本發(fā)明涉及一種用于led驅(qū)動的電流軟啟動電路。

背景技術(shù)：

dcdc(直流直流)轉(zhuǎn)換器是一種把直流輸入電壓轉(zhuǎn)變成有效輸出固定直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。在dcdc設(shè)計(jì)中，電路啟動時(shí)輸出電壓與輸出電流的平穩(wěn)上升是很重要的，對于一般阻性負(fù)載，電路中加入電壓軟啟動電路就可以解決輸出電壓與電流的過沖。但是對于led做負(fù)載的dcdc，由于led存在閾值電壓，單單加入電壓軟啟動電路在保證較短的電路軟啟動時(shí)間的前提下不能解決在led達(dá)到閾值電壓后輸出電流的過沖。若不采取其它措施，過沖電流極容易超出led電流的最大限制電流而使led燒毀。

圖1為傳統(tǒng)的led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖，圖2為簡化電路示意圖。圖3為傳統(tǒng)的led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器的仿真示意圖。傳統(tǒng)的led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器只有電壓軟啟動，電壓軟啟動電路圖如圖13所示，其工作原理是：電路使能前，en0信號為高，en信號為低電平，ssf0信號為高電平，電容進(jìn)行放電。電路使能后，en0信號為低電位，en信號為高電位。電流通過電流源鏡像，對電容c2進(jìn)行恒流充電，電容兩端電壓vssv信號緩慢上升，當(dāng)電流兩端電壓到達(dá)vref時(shí)，比較器輸出高電平，經(jīng)過反向器緩沖后，輸出ssok_1信號為高，之后經(jīng)過與非門ssf0輸出低電平，mos管m21導(dǎo)通，vssv信號馬上上拉到vdd，充電電路將停止工作。其仿真結(jié)果示意圖如圖14所示，電路生成一個(gè)斜坡信號vssv，此時(shí)，ssok_1輸出為高電平，認(rèn)為此時(shí)軟啟動結(jié)束。僅有電壓軟啟動的led驅(qū)動可通過增加軟啟動時(shí)間來降低輸出電流過沖，通過改變軟啟動時(shí)間其輸出電流仿真結(jié)果對比示意圖如圖15所示。僅有電壓軟啟動的led驅(qū)動電路的缺點(diǎn)是：若保證較短的啟動時(shí)間則在led導(dǎo)通前后，輸出電流會有較大的變化，輸出電流值會有一個(gè)過沖，對電路可能產(chǎn)生不利影響，參見圖15(a)；若增加軟啟動時(shí)間則電流過沖會減小，但是會導(dǎo)致啟動時(shí)間過長，參見圖15(b)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于led驅(qū)動的電流軟啟動電路，解決在dcdc啟動過程中，輸出電壓增加到使led兩端電壓達(dá)到閾值導(dǎo)致的輸出電流過沖的問題。

本發(fā)明的解決方案如下：

該電流軟啟動電路包括恒流源電路、比較器comp1、d觸發(fā)器、斜坡電壓產(chǎn)生電路和低電平選擇電路；其中，恒流源電路的輸出接入所述led驅(qū)動的負(fù)載回路，并與所述比較器comp1的一個(gè)輸入端相連；比較器comp1用于將恒流源電路的輸出電壓與被設(shè)定的電壓相比較，產(chǎn)生下一級所述d觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號；d觸發(fā)器用于根據(jù)輸入的時(shí)鐘控制信號的高低，產(chǎn)生控制下一級所述斜坡電壓產(chǎn)生電路的電平信號；斜坡電壓產(chǎn)生電路用于根據(jù)d觸發(fā)器輸出低電平信號的到來時(shí)刻，決定斜坡信號產(chǎn)生時(shí)機(jī)，提供斜坡信號給下一級所述低電平選擇電路；低電平選擇電路用于將輸入的斜坡信號與給定基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，選擇其中幅值較低的電壓信號輸出反饋給所述恒流源電路，使得恒流源電路的輸出電流按照該電壓信號的變化而變化。

基于以上方案，本發(fā)明還進(jìn)一步作了如下電路優(yōu)化設(shè)計(jì)：

上述恒流源電路中包含有運(yùn)算放大器，通過反饋調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器正輸入端電壓，使得恒流源電路的輸出電流按照運(yùn)算放大器正輸入端電壓的變化而變化。

上述恒流源電路包括運(yùn)算放大器ota、ldnmos和電阻r1；運(yùn)算放大器ota的正輸入端即接所述低電平選擇電路的輸出電壓信號，電阻r1的一端、ldnmos管的源極和運(yùn)算放大器ota的負(fù)輸入端三者相連，電阻r1的另一端接地；運(yùn)算放大器ota的輸出端與ldnmos管的柵極相連；ldnmos管的漏極同時(shí)與所述led驅(qū)動中負(fù)載的負(fù)端和比較器comp1的正輸入端相連，比較器comp1的負(fù)輸入端接被設(shè)定的電壓信號vset。

上述斜坡電壓產(chǎn)生電路包括開關(guān)mos管mn1、電容c1、電阻r2、電流偏置源ibias、電流偏置mos管mp1、電流偏置mos管mp2和電流偏置mos管mp3；開關(guān)mos管mn1的源端、電容c1的一端、電阻r2的一端和電流偏置mos管mp2的漏端四端相連，電阻r2的另一端接地；開關(guān)mos管mn1的漏端、電容c1的另一端、電流偏置mos管mp1的漏端、所述低電平選擇電路的斜坡電壓信號輸入端四端相連；電流偏置mos管mp1的源端、mp2的源端、mp3的源端與直流電源vdd相連；電流偏置mos管mp1的柵極、mp2的柵極、mp3的柵極與mp3的漏極四端相連。

上述低電平選擇電路包括比較器comp2、反相器inv1、傳輸門tg1和傳輸門tg2；比較器comp2的正輸入端和傳輸門tg1的輸入端與開關(guān)mos管mn1的漏端相連；比較器comp2的負(fù)輸入端和傳輸門tg2的輸入端相連并接給定基準(zhǔn)信號vref；比較器comp2的輸出端、反相器inv1的輸入端、傳輸門tg1的負(fù)控制端與傳輸門tg2的正控制端四端相連；反相器inv1的輸出端、傳輸門tg1的正控制端與傳輸門tg2的負(fù)控制端三端相連；傳輸門tg1的輸出端、tg2的輸出端相連作為該低電平選擇電路的輸出端。

本發(fā)明的主要技術(shù)效果如下：

將恒流源接入到dcdc轉(zhuǎn)換器的負(fù)載回路中，通過對恒流源的輸出電流進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，將led做負(fù)載的dcdc轉(zhuǎn)換器在電路啟動期間led突然導(dǎo)通導(dǎo)致的輸出電流過沖轉(zhuǎn)移到電流較低的時(shí)刻，避免由于電流過沖對電路產(chǎn)生的一系列不良影響。

經(jīng)過比較器comp1、d觸發(fā)器、斜坡電壓產(chǎn)生電路和低電平選擇電路的信號處理，能夠快速、精確地調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流，使得電路啟動期間輸出電流平緩穩(wěn)定上升。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為傳統(tǒng)的led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器的簡化電路示意圖。

圖3為傳統(tǒng)的led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器的仿真示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電流軟啟動電路應(yīng)用于led負(fù)載的升壓型dcdc轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的電路啟動后各節(jié)點(diǎn)電壓仿真示意圖。

圖6為圖4中比較器comp1、comp2電路原理圖。

圖7為圖4中運(yùn)算放大器ota電路原理圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用于led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器電路中的啟動后輸出電壓、電流仿真示意圖。

圖9為恒流源電路原理圖。

圖10為恒流源電路用到led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器電路原理圖。

圖11為斜坡電壓產(chǎn)生電路原理圖。

圖12為低電平選擇電路原理圖。

圖13為傳統(tǒng)方案中電壓軟啟動電路原理圖。

圖14為傳統(tǒng)方案中電壓軟啟動電路仿真示意圖。

圖15為傳統(tǒng)方案中僅有電壓軟啟動的led驅(qū)動電路改變軟啟動時(shí)間輸出仿真結(jié)果對比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

恒流源電路可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流，其輸出電流是受控于輸入電壓值，且容易將其帶寬做到比boost型dcdc環(huán)路帶寬更寬，這樣其可以比boost型dcdc環(huán)路更快的響應(yīng)輸出信號的變化。若將恒流源接入到如圖2所示的dcdc中，形成如圖10所示的電路結(jié)構(gòu)，一方面，當(dāng)輸出電流超過vsoft/r1的時(shí)恒流源會很快的調(diào)節(jié)使得輸出電流穩(wěn)定在vsoft/r1；另一方面，若將vsoft的值在開始時(shí)設(shè)定一個(gè)較低值，這樣輸出電流在較低值時(shí)就得到調(diào)節(jié)，使得電流過沖發(fā)生在電流較小時(shí)刻，降低電流過沖值。

如圖4所示，本發(fā)明的電流軟啟動電路利用反饋調(diào)節(jié)的恒流源電路，使得電路啟動期間輸出電流平緩穩(wěn)定上升(通過緩慢增加的vsoft來實(shí)現(xiàn))，避免由于電流過沖對電路產(chǎn)生的一系列不良影響。其電路結(jié)構(gòu)主要包括：

恒流源電路，用于通過調(diào)節(jié)運(yùn)放正輸入端電壓，使得恒流源結(jié)構(gòu)輸出電流按照運(yùn)放正輸入端電壓的變化而變化；

比較器，用于將恒流源的輸出電壓與被設(shè)定的電壓相比較，產(chǎn)生下一級d觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號；

d觸發(fā)器，用于根據(jù)輸入時(shí)鐘信號的高低，產(chǎn)生控制下一級電路的電平信號；

斜坡電壓產(chǎn)生電路，用于根據(jù)上一級d觸發(fā)器輸出低電平信號的到來時(shí)刻，決定斜坡信號產(chǎn)生時(shí)機(jī)；

低電平選擇電路，用于對將上一級斜坡信號與一個(gè)給定基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，選擇低電平信號輸出給第一級恒流源結(jié)構(gòu)中運(yùn)放的正輸入端。

其中：

恒流源電路輸出端與所述比較器comp1正輸入端相連，并定義其電壓信號為vfb；所述恒流源電路輸入端與所述低電平選擇電路輸出端連接，定義其電壓信號為vsoft；

比較器comp1輸出端與所述d觸發(fā)器的clk輸入端連接，并定義其為vfben；所述比較器comp1的負(fù)輸入端連接信號vset；

d觸發(fā)器的輸出端與所述斜坡電壓產(chǎn)生電路輸入端相連，并定義其為所述d觸發(fā)器d輸入端連接電源電壓vdd；所述d觸發(fā)器的reset端連接信號en；

斜坡電壓產(chǎn)生電路輸出端與所述低電平選擇電路正輸入端相連；

電平選擇電路負(fù)輸入端連接信號vref。

恒流源電路具體如圖9所示，包括運(yùn)算放大器ota、ldnmos管和電阻r1，其中，r1的一端、ldnmos管的源極和運(yùn)算放大器ota的負(fù)輸入端三者相連，運(yùn)算放大器ota的輸出端與ldnmos管的柵極相連，r1的一端連接地，運(yùn)算放大器ota的正輸入端連接所述的信號vsoft，根據(jù)vsoft的值調(diào)節(jié)輸出電流，所述ldnmos管的漏極與所述信號vfb相連。

斜坡電壓產(chǎn)生電路具體如圖11所示，包括開關(guān)mos管mn1、電容c1、電阻r2、電流偏置源ibias、電流偏置mos管mp1、mp2和mp3，其中開關(guān)mos管mn1的源端、c1的一端、r2的一端和電流偏置mos管mp2的漏端四端相連，mn1的漏端、c1的一端、電流偏置mos管mp1的漏端連接信號vramp，電流偏置mos管mp1的柵極、mp2的柵極、mp3的柵極和漏極連接電流偏置ibias，電阻r2的另一端與地相連，電流偏置mos管mp1的源極、mp2的源極、mp3的源極連在一起接vdd。電路開始工作時(shí)為高，mn1導(dǎo)通，vramp保持；當(dāng)由高變低時(shí)，電容c1充電，vramp電壓線性增加。

低電平選擇電路具體如圖12所示，包括比較器comp2、反相器inv1、傳輸門tg1、tg2，其中比較器comp2的輸出端、反相器inv1的輸入端、傳輸門tg1的負(fù)控制端與傳輸門tg2的正控制端四端相連，反相器inv1的輸出端、傳輸門tg1的正控制端與傳輸門tg2的負(fù)控制端三端相連，傳輸門tg1的輸出端、tg2的輸出端相連，并定義其為vsoft，比較器comp2正輸入端與傳輸門tg1的輸入端相連并連接信號vramp，比較器comp2的負(fù)輸入端與傳輸門tg2輸入端相連并連接信號vref。當(dāng)vramp小于vref時(shí)，vramp傳遞給vsoft；當(dāng)vramp大于vref時(shí)，vref傳遞給vsoft。

電路上電后，使能信號en由低變高，d觸發(fā)器輸出信號先置一后保持。使能信號en變高后電路開始工作，vout緩慢上升，比較器采集反饋電壓信號vfb，并與vset進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓達(dá)到led串的閾值電壓時(shí)，輸出電流較大幅度增加，vfb上升到大于vset，比較器輸出信號由低變高并輸出給d觸發(fā)器的clk端，d觸發(fā)器輸出信號由高變低，此時(shí)mn1由開啟轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，ibias經(jīng)由mp3和mp1以一定比例對電容c進(jìn)行充電。從而得到以一定斜率上升的斜坡信號vramp。在電容下方加入電阻r2可以使vsoft有一定的初始值從而將led小電流過沖轉(zhuǎn)移至較低電流下。當(dāng)vramp電壓小于vref時(shí)，vramp的值傳遞給vsoft；當(dāng)vramp的值大于vref時(shí)，將vref的值傳遞給vsoft。其優(yōu)點(diǎn)為vsoft不是開始就為vref，而是由一個(gè)較小值線性增加到vref，這樣可以將iled電流過沖轉(zhuǎn)移到電流較小時(shí)，而后由vsoft的緩慢增加使得輸出電流緩慢平穩(wěn)增加到正常工作值，避免了電流過沖對電路的不良影響。

圖5為本實(shí)施例的電路啟動后各節(jié)點(diǎn)電壓仿真示意圖。圖6為本實(shí)施例中比較器comp1、comp2電路原理圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例中運(yùn)算放大器ota電路原理圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用于led負(fù)載的boost型dcdc轉(zhuǎn)換器電路中的啟動后輸出電壓、電流仿真示意圖。本發(fā)明實(shí)施例的電流軟啟動電路通過對恒流源中運(yùn)放正輸入端電壓信號的設(shè)置，針對輸出電流的變化做出快速調(diào)節(jié)，并可以將led做負(fù)載的dcdc轉(zhuǎn)換器在電路啟動期間led突然導(dǎo)通導(dǎo)致的輸出電流過沖轉(zhuǎn)移到電流較低的時(shí)刻，使得電路啟動期間輸出電流平緩穩(wěn)定上升，有效的解決了led做負(fù)載的dcdc轉(zhuǎn)換器在電路啟動期間輸出電流過沖的問題。