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專利名稱：一種led電流檢測和控制電路及其控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及LED電流檢測和控制的電路領域，尤其涉及LED照明中采用降壓拓撲(Buck)的輸出高精度電流的LED電流檢測和控制的電路。
背景技術：
傳統(tǒng)照明技術存在發(fā)光效率低、耗電量大、使用壽命短等缺點，LED照明具有壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保等優(yōu)點，正在迅速替代傳統(tǒng)照明。LED不像普通白熾燈泡可以直接接220V的交流市電，它需要由電流檢測和控制的電路提供恒定的輸出電流。電流精度是LED電流檢測和控制的電路最重要的指標之一，其他的指標主要有絕緣可靠性、體積大小、功率因素、轉(zhuǎn)換效率、電源壽命、電磁兼容等。電流精度作為LED電流檢測和控制的電路的一項重要指標，直接決定LED電流檢測和控制的電路的性能。市場上LED電流檢測和控制的電路控制器恒定輸出電流精度的方法主要有三種:開環(huán)控制、等效閉環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制就是通過LED電流檢測和控制的電路控制器內(nèi)部設定的閾值，直接控制電感電流的峰值或者谷值，配合恒定開通或者關斷時間來達到控制LED電流的方法，如市場上的基于降壓(Buck)拓撲的控制器，通過控制電感電流的峰值和關斷時間來控制LED電流檢測和控制的電路的輸出電流。這種控制方法的電流精度受系統(tǒng)延時、外圍器件偏差和控制器內(nèi)部參數(shù)工藝偏差的影響大，輸出電流精度差。等效閉環(huán)控制是指偵測能夠反映輸出LED電流的信號，如電感峰值電流、開通時間和關斷時間等，經(jīng)過控制器轉(zhuǎn)換成LED電流的等效信號送入由誤差放大器和PWM脈寬調(diào)制器構成的負反饋環(huán)路，并用負反饋穩(wěn)定這個等效LED電流信號,如市場上基于Flyback(反激)拓撲的PSR(原邊控制)控制器，偵測變壓器一次側(cè)的電流峰值和變壓器放電時間并將它們轉(zhuǎn)換成等效LED電流信號送入負反饋環(huán)路，并用負反饋穩(wěn)定LED電流等效信號控制輸出LED電流。由于負反饋環(huán)路的引入，這種控制方法的電流精度只受采樣和控制器轉(zhuǎn)換電路的偏差影響，受外圍參數(shù)變化小，所以批量生產(chǎn)時電流精度高于開環(huán)控制。閉環(huán)控制是指直接偵測LED電流，并將電流信號送入由誤差放大器和PWM脈寬調(diào)制器構成的負反饋環(huán)路，通過負反饋環(huán)路穩(wěn)定電流信號。由于負反饋環(huán)路直接控制LED電流，這種控制方法精度高，但要偵測LED電流信息，往往需要額外的元件或者讓控制器處理幾百伏特的高壓信號，這會顯著增加系統(tǒng)的成本，如傳統(tǒng)的反激控制器配合次邊的TL431和光耦的LED電流檢測和控制的電路。出于對可靠性、成本以及體積的考慮，目前市場上存在著隔離和非隔離型兩類LED電流檢測和控制的電路。隔離型是指AC交流市電或者直流電源輸入端和LED負載沒有電氣連接，是被變壓器隔離開的。非隔離型驅(qū)動是與隔離型對應的輸入與輸出沒有被變壓器電氣隔離的驅(qū)動方式。隔離型的LED電流檢測和控制的電路由于輸入高壓被電器隔離，所以沒有觸電的危險；但是隔離型LED電流檢測和控制的電路需要變壓器，會增加電流檢測和控制的電路的成本以及體積，許多對電流檢測和控制的電路體積要求嚴格的LED照明產(chǎn)品無法使用隔離型驅(qū)動方式。非隔離型電源由于只需要電感而不需要變壓器，所以該類型的電流檢測和控制的電路具有體積小，成本低的特點；但是由于LED燈具絕緣和可靠性的要求，非隔離型驅(qū)動會增加LED燈具物理隔離的成本。這兩種類型的驅(qū)動方式各有優(yōu)缺點，因此隔離與非隔離的方案一直都同時存在。功率因素作為LED電流檢測和控制的電路另一項重要的指標，越來越被市場所重視。高功率因素LED電流檢測和控制的電路能有效降低對電網(wǎng)的干擾，更加節(jié)能環(huán)保，尤其在大功率的應用場合。目前實現(xiàn)高功率因素LED電流檢測和控制的電路的方式主要有雙級和單級功率因素校正技術。雙級功率因素校正技術將功率因素校正和控制LED恒流分成兩級處理，整體電路成本高，目前多應用于大功率場合。單級功率因素校正技術將校正功率因素和控制LED恒流一次完成，由于幾乎不增加成本，該技術在LED電流檢測和控制的電路得到廣泛應用；但是由于功率因素校正的系統(tǒng)帶寬很低，同時對LED恒流時，輸出LED負載電流會有輸入交流市電的工頻紋波。LED電流檢測和控制的電路根據(jù)電感電流是否連續(xù)可以分為(電感)連續(xù)電流模式(CCM)、(電感)斷續(xù)電流模式(DCM)和(電感)臨界電流模式(BCM)。連續(xù)電流模式是指電感電流在開關管關斷時未降到零，在下次開關管導通時電感電流不是從零開始增加；斷續(xù)電流模式與連續(xù)電流模式相反，開關管導通前，電感電流已經(jīng)降為零；臨界電流模式介于連續(xù)電流模式和斷續(xù)電流模式之間，指當電感電流降為零時馬上導通開關管。連續(xù)電流模式電感峰值電流和輸出電流紋波較小，可以使用成本相對較低的功率器件以及小型的輸出電容，但是連續(xù)電流模式電感(隔離應用時為變壓器)取值比較高從而會增加電流檢測和控制的電路的體積；對于高功率因素應用時，控制器需要額外的乘法器，控制方法比較復雜。斷續(xù)電流模式相對于連續(xù)電流模式相比:有電感(隔離時為變壓器)峰值電流大以及輸出電流紋波大等缺點，但是斷續(xù)電流模式電感值(隔離時為變壓器)取值較小，并且實現(xiàn)高功率因素的控制方法比較簡單。臨界電流模式的特點介于連續(xù)電流模式和斷續(xù)電流模式之間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對現(xiàn)有LED電流檢測與控制技術中開環(huán)控制、等效閉環(huán)控制及閉環(huán)控制存在的問題，提供一種基于降壓(Buck)拓撲的非隔離、等效閉環(huán)控制的LED驅(qū)動電路、方法及其控制器。本發(fā)明中的LED電流檢測與控制電路包括:電源、儲能元件、開關管、控制器；所述電源用于在開關管導通時向負載供電；所述儲能元件用于在開關管導通時，存儲電能，在開關管關斷時，將電能釋放給負載供電；所述控制器用于根據(jù)時鐘信號與反饋信號周期性的控制開關管導通和關斷；且在開關管導通時，反饋信號為反應流過負載瞬時電流大小的信號，開關管關斷時反饋信號為反應流過負載等效電流大小的信號。其中，所述控制器還用于檢測反應流過負載峰值電流大小的信號，將所述檢測信號與第一閾值比較，當檢測信號大于第一閾值時關斷開關管。進一步，LED電流檢測與控制電路還包括第一電阻，所述控制器在開關管導通期間，通過第一電阻直接偵測流過負載的電流，同時采樣并且保持流過第一電阻上的峰值電流信號；在開關管關斷期間，控制器偵測所述儲能元件的放電時間，并根據(jù)所述放電時間及所述流過第一電阻上的峰值電流信號計算流過負載的等效電流。本發(fā)明還公開了一種LED電流檢測和控制方法，包括以下步驟:
根據(jù)時鐘信號與反饋信號周期性的控制開關管導通和關斷；
在開關管導通時，所述電源向負載供電，儲能元件存儲電能；
在開關管關斷時，將儲能元件將電能釋放給負載供電；
且在開關管導通時，所述反饋信號為反應流過負載瞬時電流大小的信號；開關管關斷時，所述反饋信號為反應流過負載等效電流大小的信號。優(yōu)選地，開關管關斷時，所述反饋信號為反應(流過負載的峰值電流X 1/2)的大小的信號。
本發(fā)明還公開了一種控制器，包括:邏輯電路、振蕩器、峰值采樣電路、等效放電電壓電路、二選一電路、基準電壓源、誤差放大器、第三電容及第二比較器；
所述振蕩器用于向邏輯電路提供時鐘信息，以及向第二比較器的一個輸入端提供鋸齒波信號或三角波信號；
所述峰值采樣電路的輸入端連接控制器的第一輸入端，峰值采樣電路的輸出端與所述等效放電電壓電路的輸入端連接，等效放電電壓電路的輸出端與所述二選一電路的第一選擇輸入端連接；
所述二選一電路的第二選擇輸入端與控制器的第一輸入端連接；二選一電路的輸出端與誤差放大器的一個輸入端連接；二選一電路的控制端與控制器的控制信號輸出端連接；誤差放大器的另一輸入端連接所述基準電壓源，誤差放大器的輸出端與所述第二比較器的另一輸入端連接；第二比較器的輸出端向邏輯電路輸出比較結(jié)果；所述誤差放大器的輸出端還通過所述第三電容接地；
所述邏輯電路的輸出端為控制器的控制信號輸出端，所述邏輯電路用于根據(jù)時鐘信號及第二比較器輸出的比較結(jié)果導通或關斷開關管。上述控制器用于臨界電流模式的LED驅(qū)動電源。若要用在斷續(xù)電流模式的LED驅(qū)動電源還需在上述控制器的基礎上增加放電時間檢測電路，放電時間檢測電路的輸入端連接控制器的第二輸入端，放電時間檢測電路的輸出端與等效放電電壓電路的控制端連接。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是:
1.在開關管開通時，將實際流過負載LED的電流送入誤差放大器，有效提高了開通時檢測流過LED負載電流的精確性。2.在開關管關閉時，控制器根據(jù)開關管開通時的變壓器主繞組峰值電流，通過特定的算法，將關斷時變壓器主繞組(或者電感)的等效平均電流送入閉環(huán)控制環(huán)路，所以輸出LED上的電流非常精確，同時由于不用采樣開關管截止時的變壓器主繞組(或者電感)電流，避免了控制器采用浮地結(jié)構，或者集成高壓器件。本發(fā)明適用于所有LED的驅(qū)動電源。3.本發(fā)明采用等效閉環(huán)控制的反饋方式，避免了傳統(tǒng)非隔離降壓拓撲采樣變壓器(或者電感)電流困難的缺點，元器件數(shù)目很少，降低了 LED驅(qū)動電源的成本，有利于LED照明的推廣。
4.本發(fā)明采用了降壓(Buck)電路拓撲，在實現(xiàn)單極功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動電源中具有很高的功率因數(shù)值。5.本發(fā)明適用于非隔離的斷續(xù)模式或者臨界模式的LED驅(qū)動電源，具有輸入高功率因數(shù)的LED驅(qū)動電源。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發(fā)明的LED電流檢測和控制的外部應用電路；
圖2為本發(fā)明中控制器的內(nèi)部模塊 圖3為本發(fā)明峰值采樣波形 圖4為本發(fā)明放電時間檢測波形 圖5為本發(fā)明等效放點電壓波形 圖6為本發(fā)明實例中峰值采樣電路的一種具體組成電路 圖7為本發(fā)明實例中等效放電電路的一種具體組成電路 圖8為本發(fā)明實例中二選一電路的一種具體組成電路圖。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。如圖1，本發(fā)明中的LED電流檢測和控制電路的一個實施例是這樣的:包括控制器101、開關管102、變壓器103、采樣電阻104、續(xù)流二極管105、輸入橋式整流器107、電阻111和112、輸出濾波電容115。本實施例中的負載為LED燈串106。所述整流二極管107輸入的兩端分別接AC市電，輸出的一端接LED燈串106的陽極，另一端接控制器101的地電位N02 ;在另一個實施例中，還可以包含電容108，所述電容108與橋式整流器的輸出并聯(lián)，分別接NOl和N02。所述橋式整流器107和電容108的作用是，將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。所述LED燈串106的陰極接變壓器103的一端N05，輸出電容115與LED燈串106并聯(lián)；所述續(xù)流二極管105 —端接LED燈串的陽極N01，另一端接變壓器103的一端N09。所述電容115是一個濾波電容，該電容可以減小LED負載上面的電流紋波。所述續(xù)流二極管105的作用是，當開關管102開啟時，所述二極管截至，阻止電源從NOl直接流入開關管102，當開關管102關閉時，所述二極管開啟，變壓器103通過二極管105對LED負載進行供電。所述開關管102的漏極與變壓器103的一端N09相接，開關管的源極連接采樣電阻104的一端N04，開關管102的柵極接控制器的輸出N07 ;所述采樣電阻104 —端接N04，另一端接地電位N02。所述分壓電阻112—端接變壓器103的一端N06，另一端接N08，所述分壓電阻111一端接N08，另一端接地電位N02。所述變壓器103的主繞組兩端分別接N05和N09，輔助繞組分別接N06和地電位N02，其中主繞組的N05和輔助繞組的N06為同名端。所述控制器101用于偵測流過LED燈串106、變壓器103主繞組和開關管102的電流在所述采樣電阻104上產(chǎn)生的電壓信號，并同時偵測變壓器103輔助繞組電位N06經(jīng)過電阻111和112分壓后的電壓N08的波形，通過控制器101的內(nèi)部控制環(huán)路控制開關管102的導通或截止；所述分壓電阻111和112的作用是，將變壓器103的輔助繞組電壓信號N06分壓，轉(zhuǎn)換為控制器101能夠處理的電壓信號N08。所述變壓器103主繞組的作用是在開關管102開啟時，給LED負載106供電的同時，將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存在變壓器103中，在開關管關閉時將儲存在變壓器主繞組103中的磁能轉(zhuǎn)換成電能給LED負載供電；所述變壓器103輔助繞組體現(xiàn)了原邊對應同名端的電壓和電流方向，在開關管開啟時，N06對應地電位N02為負壓，在開關關斷時，變壓器103主繞組處于放電狀態(tài)時，N06對應地電位N02為正電壓(該電壓正比于LED燈串的正向?qū)妷?，給控制器芯片供電，同時當變壓器103主繞組電流降為零時，N06電壓開始下降。進而控制器通過偵測N08點的電壓波形便可得知變壓器103放電時間的信息。在一個具體實例中，所述開關管102是一個功率NMOS管，在驅(qū)動信號N07為高時，將開關管102開啟；驅(qū)動信號N07為低時，將開關管102關閉。所述電阻104的作用是，當開關管102開啟時，檢測流過開關管102和變壓器103的電流，然后將電阻104上產(chǎn)生的電壓信號送入控制器101中，當開關管102關閉的時刻，將流過LED負載的電流的峰值電壓信號送入控制器101中。開關管102導通時，控制器101根據(jù)反映流過負載的瞬時電流大小的電壓信號產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(PWM信號)控制開關管，當開關管102關斷時，控制器101根據(jù)反映流過負載的平均電流(即等效電流)大小的電壓信號產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制開關管，從而精確的調(diào)節(jié)流過LED負載的電流。在一個具體實例中，反映流過負載的平均電流大小的電壓信號即為開關管102關閉的時刻流過LED負載的電流的峰值電壓信號的一半。在另一個實施例中，控制器還通過反饋環(huán)路穩(wěn)定LED負載電流，限制流過開關管102和變壓器103的最大電流。在另一個具體實例中，電路中還設有電容113。所述電容113，一端接控制器的輸出N10，另一端接地電位N02。所述電容113是一個環(huán)路補償電容，可以位于控制器101的外部，也可以集成在控制器101的內(nèi)部。其作用是保證由所述LED電流檢測和控制的電路構成的LED驅(qū)動電源工作時，反饋環(huán)路的穩(wěn)定性。在另一個實施例中，還可增設電阻110、電容109及二極管114。所述電阻110—端接橋式整流器107的輸出N01，另一端接控制器101的電源N03 ;所述電容109 —端接N03，另一端接地點位N02 ;所述二極管114 一端接變壓器103的輔助繞組N06，另一端接控制器101的電源N03。所述電阻110的作用是，在控制器101控制開關管102開啟和關斷前，給控制器101提供啟動電流；所述二極管114的作用是，變壓器103的輔助繞組在開關管102截止期間，對第一電容109充電，為控制器101的供電；當開關管開啟時，阻止維持電容109被變壓器103輔助放電；所述電容109的作用是，在變壓器103的輔助繞組無法給控制器101供電時，為控制器101提供維持電流。
所述信號NOl表示輸入電源的正相端；
所述信號N02表不表不輸入電源的負相端，既控制器101的參考地電位；
所述信號N03表不控制器101的供電電源；
所述信號N04是一個電壓信號,該電壓以N02作為地信號,在開關管102開啟時,該電壓表示流過開關管102和變壓器103主繞組的電流大小，在開關管102關閉的時刻，將流過LED負載的電流的峰值電壓信號送入控制器101中。所述信號N06，在開關管開啟時，N06對應地電位N02為負壓，在開關關斷時N06對應地電位N02為正電壓(該電壓正比于LED燈串的正向?qū)妷?，給芯片供電，同時當變壓器103主繞組電流降為零時，N06電壓開始下降，為控制器101提供變壓器放103電時間的信息。所述信號N07表示開關管102的柵極驅(qū)動信號，該信號控制開關管102的開啟和關斷，該信號是控制器101的輸出信號。所述分壓信號N08，是將變壓器103的輔助繞組電壓信號N06分壓后，轉(zhuǎn)換為控制器101能夠處理的電壓信號，該信號是控制器101的輸入信號。如圖2，所述控制器101的一個具體電路，包括峰值采樣電路201、放電時間檢測電路202、基準電壓源203、振蕩器204、等效放電電壓電路205、二選一電路206、誤差放大器207、比較器209和邏輯電路210。所述峰值米樣電路201具有一個輸入端、一個輸出端和一個控制端，輸入端接米樣電阻104的一端N04，輸出端接等效放電電壓電路205的輸入N53，控制端為開關管102開啟關斷的控制信號N07 ;所述峰值采樣電路201的作用是，在開關管102開通結(jié)束時，保持米樣電阻104的一端N04上的最高電壓信號,作為等效放電電壓電路205的輸入。等效放電電壓電路205具有一個輸入端、一個輸出端和一個控制端，輸入端接所述峰值采樣電路201的輸出N53，輸出端接所述二選一電路206的一個輸入端N54，所述控制端接放電時間檢測電路202的輸出N52 ;所述等效放電電壓電路205的作用是，當放電時間檢測電路202輸出N52為邏輯高時(變壓器103主繞組電流處于放電狀態(tài))，等效放電電壓電路205的輸出為所述峰值采樣電路201的輸出N53電壓值的一半，當放電時間檢測電路202的輸出為邏輯低時(變壓器103主繞組電流處于充電狀態(tài)或者放電結(jié)束狀態(tài))，等效放電電壓電路205的輸出地電位N02。放電時間檢測電路202具有一個輸入端、一個輸出端，輸入端接變壓器103輔助繞組的分壓信號N08、輸出端接等效放電電壓電路205的控制端N52 ;所述放電時間檢測電路202的作用是，通過檢測電壓信號N08的高電平時間，得到變壓器103的主繞組的放電時間信號N52，所述N52是一個邏輯信號，去控制等效放電電壓電路205的輸出N54。所述二選一電路206具有兩個選擇輸入端，一個控制端及一個輸出端，兩個選擇輸入端分別對應連接所述采樣電阻的一端N04和等效放電電壓電路205的輸出N54，所述控制端與開關管102的柵極N07連接，所述輸出端與誤差放大器207的一個輸入端N55連接。當開關管開啟時，所述二選一電路206送入誤差放大器207的信號為米樣電阻104的一端N04 ;當開關管102關閉時，二選一電路206將所述等效放電電壓電路205的輸出端N54送入誤差放大器207中。所述誤差放大器207用于將其接收的基準電壓源203與二選一電路206輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并輸出；圖1中所述補償電容113與誤差放大器的輸出NlO連接，用于將誤差放大器207輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺徽`差放大器207的作用是,將開關管102開通時的LED電流信息(采樣電阻104的一端N04)或開關管102關斷時的LED電流信息(等效放電電壓電路205的輸出N54)與基準信號N51進行比較，并得到誤差放大信號N10，去控制開關管102的開啟和關斷，從而穩(wěn)定LED負載106的輸出電流。比較器209的一個輸入端與誤差放大器207的輸出端NlO連接，另一個輸入端與振蕩器204的一個輸出端N58連接，比較器209用于將補償電容113上產(chǎn)生的電壓信號和其另一個輸入端上的鋸齒波信號N58相比較；比較器209的作用是決定開關管102的開通時間，既把鋸齒波信號N58和誤差放大器的輸出信號NlO相比較，比較器209的輸出信號送入到邏輯電路210中調(diào)節(jié)開關管102的開通時間。在另一個實施例中，控制器101還包括比較器208。所述比較器208的一個輸入端連接所述采樣電阻104的一端N04，另一個輸入端接收基準電壓源203輸出的基準電壓N50，比較器208輸出的控制信號送入邏輯電路210 ;比較器208的作用是限制流過開關管102和變壓器103主繞組的最大電流，當流過開關管102和變壓器103主繞組的電流等效信號N04超過基準電壓源203的輸出電壓N50時，比較器208通過邏輯電路210關斷開關管102，限制流過開關管102和變壓器103主繞組的最大電流值。所述邏輯電路210用于產(chǎn)生控制開關管102開通和關斷的信號。所述基準電壓源203的作用是，產(chǎn)生精確的基準電壓N50和N51，其中N51將作為誤差放大器207的輸入電壓信號，N50作為比較器208的輸入電壓信號。所述振蕩器204的作用是，產(chǎn)生時鐘信號N57，送入邏輯電路210控制所述開關管102的開通；同時產(chǎn)生鋸齒波信號或三角波信號N58,與誤差放大器207的輸出信號NlO進行比較送入邏輯電路210，控制開關管102的開通時間，在一個實施例中，當鋸齒波信號N58大于誤差放大器207的輸出信號NlO時，比較器209輸出的控制信號NlO關斷開關管。所述邏輯電路210的作用是，接收比較器208的輸出信號N56、比較器209的輸出信號N59、振蕩器204的輸出信號N57控制開關管102的開通和關斷。所述控制器101里面:N53信號是一個模擬電壓信號，在開關管102開通時，該電壓為圖1所述采樣電阻104的一端N04的電壓信號，當開關管102關閉時，該信號保持所述電壓信號N04的電壓峰值；
N52信號是一個邏輯信號，該信號由放電時間檢測電路202產(chǎn)生，作為等效放電電壓電路205的控制信號，在變壓器103的主繞組處于放電狀態(tài)時，N52為邏輯高電平，其他時間N52為邏輯低電平；
N54是一個模擬電壓信號，在N52為邏輯高電時，既所述變壓器103主繞組處于放電狀態(tài)時，N54輸出模擬電壓信號N53的一半，其他時間N54輸出地電位N02 ；
N55是一個模擬電壓信號,該信號是二選一電路206的輸出，并送入誤差放大器207的信號，當開關管102關閉時，所述N55的電壓值為等效放電電壓電路的輸出端N54，當開關管開啟時，所述N55的電壓值為米樣電阻104的一端N04的電壓值；
N51信號是一個基準電壓信號,該信號由電壓基準源203產(chǎn)生,作為誤差放大器207的一個輸入信號，決定LED負載106的電流值；
N50信號是一個基準電壓信號，該信號由電壓基準源203產(chǎn)生，作為比較器208的一個輸入信號，決定流過變壓器103和開關管102的最大電流；
N59信號是一個數(shù)字邏輯信號，該信號由比較器209產(chǎn)生，通過邏輯電路210產(chǎn)生N07信號控制開關管102的開通時間；
N56信號是一個數(shù)字邏輯信號，該信號由比較器208產(chǎn)生，通過邏輯電路210產(chǎn)生N07信號控制開關管102的關斷；
N58是一個鋸齒波信號，該信號由振蕩器204產(chǎn)生，送到比較器209中與誤差放大器207的輸出信號NlO進行比較；
N57信號是一個數(shù)字邏輯信號，該信號由振蕩器204產(chǎn)生，通過邏輯電路210產(chǎn)生N07信號控制開關管102的開啟時刻；
NlO是一個模擬電壓信號,該電壓信號的大小反應了輸入電壓NOl的大小以及流過LED負載電流的大小，該電壓信號由誤差放大器207產(chǎn)生的電流對電容113進行充電和放電決定，該電壓送入比較器209和鋸齒波信號N58相比較，產(chǎn)生信號N59。參照圖3，為峰值采樣電路電路201工作原理示意圖。第一幅圖表示變壓器103主繞組電流，當開關管開啟時，電流以固定斜率上升，當開關管關閉時，電流以固定斜率降低。第二幅圖表不米樣電阻104上的電壓信號N04,當開關管開啟時，N04電壓為變壓器103主繞組的電流與采樣電阻104電阻值的乘積，當開關管關斷時，N04的電壓值為參考地電位N02。第三幅圖表示峰值采樣電路201的輸出信號N53，當開關管開啟時，N53與N04的電壓信號一樣，當開關管關斷時，所述N53輸出為N04的峰值電壓值。參照圖4，為放電時間檢測電路202示意圖。第一幅圖和第二幅圖分別表示表示變壓器103主繞組電流和采樣電阻104的電壓信號，與圖3所述一致。第三幅圖表示控制器101輸入N08的信號，所述N08為變壓器103輔助繞組N06的分壓信號，在開關管開啟時，N08對應地電位N02為負壓(如果控制器有鉗位電路，N08為鉗位電路設定的電壓)，在開關關斷時，當變壓器103主繞組處于放電狀態(tài)時，N08對應地電位N02為正電壓(該電壓正比于LED負載的正向?qū)妷?，同時當變壓器103主繞組電流降為零時，N08電壓開始下降，為控制器101提供變壓器主繞組103的放電時間的信息。第四幅圖表示放電時間檢測電路202的輸出信號N52，當所述N08為正電壓時，N52輸出邏輯高電平，當所述N08為負壓時，N52輸出邏輯低電平。參照圖5，為等效放電電壓電路205的工作原理示意圖。第一幅圖和第二幅圖分別表示電阻104的電壓信號N04和峰值采樣電路201的輸出信號N53，與圖3所述一致。第三幅圖表不放電時間檢測電路202的輸出信號N52,與圖4所述一致。第四幅圖表示等效放電電壓205的輸出電壓信號N54，當所述N52為邏輯高電平時，既變壓器103的主繞組處于放電狀態(tài)時，N54為峰值采樣電路201輸出信號N53電壓值的一半，當所述N52為邏輯低時，N54為參考地電位N02。圖6為峰值采樣電路201的一種具體組成電路圖；包括電阻301、電容302和306、反相器303、二或門304、NMOS管305、運算放大器308、二極管307。
所述電阻301和電容302構成一個延時電路，與反相器303、二或門304 —起，構成了一個邊沿檢測電路，既當所述開關管102的柵控制信號N07由低變高時(開關管102由關斷狀態(tài)變?yōu)殚_啟狀態(tài))，二或門304的輸出一個由電阻301和電容302決定高電平脈寬的邏輯信號N61，控制NMOS管305開啟。所述運算放大器308、二極管307以及電容306的作用是，當采樣電阻104的電壓N04上升時，使N53跟隨N04 —起上升；當所述電壓N04將為參考地點為N02后，由于二極管307的阻擋作用，電容306保持N04的峰值電壓。所述NMOS管305的作用是，當開關管102由關斷變?yōu)殚_啟時，將電容306放電，使得所述電壓信號N53能重新跟隨采樣電阻104的電壓N04。N61信號是一個邏輯信號，在開關管102由關斷變?yōu)殚_啟時,產(chǎn)生一個由電阻301和電容302決定高電平脈寬脈寬的邏輯，控制NMOS管對電容306放電。圖7為等效放電電路205的一種具體組成電路圖；包括運算放大器400、電阻401和 402、NMOS 管 403 和 405、反相器 404。運算放大器400的作用是，使電壓信號N63等于所述峰值采樣電路201的輸出電壓信號N53。電阻401和402的作用是，將電壓信號N63分壓，使得電壓信號N62等于所述電壓信號N63的一半。NMOS管403的作用是，當所述放電時間檢測電路202的輸出邏輯信號N52為邏輯高電平時，既變壓器103主繞組處于放電狀態(tài)時，將N62信號送至等效放電電路205的輸出N54,當所述N52為邏輯低電平時，既變壓器103主繞組不處于放電狀態(tài)時，將參考地電位N02送至等效放電電路的輸出N54。反相器404的作用是，將所述控制信號N52反向，控制NMOS晶體管405的開啟和關斷。N63為一個模擬電壓信號,等于輸入信號N53的電壓值；N62為一個模擬電壓信號，所述N62的電壓值為運算放大器400的輸出N63的一半。參照圖8, 二選一電路206的一種實施方式為:包括反向器410和411、NM0S管412和 NMOS 管 413。所述反向器410的輸入端連接N07，所述反向器410的輸出端連接反向器411的輸入端和NMOS管412的柵極，所述反向器411的輸出端連接NMOS管413的柵極。所述NMOS管412的漏極連接輸入信號N54，所述NMOS管412的襯底連接控制器參考地N02，所述NMOS管412的源極連接NMOS管413的源極和輸出信號N55。所述NMOS管413的漏極連接輸入信號N04，所述NMOS管413的襯底連接控制器參考地N02，所述NMOS管413的源極連接NMOS管412的源級和輸出信號N55。本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，包括:電源、儲能元件、開關管、控制器； 所述電源用于在開關管導通時向負載供電； 所述儲能元件用于在開關管導通時，存儲電能，在開關管關斷時，將電能釋放給負載供電； 所述控制器用于根據(jù)時鐘信號及反饋信號控制開關管周期性的導通與關斷；且在開關管導通時，反饋信號為反應流過負載瞬時電流大小的信號，開關管關斷時反饋信號為反應流過負載等效電流大小的信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，還包括第一電阻，所述控制器在開關管導通期間，通過第一電阻直接偵測流過負載的電流，同時采樣并且保持流過第一電阻上的峰值電流信號；在開關管關斷期間，控制器偵測所述儲能元件的放電時間，并根據(jù)所述放電時間及所述流過第一電阻上的峰值電流信號計算流過負載的等效電流。
3.根據(jù)權利要求2所述的電路，其特征在于，還包括二極管、第三電阻、第四電阻以及第二電容；所述儲能元件為變壓器； 所述電源的正極用于連接負載的陽極，變壓器主繞組的第一端用于連接負載的陰極，所述第二電容并聯(lián)在負載兩端；所述開關管的漏極、變壓器主繞組的第二端以及二極管的陽極連接在一起；二極管的陰極與電源的正極連接；開關管的源極和第一電阻的第一端相連，開關管的柵極與控制器的控制信號輸出端連接，第一電阻的第二端接地；第一電阻的第一端與控制器的第一輸入端連接； 所述變壓器的輔助繞組的第一端連接第四電阻的第一端，第四電阻的第二端連接第三電阻的第一端，第三電阻的第二端接地；所述變壓器的輔助繞組的第二端接地；第三電阻及第四電阻的公共連接端連接控制器的第二輸入端。
4.根據(jù)權利要求3所述的電路，其特征在于，所述控制器的電源輸入端通過第二電阻與電源的正極連接，控制器的電源輸入端通過第二二極管與變壓器副繞組的第一端連接，控制器的電源輸入端通過第一電容接地； 其中，第二二極管的陰極與控制器的電源輸入端連接，陽極與變壓器副繞組的第一端連接。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的電路，其特征在于，所述控制器包括:邏輯電路、振蕩器、峰值采樣電路、等效放電電壓電路、二選一電路、基準電壓源、誤差放大器、第三電容及第二比較器； 所述振蕩器用于向邏輯電路提供時鐘信號，以及向第二比較器的一個輸入端提供鋸齒波信號或三角波信號； 所述峰值采樣電路的輸入端連接所述控制器的第一輸入端，峰值采樣電路的輸出端與所述等效放電電壓電路的輸入端連接，等效放電電壓電路的輸出端與所述二選一電路的第一選擇輸入端連接； 所述二選一電路的第二選擇輸入端與所述控制器的第一輸入端連接；二選一電路的輸出端與誤差放大器的一個輸入端連接；二選一電路的控制端與所述控制器的控制信號輸出端連接； 誤差放大器的另一輸入端連接所述基準電壓源，誤差放大器的輸出端與所述第二比較器的另一輸入端連接；第二比較器的輸出端向邏輯電路輸出比較結(jié)果；所述誤差放大器的輸出端還通過所述第三電容接地； 所述邏輯電路的輸出端為所述控制器的控制信號輸出端，所述邏輯電路用于根據(jù)時鐘信號及第二比較器輸出的比較結(jié)果導通或關斷開關管。
6.根據(jù)權利要求5所述的電路，其特征在于，所述控制器還包括放電時間檢測電路，放電時間檢測電路的輸入端連接所述控制器的第二輸入端，放電時間檢測電路的輸出端與等效放電電壓電路的控制端連接。
7.一種LED電流檢測和控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)時鐘信號與反饋信號控制開關管周期性的導通和關斷； 在開關管導通時，所述電源向負載供電，儲能元件存儲電能； 在開關管關斷時，將儲能元件將電能釋放給負載供電； 且在開關管導通時，所述反饋信號為反應流過負載瞬時電流大小的信號；開關管關斷時，所述反饋信號為反應流過負載等效電流大小的信號。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，開關管關斷時，所述反饋信號為反應(流過負載的峰值電流X 1/2)的大小的信號。
9.一種控制器，其特征在于，包括:邏輯電路、振蕩器、峰值采樣電路、等效放電電壓電路、二選一電路、基準電壓源、誤差放大器、第三電容及第二比較器； 所述振蕩器用于向邏輯電路提供時鐘信息，以及向第二比較器的一個輸入端提供鋸齒波信號或三角波信號； 所述峰值采樣電路的輸入端連接控制器的第一輸入端，峰值采樣電路的輸出端與所述等效放電電壓電路的輸入端連接，等效放電電壓電路的輸出端與所述二選一電路的第一選擇輸入端連接；所述二選一電路的第二選擇輸入端與控制器的第一輸入端連接；二選一電路的輸出端與誤差放大器的一個輸入端連接；二選一電路的控制端與控制器的控制信號輸出端連接；誤差放大器的另一輸入端連接所述基準電壓源，誤差放大器的輸出端與所述第二比較器的另一輸入端連接；第二比較器的輸出端向邏輯電路輸出比較結(jié)果；所述誤差放大器的輸出端還通過所述第三電容接地； 所述邏輯電路的輸出端為控制器的控制信號輸出端，所述邏輯電路用于根據(jù)時鐘信號及第二比較器輸出的比較結(jié)果導通或關斷開關管。
10.根據(jù)權利要求9所述的電路，其特征在于，所述控制器還包括放電時間檢測電路，放電時間檢測電路的輸入端連接控制器的第二輸入端，放電時間檢測電路的輸出端與等效放電電壓電路的控制端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED電流檢測和控制電路及其控制器，涉及LED電流檢測和控制的電路領域，旨在提供一種基于降壓(Buck)拓撲的非隔離、等效閉環(huán)控制的LED驅(qū)動電路及其控制器。本發(fā)明技術要點包括電源、儲能元件、開關管、控制器；所述電源用于在開關管導通時向負載供電；所述儲能元件用于在開關管導通時，存儲電能，在開關管關斷時，將電能釋放給負載供電；所述控制器用于根據(jù)反饋信號控制開關管導通或關斷；且在開關管導通時，反饋信號為反應流過負載瞬時電流大小的信號，開關管關斷時反饋信號為反應流過負載等效電流大小的信號等。
文檔編號G01R19/00GK103152955SQ20131010428
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者蔣曉博 申請人:蔣曉博