本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)電源電路，尤其涉及一種用于高功率因素開(kāi)關(guān)電源型led驅(qū)動(dòng)電源調(diào)光時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率限制電路。

背景技術(shù)：

隨著led照明的發(fā)展，智能化照明的需求越來(lái)越大，所以led調(diào)光的應(yīng)用場(chǎng)景也日新月異，但是在許多調(diào)光的應(yīng)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)led電流下降到一定大小后就無(wú)法向下繼續(xù)調(diào)節(jié)的問(wèn)題，從而導(dǎo)致了調(diào)光范圍過(guò)窄，用戶體驗(yàn)效果差。

圖1是傳統(tǒng)的高功率因數(shù)升壓拓?fù)鋖ed恒流驅(qū)動(dòng)電路，通常包括：整流橋d1～d4，輸入高頻濾波電容c1，消磁檢測(cè)電阻r3，輸出電容c2，控制芯片u1，峰值電流采樣電阻r1，功率開(kāi)關(guān)管q1，電感l(wèi)1，續(xù)流二極管d5，輸出電流采樣電阻r2和led負(fù)載leds。在控制芯片u1內(nèi)部，通常包括：消磁檢測(cè)單元，基準(zhǔn)&內(nèi)部電壓?jiǎn)卧?，恒流控制單元，模擬調(diào)光單元，電流采樣單元，誤差放大器，峰值電流采樣單元和邏輯&驅(qū)動(dòng)單元。

傳統(tǒng)應(yīng)用的原理以及局限性，對(duì)于采用升壓拓?fù)涞男」β蔿ed驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，為了得到高功率因素，通常會(huì)采用臨界導(dǎo)通控制的平均電流模式控制來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流輸出，當(dāng)需要調(diào)整輸出電流比如需要電流減小，那么誤差放大器的基準(zhǔn)將會(huì)減小，導(dǎo)致流過(guò)電感l(wèi)1的峰值電流下降，功率管q1的柵極開(kāi)啟時(shí)間ton減小，電感的消磁時(shí)間也會(huì)等比例下降，系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率增加，當(dāng)ton時(shí)間等于開(kāi)關(guān)電源芯片內(nèi)部設(shè)定的功率管最小導(dǎo)通時(shí)間后，ton將無(wú)法繼續(xù)下調(diào)，所以電流也無(wú)法下降，而且由于開(kāi)關(guān)頻率的增加，系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)損耗也會(huì)增加，降低了效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)高功率因素開(kāi)關(guān)電源led調(diào)光的輸出電流控制技術(shù)的局限性，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于高功率因素led驅(qū)動(dòng)電源的開(kāi)關(guān)頻率限制電路，該開(kāi)關(guān)頻率限制電路包括：一基準(zhǔn)和內(nèi)部電壓?jiǎn)卧糜诋a(chǎn)生所需的輸出電流基準(zhǔn)電壓；一消磁檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電感消磁時(shí)間，對(duì)電感電流過(guò)零進(jìn)行檢測(cè)；一恒流控制單元，用于讓輸出電流保持恒定；一峰值電流檢測(cè)單元，用于將峰值電流采樣電阻上的電壓值與芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以限制最大電流峰值，一調(diào)光單元，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電流的大??；一調(diào)光單元，用于將調(diào)光信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬的電壓信號(hào)；一電流采樣單元，用于檢測(cè)流過(guò)輸出電流檢測(cè)電阻上的電壓，并且將該電壓和調(diào)光單元產(chǎn)生的電壓相疊加，然后把該采樣信號(hào)輸出給誤差放大器；一誤差放大器單元，用于將電流采樣單元輸出的信號(hào)跟隨基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)把放大的誤差信號(hào)反饋給開(kāi)啟延時(shí)和恒流控制單元；一開(kāi)啟延時(shí)單元，用于讓誤差放大器單元?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)輸出開(kāi)啟的時(shí)間；一邏輯&驅(qū)動(dòng)單元，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率管的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)了一種led恒流驅(qū)動(dòng)電路，該led恒流驅(qū)動(dòng)電路包括：一整流橋，一輸入濾波電容，一消磁檢測(cè)電阻，，一峰值電流采樣電阻，一功率管，一電感，一續(xù)流二極管，一輸出電容，一電流檢測(cè)電阻，一led負(fù)載。

更進(jìn)一步地，開(kāi)啟延時(shí)單元的輸入端接入誤差放大器輸出產(chǎn)生的放大誤差信號(hào)，以及功率管的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)ton，輸出功率管開(kāi)啟指示信號(hào)turn_on。

更進(jìn)一步地，該開(kāi)啟延時(shí)單元包括：一個(gè)上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元，用于每當(dāng)輸出邏輯信號(hào)由低轉(zhuǎn)高的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)正向的脈沖電平；一個(gè)運(yùn)放單元；一個(gè)nmos管；第一pmos管；第二pmos管；第三pmos管；第四pmos管；一個(gè)電阻；第一開(kāi)關(guān)；第二開(kāi)關(guān)；第三開(kāi)關(guān)；第一電容；第二電容；一個(gè)固定恒流源；一個(gè)比較器單元；第一或非門；第二或非門；第三或非門。ea_ctrl信號(hào)接運(yùn)放單元的正相輸入端，運(yùn)放單元的負(fù)輸入端接nmos管的源端和電阻一端相連，運(yùn)放的輸出端接nmos管的柵極；nmos管的漏端接第一pmos管的漏端，nmos管的柵極接運(yùn)放的輸出端，nmos管的源端與運(yùn)放的反相輸出端以及電阻的一端相連；電阻的一端和nmos管的源端以及運(yùn)放的反相端相連，電阻的另一端與芯片芯片地相連；第一pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第一pmos的柵極和漏極相連同時(shí)與nmos的漏極以及第二pmos的柵極相連；第二pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第二pmos的柵極和第一pmos的柵極與漏極相連同時(shí)與nmos的漏極相連，第二pmos的漏極與第一開(kāi)關(guān)的一端以及第一電容的一端和比較器單元的反相輸入端相連；第一開(kāi)關(guān)的一端與第二pmos的漏極以及第一電容的一端和比較器單元的反相輸入端相連，第一開(kāi)關(guān)的另一端與芯片地相連；第一電容的一端與第一開(kāi)關(guān)的一端以及第二pmos的漏極和比較器單元的反相輸入端相連，第一電容的另一端與芯片地相連；第三pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第三pmos的柵極和漏極相連同時(shí)與固定恒流源的一端以及第四pmos的柵極相連；固定恒流源的一端與第三pmos的柵極和漏極以及第四pmos的柵極相連，固定恒流源的另一端與芯片地相連；第四pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第四pmos的柵極和第一pmos的柵極與漏極相連同時(shí)與固定恒流源的一端相連，第四pmos的漏極與第二開(kāi)關(guān)的一端相連；第二開(kāi)關(guān)的一端與第四pmos的漏端相連，第二開(kāi)關(guān)的另一端與第二電容的一端以及第三開(kāi)關(guān)的一端和比較器單元的正向輸入端相連；第三開(kāi)關(guān)的一端與第二開(kāi)關(guān)的一端以及第二電容的一端和比較器單元的正向輸入端相連，第三開(kāi)關(guān)的另一端與芯片地相連；第三電容的一端與第三開(kāi)關(guān)的一端以及第二將開(kāi)關(guān)的一端和比較器單元的正向輸出端相連，第三電容的另一端與芯片地相連；比較器單元的反相輸入端與第二pmos管的漏端以及第一開(kāi)關(guān)的一端和第一電容的一端相連，比較器單元的正向輸入端與第四pmos管的漏端以及第二開(kāi)關(guān)的一端和第二電容的一端相連，比較器單元的輸出端和第一或非門的一輸入端相連；第一或非門的一輸入端與比較器的輸出端相連，第一或非門的另一輸入端與輸入信號(hào)端tdem相連，第一或非門的輸出端與第二或非門的一輸入端相連；第二或非門的一輸入端與第一或非門的輸出端相連，第二或非門的另一輸入端與第三或非門的輸出端相連，第二或非門的輸出端與第三或非門的一輸入端相連，第二或非門的輸出端輸出信號(hào)turn_on；第三或非門的一輸入端與第二或非門的輸出端相連，第三或非門的另一輸入端與上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元的輸出端信號(hào)tp相連，第三或非門的輸出端與第二或非門的一輸入端相連；上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元的輸入端與ton信號(hào)相連，上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元的輸出端信號(hào)tp控制第一開(kāi)關(guān)與第二開(kāi)關(guān)的打開(kāi)與閉合同時(shí)與第三或非門的一輸入端相連。

與傳統(tǒng)的高功率因素led調(diào)光驅(qū)動(dòng)控制電路相比，使用了本發(fā)明電路的系統(tǒng)可以在不犧牲功率因素的情況下實(shí)現(xiàn)了更寬范圍的調(diào)光，同時(shí)確保了輸出電流很小的時(shí)候的調(diào)光線性度，用戶體驗(yàn)更好，而且系統(tǒng)更加安全可靠，小電流輸出時(shí)的效率跟高。

附圖說(shuō)明

關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述和所附圖式得到進(jìn)一步的了解。

圖1為傳統(tǒng)的具有調(diào)光功能的升壓型led恒流驅(qū)動(dòng)電路；

圖2為使用了本發(fā)明電路的具有調(diào)光功能的升壓型led恒流驅(qū)動(dòng)電路；

圖3為本發(fā)明電路的具體實(shí)現(xiàn)；

圖4為傳統(tǒng)的控制信號(hào)關(guān)鍵點(diǎn)波形；

圖5為本發(fā)明電路的控制信號(hào)關(guān)鍵點(diǎn)波形；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的用于led驅(qū)動(dòng)電源調(diào)光的輸出電流控制技術(shù)的控制芯片工作頻率隨輸出電流基準(zhǔn)電壓減小而成比例增大的問(wèn)題，提供了解決該問(wèn)題的控制電路。通過(guò)把減小輸出電流基準(zhǔn)電壓與控制系統(tǒng)的開(kāi)啟時(shí)間相結(jié)合的方法，把led驅(qū)動(dòng)電源的工作頻率控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，有效的解決了傳統(tǒng)的輸出電流控制技術(shù)在調(diào)光時(shí)工作頻率成比例增大的問(wèn)題，而且不影響功功率因素。

結(jié)合圖1分析，圖1給出了傳統(tǒng)的升壓型led恒流調(diào)光系統(tǒng)，電流采樣模塊采集電流檢測(cè)電阻的電壓，通過(guò)誤差放大器的負(fù)反饋?zhàn)饔每刂婆c調(diào)節(jié)流過(guò)電感的峰值電流，為了使系統(tǒng)具備高功率因素，系統(tǒng)通常工作在臨界導(dǎo)通而且功率管q1導(dǎo)通時(shí)間固定的模式，輸入電流表達(dá)如下：

其中iin為系統(tǒng)輸入電流，vinsinwt為輸入電壓，通常為正弦信號(hào)，ton為功率管的導(dǎo)通時(shí)間，l為電感對(duì)的感量。從上式和給定的條件中可以看到，如果ton時(shí)間恒定，那么輸入電流將保持和輸入電壓同相，而且是正弦信號(hào)，通常此種情況下系統(tǒng)會(huì)擁有很高的功率因素。

其中iled為輸出電流，f為系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率表，ilp為電感峰值電流，由上式可知，ilp越小，頻率越高，當(dāng)系統(tǒng)功率管的開(kāi)啟時(shí)間小于系統(tǒng)限定的最小開(kāi)啟時(shí)間的時(shí)候，頻率將無(wú)法增加，調(diào)光范圍被限制。

所以想要獲得理想的調(diào)光效果就必須要在輸出電流很小的時(shí)候能同時(shí)限制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，才能拓寬調(diào)光范圍，但是同時(shí)還要求系統(tǒng)具備高的功率因素，那么就要求系統(tǒng)在調(diào)光的時(shí)候滿足輸入電流為和輸入電壓同相的正弦波型。

更進(jìn)一步地，系統(tǒng)開(kāi)關(guān)周期必須和功率管的導(dǎo)通時(shí)間以及電感的放電消磁時(shí)間之和成比例：

其中fnew為使用了本發(fā)明電路后的功率管開(kāi)關(guān)頻率，tdem為系統(tǒng)中電感電流消磁時(shí)間，k為開(kāi)啟延時(shí)比例系數(shù)，是系統(tǒng)中誤差放大器控制的一個(gè)參數(shù)，和功率管的導(dǎo)通時(shí)間以及電感的放電消磁時(shí)間之和相關(guān)。

系統(tǒng)的輸入電流為：

其中iinnew為使用了本發(fā)明電路后系統(tǒng)的輸入電流，其輸入波形同樣為和輸入電壓同相位的正弦波，保證了系統(tǒng)的功率因素。

圖2為本發(fā)明電路在升壓可調(diào)光led驅(qū)動(dòng)電源中的應(yīng)用，其中系統(tǒng)的應(yīng)用電路包括輸入率高頻噪聲的電容201，系統(tǒng)電感202，電感消磁時(shí)間檢測(cè)電阻203，開(kāi)關(guān)功率管204，電感峰值電流采樣電阻205，續(xù)流二極管206，輸出濾波電容207，消磁檢測(cè)單元208，恒流控制單元209，調(diào)光單元210，邏輯&驅(qū)動(dòng)單元211，開(kāi)啟延時(shí)單元212，峰值電流檢測(cè)單元213，誤差放大器單元214，電流采樣單元215，基準(zhǔn)&內(nèi)部電壓?jiǎn)卧?16以及電流檢測(cè)電阻217。

其中212為本發(fā)明電路，該電路的原理是通過(guò)214的輸出接收控制信號(hào)產(chǎn)生一路延時(shí)時(shí)間來(lái)控制功率管204的開(kāi)啟，當(dāng)輸出led電流增加的時(shí)候開(kāi)啟延時(shí)比例系數(shù)k減小，當(dāng)輸出電流減小的時(shí)候，開(kāi)啟延時(shí)比例系數(shù)增加，使得在輸出電流很小的情況下，使用了本發(fā)明電路的系統(tǒng)比未使用本發(fā)明電路的系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率要低。

圖3為本發(fā)明中的一個(gè)開(kāi)啟延時(shí)電路的具體實(shí)現(xiàn)，其目的是為了實(shí)現(xiàn)調(diào)光的過(guò)程中降低系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，使得開(kāi)關(guān)周期的和功率管204的導(dǎo)通時(shí)間以及電感202的消磁時(shí)間等比例變化，電路中包括了一個(gè)運(yùn)放單元314，一個(gè)nmos管305，一個(gè)電流采樣電阻316，一對(duì)組成電流鏡的pmos301和302，一開(kāi)關(guān)308，一電容309，一對(duì)互為電流鏡的pmos303和304，一路固定電流源，兩理想開(kāi)關(guān)306和307，一電容310，一比較器單元311，一兩輸入或非門312和一個(gè)由兩輸入或非門組成的rs觸發(fā)器313，一上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路317。

誤差放大器模塊214中產(chǎn)生控制信號(hào)ea_ctrl控制信號(hào)控制運(yùn)放314的正輸入端，通過(guò)314，305以及316組成的ldo電路實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)電流的轉(zhuǎn)換，通過(guò)電流鏡像301和302組成的電路對(duì)309充電，該充電周期貫穿整個(gè)開(kāi)關(guān)周期，每次在204打開(kāi)的瞬間會(huì)由317產(chǎn)生一路短脈沖時(shí)間來(lái)對(duì)309清零，當(dāng)led電流大的時(shí)候，ea_ctrl抬高，309上的充電電流i1加大，309上電壓上升斜率大。反之充電電流減小，309上上升電壓斜率小。在功率管開(kāi)啟時(shí)間和電感消磁ton+tdem時(shí)間內(nèi)，由315以及303和304組成的電流鏡產(chǎn)生的恒定電流i2會(huì)對(duì)310充電，在ton+tdem時(shí)間到下一次開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)該電壓被保持在310里，有tp控制開(kāi)關(guān)308清零，312的一端接入ton+tdem信號(hào)避免開(kāi)啟信號(hào)過(guò)早存入rs觸發(fā)器。每次當(dāng)vcn＞vcp的時(shí)候產(chǎn)生功率管204的開(kāi)啟信號(hào)，此時(shí)開(kāi)啟延時(shí)比例系數(shù)：

由上式可知，當(dāng)ea_ctrl越高，i1越大，k越小，反之k越大，通過(guò)該電路可以很好的改善系統(tǒng)的調(diào)光效果，降低小電流時(shí)候的系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)不影響系統(tǒng)的功率因素。

本說(shuō)明書(shū)所述的僅是本發(fā)明的較佳的具體實(shí)施方式，用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明的限制，凡本領(lǐng)域的技術(shù)人員依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)本發(fā)明做出了一些調(diào)整和改變而得到的技術(shù)方案，例如將本發(fā)明的輸出電流控制電路的技術(shù)應(yīng)用在開(kāi)關(guān)分段調(diào)光，pwm調(diào)光，模擬調(diào)光等的led驅(qū)動(dòng)電源中。仍為本發(fā)明的要義所在，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。