联，用以将流过所述初级侧的电流转换为一检测电压信号。
4.根据权利要求3所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述调节信号发生电路进一步包括采样/保持电路，用以接收所述采样得到的检测电压信号，以获取所述检测电压的峰值；平均值电路，包括一开关管，用以接收所述检测电压的峰值、所述基准源以及所述输出二极管的导通时间信号，并且所述开关管的开关动作与所述输出二极管的导通和截止状态保持一致；补偿电路，用以接收平均值电路的输出，以得到所述调节信号，以控制所述LED驱动器中的开关器件的动作；所述基准源信号与输出电流、变压器次级绕组匝数成正比例关系，与所述变压初级绕组匝数成反比例关系。
5.根据权利要求4所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述平均值电路进一步包括，参考电流发生电路，其接收所述基准源，以产生基于所述基准源的参考电流； 采样电流峰值发生电路，接收所述检测电压信号，以产生一基于所述检测电压信号的采样电流峰值。
6.根据权利要求3所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述调节信号发生包括采样/保持电路，用以接收所述采样得到的检测电压信号，以获取所述检测电压的峰值；平均值电路，接收所述检测电压峰值，并将将所述检测电压峰值根据所述输出二极管的导通时间进行平均值运算，以得到平均值信号；误差放大器，接收所述平均值信号和所述基准源，输出一误差信号； 补偿电路，接收所述误差放大器输出的误差信号，并对其进行补偿，所述补偿电路的输出作为所述调节信号，以控制所述LED驱动器中的开关器件的动作。
7.根据权利要求6所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述基准源信号与输出电流、变压器次级绕组匝数成正比例关系，与所述变压初级绕组匝数成反比例关系；所述平均值信号，与输出二极管的导通时间以及所述检测电压的峰值成正比例关系， 与开关周期成反比例关系。
8.根据权利要求6所述的LED驱动器的控制电路，其特征在于，所述平均值电路进一步包括，第一开关、第二开关、一电阻和一电容，所述第一开关一端连接所述检测电压峰值，另一端分别连接电阻和第二开关的公共连接端，所述第二开关的另一端接地；所述电阻的另一端与电容的一端连接至第一端点，所述电容的另一端与第二开关的接地端连接，其中，第一开关在输出二极管的导通时间内闭合，第二开关在输出二极管的截止时间内闭合。
9.一种LED驱动器的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，其特征在于，包括以下步骤(1)在所述LED驱动器的变压器的初级侧进行采样，以得到表征其次级侧输出电流的采样信号；(2)接收所述采样信号，一基准源信号和所述LED驱动器次级侧的输出二极管的导通时间信号，并对其进行调节，使得采样信号、输出二极管的导通时间与基准源呈正比例关系，与开关周期成反比例关系，并以此来产生一调节信号，其中所述基准源信号与所述LED 驱动器的期望输出电流值成正比例关系；(3)PWM控制电路根据所述调节信号，产生一控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出电流维持恒定。
10.一种LED驱动器的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，其特征在于，包括以下步骤(1)LED驱动器的初级侧的开关器件串联设置一检测电阻，以对流过所述变压器初级侧绕组的电流进行采样，得到一检测电压信号；(2)对所述采样得到的检测电压信号进行采样/保持，以获取所述检测电压信号的检测电压峰值；(3)接收所述检测电压峰值、所述基准源以及所述输出二极管的导通时间信号，并据此产生一平均值信号，并且所述开关管的开关动作与所述输出二极管的导通和截止状态保持一致；(4)对所述平均值信号进行补偿，以得到所述调节信号；(5)PWM控制电路根据所述调节信号，产生一控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定。
11.根据权利要求10所述的LED驱动器的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括根据所述基准源信号，以产生基于所述基准源信号的参考电流；接收所述检测电压信号，以产生一基于所述检测电压信号的采样电流峰值；接收所述采样电流峰值和所述参考电流以及所述输出二极管的导通时间信号，并据此产生所述平均值信号。
12.—种LED驱动器的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，其特征在于，包括以下步骤(1)LED驱动器的初级侧的开关器件串联设置一检测电阻，以对流过所述变压器初级侧绕组的电流进行采样得到一检测电压信号；(2)对所述检测电压信号根据所述输出二极管的导通时间和开关周期进行平均值运算，以得到平均值信号；(3)对所述平均值信号和所述基准源信号进行误差运算，获得一误差信号；(4)对所述误差信号进行补偿，以得到所述调节信号；(5)PWM控制电路根据所述调节信号，产生一控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定。
13.根据权利要求12所述的LED驱动器的控制方法，其特征在于，所述基准源与期望输出电流、所述检测电阻值以及变压器的次级绕组匝数成正比例关系，与初级绕组匝数成反比例关系；所述平均值信号，与输出二极管导通时间以及所述检测电压成正比例关系，与开关周期成反比例关系。
全文摘要
本发明涉及一种LED驱动器的控制电路的控制方法，所述LED驱动器为反激式拓扑结构，所述控制电路位于所述变压器的初级侧，其包括，采样电路，用以在所述变压器的初级侧采集表征所述LED驱动器的输出信号的采样信号；所述变压器次级侧的输出二极管的导通时间检测电路，用以检测所述二极管的导通时间；调节信号发生电路，对所述采样信号、一基准源和所述变压器次级侧的输出二极管的导通时间进行调节，并以此产生一调节信号；PWM控制电路，接收所述调节信号，并产生控制信号来控制所述LED驱动器中的开关器件的开关动作，从而保证LED驱动器的输出维持恒定。
文档编号H02M3/335GK102340911SQ20101061984
公开日2012年2月1日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者陈圣伦 申请人:杭州矽力杰半导体技术有限公司