阅读说明：本技术 一种降压型led驱动芯片及应用 (Step-down LED driving chip and application ) 是由 李应天 张义 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种降压型LED驱动芯片,恒流控制电路K1输出与逻辑控制电路连接；峰值电流检测电路的输入与CS端连接,输出与逻辑控制电路连接；过零电流检测电路的输出分别与恒流控制电路、逻辑控制电路连接；逻辑控制电路接收峰值电流到达信号、恒流控制信号和电流过零信号,输出与MOS管驱动电路连接；MOS管驱动电路的输入与逻辑控制电路连接；MOS管驱动电路的输出的一个输出与Gate端连接；另一个输出与过零电流检测电路的输入连接。其优点在于可以为降压型LED开关驱动方案在全电压范围内控制输出电流的恒流精度。(The invention provides a voltage-reducing LED driving chip.A constant current control circuit K1 output is connected with a logic control circuit; the input of the peak current detection circuit is connected with the CS end, and the output of the peak current detection circuit is connected with the logic control circuit; the output of the zero-crossing current detection circuit is respectively connected with the constant current control circuit and the logic control circuit; the logic control circuit receives the peak current arrival signal, the constant current control signal and the current zero-crossing signal, and outputs the signals to be connected with the MOS tube driving circuit; the input of the MOS tube driving circuit is connected with the logic control circuit; one output of the MOS tube driving circuit is connected with a Gate end; the other output is connected to the input of the zero-crossing current detection circuit. The constant current precision of the output current can be controlled within the full voltage range for the step-down LED switch driving scheme.)

一种降压型LED驱动芯片及应用

技术领域

本发明公开了一种降压型LED驱动芯片及应用。

背景技术

近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。现今由于LED照明的飞速发展，原来几十瓦的白炽灯，可在直接用几瓦的LED灯泡替代了，这样就可以节约大量的能源。

根据LED的负载特性，不能像普通白炽灯一样，直接用电压源供电，否则电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。为了稳定LED的工作电流，保证LED能正常可靠地工作，需要有一种可控恒流源来控制。开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率，应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动是针对电源电压高于led的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。

开关型驱动方案具有体积小、稳定性好、效率高的特点，因此被广泛用于驱动LED负载，为使LED的发光亮度保持恒定，要求开关电源具有恒流输出的功能。特别地，如果用于驱动LED负载的开关驱动方案能够满足全电压范围内输出电流恒定，则LED灯泡在不同交流电规格的地方使用时会得到同样的亮度，有利于LED灯泡的普及和生产成本的降低。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种降压型LED驱动芯片及应用，只需实时检测Is就可精确的控制输出电流，达到可靠和稳定的恒流控制；电路可靠和稳定，可以为降压型LED开关驱动方案在全电压范围内控制输出电流的恒流精度；以克服现有技术中的缺陷。

本发明提供一种降压型LED驱动芯片，包括：恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4、MOS管驱动电路K5；且具有Vcc端、COMP端、Gate端、CS端；恒流控制电路K1的输入分别与CS端、COMP端、Gate端、Vcc端连接，输出与逻辑控制电路K3连接；恒流控制电路K1实现恒流输出，并输出恒流控制信号norm_off；峰值电流检测电路K2的输入与CS端连接，输出与逻辑控制电路K3连接；峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流，并输出峰值电流到达信号Ipk_off；过零电流检测电路K4的输出分别与恒流控制电路K1、逻辑控制电路K3连接；过零电流检测电路K4探测电感电流过零点，并输出电流过零信号zcd；逻辑控制电路K3接收峰值电流到达信号Ipk_off、恒流控制信号norm_off和电流过零信号zcd，输出与MOS管驱动电路K5连接，输出信号MOS_ON；MOS管驱动电路K5的输入与逻辑控制电路K3连接，接收信号MOS_ON；MOS管驱动电路K5的输出的一个输出与Gate端连接；另一个输出与过零电流检测电路K4的输入连接。

进一步，本发明提供一种降压型LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：恒流控制电路K1包括：采样电路J1,误差比较电路J2和信号生成电路J3；信号生成电路J3的分别与Gate端、Vcc端连接并接入电流过零信号zcd，输出端输出Tdisc信号；采样电路J1的分别与CS端、Gate端连接，且与信号生成电路J3的输出端连接，接收Tdisc信号；采样电路J1的输出与误差比较电路J2连接；误差比较电路J2的分别与Gate端、COMP端、Vcc端连接，输出端作为恒流控制电路K1的输出端，输出恒流控制信号norm_off。

进一步，本发明提供一种降压型LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：信号生成电路J3包括：D触发器DFF和反相器U31；D触发器DFF的D端接Vcc端，CK端接Gate端，R端接入电流过零信号zcd；D触发器DFF的Q端作为输出端，与反相器U31的输入端连接；反相器U31的输出端即信号生成电路J3的输出端，输出Tdisc信号。

进一步，本发明提供一种降压型LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：采样电路J1包括：控制开关S11、控制开关S12、电容C11、运算放大器G11、控制开关S13、电阻R11和反相器U11；控制开关S11的一端接CS端，另一端接电阻R11的一端；控制开关S11的控制端接Gate端；电阻R11的另一端接运算放大器G11的正相输入端；电容C11一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；运算放大器G11的负相输入端接运算放大器G11的输出端；控制开关S13的一端接运算放大器G11的输出端，另一端作为采样电路J1的输出端，与误差比较电路J2连接；反相器U11的输入端，与信号生成电路J3的输出端连接，接收Tdisc信号；反相器U11的输出端与控制开关S13的控制端连接；控制开关S13的一端接控制开关S13的另一端；控制开关S13的另一端接地；控制开关S13的控制端与信号生成电路J3的输出端连接，接收Tdisc信号。

进一步，本发明提供一种降压型LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：误差比较电路J2包括：误差放大器EA、运算放大器G21、电容C21、电流源I21和控制开关S21；误差放大器EA的正相输入端作为误差比较电路J2的一个输入，与采样电路J1的输出端连接；误差放大器EA的负相输入端与恒流控制基准电压Vref_cc；误差放大器EA的输出端与控制开关S21的一端连接；控制开关的另一端与COMP连接；控制开关S21的控制端与Gate端连接；电流源I21的输入端与Vcc端连接，输出端与运算放大器G21的负相输入端连接；电容C21的一端与运算放大器G21的负相输入端连接，另一端接地；运算放大器G21的正相输入端与COMP端连接；运算放大器G21的输出端作为误差比较电路J2的输出端，也是恒流控制电路K1的输出端，输出恒流控制信号norm_off。

另外，本发明提供一种降压型LED恒流控制驱动电路，包括：整流桥、输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1、输出电容C3，以及如权利要求1至5中任意一项所述的降压型LED驱动芯片；降压型LED驱动芯片还具有HV端；交流输入ACin与整流桥的两个输入端连接，经整流桥的整流后，整流桥的正输出端输出直流电压Vin；输入电容C1的一端接整流桥的正输出端，另一端接地；充放电电感L1的一端接整流桥的正输出端，另一端接LED负载D1的一端；降压型LED驱动芯片T1的HV端接整流桥的正输出端；储能电容C2一端接降压型LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地；外部电容C4一端接降压型LED驱动芯片T1的COMP端，另一端接地；开关MOS管M1的栅极接降压型LED驱动芯片T1的Gate端，源极接降压型LED驱动芯片T1的CS端；电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地；续流二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接整流桥的正输出端；LED负载D1的另一端接MOS管M1的漏极；输出电容C3并联在LED负载D1的两端。

进一步，本发明提供一种降压型LED恒流控制驱动电路，还可以具有这样的特征：降压型LED驱动芯片还包括GND端；降压型LED驱动芯片T1的GND端接地。

附图说明

图1为降压式LED电流波形图。

图2为实施例中的降压型LED恒流控制驱动电路。

图3为实施例中的降压型LED驱动芯片的电路图。

图4为实施例中的采样电路和误差比较电路的电路图。

图5为实施例中的信号生成电路的电路图。

图6为实施例中降压型LED恒流控制驱动电路的波形图。

附图标记：

Rs――电流检测电阻

L1――充放电电感

C1――输入电容

M1――开关MOS管

D1――LED负载

D2――续流二极管

Iout――LED负载输出电流

Vin――输入整流电压

Im――电感L1的电流

Is――电感L1的充电电流

Id――电感L1的放电电流

C2――储能电容

C3――输出电容

C4――外部电容

T1――LED驱动芯片

ACint――交流输入

Vcs――电流检测电阻Rs两端的电压

Vgate――MOS管M1栅极电压

Im_pk――电感L1峰值电流

Vcs_pk――Vcs的峰值电压

Ton――电感L1充电时间

Toff――电感L1放电时间

Tdisc――电感L1电流为0的时间

Ts――开关周期时间

Gate――MOS管M1的栅极信号

MOS_ON――逻辑控制电路K3的输出信号

drn――MOS管M1的漏极

zcd――电感电流过零信号

Ipk_off――峰值电流到达信号

norm_off――恒流控制电路输出信号

DFF――D触发器DFF

U31――反相器

S11――控制开关

S12――控制开关

S13――控制开关

C11――滤波电容

R11――滤波电阻

Vm――电容C1电压

G11――运算放大器

U13――反相器

Vcal――误差放大器EA输入电压

Vref_cc――恒流控制基准电压

EA――误差放大器

G21――运算放大器

具体实施方式

：

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

图2为实施例中的降压型LED恒流控制驱动电路。

如图2所示，一种降压型LED恒流控制驱动电路，包括：整流桥、输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1、输出电容C3和降压型LED驱动芯片T1。降压型LED驱动芯片T1具有HV端、Vcc端、COMP端、Gate端、CS端、GND端。

交流输入ACin与整流桥的两个输入端连接，经整流桥的整流后，整流桥的正输出端输出直流电压Vin。输入电容C1的一端接整流桥的正输出端，即接直流电压Vin，另一端接地。充放电电感L1的一端接整流桥的正输出端，即接直流电压Vin，另一端接LED负载D1的一端。降压型LED驱动芯片T1的HV端接整流桥的正输出端，即接直流电压Vin。储能电容C2一端接降压型LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地。外部电容C4一端接降压型LED驱动芯片T1的COMP端，另一端接地。开关MOS管M1的栅极接降压型LED驱动芯片T1的Gate端，源极接降压型LED驱动芯片T1的CS端。电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地。续流二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接整流桥的正输出端，即接直流电压Vin。LED负载D1的另一端接MOS管M1的漏极。输出电容C3并联在LED负载D1的两端。降压型LED驱动芯片T1的GND端接地。整流桥的负输出端接地。

降压型LED驱动芯片T1和外部元器件构成了一个降压式LED开关驱动方案用来给LED负载D1提供恒流输出。交流输入经整流后并经过输入电容C1滤波后，产生一个直流电压Vin用以给LED负载供电。降压型LED驱动芯片T1的COMP端接外部电容C4为恒流控制提供环路补偿。MOS管M1的栅极由降压型LED驱动芯片T1的Gate引脚驱动。由于只有在MOS管M1导通时，输入电压Vin才会对充放电电感L1充电，因此流过电流检测电阻Rs的电流Is，仅仅是输入电源对电感L1的充电电流，而真正的负载电流Iout，则是流过充放电电感L1的所有电流Im的平均值,包括输入电源对电感L1的充电电流Is和电感L1通过续流二极管D2的放电电流Id。为了能够通过检测Is而间接获得Iout的信息，通过在降压型LED驱动芯片T1内建立一个电流算法功能电路，从而只需实时检测Is就可精确的控制输出电流，达到可靠和稳定的恒流控制。

图3为实施例中的降压型LED驱动芯片的电路图。

如图3所示，降压型LED驱动芯片，包括：恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4、MOS管驱动电路K5和低压供电电路K6。

低压供电电路K6从HV端输入高压，输出低压至Vcc端，并储能于外部电容C4以给降压型LED驱动芯片内部的其他功能模块供电所有模块默认都连接Vcc端。

恒流控制电路K1的输入分别与CS端、COMP端、Gate端连接，输出与逻辑控制电路K3连接。恒流控制电路K1实现恒流输出，并输出恒流控制信号norm_off。峰值电流检测电路K2的输入与CS端连接，输出与逻辑控制电路K3连接。峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流，并输出峰值电流到达信号Ipk_off。过零电流检测电路K4的输出分别与恒流控制电路K1、逻辑控制电路K3连接。过零电流检测电路K4探测电感电流过零点，并输出电流过零信号zcd。逻辑控制电路K3接收峰值电流到达信号Ipk_off、恒流控制信号norm_off和电流过零信号zcd，输出与MOS管驱动电路K5连接，输出信号MOS_ON。MOS管驱动电路K5的输入与逻辑控制电路K3连接，接收信号MOS_ON。MOS管驱动电路K5的输出的一个输出与Gate端连接；另一个输出与过零电流检测电路K4的输入连接。

逻辑控制电路K3通过MOS管驱动电路K5来决定MOS管M1的开关状态以达到恒压输出的目的。降压型LED驱动芯片的GND端接地。

图4为实施例中的采样电路和误差比较电路的电路图。

图5为实施例中的信号生成电路的电路图。

如图4和图5所示，恒流控制电路K1包括：采样电路J1,误差比较电路J2和信号生成电路J3。

信号生成电路J3的分别与Gate端、Vcc端连接并接入电流过零信号zcd，输出端输出Tdisc信号；采样电路J1的分别与CS端、Gate端连接，且与信号生成电路J3的输出端连接，接收Tdisc信号。采样电路J1的输出与误差比较电路J2连接。误差比较电路J2的分别与Gate端、COMP端、Vcc端连接，输出端作为恒流控制电路K1的输出端，输出恒流控制信号norm_off。

如图5所示，信号生成电路J3包括：D触发器DFF和反相器U31。

D触发器DFF的D端接Vcc端，CK端接Gate端，R端接入电流过零信号zcd。D触发器DFF的Q端作为输出端，与反相器U31的输入端连接。反相器U31的输出端即信号生成电路J3的输出端，输出Tdisc信号。

如图4所示，采样电路J1包括：控制开关S11、控制开关S12、电容C11、运算放大器G11、控制开关S13、电阻R11和反相器U11。

控制开关S11的一端接CS端，另一端接电阻R11的一端；控制开关S11的控制端接Gate端。电阻R11的另一端接运算放大器G11的正相输入端。电容C11一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地。运算放大器G11的负相输入端接运算放大器G11的输出端。控制开关S13的一端接运算放大器G11的输出端，另一端作为采样电路J1的输出端，与误差比较电路J2连接。反相器U11的输入端，与信号生成电路J3的输出端连接，接收Tdisc信号。反相器U11的输出端与控制开关S13的控制端连接。控制开关S12的一端接控制开关S13的另一端，即也是采样电路J1的输出端，与误差比较电路J2连接；控制开关S12的另一端接地；控制开关S12的控制端与信号生成电路J3的输出端连接，接收Tdisc信号。

如图4所示，误差比较电路J2包括：误差放大器EA、运算放大器G21、电容C21、电流源I21和控制开关S21。

误差放大器EA的正相输入端作为误差比较电路J2的一个输入，与采样电路J1的输出端连接。误差放大器EA的负相输入端与恒流控制基准电压Vref_cc。误差放大器EA的输出端与控制开关S21的一端连接。控制开关的另一端与COMP连接。控制开关S21的控制端与Gate端连接。

电流源I21的输入端与Vcc端连接，输出端与运算放大器G21的负相输入端连接。电容C21的一端与运算放大器G21的负相输入端连接，另一端接地。运算放大器G21的正相输入端与COMP端连接；运算放大器G21的输出端作为误差比较电路J2的输出端，也是恒流控制电路K1的输出端，输出恒流控制信号norm_off。

采样电路J1和误差比较电路J2是把电流检测电阻Rs两端的电压Vcs处理成可代表输出电流的电压信号，具体过程如下：1.通过信号Gate控制控制开关S11，在MOS管M1导通时采样Vcs电压,通过由电阻R11和电容C11组成的滤波网络，将Vcs在MOS管M1导通时的平均电压存贮于电容C11上Vm。2.通过运算放大器G11和信号Tdisc控制的控制开关S12和1S3将Vcs在MOS管M1导通时的平均电压Vm在电感电流为0的时间Tdisc内刷新为0从而生成电压Vcal并输出到误差比较电路J2。3.通过误差放大器EA和由信号Gate控制的控制开关S21将Vcal变换成整个开关周期时间Ts时的Vcs平均电压Vref。

如图6所示，恒流控制电路K1通过电流算法功能电路的一系列采样、存贮和时序变换，能够真正代表输出电流的电压信号被从Vcs中提取出来并使之等于内部电流基准电压Vref了，其电压值为：

由此可以建立内部电流基准电压Vref和输出电流的关系为：

通过设定信号，降压式LED开关驱动方案的恒流输出控制得以实现。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。任何不超出本发明实质精神范围的发明创造，非实质性的替换、变形或修改，均落入本发明保护范围之内。