專利名稱：一種led電流檢測和控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED電流檢測和控制的電路領(lǐng)域，尤其涉及LED照明中采用升降壓拓?fù)?Buck-Boost)的輸出高精度電流的LED電流檢測和控制的電路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)照明技術(shù)存在發(fā)光效率低、耗電量大、使用壽命短等缺點(diǎn)，LED照明具有壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，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(biāo)之一，其他的指標(biāo)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(xiàng)重要指標(biāo)，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(shè)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(guān)斷時間來達(dá)到控制LED電流的方法，如市場上的基于降壓(Buck)拓?fù)涞目刂破?，通過控制電感電流的峰值和關(guān)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(guān)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(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路，并用負(fù)反饋穩(wěn)定這個等效LED電流信號，如市場上基于Flyback (反激)拓?fù)涞腜SR(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(fù)反饋環(huán)路，并用負(fù)反饋穩(wěn)定LED電流等效信號控制輸出LED電流。由于負(fù)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(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路，通過負(fù)反饋環(huán)路穩(wěn)定電流信號。由于負(fù)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級的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(fù)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(yīng)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(xiǎn)；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(yán)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(diǎn)；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(diǎn)， 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(xiàng)重要的指標(biāo)，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(yīng)用場合。目前實(shí)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(shù)。雙級功率因素校正技術(shù)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(yīng)用于大功率場合。單級功率因素校正技術(shù)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(shù)在LED電流檢測和控制的電路得到廣泛應(yīng)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(fù)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(guān)管關(guān)斷時未降到零，在下次開關(guān)管導(dǎo)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(guān)管導(dǎo)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(dāng)電感電流降為零時馬上導(dǎo)通開關(guān)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(yīng)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(yīng)用時，控制器需要額外的乘法器，控制方法比較復(fù)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(diǎn)，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(shí)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(diǎn)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)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提供一種基于升降壓(Buck-Boost)拓?fù)涞姆歉綦x、閉環(huán)控制的LED驅(qū)動電路。本發(fā)明中的LED電流檢測和控制電路包括控制器(101)、電感(102)、第一開關(guān)管 (103)、第一電阻(104)、第一二極管(105)、輸出濾波電容(106)；
第一開關(guān)管(103)的漏極用于與直流電源的正極輸出端連接，第一開關(guān)管(103)的源極接有第一電阻(104)與第一二極管(105)的陰極；
所述第一電阻(104)的另一端與電感(102)連接，電感(102)的另一端與直流電源的地連接；所述第一電阻(104)與電感(102)的公共連接點(diǎn)為控制器(101)地；
所述第一二極管(105)的陽極接有輸出濾波電容(106)，同時，第一二極管(105)的陽極還用于連接負(fù)載LED的陰極；輸出濾波電容(106)的另一端與直流電源的地連接，同時， 輸出濾波電容(106)的接地端還用于連接負(fù)載LED的陽極；
所述控制器(101)用于在第一開關(guān)管(103)導(dǎo)通時，偵測流過第一開關(guān)管(103)與電感 (102)的電流在所述第一電阻(104)上產(chǎn)生的電壓信號，或者在第一開關(guān)管(103)截止時，偵測流過負(fù)載LED的電流在所述第一電阻(104)上產(chǎn)生的電壓信號，并向第一開關(guān)管(103) 的柵極輸出開關(guān)控制信號，控制第一開關(guān)管(103)的導(dǎo)通或截止。優(yōu)選地，所述控制器(101)包括控制器電源(217 )、二選一電路(211)、基準(zhǔn)電壓源 (204)、誤差放大器(205)、第一比較器(206)、第二比較器(207)、邏輯電路(208)和第一電容(209)；
所述控制器電源(217)的輸入端接受一個直流電源，控制器電源(217)用于向控制器 (101)內(nèi)部各個電路提供工作電壓；
所述二選一(211)電路具有兩個輸入端、一個控制端及一個輸出端，所述兩個輸入端分別對應(yīng)連接所述第一開關(guān)管(103)的源極與控制器地，所述控制端與開關(guān)管(103)的柵極連接，所述輸出端與誤差放大器(205)的一個輸入端連接；
所述基準(zhǔn)電壓源(204 )用于產(chǎn)生精確的基準(zhǔn)電壓，所述基準(zhǔn)電壓同時作為誤差放大器(205)與比較器(207)的參考電壓信號；
所述誤差放大器(205 )用于將其接受的基準(zhǔn)電壓源與二選一電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并輸出；
第一電容(209)—端與誤差放大器(205)的輸出端連接，另一端接地，用于將誤差放大器(205)輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺?br> 第一比較器(206)的一個輸入端與誤差放大器(205)的輸出端連接，比較器(206)用于將第一電容(209)上產(chǎn)生的電壓信號和其另一輸入端上的鋸齒波信號相比較，所述比較器 (206)的輸出信號送入到邏輯電路(208)中；
所述第二比較器(207)的一個輸入端連接所述第一開關(guān)管(103)的源極，另一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源(204)輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器(207)輸出的控制信號接至邏輯電路 (208)；
所述邏輯電路(208)與第一開關(guān)管(103)的柵極連接，用于產(chǎn)生控制第一開關(guān)管(103) 開通和關(guān)斷的信號。優(yōu)選地，所述控制器(101)還包括零電流檢測電路(216)與鋸齒波發(fā)生器(215)； 所述零電流檢測電路(216)用于監(jiān)測并判斷電感(102)上的電流是否為零，其輸出端
接至邏輯電路(208);
所述鋸齒波發(fā)生器(215)用于產(chǎn)生所述的鋸齒波信號，鋸齒波發(fā)生器(215)產(chǎn)生的鋸齒波信號由基準(zhǔn)電壓源(204)的基準(zhǔn)電壓及邏輯電路(208)的輸出信號控制；
控制器(101)的外圍電器元件還包括第三電阻(112)、第二二極管(114)、第二電容 (113)、第四電阻(115)及第五電阻(116)；
第三電阻(112)的一端用于連接直流電源的正極，第三電阻(112)的另一端與所述控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接；第二二極管(114)的陰極與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，陽極接至直流電源地；所述第二電容(113)的一端與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，另一端接至控制器地；
所述第四電阻(115)與第五電阻(116)串聯(lián)后再與電感(102)并聯(lián)，第五電阻(116) 的另一端接直流電源地，第四電阻(115)的另一端接控制器地，第四電阻(115)與第五電阻 (116 )的公共連接點(diǎn)與零電流檢測電路(216 )輸入端連接。優(yōu)選地，所述控制器(101)還包括保護(hù)電路(220)、鋸齒波電流發(fā)生器(215A)與方波發(fā)生器(221);
所述保護(hù)電路(220)用于檢測LED負(fù)載發(fā)生開路或者短路，其輸出端接至邏輯電路 (208)；
所述方波發(fā)生器(221)的一個輸出端接至邏輯電路(208)，另一個輸出端接至鋸齒波電流發(fā)生器(215A)；
所述鋸齒波電流發(fā)生器(215A)輸出一路鋸齒波電流信號，所述鋸齒波電流信號在第二電阻(222)上產(chǎn)生的電壓信號與開關(guān)管103開通時的源級電壓信號疊加后送到第一比較器 (206)；鋸齒波電流發(fā)生器(215A)用于將方波發(fā)生器(221)輸出的鋸齒波信號轉(zhuǎn)換為鋸齒波電流信號，第二電阻(222)用于產(chǎn)生鋸齒波電壓信號；
控制器(101)的外圍電器元件還包括第三電阻(112)、第二二極管(114)、第二電容 (113)、第四電阻(115)及第五電阻(116)；
第三電阻(112)的一端用于連接直流電源的正極，第三電阻(112)的另一端與所述控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接；第二二極管(114)的陰極與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，陽極接至直流電源地；所述第二電容(113)的一端與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，另一端接至控制器地；
所述第四電阻(115)與第五電阻(116)串聯(lián)后再與電感(102)并聯(lián)，第五電阻(116) 的另一端接直流電源地，第四電阻(115)的另一端接控制器地，第四電阻(115)與第五電阻 (116)的公共連接點(diǎn)與零電流檢測電路(216)的輸入端連接。優(yōu)選地，還包括一個環(huán)路補(bǔ)償電容(109)，環(huán)路補(bǔ)償電容(109)的一端接控制器地，另一端接至控制器(101)中誤差放大器(205)的輸出端。優(yōu)選地，所述電感(102)為變壓器(102A)的初級繞組，變壓器(102A)輔助繞組一端接直流電源地，另一端通過第三二極管(110)接至所述控制器(101)的電源輸入端；第三二極管(110 )的陰極與控制器(101)的電源(217 )輸入端連接。優(yōu)選地，所述二選一電路包括第六電阻(202)與第二開關(guān)管(203)；
第六電阻(202)的一端與第二開關(guān)管(203)的漏極連接，第六電阻(202)與第二開關(guān)管 (203)的漏極公共連接點(diǎn)作為二選一電路的輸出端與誤差放大器(205)連接；
第二開關(guān)管(203)的源極作為二選一電路的一個輸入端接控制器地，第二開關(guān)管 (203)的刪極作為二選一電路的控制端與第一開關(guān)管(103)的柵極連接在一起，第六電阻 (202)的另一端作為二選一電路的另一個輸入端接第一開關(guān)管(103)的源極。優(yōu)選地，所述二選一(211)包括，第一反向器(311)、第二反向器(312)、第一 NMOS 晶體管(313)和第二 NMOS晶體管(314);所述第一反向器(311)的輸入端作為二選一電路的控制端連接第一開關(guān)管(103)的柵極，所述第一反向器(311)的輸出端連接第二反向器312 的輸入端和第一 NMOS晶體管(313)的柵極，所述第二反向器312的輸出端連接第二 NMOS晶體管(314)的柵極，所述第一 NMOS晶體管(313)的漏極作為二選一電路的一個輸入端連接第一開關(guān)管(103)的源極，所述第一 NMOS晶體管(313)的襯底連接控制器地，所述第一 NMOS 晶體管(313)的源極與第二 NMOS晶體管(314)的源級連接在一起作為二選一電路的輸出端，所述第二 NMOS晶體管(314)的漏極作為二選一電路的另一個輸入端連接控制器地，第二 NMOS晶體管(314)的襯底接控制器地。優(yōu)選地，所述控制器(101)包括控制器電源(217)、基準(zhǔn)電壓源(204)、誤差放大器(205)、第一比較器(206)、第二比較器(207)、邏輯電路(208)、第一電容(209)、開關(guān)(213) 和誤差放大器(205)；
所述開關(guān)(213)的控制端與邏輯電路(208)的輸出端連接，用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)管(103)導(dǎo)通時，開關(guān)(213)截止；開關(guān)管(103)截止時，開關(guān)(213)導(dǎo)通；
所述控制器電源(217)的輸入端接受直流電源，控制器電源(217)用于向控制器(101) 內(nèi)部各個電路提供工作電壓；
所述基準(zhǔn)電壓源(204 )用于向誤差放大器(205 )與比較器(207 )提供參考電壓
信號；
所述誤差放大器(205)用于將其接受的基準(zhǔn)電壓源與第一開關(guān)管(103)源極輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并輸出；
所述誤差放大器(205)，包括跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)； 跨導(dǎo)放大器A (301)用于將所述基準(zhǔn)電壓源(204 )產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成電流信號對所述第一電容(209)進(jìn)行充電；跨導(dǎo)放大器B (302)用于將二選一電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號對第一電容(209)進(jìn)行放電；
跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)的輸出端分別作為誤差放大器(205)的兩個輸出端；
第一電容(209)—端通過開關(guān)(213)與誤差放大器(205)中跨導(dǎo)放大器A (301)輸出端連接，同時直接連接誤差放大器(205)中跨導(dǎo)放大器B (302)的輸出端；第一電容(209) 另一端接地，用于將誤差放大器(205)輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；
比較器(206)的一個輸入端與第一電容(209)接有開關(guān)(213)的那一端連接，比較器
(206)用于在開關(guān)(213)導(dǎo)通時，將第一電容(209)上產(chǎn)生的電壓信號和其另一輸入端上的鋸齒波信號相比較，所述比較器(206)的輸出信號送入到邏輯電路(208)中；
所述比較器(207)的一個輸入端連接所述第一開關(guān)管(103)的源極，另一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源(204 )輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器(207 )輸出的控制信號接至邏輯電路(208 )；
所述邏輯電路(208)用于產(chǎn)生控制第一開關(guān)管(103)開通和關(guān)斷的信號。
優(yōu)選地，所述誤差放大器(205)，包括跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)； 跨導(dǎo)放大器A (301)用于將所述基準(zhǔn)電壓源(204 )產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成電流信號對所述第一電容(209)進(jìn)行充電；跨導(dǎo)放大器B (302)用于將二選一電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號對第一電容(209)進(jìn)行放電；
跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)的輸出端連接在一起作為誤差放大器(205) 的輸出端。 優(yōu)選地，所述誤差放大器(205 )，包括跨導(dǎo)放大器(303 )，所述跨導(dǎo)放大器(303 )的一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源(204)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，另一個輸入端接收二選一電路輸出的電壓信號；跨導(dǎo)放大器(303)用于將輸入的兩路信號相減，并將兩路信號之差轉(zhuǎn)換成電流對第一電容(209 )進(jìn)行充電或放電。 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是
1.在開關(guān)管開通時，可以檢測流過開關(guān)管和電感(或則變壓器初級側(cè))上的電流，保證開關(guān)管和電感(或則變壓器初級側(cè))不會因?yàn)檫^電流而損壞，提高了 LED驅(qū)動電源工作時的
可靠性；2.在開關(guān)管關(guān)閉時，可以精確的檢測流過負(fù)載LED的電流，由于控制器內(nèi)部采用了閉環(huán)控制，所以輸出LED上的電流值非常精確，而且不受輸入電壓、輸出電壓以及電感值的變化的影響；
3.本發(fā)明需要的元器件數(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.由于本發(fā)明采用了升降壓(Buck-Boost)電路拓?fù)洌栽趯?shí)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。本發(fā)明適用于所有LED的驅(qū)動電源，包括隔離、非隔離的LED驅(qū)動電源，電感電流連續(xù)模式、斷續(xù)模式和臨界模式的LED驅(qū)動電源，具有、不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電流檢測和控制的電路基本電路原理圖； 圖2是圖1中控制器的電路原理圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的LED電流檢測和控制的電路的簡圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的控制器的內(nèi)部簡單框圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的LED電流檢測和控制的電路的簡圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例二的控制器101的內(nèi)部簡單框圖； 圖7為本發(fā)明LED電流檢測和控制的電路的第三實(shí)施例的簡圖； 圖8為本發(fā)明控制器第三實(shí)施例的內(nèi)部簡單框圖； 圖9為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中誤差放大器205 —種具體組成電路圖； 圖10為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中誤差放大器205另一種具體組成電路圖； 圖11為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中跨導(dǎo)放大器A，301的具體組成電路圖； 圖12為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中跨導(dǎo)放大器B，302的具體組成電路圖； 圖13為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中鋸齒波發(fā)生器215的具體組成電路圖； 圖14為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中鋸齒波電流215A的具體組成電路圖； 圖15為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中零電流檢測216的原理圖； 圖16為本發(fā)明邏輯電路208的第一實(shí)施例具體組成電路圖； 圖17為本發(fā)明邏輯電路208的第二實(shí)施例具體組成電路圖； 圖18為本發(fā)明二選一 211的第一實(shí)施例具體組成電路圖； 圖19為本發(fā)明二選一 211的第二實(shí)施例具體組成電路圖。
具體實(shí)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(quán)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。
對本發(fā)明所涉及的專業(yè)術(shù)語進(jìn)行說明 LED Light Emitting Diode，發(fā)光二極管
CCM Continuous Current Mode,(電感)連續(xù)電流模式 DCM Discontinuous Current Mode, ( ^) 11!^ BCM Boundary Current Mode,(電感)臨界電流模式 PFC Power Factor Correction,功率因數(shù)校正 PSR Primary Side Regulator，原邊控制 Buck-Boost 升降壓
ZCD Zero Current Detection,零電流檢測
MOS metal oxide semiconductor, ^Mfl；
BJT Bipolar Junction Transistor ,雙極型晶體管
CMOS complementary metal-oxide semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體；
PMOS P-channe 1 metal oxide semiconductor FET，P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)
晶體管；
NMOS N-channe 1 metal oxide semiconductor FET，N 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)
晶體管。LED電流檢測和控制的基本電路
如圖1，本發(fā)明中的LED電流檢測和控制的基本電路包括控制器101、電感102、開關(guān)管 103、電阻104、二極管105、輸出濾波電容106。開關(guān)管103的漏極用于與直流電源的正極輸出端連接，開關(guān)管103的源極接有電阻104與二極管105的陰極。所述電阻104的另一端與電感102連接，電感102的另一端與直流電源的地連接； 所述電阻104與電感102的公共連接點(diǎn)為控制器101地N03。所述二極管105的陽極接有輸出濾波電容106，同時，二極管105的陽極還用于連接負(fù)載LED的陰極；輸出濾波電容106的另一端與直流電源的地連接，同時，輸出濾波電容 106的接地端還用于連接負(fù)載LED的陽極。所述控制器101用于在第一開關(guān)管103導(dǎo)通時，偵測流過第一開關(guān)管103與電感 102的電流在所述第一電阻104上產(chǎn)生的電壓信號，或者在第一開關(guān)管103截止時，偵測流過負(fù)載LED的電流在所述第一電阻104上產(chǎn)生的電壓信號，并向第一開關(guān)管103的柵極輸出開關(guān)控制信號，控制第一開關(guān)管103的導(dǎo)通或截止。所述電感102的作用是在開關(guān)管103開啟時，將電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存在電感102 中，在開關(guān)管103關(guān)閉時，將儲存在電感102中的磁能轉(zhuǎn)換成電能給LED負(fù)載供電。所述開關(guān)管103的作用是，在驅(qū)動信號N07為高時，將開關(guān)管開啟；驅(qū)動信號N07 為低時，將開關(guān)管關(guān)閉；優(yōu)選的，本實(shí)施例中所述開關(guān)管103是一個功率NMOS管。所述電阻104的作用是，當(dāng)開關(guān)管103開啟時，檢測流過開關(guān)管103和電感102的電流，然后將電阻104上產(chǎn)生的電壓信號(該電壓信號以N03為參考地)送入控制器101中， 限制流過開關(guān)管103和電感102的最大電流，當(dāng)開關(guān)管103關(guān)閉時，檢測流過LED負(fù)載的電流，將產(chǎn)生的電壓信號(該電壓信號以N03為參考地)送入控制器101中，控制器101產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號通過N07控制開關(guān)管103的開通時間，從而精確的調(diào)節(jié)流過LED負(fù)載的電流。
所述二極管105的作用是，當(dāng)開關(guān)管103開啟時，所述二極管截至，阻止電源電流流過LED負(fù)載，當(dāng)開關(guān)管103關(guān)閉時，所述二極管開啟，電感102通過二極管105對LED負(fù)載進(jìn)行供電。所述電容106是一個濾波電容，該電容可以減小LED負(fù)載上面的電流紋波。所述信號NOl表示輸入電源的正相端； 所述信號N02表示表示輸入電源的負(fù)相端； 所述信號N03表示控制器101的參考地；
所述信號N04是一個電壓信號，該電壓以N03作為參考地信號，在開關(guān)管103開啟時， 該電壓表示流過開關(guān)管103和電感102的電流大小，在開關(guān)管103關(guān)閉時，該電壓表示流過 LED負(fù)載的電流大小，該電壓信號是控制器101的輸入信號。所述信號N07表示開關(guān)管103的柵極驅(qū)動信號，該信號控制開關(guān)管103的開啟和關(guān)斷，該信號是控制器101的輸出信號。所述控制器101，優(yōu)選的，如圖2，包括控制器電源217、二選一電路211、基準(zhǔn)電壓源204、誤差放大器205、比較器206、比較器207、邏輯電路208和電容209 ；
所述控制器電源217的輸入端接受直流電源，控制器電源217用于向控制器101內(nèi)部各個電路提供工作電壓。所述二選一電路211具有兩個輸入端、一個控制端及一個輸出端，所述兩個輸入端分別對應(yīng)連接所述第一開關(guān)管103的源極與控制器地，所述控制端與開關(guān)管103的柵極連接，所述輸出端與誤差放大器205的一個輸入端連接。所述誤差放大器205用于將其接受的基準(zhǔn)電壓源與二選一電路211輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并輸出。第一電容209 —端與誤差放大器205的輸出端連接，另一端接地，用于將誤差放大器205輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴１容^器206的一個輸入端與誤差放大器205的輸出端連接，比較器206用于將第一電容209上產(chǎn)生的電壓信號和其另一輸入端上的鋸齒波信號相比較；比較器206的作用是進(jìn)行脈寬調(diào)制，即把鋸齒波信號和誤差放大器的輸出信號相比，所述比較器206的輸出信號送入到邏輯電路208中調(diào)節(jié)驅(qū)動開關(guān)管103的開通時間。所述比較器207的一個輸入端連接所述第一開關(guān)管103的源極，另一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源204輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器207輸出的控制信號接至邏輯電路208 ；比較器 207的作用是限制流過開關(guān)管103和電感102的最大電流，當(dāng)流過開關(guān)管103和電感102的電流超過設(shè)定值時，比較器207通過邏輯電路208關(guān)斷開關(guān)管103。所述邏輯電路208用于產(chǎn)生控制第一開關(guān)管103開通和關(guān)斷的信號。當(dāng)開關(guān)管103開啟時，所述二選一電路211送入誤差放大器205的信號為芯片的參考地N03信號；當(dāng)開關(guān)管103關(guān)閉時，所述二選一電路211將所述開關(guān)管103的源級電壓信號送入到誤差放大器205中。所述基準(zhǔn)電壓源204的作用是，產(chǎn)生精確的基準(zhǔn)電壓N21和N22，其中N21 將作為誤差放大器205的輸入電壓信號，N22作為比較器207的輸入電壓信號。所述電容209的作用是保證由所述LED電流檢測和控制的電路構(gòu)成的LED驅(qū)動電源工作時，環(huán)路的穩(wěn)定性，該電容也可以置于所述控制器101外部，但是，當(dāng)外部環(huán)路補(bǔ)償電容109不用時，控制器內(nèi)部必須使用電容209，當(dāng)外部環(huán)路補(bǔ)償電容109使用時，控制器內(nèi)部可以使用電容209也可以不使用。所述控制器101里面的比較器206的作用是，將電容209上產(chǎn)生的電壓信號N26 和一個鋸齒波信號N25相比較，所述比較器206的輸出信號擬4送入到邏輯電路208中。所述控制器101里面的比較器207的作用是在開關(guān)管103開通時，將開關(guān)管103 源級電壓信號和基準(zhǔn)電壓源204輸出的基準(zhǔn)電壓信號N22相比較，產(chǎn)生控制信號N23送入邏輯電路208中，通過控制開關(guān)管103的關(guān)閉，限制流過開關(guān)管103和電感102上的最大電流值。所述控制器101里面擬9信號是一個模擬電壓信號，在開關(guān)管103開通時，該電壓為控制器101的參考地信號N03，當(dāng)開關(guān)管103關(guān)閉時，該信號為開關(guān)管103源級的電壓
信號N04 ；
N21信號是一個基準(zhǔn)電壓信號，該信號由電壓基準(zhǔn)源204產(chǎn)生，作為誤差放大器205的一個輸入信號；
N22信號是一個基準(zhǔn)電壓信號，該信號由電壓基準(zhǔn)源204產(chǎn)生，作為比較器207的一個輸入信號；
N24信號是一個數(shù)字邏輯信號，該信號由比較器206產(chǎn)生，通過邏輯電路208產(chǎn)生N07 信號控制開關(guān)管103的開通時間；
N25是一個鋸齒波信號，該信號的頻率可以是固定的也可以是變化的；該信號可以由獨(dú)立的鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生，也可以是一個鋸齒波電壓信號和所述N04電壓信號相加得到；
N26是一個模擬電壓信號，該電壓信號的大小反應(yīng)了輸入電壓NOl的大小以及流過LED 負(fù)載電流的大小，該電壓信號由誤差放大器205產(chǎn)生的電流對電容209進(jìn)行充電和放電決定，該電壓送入比較器206和一個鋸齒波信號N25相比較，產(chǎn)生信號N24。N32由控制器電源217產(chǎn)生，為控制器101內(nèi)部其他模塊提供電源。LED電流檢測和控制的電路的第一實(shí)施例
參照圖3，示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一的一種LED電流檢測和控制的電路的組成電路圖，在圖1所示的基本電路的基礎(chǔ)上還包括電容109、電阻112、電容113、二極管114、電阻 115和電阻116。電阻112的一端用于連接直流電源的正極，電阻112的另一端與所述控制器101 的控制器電源217的輸入端連接；二極管114的陰極與控制器101的控制器電源217的輸入端連接，陽極接至直流電源地；所述電容113的一端與控制器101的控制器電源217的輸入端連接，另一端接至控制器地。所述電阻115與電阻116串聯(lián)后再與電感102并聯(lián)，電阻116的另一端接直流電源地，第四電阻115的另一端接控制器地。環(huán)路補(bǔ)償電容109的一端接控制器地，另一端接至控制器101中誤差放大器205 的輸出端。下面對本實(shí)施例中LED電流檢測和控制的電路新增原件的工作原理進(jìn)行詳細(xì)描述。所述電容109是一個環(huán)路補(bǔ)償電容，當(dāng)本實(shí)例中LED電流檢測和控制的電路工作時，所述電容109提供LED電流檢測和控制的電路環(huán)路的穩(wěn)定性以及高的功率因數(shù)。
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所述電阻112，作為控制器101的啟動電阻，在控制器101啟動前對所述電容113充電。所述電容113，作為控制器101電源的維持電容，在控制器101工作時，所述電容 113為控制器101提供電源，在控制器101啟動之后，通過二極管114對所述電容113供電。所述二極管114，作用是當(dāng)開關(guān)管103開啟時，所述二極管114截至，阻止電容113 對直流電源地N02放電，當(dāng)開關(guān)管103關(guān)斷時，所述二極管114導(dǎo)通，直流電源地N02通過所述二極管114對電容113充電；
所述電阻115和電阻116，在開關(guān)管103關(guān)斷時，通過偵測電感102兩端的電壓檢測流過電感的電流是否為零，保證控制器101工作在臨界電流模式BCM，提高由本優(yōu)選實(shí)施例一構(gòu)成的LED電流檢測和控制的電源的效率。所述電阻115和電阻116的作用還包括，在開關(guān)管103關(guān)斷時，通過偵測LED負(fù)載兩端的壓降，進(jìn)行LED負(fù)載開路和短路檢測，通過控制器101實(shí)現(xiàn)LED負(fù)載的開路保護(hù)和短路保護(hù)。所述信號附2，為控制器101的供電電源端，以N03為參考地。所述信號N13是一個電壓信號，N13的電壓以N03作為參考地，在開關(guān)管103開啟時，N13電壓以N03電壓作為參考地是一個負(fù)電壓信號，反應(yīng)了輸入電壓大小，即NOl和N02 之間的電壓差，在開關(guān)管103關(guān)斷并且電感102電流未降為零時，通過電阻115和電阻116 的分壓，N13電壓以N03電壓作為參考地是一個正電壓信號，反應(yīng)了輸出LED負(fù)載上的電壓差(嚴(yán)格來說，該電壓包含了輸出LED負(fù)載上的電壓差，二極管105上的正向?qū)▔航担碗娮?04上的電壓差，但是二極管105上的正向?qū)▔航岛碗娮?04上的電壓差很小，相對輸出LED負(fù)載上的電壓可以忽略)，當(dāng)電感102電流降為零后，由于電感102和寄生電容會產(chǎn)生諧振，N13相對N03的正電壓會迅速降低，直至相對N03電壓為負(fù)電壓，然后產(chǎn)生振蕩，因此在電感102電流降低到零后，通過檢測N13信號和N03信號的電壓差，可以實(shí)現(xiàn)電感102 的零電流檢測(ZCD)；
參照圖4，上述圖3所示的LED電流檢測和控制的電路第一實(shí)施例中的控制器的實(shí)施例。本控制器的實(shí)施例在圖2所示的控制器基本電路上增加了鋸齒波發(fā)生器215、零電流檢測216。電阻115與電阻116的公共連接點(diǎn)與零電流檢測電路216輸入端連接，零電流檢測電路216的輸出端接至邏輯電路208。零電流檢測216，通過檢測W3電壓的下降沿判定電感102的電流是否下降為零，在檢測到電感102的電流下降為零后的短時間內(nèi)，將輸出控制信號擬8送入邏輯電路208中控制開關(guān)管103的開啟。所述鋸齒波發(fā)生器215用于產(chǎn)生鋸齒波信號N25，鋸齒波發(fā)生器215的輸出信號由基準(zhǔn)電壓源204的基準(zhǔn)電壓及邏輯電路208的輸出信號N07控制。所述鋸齒波發(fā)生器 215產(chǎn)生一個固定上升斜率，并且上升時間和開關(guān)管103的開啟同步的鋸齒波N25，所述信號N25和誤差放大器205的輸出N09 —起決定開關(guān)管103的開啟時間。信號N28由零電流檢測216產(chǎn)生，所述信號擬8通過邏輯電路208控制開關(guān)管103 的開啟；優(yōu)選的，本實(shí)施例一中，所述信號擬8為一個數(shù)字正脈沖信號，當(dāng)零點(diǎn)流檢測216判定電感102的電流下降為零后的短時間內(nèi)，輸出一個正脈沖信號N28。
本發(fā)明第一實(shí)施例所述的LED電流檢測和控制的電路在開關(guān)管開通時，可以檢測流過開關(guān)管103和電感102上的電流，保證開關(guān)管103和電感102不會因?yàn)檫^電流而損壞， 提高了 LED電流檢測和控制的電路工作時的可靠性；在開關(guān)管關(guān)閉時，可以精確的檢測流過負(fù)載LED的電流，由于控制器內(nèi)部采用了閉環(huán)控制，所以輸出LED上的電流值非常精確， 而且對輸入電壓、輸出電壓以及電感值的變化不敏感；該方法需要的元器件數(shù)目很少，降低了 LED電流檢測和控制的電路的成本，有利于LED照明的推廣；另外，由本實(shí)施例一構(gòu)成的 LED電流檢測和控制的電路在保證上述優(yōu)點(diǎn)的同時，還實(shí)現(xiàn)了輸入電壓和輸入電流的高功率因數(shù)。LED電流檢測和控制的電路的第二實(shí)施例
如圖6，LED電流檢測和控制的電路的第二實(shí)施例的控制器在圖2所示的控制器基本電路的基礎(chǔ)上增加了 括保護(hù)電路220、鋸齒波電流發(fā)生器215A和方波發(fā)生器221。所述方波發(fā)生器221的一個輸出端接至邏輯電路208，另一個輸出端接至鋸齒波電流發(fā)生器215A。所述鋸齒波電流發(fā)生器215A輸出一個鋸齒波電流，所述鋸齒波電流在電阻222上產(chǎn)生的電壓信號和開關(guān)管103開通時的源級電壓信號相加，然后將相加后的電壓送到第一比較器206的其中一個輸入端。如圖5，控制器101的外圍電器元件還包括電阻112、二極管114、電容113、電阻 115及電阻116，但是不包含環(huán)路補(bǔ)償電容109。電阻112、二極管114、電容113、電阻115與電阻116的連接方式與圖3所示的LED 電流檢測和控制的電路的第一實(shí)施例中的連接方式一樣。電阻115與電阻116的公共連接點(diǎn)與保護(hù)電路220輸入端連接，保護(hù)電路220的輸出端接至邏輯電路208。保護(hù)電路220通過檢測輸入信號W3的最大電壓來判定LED負(fù)載的開路和短路狀況；當(dāng)輸入信號附3的最大電壓超過控制器101內(nèi)部設(shè)定值時，保護(hù)電路 220判定LED負(fù)載開路；當(dāng)輸入信號N13的最大電壓在一段時間內(nèi)始終小于控制器101內(nèi)部設(shè)定值時，保護(hù)電路220判定LED負(fù)載短路；當(dāng)保護(hù)電路220檢測到LED負(fù)載開路或則短路時，輸出邏輯低通過邏輯電路208將開關(guān)管103關(guān)閉，當(dāng)保護(hù)電路220檢測到LED負(fù)載正常時，輸出邏輯高。保護(hù)電路220可以由一個比較器及一個延時電路或者數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)，輸入信號N13經(jīng)過延時電路或數(shù)字濾波器延時后送入比較器與控制器101內(nèi)部設(shè)定值比較。本發(fā)明第二實(shí)施例所述的LED電流檢測和控制的電路在開關(guān)管開通時，可以檢測流過開關(guān)管103和電感102上的電流，保證開關(guān)管103和電感102不會因?yàn)檫^電流而損壞，提高了 LED電流檢測和控制的電路工作時的可靠性；在開關(guān)管關(guān)閉時，可以精確的檢測流過負(fù)載LED的電流，由于控制器內(nèi)部采用了閉環(huán)控制，所以輸出LED上的電流值非常精確，而且對輸入電壓、輸出電壓以及電感值的變化不敏感；本實(shí)施例二集成了環(huán)路補(bǔ)償電容 209，所以控制器101外面需要的元器件數(shù)目減少，降低了 LED電流檢測和控制的電路的成本，有利于LED照明的推廣；另外，由本實(shí)施例二所構(gòu)成的LED電流檢測和控制的電路由于環(huán)路響應(yīng)快，LED負(fù)載電流沒有低頻紋波。LED電流檢測和控制的電路的第三實(shí)施例
圖7為本發(fā)明LED電流檢測和控制的電路的第三實(shí)施例，與圖1所示的基本電路相比，本實(shí)施例中的電感102為變壓器102A的初級繞組，變壓器102A輔助繞組一端接直流電源地，另一端通過二極管110接至所述控制器101的電源輸入端；二極管110的陰極與控制器 101的控制器電源217輸入端連接。控制器第三實(shí)施例
如圖8，本實(shí)施例的控制器101包括控制器電源217、基準(zhǔn)電壓源204、誤差放大器205、 比較器206、比較器207、邏輯電路208、電容209、開關(guān)213和誤差放大器205。所述開關(guān)213的控制端與邏輯電路208的輸出端連接，用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)管103導(dǎo)通時，開關(guān)213截止；開關(guān)管103截止時，開關(guān)213導(dǎo)通。所述控制器電源217的輸入端接受直流電源，控制器電源217用于向控制器101 內(nèi)部各個電路提供工作電壓。所述基準(zhǔn)電壓源204用于為誤差放大器205與比較器207提供參考電壓信號； 所述誤差放大器205用于將其接受的基準(zhǔn)電壓源與開關(guān)管103源極輸出的電壓信號轉(zhuǎn)
化為電流信號并輸出。電容209 —端通過開關(guān)213與誤差放大器205的輸出端連接，電容209 —端還同時直接與誤差放大器205的另一個輸出端連接，電容209另一端接地，用于在開關(guān)213導(dǎo)通時，將誤差放大器205輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴１容^器206的一個輸出入端與電容209接有開關(guān)213的那一端連接，比較器206 用于在開關(guān)213導(dǎo)通時，將電容209上產(chǎn)生的電壓信號和其另一輸入端上的鋸齒波信號相比較，所述比較器206的輸出信號送入到邏輯電路208中。所述比較器207的一個輸入端連接所述開關(guān)管103的源極，另一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源204輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器207輸出的控制信號接至邏輯電路208 ；
所述邏輯電路208用于產(chǎn)生控制第一開關(guān)管(103)開通和關(guān)斷的信號。
如圖9，所述誤差放大器205的一個實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖，所述誤差放大器205包括 跨導(dǎo)放大器A，301和跨導(dǎo)放大器B，302 ；
所述控制器101里面的誤差放大器205里面的跨導(dǎo)放大器A，301的作用是，將所述基準(zhǔn)電壓源204產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓N21轉(zhuǎn)換成電流信號對電容109/電容209進(jìn)行充電；所述跨導(dǎo)放大器B，302的作用是，將所述二選一 211的輸出電壓信號擬9轉(zhuǎn)換成電流信號對電容 109/電容209進(jìn)行放電?？鐚?dǎo)放大器A，301與跨導(dǎo)放大器B，302的輸出端可以接在一起作為誤差放大器 205的輸出端，也可以不連接在一起，作為誤差放大器205的兩個輸出端。如圖10，所述誤差放大器205的另一個實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖，所述誤差放大器205 包括跨導(dǎo)放大器303，所述跨導(dǎo)放大器303的一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源204產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓N21，另一個輸入端接收二選一 211電路輸出的電壓信號；跨導(dǎo)放大器303用于將輸入的兩路信號相減，并將兩路信號之差轉(zhuǎn)換成電流對電容109/電容209進(jìn)行充電或放電。圖11是跨導(dǎo)放大器A，301的電路原理圖，跨導(dǎo)放大器A，301包括運(yùn)算放大器401， NMOS晶體管402，PMOS晶體管403、404，電阻405。所述跨導(dǎo)放大器A，301里面的運(yùn)算放大器401，NMOS晶體管402和電阻405的作用是，將輸入基準(zhǔn)電壓信號N21轉(zhuǎn)換成電流流過PMOS晶體管403。
所述跨導(dǎo)放大器A，301里的PMOS管403、404構(gòu)成電流鏡，將流過PMOS管403的電流信號鏡像，通過PMOS管404和N09對電容109/電容209充電。圖12是所述誤差放大器205中的跨導(dǎo)放大器B，302的電路原理圖?？鐚?dǎo)放大器 B, 302 包括運(yùn)算放大器 406, NMOS 管 407、NMOS 管 410、NMOS 管 411 和 PMOS 管 408、PMOS 管 409以及電阻410。所述誤差放大器205中的跨導(dǎo)放大器B，302里面的運(yùn)算放大器406，NMOS管407 和電阻405A將輸入N20電壓信號轉(zhuǎn)換成電流流過PMOS管408。所述跨導(dǎo)放大器B，302里的PMOS管408和PMOS管409構(gòu)成電流鏡，NMOS管410和 NMOS管411構(gòu)成電流鏡，將前面所述的N20經(jīng)過運(yùn)算放大器406，NMOS管407和電阻405A 產(chǎn)生的電流信號鏡像出來通過N09對電容109放電。圖13是鋸齒波發(fā)生器的電路原理圖，鋸齒波發(fā)生器215包括運(yùn)算放大器415， NMOS 管 416、NMOS 管 421，PMOS 管 417、PMOS 管 418，電阻 419、電容 420 以及反向器 422。所述鋸齒波發(fā)生器215里的運(yùn)算放大器415，NMOS管416和電阻419將輸入的基準(zhǔn)電壓信號N22轉(zhuǎn)換成電流流過PMOS管417。所述鋸齒波發(fā)生器215里的PMOS管417、PM0S管418構(gòu)成電流鏡，將流過PMOS管 417的電流鏡像到PMOS管418，在開關(guān)管103開啟時，對電容420充電。所述鋸齒波發(fā)生器215里的NMOS管421的作用是，當(dāng)N07信號為高，即開關(guān)管103 開啟時，通過反相器422將NMOS管421關(guān)閉，PMOS管418對電容420充電，當(dāng)N07信號為低時，即開關(guān)管103關(guān)閉時，通過反相器422將NMOS管421開啟，將N25下拉到控制器101 的地電位。所述鋸齒波發(fā)生器215里的反相器422的作用是，將輸入N07的邏輯反向，即輸入 N07為邏輯高，反向器422的輸出為邏輯低，輸入N07為邏輯低，反向器422的輸出為邏輯
尚ο如圖14，鋸齒波電流發(fā)生器215A的一個實(shí)施例包括鋸齒波電流發(fā)生器215A包括運(yùn)算放大器425，匪OS管426，PMOS管427，PMOS管似8和電阻似9。所述鋸齒波電流215A里面的運(yùn)算放大器425，NMOS管似6和電阻429的作用是， 將輸入鋸齒波信號N50轉(zhuǎn)換成電流流過PMOS管427。所述鋸齒波電流215A里的PMOS管427、4 構(gòu)成電流鏡，將流過PMOS管427的電流鏡像，通過PMOS管似8經(jīng)過N51流出。如圖15顯示的是所述零電流檢測電路216的時序圖。Iltl2代表流過電感102的電流波形，Vn13表示圖9中N13的電壓波形，以N03為參考地，為零電流檢測216的輸入波形， Vn28表示圖9中擬8的電壓波形，以N03為參考地，為零電流檢測216的輸出波形，Vn24表示圖9中NM的電壓波形，以N03為參考地，Vn07表示圖9中N07的電壓波形，以N03為參考地；當(dāng)電感電流Iltl2降為零時Vn13由高變低，當(dāng)Vn13低于零電流檢測216的判定電壓時，輸出脈沖信號，如圖Vn28所示，通過邏輯電路208將N07置高。LED電流檢測和控制電路第一實(shí)施例中，所述邏輯電路208的一個具體實(shí)施方式
如圖16，所述邏輯電路208包括一個邏輯二輸入與門305和一個RS觸發(fā)器306。所述邏輯二輸入與門305的作用是，當(dāng)兩個輸入信號同為邏輯高時，輸出為邏輯高，當(dāng)兩個輸入信號中其中一個為邏輯低時，輸出為邏輯低。
所述RS觸發(fā)器306的作用是，當(dāng)S輸入端為邏輯高時，RS觸發(fā)器306的輸出為邏輯高，當(dāng)S輸入端為邏輯低時，RS觸發(fā)器306的輸出保持原態(tài)，當(dāng)R輸入端為邏輯高時，RS 觸發(fā)器306的輸出為邏輯低，當(dāng)R輸入端為邏輯低時，RS觸發(fā)器306的輸出保持原態(tài)。所述邏輯二輸入與門305的兩個輸入信號為N23和N24，輸出信號為N36。所述RS觸發(fā)器306的S輸入信號為N28，R輸入信號為N36，輸出信號為N07。當(dāng)系統(tǒng)工作在電感102電流臨界模式時，零電流檢測電路216檢測到電感電流為零時，發(fā)出正脈沖信號N28，通過邏輯電路里面的RS觸發(fā)器將N07置為邏輯高，開關(guān)管103 導(dǎo)通；比較器206是一個脈寬調(diào)制比較器，它把一個鋸齒波電壓信號和誤差放大器205的輸出信號相比，調(diào)節(jié)驅(qū)動N07的開通時間，比較器207的作用是限制流過開關(guān)管103和電感 102的最大電流，當(dāng)比較器206和比較器207任何一個輸出邏輯低時，通過RS觸發(fā)器，N07 都會被置為邏輯低，開關(guān)管103截止。LED電流檢測和控制電路第二實(shí)施例中，所述邏輯電路208的一個具體實(shí)施方式
如圖17。所述邏輯電路208包括第一個二輸入與門308、第二個二輸入與門310以及一個 RS觸發(fā)器309 ；所述第一個二輸入與門308的兩個輸入端是N23和N24，所述二輸入與門 305的輸出端是N38，所述RS觸發(fā)器309的S代表置SET，即置‘ 1，端，連接信號N31，所述 RS觸發(fā)器309的R代表RESET，即置‘0，端，連接信號N38，所述RS觸發(fā)器306的輸出端是 Q，連接N39，所述第二個二輸入與門310的兩個輸入端是N30和N39，所述第二個二輸入與門310的輸出端連接N07。當(dāng)系統(tǒng)工作在電感102電流連續(xù)模式或則斷續(xù)模式時，方波發(fā)生器221的輸出信號N31通過邏輯電路里面的RS觸發(fā)器將N07置為邏輯高，開關(guān)管103導(dǎo)通；比較器206是一個脈寬調(diào)制比較器，它把一個鋸齒波電壓和誤差放大器205的輸出信號相比，調(diào)節(jié)驅(qū)動 N07的開通時間，比較器207的作用是限制流過開關(guān)管103和電感102的最大電流，當(dāng)比較器206和比較器207任何一個輸出邏輯低時，通過RS觸發(fā)器，N07都會被置為邏輯低，開關(guān)管103截止；保護(hù)電路220在LED負(fù)載正常時，輸出邏輯高，在LED負(fù)載開路或則短路時，輸出邏輯低，通過邏輯電路208將N07置為邏輯低，關(guān)閉開關(guān)管103。參照圖18，二選一電路211的一種實(shí)施方式為包括第一反向器311、第二反向器 312.NM0S晶體管313和NMOS晶體管314 ；所述第一反向器311的輸入端連接N07，所述第一反向器311的輸出端連接第二反向器312的輸入端和NMOS晶體管313的柵極，所述第二反向器312的輸出端連接NMOS晶體管314的柵極，所述NMOS晶體管313的漏極連接輸入信號N04，所述NMOS晶體管313的襯底連接控制器地，所述NMOS晶體管313的源極連接NMOS 晶體管314的源極和輸出信號N29，所述NMOS晶體管314的漏極連接輸入信號N03，NMOS晶體管314的襯底連接控制器地。參照圖19，二選一電路211的零一種實(shí)施方式為包括電阻202與開關(guān)管203。電阻202的一端與開關(guān)管203的漏極連接，電阻202與開關(guān)管203的漏極公共連接點(diǎn)作為二選一電路的輸出端與誤差放大器205連接。開關(guān)管203的源極作為二選一電路的一個輸入端接控制器地，開關(guān)管203的刪極作為二選一電路的控制端與開關(guān)管103的柵極連接在一起，電阻202的另一端作為二選一電路的另一個輸入端接開關(guān)管103的源極。
本發(fā)明要求輸入電源為直流，若輸入電源為交流電時，需在電源輸出部分增加一個橋式整流器107和一個電容108，將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，詳見圖3。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明中各個電路模塊的變形方式或具體實(shí)施方式
之間可以進(jìn)行組合。本發(fā)明擴(kuò)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(quán)利要求
1.一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，包括控制器(101)、電感(102)、第一開關(guān)管(103)、第一電阻(104)、第一二極管(105)、輸出濾波電容(106)；第一開關(guān)管(103)的漏極用于與直流電源的正極輸出端連接，第一開關(guān)管(103)的源極接有第一電阻(104)與第一二極管(105)的陰極；所述第一電阻(104)的另一端與電感(102)連接，電感(102)的另一端與直流電源的地連接；所述第一電阻(104)與電感(102)的公共連接點(diǎn)為控制器(101)地；所述第一二極管(105)的陽極接有輸出濾波電容(106)，同時，第一二極管(105)的陽極還用于連接負(fù)載LED的陰極；輸出濾波電容(106)的另一端與直流電源的地連接，同時， 輸出濾波電容(106)的接地端還用于連接負(fù)載LED的陽極；所述控制器(101)用于在第一開關(guān)管(103)導(dǎo)通時，偵測流過第一開關(guān)管(103)與電感 (102)的電流在所述第一電阻(104)上產(chǎn)生的電壓信號，或者在第一開關(guān)管(103)截止時， 偵測流過負(fù)載LED的電流在所述第一電阻(104)上產(chǎn)生的電壓信號，并向第一開關(guān)管(103) 的柵極輸出開關(guān)控制信號，控制第一開關(guān)管(103)的導(dǎo)通或截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述控制器 (101)包括控制器電源(217)、二選一電路(211)、基準(zhǔn)電壓源(204)、誤差放大器(205)、第一比較器(206)、第二比較器(207)、邏輯電路(208)和第一電容(209)；所述控制器電源(217)的輸入端接受一個直流電源，控制器電源(217)用于向控制器 (101)內(nèi)部各個電路提供工作電壓；所述二選一(211)電路具有兩個輸入端、一個控制端及一個輸出端，所述兩個輸入端分別對應(yīng)連接所述第一開關(guān)管(103)的源極與控制器地，所述控制端與開關(guān)管(103)的柵極連接，所述輸出端與誤差放大器(205)的一個輸入端連接；所述基準(zhǔn)電壓源(204)用于產(chǎn)生精確的基準(zhǔn)電壓，所述基準(zhǔn)電壓同時作為誤差放大器(205)與比較器(207)的參考電壓信號；所述誤差放大器(205 )用于將其接受的基準(zhǔn)電壓源與二選一電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并輸出；第一電容(209)—端與誤差放大器(205)的輸出端連接，另一端接地，用于將誤差放大器(205)輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；第一比較器(206)的一個輸入端與誤差放大器(205)的輸出端連接，比較器(206)用于將第一電容(209)上產(chǎn)生的電壓信號和其另一輸入端上的鋸齒波信號相比較，所述比較器 (206)的輸出信號送入到邏輯電路(208)中；所述第二比較器(207)的一個輸入端連接所述第一開關(guān)管(103)的源極，另一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源(204)輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器(207)輸出的控制信號接至邏輯電路 (208)；所述邏輯電路(208)與第一開關(guān)管(103)的柵極連接，用于產(chǎn)生控制第一開關(guān)管(103) 開通和關(guān)斷的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述控制器 (101)還包括零電流檢測電路(216)與鋸齒波發(fā)生器(215)；所述零電流檢測電路(216)用于監(jiān)測并判斷電感(102)上的電流是否為零，其輸出端接至邏輯電路(208)；所述鋸齒波發(fā)生器(215)用于產(chǎn)生所述的鋸齒波信號，鋸齒波發(fā)生器(215)產(chǎn)生的鋸齒波信號由基準(zhǔn)電壓源(204)的基準(zhǔn)電壓及邏輯電路(208)的輸出信號控制；控制器(101)的外圍電器元件還包括第三電阻(112)、第二二極管(114)、第二電容 (113)、第四電阻(115)及第五電阻(116)；第三電阻(112)的一端用于連接直流電源的正極，第三電阻(112)的另一端與所述控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接；第二二極管(114)的陰極與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，陽極接至直流電源地；所述第二電容(113)的一端與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，另一端接至控制器地；所述第四電阻(115)與第五電阻(116)串聯(lián)后再與電感(102)并聯(lián)，第五電阻(116) 的另一端接直流電源地，第四電阻(115)的另一端接控制器地，第四電阻(115)與第五電阻 (116 )的公共連接點(diǎn)與零電流檢測電路(216 )輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述控制器 (101)還包括保護(hù)電路(220)、鋸齒波電流發(fā)生器(215A)與方波發(fā)生器(221)；所述保護(hù)電路(220)用于檢測LED負(fù)載發(fā)生開路或者短路，其輸出端接至邏輯電路 (208)；所述方波發(fā)生器(221)的一個輸出端接至邏輯電路(208)，另一個輸出端接至鋸齒波電流發(fā)生器(215A);所述鋸齒波電流發(fā)生器(215A)輸出一路鋸齒波電流信號，所述鋸齒波電流信號在第二電阻(222)上產(chǎn)生的電壓信號與開關(guān)管103開通時的源級電壓信號疊加后送到第一比較器 (206)；鋸齒波電流發(fā)生器(215A)用于將方波發(fā)生器(221)輸出的鋸齒波信號轉(zhuǎn)換為鋸齒波電流信號，第二電阻(222)用于產(chǎn)生鋸齒波電壓信號；控制器(101)的外圍電器元件還包括第三電阻(112)、第二二極管(114)、第二電容 (113)、第四電阻(115)及第五電阻(116)；第三電阻(112)的一端用于連接直流電源的正極，第三電阻(112)的另一端與所述控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接；第二二極管(114)的陰極與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，陽極接至直流電源地；所述第二電容(113)的一端與控制器(101)的控制器電源(217)的輸入端連接，另一端接至控制器地；所述第四電阻(115)與第五電阻(116)串聯(lián)后再與電感(102)并聯(lián)，第五電阻(116) 的另一端接直流電源地，第四電阻(115)的另一端接控制器地，第四電阻(115)與第五電阻 (116)的公共連接點(diǎn)與零電流檢測電路(216)的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，還包括一個環(huán)路補(bǔ)償電容(109)，環(huán)路補(bǔ)償電容(109)的一端接控制器地，另一端接至控制器(101)中誤差放大器(205)的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述電感(102) 為變壓器(102A)的初級繞組，變壓器(102A)輔助繞組一端接直流電源地，另一端通過第三二極管(110)接至所述控制器(101)的電源輸入端；第三二極管(110)的陰極與控制器 (101)的電源(217)輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或6所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述二選一電路包括第六電阻(202)與第二開關(guān)管(203)；第六電阻(202)的一端與第二開關(guān)管(203)的漏極連接，第六電阻(202)與第二開關(guān)管 (203)的漏極公共連接點(diǎn)作為二選一電路的輸出端與誤差放大器(205)連接；第二開關(guān)管(203)的源極作為二選一電路的一個輸入端接控制器地，第二開關(guān)管 (203)的刪極作為二選一電路的控制端與第一開關(guān)管(103)的柵極連接在一起，第六電阻 (202)的另一端作為二選一電路的另一個輸入端接第一開關(guān)管(103)的源極。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或6所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于， 所述二選一(211)包括，第一反向器(311)、第二反向器(312)、第一 NMOS晶體管(313)和第二 NMOS晶體管(314)；所述第一反向器(311)的輸入端作為二選一電路的控制端連接第一開關(guān)管(103)的柵極，所述第一反向器(311)的輸出端連接第二反向器312的輸入端和第一 NMOS晶體管(313)的柵極，所述第二反向器312的輸出端連接第二 NMOS晶體管(314) 的柵極，所述第一 NMOS晶體管(313)的漏極作為二選一電路的一個輸入端連接第一開關(guān)管(103)的源極，所述第一 NMOS晶體管(313)的襯底連接控制器地，所述第一 NMOS晶體管 (313)的源極與第二 NMOS晶體管(314)的源級連接在一起作為二選一電路的輸出端，所述第二NMOS晶體管(314)的漏極作為二選一電路的另一個輸入端連接控制器地，第二NMOS晶體管(314)的襯底接控制器地。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或6所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述誤差放大器(205)，包括跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)；跨導(dǎo)放大器A (301)用于將所述基準(zhǔn)電壓源(204 )產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成電流信號對所述第一電容(209)進(jìn)行充電；跨導(dǎo)放大器B (302)用于將二選一電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號對第一電容(209)進(jìn)行放電；跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)的輸出端連接在一起作為誤差放大器(205) 的輸出端。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或6所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述誤差放大器(205)，包括跨導(dǎo)放大器(303)，所述跨導(dǎo)放大器(303)的一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源(204)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，另一個輸入端接收二選一電路輸出的電壓信號；跨導(dǎo)放大器(303)用于將輸入的兩路信號相減，并將兩路信號之差轉(zhuǎn)換成電流對第一電容(209) 進(jìn)行充電或放電。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED電流檢測和控制電路，其特征在于，所述控制器 (101)包括控制器電源(217)、基準(zhǔn)電壓源(204)、誤差放大器(205)、第一比較器(206)、第二比較器(207)、邏輯電路(208)、第一電容(209)、開關(guān)(213)和誤差放大器(205)；所述開關(guān)(213)的控制端與邏輯電路(208)的輸出端連接，用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)管(103)導(dǎo)通時，開關(guān)(213)截止；開關(guān)管(103)截止時，開關(guān)(213)導(dǎo)通；所述控制器電源(217)的輸入端接受直流電源，控制器電源(217)用于向控制器(101) 內(nèi)部各個電路提供工作電壓；所述基準(zhǔn)電壓源(204 )用于向誤差放大器(205 )與比較器(207 )提供參考電壓信號；所述誤差放大器(205)用于將其接受的基準(zhǔn)電壓源與第一開關(guān)管(103)源極輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并輸出；所述誤差放大器(205)，包括跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)；跨導(dǎo)放大器A (301)用于將所述基準(zhǔn)電壓源(204 )產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成電流信號對所述第一電容(209)進(jìn)行充電；跨導(dǎo)放大器B (302)用于將二選一電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號對第一電容(209)進(jìn)行放電；跨導(dǎo)放大器A (301)和跨導(dǎo)放大器B (302)的輸出端分別作為誤差放大器(205)的兩個輸出端；第一電容(209) —端通過開關(guān)(213)與誤差放大器(205)中跨導(dǎo)放大器A (301)輸出端連接，同時直接連接誤差放大器(205)中跨導(dǎo)放大器B (302)的輸出端；第一電容(209) 另一端接地，用于將誤差放大器(205)輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；比較器(206)的一個輸入端與第一電容(209)接有開關(guān)(213)的那一端連接，比較器 (206)用于在開關(guān)(213)導(dǎo)通時，將第一電容(209)上產(chǎn)生的電壓信號和其另一輸入端上的鋸齒波信號相比較，所述比較器(206)的輸出信號送入到邏輯電路(208)中；所述比較器(207)的一個輸入端連接所述第一開關(guān)管(103)的源極，另一個輸入端接收基準(zhǔn)電壓源(204 )輸出的基準(zhǔn)電壓，比較器(207 )輸出的控制信號接至邏輯電路(208 )； 所述邏輯電路(208)用于產(chǎn)生控制第一開關(guān)管(103)開通和關(guān)斷的信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED電流檢測和控制電路，涉及LED電流檢測和控制的電路領(lǐng)域。本發(fā)明技術(shù)要點(diǎn)電路上包括一個控制器、一個開關(guān)管、一個電阻、一個二極管、一個電感以及一個電容器；在開關(guān)管開通時，電阻檢測流過開關(guān)管和電感上的電流，送至控制器，保證開關(guān)管和電感不會因?yàn)檫^電流而損壞，提高了LED驅(qū)動電源工作時的可靠性；開關(guān)管截止時，電阻檢測流過負(fù)載LED的電流，由于控制器內(nèi)部采用了閉環(huán)控制，所以輸出LED上的電流值非常精確，而且不受輸入電壓、輸出電壓以及電感值的變化的影響。本發(fā)明適用于所有采用升降壓(BUCK-BOOST)拓?fù)涞腖ED驅(qū)動電源。
文檔編號H05B37/02GK102523650SQ20111039451
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者趙修平 申請人:趙修平