用于led驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路，屬于輸出電流控制電路【技術領域】。本發明的輸出電流控制電路包括：一開關分段調光控制單元，用于產生一組開關分段調光控制信號；一輸出電流基準電壓產生單元，用于產生所需的輸出電流基準電壓；一比較器單元，用于將峰值電流采樣電阻上的電壓值與LED輸出電流基準電壓進行比較；一電感零電流檢測單元，用于對電感電流過零的時刻進行檢測；一電感空閑時間控制單元，用于對電感的空閑時間進行控制；一邏輯與驅動單元，用于對電感空閑時間控制單元和比較器單元的輸出信號進行邏輯控制。本發明能有效的提高了系統的效率和降低了系統的成本，提高LED驅動電源的質量和可靠性。
【專利說明】用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種輸出電流控制電路，尤其涉及一種用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路。
[0003]
【背景技術】
[0004]隨著LED驅動電源的發展以及綠色節能環保的要求，目前LED驅動電源普遍具有調光功能。在各種調光方式中，開關分段調光是最為簡單方便的一種。LED驅動電源的開關分段調光電路，利用普通開關的反復開啟與關閉來切換調光狀態，從而得到不同調光狀態下的LED輸出電流，以實現分段調光的目的。
[0005]在開關分段調光的LED輸出電流大小控制方面，傳統的解決方法是利用開關分段調光控制電路來檢測普通開關的開啟與關閉動作，產生一組對應不同的調光狀態的控制信號，根據這些控制信號選取不同的LED輸出電流基準電壓，從而得到不同大小的LED輸出電流。
[0006]圖1是傳統的具有開關分段調光功能的LED恒流驅動電路，通常包括:整流橋DI?D4，輸入濾波電容Cl，供電電阻Rl，供電電容C2，控制芯片Ul，峰值電流采樣電阻R2，功率開關管Ql，電感LI，續流二極管D5，輸出電容C3，輸出電阻R3和LED負載LEDs。在控制芯片Ul內部，通常包括:開關分段調光控制單元，電壓基準單元，輸出電流控制單元和邏輯與驅動單元；其中輸出電流控制單元的電路如圖2所示。當開關第一次開啟時，開關分段調光控制單元輸出一控制信號DIMl，該控制信號使得開關SI閉合，從而選取了 VREF作為LED輸出電流基準電壓。當開關關閉并第二次開啟時，開關分段調光控制單元輸出一控制信號DIM2，該控制信號使得開關S2閉合，從而選取了 1/2*VREF作為LED輸出電流基準電壓。當開關關閉并第三次開啟時，開關分段調光控制單元輸出一控制信號DIM3，該控制信號使得開關S3閉合，從而選取了 1/4*VREF作為LED輸出電流基準電壓。隨著開關的反復開啟與閉合，輸出電流控制電路選取不同的LED輸出電流基準電壓，從而得到不同大小的LED輸出電流。
[0007]圖3為傳統的具有開關分段調光功能的LED恒流驅動電路在開關分段調光時對應的關鍵節點波形圖。從圖中可以看到，在第二段調光時，由于LED輸出電流基準電壓為第一段調光時的一半，則對應電感峰值電流大小和控制芯片的工作周期也為第一段調光時的一半。更進一步地，在第三段調光時，由于LED輸出電流基準電壓為第一段調光時的1/4，則對應電感峰值電流大小和控制芯片的工作周期也為第一段調光時的1/4。由此可以得到，在開關分段調光中，這種單純減小LED輸出電流基準電壓的輸出電流控制技術，在實現了輸出LED調光目的同時也成比例的增大了 LED驅動電源的工作頻率。
[0008]傳統的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路存在以下缺點--傳統的輸出電流控制電路在開關分段調光過程中會成比例的增大了 LED驅動電源的工作頻率。LED驅動電源工作頻率的增大則會增加功率開關管以及整個系統的功耗，也會增加整個LED驅動電源的溫升，從而降低了系統的效率和可靠性；更嚴重的是，工作頻率的增大會使得整個LED驅動電源的電磁干擾變大，這需要增加額外的抗電磁干擾電路，從而增加了系統的成本和調試難度。在講究成本和效率并追求高質量和可靠性的LED驅動電源設計中，這種傳統的開關分段調光的輸出電流控制電路越來越具有局限性。
[0009]
【發明內容】
[0010]針對傳統的開關分段調光的輸出電流控制技術的局限性，本發明的目的在于提供一種用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路。
[0011]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路包括:一輸出電流基準電壓產生單元，用于產生所需的輸出電流基準電壓；一比較器單元，用于將峰值電流采樣電阻上的電壓值與LED輸出電流基準電壓進行比較；一電感零電流檢測單元，用于對電感電流過零的時刻進行檢測；一電感空閑時間控制單元，用于對電感的空閑時間進行控制；一邏輯與驅動單元，用于對電感空閑時間控制單元和比較器單元的輸出信號進行邏輯控制，進而驅動功率開關管和控制電感空閑時間控制單元；
更進一步地，用于LED驅動電源開關分段調光的控制芯片還包括一開關分段調光控制單元，用于產生一組開關分段調光控制信號。
[0012]所述開關分段調光控制單元的兩個輸出端連接所述輸出電流基準電壓產生單元的輸入端，所述輸出電流基準電壓產生單元的輸出端連接所述比較器單元的負輸入端，所述比較器單元的正輸入端與峰值電流采樣電阻連接，所述比較器單元的輸出端與所述邏輯與驅動單元的一個輸入端連接；所述電感零電流檢測單元的輸出端連接所述電感空閑時間控制單元的第一個輸入端，所述開關分段調光控制單元的第三輸出端與所述電感空閑時間控制單元的第二個輸入端連接，所述電感空閑時間控制單元的輸出端連接所述邏輯與驅動單元的第二輸入端；所述邏輯與驅動單元的輸出端分別連接功率開關管的輸入端和所述電感空閑時間控制單元的第三個輸入端。
[0013]更進一步地，所述電感空閑時間控制單元由一開關控制邏輯單元，第一固定電流源，第二固定電流源，第一開關，第二開關，采樣電容，比較器基準電壓和比較器單元組成；所述開關控制邏輯單元的輸出端分別控制第一開關和第二開關，所述第一開關的一端連接所述采樣電容，所述第一開關的另一端連接所述第一固定電流源，所述第一固定電流源的另一端連接電源VDD;所述第二開關的一端連接所述采樣電容，所述第二開關的另一端連接所述第二固定電流源，所述第二固定電流源的另一端連接GND;所述比較器單元的負輸入端連接所述采樣電容，所述比較器單元的正輸入端連接所述比較器基準電壓，所述比較器單元的輸出端與所述邏輯與驅動單元的一個輸入端連接。
[0014]更進一步地，如圖4所示，本發明同時公開了一種LED恒流驅動電路，該LED恒流驅動電路包括:一整流橋，一輸入濾波電容，一供電電阻，一供電電容，一峰值電流米樣電阻，一功率開關管，一電感，一續流二極管，一輸出電容，一輸出電阻，一 LED負載和一普通開關。
[0015]上述的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路可在兩段或兩段以上的開關分段調光的LED驅動電源中應用。
[0016]上述的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路可在非隔離或隔離拓撲的開關電源系統中應用。
[0017]本發明中LED驅動電源的控制芯片集成了一電感空閑時間控制電路，通過將改變輸出電流基準電壓與控制電感空閑時間相結合的技術，在實現了開關分段調光功能的同時也控制了 LED驅動電源的工作頻率。這有效的提高了 LED驅動電源的效率和降低了系統的成本，同時也提高了 LED驅動電源的質量和可靠性。
[0018]與傳統的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制技術相比較，本發明的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路，通過把減小輸出電流基準電壓與控制電感空閑時間相結合的方法來實現對輸出電流的調光控制，這能把LED驅動電源的工作頻率控制在一個合適的范圍內，避免了 LED驅動電源在開關分段調光時工作頻率成比例增大的問題。通過本發明的輸出電流控制電路，能有效的提高了系統的效率和降低了系統的成本，同時也提高了 LED驅動電源的質量和可靠性。
[0019]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為傳統的具有開關分段調光功能的LED恒流驅動電路；
圖2為傳統的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路；
圖3為傳統的具有開關分段調光功能的LED恒流驅動電路的關鍵節點波形圖；
圖4為本發明實施例1的具有開關分段調光輸出電流控制電路的LED恒流驅動電路圖；
圖5為本發明實施例1中電感空閑時間控制單元的一個具體實施圖；
圖6為本發明實施例1的具有開關分段調光輸出電流控制電路的LED恒流驅動電路的關鍵節點波形圖。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0023]實施例1
本發明解決了傳統的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制技術的控制芯片工作頻率隨輸出電流基準電壓減小而成比例增大的問題，提供了解決該問題的開關分段調光的輸出電流控制電路。通過把減小輸出電流基準電壓與控制電感空閑時間相結合的方法，把LED驅動電源的工作頻率控制在一個合適的范圍內，有效的解決了傳統的輸出電流控制技術在開關分段調光時工作頻率成比例增大的問題。
[0024]結合圖3所示波形分析，工作在臨界模式的降壓型LED驅動電源的輸出LED電流可以由以下公式表示:
ILED=12 X ILP=12 X VREFRCS 其中，ILP為電感的峰值電流；RCS為峰值電流采樣電阻值；VREF為輸出電流基準電壓。從上式可以看到，在進行開關分段調光時，傳統的解決方法是減小輸出電流基準電壓VREF，從而成比例的減小了 LED輸出電流，以實現調光的目的。工作在臨界模式的降壓型LED驅動電源的工作頻率可以由以下公式表示:
f=lTON+TOFF=VLEDX (1- VLEDVDC) LX ILP
其中，TON為功率開關管的導通時間；T0FF為功率開關管的關斷時間；VLED為輸出LED電壓；VDC為輸入整流后的母線電壓；L為電感量。從上式可以看到，在開關分段調光時，減小輸出電流基準電壓VREF，則成比例的減小了電感峰值電流ILP，從而成比例的增大了 LED驅動電源的工作頻率。從圖3可以看到，當第三段調光的LED電流為第一段調光時的1/4時，對應的工作頻率則是第一段調光時的4倍，這超出了 LED驅動電源的合適頻率范圍。
[0025]從輸出LED電流的表達公式可以看到，為了實現輸出LED電流的減小，除了減小輸出電流基準電壓VREF的方法之外，還可以通過將系數“ 1/2”減小的方法來實現。因此，本發明了公開了一種將減小輸出電流基準電壓和減小輸出電流系數相結合的開關分段調光輸出電流控制電路，在實現輸出LED調光目的同時也控制了 LED驅動電源的工作頻率。
[0026]如圖4所示，為本發明的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路。用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路包括:輸出電流基準電壓產生單元406,比較器單元411,電感零電流檢測單元412,電感空閑時間控制單元413,邏輯與驅動單元414。所述LED驅動電源還包括:開關分段調光控制單元405，整流橋400，輸入濾波電容401，供電電阻402，供電電容403，峰值電流采樣電阻415，功率開關管416，續流二極管417，電感418，輸出電容419，輸出電阻420，LED負載421和普通開關422。
[0027]當所述普通開關422第一次開啟時，所述LED驅動電源工作在第一段調光狀態。此時所述開關分段調光控制單元405輸出DM4信號，則所述輸出電流基準電壓產生單元406的開關409閉合并輸出基準電壓407到所述比較器單元411的負輸入端，作為第一段調光的輸出電流基準電壓，此時LED輸出100%電流。當所述普通開關422關閉后并第二次開啟時，所述LED驅動電源工作在第二段調光狀態。此時所述開關分段調光控制單元405輸出DIM4、DIM5信號，則所述基準電壓407仍然作為第二段調光的輸出電流基準電壓；同時所述電感空閑時間控制單元413對所述電感418的空閑時間進行控制，使輸出LED電流的系數變為“1/4”。此時LED輸出50%電流，工作頻率為第一段調光時的50%。當所述普通開關422關閉后并第三次開啟時，所述LED驅動電源工作在第三段調光狀態。此時所述開關分段調光控制單元405輸出DM5、DIM6信號，則所述基準電壓產生單元406的開關410閉合并輸出基準電壓408到所述比較器單元411的負輸入端，作為第三段調光的輸出電流基準電壓。此時的輸出電流基準電壓為第一段調光時的50%。所述電感空閑時間控制單元413對所述電感418的空閑時間進行控制，使得輸出LED電流的系數保持為“1/4”。此時LED輸出25%電流，工作頻率與第一段調光時相同。當所述普通開關422關閉后并第四次開啟時，所述LED驅動電源重新工作在第一段調光狀態，如此循環下去。根據本發明電路的技術，可以調整LED輸出電流基準電壓的變化比例和LED輸出電流系數的變化比例來得到不同的調光亮度，所述LED驅動電源仍然會工作在合適的工作頻率范圍內。
[0028]圖5為本發明中電感空閑時間控制單元413的一個具體實施圖。所述電感空閑時間控制單元413由開關控制邏輯單元500，第一固定電流源501，第二固定電流源504，第一開關502，第二開關503，采樣電容505，比較器基準電壓506和比較器單元507組成。在第二和第三段調光時，所述電感空閑時間控制單元413對所述電感418的空閑時間進行控制。當所述功率開關管416開始導通時，所述第一開關502閉合，所述第一固定電流源對所述采樣電容505進行充電，此時所述電感418的電流從零開始隨時間斜坡上升至峰值并使所述功率開關管416開始關斷。此時所述電感418的電流從峰值開始隨時間斜坡下降。當所述電感418的電流下降到零后，所述電感零電流檢測單元412輸出零電流檢測信號ZCDJlJm述第一開關502斷開，所述第二開關503閉合，此時所述第二固定電流源504對所述采樣電容505進行放電。當所述采樣電容505上的電壓下降到比所述比較器基準電壓506低時，所述比較器單元507翻轉，輸出一信號到所述邏輯與驅動單元414，所述邏輯與驅動單元414進而驅動所述功率開關管416重新導通。當所述第一固定電流源501與所述第二固定電流源502的電流比例為1:1時，可以得到所述電感418的電流波形在每個周期中增加了一個與工作時間比例為1:1的空閑時間。因此使得輸出LED電流的系數由“1/2”變成了“1/4”，實現了 LED分段調光目的。
[0029]圖6為本發明的具有開關分段調光功能的LED恒流驅動電路的關鍵節點波形圖。從圖中可以看到，由于控制電感空閑時間和改變輸出電流基準電壓的共同作用，在第二段調光時，所述電感418的峰值電流保持不變而每個周期中增加了一個與工作時間比例為I: I的空閑時間，從而得到50%的LED輸出電流和50%的工作頻率。在第三段調光時，所述電感418的峰值電流變為第一段調光的50%，同時增加了一個與工作時間比例為1:1的空閑時間，從而得到25%的LED輸出電流和與第一段調光相同的工作頻率。因此，本發明的輸出電流控制電路，通過將改變輸出電流基準電壓與控制電感空閑時間相結合的技術，在實現了開關分段調光功能的同時也控制了 LED驅動電源的工作頻率。這有效的提高了 LED驅動電源的效率和降低了系統的成本，同時也提高了 LED驅動電源的質量和可靠性。
[0030]本說明書所述的僅是本發明的較佳的【具體實施方式】，用于說明本發明的技術方案，而非對本發明的限制，凡本領域的技術人員依據本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗來對本發明做出了一些調整和改變而得到的技術方案，例如將本發明的輸出電流控制電路的技術應用在四段甚至更多段的開關分段調光的LED驅動電源中。仍為本發明的要義所在，皆應在本發明的范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路，其特征在于包括:一開關分段調光控制單元，用于產生一組開關分段調光控制信號； 一輸出電流基準電壓產生單元，用于產生所需的輸出電流基準電壓； 一比較器單元，用于將峰值電流采樣電阻上的電壓值與LED輸出電流基準電壓進行比較； 一電感零電流檢測單元，用于對電感的電流過零的時刻進行檢測； 一電感空閑時間控制單元，用于對電感的空閑時間進行控制； 一邏輯與驅動單元，用于對所述電感空閑時間控制單元和所述比較器單元的輸出信號進行邏輯控制，進而驅動功率開關管和控制所述電感空閑時間控制單元； 所述開關分段調光控制單元的兩個輸出端連接所述輸出電流基準電壓產生單元的輸入端，所述輸出電流基準電壓產生單元的輸出端連接所述比較器單元的負輸入端，所述比較器單元的正輸入端與峰值電流采樣電阻連接，所述比較器單元的輸出端與所述邏輯與驅動單元的一個輸入端連接；所述電感零電流檢測單元的輸出端連接所述電感空閑時間控制單元的第一個輸入端，所述開關分段調光控制單元的第三輸出端與所述電感空閑時間控制單元的第二個輸入端連接，所述電感空閑時間控制單元的輸出端連接所述邏輯與驅動單元的第二輸入端；所述邏輯與驅動單元的輸出端分別連接功率開關管的輸入端和所述電感空閑時間控制單元的第三個輸入端。
2.如權利要求1所述的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路，其特征在于:所述電感空閑時間控制單元由一開關控制邏輯單元，第一固定電流源，第二固定電流源，第一開關，第二開關，采樣電容，比較器基準電壓和比較器單元組成；所述開關控制邏輯單元的輸出端分別控制第一開關和第二開關，所述第一開關的一端連接所述采樣電容，所述第一開關的另一端連接所述第一固定電流源，所述第一固定電流源的另一端連接電源VDD;所述第二開關的一端連接所述采樣電容，所述第二開關的另一端連接所述第二固定電流源，所述第二固定電流源的另一端連接GND;所述比較器單元的負輸入端連接所述采樣電容，所述比較器單元的正輸入端連接所述比較器基準電壓，所述比較器單元的輸出端與所述邏輯與驅動單元的一個輸入端連接。
3.權利要求1或2所述的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路在兩段或兩段以上的開關分段調光的LED驅動電源中應用。
4.權利要求1或2所述的用于LED驅動電源開關分段調光的輸出電流控制電路在非隔離或隔離拓撲的開關電源系統中應用。
【文檔編號】H05B37/02GK104168697SQ201410385680
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】鄧小兵, 黃欽陽, 張明明 申請人:鄧小兵