专利名称：一种高效率、高功率因数的led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，更具体的说，涉及ー种应用于LED装置的驱动电路及其驱动方法。
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照明作为ー种革命性的节能照明技木，正在飞速发展。然而，由于LED灯的亮度与光输出强度參数相关，其与它的电流及正向压降成正比，井随温度变化而变化。因此，LED的驱动需要恒流电源，以保证LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。可见，选择正确的LED驱动至关重要。没有好的LED驱动电源的匹配，LED照明的优势无法得以体现。现有技术中，LED驱动电源多采用升压型转换方法。然而，基于降压型结构的驱动 电源可以与很多环路控制结构进行很好的匹配，而且不用考虑稳定性的限制，滞回控制也适合在开关频率变换比较快和输入范围较小的情况下应用。这种特性刚好满足LED电源的要求。现有的降压型转换方法由于种种限制应用并不广泛。參考图1，所示为ー种现有的采用降压转换的LED驱动电路，包括功率级电路、控制电路和驱动电路等。采用这种实现方法，为了给控制电路提供供电电源，额外设置了ー辅助绕组104与功率级电路中的电感105耦合来获取电量，而增加了电感的体积，不符合当今小型化的需求。另外，由于功率级电路中的功率开关管101和控制电路103不是在同一电位上，因此功率开关管101的驱动器102需要采用浮驱动技术，増加了电路复杂度，成本也相对较高；并且，一般的浮驱动电路的损耗也比采用直接驱动方式的驱动电路的损耗大ー些。參考图2，所示为另ー种采用现有技术的降压转换的LED驱动电路，与图I所述的驱动电路结构不同的地方在于其采用ー単独的线性降压管201给所述控制电路提供供电电源。但是采用这种供电方法，线性稳压管的损耗会随着交流输入电源的变换而变化。对于输入电源电压较高的场合，线性稳压管的损耗也较大，并且是不可忽略的，使得驱动电路的转换效率较低。同时，由于采样电阻203只能采样功率开关管204导通时的输出电感电流，使得控制电路202无法直接接收LED上的电流信号，因此LED电流的调整精度下降。尤其对于输入电压范围较宽，输出电感的电感量变化较大的场合，LED电流的调整精度会更差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效率、高功率因数的LED驱动电路，以解决功率开关管驱动电路复杂以及采样精度不准的问题。依据本发明一实施例的一种高效率、高功率因数的LED驱动电路，用以驱动一 LED装置，包括一整流桥，其接收ー交流输入电压源以获得第一输入电平和第二输入电平，其特征在于，所述LED驱动电路进一歩包括控制电路、LED电流检测电路和功率级电路；其中，
所述LED电流检测电路与所述LED装置连接，用以产生表征所述LED装置的驱动电流和期望驱动电流之间误差的反馈信号；所述功率级电路包括一功率开关管，所述功率开关管的第一功率端连接至第一输入电平，第二功率端连接至地；所述控制电路分别与所述LED电流检测电路和所述功率级电路连接，用以根据接收到的所述反馈信号以及所述功率开关管的漏源电压产生ー控制信号；在每ー开关周期内，当所述漏源电压到达谷底时，所述控制信号控制所述功率开关管开通，在经过所述反馈信号表征的ー固定时间区间后，关断所述功率开关管，以保证所述LED装置的驱动电流恒定，并且保证所述LED驱动电路的平均输入电流跟随所述 交流输入电压源。进ー步的，所述控制电路包括关断信号发生电路，开通信号发生电路和逻辑电路；其中，所述开通信号发生电路，用以检测所述漏源电压，当所述漏源电压到达谷底吋，产
生ー开通信号；所述关断信号发生电路，用以接收所述反馈信号，在经过所述反馈信号表征的ー固定时间区间后，产生ー关断信号；所述逻辑电路，分别与所述开通信号发生电路和所述关断信号发生电路连接，以根据接收到的所述开通信号和所述关断信号产生所述控制信号。优选的，所述关断信号发生电路在所述功率开关管导通时间区间内，将所述反馈信号与ー斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号到达所述反馈信号时，产生所述关断信号。优选的，当检测到所述漏源电压过零后的一预设延时时间后，产生所述开通信号。优选的，所述逻辑电路包括一 RS触发器，其复位端接收所述关断信号，置位端接收所述开通信号，输出端的输出信号作为所述控制信号。优选的，所述功率级电路为降压型拓扑结构。优选的，LED驱动电路包括一由串联连接在所述功率级电路的电感和所述LED装置的公共连接点和地之间的ニ极管和电容组成的偏置电源发生电路，所述ニ极管和所述电容的公共连接点处的电压作为所述控制电路的偏置电源。优选的，所述功率级电路为升压-降压型拓扑结构。优选的，功率级电路中的输出ニ极管和所述LED装置的公共连接点处的电压作为所述控制电路的偏置电源。优选的，所述功率开关管为一由串联连接的第一功率开关管和第二功率开关管组成的复合功率开关管；其中，所述第一功率开关管的第一功率端为所述复合功率开关管的第一功率端，所述第二功率开关管的第二功率端为所述复合功率开关管的第二功率端，所述第二功率开关管的控制端为所述复合功率开关管的控制端；并且，所述第一功率开关管的控制端和所述第二功率开关管的第二功率端之间连接一电压基准源。采用本发明的LED驱动电路，至少可以达到以下有益效果(I)可以根据输入电源和输出电压的关系，设置不同的外围电路，而配置为与应用场合匹配的不同的降压型驱动电路和升压-降压型驱动电路，从而可以应用于更多的场合；
(2)由于功率开关管与控制电路共地，因此可以采用直接驱动方式来驱动功率开关管，减小了电路板的体积，降低了电路的成本；有利于降低驱动损耗，同时能较容易实现软开关的驱动，減少开关损耗；(3)控制电路能直接接收LED的驱动电流的反馈信息，从而提高了 LED电流的调制精度；并且保证平均输入电流能够跟随正弦波输入电压源，获得了一较高的功率因数；(4)控制电路中元器件的电源可以从功率级电路直接获取，不再需要复杂的磁性元件如变压器或者多绕组的电感以及功率开关管等器件，从而进一歩降低了成本和功率损耗。
图I所示为采用现有技术的ー种降压型LED驱动电路的原理图； 图2所示为采用现有技术的另一种降压型LED驱动电路的原理图；图3A所示为依据本发明ー实施例的LED驱动电路的原理框图；图3B所示为图3A所示的依据本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图；图4所示为依据本发明ー实施例的具有偏置电源的降压型LED驱动电路的原理框图；图5A所示为依据本发明另一实施例的具有复合功率开关管的降压型LED驱动电路的原理框图；图5B所示为图5A所示的依据本发明实施例的LED驱动电路的控制电路的工作波形图；图6所示为依据本发明ー实施例的LED驱动电路的控制电路的原理框图；图7所示为依据本发明另一实施例的升压-降压型LED驱动电路的原理框图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但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髄和范围上做的替代、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。參考图3A，所示为依据本发明ー实施例的LED驱动电路的原理框图。在该实施例中，正弦波交流输入电源AC经过整流桥和滤波电容C2后，转换为一正弦半波直流输入电压Vin，其具有第一输入电平Vin+和第二输入电平Vin_。以功率级电路为降压型拓扑结构为例，功率开关管Q1、输出ニ极管D1、输出电感LI、输出电容Cl构成一成降压型拓扑结构的功率级电路。当然输出电容Cl并不是必须的，在某些应用场合，其可以省略。这里，以功率开关管Ql为N型功率MOSFET为例进行说明。功率开关管Ql的漏极连接至所述第一输入电平Vin+,源极连接至地；输出ニ极管Dl连接在所述第二输入电平Vin-和功率开关管Ql的源极之间；输出电感LI连接在所述LED装置和所述第二输入电平之间；输出电容Cl并联连接在所述LED装置和输出电感LI的公共连接点和功率开关管Ql的源极之间，以减小所述LED装置上的交流电流分量。LED电流检测电路包括检测电阻306和误差放大器307 ;其中检测电阻306的一端与所述LED装置连接，公共连接点为A，另一端与功率开关管Ql的源极连接，公共连接点为B ;误差放大器307的反相输入端连接至公共连接点B，同相输入端通过表征LED装置的期望驱动电流的电压基准源Vref连接至公共连接点A。由于检测电阻306直接与LED装置连接，因此可以直接获得精确的LED装置的驱动电流信息Vsmse ;误差放大器307将接收到的所述驱动电流信息Vsmse和电压基准源VMf之间的误差进行放大以获得表征所述LED装置的当前驱动电流与期望驱动电流之间误差信息的反馈信号Ve OT。 在该实施例中，控制电路301包括关断信号发生电路302，开通信号发生电路303和逻辑电路304。其中，开通信号发生电路303接收功率开关管Ql的漏源电压Vds，当漏源电压Vds到达谷底吋，产生开通信号Sm ;关断信号发生电路302接收所述反馈信号V_OT，并根据所述反馈信号Votot产生一具有固定时间区间的关断信号Stjff ;逻辑电路分别接收开通信号Sm和关断信号Stjff来产生控制信号驱动电路305接收所述控制信号Vrfri以相应的产生驱动信号Ve来直接驱动功率开关管Q1。在该实施例中，由于功率开关管Ql的源极直接连接至地，并且和控制电路301共地，因此驱动信号Ve可以直接驱动功率开关管Ql。以下结合图3B所示的图3A所示的依据本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图来详细说明LED驱动电路的工作原理。图3A所示的依据本发明实施例的LED驱动电路工作在电感电流断续模式(DCM)。在每ー开关周期内，在功率开关管Ql的关断时间区间内(包括电感电流れ数值为零的时间区间)，电感LI，功率开关管Ql的寄生电容以及线路阻抗发生谐振，因此功率开关管Ql的漏源电压Vds呈衰减的正弦波波形。通过开通信号发生电路303检测所述漏源电压VDS，以在漏源电压Vds的谷底处开通功率开关管，以将开关损耗减小至最小甚至是零，实现功率开关管Ql的软开关。然后，关断信号发生电路302根据接收到的反馈信号Ve OT在一定的固定时间区间后产生ー关断信号Stjff来关断所述功率开关管Q1。所述固定时间区间tm的长度由反馈信号来控制。由于反馈信号表征了 LED驱动电路的当前驱动电流和期望输出电流之间的差值，因此通过反馈信号对固定时间区间的长度的调节，实现了功率开关管Ql的导通时间长度的控制，进而对LED驱动电路的驱动电流进行相应调节，使之与期望驱动电流保持一致。由于，在正弦半波输入电压Vin的线半周期内，反馈信号Votot基本保持不变，所以固定时间区间tm基本保持不变，即导通时间的长度基本不变。并且，由降压型功率级电路的工作原理可以得知，电感电流峰值ipk的数值可以表示为
权利要求
1.一种高效率、高功率因数的LED驱动电路，用以驱动一 LED装置，包括一整流桥，其接收ー交流输入电压源以获得第一输入电平和第二输入电平，其特征在干，所述LED驱动电路进一步包括控制电路、LED电流检测电路和功率级电路；其中， 所述LED电流检测电路与所述LED装置连接，用以产生表征所述LED装置的驱动电流和期望驱动电流之间误差的反馈信号； 所述功率级电路包括一功率开关管，所述功率开关管的第一功率端连接至第一输入电平，第二功率端连接至地； 所述控制电路分别与所述LED电流检测电路和所述功率级电路连接，用以根据接收到的所述反馈信号以及所述功率开关管的漏源电压产生ー控制信号； 在每ー开关周期内，当所述漏源电压到达谷底时，所述控制信号控制所述功率开关管开通，在经过所述反馈信号表征的ー固定时间区间后，关断所述功率开关管，以保证所述LED装置的驱动电流恒定，并且保证所述LED驱动电路的平均输入电流跟随所述交流输入电压源。
2.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括关断信号发生电路，开通信号发生电路和逻辑电路；其中， 所述开通信号发生电路，用以检测所述漏源电压，当所述漏源电压到达谷底吋，产生ー开通信号； 所述关断信号发生电路，用以接收所述反馈信号，在经过所述反馈信号表征的ー固定时间区间后，产生ー关断信号； 所述逻辑电路，分别与所述开通信号发生电路和所述关断信号发生电路连接，以根据接收到的所述开通信号和所述关断信号产生所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述关断信号发生电路在所述功率开关管导通时间区间内，将所述反馈信号与ー斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号到达所述反馈信号时，产生所述关断信号。
4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在干，当检测到所述漏源电压过零后的一预设延时时间后，产生所述开通信号。
5.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述逻辑电路包括一RS触发器，其复位端接收所述关断信号，置位端接收所述开通信号，输出端的输出信号作为所述控制信号。
6.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率级电路为降压型拓扑结构。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，包括一由串联连接在所述功率级电路的电感和所述LED装置的公共连接点和地之间的ニ极管和电容组成的偏置电源发生电路，所述ニ极管和所述电容的公共连接点处的电压作为所述控制电路的偏置电源。
8.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率级电路为升压-降压型拓扑结构。
9.根据权利要求8所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率级电路中的输出ニ极管和所述LED装置的公共连接点处的电压作为所述控制电路的偏置电源。
10.根据权利要求I所述的LED驱动电路，其特征在于，所述功率开关管为一由串联连接的第一功率开关管和第二功率开关管组成的复合功率开关管；其中，所述第一功率开关管的第一功率端为所述复合功率开关管的第一功率端，所述第二功率开关管的第二功率端 为所述复合功率开关管的第二功率端，所述第二功率开关管的控制端为所述复合功率开关管的控制端；并且，所述第一功率开关管的控制端和所述第二功率开关管的第二功率端之间连接一电压基准源。
全文摘要
本发明涉及一种高效率、高功率因数的LED驱动电路，用以驱动一LED装置，其利用一LED电流检测电路与所述LED装置连接，用以产生表征所述LED装置的驱动电流和期望驱动电流之间误差的反馈信号；控制电路分别与所述LED电流检测电路和所述功率级电路连接，用以根据接收到的所述反馈信号以及所述功率开关管的漏源电压产生一控制信号；在每一开关周期内，当所述漏源电压到达谷底时，所述控制信号控制所述功率开关管开通，在经过所述反馈信号表征的一固定时间区间后，关断所述功率开关管，以保证所述LED装置的驱动电流恒定，并且保证所述LED驱动电路的平均输入电流跟随所述交流输入电压源。
文档编号H05B37/02GK102695339SQ20121016320
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者陈伟 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司