專利名稱：一種電感電流檢測電路以及應用其的led驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，更具體的說，涉及一種開關電源中的電感電流檢測電路以及應用其的LED驅動電路。
背景技術：
隨著照明行業的不斷創新和迅速發展，加之節能和環保日益重要，LED照明作為一種革命性的節能照明技術，正在飛速發展。但是，由于LED自身的伏安特性及溫度特性，使得LED對電流的敏感度要高于對電壓的敏感度，故不能由傳統的電源直接給LED供電。因此，要用LED作照明光源首先就要解決電源驅動的問題。傳統的LED驅動電源雖然可以實 現LED亮度調節，但是不能實現功率因數校正，輸入功率因數比較低，諧波比較大。參考圖1，所不為米用現有技術的一種LED驅動電路的原理框圖。交流輸入電源AC依次經過EMI抗電磁干擾電路、整流電路和濾波電容Cin進行整流濾波后，形成一直流輸入電壓Vin。功率級電路包括功率開關管QO，二極管DO和電感LO，以接收直流輸入電壓Vin，以產生恒定的輸出電流Itj來驅動負載LED。控制電路包括電流采樣電路，比較器CMP和RS觸發器。電流采樣電路與功率開關管QO連接，以采樣流過功率開關管QO的電流以獲得采樣電壓Vsmse,并與基準值Vref進行比較，比較結果輸入至RS觸發器的復位端；RS觸發器的置位端接收一固定頻率的時鐘信號CLK。在每一開關周期內，時鐘信號CLK置位RS觸發器，以控制功率開關管QO導通；在經過一定的時間后，當采樣電壓大于基準值時，復位RS觸發器，以控制功率開關管QO關斷。周而復始，根據所述時鐘信號CLK以及采樣電壓Vsense來控制功率開關管QO周期性的導通或者關斷，以維持輸出電流Itj恒定來驅動負載LED。可見，采用圖I所示的LED驅動電路，可以實現對負載LED的恒流驅動，但是不能實現功率因數校正，輸入功率因數比較低，諧波比較大。參考圖2,所不為米用現有技術的另一種LED驅動電路的原理框圖。功率級電路包括功率開關管Ql，二極管Dl和電感LI，以接收直流輸入電壓Vin，以產生恒定的輸出電流Itj來驅動負載LED。控制電路包括功率開關管的電流采樣電路，輸入電壓采樣電路，比較器CMP和RS觸發器。其工作原理為輸入電壓采樣電路(包括電阻Rl和R2)采樣直流輸入電壓Vin，以獲得輸入電壓采樣信號Vin ；電流采樣電路與功率開關管Ql連接，以采樣流過功率開關管Ql的電流以獲得采樣電壓Vsmse將輸入電壓采樣信號作為基準信號與采樣電壓進行比較，以通過RS觸發器控制功率開關管Ql的開通與關斷，從而實現對負載LED的驅動電流的控制，同時實現輸入端的功率因數校正。但是，采樣這種實現方法，由于只采樣功率開關管Ql的電流而沒有直接采樣負載電流，因此輸出電流控制精度不高；并且，上述LED驅動電路的功率因數校正并不理想，功率因數并不高。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種應用于開關電源中的電感電流檢測電路，以準確的獲得輸出電流信息，以及提供一種高效率、高功率因數的LED驅動電路。
依據本發明一實施例的電感電流檢測電路，應用于不連續導電模式的開關電源中，包括，電壓檢測電路，用以根據所述開關電源中的功率開關管的漏源電壓產生一采樣電壓；電壓保持電路，與所述電壓檢測電路連接，以接收所述采樣電壓，并進行采樣保持以獲得一保持電壓；比較電路，分別與所述電壓檢測電路和所述電壓保持電路連接，以分別接收所述采樣電壓和所述保持電壓，并對兩者進行比較；當檢測到所述采樣電壓小于所述保持電壓時，產生表征所述開關電源的電感電流結束時刻的過零信號。進一步的，所述電壓檢測電路包括一輔助電感；其中，所述輔助電感與所述開關電源中的電感耦接，以根據所述輔助電感上的感應電壓產生一感應電壓。
進一步的，所述電壓保持電路包括依次串聯連接在所述采樣電壓和地之間的電阻和電容，還包括與所述電阻并聯連接的開關管；在所述開關電源中的功率開關管的關斷狀態時刻，控制所述開關管導通，以在所述電阻和電容的公共連接點處產生所述保持電壓。優選的，所述比較電路包括一比較器，其同相輸入端接收所述保持電壓，反相輸入端接收所述采樣電壓，輸出端的輸出信號作為所述過零信號。依據本發明的一種高功率因數的LED驅動電路，包括上述的電感電流檢測電路，還包括，功率級電路和控制電路；所述控制電路接收所述過零信號，以產生相應的控制信號來控制所述功率級電路中的功率開關管的開關動作；在每一開關周期內，在所述過零信號的一延時時間后，所述控制信號控制所述功率開關管開通；在所述功率開關管開通后的一導通時間區間后，所述控制信號控制所述功率開關管關斷；其中，所述導通時間區間與所述LED驅動電路的當前輸出電流和期望輸出電流之間的誤差成正比例關系。進一步的，所述控制電路包括開通信號發生電路，關斷信號發生電路和邏輯電路；其中，所述開通信號發生電路，接收所述過零信號，以在所述延時時間后產生開通信號;所述關斷信號發生電路，接收所述過零信號，表征所述電感電流的檢測電壓，所述控制信號和表征所述期望輸出電流的基準電流源，以獲得所述導通時間區間，并在所述導通時間區間的結束時刻產生關斷信號；所述邏輯電路，分別與所述開通信號發生電路和所述關斷信號發生電路連接，以分別接收所述開通信號和所述關斷信號來產生所述控制信號。進一步的，所述關斷信號發生電路包括電感電流平均值計算電路，誤差運算電路和固定時間發生電路；其中，所述電感電流平均值計算電路，接收所述過零信號，所述控制信號和表征所述電感電流的檢測電壓以產生表征電感電流平均值的平均電壓；
所述誤差運算電路接收所述基準電流源和所述平均電壓，以獲得一誤差信號；所述固定時間發生電路接收所述誤差信號以產生所述導通時間區間。進一步的，所述電感電流平均值計算電路包括電感電流峰值采樣和保持電路，電感電流持續時間發生電路和峰值-平均值轉換電路；其中，電感電流峰值采樣和保持電路與所述功率開關管連接，以采樣所述電感電流，并獲得表征所述電感電流峰值的峰值檢測電壓；電感電流持續時間發生電路接收所述控制信號和所述過零信號，以獲得電感電流持續時間，所述電感電流持續時間自所述控制信號的開始時刻開始至產生所述過零信號為止;
峰值-平均值轉換電路，接收所述峰值檢測電壓和所述電感電流持續時間，以獲得表征所述電感電流平均值的平均電壓。優選的，所述電感電流持續時間發生電路包括一 D觸發器，其復位端接收所述控制信號，時鐘端接收所述過零信號，輸出端的輸出信號作為所述電感電流持續時間。優選的，所述邏輯電路包括一 RS觸發器，其置位端接收所述開通信號，復位端接收所述關斷信號，輸出端的輸出信號作為所述控制信號依據本發明實施例的電感電流檢測電路，通過對表征電感電流的感應電壓的采樣和保持可以精確的檢測電感電流斷續工作模式下的電感電流結束時間，從而可以精確的獲得電感電流持續時間。依據本發明實施例的LED驅動電路，通過上述電感電流檢測電路，可以精確地計算電感電流平均值，即可以精確的獲得所述LED驅動電路的輸出電流信息，從而提高了電流控制精度；并且，通過對電感電流結束時間的精確檢測，可以準確的實現對功率開關管的準諧振驅動，降低了開關損耗，提高了工作效率；同時，通過對電感電流的控制，實現了功率因數校正，獲得了較高的功率因數，減小了對EMI抑制電路的要求，從而減小了電源設備的體積和重量。依據本發明實施例的高功率因數，高效率的LED驅動電路符合電磁兼容EMC標準，高電流控制精度，高可靠性、體積小、成本低等一系列要求。
圖I所示為采用現有技術的一種LED驅動電路的原理框圖；圖2所示為采用現有技術的另一種LED驅動電路的原理框圖；圖3A所示為依據本發明實施例的一種電感電流檢測電路的原理框圖；圖3B所示為圖3A所示的依據本發明實施例的電感電流檢測電路的工作波形圖；圖4A所示為依據本發明實施例的一種LED驅動電路的原理框圖；圖4B所示為圖4A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路的工作波形圖；圖5所示為依據本發明實施例的另一 LED驅動電路的原理框圖；圖6所示為依據本發明一實施例的關斷信號發生電路的原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明并不僅僅限于這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。以下結合具體實施例詳細說明依據本發明的電感電流檢測電路。參考圖3A，所示為依據本發明實施例的一種電感電流檢測電路的原理框圖。在該實施例中,所述電感電流檢測電路應用于一降壓型LED驅動電路中以檢測電感電流的結束時刻。其中，所述降壓型LED驅動電路工作于不連續導電工作模式(DCM電感電流斷續工作模式)。在該實施例中，電感電流檢測電路包括電壓檢測電路302，電壓保持電路303和比較電路304 ;其中，
電壓檢測電路302與所述降壓型LED驅動電路中的電感L耦合，以根據所述電感上的電流產生一感應電壓，并對所述感應電壓進行采樣得到一采樣電壓Vs;這里，所述感應電壓可以表征功率開關管Q的漏源電壓； 電壓保持電路303與電壓檢測電路302連接，以接收采樣電壓\，并進行采樣保持以獲得一保持電壓Vh;比較電路304分別與電壓檢測電路302和電壓保持電路303連接，以分別接收采樣電壓Vs和保持電壓VH，并對兩者進行比較；當采樣電壓小于保持電壓Vh時，產生表征電感電流結束時刻的過零信號Sz。以下結合圖3B所示的圖3A所示的依據本發明實施例的電感電流檢測電路的工作波形圖來詳細說明電感電流檢測電路的工作原理。在一個開關周期T Ct0時刻至t3時刻)內，在控制信號Vrfri的有效狀態時間區間Ct0時刻至時刻)內，電感電流k由零持續上升至電感電流峰值；在控制信號Vrfri的無效狀態時間區間U1時刻至t3時亥Ij)內，電感電流k由電感電流峰值持續下降，在t2時刻電感電流提前下降至零。在電感電流降為零后，由于電感L和功率開關管Q的寄生電容之間發生諧振，在t2時刻，采樣電壓\開始下降。由于電壓保持電路303對采樣電壓Vs的保持作用，使得保持電壓Vh的下降速率小于米樣電壓Vs。比較電路304將接收到的采樣電壓Vs和保持電壓Vh進行比較，在電感電流不為零的時間區間內U1時刻至t2時刻)，采樣電壓Vs與保持電壓Vh相等；當在t2時刻，電感電流iL降為零時，采樣電壓\小于保持電壓Vh ;因此，采樣電壓Vs小于保持電壓Vh的起始時刻即為電感電流k的結束時刻，在t2時刻比較電路304產生過零信號Sz。進一步的，在圖3A所示的實施例中，分別給出了電壓檢測電路302，電壓保持電路303和比較電路304的一種具體實現方式。本領域技術人員根據本發明的原理和公開的實施例的教導，可以得知其他合適形式的電路結構同樣可以適用于本發明，本發明并不受已公開的實施方式的限制。在該實施例中，電壓檢測電路302包括輔助電感Ls和分壓電阻網絡。其中，輔助電感Ls與LED驅動電路中的電感L耦接，以根據所述電感L上的電流產生一感應電壓；依次串聯連接在所述輔助電感Ls兩端的電阻Rfl和電阻Rf2組成的分壓電阻網絡對輔助電感Ls上的輸出感應電壓進行分壓，以在電阻Rfl和電阻Rf2的公共連接點A產生表征電感電流的采樣電壓Vs。在該實施例中，表征LED驅動電路中的電感L的電感電流的感應電壓與功率開關管Q的漏源電壓同相，因此，可以通過輔助電感Ls與分壓電阻網絡來實現電壓檢測電路302。但是，電壓檢測電路并不局限于上述實現方式，其他合適形式的電壓檢測電路同樣適用于本發明的電感電流檢測電路，如直接采樣功率開關管的漏源電壓等。電壓保持電路303包括依次串聯連接在公共連接點A和地之間的電阻Rh和電容Ch,以及與所述電阻Rh并聯連接的開關管Sw。所述開關管Sw的開關狀態由控制信號Vrfri的非信號進行控制。在控制信號Vrfri變為無效狀態時刻，開關Sw閉合，保持電壓Vh迅速跟隨采樣電壓\。在一定維持時間后(在該實施例中為2us)，開關管Sw斷開；之后保持電壓Vh通過電阻Rh和電容Ch進行保持。在電感電流結束之前(t2時刻之前)，采樣電壓Vs維持基本不變，保持電壓Vh與采樣電壓Vs基本相等。而當在電感電流結束之后(t2時刻之后)，由于諧振的影響，采樣電壓\開始下降，由于電容Ch對電壓的保持作用，B點(電阻Rh和電容Ch的公共連接點)的電壓即保持電壓Vh緩慢下降，下降速率小于A點處的采樣電壓\，因此 保持電壓Vh會高于米樣電壓Vs。比較電路304包括一比較器CMP，其同相輸入端接收保持電壓VH，反相輸入端接收采樣電壓Vs ;當保持電壓Vh大于采樣電壓Vs時，比較器的輸出信號翻轉，產生所述過零信號Sz,實現了對電感電流結束時刻的準確檢測。優選的，保持電壓Vh和采樣電壓Vs的大小關系的判斷，也可以是當采樣電壓小于保持電壓Vh，并且兩者的差值大于一限值時，才產生表征電感電流結束時刻的過零信號Sz。此時，比較電路304可以通過一遲滯比較器來實現。所述限值可以為所述遲滯比較器的遲滯寬度。通過上述依據本發明實施例的電感電流檢測電路，精確的實現了對電感電流結束時刻的準確檢測，可以廣泛適用于隔離型或者非隔離型電源拓撲結構。在電感電流結束時刻精確檢測的基礎上，為控制電路的實現提供了眾多可能和便利，例如可以精確的獲得輸出電流，為電流的精確控制提供了便利。以下結合具體實施例詳細說明應用依據本發明實施例的電感電流檢測電路的高效率、高功率因數的LED驅動電路的實現方式。參考圖4A，所示為依據本發明實施例的一種LED驅動電路的原理框圖；所述LED驅動電路包括功率級電路、電感電流檢測電路401、控制電路405和驅動電路406 ;其中，功率開關管Q，二極管D，輸出電容C和電感L組成功率級電路，以接收正弦半波直流輸入電壓vin，并產生直流輸出電壓Vtjut和輸出電流Itj來驅動負載LED。電感電流檢測電路401可以為任何合適電路結構的依據本發明的電感電流檢測電路，如圖3A所示的實施例，以獲得過零信號Sz。控制電路405接收所述過零信號Sz，以產生相應的控制信號Vetri來控制所述功率級電路中的功率開關管Q的開關動作；在每一開關周期內，在所述過零信號的一延時時間后，所述控制信號控制所述功率開關管開通，實現功率開關管Q的準諧振驅動；在所述功率開關管開通后的一導通時間區間〖 后，所述控制信號Vrtrt控制所述功率開關管Q關斷；其中，所述導通時間區間tm與所述LED驅動電路的當前輸出電流和期望輸出電流之間的誤差成正比例關系；驅動電路406根據接收到的控制信號Vrfri來產生相應的驅動信號，來驅動功率開關管Q的開關動作，從而以維持輸出電流恒定，并且保證輸入電流與正弦半波直流輸入電壓Vin同相。參考圖4B所示的圖4A所示的依據本發明實施例的LED驅動電路的工作波形圖，電感電流k是不連續的，電感電流峰值ipk可以表示為
權利要求
1.一種電感電流檢測電路，應用于以不連續導電模式工作的開關電源中，其特征在干，包括， 電壓檢測電路，用以根據所述開關電源中的功率開關管的漏源電壓產生ー采樣電壓； 電壓保持電路，與所述電壓檢測電路連接，以接收所述采樣電壓，并進行采樣保持以獲得一保持電壓； 比較電路，分別與所述電壓檢測電路和所述電壓保持電路連接，以分別接收所述采樣電壓和所述保持電壓，并對兩者進行比較；當檢測到所述采樣電壓小于所述保持電壓時，產生表征所述開關電源的電感電流結束時刻的過零信號。
2.根據權利要求I所述的電感電流檢測電路，其特征在于，所述電壓檢測電路包括一與所述開關電源中的電感耦接的輔助電感，以根據所述輔助電感上的感應電壓產生所述采樣電壓。
3.根據權利要求I所述的電感電流檢測電路，其特征在于，所述電壓保持電路包括依次串聯連接在所述采樣電壓和地之間的電阻和電容，還包括與所述電阻并聯連接的開關管；在所述開關電源中的功率開關管的關斷狀態時刻，控制所述開關管導通，以在所述電阻和電容的公共連接點處產生所述保持電壓。
4.根據權利要求I所述的電感電流檢測電路，其特征在于，所述比較電路包括ー比較器，其同相輸入端接收所述保持電壓，反相輸入端接收所述采樣電壓，輸出端的輸出信號作為所述過零信號。
5.一種高功率因數的LED驅動電路，其特征在于，包括權利要求1-4所述的任一電感電流檢測電路，還包括，功率級電路和控制電路； 所述控制電路接收所述過零信號，以產生相應的控制信號來控制所述功率級電路中的功率開關管的開關動作； 在每ー開關周期內，在所述過零信號的一延時時間后，所述控制信號控制所述功率開關管開通； 在所述功率開關管開通后的一導通時間區間后，所述控制信號控制所述功率開關管關斷;其中， 所述導通時間區間與所述LED驅動電路的當前輸出電流和期望輸出電流之間的誤差成正比例關系。
6.根據權利要求5所述的LED驅動電路，其特征在于，所述控制電路包括開通信號發生電路，關斷信號發生電路和邏輯電路；其中， 所述開通信號發生電路，接收所述過零信號，以在所述延時時間后產生開通信號； 所述關斷信號發生電路，接收所述過零信號，表征所述電感電流的檢測電壓，所述控制信號和表征所述期望輸出電流的基準電流源，以獲得所述導通時間區間，并在所述導通時間區間的結束時刻產生關斷信號； 所述邏輯電路，分別與所述開通信號發生電路和所述關斷信號發生電路連接，以分別接收所述開通信號和所述關斷信號來產生所述控制信號。
7.根據權利要求6所述的LED驅動電路，其特征在于，所述關斷信號發生電路包括電感電流平均值計算電路，誤差運算電路和固定時間發生電路；其中， 所述電感電流平均值計算電路，接收所述過零信號，所述控制信號和表征所述電感電流的檢測電壓以產生表征電感電流平均值的平均電壓； 所述誤差運算電路接收所述基準電流源和所述平均電壓，以獲得ー誤差信號； 所述固定時間發生電路接收所述誤差信號以產生所述導通時間區間。
8.根據權利要求7所述的LED驅動電路，其特征在于，所述電感電流平均值計算電路包括電感電流峰值采樣和保持電路，電感電流持續時間發生電路和峰值-平均值轉換電路；其中， 電感電流峰值采樣和保持電路與所述功率開關管連接，以采樣所述電感電流，并獲得表征所述電感電流峰值的峰值檢測電壓； 電感電流持續時間發生電路接收所述控制信號和所述過零信號，以獲得電感電流持續時間，所述電感電流持續時間自所述控制信號的開始時刻開始至產生所述過零信號為止；峰值-平均值轉換電路，接收所述峰值檢測電壓和所述電感電流持續時間，以獲得表征所述電感電流平均值的平均電壓。
9.根據權利要求8所述的LED驅動電路，其特征在于，所述電感電流持續時間發生電路包括一 D觸發器，其復位端接收所述控制信號，時鐘端接收所述過零信號，輸出端的輸出信號作為所述電感電流持續時間。
10.根據權利要求6所述的LED驅動電路，其特征在于，所述邏輯電路包括一RS觸發器，其置位端接收所述開通信號，復位端接收所述關斷信號，輸出端的輸出信號作為所述控制信號。
全文摘要
本發明涉及一種開關電源中的電感電流檢測電路以及應用其的LED驅動電路。依據本發明實施例的電感電流檢測電路，通過一電壓采樣和保持電路可以精確的檢測電感電流斷續工作模式下的電感電流結束時間，從而可以精確的獲得電感電流持續時間。依據本發明實施例的LED驅動電路，通過上述電感電流檢測電路，可以精確的獲得電感電流平均值，即可以精確的獲得所述LED驅動電路的輸出電流信息，從而提高了電流控制精度；并且，實現了功率因數校正，獲得了較高的功率因數。
文檔編號G01R19/00GK102735906SQ20121023313
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者徐孝如 申請人:矽力杰半導體技術(杭州)有限公司