本發(fā)明涉及一種LED恒流驅(qū)動(dòng)電路，尤其涉及一種基于功率管漏極檢測技術(shù)的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)：

LED具有高亮度、長壽命、亮度穩(wěn)定且環(huán)保等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。反激式拓?fù)渚哂谐杀镜?、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于中小功率LED驅(qū)動(dòng)?；诜醇な酵?fù)涞腖ED恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，主要有兩種反饋方式：副邊反饋和原邊反饋。副邊反饋利用光耦元件對(duì)副邊信息進(jìn)行采樣反饋，該反饋模式能精確地控制輸出信號(hào)，但光耦器件增加了外圍器件數(shù)目，且存在易老化、溫漂大、轉(zhuǎn)換效率逐步衰減等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的原邊反饋采用輔助繞組解決了副邊反饋存在的問題，但采用輔助繞組存在系統(tǒng)體積大，成本高且采樣精度不高等缺點(diǎn)。故在此基礎(chǔ)上提出了一種基于功率管漏極檢測技術(shù)的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于功率管漏極檢測技術(shù)的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明由EMI濾波器，橋式整流器，大電容Cin，RCD吸收電路，反激變壓器，副邊二極管D0，輸出電容Co，功率MOSFET開關(guān)管，原邊采樣電阻和反饋控制驅(qū)動(dòng)器IC組成。

所述反饋控制驅(qū)動(dòng)器IC包含副邊導(dǎo)通時(shí)間信息獲取模塊，LED輸出電流估算模塊和PWM控制模塊。所述LED輸出電流估算模塊由LEB、電壓跟隨器、誤差放大器、三個(gè)電容和兩個(gè)電阻以及三個(gè)開關(guān)組成。

所述副邊導(dǎo)通時(shí)間信息獲取模塊包含兩個(gè)電阻、一個(gè)電容和副邊導(dǎo)通時(shí)間模塊，所述副邊導(dǎo)通時(shí)間模塊由一個(gè)電容、兩個(gè)電阻、一個(gè)開關(guān)、一個(gè)反相器、一個(gè)比較器和一個(gè)上升沿SR觸發(fā)器組成。

所述LEB由四個(gè)反相器、一個(gè)與門和一個(gè)電容組成。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明是一種基于功率管漏極檢測技術(shù)的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過檢測功率開關(guān)管漏極獲得副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間信息，以及通過功率MOSFET源極采樣獲得的原邊峰值電流信息，一起輸入到PWM控制器，由PWM控制器經(jīng)過運(yùn)算獲得輸出電流信息，從而控制LED輸出電流恒定。

附圖說明

圖1是采用輔助繞組的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖；

圖2是本發(fā)明基于功率管漏極檢測技術(shù)的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)圖；

圖3是基于功率管漏極檢測技術(shù)的副邊導(dǎo)通時(shí)間信息獲取原理波形圖；

圖4是副邊導(dǎo)通時(shí)間模塊電路圖；

圖5是T_dis理論分析波形圖；

圖6是原邊電流和副邊電流波形圖；

圖7是前沿消隱(LEB)電路圖；

圖8是LEB電路工作原理波形示意圖；

圖9是仿真得到的幾個(gè)關(guān)鍵波形圖；

圖10是在全部輸入電壓有效值范圍內(nèi)(110V-264V)的輸出LED電流波形圖；

圖11是在全部輸入電壓有效值范圍內(nèi)(110V-264V)的系統(tǒng)效率波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示為采用輔助繞組的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖。

基于功率管漏極檢測技術(shù)的原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)如圖2所示，本發(fā)明由EMI濾波器，橋式整流器，大電容Cin，RCD吸收電路，反激變壓器，原邊采樣電阻Rcs，副邊二極管D0，輸出電容Co，功率MOSFET開關(guān)管，原邊采樣電阻和反饋控制驅(qū)動(dòng)器IC組成。

所述反饋控制驅(qū)動(dòng)器IC包含副邊導(dǎo)通時(shí)間信息獲取模塊，LED輸出電流估算模塊和PWM控制模塊。所述LED輸出電流估算模塊由LEB、電壓跟隨器、誤差放大器、三個(gè)電容和兩個(gè)電阻以及三個(gè)開關(guān)組成。

所述副邊導(dǎo)通時(shí)間信息獲取模塊包含兩個(gè)電阻、一個(gè)電容和副邊導(dǎo)通時(shí)間模塊，所述副邊導(dǎo)通時(shí)間模塊由一個(gè)電容、兩個(gè)電阻、一個(gè)開關(guān)、一個(gè)反相器、一個(gè)比較器和一個(gè)上升沿SR觸發(fā)器組成。

所述LEB由四個(gè)反相器、一個(gè)與門和一個(gè)電容組成。

通過原邊采樣電阻獲取原邊峰值電流信息，結(jié)合利用副邊導(dǎo)通時(shí)間Tdis控制的開關(guān)獲取與輸出電流成一定比例的輸出電流信息，與基準(zhǔn)電壓(Vref)比較得到誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)進(jìn)入PWM控制模塊，產(chǎn)生PWM波控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。

副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間信息獲取原理

本發(fā)明無輔助繞組原邊反饋方案讓系統(tǒng)工作于斷續(xù)模式(DCM)，通過檢測功率MOSFET漏極電壓信息來獲得副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間信息，具體原理如下所述。

DCM模式下，功率MOSFET漏極電壓Vd的波形如圖3(a)所示，功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)(此段時(shí)間為Ton)，理想情況下電壓Vd電壓接近于0，當(dāng)功率開關(guān)管由導(dǎo)通到關(guān)斷瞬間，由于存在原邊漏感，其漏極電壓Vd將產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰，然后穩(wěn)定在一個(gè)定值上，經(jīng)過Tdis時(shí)間(此段時(shí)間為功率開關(guān)管關(guān)斷而副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間)后，功率MOSFET開關(guān)管和副邊二極管都關(guān)斷(此段時(shí)間為死區(qū)時(shí)間Tdead)，此時(shí)，原邊電感與功率開關(guān)管的寄生電容將會(huì)產(chǎn)生振蕩。其中，圖中Ts為功率開關(guān)管工作周期。

因?yàn)閂d的直流電壓分量較高，芯片中器件不能工作在如此高的電壓下，因此將功率開關(guān)管的漏極電壓信號(hào)Vd經(jīng)過高通濾波(截止頻率設(shè)計(jì)為低于Vd波形中的寄生振蕩頻率)且電壓幅值比例減小電路后輸出信號(hào)V1，V1的波形如圖3(b)所示，當(dāng)功率開關(guān)管由導(dǎo)通到關(guān)斷瞬間，因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒芡蛔?，電壓V1立即升高，隨后電容開始放電，直到功率MOSFET開關(guān)管和副邊二極管都關(guān)斷，Vd波形中的振蕩信號(hào)完全通過高通濾波器傳送到V1。

經(jīng)過高通濾波且比例減小后的功率MOSFET漏極電壓信號(hào)V₁送到副邊導(dǎo)通時(shí)間電路模塊，得到副邊導(dǎo)通時(shí)間T_dis。設(shè)計(jì)的副邊導(dǎo)通時(shí)間模塊電路如圖4所示，其中SR為上升沿觸發(fā)器，該電路的工作原理可以用圖5所示的幾個(gè)波形來示意，其中圖5(b)所示的V_Q信號(hào)來自于PWM控制模塊，V₁經(jīng)過由V_Q控制的一個(gè)開關(guān)，利用電容C5存儲(chǔ)電荷，則C5上電壓為V₁Ton/Ts，電阻R6和R7起分壓作用，可以推得比較器的同相輸入端電壓值為比較器反相輸入端為V₁，經(jīng)比較器比較得到輸出信號(hào)V₂，波形如圖5(c)所示。V₂輸入到上升沿SR觸發(fā)器復(fù)位輸入端，V_Q的非信號(hào)輸入到置位輸入端，可得到副邊導(dǎo)通時(shí)間T_dis，波形如圖5(d)所示。

LED輸出恒流工作原理

如圖2所示，通過原邊采樣電阻對(duì)原邊峰值電流采樣，得到峰值電壓V_cs，則，

V_cs＝I_{p_pk}R_cs (1)

其中，Ι_{p_pk}為原邊峰值電流，R_cs為原邊采樣電阻。

電壓V_cs經(jīng)過一對(duì)由副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間T_dis控制的開關(guān)，通過R4、C6組成的電路得到其平均值將其輸入到誤差放大器的反相輸入端，誤差放大器的同相輸入端接參考電壓V_ref。由閉環(huán)工作原理，只要環(huán)路增益足夠大，則有，

$V_{ref}\≈I_{p\_pk}{R}_{cs}\frac{T_{dis}}{T_s}---\left(2\right)$

圖6所示為一個(gè)工作周期內(nèi)原邊電流和副邊電流理論工作波形圖，其中，V_g為功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，i_pri為原邊電流信號(hào)，i_sec為副邊電流信號(hào)，T_dead為死區(qū)時(shí)間。

設(shè)原邊線圈匝數(shù)為N_p，副邊線圈匝數(shù)為N_s，則，

N_pI_{p_pk}＝N_sI_{s_pk} (3)

式中，Ι_{s_pk}為副邊峰值電流，則LED平均輸出電流為，

$I_{LED}=\frac{1}{2}{I}_{s\_pk}\frac{T_{dis}}{T_s}---\left(4\right)$

由(2)、(3)、(4)可得，

$I_{LED}\≈\frac{1}{2}\frac{N_p}{N_s}\frac{V_{ref}}{R_{cs}}---\left(5\right)$

從式(5)可知，只要V_ref和R_cs足夠精確，環(huán)路增益足夠大，則LED輸出電流基本恒定。

另外，在圖2所示的電路中特別添加了一個(gè)前沿消隱電路(LEB，Leading Edge Blanking)模塊。由于功率開關(guān)管開啟瞬間，原邊電流會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰，一部分尖峰電流來自于漏源電容C_ds放電，另一部分尖峰電流來自于柵極驅(qū)動(dòng)電路對(duì)柵源電容充電，為防止誤關(guān)斷功率開關(guān)管，設(shè)計(jì)了LEB電路，如圖7所示。圖8通過波形圖說明了LEB電路模塊的工作原理。

仿真驗(yàn)證

本發(fā)明用Simplis軟件對(duì)提出的設(shè)計(jì)方案搭建的驗(yàn)證電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，電氣參數(shù)如表1所示。

表1電氣參數(shù)

圖9為仿真得到了一些關(guān)鍵波形，V_g為功率開關(guān)管柵極電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，V₁為功率開關(guān)管漏極電壓經(jīng)過高通濾波且信號(hào)幅值按比例減小后的電壓，T_dis為副邊去磁時(shí)間，即副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間。從圖9中波形可知，通過V₁信號(hào)得到了副邊導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)。

通過仿真得到了輸出LED電流與輸入電壓有效值的關(guān)系，如圖10所示，在全部輸入電壓有效值范圍內(nèi)(110V-264V)，輸出電流精度在2.8％范圍以內(nèi)。通過仿真計(jì)算得到的系統(tǒng)效率與輸入電壓有效值的關(guān)系如圖11所示，可以看到，在全部輸入電壓有效值范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率在89.3％以上。

上述仿真驗(yàn)證結(jié)果表明，提出的基于功率管漏極檢測的原邊反饋技術(shù)，能夠控制反激式LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高精度恒定電流，且由于電路實(shí)現(xiàn)簡單，使得系統(tǒng)的效率較高。但需要說明的是，該仿真僅為驗(yàn)證提出的原邊反饋方案，并未充分考慮到實(shí)際電路中的各種寄生參數(shù)和效應(yīng)的影響。

本發(fā)明提出了一種新穎的基于原邊反饋反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，無輔助繞組，通過在功率開關(guān)管漏極檢測原邊電感和功率開關(guān)管的寄生電容產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，經(jīng)過高通濾波且信號(hào)幅值比例減小電路，由副邊導(dǎo)通時(shí)間檢測電路得到副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間信息?；谠撛叿答仚z測技術(shù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)器并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，提出的基于功率開關(guān)管漏極檢測的原邊反饋方案能夠獲得副邊二極管導(dǎo)通時(shí)間信息，從而，結(jié)合原邊峰值電流信息可以控制輸出恒定電流。相比于其它文獻(xiàn)提出的無輔助繞組的原邊反饋機(jī)制，該方案的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是能夠保證輸出電流的恒流精度而方案本身實(shí)現(xiàn)電路卻較為簡單。另外，由于該方案系統(tǒng)工作于DCM模式，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還可以結(jié)合準(zhǔn)諧振驅(qū)動(dòng)技術(shù)減小功率開關(guān)管的損耗，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。