專利名稱：一種led調光驅動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及LED電源，具體涉及LED電源的控制和LED的調光控制。
背景技術：
白光發(fā)光二極管(LED)燈條組可作為液晶顯示器(IXD)板的背光，可應用于電腦、 電視等場合，其應用越來越廣泛?，F(xiàn)有的LED背光電源普遍使用三級式驅動系統(tǒng)，見圖1所 示。該驅動系統(tǒng)包括功率因素校正(PFC)級11、隔離式直流-直流(DC-DC)電壓變換器級 12和LED升壓驅動級13。PFC級11將交流電如220伏特(V)交流市電整流成400V直流線 電壓。隔離式直流-直流變換器級12包含隔離式電壓變換器，將線電壓轉換成另一有效值 的直流電壓一如120V的電壓用于給LED升壓驅動級13提供輸入電壓。LED升壓驅動級 13包含1至多個非隔離式升壓變換器(boost電路)，接收隔離式電壓變換器級12輸出的 直流電壓，經(jīng)升壓變換，用于為LED液晶板背光組14提供穩(wěn)定的電流，其中每個boost電路 為一組串聯(lián)的LED—即一個LED燈條提供電源。此外，隔離式直流-直流電壓變換器級12 還用于將線電壓變壓成更低有效值的直流電壓如18V直流電壓，經(jīng)系統(tǒng)電源轉換器15的變 換輸出多路直流電壓，如12V、5V直流電壓用于為控制芯片等提供系統(tǒng)電源。該系統(tǒng)包含了 多級電壓變換器，同時也額外需要多個控制器分別控制各級電壓變換器，因此，電路元件較 多，體積大，成本高，同時耗能也較高。
實用新型內容本實用新型的目的是提供用于LED的二級式的調光驅動系統(tǒng)，以更少的元件、更 小的體積、更低的能耗和成本為LED提供調光驅動。該調光驅動系統(tǒng)包含功率因數(shù)校正級， 隔離式電壓變換器驅動級，LED燈條和調光開關。其中隔離式電壓變換器驅動級的輸入端 連接功率因數(shù)校正級輸出端，所述隔離式電壓變換器驅動級包含隔離式電壓變換器及與隔 離式電壓變換器耦接的控制器，其中隔離式電壓變換器包含原邊和副邊，原邊包含串聯(lián)的 原邊繞組和原邊開關，副邊包含電流反饋電路；LED燈條包含一至多個串聯(lián)的LED，所述LED 燈條的輸入端連接所述隔離式電壓變換器的輸出端；調光開關和所述LED燈條串聯(lián)；所述 控制器包括接收調光信號的第一輸入端，耦接至所述電流反饋電路的第二輸入端，耦接至 所述調光開關門極的第一輸出端和耦接至所述原邊開關門極的第二輸出端。所述控制器位 于所述隔離式電壓變換器的副邊。所述隔離式電壓變換器為反激式電壓變換器。所述隔離 式電壓變換器為半橋式或全橋式電壓變換器。 在一個實施例中，所述控制器包括驅動模塊，其一個輸入端通過電流反饋電路耦 接至所述LED燈條，其輸出端作為控制器第二輸出端耦接至至所述原邊開關的門極；調光 控制模塊，其輸入端作為控制器的第一輸入端，接收所述調光信號，其輸出端作為控制器的 第一輸出端，耦接至所述調光開關的門極。所述驅動模塊包括誤差放大器，其第一輸入端 耦接電流反饋電路，其第二輸入端耦接參考值，其輸出端耦接PWM發(fā)生模塊的輸入端；PWM 發(fā)生模塊，其輸出端耦接至所述原邊開關的門極。在一個實施例中，所述驅動模塊進一步包含電壓保持模塊，其第一輸入端耦接電流反饋電路，第二輸入端耦接調光控制模塊的輸出 端，其輸出端耦接誤差放大器的第一輸入端，當所述調光PWM為高電平時，輸出正比于所述 電流反饋信號的信號至所述誤差放大器，當所述調光PWM為低電平時，輸出信號保持不變。在一個實施例中，所述原邊開關和所述調光開關為MOSFET器件。所述電流反饋電 路包含檢測電阻，該電阻的一端連接所述調光開關的源極端，并作為反饋信號的輸出端，該 電阻的另一端接地，所述電流反饋信號為所述檢測電阻兩端的電壓。所述調光信號為PWM 信號、直流模擬信號或直流模擬信號與頻率信號的復合信號之中的一種。在一個實施例中，調光驅動系統(tǒng)包含過流保護電路，該電路包括過流檢測電阻，其 一端和所述隔離式電壓變換器的副邊繞組連接，另一端接副邊地；所述控制器內包含過流 保護模塊，該模塊一個輸入端耦接所述過流檢測電阻，另一個輸入端耦接過流參考值。在一個實施例中，調光驅動系統(tǒng)包含無負載保護電路，該電路包括電阻分壓器，該 分壓器的一端連接所述隔離式電壓變換器的輸出端，另一端接副邊地；所述控制器內包含 無負載保護模塊，該模塊一個輸入端耦接所述電阻分壓器，另一個輸入端耦接無負載參考 值。
在一個實施例中，隔離式電壓變換器的原邊包含限流電路，其中所述限流電路包 含第一電阻，一端連接所述原邊開關的源極端，另一端接原邊地；三極管，基極連接所述 原邊開關的源極端，集電極連接所述原邊開關的門極，射極通過第二電阻連接原邊地。本發(fā)明的目的還在于公開一種用于LED調光的控制器，包含第一輸入端，接收調 光信號；第二輸入端，耦接至隔離式電壓變換器的電流反饋電路；第一輸出端，耦接至調光 開關的門極；第二輸出端，耦接至所述隔離式電壓變換器的原邊開關；誤差放大器，其第一 輸入端耦接所述控制器的第二輸入端，其第二輸入端耦接參考值，其輸出端耦接PWM發(fā)生 模塊的輸入端；PWM發(fā)生模塊，其輸出端耦接至所述控制器的第二輸出端；以及調光控制模 塊，其輸入端耦接至所述控制器的第一輸入端，其輸出端耦接至所述第一輸出端。本實用新型采用上述結構，相比于現(xiàn)有技術，減少了一級變換器，電路元件更少， 能耗更低，體積更小，成本更低，并能對LED燈條負載提供調光驅動。
圖1示出了現(xiàn)有技術的三級式的LED背光驅動系統(tǒng)。圖2示出了本實用新型的一個二級式的LED調光驅動系統(tǒng)實施例，包括PFC級和 隔離式電壓變換器驅動級。圖3示出了本實用新型的一個調光驅動系統(tǒng)模塊圖實施例。圖4示出了一個隔離式電壓變換器驅動級模塊的具體實施例。圖5示出了本實用新型的一個控制器模塊圖實施例。圖6示出了對應圖5控制方式的系統(tǒng)工作波形圖實施例。圖7示出了本實用新型的一個采用半橋式隔離式電壓變換器的實施例。圖8示出了一個位于原邊的限流電路實施例，用于限制原邊峰值電流。
具體實施方式
圖2示出了本實用新型的用于背光領域的LED驅動系統(tǒng)實施例。該LED液晶板背光組23采用兩級式驅動系統(tǒng)，包含PFC級21和隔離式電壓變換器驅動級22。PFC級21將 交流電整流成直流線電壓，如將交流市電整流成約400V的直流線電壓。隔離式電壓變換器 驅動級22將線電壓轉換成另一直流電壓用于為LED背光組23提供穩(wěn)定的電源，其不包含 非隔離式的升壓變換器(如Boost電路)。所述LED液晶板背光組23為一至多個LED燈條。 每個燈條為串聯(lián)的一至多個LED。此外，該驅動系統(tǒng)還包括系統(tǒng)電源轉換器24，將線電壓轉 換成多個低值直流電壓，為隔離式電壓變換器驅動級22提供工作電源，其中系統(tǒng)電源轉換 器24可以為隔離式電壓變換器。 圖3示出了本實用新型的一個調光驅動系統(tǒng)實施例。該驅動系統(tǒng)采用兩級驅動， 包括PFC級31和隔離式電壓變換器驅動級32。其中隔離式電壓變換器驅動級32包含一至 多個隔離式電壓變換器模塊(模塊1、模塊2…)，每個模塊為一個LED燈條33提供電源。每 個隔離式電壓變換器模塊包含一個隔離式電壓變換器321和控制器322。在圖中所示的實 施例中，該隔離式電壓變換器為反激式電壓變換器321?？刂破?22接收來自系統(tǒng)外部的調 光信號對LED燈條33進行調光，并且通過控制反激式電壓變換器321的原邊開關控制反激 式電壓變換器321的輸出。圖3中橫向點劃線所示為隔離式電壓變換器驅動級的隔離線， 隔離線以上所示為原邊，隔離線以下所示為副邊。在圖示的實施例中，控制器322位于隔離 式電壓變換器321的副邊，因此控制器322通過一隔離式變壓器Tl將控制信號輸入反激式 電壓變換器321的原邊。控制器322還可通過光耦將控制信號輸入反激式電壓變換器321 的原邊。控制器322還接收來自系統(tǒng)電源轉換器34提供的系統(tǒng)電源(如圖中所示的5V和 12V)進行工作。在圖示的實施例中，系統(tǒng)電源轉換器34為反激式電壓變換器。外部電路還 可輸入其它控制信號如開/關信號至控制器322控制系統(tǒng)的工作方式。圖4示出了一個隔離式電壓變換器模塊實施例。反激式電壓變換器41的原邊包 含原邊繞組Ll和原邊開關Q，其中通過調節(jié)原邊開關Q的工作占空比調節(jié)反激式電壓變換 器41輸出的能量。在圖示的實施例中，原邊開關Q為MOSFET器件。反激式電壓變換器41 的副邊包含副邊繞組L2、整流器件D和濾波電容C。LED燈條43由反激式電壓變換器41的 輸出端供電，并和調光開關K串聯(lián)。在圖示的實施例中，調光開關K為MOSFET器件?？刂?器42接收外部調光信號并產生調光P麗信號控制K的門極，通過調節(jié)調光PWM信號的占空 比調節(jié)LED燈條的明暗度。副邊包含一 LED電流反饋電路，該反饋電路為一電流檢測電阻 Rl, Rl—端連接調光開關K的源極，另一端接副邊地，輸出反饋信號FB至控制器42。在圖 示的實施例中，反饋電路通過另一電阻R2輸出FB信號。FB電壓VFB用于反映調光開關K 開通時流過LED燈條43的電流。其中VFB=ILED*R1?？刂破?2接收FB信號并根據(jù)FB信 號輸出門極驅動信號。在圖示的實施例中，控制器42輸出門極驅動信號GR和GL用于調節(jié) 原邊開關Q的占空比，其中VGR-VGL為一 PWM信號，門極驅動信號經(jīng)變壓器Tl耦合到原邊 電路，形成驅動PWM信號至原邊開關Q的門極，控制Q的占空比，實現(xiàn)LED燈條43的電流恒 定。在另外一種實施方式中，控制器也可以采用光耦將門極驅動信號耦合至原邊開關。此外，控制器42還可具有過流保護和無負載保護。其中副邊繞組L2和一電阻R3 串聯(lián)，R3另一端接副邊地。R3兩端電壓V3輸入至控制器42，當副邊繞組電流過大時，V3升 高至超過一參考值，此時，控制器42的門極驅動信號占空比為零，使原邊開關Q停止工作。 副邊濾波電容C兩端電壓Vqut即隔離式電壓變換器41的輸出電壓通過由R4、R5組成的電阻 分壓器采集V4至控制器42。當副邊LED負載斷路即無負載時，Vout升高至超過一參考值，此時，控制器42的門極驅動信號占空比為零，使原邊開關Q停止工作。圖5示出了本實用新型的一個控制器51實施例，該控制器51帶有調光和LED電流調節(jié)功能。在該實施例中，控制器51包括誤差放大器510、PWM發(fā)生模塊511和調光控制 模塊512。其中誤差放大器510和PWM發(fā)生模塊作為驅動模塊，接收LED燈條的電流反饋信 號，輸出門極驅動信號一即驅動PWM信號至原邊開關的門極控制它的導通和關斷。調光控制模塊512接收調光信號，產生調光PWM信號至調光開關K的門極，控制 LED燈條的亮度。其中LED燈條的亮度正比于調光PWM信號的占空比。輸入至隔離式電壓 變換器驅動級50或控制器51的調光信號可以為PWM信號、直流模擬信號或直流模擬信號 與頻率信號的復合信號。當調光信號為PWM信號時，調光控制模塊512產生與輸入的PWM信 號波形一致即占空比與頻率一致的調光PWM信號。當調光信號為直流模擬信號時，調光控 制模塊512包含三角波發(fā)生器和比較器，將直流模擬信號與內部發(fā)生的三角波進行比較產 生調光PWM信號。其中調光PWM信號占空比正比于直流模擬信號的幅值，頻率與三角波頻 率一致。當調光信號為直流模擬信號與頻率信號的復合信號時，調光控制模塊512產生的 調光PWM信號占空比與輸入的直流模擬信號幅值相同，頻率與輸入的頻率信號頻率一致。流過LED燈條53的電流I·通過電流檢測電阻Rl檢測，反映為電流檢測電阻Rl 上的電壓，產生一電流反饋信號FB，其中Vfb=I_*R1。該FB信號和驅動調光開關K的調光 PWM波形一致，即占空比和頻率相同。其中誤差放大器510比較反饋電壓Vfb和參考電壓 Vref，輸出差值放大信號C0MP?？刂破鬟€可包含一電壓保持模塊513，輸出Vl電壓，其第一輸入端耦接電流反饋 電路，第二輸入端耦接調光控制模塊512的輸出端，其輸出端耦接誤差放大器510的第一輸 入端。在調光開關K開通時，即調光PWM為高電平時，電壓保持模塊513產生和Vfb成正比 的電壓VI。當調光PWM為低電平時，Vl電壓保持不變。Vl電壓在誤差放大器510和參考 電壓Vref比較，產生差值放大信號C0MP。PWM發(fā)生模塊接收COMP信號，產生門極驅動信號一驅動PWM信號用于驅動原邊開 關。其中PWM發(fā)生模塊可采用傳統(tǒng)的PWM發(fā)生方式產生門極驅動信號，將COMP信號和PWM 發(fā)生模塊內部產生的一頻率的三角波進行比較產生PWM信號，可采用雙邊觸發(fā)、上升沿觸 發(fā)或下降沿觸發(fā)方式。原邊開關在門極驅動信號的作用下使得隔離式電壓變換器52產生 穩(wěn)定的輸出電流Iqut用于驅動LED燈條53。圖6所示為對應圖5中調光驅動系統(tǒng)的工作波形圖實施例。其中，F(xiàn)B波形和調光 PWM信號波形一致。在穩(wěn)定的供電過程中，差值放大信號COMP和隔離式電壓變換器輸出電 流Itm近似于直流信號。當調光PWM為高電平時，F(xiàn)B信號為高，VI=Vfb，LED燈條中有電流 I·。當調光PWM為低電平時，調光開關K關斷，F(xiàn)B信號為零電平，Vl保持原有的高電平，因 此COMP信號亦保持直流信號狀態(tài)，原邊開關的驅動PWM信號保持穩(wěn)定，隔離式電壓變換器 的輸出電流Iot也保持恒定。雖然圖3所示的隔離式電壓變換器為反激式電壓變換器，隔離式電壓變換器也可 以采用其它的拓撲結構，如正激式電壓變換器、半橋式、全橋式或其它類型的拓撲結構。如 圖7所示，該調光驅動系統(tǒng)采用了半橋式電壓變換器71。由于上述實施例中控制器位于隔離式電壓變換器的副邊，原邊電路沒有常規(guī)的峰 值電流控制單元，流過原邊繞組的電流可能過大從而導致變壓器電流達到飽和而影響系統(tǒng)正常工作。針對控制器位于隔離式電壓變換器副邊的實施例，原邊可進一步包含一限流電 路，用于防止在系統(tǒng)啟動時或負載短路時隔離式電壓變換器的變壓器達到飽和狀態(tài)。圖8 示出了一個原邊電路的限流電路實施例。該限流電路包含由三極管Q2、電阻R6和電阻R7 組成的閉環(huán)電路。其中R6—端連接原邊開關Q的源極端，另一端接原邊地。Q2的基極連接 Q的源極端，集電極連接Q的門極，射極通過另一電阻R7連接原邊地。當流過原邊開關Q的 電流過大時，Q2基極電壓變大，Q2導通，從而原邊開關Q的門極電壓被拉低，使得流過Q的 電流變低。該閉環(huán)電路將變壓器的原邊電流鉗制在一個由Q、Q2、R6和R7參數(shù)確定的合理 范圍內，從而達到限制原邊峰值電流過大的目的。
應當知道，上面描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本實用新型。本實用新型中的隔離式電壓變換器包括直流_直流反激式變換器、交流_直流反 激式變換器或其它類型的變換器。
權利要求1.一種LED調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，包含功率因數(shù)校正級；隔離式電壓變換器驅動級，其輸入端連接功率因數(shù)校正級輸出端，所述隔離式電壓變 換器驅動級包含隔離式電壓變換器及與隔離式電壓變換器耦接的控制器，其中隔離式電壓 變換器包含原邊和副邊，原邊包含串聯(lián)的原邊繞組和原邊開關，副邊包含電流反饋電路；LED燈條，包含一至多個串聯(lián)的LED，所述LED燈條的輸入端連接所述隔離式電壓變換 器的輸出端；調光開關，和所述LED燈條串聯(lián)；所述控制器包括接收調光信號的第一輸入端，耦接至所述電流反饋電路的第二輸入 端，耦接至所述調光開關門極的第一輸出端和耦接至所述原邊開關門極的第二輸出端。
2.如權利要求1所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器位于所述隔離式電壓 變換器的副邊。
3.如權利要求2所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離式電壓變換器為反激式 電壓變換器。
4.如權利要求2所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離式電壓變換器為半橋式 或全橋式電壓變換器。
5.如權利要求2所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括驅動模塊，其一個輸入端通過電流反饋電路耦接至所述LED燈條；其輸出端作為控制 器第二輸出端耦接至至所述原邊開關的門極；調光控制模塊，其輸入端作為控制器的第一輸入端，接收所述調光信號；其輸出端作為 控制器的第一輸出端，耦接至所述調光開關的門極。
6.如權利要求5所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動模塊包括誤差放大器，其第一輸入端耦接電流反饋電路，其第二輸入端耦接參考值，其輸出端耦 接PWM發(fā)生模塊的輸入端；PWM發(fā)生模塊，其輸出端耦接至所述原邊開關的門極。
7.如權利要求6所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動模塊進一步包含電壓保 持模塊，其第一輸入端耦接電流反饋電路，第二輸入端耦接調光控制模塊的輸出端，其輸出 端耦接誤差放大器的第一輸入端，當所述調光PWM為高電平時，輸出正比于所述電流反饋 信號的信號至所述誤差放大器，當所述調光PWM為低電平時，輸出信號保持不變。
8.如權利要求5所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述原邊開關和所述調光開關為 MOSFET 器件。
9.如權利要求8所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述電流反饋電路包含檢測電阻， 該電阻的一端連接所述調光開關的源極端，并作為反饋信號的輸出端，該電阻的另一端接 地，所述電流反饋信號為所述檢測電阻兩端的電壓。
10.如權利要求8所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，所述調光信號為PWM信號、直流模 擬信號或直流模擬信號與頻率信號的復合信號之中的一種。
11.如權利要求8所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，包含過流保護電路，該電路包括 過流檢測電阻，其一端和所述隔離式電壓變換器的副邊繞組連接，另一端接副邊地；所述控 制器內包含過流保護模塊，該模塊一個輸入端耦接所述過流檢測電阻，另一個輸入端耦接過流參考值。
12.如權利要求8所述的調光驅動系統(tǒng)，其特征在于，包含無負載保護電路，該電路包 括電阻分壓器，該分壓器的一端連接所述隔離式電壓變換器的輸出端，另一端接副邊地；所 述控制器內包含無負載保護模塊，該模塊一個輸入端耦接所述電阻分壓器，另一個輸入端 耦接無負載參考值。
13.如權利要求2-12之一所述的調光驅動系統(tǒng)，其中所述隔離式電壓變換器的原邊包 含限流電路，其中所述限流電路包含第一電阻，一端連接所述原邊開關的源極端，另一端接原邊地；三極管，基極連接所述原邊開關的源極端，集電極連接所述原邊開關的門極，射極通過 第二電阻連接原邊地。
14.一種用于LED調光的控制器，包含第一輸入端，接收調光信號；第二輸入端，耦接至隔離式電壓變換器的電流反饋電路；第一輸出端，耦接至調光開關的門極；第二輸出端，耦接至所述隔離式電壓變換器的原邊開關；誤差放大器，其第一輸入端耦接所述控制器的第二輸入端，其第二輸入端耦接參考值， 其輸出端耦接PWM發(fā)生模塊的輸入端；PWM發(fā)生模塊，其輸出端耦接至所述控制器的第二輸出端；調光控制模塊，其輸入端耦接至所述控制器的第一輸入端，其輸出端耦接至所述第一 輸出端。
15.如權利要求14所述的控制器，其特征在于，還包含電壓保持模塊，含第一輸入端、 第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接所述控制器的第二輸入端，所述第二輸入端耦 接所述調光控制模塊的輸出端，所述輸出端耦接所述誤差放大器的第一輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種LED調光驅動系統(tǒng)，該驅動系統(tǒng)包含PFC級和LED驅動器級，其中LED驅動器級包含一個隔離式變換器和控制器?？刂破鹘邮照{光信號對背光LED組進行調光，同時控制隔離式變換器的輸出電流。本實用新型簡化了控制系統(tǒng)，將三級控制簡化為兩級控制，減少了系統(tǒng)部件，同時提高了效率。
文檔編號H05B37/02GK201839475SQ20102013135
公開日2011年5月18日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權日2010年3月16日
發(fā)明者任遠程, 劉白仁, 姚凱威, 張軍明, 杜磊 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司