LED驱动器和LED驱动方法与流程

本发明涉及led驱动器和led驱动方法。特别涉及其中使用反馈信号来控制驱动led装置的功率转换器的驱动方法。

背景技术：

在使用反馈的led驱动器中，反馈表示输出处的电压或流向输出的电流的信号，以便使得能够控制功率转换器。

功率转换器通常包括电感开关模式供电电源。流过电感元件的电流由主转换器开关控制，并且控制开关的占空比确定了功率转换比率。

需要防止电感元件变得饱和，因为电流可能继而失去控制。在正常操作中，反馈机制防止这种饱和。然而，在反馈机制有效之前可能存在延迟，使得在功率转换器启动时，电流流动可能失控。例如，如果当功率转换器初始接通时在输出处存在短路状况，则在反馈机制能够调节系统之前，可能流过过量电流。

为了解决这个问题，电感元件通常放大以防止其变得饱和。

一种备选方案是实施软启动电路，以限制通过电感元件的初始电流。然而，这通常需要大量附加控制电路，并且因此实施起来昂贵。

us7333353公开了具有软启动功能的自振荡反激式转换器。软启动功能影响通过主转换器开关的电流的初始斜坡上升。

技术实现要素：

因此，需要具有低数量部件的软启动电路，因此需要低成本，但具有高的性能和可靠性。为了更好地满足这种需要，本发明由权利要求限定。

根据依照本发明的一个方面的示例，提供了一种led驱动器，该led驱动器包括：

电感开关模式转换器，其具有电感部件、用于led负载的led输出、以及用于控制流过电感部件的电流的主转换器开关；

传感器，用于生成指示提供给led输出的输出电流或电压的传感器信号；

反馈元件，其提供用于反馈传感器信号以用于控制主转换器开关的反馈路径；以及

用于处理反馈的传感器信号的处理电路，其中处理电路被适配为当没有传感器信号时生成输出，以便当不存在传感器信号时限制流过主转换器开关的电流。

在驱动器启动之后生成传感器信号的延迟可导致在该时间期间反馈路径不活动。在反馈控制不活动的情况下，转换器电感元件可能变得饱和，并且这可能潜在地导致主转换器开关故障。为了解决这个问题，处理电路用作软启动电路，因为它在没有传感器信号时生成输出。通过即使当传感器未反馈任何信号时也限制电流流动，处理电路的输出用于保护主转换器开关，并且保护电感器以免饱和。应当注意，上述定义的“输出”旨在覆盖由处理电路提供的指示器，并且指示器可以以各种方式实施。例如，诸如电压或电流的高水平信号可以用作限制电流的输出；备选地，不存在电压或电流可以用作限制电流的输出。

另一个实施例是：一旦传感器活动，处理电路就不再生成输出，因此电流不受处理电路的限制。在这种情况下，反馈元件完全地接管对主转换器开关的控制。

开关模式转换器可以包括具有初级侧和次级侧的变压器，其中led输出在次级侧，其中：

主转换器开关在初级侧，用于控制流过变压器初级侧的电流；

传感器位于次级侧；以及

反馈元件提供从次级侧到初级侧的反馈路径，用于反馈控制主转换器开关的传感器信号。

这限定了基于变压器的电感元件。该示例中的变压器的次级侧可以形成隔离的开关模式转换器。例如，转换器包括隔离的反激式转换器。

传感器例如包括比较器，比较器用于将来自变压器的次级侧的输出电压与参考进行比较，并且将反馈信号提供给反馈路径。然后，该反馈信号用于控制开关模式转换器的切换，以便提供对输出的电流或电压调节。反馈元件可以包括光耦合器。这意味着在初级侧与次级侧之间存在完全电气隔离，其中两者之间的接口由变压器和光耦合器限定。

转换器可以包括：

第一变压器绕组，第一变压器绕组用于对主转换器开关的控制端子进行充电以接通主转换器开关，其中主转换器开关耦合到第二变压器绕组；

分流电阻器，电流由主转换器开关驱动通过分流电阻器；

控制晶体管，当电流达到足够的水平时，分流电阻器两端的电压接通控制晶体管，其中控制晶体管耦合到主转换器开关的控制端子，并且被适配为当控制晶体管接通时，关断转换器主开关。

该电路具有周期操作。当主转换器开关接通时，电流被驱动通过主开关，并且随着电流增加，分流电阻器电压增加。最后，分流电阻器电压足以迫使控制晶体管关断主转换器开关(例如通过将控制端子放电到地)，从而结束转换器周期的有源部分。然后，控制端子再次从第一绕组开始充电，直到主转换器开关再一次接通。

处理电路输出耦合到控制晶体管的控制端子，从而将电流注入到控制端子中。

反馈路径以这种方式用于通过向控制晶体管的控制端子中注入电流来偏置控制晶体管。然后，这使得控制晶体管更早地接通，并且使得主转换器开关更早关断，从而限制通过电感部件的电流，并且这影响主转换器开关切换的占空比，并且因此改变开关模式转换器的转换比率。

处理电路可以包括传输晶体管和控制晶体管，传输晶体管用于在传输晶体管接通时将来自第一绕组的电流传送到处理电路输出，控制晶体管用于控制传输晶体管，使得控制晶体管被适配为响应于存在反馈信号而关断传输晶体管，并且传输晶体管被适配为在不存在由控制晶体管切换的情况下默认接通。

因此，当没有实际的反馈信号时，存在迫使电流进入反馈路径的传输功能。因此，在实际反馈路径活动之前，传输晶体管可以被认为在启动阶段期间注入伪反馈信号。

控制晶体管可以包括pnp双极晶体管，该pnp双极晶体管的发射极耦合到第一绕组，其基极耦合到反馈元件，以及其集电极通过电阻器耦合到地，并且传输晶体管可以包括pnp双极晶体管，该pnp双极晶体管的发射极耦合到第一绕组，其基极耦合到控制晶体管的集电极，以及其集电极通过电阻器耦合到处理电路输出。

这提供了处理电路的一种简单的双晶体管实现方式。

在一组示例中，转换器包括铃流扼制式转换器，并且其中第一绕组包括变压器初级侧辅助绕组，并且第二绕组包括变压器初级侧主绕组。

在另一组示例中，第一绕组包括变压器次级侧绕组，并且第二绕组包括变压器初级侧绕组。这是使用变压器、但没有铃流扼制式辅助绕组的升降压转换器的另一设计。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种led驱动方法，该方法包括：

使用电感开关模式转换器来转换输入供电电源，电感开关模式转换器包括电感元件和用于控制流过电感元件的电流的主转换器开关；

向led装置提供电流；

生成指示提供给led装置的输出电流或电压的传感器信号；以及

反馈传感器信号以控制主转换器开关，

其中该方法包括处理反馈的传感器信号以产生经处理的反馈信号，其中当没有传感器信号时生成经处理的反馈信号，以便当不存在传感器信号时，限制流过主转换器开关的电流。

该方法提供软启动功能，因为当没有传感器信号时，它生成反馈信号。通过即使当传感器未反馈任何信号时也限制电流流动，传感器信号的处理用于保护主转换器开关。一旦传感器活动，它接管对主转换器开关的控制。

开关模式转换器可以包括具有初级侧和次级侧的变压器，其中主转换器开关用于控制流过变压器初级侧的电流，其中生成传感器信号包括将来自变压器次级侧的输出电压与参考进行比较。

转换可以包括：

使用第一辅助绕组对主转换器开关的控制端子进行充电，以接通主转换器开关，其中主转换器开关耦合到第二绕组；

通过主转换器开关驱动电流通过分流电阻器；并且

当电流达到足够的水平时，通过分流电阻器两端的电压来接通控制晶体管，

其中控制晶体管耦合到主转换器开关的控制端子，并且在控制晶体管接通时关断转换器主开关。

处理电路输出优选地耦合到控制晶体管的控制端子，以将电流注入到该控制端子中。该电流注入改变控制晶体管的偏置，并且因此更改主转换器开关的切换周期。

当使用传输晶体管接通时，电流可以从第一绕组(第一绕组可以是铃流扼制式转换器的辅助初级侧绕组)传输到处理电路输出，并且响应于存在反馈信号，可以控制传输晶体管关断。在响应于存在反馈信号的所述控制不存在的情况下，传输晶体管优选默认接通。

“参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将会显而易见且得以阐明。”

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了第一已知的反激式led驱动器；

图2示出了根据本发明的基于图1电路的反激式led驱动器的第一示例；

图3示出了第二已知的反激式led驱动器；

图4示出了根据本发明的基于图3电路的反激式led驱动器的第二示例；以及

图5示出了led驱动方法。

具体实施方式

本发明提供一种led驱动器，该led驱动器包括使用反馈装置来控制主转换器开关的电感开关模式转换器。处理电路用于处理反馈传感器信号，使得即使在没有反馈传感器信号时也生成输出。该输出用于在没有传感器信号存在时限制流过主转换器开关的电流，并且它提供软启动功能。

本发明的实施例提供了一种保护机制，该保护机制通常适用于其中使用反馈信号来调节输出的电感开关模式转换器。

仅通过示例的方式，本发明将被描述为应用于铃流扼制式隔离转换器架构。铃流扼制式电路提供开关模式转换器的主转换器开关的周期控制(例如，而不使用脉宽调制电路)，并且隔离由变压器提供。需要隔离以分离被驱动负载与到功率转换器的ac市电输入。转换器的主开关用于控制通过变压器初级侧的电流，并且变压器的次级侧限定开关模式转换器电路的电感器。应当理解，周期控制的其他解决方案也是可应用的，诸如使用专用ic来周期性地控制主转换器开关。还应当理解，只要反馈元件用于主转换器开关的控制，也可应用诸如普通降压、升压或升降压类型的非隔离架构。

这种类型的已知架构的一个示例在图1中示出。

电路包括由二极管桥式整流器12整流的市电输入10。整流输出被供应在电容器14两端，并且通过用于功率因数校正的电感器16，并且通过二极管以形成滤波后的dc输出17。

输出17通过主转换器开关18和分流电阻器19连接到地(gnd)，并且输出17还通过变压器22的主初级侧绕组20、通过电容器21连接到地。

变压器22用作隔离元件，并且还用作开关模式转换器的电感元件。特别地，次级绕组24与电容器26和二极管28一起形成开关模式转换器电路。该电路具有用于led负载的led输出30。

在电路上电时，在主转换器开关18首先接通之前，例如大电解电容器的电容器21由通过初级侧绕组20的电流充电到大于峰值市电电压的电压(即，对于230v的均方根(rms)市电电压，至少充电到325v)。

当主转换器开关18接通时，由于电流被驱动通过电感器16以通过开关18和电阻器19接地，电感器16被激励。电容器21对反激式变压器22进行磁化，并且电容器21将电流放电到变压器。电容器21足够大(并且操作频率足够高)，使得电容器21两端的电压在操作期间基本上不改变。在这一时间期间，由于电流流动被二极管28阻挡，次级绕组不传导电流。通过电容器26向负载提供电流。

当主转换器开关18关断时，电感器16消磁。电流流过初级侧绕组20以对电容器21再充电。被驱动通过初级侧绕组20的减小的电流还将能量传送到次级侧绕组24，这生成电流流动(在二极管28的正向上)，以对电容器26再充电。因此，电容器26基于在电感器16和初级侧绕组20两者中流动的电流而被充电。然后，变压器22以关于对电容器26充电的正向模式工作。因此，变压器22可以被认为在该架构中同时在正向模式和反激式模式下操作。

感测电阻器29与led负载串联连接，使得led电流通过感测电阻器。因此，感测电阻器两端的电压代表输出电流。感测电阻器29的一侧的输出电压被提供给比较器32，比较器32将该电压与参考vref进行比较，并且生成输出(该输出可根据需要放大)。这用于控制被驱动通过用作反馈元件的光耦合器34的电流。光耦合器在初级侧与次级侧之间提供电气隔离。

比较器32和光耦合器34一起限定了传感器，该传感器用于生成指示提供给led输出的输出电流的传感器信号。这用于输出的电流调节。代之，可以提供电压调节。

从光耦合器34输出的电流被供应给节点36，并且因此将电流注入到控制晶体管38的基极。

辅助绕组40与主转换器开关18之间的这种连接形成了铃流扼制式转换器架构的一部分。主转换器开关18由耦合到初级绕组的辅助绕组驱动。下面解释铃流扼制式转换器的原理。

初级侧辅助绕组40用于对主转换器开关18的控制端子进行充电以接通主转换器开关。当接通时，如上面解释的，主转换器开关然后被耦合到初级侧主绕组20。

当电流已经达到足够的水平时，控制晶体管38由分流电阻器19两端的电压接通。因此，即使没有来自反馈路径的电流注入，也存在电路的周期操作。当控制晶体管38接通时，它下拉转换器主开关18的控制端子(基极)，从而在它接通时关断转换器主开关。

这使转换器周期的有源(active)部分结束。归因于辅助绕组40的自谐振，转换器主开关18的控制端子然后再次通过来自初级侧辅助绕组40的电流路径开始充电，直到主转换器开关18再一次接通。

电路操作的占空比受到向节点36的电流注入的影响。

该电路的问题是如果由于反馈电路没有稳定而没有反馈信号注入到节点36中，而是在输出处有短路，则通过电感器16和变压器22的电感器的电流将会迅速增加，并且引起电感器变得饱和。因此，电流可能失去控制。

如图2中所示，本发明提供了一种简单的软启动电路。

图2是基于图1的电路，并且使用相同的附图标记。对重复电路部件的描述不再赘述。

图2示出了处理反馈信号的处理电路50。它具有耦合到控制晶体管38的控制端子36的输出，从而以与图1的电路相同的方式将电流注入控制端子。

处理电路50被布置成即使当没有传感器信号时也生成输出。以这种方式，当没有传感器信号存在时，处理电路50的输出将限制流过主转换器开关的电流。这通常在led驱动器启动之时，在电路部件稳定之前。如果由于存在高电流流动(例如由于输出处的短路)将会生成反馈信号，这一点尤为重要。

在驱动器启动之后生成传感器信号的延迟然后将导致在该时间期间反馈路径不活动。在反馈控制不活动的情况下，转换器电感元件可能变得饱和，并且这可能潜在地导致主转换器开关故障。

处理电路50具有传输晶体管52，用于在其被接通时将来自辅助初级侧绕组40的电流传送到处理电路输出(即，传送到节点36)。控制晶体管54用于控制传输晶体管52。控制晶体管54响应于存在反馈信号而关断传输晶体管52，然而不存在由控制晶体管54切换的主动关断的情况下，通常传输晶体管接通(即，默认接通)。

当没有实际的反馈信号时，该传送功能迫使电流进入节点36。因此，处理电路生成伪初始反馈信号，就像存在大的输出电流一样。

在图2所示的示例中，控制晶体管54包括pnp双极晶体管，pnp双极晶体管的发射极耦合到辅助初级侧绕组40，其基极耦合到光耦合器34，并且其集电极耦合传输晶体管52的控制输入并且通过电阻器55接地。

当电流流过控制晶体管54时，它上拉集电极，这然后关断传输晶体管52。

传输晶体管52包括pnp双极晶体管，pnp双极晶体管的发射极耦合到辅助初级侧绕组40，pnp双极晶体管的基极耦合到控制晶体管54的集电极，并且pnp双极晶体管的集电极通过电阻器56耦合到处理电路输出。

这提供了处理电路的简单的双晶体管实施方式。一个晶体管在另一个晶体管关断时接通，使得电路以与图1的电路相同的方式起作用(其中传输晶体管关断，并且控制晶体管接通)，或者它以软启动模式起作用(其中传输晶体管接通并且控制晶体管关断，因为由光耦合器递送的电流不足)。

已经将本发明描述为应用于铃流扼制式转换器，因为这是对于低成本解决方案感兴趣的驱动器架构。然而，本发明也可以应用于其他开关模式转换器，例如利用脉宽调制来驱动转换器主开关、或者不利用辅助线圈的其他开关模式转换器。

图3示出了已知的升降压转换器的另一示例。对于相同的部件，使用与图1和图2相同的附图标记。此设计没有完全隔离的输出，而是具有浮动输出。

再次，转换器利用变压器22，其中反激式功率级位于变压器22的右侧。在这个示例中，在充电阶段，整流输入17被馈送到变压器22的右侧并且返回主转换器开关18；在放电阶段，主转换器开关18关断，并且变压器22的右侧经由输出30向负载释放能量。变压器22的左侧向主控制开关18的基极提供电流注入，以便以自振荡的方式控制周期操作。

电路具有与图1本质上相同的反馈机制，用于将电流注入到控制晶体管38的控制端子36。

图4示出了图3的电路可以以与图2的电路相同的方式进行修改以提供软启动功能。添加相同的处理电路50，处理电路50具有传输晶体管52，传输晶体管52用于当它接通时将来自左侧绕组的电流传送到处理电路输出(即，传送到节点36)。控制晶体管54再次用于控制传输晶体管52。控制晶体管54响应于存在反馈信号而关断传输晶体管52，而在没有由控制晶体管52切换的主动关断的情况下，传输晶体管通常接通(即，默认接通)。

处理电路50以与上文解释的相同方式起作用。

将看出，软启动电路可以应用于不同的开关模式功率转换器架构，包括铃流扼制式反激式转换器架构(例如图1)以及其他反激式架构(例如图3)，以及可以应用于pwm控制设计。

本发明还提供如图5所示的led驱动方法。该方法包括：

在步骤60中，使用包括电感元件和主转换器开关的电感开关转换器来转换输入供电电源，主转换器开关用于控制流过电感元件的电流；

在步骤62中，向led装置提供电流；

在步骤64中，生成指示提供给led装置的输出电流或电压的传感器信号；

在步骤66中，对已经反馈的传感器信号进行处理，以产生处理的反馈信号，用于控制流过主转换器开关的电流，其中即使在没有传感器信号时也生成处理的反馈信号；以及

在步骤68中，反馈处理的传感器信号以控制主转换器开关。

当软启动模式已经完成时，处理简单地传送反馈信号而不进行适配。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要保护的发明时，可以理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实，并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。