一种原边控制恒流LED驱动电路设计制造技术

本发明专利技术提出了一种应用于LED照明的原边控制技术，通过控制变压器初级峰值电流与t

Design of a constant current LED driver circuit with an original edge control

The invention provides a primary edge control technique applied to LED lighting by controlling the primary peak current of the transformer and the T

【技术实现步骤摘要】
一种原边控制恒流LED驱动电路设计
本专利技术属于模拟电路
，涉及一种原边控制恒流LED驱动电路设计，特别的是，该专利通过大量的理论分析以及仿真设计了具有结构简单、成本低、容易实现等特点的电路，适用于低成本反激式LED照明控制器的设计场合。
技术介绍
如今LED在固态照明光源中越来越受欢迎，LED具有寿命长、工作温度范围宽、驱动电路简易等诸多优点。LED驱动电路拓扑分为单级拓扑和两级拓扑，原边控制单级反激变换器有成本低、体积小、电气隔离、简易等特点，因此在低成本小功率LED驱动场合得到广泛的应用。相比传统的反激变换器采用光耦合器对输出电流采样而使得电源体积大、控制电路复杂，原边控制单级反激变换器通过辅助绕组反馈原边电压间接地采样输出电流，从而省去了光耦合器、简化了控制电路使得电源的体积及成本减小。本文设计了一种应用于LED照明的单级反激控制器中的原边控制电路，通过原边反馈作输出电流估计，然后将估计值与基准电压作误差放大来控制原边导通时间，从而实现平均输出电流的恒流控制；采用零电流开启技术，在电压谷底处打开功率管，减小了导通开关损耗。本文设计电路特点是结构简单、成本低、容易实现，适用于低成本反激式LED照明控制器的设计场合。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原边控制恒流LED驱动电路设计方案。本专利技术的另一个目的是提供省去了光耦合器、简化了控制电路使得电源的体积及成本减小的设计方案。本专利技术的另一个目的是提供一种能够实现平均输出电流的恒流控制。本专利技术的另一个目的是提供一种采用零电流开启技术，在电压谷底处打开功率管，减小了导通开关损耗的方法。本专利技术的技术方案是，副边控制反激变换器为了不破坏变压器两边的电气隔离性，输出电流的反馈由光耦合器来完成。光耦合器在高温或者有辐射的环境下工作会影响反激变换器对输出电流的恒流控制而导致输出电流剧烈变化影响LED的寿命。另外副边控制反激变换器体积大、控制电路复杂，使得电路成本增加。采用原边控制方法的反激变换器通过辅助绕组间接地采样输出电流，从而省去了光耦合器且保持了变压器两边的电气隔离。本文设计的用于LED照明的原边控制原理如图1所示。由输出电流估计电路、误差放大器、原边峰值电流采样电路、次级电感电流过零检测电路、谷底检测电路及导通计时器组成。原边采样处理得到输出电流的估计值，然后将估计值与基准作误差放大来控制导通时间；谷底检测电路控制开关管导通使得变换器工作在准谐振模式；峰值电流采样补偿电路对峰值采样作补偿提高线性调整性能。相比传统的原边控制电路包含振荡器及复杂的电流负反馈环，本文所设计的电路结构简单，硬件成本低。附图说明图1为本专利技术中的原边控制原理图。图2为本专利技术中的输出电流估计电路图。图3为本专利技术中的理想的开关波形图。图4为本专利技术中的恒流仿真结果图。图5为本专利技术中的实际的开关波形图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术进行详细描述。LED在固态照明光源中越来越受欢迎，LED具有寿命长、工作温度范围宽、驱动电路简易等诸多优点。LED驱动电路拓扑分为单级拓扑和两级拓扑，原边控制单级反激变换器有成本低、体积小、电气隔离、简易等特点，因此在低成本小功率LED驱动场合得到广泛的应用。相比传统的反激变换器采用光耦合器对输出电流采样而使得电源体积大、控制电路复杂，原边控制单级反激变换器通过辅助绕组反馈原边电压间接地采样输出电流，从而省去了光耦合器、简化了控制电路使得电源的体积及成本减小。本文设计了一种应用于LED照明的单级反激控制器中的原边控制电路，通过原边反馈作输出电流估计，然后将估计值与基准电压作误差放大来控制原边导通时间，从而实现平均输出电流的恒流控制；采用零电流开启技术，在电压谷底处打开功率管，减小了导通开关损耗。本专利技术中设计的电路特点是结构简单、成本低、容易实现，适用于低成本反激式LED照明控制器的设计场合。峰值电流采样电路通过采样电阻RS得到原边峰值电流IP_PK·RS。次级电感电流过零检测的输出信号是VCTL，其工作原理是：当D1导通有电流时，VCTL为高电平；当D1截止电流为零时，VCTL为低电平。故VCTL是一个占空比D'＝tDIS/TS的脉冲信号，其中tDIS是D1导通时间、TS是开关周期。IP_PK·RS与VCTL输入到输出电流估计电路作处理得到一个与输出电流正比例的信号VIO_E并输出到EA的负相端完成输出电流反馈。VIO_E与芯片内部参考电压VREF作误差放大得到EAOUT，输出到导通计时器ONTimer来控制Q1的导通时间。Q1导通瞬间ONTimer开始计时，EAOUT电平越大计时时间越长，计时完成后输出关断信号VOFF来关断Q1。Q1关断，变压器电流从初级传递到次级，IS流向输出电容CO及LED负载。当IS下降为零，初级电感及Q1漏极寄生电容构成的LC谐振回路发生振荡，即Q1漏电压振荡。原边电压通过辅助绕组反馈及电阻分压后输入到谷底检测电路。当谷底检测电路在PSF检测到谐振信号的波谷时，输出一个开启信号VON来打开Q1，即在Q1漏极电压最小时开启功率管使得导通损耗减小提高电源效率。故电路驱动变换器工作在准谐振模式。另外，在COMP端外接频率补偿电容以提高系统环路的稳定性及PFC性能。输出电流估计电路如图2所示，由K倍增器、开关网络及低通滤波器组成。电阻R1-R2对VIPK采样并反馈到运放的负相端，并与IP_PK·RS作误差放大调节M1。当运放增益足够大则系统工作在深度负反馈状态，有运放的正相端电压等于负相端电压，即可得VIPK表示为：原边峰值电流采样值IP_PK·RS放大了1+R1/R2倍，减小了地噪声的影响。开关管M2与M3组成开关网络，并由VCTL控制其开关。当VCTL＝1，M2导通、M3关断，VIAM＝VIPK；当VCTL＝0，M2关断、M3导通，VIAM＝0。所以可得VLAM是幅值等于VIPK、占空比等于VCTL的占空比的脉冲信号。R3及C组成了低通滤波器，滤波器的截止频率一般设计为小于变换器的最小开关频率的1/10，即ωRC≤1/10·ω0(VIAM)。根据信号与系统的原理，当满足上述频率的要求时，VIAM的{ak(VIAM)，k≠0}频谱分量被滤除，则VIAM仅直流分量a0(VIAM)通过，即VIO_E表示为：如前文所述，本文设计的原边控制电路驱动变换器工作在准谐振模式，理想的开关波形如图3所示，每一个开关周期TS由三个部分组成：原边导通时间tON，反激变压器次级整流二极管D1导通时间tDIS，准谐振时间tQR。由图可知平均输出电流可以表示为：忽略变压器漏感的影响，由变压器的电流关系IS_PK＝NPS·IP_PK得：其中NPS是变压器初级与次级的匝数比。由图2可知，电路正常工作时系统工作在深度负反馈状态，则有VIo_e＝VREF，即：结合可得平均输出电流的表达式为：其中VREF、K是电路内部设计常量，NPS、RS是应用设计常量，所以平均输出电流是恒定的。本专利技术中电路基于0.5umBCD工艺设计，使用HSPICE进行仿真验证，仿真结果表明本文设计的电路成功实现平均输出电流恒定，并驱动变换器工作在准谐振模式。图4所示的是恒流仿真结果，由图可知，电路成功实现平均输出电流的恒流控制。图5所示的是电路主要的工作波形，由图可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原边控制恒流LED驱动电路设计，其特征在于，平均输出电流的恒流控制；所述的恒流控制是通过原边反馈作输出电流估计，然后将估计值与基准电压作误差放大来控制原边导通时间，从而实现平均输出电流的恒流控制。

【技术特征摘要】
1.一种原边控制恒流LED驱动电路设计，其特征在于，平均输出电流的恒流控制；所述的恒流控制是通过原边反馈作输出电流估计，然后将估计值与基准电压作误差放大来控制原边导通时间，从而实现平均输出电流的恒流控制。2.一种减...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛冬冬，
申请(专利权)人：毛冬冬，
类型：发明
国别省市：四川,51