專利名稱：驅動電路及控制光源的電力的控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光源驅動電路，尤其是涉及一種驅動光源的電路及控制光源的 電力的控制器。
背景技術：
圖1所示為一種傳統的光源驅動電路100的方框圖。該驅動電路100用于驅動 光源如發光二極管鏈108。電源102提供輸入電壓VIN為驅動電路100供電。驅動電路 100包含降壓變換器，該降壓變換器在控制器104的控制下為發光二極管鏈108提供變換 后的電壓VOUT。該降壓變換器包含二極管114、電感112、電容116和開關106。電阻 110與開關106串聯。當開關106接通，電阻110與電感112以及發光二極管鏈108耦 合，產生指示流經電感112的電流的反饋信號。當開關106斷開，電阻110與電感112 以及發光二極管鏈108斷開，因而沒有電流流經電阻110。開關106由控制器104控制。當開關106接通，電流流經發光二極管鏈108、電 感112、開關106、電阻110到地。在電感112的作用下電流逐漸增大。當電流增至預 設的最大電流值時，控制器104斷開開關106。當開關106斷開，電流流經發光二極管鏈 108、電感112和二極管114。控制器104在一段時間后再次接通開關106。因此，控制 器104根據所述預設的最大電流值控制降壓變換器。然而，流經電感112和發光二極管 鏈108的平均電流會受到電感112的電感值、輸入電壓VIN以及發光二極管鏈108兩端 的電壓VOUT的影響，因此難以對流經電感112的平均電流(也即流經發光二極管鏈108 的平均電流)進行精確控制。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種光源驅動電路及控制光源的電力的控制 器，該電路的輸出電流可以得到較為精確的控制。為解決上述技術問題，本發明提供了一種光源驅動電路。該光源驅動電路包含 與光源串聯的第一電感和與第一電感耦合的控制器。該控制器控制與第一電感耦合的開 關從而控制流經第一電感的電流。不論該開關接通或斷開，與第一電感耦合的電流監測 器均能提供指示流經所述第一電感的第一信號。所述開關的導通狀態根據第一信號進行 控制。第二電感與第一電感電磁耦合，并和第一電感均連接至一個共同節點。該共同節 點位于所述開關和所述第一電感之間，并為所述控制器提供參考地。該控制器的參考地 與光源驅動電路的地不同。本發明還提供了一種控制光源的電力的控制器，該控制器包括第一監測端口、 第二監測端口、第三監測端口和驅動端口。所述第一監測端口用于監測流經儲能單元的 瞬時電流，所述第二監測端口用于監測流經所述儲能單元的平均電流，所述第三監測端 口用于監測所述瞬時電流是否減小到預設電流值，所述驅動端口用于產生驅動信號以控 制開關，從而使得流經所述光源的平均電流等于目標電流值，且所述驅動信號根據所述第一監測端口、第二監測端口和第三監測端口接收到的信號產生。本發明的電路提供給負載或電池的電流可以得到更精確的控制。而且本發明的 電路可以適用于具有較高電壓的電壓源。
以下通過對本發明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的 目的、具體結構特征和優點。圖1所示為一種傳統光源驅動電路的方框圖；圖2所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路的方框圖；圖3所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖；圖4所示為圖3中控制器的結構示意圖；圖5所示為圖4中控制器的波形圖；圖6所示為圖3中控制器的另一種結構示意圖；圖7所示為圖6中控制器的波形圖；圖8所示為根據本發明另一個實施例的光源驅動電路的電路示意圖。
具體實施例方式以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。盡管本發明通過這些實施方式進行 闡述和說明，但需要注意的是本發明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發明涵 蓋后附權利要求所定義的發明精神和發明范圍內的所有替代物、變體和等同物。另外，為了更好的說明本發明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細 節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實 例中，對于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。本發明提供了一種控制電力變換器以對各種負載(比如光源)進行供電的電路和 方法。該電路包含用于監測流經儲能單元(比如電感)的電流的電流監測器，以及控制 器。該控制器用于控制與所述電感耦合的開關，從而使得流經所述光源的平均電流等于 目標電流值。不論該開關接通或斷開，該電流監測器均能監測流經所述電感的電流。圖2所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路200的方框圖。光源驅動電 路200包含整流器204。整流器204接收來自電源202的輸入電壓并為電力變換器206提 供調整后的電壓。電力變換器206接收調整后的電壓并為負載288提供輸出電力。電力 變換器206可以是降壓變換器或者升壓變換器。在一個實施例中，電力變換器206包含 儲能單元214和用于監測儲能單元214狀況的電流監測器278 (比如一個電阻)。電流監 測器278為控制器210提供第一信號ISEN。該第一信號ISEN指示流經儲能單元214的 瞬時電流。光源驅動電路200還包含濾波器212，用于根據第一信號ISEN產生第二信號 IAVG。第二信號IAVG指示流經儲能單元214的平均電流。控制器210接收第一信號 ISEN和第二信號IAVG，并控制流經儲能單元214的平均電流，使得該平均電流與目標電 流值相等。圖3所示為根據本發明一個實施例的光源驅動電路300的電路示意圖。圖3中與圖2編號相同的部件具有類似的功能。在圖3的例子中，光源驅動電路300包含整流器 204、電力變換器206、濾波器212和控制器210。整流器204可以是包含二極管D1-D4 的橋式整流器。整流器204調整來自電源202的電壓。電力變換器206接收整流器204 輸出的調整后的電壓并產生輸出電力為負載(如發光二極管鏈208)供電。在圖3的例子中，電力變換器206是降壓變換器。該降壓變換器包含電容308、 開關316、二極管314、電流監測器278 (比如電阻218)，相互耦合的電感302和電感304 以及電容324。二極管314位于開關316和光源驅動電路300的地之間。電容324與發 光二極管鏈208并聯。在一個實施例中，電感302和電感304彼此電磁耦合。電感302 和電感304都連接至一個共同節點333。在圖3的例子中，共同節點333位于電阻218和 電感302之間。然而本發明并不限于此結構，共同節點333也可以位于開關316和電阻 218之間。共同節點333為控制器210提供參考地。在一個實施例中，控制器210的參 考地和光源驅動電路300的地不同。通過接通和斷開開關316，流經電感302的電流可以 得到調整，從而調節發光二極管鏈208的電力。電感304監測電感302的狀況，比如， 監測流經電感302的電流是否減小到預設的電流值。電阻218的一端與開關316和二極管314陰極之間的節點相連，另一端與電感 302相連。電阻218提供第一信號ISEN，當開關316接通和斷開時，該第一信號ISEN均 能指示流經電感302的瞬時電流。換言之，不管開關316接通還是斷開時，電阻218均 能監測流經電感302的瞬時電流。濾波器212與電阻218耦合并提供第二信號IAVG，該 第二信號IAVG指示流經電感302的平均電流。在一個實施例中，濾波器212包含電阻 320和電容322。控制器210接收第一信號ISEN和第二信號IAVG，并通過接通或斷開開關316使 得流經電感302的平均電流等于目標電流值。電容324濾除流經發光二極管鏈208的電流 的波紋，從而使流經發光二極管鏈208的電流相對平穩并等于流經電感302的平均電流。 因此使得流經發光二極管鏈208的電流與目標電流值相等。此處“與目標電流值相等” 是在不考慮電路元件的不理想情況和忽略從電感304傳送至控制器210的電力的情況下。圖3的例子中，控制器210的端口包括ZCD、GND> DRV> VDD> CS、COMP 和FB。端口 ZCD與電感304耦合，用于接收指示電感302狀況(比如，流經電感302 的電流是否減小到預設的電流值“0”)的監測信號AUX。監測信號AUX也能指示發 光二極管鏈208是否處于開路狀態。端口 DRV與開關316耦合并產生驅動信號(如脈 沖寬度調制信號PWM1)接通或斷開開關316。端口 VDD與電感304耦合并接收來自電 感304的電力。端口 CS與電阻218耦合并接收指示流經電感302的瞬時電流的第一信 號ISEN。端口 COMP通過電容318與控制器210的參考地耦合。端口 FB通過濾波器 212與電阻218耦合并接收指示流經電感302的平均電流的第二信號IAVG。在圖3的例 子中，端口 GND(也即控制器210的參考地)連接至電阻218、電感302、電感304之間 的共同節點333。開關316可以是N型金屬氧化物半導體場效應晶體管(N型MOSFET)。開關 316的導通狀態由開關316的柵極電壓與端口 GND的電壓(即共同節點333的電壓)之 間的電壓差決定。因此，端口 DRV輸出的脈沖寬度調制信號PWMl決定了開關316的 狀態。當開關316接通，控制器210的參考地高于光源驅動電路300的地，使得本發明的電路可以適用于具有較高電壓的電源。當開關316接通，電流流經開關316、電阻218、電感302、發光二極管鏈208到 光源驅動電路300的地。當開關316斷開，電流流經電阻218、電感302、發光二極管鏈 208和二極管314。電感304與電感302耦合且能夠監測電感302的狀況，比如，監測流 經電感302的電流是否減小到預設電流值。控制器210根據信號AUX、ISEN、和IAVG 監測流經電感302的電流，并通過脈沖寬度調制信號PWMl控制開關316，使得流經電感 302的平均電流等于預設電流值。所以經過電容324濾波后，流經發光二極管鏈208的電 流也等于預設電流值。在一個實施例中，控制器210根據信號AUX判斷發光二極管鏈208是否處于開 路狀態。如果發光二極管鏈208開路，則電容324上的電壓增加。當開關316處于斷開 狀態時，電感302兩端的電壓增大，信號AUX的電壓也隨之增大。其結果是，通過端口 ZCD流入控制器210的電流增大。因此，控制器210通過在開關316處于斷開狀態時監 測信號AUX以及流入控制器210的電流是否超過一個電流門限值來判斷發光二極管鏈208 是否處于開路狀態。控制器210根據端口 VDD的電壓判斷發光二極管鏈208是否處于短路狀態。如 果發光二極管鏈208短路，當開關316處于斷開狀態時，因為電感302兩端均與光源驅動 電路300的地耦合，所以電感302兩端的電壓減小。電感304兩端的電壓和端口 VDD的 電壓隨之減小。如果當開關316處于斷開狀態時端口 VDD的電壓小于一個電壓門限值， 控制器210判斷發光二極管鏈208處于短路狀態。圖4所示為圖3中控制器210的結構示意圖。圖5所示為圖4中控制器210的 波形圖。圖4將結合圖3和圖5進行描述。在圖4的例子中，控制器210包含誤差放大器402、比較器404和脈沖寬度調制 信號產生器408。誤差放大器402根據參考信號SET和信號IAVG之間的電壓差產生誤 差信號VEA。參考信號SET指示目標電流值。信號IAVG通過端口 FB接收，指示流經 電感302的平均電流。通過誤差信號VEA的作用使得流經電感302的平均電流等于目標 電流值。比較器404與誤差放大器402耦合，將誤差信號VEA和信號ISEN進行比較。 信號ISEN通過端口 CS接收，指示流經電感302的瞬時電流。信號AUX通過端口 ZCD 接收，指示流經電感302的電流是否減小到預設電流值(比如減小到0)。脈沖寬度調制 信號產生器408與比較器404以及端口 ZCD耦合，根據比較器404的輸出和信號AUX產 生脈沖寬度調制信號PWMl。脈沖寬度調制信號PWMl通過端口 DRV控制開關316的 導通狀態。脈沖寬度調制信號產生器408產生具有第一狀態(如邏輯1)的脈沖寬度調制信 號PWMl以接通開關316。當開關316接通，電流流經開關316、電阻218、電感302、 發光二極管鏈208到光源驅動電路300的地。流經電感302的電流逐漸增大，使得信號 ISEN的電壓逐漸增大。在一個實施例中，當開關316接通時，信號AUX的電壓為負值。 在控制器210內部，比較器404將誤差信號VEA與信號ISEN進行比較。當信號ISEN 的電壓超過誤差信號VEA的電壓，比較器404的輸出為邏輯0，否則比較器404的輸出 為邏輯1。換言之，比較器404的輸出為一系列的脈沖。在比較器404輸出的下降沿的 作用下，脈沖寬度調制信號產生器408產生具有第二狀態(如邏輯0)的脈沖寬度調制信號PWMl以斷開開關316。當開關316斷開，信號AUX的電壓變為正值。當開關316 斷開，電流流經電阻218、電感302、發光二極管鏈208和二極管314。流經電感302的 電流逐漸減小，因此信號ISEN的電壓逐漸減小。當流經電感302的電流減小到預設電流 值(如減小到0)，信號AUX的電壓會產生一個下降沿。在信號AUX下降沿的作用下， 脈沖寬度調制信號產生器408產生具有第一狀態(如邏輯1)的脈沖寬度調制信號PWMl 以接通開關316。在一個實施例中，脈沖寬度調制信號PWMl的占空比由誤差信號VEA決定。如 果信號IAVG的電壓小于信號SET的電壓，則誤差放大器402增大誤差信號VEA的電壓 以增大脈沖寬度調制信號PWMl的占空比，從而使得流經電感302的平均電流增大，直 到信號IAVG的電壓增大到信號SET的電壓。如果信號IAVG的電壓大于信號SET的電 壓，則誤差放大器402減小誤差信號VEA的電壓以減小脈沖寬度調制信號PWMl的占空 比，從而使得流經電感302的平均電流減小，直到信號IAVG的電壓減小到信號SET的電 壓。這樣，流經電感302的平均電流能夠被調整到與目標電流值相等。圖6所示為圖3中控制器210的另一種結構示意圖。圖7所示為圖6中控制器 210的波形圖。圖6將結合圖3和圖7進行描述。在圖6的例子中，控制器210包含誤差放大器602、比較器604、鋸齒波信號產 生器606、復位信號產生器608和脈沖寬度調制信號產生器610。誤差放大器602根據參 考信號SET和信號IAVG之間的電壓差產生誤差信號VEA。參考信號SET指示目標電流 值。信號IAVG通過端口 FB接收，指示流經電感302的平均電流。通過誤差信號VEA 的作用使得流經電感302的平均電流等于目標電流值。鋸齒波信號產生器606產生鋸齒波 信號SAW。比較器604與誤差放大器602以及鋸齒波信號產生器606耦合，并將誤差信 號VEA與鋸齒波信號SAW進行比較。復位信號產生器608產生復位信號RESET。復位 信號RESET作用于鋸齒波信號產生器606和脈沖寬度調制信號產生器610。在復位信號 RESET的作用下可以使得開關316接通。脈沖寬度調制信號產生器610與比較器604以 及復位信號產生器608耦合，并根據比較器604的輸出和復位信號RESET產生脈沖寬度 調制信號PWMl。脈沖寬度調制信號PWMl通過端口 DRV控制開關316的導通狀態。在一個實施例中，復位信號RESET是具有固定頻率的脈沖信號。在另一個實施 例中，復位信號RESET是使得開關316處于斷開狀態的時間為常數的脈沖信號。比如， 在圖5中，復位信號RESET使得脈沖寬度調制信號PWMl為邏輯0的時間為常數。在復位信號RESET的脈沖的作用下，脈沖寬度調制信號產生器610產生具有第 一狀態(如邏輯1)的脈沖寬度調制信號PWMl以接通開關316。當開關316接通，電流 流經開關316、電阻218、電感302、發光二極管鏈208到光源驅動電路300的地。在復 位信號RESET的脈沖的作用下，鋸齒波信號產生器606產生的鋸齒波信號SAW的電壓從 初始值INI開始增大。當鋸齒波信號SAW的電壓增大到誤差信號VEA的電壓，脈沖寬 度調制信號產生器610產生具有第二狀態(如邏輯0)的脈沖寬度調制信號PWMl以斷開 開關316，并且鋸齒波信號SAW的電壓被復位到初始值INI。直到復位信號RESET的下 一個脈沖到來時，鋸齒波信號SAW的電壓才從初始值INI又開始增大。在一個實施例中，脈沖寬度調制信號PWMl的占空比由誤差信號VEA決定。如 果信號IAVG的電壓小于信號SET的電壓，則誤差放大器602增大誤差信號VEA的電壓以增大脈沖寬度調制信號PWMl的占空比，從而使得流經電感302的平均電流增大，直 到信號IAVG的電壓增大到信號SET的電壓。如果信號IAVG的電壓大于信號SET的電 壓，則誤差放大器602減小誤差信號VEA的電壓以減小脈沖寬度調制信號PWMl的占空 比，從而使得流經電感302的平均電流減小，直到信號IAVG的電壓減小到信號SET的電 壓。這樣，流經電感302的平均電流能夠被調整到與目標電流值相等。圖8所示為根據本發明另一個實施例的光源驅動電路光源驅動電路800的電路示 意圖。圖8中與圖2、圖2編號相同的部件具有類似的功能。控制器210的端口 VDD通過開關804接收整流器204輸出的調整后的電壓。位 于開關804和控制器210參考地之間的齊納二極管802保持端口 VDD的電壓基本恒定。 圖8的例子中，控制器210的端口 ZCD與電感302耦合，接收指示電感302狀況的信號 AUX。信號AUX可以指示流經電感302的電流是否減小到預設電流值(比如是否減小到 0)。共同節點333為控制器210提供參考地。綜上所述，本發明提供了一種控制電力變換器以對負載供電的電路。在一個實 施例中，電力變換器為負載(比如發光二極管鏈)提供直流電流。在另外一個實施例中， 電力變換器為電池提供直流的充電電流。本發明的電路提供給負載或電池的電流可以得 到更精確的控制。而且本發明的電路可以適用于具有較高電壓的電壓源。在此使用之措辭和表達都是用于說明而非限制，使用這些措辭和表達并不將在 此圖示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在發明范圍之外，在權利要求的 范圍內可能存在各種修改。其它的修改、變體和替換物也可能存在。因此，權利要求旨 在涵蓋所有此類等同物。
權利要求
1.一種驅動電路，其特征在于，包括與光源串聯的第一電感，用于為所述光源供電；控制器，用于控制與所述第一電感耦合的開關，從而控制流經所述第一電感的電流；與所述第一電感耦合的電流監測器，用于在所述開關接通和斷開時均提供指示流經 所述第一電感的電流的第一信號，所述開關根據所述第一信號進行控制；與所述第一電感電磁耦合的第二電感，用于監測所述第一電感的狀況，所述第一電 感和所述第二電感均與一個共同節點相連，所述共同節點位于所述開關和所述第一電感 之間，所述共同節點為所述控制器提供參考地，所述參考地與所述驅動電路的地不同。
2.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述驅動電路還包括與所述電流監測器耦合的濾波器，用于提供指示流經所述第一電感的平均電流的第 二信號；誤差放大器，用于根據所述第二信號和指示目標電流值的參考信號產生誤差信號，其中，如果所述第一信號的電壓超過所述誤差信號的電壓，則所述開關斷開。
3.根據權利要求2所述的驅動電路，其特征在于，所述誤差放大器產生所述誤差信 號，從而使得流經所述光源的電流等于所述目標電流值。
4.根據權利要求2所述的驅動電路，其特征在于，所述控制器產生脈沖寬度調制信號 以控制所述開關，所述脈沖寬度調制信號的占空比由所述誤差信號決定。
5.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述控制器的地連接至所述共同節 點，所述開關的導通狀態由所述開關的柵極電壓與所述共同節點電壓的電壓差決定。
6.根據權利要求5所述的驅動電路，其特征在于，如果流經所述第一電感的電流減小 到預設電流值，則所述開關接通。
7.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述驅動電路還包括與所述電流監測器耦合的濾波器，用于提供指示流經所述第一電感的平均電流的第 二信號；用于產生鋸齒波信號的信號產生器；誤差放大器，用于根據所述第二信號和指示目標電流值的參考信號產生誤差信號，其中，如果所述鋸齒波信號的電壓增大到所述誤差信號的電壓，則所述開關斷開。
8.根據權利要求1所述的驅動電路，其特征在于，所述驅動電路還包括用于產生復位信號的復位信號產生器，所述開關在所述復位信號的作用下接通。
9.根據權利要求8所述的驅動電路，其特征在于，所述復位信號是具有固定頻率的脈 沖信號，或者是使得所述開關處于斷開狀態的時間為常數的脈沖信號。
10.—種控制光源的電力的控制器，其特征在于，包括第一監測端口，用于監測流經儲能單元的瞬時電流；第二監測端口，用于監測流經所述儲能單元的平均電流；第三監測端口，用于監測所述瞬時電流是否減小到預設電流值；驅動端口，用于產生驅動信號以控制開關，從而使得流經所述光源的平均電流等于 目標電流值，所述驅動信號根據所述第一監測端口、第二監測端口和第三監測端口接收 到的信號產生。
11.根據權利要求10所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述控制器還包括誤差放大器，用于根據所述目標電流值和流經所述儲能單元的平均電流產生誤差信號。
12.根據權利要求11所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述誤差放大器耦合的比較器，用于將所述誤差信號與指示所述瞬時電流的監測 信號進行比較。
13.根據權利要求12所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述比較器耦合的脈沖寬度調制信號產生器，用于根據所述比較器的輸出和指示 所述瞬時電流是否減小到所述預設電流值的監測信號產生脈沖寬度調制信號。
14.根據權利要求11所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述誤差放大器耦合的比較器，用于將所述誤差信號和鋸齒波信號進行比較。
15.根據權利要求14所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述比較器耦合的脈沖寬度調制信號產生器，用于根據所述比較器的輸出和復位 信號產生脈沖寬度調制信號。
16.根據權利要求15所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述復位信號是 具有固定頻率的脈沖信號。
17.根據權利要求15所述的控制光源的電力的控制器，其特征在于，所述脈沖寬度調 制信號具有第一狀態和第二狀態，所述復位信號是使得所述脈沖寬度調制信號處于第二 狀態的時間為常數的脈沖信號。
全文摘要
本發明提供了一種驅動電路及控制光源的電力的控制器。該驅動電路包含與光源串聯的第一電感和與第一電感耦合的控制器。該控制器控制與第一電感耦合的開關從而控制流經第一電感的電流。不論該開關接通或斷開，與第一電感耦合的電流監測器均能提供指示流經所述第一電感的電流的第一信號。所述開關的導通狀態根據第一信號進行控制。第二電感與第一電感電磁耦合，并和第一電感均連接至一個共同節點。該共同節點位于所述開關和所述第一電感之間，并為所述控制器提供參考地。該控制器的參考地與光源驅動電路的地不同。本發明的光源驅動電路的輸出電流可以得到較為精確的控制。
文檔編號H05B37/02GK102014540SQ201010119888
公開日2011年4月13日 申請日期2010年3月4日 優先權日2010年3月4日
發明者李友玲, 林風, 蘇新河, 郭清泉, 閻鐵生 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司