恒流源负载驱动装置与照明灯具制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种恒流源负载驱动装置，包括功率转换级、控制器集成电路以及一供电电阻。该恒流源负载驱动装置具有功率开关过流保护功能，实现了对功率开关的全面保护，提高了电路的可靠性。而且，该恒流源负载驱动装置并未增加电路成本，在LED照明市场竞争极度激烈的现状下，本发明专利技术具有明显的市场优势。

Constant current source load driving device and lighting fixture

【技术实现步骤摘要】
恒流源负载驱动装置与照明灯具
本专利技术涉及恒流源负载驱动装置，具体而言，涉及一种具有功率开关过流保护功能的恒流源负载驱动装置，以及包含所述驱动装置的照明灯具。
技术介绍
作为新一代的照明光源，发光二极管(LED)已经得到广泛应用。在全球照明市场，LED照明预计占七、八成以上。这些年来，LED恒流控制器及驱动装置也在不断演变进化。目前市场最新的LED负载驱动装置的电路结构，如图1所示。该驱动装置中，恒流控制器芯片300可以采用普通工艺设计生产，成本较低；外围元件也较少，总体性能优于以往的电路结构。但是，该驱动装置存在一个问题，功率开关307没有得到过流保护，这意味着，功率开关307存在意外过流烧毁的危险。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有技术中LED负载驱动装置所存在的以上问题，在不增加电路成本的前提下，提供一种新的恒流源负载驱动机制，使功率开关得到有效的过流保护。根据本专利技术的第一方面，提供一种恒流源负载驱动装置，包括功率转换级、控制器集成电路以及一供电电阻，其中，功率转换级包括功率开关、电感、电感充/放电电流检测电阻、续流二极管以及电容；所述功率开关的漏极与输入电压源连接，其源极经电感充/放电电流检测电阻连接至电感与所述控制器集成电路参考地之间的节点；电感另一端连接续流二极管的正极；续流二极管的负极连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；电容另一端连接至功率开关源极与电感充/放电电流检测电阻之间的节点，并用作恒流源负载的滤波电容；控制器集成电路基于来自功率转换级的电感充/放电电流检测信号，对所述功率开关提供过流保护；并且，在对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号的基础上，确定所述恒流源负载的平均输出电流。优选的是，所述控制器集成电路内部设有恒流误差电路、过流保护电路以及驱动器，其中，恒流误差电路根据所述驱动器输出的驱动信号，对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号；并对电感放电电流检测信号进行积分平均，产生经放大的误差信号；过流保护电路接收所述经放大的误差信号与电感充/放电电流检测信号，产生一PWM信号；驱动器输入端接收所述PWM信号，其输出端连接所述功率开关的栅极。优选的是，所述恒流误差电路包括第一、二NMOS管、反相器以及误差放大电路，其中，第一NMOS管漏极连接所述误差放大电路的一输入端，源极连接所述控制器集成电路的参考地，栅极接收所述驱动器输出的驱动信号；第二NMOS管漏极接收所述电感充/放电电流检测信号，源极连接误差放大电路的所述输入端，栅极经反相器接收所述驱动信号；误差放大电路另一输入端连接第一参考电压，输出端产生经放大的误差信号。优选的是，所述恒流误差电路包括屏蔽电阻、NMOS管以及误差放大电路，其中，屏蔽电阻一端连接所述电感充/放电电流检测信号，另一端连接至所述NMOS管的漏极与误差放大电路一输入端之间的节点；NMOS管源极连接所述控制器集成电路的参考地，栅极接收所述驱动器输出的驱动信号；误差放大电路另一输入端连接第一参考电压，输出端产生经放大的误差信号。优选的是，所述屏蔽电阻的阻值小于所述误差放大电路中积分电阻阻值100倍以上，并且大于所述电感充/放电电流检测电阻阻值100倍以上。优选的是，所述过流保护电路包括峰值比较器、限流比较器、谷值比较器、与门电路以及触发器，其中，峰值比较器一输入端接收所述经放大的误差信号，另一输入端接收所述电感充/放电电流检测信号，输出端连接所述与门电路的一输入端；限流比较器一输入端接收所述电感充/放电电流检测信号，另一输入端连接第二参考电压，输出端连接所述与门电路的另一输入端；谷值比较器一输入端接收所述电感充/放电电流检测信号，另一输入端连接第三参考电压，输出端连接所述触发器的复位端；触发器置位端连接所述与门电路的输出端，输出端产生所述PWM信号。优选的是，所述第三参考电压为零伏或接近零伏。优选的是，所述第二参考电压为第一参考电压的3倍或3倍以上。根据第二方面，提供一种照明灯具，包括上述第一方面中所述的驱动装置以及LED负载。按照本专利技术，恒流源负载驱动装置具有功率开关过流保护功能，实现了对功率开关的全面保护，提高了电路的可靠性。而且，重要的是，该恒流源负载驱动装置并未增加电路成本，在LED照明市场竞争极度激烈的现状下，本专利技术具有明显的市场优势，这也是本专利技术的价值所在。附图说明为更好地理解本专利技术，下文以实施例结合附图对本专利技术作进一步说明。附图中：图1为目前市场最新的LED负载驱动装置的电路结构图；图2为增加成本的LED负载驱动装置改进方案；图3为图2中电阻501和电阻306端电压与电感电流波形关系对照图；图4为本专利技术一实施例的恒流源负载驱动装置的电路结构图；图5为图4中恒流误差电路670的一个示例；图6为图4中恒流误差电路670的另一示例；图7为图4中过流保护电路560的一个示例。具体实施方式要解决为功率开关提供过流保护这一问题，最易想到的方案是，在功率开关307的源极与控制器芯片500的参考地ICGND之间，直接串联一颗限流电阻501，用于检测流过功率开关307的电流大小，如图2所示。流过功率开关307的电流越大，限流电阻501两端的电压就越大。当这一电压达到上限，就会触发过流保护，控制器芯片500将立即关闭功率开关307，实现过流保护。图2所示方案在理论上完全可行，但存在两个不利之处，一是增加一个外围元件电阻501，二是控制器芯片500增设一个管脚。前者增加了成本，是主要矛盾。一颗电阻的成本大约1分人民币，LED恒流控制器每月需求量达到数亿颗，多一颗电阻导致的损失非常可观。可见，增加限流电阻501在成本上不能接受。专利技术人考虑，该方案中，限流电阻501和恒流电阻306(用于设定负载电流大小)都接在控制器芯片500的参考地ICGND上，这两颗电阻是否有合并的可能。专利技术人仔细考察了这两颗电阻的工作情况。开关电源的特点是，功率开关只工作在完全开启(ON)状态或完全关闭(OFF)状态，不存在第三种状态。在功率开关307开启阶段，整流滤波电容102上的端电压VIN通过功率开关307对电感309充电，充电电流从一小电流开始线性增加，此电流经过限流电阻501产生一成正比的电压信号，送到控制器芯片500进行过流保护判断；此时续流二极管308处于反向关闭，所以没有电流经过恒流电阻306(流经供电电阻103的电流低于200uA，恒流电阻306阻值只有几欧姆，这一电流产生的压降小于1毫伏，故可忽略)，恒流电阻306上的端电压为零。在功率开关307关闭阶段，没有电流流过限流电阻501，限流电阻501上的端电压为零；此时电感309处于放电阶段，电感电流经过续流二极管308到达VCC节点，再通过电容604和LED负载111流到CS节点，最后流过恒流电阻306回到电感309，此阶段恒流电阻306上的端电压与电感放电电流成正比。参照图3，图3为限流电阻501和恒流电阻306本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流源负载驱动装置，包括功率转换级、控制器集成电路以及一供电电阻，其中，/n功率转换级，包括功率开关、电感、电感充/放电电流检测电阻、续流二极管以及电容；所述功率开关的漏极与输入电压源连接，其源极经电感充/放电电流检测电阻连接至电感与所述控制器集成电路参考地之间的节点；电感另一端连接续流二极管的正极；续流二极管的负极连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；电容另一端连接至功率开关源极与电感充/放电电流检测电阻之间的节点，并用作恒流源负载的滤波电容；/n控制器集成电路，基于来自功率转换级的电感充/放电电流检测信号，对所述功率开关提供过流保护；并且，在对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号的基础上，确定所述恒流源负载的平均输出电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种恒流源负载驱动装置，包括功率转换级、控制器集成电路以及一供电电阻，其中，
功率转换级，包括功率开关、电感、电感充/放电电流检测电阻、续流二极管以及电容；所述功率开关的漏极与输入电压源连接，其源极经电感充/放电电流检测电阻连接至电感与所述控制器集成电路参考地之间的节点；电感另一端连接续流二极管的正极；续流二极管的负极连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；电容另一端连接至功率开关源极与电感充/放电电流检测电阻之间的节点，并用作恒流源负载的滤波电容；
控制器集成电路，基于来自功率转换级的电感充/放电电流检测信号，对所述功率开关提供过流保护；并且，在对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号的基础上，确定所述恒流源负载的平均输出电流。


2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述控制器集成电路内部设有恒流误差电路、过流保护电路以及驱动器，其中，
恒流误差电路，根据所述驱动器输出的驱动信号，对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号；并对电感放电电流检测信号进行积分平均，产生经放大的误差信号；
过流保护电路，接收所述经放大的误差信号与电感充/放电电流检测信号，产生一PWM信号；
驱动器，输入端接收所述PWM信号，其输出端连接所述功率开关的栅极。


3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述恒流误差电路包括第一、二NMOS管、反相器以及误差放大电路，其中，
第一NMOS管，漏极连接所述误差放大电路的一输入端，源极连接所述控制器集成电路的参考地，栅极接收所述驱动器输出的驱动信号；
第二NMOS管，漏极接收所述电感充/放电电流检测信号，源极连接误差放大电路的所述输入端，栅极经反相器接收所述驱动信号；
误差放大电路，另一输入端连接第一参...

【专利技术属性】
技术研发人员：许瑞清，刘立国，
申请(专利权)人：北京模电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11