一种四通道交流驱动芯片电路的制作方法

本发明涉及驱动电路领域，尤其涉及一种四通道交流驱动芯片电路。

背景技术：

led作为一种新型固态半导体光源，与发光效率低、使用寿命短的白炽灯以及耗电大、污染严重的荧光灯相比，具有使用寿命长、响应速度快、体积小、重量轻、能效高、结构简单、光谱全等优点。目前被广泛应用在智慧照明、可见光通信、生物医疗、农业等各个方面，受到各国的大力研究。

传统的led驱动电路多采用直流电流驱动led(dcled)方式，即采用变压器或开关电源将高压交流电源滤波、稳压后，输出直流电流驱动led。但由于在应用过程中存在ac-dc转换，增加了led灯泡的体积和成本，同时也存在着较大的能量损失，使得led系统效率很难达到90％。另一方面，ac-dc转换器老化比较严重，寿命远低于led的寿命，严重影响驱动电路的可靠性和寿命。

随着技术的发展，高压交流电压直接驱动led(acled)的方式应运而生。相比刚开始的利用led的单向导通特性，将led灯珠排列成类似整流桥结构并直接接入到市电中的方案，采用了分段控制和恒流处理的交流驱动led技术，提高了系统的效率。然而，技术的进步、生活质量的提高以及节能的需要使得彩色rgb驱动的应用范围也越来越广，如照明和装潢等领域。应用于照明等领域的led除了色温和显色指数等重要参数外，业界对光谱的s/p比值(s表示暗光亮度，p表示强光亮度)也越来越重视。但目前交流直接驱动led方案多为单一色光led驱动，而原有的直流rgb驱动则存在电路体积大、成本高、低效以及显色性能差等缺陷。因此，研究多通道的彩色交流驱动芯片电路，实现光谱可调，对优化led光谱分布、增强照明效果和进一步提高照明效率有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中直流rgb驱动电路体积大、成本高、效率低以及显色性能差等问题，并且克服交流驱动led为单一色光的缺陷，提供一种四通道交流驱动芯片电路。本发明具有效率高、集成度高以及显色性能好等优点，并且具有过温和过压保护。

本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

一种四通道交流驱动芯片电路，包括整流桥、分压电路、电流检测电路、逻辑控制电路、通道电流产生电路、wrgb恒流电路、wled灯串、rled灯串、gled灯串、bled灯串以及保护电路；

所述wled(白光led)灯串、rled(红光led)灯串、gled(绿光led)灯串及bled(蓝光led)灯串均包含多级led；其中，第一级led由第一串led灯串组成，第二级led由相邻的前两串led灯串组成，第三级led由前三串led灯串组成，以此类推构成多级led。

所述整流桥，其输出端与wled灯串、rled灯串、gled灯串以及bled灯串中第一级led的输入端相连接；用于对市电进行全波整流；

所述分压电路，一端与整流桥相连接，另一端与逻辑控制电路相连接；用于将整流输出的高压脉动电压进行降压，将得到的幅值小于芯片电源电压的低压脉动电压供芯片内部处理；

所述电流检测电路，一端分别和与wled灯串相连接的控制通道上的高压开关管的源极相连接，另一端与逻辑控制电路相连接；用于检测流经wled通道的电流的大小，当检测的电流达到电流阈值时，输出一个脉冲信号，作为逻辑控制电路通道切换的信号；

所述逻辑控制电路，与开关选通模块中mos管的栅极相连接；用于在输入电压上升阶段，电流检测电路输出一个脉冲信号作用逻辑控制电路时，控制wled、rled、gled及bled灯串上除最后一级led外其余各级开关组依次关断，使wled、rled、gled以及bled灯串的各级led依次点亮直至全部点亮；在输入电压下降阶段，控制wled、rled、gled及bled灯串上除最后一级led外的其余各级开关组依次打开，使wled、rled、gled以及bled灯串的子单元依次熄灭直至全部熄灭；

所述通道电流产生电路，与开关选通模块中mos管的源极相连接；用于当rled、gled及bled灯串的各自通道开启时，由通道电流产生电流为其提供电流；

所述wrgb恒流电路，与wled灯串、rled灯串、gled灯串及bled灯串中最后一级led的输出端相连接；当wled、rled、gled及bled灯串全部点亮时，wrgb恒流电路保持最后一级led输出端通道上的电流恒定；

所述保护电路，用于提供过压保护和过温保护。

所述整流桥为全波整流桥，将220v/50hz的交流电转换为0-311v的直流脉动电压。

所述电流检测电路包括误差放大器和电阻r1。

在所述电流检测电路中，当wled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应的控制通道的高压开关管打开时，电流流过采样电阻r1产生压降，该电压值作为反馈信号连接到误差放大器的同相端，误差放大器的反相端接参考电压vref1，误差放大器输出端接逻辑控制电路。

所述通道电流产生电路包括误差放大器、mos管和电阻r2。

在所述通道电流产生电路中，误差放大器、与误差放大器输出端相连接的一个mos管以及电阻r2组成恒流电路，为由其他mos管所构成的电流镜提供偏置电流，然后给rled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应通道、gled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应通道、bled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应通道提供电流。

所述wrgb恒流电路包括误差放大器、mos管和电阻。

进一步地，所述wrgb恒流电路中误差放大器数目、电阻数目以及mos管数目与灯串类型数目相同。

在所述wrgb恒流电路中，当wled、rled、gled和bled灯串全部点亮时，电流经高压mos管流向采样电阻，并在采样电压上产生压降，所述电压值作为反馈信号接到误差放大器的反相输入端，误差放大器的同相输入端接参考电压vref1，误差放大器的输出端接高压mos管的栅极，通过调节电阻的阻值可以改变wled、rled、gled和bled灯串的恒流值，实现彩色驱动。

进一步地，本发明的灯串类型及数目不限于wled灯串、rled灯串、gled灯串、bled灯串这四种。

本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：

1、本发明无需进行ac-dc转换，减小了系统体积，降低了制造成本，提高了系统可靠性。

2、本发明加入了wled灯串，能够提高灯串的显色指数，使系统整体显色性能更好。

3、本发明中wled灯串的子通道电流由电流检测电路控制，rled、gled及bled灯串在导通但未达到恒流之前是通过mos管组成的电流镜为其提供电流，相比利用电阻提供电流大大降低了系统的功耗，同时各个波段中的电流随脉动电压变化而变化，降低了高压mos管的功耗，实现了系统的高效率。

4、本发明中保护电路能够在芯片超过一定温度或市电波动超过一定范围时，令芯片停止工作从而保护芯片。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种四通道交流驱动芯片电路的结构示意图。

图2为本发明实施例中通道电流产生电路的原理图。

图3为本发明实施例中wrgb恒流电路的原理图。

图4为本发明实施例中一种四通道交流驱动芯片电路中wrgb灯串的工作波形图。

图5为本发明实施例中wled灯串、rled灯串、gled灯串及bled灯串的电流工作波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示为一种四通道交流驱动芯片电路的结构示意图，所述电路包括整流桥(1)、分压电路(12)、电流检测电路(8)、逻辑控制电路(6)、通道电流产生电路(9)、wrgb恒流电路(10)、wled灯串(2)、rled灯串(3)、gled灯串(4)、bled灯串(5)以及保护电路(11)；

所述wled(白光led)灯串、rled(红光led)灯串、gled(绿光led)灯串及bled(蓝光led)灯串均包含多级led；其中，第一级led由第一串led灯串组成，第二级led由相邻的前两串led灯串组成，第三级led由前三串led灯串组成，第四级led由四串led灯串组成。

所述整流桥，其输出端与wled灯串、rled灯串、gled灯串以及bled灯串中第一级led的输入端相连接；用于对市电进行全波整流；

所述分压电路，一端与整流桥相连接，另一端与逻辑控制电路相连接；用于将整流输出的高压脉动电压进行降压，将得到的幅值小于芯片电源电压的低压脉动电压供芯片内部处理；

所述电流检测电路，一端与控制通道1～3的高压开关管hm1、hm5、hm9的源极连接，另一端与逻辑控制电路连接；用于检测wled通道1～3的电流大小，当电流达到电流阈值vref1/r1时，输出一个脉冲信号，作为逻辑控制电路通道切换的信号。

所述逻辑控制电路，与开关选通模块中mos管的栅极相连接；用于在输入电压上升阶段，电流检测电路输出一个脉冲信号作用逻辑控制电路，控制开关组hm1～4、hm5～8、hm9～12依次关断，wled、rled、gled及bled灯串的子单元依次点亮直到全部点亮；在输入电压下降阶段，逻辑控制电路控制开关组hm9～12、hm5～8、hm1～4依次打开，wled、rled、gled及bled灯串的子单元依次熄灭，直至全部熄灭。

所述通道电流产生电路，与开关选通模块中高压mos管hm2～4、hm6～8、hm10～12的源极连接；用于当rled、gled及bled灯串各通道，即通道5～7、通道9～11、通道13～15开启时，为其提供电流。

所述wrgb恒流电路，与wled灯串、rled灯串、gled灯串及bled灯串中最后一级led的输出端相连接；当wled、rled、gled及bled灯串全部点亮时，wrgb恒流电路保持其对应通道4、通道8、通道12及通道16的电流恒定，此外可以对不同颜色灯串设置不同的恒定电流值以实现彩色驱动，与wled4、rled4、gled4及bled4单元输出端连接。

所述保护电路，用于提供过压保护和过温保护。

所述整流桥为全波整流桥，将220v/50hz的交流电转换为0-311v的直流脉动电压。

所述电流检测电路包括误差放大器和电阻r1，当wled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应的控制通道的高压开关管打开时，电流流过采样电阻r1产生压降，该电压值作为反馈信号连接到误差放大器的同相端，误差放大器的反相端接参考电压vref1，误差放大器输出端接逻辑控制电路。

所述通道电流产生电路包括误差放大器、n型mos管mn1～11，p型mos管mp1～2和电阻r2。误差放大器同相输入端接参考电压vref1，反向输入端与电阻r2的一端及mos管mn1的源极相连接，输出端与mos管mn1的栅极相连接；mos管mn1的漏极与mos管mp1的栅极和漏极及mos管mp2的栅极相连接；mos管mp1和mp2的源极与vdd相连接；mos管mp2的漏极与mos管mn2的漏极和栅极以及mos管mn3～11的栅极相连接；mos管mn3～11的漏极分别与开关选通模块中的高压开关组hm2～4、hm6～8、hm10～12相连接；电阻r2的另一端和mos管mn2～11的源极与地相连接；误差放大器、mos管mn1和电阻r2组成恒流电路产生电流vref1/r2，通过mos管mp1～2、mn2～11构成的电流镜给通道5～7、通道9～11、通道13～15提供电流。

所述wrgb恒流电路包括误差放大器op1、op2、op3、op4、高压mos管hm13、hm14、hm15、hm16、电阻r3、r4、r5和r6。误差放大器op1～4的同相输入端均接参考电压vref1，误差放大器op1的反向输入端与电阻r3的一端及高压mos管hm13的源极相连接，输出端与高压mos管hm13的栅极及保护电路的输出端相连接，高压mos管hm13的漏极与wled灯串中最后一级led的输出端相连接；误差放大器op2的反向输入端与电阻r4的一端及高压mos管hm14的源极相连接，输出端与高压mos管hm14的栅极及保护电路的输出端相连接，高压mos管hm14的漏极与rled灯串中最后一级led的输出端相连接；误差放大器op3的反向输入端与电阻r5的一端及高压mos管hm15的源极相连接，输出端与高压mos管hm15的栅极及保护电路的输出端相连接，高压mos管hm15的漏极与gled灯串中最后一级led的输出端相连接；误差放大器op4的反向输入端与电阻r6的一端及高压mos管hm16的源极相连接，输出端与高压mos管hm16的栅极及保护电路的输出端相连接，高压mos管hm16的漏极与bled灯串中最后一级led的输出端相连接；电阻r3～6的另一端均与地相连接；当wled、rled、gled和bled灯串全部点亮时，电流经高压mos管hm13～16流向采样电阻r3～6，并在采样电压上产生压降v1～4，所述电压值作为反馈信号接到误差放大器的反向输入端，在误差放大器op1～4、高压mos管hm13～16及电阻r3～6的共同作用下，使流过wled、rled、gled和bled灯串的电流恒定，分别为vref1/r3、vref1/r4、vref1/r5和vref1/r6。通过调节电阻r3～6的阻值可以改变wled、rled、gled和bled灯串的恒流值，实现彩色驱动。

在本实施例中，一种四通道交流驱动芯片电路在一个脉动电压周期内的控制流程具体为：

交流市电经过整流桥电路全波整流后得到周期性脉动电压hv，直接并行驱动wled灯串、rled灯串、gled灯串和bled灯串。

脉动电压从0开始增加，开始时开关选通模块中的高压mos管hm1-12均处于打开状态，当脉动电压达到wled1、rled1、gled1及bled1单元的开启电压时，各灯串电流分别经过各自第一级led单元流向通道1、通道5、通道9和通道13，此时如图2所示，流向通道5、通道9、通道13的电流ir1、ig1、ib1由通道电流产生电路产生，误差放大器、mos管mn1、mp1和电阻r2产生电流vref1/r2，然后通过mos管mp2、mn2及mn3～5构成的电流镜给通道5、通道9和通道13提供电流。

随着脉动电压hv逐渐增大，i_wled迅速增大。在t1时刻，电流检测电路检测到i_wled达到设定阈值vref1/r1，输出检测信号i_p，逻辑控制电路关断mos管hm1～4，此时逻辑控制电路内部记录分段点电压vs1。

随着脉动电压继续上升，当脉动电压达到第二级led灯的开启电压，各灯串电流分别经过各自第二级led流向通道2、通道6、通道10和通道14；此时流向通道6、通道10和通道14的电流ir2、ig2、ib2由通道电流产生电路产生，误差放大器、mos管mn1、mp1和电阻r2产生电流vref1/r2，然后通过mos管mp2、mn2及mn6～8构成的电流镜给通道6、通道10和通道14提供电流。在t2时刻，电流检测电路检测到i_wled达到设定阈值vref1/r1，输出检测信号i_p，逻辑控制电路关断mos开关管hm5～8，此时逻辑控制电路内部记录分段点电压vs2。

随着脉动电压继续上升，当脉动电压达到第三级led灯的开启电压，各灯串电流分别经过各自第三级led流向通道3、通道7、通道11和通道15；此时流向通道7、通道11和通道15的电流ir3、ig3、ib3由通道电流产生电路产生，误差放大器、mos管mn1、mp1和电阻r2产生电流vref1/r2，然后通过mos管mp2、mn2及mn9～11构成的电流镜给通道7、通道11和通道15提供电流。在t3时刻，电流检测电路检测到i_wled达到设定阈值vref1/r1，输出检测信号i_p，逻辑控制电路关断mos开关管hm9～12，此时逻辑控制电路内部记录分段点电压vs3。

随着脉动电压继续上升，当脉动电压达到第四级led灯的开启电压，各灯串电流分别经过各自第四级led流向通道4、通道8、通道12和通道16；此时如图3所示，通道电流i_wled、i_rled、i_gled和i_bled由wrgb恒流电路确定，电流经高压mos管hm13～16流向采样电阻r3～6，并在采样电阻上产生压降v1～4，这些电压值作为反馈信号接到误差放大器的反向输入端，直到与同相输入端电压vref1相等，得到通道的恒定电流值分别为vref1/r3、vref1/r4、vref1/r5和vref1/r6；通过改变电阻r3～6的值来调节各颜色灯串的恒定电流，实现彩色驱动，调节光谱分布，提高照明效率。

随着脉动电压进一步增大，能够维持各led灯串电流稳定在恒流值，脉动电压达到峰值后，逐渐下降，下降到一定程度后，不足以维持电流恒定，各led灯串电流开始下降，当脉动电压下降到小于第四级led的开启电压时，mos开关管hm9～12打开，通道3、通道7、通道11和通道15导通，wled4、rled4、gled4和bled4单元熄灭。

在t4时刻，当脉动电压逐渐下降到小于vs3，逻辑控制电路打开高压mos开关管hm5～8打开，通道2、通道6、通道10和通道14导通，led电流从通道2、通道6、通道10和通道14流过，wled3、rled3、gled3和bled3单元熄灭。

在t5时刻，当脉动电压逐渐下降到小于vs2，逻辑控制电路打开高压mos开关管hm1～4打开，通道1、通道5、通道9和通道13导通，led电流从通道1、通道5、通道9和通道13流过，wled2、rled2、gled2和bled2单元熄灭。

在t6时刻，当脉动电压逐渐下降到小于vs1，流过通道1、通道5、通道9和通道13的电流逐渐减小，当脉动电压逐渐下降到小于wled1、rled1、gled1和bled1单元的开启电压时，wled1、rled1、gled1和bled1单元熄灭。

图4为本实施例中一种四通道交流驱动芯片电路中wrgb灯串的工作波形图；图5为本实施例中一种四通道交流驱动芯片电路的wled、rled、gled及bled灯串的电流工作波形图。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。