一种LED调光驱动电路以及开关电源的制作方法

本实用新型涉及开关电源领域，更具体的说，是涉及一种LED调光驱动电路以及开关电源。

背景技术：

随着电子信息产业的飞速发展，开关电源被广泛的应用在计算机、电力设备、仪器仪表、LED照明、医疗器械、军工设备等领域。通常，开关电源是将外接交流电(如市电220V、380V等)转换成一稳定的直流电以供给负载。

然而，随着用户需求的不断增加，调光成为一大发展趋势，目前，LED的调光需要通过调光器对电路的电流进行调整，随着调光角度的不断增大，输出电流会逐渐减小，但是，在调光角度增大到一定程度时，输出电流的减小程度不够，也就是在进入到深度调光时，LED的调光曲线无法与白炽灯等传统照明灯具相符，需要在深度调光时，使得LED也发生比较大的变化。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种LED调光驱动电路以及开关电源，以克服现有技术中大角度上电时，出现掉电流的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种闭环架构的LED调光驱动电路，用于包括功率开关及储能单元的开关电源，所述LED调光驱动电路包括：功率开关管截止时刻控制电路、功率开关管导通时刻控制电路以及功率开关管驱动电路，所述功率开关管截止时刻控制电路包括：深度调光电路，

所述深度调光电路包括：占空比采样电路以及信号转换电路；

所述占空比采样电路，采样所述开关电源的占空比信号；

所述信号转换电路，将所述占空比信号转换为第一电信号，所述第一电信号加在导通时间产生电路中，以产生一控制所述功率开关管的截止时刻的第一导通时间信号。

优选的，所述占空比采样电路包括：峰值采样电路以及第一比较器，

所述峰值采样电路的输入端与所述功率开关管截止时刻控制电路的输入端相连，输出端与所述第一比较器的反相输入端相连，所述第一比较器的同向输入端接收表征所述开关电源的输出电流的第一信号，用于比较所述第一信号以及所述峰值采样电路的输出端电压，并产生所述占空比信号。

优选的，所述信号转换电路包括：滤波器、运算放大器、第五开关管以及电流镜，

所述滤波器的输入端作为所述信号转换电路的输入端，与所述占空比采样电路的输出端相连，所述滤波器的输出端与所述运算放大器的第一输入端相连，所述运算放大器的第二输入端与所述第五开关管的输出端相连，所述运算放大器的输出端与所述第五开关管的控制端相连，所述第五开关管的输入端与所述电流镜的输入端相连，所述电流镜的输出端作为所述信号转换电路的输出端，输出所述第一电信号。

优选的，所述功率开关管截止时刻控制电路还包括：采样电路、信号调节电路、以及导通时间产生电路；

所述采样电路，接收表征所述开关电源的输出电流的第一信号；

所述信号调节电路，接收所述第一信号和一基准信号，并对所述第一信号进行调节，使得所述第一信号趋近等于该基准信号，并产生一调节信号；

所述导通时间产生电路，根据所述调节信号产生所述功率开关的第二导通时间信号。

优选的，所述信号调节电路，包括：求平均电路、误差放大器以及补偿电路；

所述求平均电路，接收所述第一信号的电压峰值，对所述电压峰值进行平均值运算，得到第一平均值信号；

所述误差放大器，比较所述第一平均值信号以及所述基准信号，使所述第一平均值信号趋近于所述基准信号，并输出一比较信号；

所述补偿电路，接收所述误差放大器输出的所述比较信号，对所述比较信号进行补偿运算，输出所述调节信号。

优选的，所述信号调节电路，还包括：钳位电路；

所述钳位电路，将所述调节信号钳位在一预设定值。

优选的，所述导通时间产生电路还包括导通时间调节单元；

所述导通时间调节单元，根据第一预设电流产生一控制所述功率开关管的截止时刻的第三导通时间信号。

优选的，所述采样电路，包括：第一开关管以及第一电容；

所述第一开关管的第一端作为所述采样电路的输入端，所述第一开关管的输出端与所述第一电容的第一端相连，且作为所述采样电路的输出端，所述第一电容的第二端接地，所述第一开关管的控制端接所述第二导通时间信号。

优选的，所述求平均电路包括：第二开关管、第三开关管以及第一反相器；

所述第二开关管的第一端作为所述求平均电路的输入端，所述第二开关管的第二端与所述第三开关管的第一端相连，且作为所述求平均电路的输出端，所述第二开关管的控制端接收所述功率开关管导通时刻控制电路产生的第一截止时间信号，所述第一截止时间信号通过所述第一反相器与所述第三开关管的控制端相连，所述第三开关管的第二端接地。

优选的，所述补偿电路包括：补偿电容；

所述补偿电容的第一端与所述误差放大器的输出端相连，所述补偿电容的第二端接地。

优选的，所述钳位电路包括：钳位二极管；

所述钳位二极管的阳极接地，所述钳位二极管的阴极与所述误差放大器的输出端相连，且作为所述信号调节电路的输出端。

优选的，所述导通时间调节单元包括：调节电阻、电流源、第二电容、以及第四开关管；

所述调节电阻的第一端作为所述导通时间调节单元的输入端，所述调节电阻的第二端与所述电流源的控制端相连，所述电流源与所述第二电容串联，所述第四开关管与所述第二电容并联，所述第四开关管的控制端接收所述第一导通时间信号的反信号。

优选的，所述导通时间产生电路还包括：第二比较器以及或门；

所述第二比较器的第一输入端作为所述导通时间产生电路的输入端，所述第二比较器的第二输入端与所述导通时间调节单元的输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述或门的第一输入端相连，所述或门的第二输入端接收所述第二导通时间信号的前端信号，所述或门的输出端作为所述导通时间产生电路的输出端。

一种开关电源，包括任意一项上述的LED调光驱动电路。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种LED调光驱动电路，用于包括功率开关及储能单元的开关电源，所述LED调光驱动电路包括：功率开关管截止时刻控制电路、功率开关管导通时刻控制电路以及功率开关管驱动电路，其中，所述功率开关管截止时刻控制电路包括：深度调光电路，其中，深度调光电路包括：占空比采样电路以及信号转换电路。占空比采样电路用于采样所述开关电源的占空比信号。信号转换电路用于将所述占空比信号转换为第一电信号，所述第一电信号加在导通时间产生电路中，以产生一控制所述功率开关管的截止时刻的第一导通时间信号。可见，本方案通过采集表征开关电源的输出电流的占空比信号，并根据输出电流的变化，产生控制所述功率开关管的截止时刻的第一导通时间信号，实现了第一电信号随着调光角度的减小而增大，进而输出电流随着调光角度的减小而减小，实现了深度调光。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的一种开关电源的结构示意图；

图2为本实施例提供的一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图3为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图4为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图5为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图6-图9为本实施例提供的一种LED调光驱动电路采集CS信号的峰值的示意图；

图10为采用本实施例提供的LED调光驱动电路的调光曲线图；

图11为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图12为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图13为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图14为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图15为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图16为本实施例提供的一种LED调光驱动电路的调光过程示意图；

图17为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图；

图18为本实施例提供的又一种LED调光驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，为本实施例提供的一种开关电源的结构示意图，其中，包括：调光器Dimmer、原边绕组、负载LED、电阻以及驱动芯片，所述驱动芯片中包括功率开关管Drain以及多个输入端口，如CS、RT、Comp、Vcc以及GND。

其中，如图2所示，本实施例提供的一种LED调光驱动电路，包括：功率开关管关断控制电路10、功率开关管导通控制电路20以及功率开关管驱动电路30。具体的，本实施例着重对功率开关管关断控制电路10进行介绍，如图3所示，包括：深度调光电路104。具体的，该深度调光电路包括：占空比采样电路1041以及信号转换电路1042，如图4所示。

其中，所述占空比采样电路1041采样所述开关电源的占空比信号。所述信号转换电路1042，将所述占空比信号转换为第一电信号，所述第一电信号加在导通时间产生电路中，以产生一控制所述功率开关管的截止时刻的第一导通时间信号。

具体的，如图5所示，所述占空比采样电路包括：峰值采样电路以及第一比较器，

其中，所述峰值采样电路的输入端与所述采样电路的输入端相连，输出端与所述第一比较器的反相输入端相连，所述第一比较器的同向输入端与所述采样电路的输出端相连，用于比较所述采样电路的输入端电压以及输出端电压，并产生所述占空比信号。

所述信号转换电路包括：滤波器、运算放大器、第五开关管以及电流镜。

其中，所述滤波器的输入端作为所述信号转换电路的输入端，与所述占空比采样电路的输出端相连，所述滤波器的输出端与所述运算放大器的第一输入端相连，所述运算放大器的第二输入端与所述第五开关管的输出端相连，所述运算放大器的输出端与所述第五开关管的控制端相连，所述第五开关管的输入端与所述电流镜的输入端相连，所述电流镜的输出端作为所述信号转换电路的输出端，输出所述第一电信号，本实施例中所述第一电信号为电流信号。

结合图6-图9，对本实施例提供的深度调光电路的工作原理进行说明，其中，Vcspk是指工频周期内CS端的最高电位，Vcs是指工频周期内CS端电压的包络。

Duty信号跟切角信息的关系如下：

θ＞150 Duty(θ)＝1-(180-30-30)/180

150>θ＞90 Duty(θ)＝1-(θ-30)/180

90>θ＞0 Duty(θ)＝1-(θ-arcsin(0.5*sinθ))/180

在150度以后，随着切角的变化，Duty信号的占空比一直变化，即Duty(θ)反映了切角的情况。而在150度以前，Duty信号的占空比不变，所以150度以前的切角变化不会被检测到。

图5中，在得到某一切角下的Duty信号后，将Duty信号经过一个滤波器转换成Vduty信号。因为Duty信号的占空比反映了此时的切角，这个占空比信号被滤波器转换成一个电压信号Vduty，并且Duty信号的占空比越大Vduty值越大。Vduty信号再经过一个电压转电流模块产生Iduty电流影响最终芯片内部的Tonpmax的产生。Tonpmax信号直接决定了芯片控制的输出电流的大小。所以Vduty信号的介入会影响最终的输出电流，不同切角下的输出电流不同，可得到一条修正的调光曲线，如图10所示。需要说明的是，图5只是一个Duty产生和Duty影响调光曲线的实施例，duty产生的方法有很多种，比如Vcs大于某一特定电压等等；Duty影响调光曲线的方法也有很多种，比如用duty去影响积分环路中的Vref信号，在本实施例不进行具体限定。

由于被duty信号调整后的Tonpmax为：

Tonpmax＝(Vcomphclamp×C1)/(IRT+Iduty)

可见，Iduty随着调光角度的减小而增大，则Tonpmax会随着调光角度的减小而减小，进而输出电流随着调光角度的减小而变得更小。

除此，如图11所示，在上述实施例的基础上，本实施例提供的功率开关管关断控制电路10还包括：采样电路101、信号调节电路102、以及导通时间产生电路103。

其中，所述采样电路接收表征所述开关电源的输出电流的第一信号。信号调节电路接收所述第一信号和一基准信号，并对所述第一信号进行调节，使得所述第一信号趋近等于该基准信号，并产生一调节信号。导通时间产生电路，根据所述调节信号产生所述功率开关的第二导通时间信号。

可见，本方案提供的调光电路为闭环电路，当检测到表征输出电流的第一信号小于基准信号(调光器的额定值)时，会根据所述调节信号产生所述功率开关的第一导通时间信号Tonp，进而增大输出电压的峰值，使得输出电流不会低于预设额定值，因此，避免了大角度上电时大角度上电时，出现掉电流的问题。

在上述实施例的基础上，如图12所示，本实施例提供了一种信号调节电路的具体实现电路，该调节电路102包括：求平均电路1021、误差放大器1022以及补偿电路1023。

其中，所述求平均电路1021接收所述第一信号的电压峰值，对所述电压峰值进行平均值运算，得到第一平均值信号。误差放大器1022比较所述第一平均值信号以及所述基准信号，使所述第一平均值信号趋近于所述基准信号，并输出一比较信号。补偿电路1023接收所述误差放大器输出的所述比较信号，对所述比较信号进行补偿运算，输出所述调节信号。

在上述实施例的基础上，如图13所示，所述信号调节电路102，还包括：钳位电路1024。所述钳位电路用于将所述调节信号钳位在一预设定值(如V_Hcomp，即第一导通时间信号Tonp的最大值被钳位，后续会详细介绍)。

可选的，如图14所示，所述导通时间产生电路103还包括导通时间调节单元1031。其中，导通时间调节单元根据第一预设电流产生一控制所述功率开关管的截止时刻的第三导通时间信号。

具体的，请参阅图15，本实施例提供了各电路的具体实现电路，如下：

所述采样电路101，包括：第一开关管SW1以及第一电容C1。

其中，所述第一开关管SW1的第一端作为所述采样电路101的输入端，所述第一开关管SW1的输出端与所述第一电容C1的第一端相连，且作为所述采样电路的输出端Vcs，所述第一电容C1的第二端接地，所述第一开关管的控制端接所述第二导通时间信号Tonp。

所述求平均电路包括：第二开关管SW2、第三开关管SW3以及第一反相器A1。

其中，所述第二开关管SW2的第一端作为所述求平均电路1021的输入端，所述第二开关管SW2的第二端与所述第三开关管SW3的第一端相连，且作为所述求平均电路的输出端，所述第二开关管SW2的控制端接收所述功率开关管导通时刻控制电路产生的第一截止时间信号Tons(需要说明的是，本实施例是Buck-Boost架构，如在Buck系统架构下，应是Tons+Tonp)，所述第一截止时间信号通过所述第一反相器A1与所述第三开关管SW3的控制端相连，所述第三开关管SW3的第二端接地。

所述补偿电路1023包括：补偿电容Ccomp。

所述补偿电容Ccomp的第一端与所述误差放大器Gm的输出端相连，所述补偿电容Ccomp的第二端接地。

所述钳位电路1025包括：钳位二极管；

所述钳位二极管的阳极接地，所述钳位二极管的阴极与所述误差放大器Gm的输出端相连，且作为所述信号调节电路102的输出端。

所述导通时间调节单元1031包括：调节电阻RT、电流源I1、第二电容C2、以及第四开关管SW4；

所述调节电阻RT的第一端作为所述导通时间调节单元的输入端，所述调节电阻RT的第二端与所述电流源I1的控制端相连，所述电流源I1与所述第二电容C2串联，所述第四开关管SW4与所述第二电容C2并联，所述第四开关管SW4的控制端接收所述第二导通时间信号Tonp的反信号。

所述导通时间产生电路103还包括：第二比较器Comp以及或门OR；

所述第二比较器Comp的第一输入端作为所述导通时间产生电路的输入端，所述第二比较器Comp的第二输入端与所述导通时间调节单元的输出端相连，所述第二比较器Comp的输出端与所述或门OR的第一输入端相连，所述或门OR的第二输入端接收所述第二导通时间信号的前端信号Tonp LEB，所述或门OR的输出端作为所述导通时间产生电路的输出端。

具体的，结合上述电路的连接关系以及图16，本实施例提供的功率开关管关断控制电路的工作原理为：

CS端采集表征输出电流的电压值，并对该电压值进行保持，由求平均电路对该电压值进行求平均处理，得到电压信号VN，并将VN与基准信号Vref进行比较，使得VN趋近于基准信号Vref，并将误差放大器Gm输出的调节信号钳位到一固定值，如V_Hcomp。又由于所以Tonpmax被钳位在一固定的最大值。

之后，通过调节RT的阻值，使得RT上的电流为预设值，将电流作用到电流源I1，使电流源I1的输出电流等于预设值，并对电容C2进行充放电，以产生一三角波作用到第二比较器Comp的同向输入端。

随着调光器的调光角度的增大，即Tonp2〉Tonp1，使得输出电流始终等于不带调光器时的电流。当tonp越来越大，直到tonp＝tonpmax时，即图中tonp处于tonp3以及tonp4的时段，输出电流随着调光角度的减小而减小。

另外，本方案中，通过采样外接电感上的电流值，对tonp进行调整，整体电路为一闭环结构，即tonp在不同调光角度时不是一个固定值，避免了现有技术中大电流上电时，输出电流掉电的问题。

需要说明的是，本实施例提供的深度调光电路和采样电路、信号调节电路以及导通时间产生电路进行配合，如图17所示，相应的，其具体电路连接关系如图18所示。当然，也可以不局限于上述实施例的配合方式。

除此，本实施例还提供了一种开关电源，包括上述实施例中的任意一项LED调光驱动电路。

综上所述：本实用新型提供了一种LED调光驱动电路，用于包括功率开关及储能单元的开关电源，所述LED调光驱动电路包括：功率开关管截止时刻控制电路、功率开关管导通时刻控制电路以及功率开关管驱动电路，其中，所述功率开关管截止时刻控制电路包括：深度调光电路，其中，深度调光电路包括：占空比采样电路以及信号转换电路。占空比采样电路用于采样所述开关电源的占空比信号。信号转换电路用于将所述占空比信号转换为第一电信号，所述第一电信号加在导通时间产生电路中，以产生一控制所述功率开关管的截止时刻的第一导通时间信号。可见，本方案通过采集表征开关电源的输出电流的占空比信号，并根据输出电流的变化，产生控制所述功率开关管的截止时刻的第一导通时间信号，实现了第一电信号随着调光角度的减小而增大，进而输出电流随着调光角度的减小而减小，实现了深度调光。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。