專利名稱：Led驅動電路中有效降低電磁干擾的抖頻技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在電源驅動電路中有效降低電磁干擾(EMI)的技術——抖頻技 術，特別是涉及在發光二極管(LED)的驅動電路中這種技術的應用，抖頻技術是一種新的 EMC(電磁兼容)技術.
背景技術：
在LED驅動電路中由于較高的電壓變化率(dv/dt)，電路中存在的寄生電感和電 容使LED驅動電路的電磁干擾噪聲較難消除。 一般在EMI測試結果中可以發現，LED驅動 電路在開關時刻通常容易超過EMI限值，而在其它頻率點上卻往往具有較大的裕量。作為 工作于開關狀態的能量轉換裝置，LED驅動電路的電壓變化率很高，產生的干擾強度較大； 干擾源主要集中在功率管開關期間以及與之相連的散熱器和高頻變壓器，相對于數字電路 干擾源的位置較為清楚；由于驅動電路的工作頻率比較高(從幾十千赫到數兆赫茲)，所以 其主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾；而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線， 具有更大的隨意性，這增加了 PCB分布參數的提取和近場干擾估計的難度。因此人們針對 LED驅動電路中EMI的特點采取了抑制電磁干擾的幾種傳統的措施。 形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因而，抑制電磁干擾也應 該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設 備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其 對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設備之間 的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術可以有效地抑制LED驅動電路的電磁輻射干擾。例如，功率開關管 和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底 板上。器件安裝時需要導熱性能好的絕緣片進行絕緣，這就使器件與底板和散熱器之間產 生了分布電容，LED驅動電路的底板是交流電源的地線，因而通過器件與底板之間的分布電 容將電磁干擾耦合到交流輸入端產生共模干擾，解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之 間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。為了 抑制LED驅動電路產生的輻射，電磁干擾對其他電子設備的影B向，可完全按照對磁場屏蔽
的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進 行有效的屏蔽。驅動電路某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層 接地可以抑制變化電場的干擾；電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導 體時常增強靜電耦合而產生所謂"負靜電屏蔽"效應，所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽 能同時發揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點與大地相連，可為信號回路提供穩定的參 考電位。因此，系統中的安全保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后， 最終都與大地相連。 在電路系統設計中應遵循"一點接地"的原則，如果形成多點接地，會出現閉合的 接地環路，當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲，實際上很難實現"一點接地"。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地，利用一個導電平面(底 板或多層印制板電路的導電平面層等)作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地 上。為進一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共 存的電路系統中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公 共參考點上。 濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。例如，在驅動電路輸入端接上濾波器，可 以抑制LED驅動電路產生并向電網反饋的干擾，也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的 侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁 環，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波 器，是抗干擾技術的重要組成部分。 現有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾 的傳播途徑出發，這確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾 源，消除干擾，或提高受擾設備的抗擾能力，殊不知后者還有許多發展的空間。同時從工藝 的角度來說以上的傳統措施也是極難實現的。 目前市場上有一種型號為HV9910的通用高亮度LED驅動器(HV9910Universal HighBrightness LED Driver)，其電路原理圖如圖1所示。圖中開關電源的頻率為fosc =25/(Rosc+22)，由于HV9910是采用恒定頻率的開關電源，所以它不能有效抑制電路中的 EMI。
發明內容
與傳統的抑制EMI的方法相比，頻率抖動技術采用功率半導體集成芯片內部電路 來改善EMI，可以考慮用體積小的濾波器，并能節省外圍元器件的成本，不依賴設計人員經 驗。如今這種集成技術思想已經成為使LED驅動電路EMI降低的新思路和發展趨勢。本 發明主要介紹如何將這一技術應用到LED的驅動電路中，降低其EMI，使其容易通過EMI測 試，為了實現本發明的目的，所采取的技術方案是由于在驅動電路中開關電源的周期T = Ton+Toff，而Toff只由RC固定，是不變的。而Ton是可變的，它與Vin有關，Vin越大Ton 越小，而Vin越小則Ton越大，因此我們采取紋波輸入電壓，這樣既可以實現LED驅動電路 中的抖頻技術，有效降低其EMI ;又可以減小諧波提高電路的功率因數。同時在本發明中利 用改變濾波電容的大小來改變輸入紋波電壓抖頻的頻率范圍。
圖1是常用的HV9910型通用高亮度LED驅動器電路原理圖 圖2是常用的HV9910型通用高亮度LED驅動器典型應用電路圖； 圖3是本發明采用抖頻技術LED驅動電路的結構框圖；1——電源地；2——
Toff設定；3——電源輸入；4——上電復位；5——消隱控制；6——開路、短路保護；7—— M0SFET控制端；8——電流設定； 圖4是本發明采用抖頻技術LED驅動電路的具體應用電路原理圖；1——電源地； 2——Toff設定；3——電源輸入；4——上電復位；5——消隱控制；6——過流保護輸入；
7——M0SFET控制端；8——電流設定；
具體實施例方式
電路結構與工作原理在圖4中首先將消隱控制置O，將外部電路關斷；然后將上 電復位置l，通過RS觸發器和與非門能恢復對外部電路的供電；當外部電路的PC817亮的 時候，使內部的PC817導通，然后通過RS觸發器和與非門將外部電路關斷，形成過流或者過 壓的保護功能。對于芯片的內部結構除包括功率開關和用于對LED工作電流取樣的電流取 樣單元外，還包括電壓比較單元，用于比較所述電流取樣單元獲取的電壓與第一基準電壓 源的電壓；輸入電壓取樣單元，用于將取樣的輸入電壓轉換成電流信號；定時單元，用于根 據電容充放電的電流大小控制所述功率開關的關斷時間；邏輯單元，用于根據所述電壓比 較單元的比較結果和所述定時單元的輸出信號，控制所述功率開關，并用于控制所述定時 單元中的定時開關。在圖4中從整流橋出來接的是啟動電路部分，然后接芯片，芯片與外部 電路之間的是供電部分，給芯片供電，外部電路由過流保護和過壓保護以及負載LED組成。 當外部電路中的PC817亮的時候內部電路的PC817導通，由于其接地為0電位，則導通過流 保護輸入，啟動過流保護作用。 以上通過具體的實施例詳細地描述了本發明，但是，本領域的技術人員應該明白， 本發明并不局限于所述的實施例，本發明的LED驅動電路中的各單元還可以選用一些能夠 實現同樣功能的其他具體電路，例如，可以實現同樣邏輯功能的電路都可以用作本發明的 邏輯單元，可以實現同樣比較功能的器件或電路都可以用作本發明的電壓比較單元，可以 實現同樣定時功能的器件或電路都可以用作本發明的定時單元，等等。總之，不脫離本發明 的權利要求的范圍，可以對本發明作各種修改、變更或調整，這些都應在本發明的保護范圍 之內。
權利要求
一種采用抖頻技術的LED驅動電路，其特征是采用了可變的紋波輸入電壓控制頻率抖動，提高了電路的功率因數，同時使LED驅動電路的工作周期發生改變，實現抖頻技術在LED驅動電路中的應用。
2. 按照權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于還包括 輸入電壓取樣單元，用于將取樣的輸入電壓轉換成電流信號； 電流取樣單元，用于對LED的工作電流進行取樣；電壓比較單元，用于比較所述電流取樣單元獲取的電壓與第一基準電壓源的電壓； 定時單元，用于設定固定所述功率開關的關斷時間，通過調整電容充放電的電流大小控制所述功率開關的關斷時間，以取得更高的功率因數；邏輯單元，用于根據所述電壓比較單元的比較結果和所述定時單元的輸出信號控制所述功率開關；并用于控制所述定時單元中的定時開關。
3. 按照權利要求2所述的LED驅動電路，其特征在于 所述電流取樣單元為與所述功率開關串聯的電阻器或電流耦合器件。
4. 按照權利要求2所述的LED驅動電路，其特征在于 所述輸入電壓取樣單元為與電壓輸入端連接的電阻器。
5. 按照權利要求2所述的LED驅動電路，其特征在于所述定時單元進一步包括 與一個固定電壓或所述輸入電壓取樣單元串聯后接地的定時電容，與定時電容并聯的定時開關，以及同相端通過第二基準電壓源接地，異相端接在所述輸入電壓取樣單元與所 述定時電容之間的運算放大器上。
6. 按照權利要求2所述的LED驅動電路，其特征在于所述電壓比較單元為異相端接在所述電流取樣單元的高電壓端，同相端通過第一基準 電壓源接地。
7. 按照權利要求2、3、4、5、6所述的LED驅動電路，其特征在于所述邏輯單元為由門電路構成的觸發器，這個單元有兩個輸出端和兩個輸入端其中 一個輸入端接所述電壓比較單元的輸出，另一個輸入端接所述定時單元的輸出；其中一個 輸出端接所述功率開關驅動單元，另一個輸出端接所述定時開關。
8. 按照權利要求6所述的LED驅動電路，其特征在于電路可以是分立元件電路也可以是集成電路，但一般采用集成電路。
9. 一種LED驅動電路控制方法，其特征在于包括以下步驟 通過控制電容充放電的電流大小來調制功率開關的關斷時間。
全文摘要
本發明屬于集成電路的開關電源設計領域，首次介紹如何利用開關電源輸入紋波控制頻率抖動的電磁兼容(EMC)技術應用到LED驅動電路中以降低其電磁干擾(EMI)。頻率抖動技術是從EMI的測試原理出發使集中的頻譜能量分散化，來實現“頻譜搬移”，從而滿足EMC的容限要求使驅動電路比較容易通過EMI測試。根據該原理我們開發了一種新穎的利用開關電源輸入紋波控制頻率抖動的EMC技術，即開關電源的周期T＝Ton+Toff，其中Toff由RC確定，是固定不變的；而Ton與Vin有關，Vin越大Ton越小，而Vin越小則Ton越大。因此利用不同大小的濾波電容控制紋波輸入電壓的大小，就可改變開關電源的抖動頻率范圍。這樣不僅能有效降低其EMI，又可提高電路的功率因數，從而實現LED驅動電路中的抖頻技術。
文檔編號H05B37/02GK101730337SQ20081023293
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者韋柳青 申請人:重慶卓為電子技術有限公司