一种控制电路、过压保护电路、控制芯片及驱动电源的制作方法

1.本技术涉及驱动电源领域，尤其涉及led驱动电源的控制电路、过压保护电路、控制芯片。


背景技术：

2.led驱动电源是指为led灯提供恒定输出电流的电源，通常led驱动电源的输入接220市电或110v市电，而led灯会根据发光亮度需求而选择不同的led灯串数量。当led灯数量不同时，整体的led灯的顺向电压也会不同，为了减小流入led灯的电流纹波，通常在led灯两端并联一个输出电解电容。因为led灯两端并联了电解电容，如果电解电容的电压远高于led灯的顺向电压，当电解电容对led灯碰触放电时，将会烧毁led灯珠，并且，如果电解电容的额定电压选择过低则会烧毁电解电容，而额定电压选择过高则会出现体积过大的问题。
3.所以led驱动电源在为led灯提供恒流输出的同时，还需要考虑限制输出电压，使得输出电解电容可以选择只比led灯的顺向电压高一点点的电解电容，最合理化成本和性能折中。
4.在现有技术中，通过检测消磁时间与电路预定的固定时间常数相比较，如果消磁时间短于固定的时间常数，那么将会判定为触发输出过压保护。但是由于目前led驱动电源多数用于非常高的温度环境，在芯片触发过温保护时，芯片将会降低输出电流，从而使得消磁时间也会变短，进而短于固定的时间常数而误判断为过压保护。另一方面，现有的控制电路结构复杂，增加了控制芯片成本。同时，若环境温度变化，特别是达到高值，相应的限值仍然固定(特别是，仍然保持高位)，则可能给电源系统造成危害。
5.所以目前需要新的技术来解决这种在电路控制中出现的问题。


技术实现要素：

6.鉴于此，本技术的目的在于提供一种控制电路、过压保护电路、控制芯片及驱动电源，以解决现有过压保护电路中由于温度变化而导致的过压保护误判以及，控制电路结构复杂，和温度可能给电源系统造成危害等问题。
7.本技术的技术方案如下：
8.第一方面，本技术提供一种控制电路，包括：基准电压源，用于提供基准电压；逻辑控制模块，基于所述基准电压以及驱动mos管的采样电压，关闭所述驱动mos管；所述驱动mos管关闭状态下，所述逻辑控制模块基于所述驱动mos管的栅端电压，开启所述驱动mos管。本方案的控制电路提供了一种有效的驱动电源控制方法，控制电路简单、有效，控制成本低。
9.进一步的，所述基准电压源包括基准模块和过温保护模块，所述基准模块生成不随温度发生变化的基准电压，所述基准电压经所述过温保护模块输出。提供不随温度变化的基准电压，系统各功能可正常工作，不受温度影响；另一方面，基准模块的基准电压经过
温保护模块输出，例如过温保护模块根据过温保护策略(例如过温点)对接收的基准电压做出或不做处理后输出，输出的基准电压可能就是接收的基准电压，也可能是经过处理后的与接收的基准电压不同大小的基准电压，将该基准电压输入控制电路的其它模块作为基准电压或参考电压(例如比较器u1和u2的输入端)。所述作为基准电压或参考电压的电压是与过温保护策略有关，确保了驱动电源的控制可以跟环境温度适应性相关，保护了驱动电源安全。此外，逻辑控制模块在过压保护时，参考的基准电压是从过温保护模块输出的，其值的大小参考了环境温度，可以避免芯片工作的环境温度造成芯片误判而进入过压保护模式。
10.进一步的，所述逻辑控制模块包括：第一比较器，所述第一比较器的第一输入端输入所述驱动mos管的采样电压，第二输入端输入所述基准电压，当所述驱动mos管的采样电压大于等于所述基准电压时，所述第一比较器的输出信号发生翻转；消磁检测模块，所述消磁检测模块通过检测所述驱动mos管的栅端电压来判断系统电感是否消磁结束，若系统电感消磁结束，则所述消磁检测模块输出第一信号；逻辑处理单元，所述第一比较器输出的翻转电平触发所述逻辑处理单元产生关闭信号来关闭所述驱动mos管；所述第一信号触发所述逻辑处理单元产生开启信号来开启所述驱动mos管。
11.通过消磁检测模块检测驱动mos的栅端电压来判断系统的电感电流是否零，系统电感电流为零(即电感消磁结束)后，消磁检测模块将会触发逻辑功能模块产生开启驱动mos信号；当驱动mos打开时，采样电压与vcs电压相比较，大于等于vcs时，第一比较器翻转，触发逻辑功能模块产生关闭驱动mos信号，从而关闭mos。
12.进一步的，所述驱动mos管连接有采样电阻，当所述驱动mos管导通时，电流流过所述采样电阻形成所述采样电压。需要说明的是，采样电压反映了流过驱动mos的电流大小，当电流达到峰值时，采样电压也达到最大值。由于其可以通过在驱动mos一端采集电压的方式获得，所以本技术中采样电压可称为是驱动mos管的采样电压。
13.第二方面，本技术提供一种过压保护电路，包括：电流源、电容、第二比较器、以及第一方面提供的一种控制电路；所述电流源用于提供电流；所述电容基于所述电流源提供的电流进行充电形成第一电压；所述第一电压和所述基准电压输入至所述第二比较器，当所述第一电压大于所述基准电压时，所述第二比较器输出信号发生翻转；所述控制电路比较时间t1与时间t2的时间长短，当t2比t1时间短时，所述控制电路触发保护逻辑；其中，所述时间t1为电容从0充电到大于所述基准电压的时间；所述时间t2为系统电感消磁时间。通过判断电感的消磁时间与电容充电到vcs的时间长短，来判断是否过压，判断方式简单，电路实现容易。此方案，经过温保护模块输出的基准电压输入到第二比较器作为基准或者参考电压，其值的大小参考了环境温度，可以避免芯片工作的环境温度造成芯片误判而进入过压保护模式。这里，触发保护逻辑指代触发过压保护。
14.进一步的，所述电流源包括运算放大器、第二电阻和电流镜；一固定电流流过第一电阻形成过压保护电压；所述运算放大器将所述过压保护电压钳位至所述第二电阻，以形成偏置电流，该偏置电流作为所述电流镜的输入电流；所述电流镜的输出电流输出至所述电容进行充电，形成第一电压。
15.进一步的，当所述驱动mos管开启时，所述电容的电压被下拉为零；当所述驱动mos管关闭时，所述电流镜输出电流对所述电容充电形成第一电压。
16.进一步的，通过检测所述驱动mos管的栅端电压来获得所述时间t2。
17.第三方面，本技术提供一种控制芯片，所述控制芯片包括第二方面提供的一种过压保护电路。
18.第四方面，本技术提供一种驱动电源，所述驱动电源包括第三方面提供的一种控制芯片。
19.与现有技术相比较，与现有技术相比较，本技术方案中一方面控制电路简单，生产成本低；一方面，为系统提供的电压不会受到环境温度的影响；且，根据过温保护策略适应性地改变两个比较器的参考电压，一方面保证了驱动电源的安全，另一方面，确保电路不误触过压保护逻辑。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本技术的主旨。
21.图1示出了本发明一实施例提供的一种控制电路结构示意图；
22.图2示出了本发明一实施例提供的基准电压-温度曲线示意图；
23.图3示出了本发明一实施例提供的一种过压保护电路结构示意图；
24.图4示出了本发明一实施例提供的一种驱动电源结构示意图；
25.100-控制电路；200-控制芯片；1-基准电压源；2-逻辑控制模块。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
29.如图1所示，本实施例提供一种控制电路100，该控制电路100连接至一驱动mos管
m1，控制电路基于一基准电压、以及该驱动mos管m1的栅极电压和该驱动mos管m1的采样电压，控制该驱动mos管m1的关断和开启。驱动mos管m1除如上述方式独立于控制电路以外，还可以包含于上述控制电路以内。
30.可选地，该控制电路100包括基准电压源1和逻辑控制模块2，基准电压源用于提供一基准电压vcs，逻辑控制模块2包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，逻辑控制模块的第一输入端与基准电压源1连接，输入基准电压源提供的基准电压vcs，第二输入端与驱动mos管m1的一端(如，源极)连接，输入采样电压(也称为驱动mos管m1的采样电压)，逻辑控制模块2基于该基准电压以及该驱动mos管m1的采样电压，产生关闭该驱动mos管m1的控制信号；逻辑控制模块的第三输入端与该驱动mos管m1的栅极连接，输入(检测)该驱动mos管m1的栅极电压，当该驱动mos管m1处于关闭状态后，逻辑控制模块基于驱动mos管m1的栅极(栅端)电压，产生开启该驱动mos管m1的控制信号；逻辑控制模块的输出端也连接至该驱动mos管的栅极，输出控制信号至该驱动mos管，控制该驱动mos管m1的关闭或开启。
31.可选地，在本实施例中，基准电压源包括基准模块和过温保护模块，基准模块的输出端连接至过温保护模块的输入端，过温保护模块的输出端连接至逻辑控制模块的第一输入端，基准模块生成基准电压vref并输入至过温保护模块后经所述过温保护模块输出，如基准电压vcs；具体地，基准电压vref经过温保护模块处理成电压vcs后输出至逻辑控制模块，作为逻辑控制模块接收的基准电压vcs。具体地，过温保护模块根据过温保护策略对接收的基准电压做出或不做处理后输出，输出的基准电压vcs可能就是接收的基准电压vref，也可能是经过处理后的与接收的基准电压vref不同大小的基准电压，将该基准电压vcs输入控制电路的其它模块作为基准电压或参考电压(例如比较器u1和u2的输入端)。确保了驱动电源的控制(如mos的关闭)可以跟环境温度适应性相关，保护了驱动电源安全。如图2所示，当温度到达过温点后，经过温保护模块输出的电压vcs形成单调向下的曲线(也可认为是的单调向下的负温度曲线)，即过温保护模块输出到第一输入端的基准电压vcs随着温度的增加而减少。该负温度曲线可以是斜率为负的直线，即过温保护模块输出到第一输入端的基准电压vcs随着温度的增加而线性减少。一些实施方式中，温度到达过温点前，经过温保护模块输出的电压vcs是恒定值，优选地，该恒定值即为基准模块输出的基准电压vref。即，vcs＝vref。
32.本实施例中提供的基准电压vref不随温度变化。可选地，所述基准模块为bandgap(带隙基准)。
33.可选地，逻辑控制模块包括第一比较器u1、逻辑处理单元(图3中虚线框)和消磁检测模块，第一比较器u1的第二输入端与基准电压源输出端(如过温保护模块的输出端)连接，接收电压vcs，第一比较器的第一输入端与驱动mos管的一端(如，源极)连接，第一比较器的输出端连接至逻辑处理单元，采样电压和电压vcs分别通过第一比较器的第一输入端和第二输入端输入，第一比较器将电压vcs和采样电压进行比较，当采样电压大于等于电压vcs时，第一比较器的输出信号发生翻转(如，从低电平翻转为高电平，或者从高电平翻转为低电平，具体如何翻转与两个输入信号输入到同相端、反相端的具体情况有关)，触发逻辑处理单元产生关闭信号，从而关闭驱动mos管m1。也就是说，当采样电压大于等于电压vcs时，所述第一比较器u1输出的翻转电平触发所述逻辑处理单元产生关闭信号来关闭所述驱动mos管。消磁检测模块的输入端与驱动mos管的栅极连接，输出端连接至逻辑处理单元，当
驱动mos管关闭后，消磁检测模块检测驱动mos管m1的栅极电压来判断系统的电感是否消磁结束(即判断系统的电感电流是否为零)，若系统的电感消磁结束(即系统的电感电流为零)，则消磁检测模块输出第一信号至逻辑处理单元，触发逻辑处理单元产生开启信号，从而开启驱动mos管。可以理解地，第一比较器u1的第一、第二输入端即逻辑控制模块2的第二输入端、第一输入端。
34.在一个可行的实施例中，该驱动mos管连接有一采样电阻rcs，采样电阻的另一端接地，当驱动mos管打开时，电流流过采样电阻形成本实施例所述的采样电压。可选地，该驱动mos管的源极连接该采样电阻rcs。
35.在一个可行的实施例中，逻辑处理单元具体包括逻辑模块和一驱动，如图3所示。该驱动根据控制信号输出驱动信号用于驱动所述驱动mos。
36.如图3所示，本实施例还提供一种过压保护电路，该过压保护电路包括电流源、电容c1、第二比较器u2和前述控制电路100，电流源的输出端与电容c1连接时，电流源输出一电流对电容c1充电，从而在电容c1上形成第一电压。第二比较器u2的第一输入端与基准电压源连接，接收基准电压源输出的电压vcs，第二输入端与电容c1连接，输入第一电压，当第一电压大于电压vcs时，第二比较器u2的输出信号翻转，第二比较器的输出端连接至该控制电路100，所述控制电路比较时间t1与时间t2的时间长短，当t2比t1时间短时，触发保护逻辑(过压保护)。可选地，触发保护逻辑时，关闭所述驱动mos管，或者说，所述驱动mos管维持关闭，即不能开启。换句话，在触发保护逻辑后，驱动mos管处于关闭状态，其不能被开启，直至过压保护状态被解除。其中，所述时间t1为电容从0充电到大于所述基准电压vcs的时间；所述时间t2为消磁时间(即图4中l1的消磁时间，或续流二极管d1的续流时间，具体为驱动mos关闭后至l1上流过的电流为零的时间)，可通过检测所述驱动mos管的栅端电压来获取。具体地，当所述驱动mos管开启时，所述电容c1的电压被下拉为零；当所述驱动mos管关闭时，电流源输出一电流对所述电容充电形成第一电压。可以理解地，控制电路记录从驱动mos管关闭到第二比较器u2翻转的时间tovp(ovp表示过压保护)，控制电路中的逻辑处理单元比较时间tovp与消磁时间td的长短，当消磁时间td比时间tovp长的时候，电路(芯片)正常工作，不触发过压保护逻辑；当消磁时间td比时间tovp短的时候，触发过压保护逻辑。一种实施方式中，不触发过压保护逻辑时电路(芯片)正常工作，驱动mos可以正常导通。可以理解地，时间t1实际上也就是时间tovp，即，电容从0充电到大于所述基准电压的时间实际上就相当于从驱动mos管关闭到第二比较器翻转的时间；而电容充电到大于所述基准电压的时间实际上也可认为是充电到所述基准电压的时间。逻辑处理单元比较时间tovp与消磁时间td的长短的方式可以是对接收到的消磁检测模块输出的信号(如，检测到d1或l电流为0时，输出高电平)与第二比较器输出的信号进行逻辑运算(如，与运算)。当消磁检测模块输出输出高电平时，若与的结果为0，则触发过压保护；若否，则正常工作。
37.而前述时间t2即消磁时间td，可以通过检测所述驱动mos管的栅端电压来获取。可以理解地，消磁时间td即mos关闭后到系统电感(图4中电感l1)电流为0的时间，可以通过消磁检测模块来检测。例如，当消磁检测模块检测到系统电感(图4中电感l1)电流为0，则其输出电平翻转，翻转的时刻代表了电感电流为0的时刻。
38.在一个可选的实施方式中，上述电流源包括运算放大器u3、第二电阻rb和电流镜；运算放大器u3的第一输入端接收一电压，运算放大器u3的第二输入端连接至第二电阻rb的
第一端和开关管m4(以mos管为例，以下称为mos管m4)的第一端，第二电阻rb的第二端接地。第二电阻rb的第一端还与电流镜的输入端连接。一个实施例中，如图3所示，第二电阻rb的第一端连接mos管m4的第一端，该mos管的第二端连接电流镜的输入端。运算放大器u3的输出端连接该mos管的控制端。需要说明的是，该mos管可以不需要。即将u3的输出直接与rb的第一端和电流镜的输入端连接。
39.可选地，运算放大器u3的第一输入端接收的电压可通过第一电阻rovp和一固定电流提供，如图3所示。需要注意的是，第一电阻rovp通常设置为外置的，不包括在上述过压保护电路内，在控制芯片外部，称为过压保护设置电阻，用于调节u3第一端的电压；当然，其也可以包括在上述过压保护电路，或将其设置在芯片内部。
40.具体地，一固定电流lb(可通过一恒流源提供)流过第一电阻rovp产生电压vovp(ovp表示过压保护)，电压vovp由运算放大器u3钳位至第二电阻rb，从而形成偏置电流vovp/rb，该偏置电流作为电流镜的输入电流，电流镜的输出电流输出至电容c1，对电容c1进行充电，形成第一电压。此外，如图3所示，本实施例的电流镜采用两个mos管构成，实际中，组成电流镜的方式有很多，本技术在此不具体限制。需要清楚的是，电流镜的输出电流与其输入电流成比例，比例系数为k(输出比输入)，其与选择的各mos管有关。
41.为了实现电流镜的输出端可选择性地连接至上述电容c1，或者，实现对电容c1的充放电控制。本技术采用一开关模块。所述电流源的输出端连接所述开关模块的第一端；所述开关模块的第二端与所述第二比较器的第二端、所述电容c1的第一端共接(可以理解地，共接，指代这三个端子连接在一起)；所述开关模块的第三端、所述电容c1的第二端接地；所述开关模块的控制端与所述驱动mos管m1的控制端连接。
42.可选地，如图3所示，所述开关模块包括第一开关管m2(例如mos管，如nmos)、第二开关管m3(例如mos管)；所述第一开关管、第二开关管的控制端与所述与所述驱动mos管m1的控制端连接(也可认为是与前述控制电路的逻辑控制模块的输出端连接)；所述第一开关管的第一端与所述电流镜的输出端连接；所述第一开关管的第二端、所述第二开关管的第一端、所述电容c1的第一端、所述第二比较器的第二端共接；所述第二开关管的第二端接地。本方案提出了具体的开关模块，其可以根据驱动mos的栅端电压来判断驱动mos的状态，从而决定对上述电容c1进行充电还是放电。
43.可选地，第一开关管m2和第二开关管m3为不同类型的mos管，其接收相同的控制信号，分别呈现相反的通断状态。即，m2和m3不同时开启或同时关断，而是一个处于开启，另一个则处于关断。若m2为pmos，则m3为nmos；若m2为nmos，则m3为pmos。例如，m1、m3选择为nmos，m2选择为pmos；或者，m1、m3选择为pmos，m2选择为nmos。
44.下面结合图3对过压保护电路原理进行介绍。
45.通过电感的伏秒特性，可以知道：
46.l*ip＝vout*td
47.其中，l为l1的电感量，ip为峰值电流，vout为输出电压，td为消磁时间；
48.而ip＝vcs/rcs
49.从而：
50.vout＝(l*vcs)/(rcs*td)
51.假设td为一个固定时间常数，那么vout电压也是固定的，td越小，vout越大，所以
本技术的过压保护逻辑就是：检测td，用td与一个参数相比较，td时间小于这个参数时，触发逻辑处理单元进入保护状态，从而使vout限制在一个参考值上。
52.当驱动mos管导通时，m2和m3的控制端(栅极)均连接至驱动mos管m1的栅极(即前述控制电路的逻辑控制模块的输出端)。因此，m2关闭，m3导通，此时，m2关闭，则电流镜输出端不能输出电流到电容c1对其充电；m3导通，则电容c1通过m3放电，电容c1电压被下拉为零。当驱动mos管关闭时，m2开启，m3关闭，此时，电容c1的放电回路断开，电流镜输出端通过m2连接至电容c1，从而电流镜输出的电流对电容c1充电形成第一电压。该电压大于vcs电压时，比较器翻转，从驱动mos关闭到比较器翻转这段时间，我们记录为tovp，芯片逻辑功能模块将比较tovp与td的时间长短，当td比tovp时间长的时候，芯片正常工作，不会触发保护；当td比tovp时间短时，芯片触发过压保护逻辑。
53.本技术的驱动电源的输出由第一电阻rovp决定，原理如下(以电流镜输入输出的比值k为1举例)：
54.ib*rovp/rb＝ic1
55.c1*vcs＝(ib*rovp*tovp)/rb
56.其中，ic1为电容c1的充电电流，c1为电容c1的容量；
57.从而：
58.tovp＝(c1*vcs*rb)/(ib*rovp)
59.当tovp＝td时，那么有
60.vout＝(l*vcs)/(rcs*td)＝((l*vcs)/rcs)*((ib*rovp)/(c1*vcs*rb))
61.从而有
62.vout＝(l*ib*rovp)/(rcs*c1*rb)。
63.即本技术通过设置第一电阻rovp的电阻值，即可设置输出电压vout的电压值，其它参数皆为固定参变量，与温度无关。
64.本实施例还提供一种控制芯片，该控制芯片包括上述过压保护电路。
65.本实施例还提供一种控制芯片，该控制芯片包括上述控制电路。
66.如图4所示，本实施例还提供一种驱动电源，该驱动电源包括整流桥、电容e1、电阻r1、电容e2、电感l1、二极管d1以及上述控制芯片。
67.具体的，在本实施例中，电阻r1和电容e1并联构成滤波电路，整流桥的输出端连接至滤波电路，具体地，整流桥的输出端连接至电阻r1的第一端、电容e1的第一端，电阻r1的第二端、电容e1的第二端接地，该滤波电路将整流桥输出的电压滤波为恒定的电压。此外，整流桥的输出端还连接二极管d1的第一端、电容e2的第一端，电容e2的第一端、第二端也分别作为驱动电源的输出端(vout+、vout-)。电容e2的第二端连接电感l1的第一端，电感l1的第二端连接二极管d1的第二端、以及控制芯片。一种实施方式中，电感l1的第二端连接控制芯片，具体为控制芯片内驱动mos的漏极。
68.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施侧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的部分互相参见即可。
69.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。