雙繞組單級原邊反饋的led燈驅動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其采用源極驅動技術的LED驅動芯片，并通過外部第一功率管源漏極的寄生電容來間接偵測消磁時間Tons（即副邊導通時間）；還通過固定原邊導通時間Tonp的控制方法來實現(xiàn)很高的功率因素，緩解電網(wǎng)壓力；通過副邊導通時間與原邊電流峰值的關聯(lián)技術，實現(xiàn)了輸出LED的開路保護；此外，由于LED驅動芯片具有極低的工作電流，可通過第一電阻直接由線電壓供電，從而省略了現(xiàn)有原邊反饋LED驅動電路所需要的用于給LED驅動芯片供電和消磁時間、輸出電壓偵測的輔助繞組，變壓器只需要原邊繞組和副邊繞組，簡化了變壓器的制造工藝流程，進一步降低了成本。
【專利說明】雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及開關電源【技術領域】，尤其涉及一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路。
【背景技術】
[0002]隨著人們對環(huán)保、節(jié)能、高效的要求，LED照明于最近幾年突飛猛進，實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。為了緩解電網(wǎng)壓力，以及降低成本，具有單級功率因素校正(PFC)的原邊反饋(PSR) LED驅動芯片于最近兩年開始出現(xiàn)在市場上。
[0003]請參閱圖1，其為現(xiàn)有的單級功率因素校正的原邊反饋LED驅動電路，該原邊反饋LED驅動電路包括:控制芯片400、變壓器413、功率管Q100、整流橋401、線電壓偵測電阻RlOl和R102、高壓電容ClOl、輔助邊整流二極管DlOl及分壓電阻R103和R104、濾波電容C102、輸出端整流二極管D102、輸出電容C103和LED燈串416。所述變壓器413包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級繞組Ns。其中變壓器413的輔助繞組Na用于間接偵測副邊導通時間Tons和副邊輸出電壓Vout，以便用于系統(tǒng)控制和輸出LED開路保護；由線電壓偵測電阻403和404構成的線電壓偵測電路輸入控制芯片400的mult引腳，用于根據(jù)線電壓的大小調(diào)節(jié)每個周期原邊電流峰值，線電壓越高，原邊電流峰值越大，從而實現(xiàn)高的功率因素。由于需要線電壓偵測電路以及變壓器需要三個繞組，制作工藝復雜，成本較高。
[0004]因此，現(xiàn)有技術存在缺陷，需要改進。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，以解決現(xiàn)有技術中LED燈驅動電路需要線電壓偵測電路以及變壓器需要三個繞組，制作工藝復雜，成本較高的問題。
[0006]本實用新型的技術方案如下:本實用新型提供一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，包括:交流電輸入端、第一整流濾波模塊、吸收回路、變壓器、第二整流濾波模塊、LED燈接入端、第一功率管、LED驅動芯片、第一電阻、第二電阻、第一電容以及第二電容，所述LED驅動芯片具有第一至第五引腳，所述第一整流濾波模塊分別與交流電輸入端、第一電阻的一端、吸收回路、及變壓器電性連接，所述第一電阻的另一端分別與第一電容的一端、第一引腳、及第一功率管電性連接，所述第一功率管還分別與吸收回路、變壓器及第五引腳電性連接，所述變壓器還與所述第二整流濾波模塊電性連接，所述第二整流濾波模塊還與LED燈接入端電性連接，所述第二電阻的一端與第四引腳電性連接，所述第二電容的一端與第三引腳電性連接，所述第一整流濾波模塊、第二引腳、第一電容的另一端、第二電容的另一端、第二電阻的另一端、變壓器以及第二整流濾波模塊均與地線電性連接；
[0007]所述LED驅動芯片包括:線電壓補償模塊、采樣保持模塊、恒流控制與輸出開路保護模塊、誤差放大器、鉗位模塊、PWM比較器、邏輯與驅動模塊、消磁時間偵測模塊、最大關斷時間模塊、過壓/欠壓模塊、鋸齒波發(fā)生器、內(nèi)建電源模塊以及第二功率管，所述誤差放大器具有第一同相輸入端、第一反相輸入端及第一輸出端，所述PWM比較器具有第二同相輸入端、第二反相輸入端及第二輸出端，所述第一引腳分別與過壓/欠壓模塊、內(nèi)建電源模塊電性連接，所述過壓/欠壓模塊還分別與邏輯與驅動模塊、內(nèi)建電源模塊電性連接，所述邏輯與驅動模塊還分別與最大關斷時間模塊、消磁時間偵測模塊、第二功率管、PWM比較器的第二輸出端以及恒流控制與輸出開路保護模塊電性連接，所述第三引腳分別與鉗位模塊、誤差放大器的第一輸出端及PWM比較器的第二反相輸入端電性連接，所述PWM比較器的第二同相輸入端與所述鋸齒波發(fā)生器電性連接，所述第四引腳分別與采樣保持模塊、第二功率管電性連接，所述第五引腳分別與消磁時間偵測模塊、第二功率管電性連接，所述采樣保持模塊還分別與線電壓補償模塊、恒流控制與輸出開路保護模塊電性連接，所述恒流控制與輸出開路保護模塊還分別與誤差放大器的第一反相輸入端、消磁時間偵測模塊及第二功率管電性連接，所述誤差放大器的第一同相輸入端與所述內(nèi)建電源模塊電性連接。
[0008]所述第一功率管具有第一柵極、第一源極及第一漏極，所述第一柵極分別與第一引腳、第一電阻的另一端、第一電容的一端電性連接，所述第一源極與所述第五引腳電性連接，所述第一漏極分別與吸收回路、變壓器電性連接。
[0009]所述第二功率管具有第二柵極、第二源極及第二漏極，所述第二柵極與所述邏輯與驅動模塊電性連接，所述第二源極分別與第四引腳、采樣保持模塊電性連接，所述第二漏極分別與消磁時間偵測模塊、第五引腳電性連接。
[0010]所述變壓器包括原邊及副邊。
[0011]所述第一整流濾波模塊包括整流橋及與整流橋并聯(lián)連接的第三電容，所述第二整流濾波模塊包括第一二極管及與第一二極管串聯(lián)連接的第四電容，所述第一二極管的陽極與所述變壓器電性連接，所述第一二極管的陰極分別與所述第四電容的一端、LED燈接入端電性連接，所述第四電容的另一端用于連接地線。
[0012]所述吸收回路包括:第三電阻、第五電容及第二二極管，所述第三電阻一端分別與第一整流濾波模塊、第一電阻的一端、第五電容的一端及變壓器電性連接，所述第三電阻的另一端分別與第五電容的另一端、第二二極管的陰極電性連接，所述第二二極管的陽極分別第一功率管、變壓器電性連接。
[0013]所述消磁時間偵測模塊包括鉗位二極管、第一電壓比較器及邏輯鎖存模塊，所述第一電壓比較器具有第三同相輸入端、第三負向輸入端及第三輸出端，所述鉗位二極管的陽極分別與第五引腳、第一功率管、及第三同相輸入端連接，所述鉗位二極管的陰極分別與第一引腳、第三反相輸入端電性連接，所述第三輸出端與所述鎖存邏輯模塊電性連接，所述鎖存邏輯模塊還分別與所述邏輯與驅動模塊、恒流控制與輸出開路保護模塊電性連接。
[0014]所述恒流控制與輸出開路保護模塊包括:單位增益緩沖器、第一至第四開關、第四電阻、第六電容、第七電容、第一反相器、第二反相器、第二電壓比較器、電流源及三輸入或非門，所述第二電壓比較器具有第四同相輸入端、第四反相輸入端及第四輸出端，所述單位增益緩沖器具有第五同相輸入端、第五反相輸入端及第五輸出端，所述第五同相輸入端分別與第四反相輸入端、采樣保持模塊電性連接，所述第五反向輸入端與第五輸出端電性連接，所述第五輸出端還與第一開關電性連接，所述第一開關還分別與消磁時間偵測模塊、第四電阻的一端、第二開關電性連接，所述第四電阻的另一端分別與邏輯與驅動模塊、第六電容的一端電性連接，所述第六電容的另一端與地線電性連接，所述第二開關還分別與第一反相器的輸出端、地線電性連接，所述第一反相器的輸入端與所述消磁時間偵測模塊電性連接，所述第四同相輸入端分別與第三開關、第七電容的一端、第四開關電性連接，所述第七電容的另一端與地線電性連接，所述第三開關還分別與電流源、第二反相器的輸出端電性連接，所述第四開關還分別與第二功率管、第二反相器的輸入端及地線電性連接，所述第四輸出端分別與邏輯與驅動模塊、三輸入或非門電性連接，所述三輸入或非門還分別與消磁時間偵測模塊、第二功率管及邏輯與驅動模塊電性連接。
[0015]采用上述方案，本實用新型的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其采用源極驅動技術的LED驅動芯片，并通過外部第一功率管源漏極的寄生電容來間接偵測消磁時間Tons(即副邊導通時間);還通過固定原邊導通時間Tonp的控制方法來實現(xiàn)很高的功率因素，緩解電網(wǎng)壓力；通過副邊導通時間與原邊電流峰值的關聯(lián)技術，實現(xiàn)了輸出LED的開路保護；此外，由于LED驅動芯片具有極低的工作電流，可通過第一電阻直接由線電壓供電，從而省略了現(xiàn)有原邊反饋LED驅動電路所需要的用于給LED驅動芯片供電和消磁時間、輸出電壓偵測的輔助繞組，變壓器只需要原邊繞組和副邊繞組，簡化了變壓器的制造工藝流程，進一步降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有原邊反饋LED驅動電路的電路圖。
[0017]圖2為本實用新型雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路的電路圖。
[0018]圖3為本實用新型中LED驅動芯片的內(nèi)部框圖。
[0019]圖4為本實用新型中消磁時間偵測模塊的具體電路及其連接關系示意圖。
[0020]圖5為圖4中重要節(jié)點的波形圖。
[0021]圖6為本實用新型中恒流控制與輸出開路保護模塊的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。
[0023]請參閱圖2，本實用新型提供了一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，包括:交流電輸入端12、第一整流濾波模塊14、吸收回路16、變壓器18、第二整流濾波模塊19、LED燈接入端17、第一功率管Ql、LED驅動芯片22、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl以及第二電容C2，所述LED驅動芯片22具有第一至第五引腳1、2、3、4、5 (vcc、gnd、comp、cs、S),所述第一整流濾波模塊14分別與交流電輸入端12、第一電阻Rl的一端、吸收回路16、及變壓器18電性連接，所述第一電阻Rl的另一端分別與第一電容Cl的一端、第一引腳1、及第一功率管Ql電性連接，所述第一功率管Ql還分別與吸收回路16、變壓器18及第五引腳5電性連接，所述變壓器18還與所述第二整流濾波模塊19電性連接，所述第二整流濾波模塊19還與LED燈接入端17電性連接，所述第二電阻R2的一端與第四引腳4電性連接，所述第二電容C2的一端與第三引腳3電性連接，所述第一整流濾波模塊14、第二引腳2、第一電容Cl的另一端、第二電容C2的另一端、第二電阻R2的另一端、變壓器18以及第二整流濾波模塊17均與地線電性連接。所述變壓器18包括原邊Np及副邊Ns，所述副邊Ns用于給LED燈20供電。
[0024]其中，所述LED驅動芯片22通過第一電阻Rl直接由線電壓Vin供電，由于LED驅動芯片22工作電流低，可以忽略其給效率帶來影響；同時通過第一功率管Ql源漏極的寄生電容Cds間接偵測消磁時間，以上兩項技術的結合使得該LED燈驅動電路可以省掉變壓器的輔助繞組及其所連接的電路；此外通過固定原邊Np導通時間Tonp技術，該LED燈驅動電路穩(wěn)定工作后每個周期原邊Np導通時間都一樣，這樣線電壓Vin越高，原邊峰值電流Ipp=(Vin/Lp)*Tonp就越高，從而實現(xiàn)了很高的功率因素，其中，Lp為變壓器原邊感量。這種控制方式使得線電壓偵測電路可以被省略，還能避免線電壓Vin偵測與處理過程中的失真，原邊峰值電流直接與線電壓Vin成正比，實現(xiàn)了更高的功率因素(PF值)和更小的總諧波失真(THD)。
[0025]請參閱圖3，所述LED驅動芯片22包括:線電壓補償模塊31、采樣保持模塊32、恒流控制與輸出開路保護模塊33、誤差放大器34、鉗位模塊35、PWM比較器36、邏輯與驅動模塊37、消磁時間偵測模塊38、最大關斷時間模塊39、過壓/欠壓模塊41、鋸齒波發(fā)生器42、內(nèi)建電源模塊43以及第二功率管Q2，所述誤差放大器34具有第一同相輸入端+、第一反相輸入端-及第一輸出端，所述PWM比較器36具有第二同相輸入端+、第二反相輸入端-及第二輸出端，所述第一引腳I分別與過壓/欠壓模塊41、內(nèi)建電源模塊43電性連接，所述過壓/欠壓模塊41還分別與邏輯與驅動模塊37、內(nèi)建電源模塊43電性連接，所述邏輯與驅動模塊37還分別與最大關斷時間模塊39、消磁時間偵測模塊38、第二功率管Q2、PWM比較器36的第二輸出端以及恒流控制與輸出開路保護模塊33電性連接，所述第三引腳3分別與鉗位模塊35、誤差放大器34的第一輸出端及PWM比較器36的第二反相輸入端-電性連接，所述PWM比較器36的第二同相輸入端+與所述鋸齒波發(fā)生器42電性連接，所述第四引腳4分別與采樣保持模塊32、第二功率管Q2電性連接，所述第五引腳5分別與消磁時間偵測模塊38、第二功率管Q2電性連接，所述采樣保持模塊32還分別與線電壓補償模塊31、恒流控制與輸出開路保護模塊33電性連接，所述恒流控制與輸出開路保護模塊33還分別與誤差放大器34的第一反相輸入端_、消磁時間偵測模塊38及第二功率管Q2電性連接，所述誤差放大器34的第一同相輸入端+與所述內(nèi)建電源模塊43電性連接。
[0026]所述第一功率管Ql具有第一柵極gl、第一源極Si及第一漏極dl，所述第一柵極gl分別與第一引腳1、第一電阻Rl的另一端、第一電容Cl的一端電性連接，所述第一源極Si與所述第五引腳5電性連接，所述第一漏極dl分別與吸收回路16、變壓器18的原邊Np電性連接。所述第二功率管Q2具有第二柵極g2、第二源極s2及第二漏極d2，所述第二柵極g2與所述邏輯與驅動模塊37電性連接，所述第二源極s2分別與第四引腳4、采樣保持模塊32電性連接，所述第二漏極d2分別與消磁時間偵測模塊38、第五引腳5電性連接。
[0027]所述第一整流濾波模塊14包括整流橋15及與整流橋15并聯(lián)連接的第三電容C3，所述第二整流濾波模塊19包括第一二極管Dl及與第一二極管Dl串聯(lián)連接的第四電容C4，所述第一二極管Dl的陽極與所述變壓器18的副邊Ns電性連接，所述第一二極管Dl的陰極分別與所述第四電容C4的一端、LED燈接入端17電性連接，所述第四電容C4的另一端用于連接地線。
[0028]所述吸收回路16用于吸收變壓器18原邊Np繞組的自感電勢，其具體包括:第三電阻R3、第五電容C5及第二二極管D2，所述第三電阻R3 —端分別與第一整流濾波模塊14、第一電阻Rl的一端、第五電容C5的一端及變壓器18的原邊Np電性連接,所述第三電阻R3的另一端分別與第五電容C5的另一端、第二二極管D2的陰極電性連接，所述第二二極管D2的陽極分別第一功率管Q1、變壓器18的原邊Np電性連接。
[0029]其中，所述采樣保持模塊32用于每個周期實時采樣CS峰值電壓，并保持該峰值電平，直到下一個原邊導通周期重新采樣。所述線電壓補償模塊31用于對交流輸入電壓進行CS峰值補償，使得在寬的交流電范圍內(nèi)(90-264 V)該LED燈驅動電路的輸出電流保持恒定。所述鋸齒波發(fā)生器42用于產(chǎn)生鋸齒波，該鋸齒波輸入到PWM比較器36的第二同相輸入端+，與誤差放大器34的第一輸出端輸出電平comp進行比較，從而根據(jù)平均電流的大小決定每個周期原邊導通時間Tonp。所述邏輯與驅動模塊37用于根據(jù)各路信號產(chǎn)生驅動脈沖，以驅動內(nèi)部集成的第二功率管Q2，通過第二功率管Q2的導通，第五引腳5 (S)即第一功率管Ql的源極Si被拉低，第一功率管Ql也導通，從而實現(xiàn)源極驅動。所述消磁時間偵測模塊38用于通過第一功率管Q漏源極的寄生電容Cds間接偵測副邊導通時間Tons，該副邊導通時間Tons用于根據(jù)原邊峰值電流計算出LED燈接入端17的平均電流。此外LED驅動芯片22工作在臨界斷續(xù)模式，當副邊導通時間Tons結束時，LED燈驅動電路的原邊Np會開始導通，進入下一個周期。所述最大關斷時間模塊39用于在LED燈驅動電路原邊Np關斷時開始計時，當計時到最大關斷時間Toff_max來臨時,LED燈驅動電路原邊Np會再次打開，進入下一個周期，這樣就避免了當啟動或輸出短路時，副邊Ns輸出電壓很低，消磁時間偵測模塊38偵測不到Tons，導致下一個周期無法打開，在這種情況下，LED燈驅動電路每隔Toffjnax時間會開啟一次。所述內(nèi)建電源模塊43用于產(chǎn)生內(nèi)部電壓源5V，以為LED驅動芯片22內(nèi)部低壓器件供電，并用于產(chǎn)生內(nèi)部基準電壓。所述過壓/欠壓模塊41用于偵測LED驅動芯片22第一引腳I上的電源電壓vcc，當該電源電壓vcc低于啟動電壓閾值Vst時，LED驅動芯片22處于關閉狀態(tài)，幾乎不消耗電流，此時線電壓Vin通過第一電阻Rl給第一電容Cl充電，當?shù)谝浑娙軨l的電壓高于啟動電壓閾值Vst時，LED驅動芯片22啟動，LED燈驅動電路開始工作。此后如果發(fā)生各種保護，LED驅動芯片22會關閉輸出脈沖，并由一個內(nèi)部第二功率管Q2將該電源電壓vcc拉低至另一閾值VL (Vst)VL)以下，則LED驅動芯片22會再次進入待機狀態(tài)，幾乎不消耗電流。然后線電壓Vin通過第一電阻Rl再次給第一電容Cl充電，直到第一電容Cl上的電壓大于啟動電壓閾值Vst，LED驅動芯片22再次啟動，如此循環(huán)，因此LED驅動芯片22的各種保護均有自動恢復功能，一旦異常情況消失，LED驅動芯片22會自動重啟并恢復正常工作。所述鉗位模塊35用于對誤差放大器34第一輸出端的輸出電平comp進行鉗位，使其不超過2V，由于鋸齒波的斜率固定，這樣通過第一輸出端的輸出電平comp的鉗位可以控制原邊Np的最大導通時間，使其不超過設定值，以便在發(fā)生異常時保護整個LED燈驅動電路的安全。所述恒流控制與輸出開路保護模塊33用于將采樣到的原邊峰值電壓Vcsp通過運算轉換成LED燈接入端17的平均電流，參與恒流環(huán)路的控制，使得輸出電流恒定；此外它還通過消磁時間與該原邊峰值電壓Vcsp之間的關聯(lián)技術，間接偵測輸出電壓，以便用于輸出LED開路保護。
[0030]請參閱圖4及圖5，所述消磁時間偵測模塊38包括鉗位二極管D3、第一電壓比較器52及邏輯鎖存模塊54，所述第一電壓比較器52具有第三同相輸入端+、第三負向輸入端-及第三輸出端，所述鉗位二極管D3的陽極分別與第五引腳5、第一功率管Q1、及第三同相輸入端+連接，所述鉗位二極管D3的陰極分別與第一引腳1、第三反相輸入端-電性連接，所述第三輸出端與所述鎖存邏輯模塊54電性連接，所述鎖存邏輯模塊54還分別與所述邏輯與驅動模塊37、恒流控制與輸出開路保護模塊33電性連接。[0031]副邊導通時間Tons的偵測原理如下:當?shù)诙β使躋2的第二柵極g2上的信號gate為高時，LED驅動芯片22內(nèi)部集成的第二功率管Q2導通，第五引腳5上的信號被拉低，由于外部第一功率管Ql的第一柵極gl直接連接電源電壓vcc，因此第一功率管Ql的柵源電壓(VgS=VCC-VCS ^ vcc)遠大于其開啟閾值，因此第一功率管Ql隨之導通，即原邊導通，此時第五引腳5上的電壓最高峰值為Vcsp遠小于電源電壓vcc，因此第一電壓比較器52的第三輸出端(節(jié)點a)為低電平；當原邊導通時間Tonp結束時,第二柵極g2上的信號gate變?yōu)榈碗娖剑诙β使躋2關閉，第五引腳5上的電壓升高，第一功率管Ql隨之立即關閉，第一功率管Ql的第一漏極dl端電壓升高到比線電壓Vin還要高后，使副邊Ns電壓高于輸出電壓Vout后，第一二極管Dl正向導通，副邊Ns開始導通進行放電，在副邊Ns導通期間，變壓器18維持第一功率管Ql的第一漏極dl端電壓一直高于線電壓Vin。在原邊Np關斷、副邊Ns導通的過程瞬間，由于第一功率管Ql具有漏源極寄生電容Cds，且根據(jù)電路原理，電容兩端電壓差不能突變，第一漏極dl端電壓(該漏源極寄生電容Cds上極板電壓)的急劇升高，使得第一源極Si端電壓(該漏源極寄生電容Cds下極板電壓)也跟著抬高，并最終被鉗位二極管D3鉗位在vcc+Vd的水平(其中，vcc為電源電壓，Vd為鉗位二極管的正向導通壓降)，因此在副邊Ns導通瞬間，第一電壓比較器52的第三輸出端(節(jié)點a)由低電平變?yōu)楦唠娖?，鎖存邏輯模塊54偵測到這個上升沿后對其進行鎖存并傳遞到邏輯與驅動模塊37，即Tons變?yōu)楦唠娖?。這樣直到副邊Ns放電結束時副邊Ns電壓迅速回落，節(jié)點b的電壓也迅速回落，并進入諧振，在節(jié)點b的電壓回落的瞬間，由于第一功率管Ql的漏源極寄生電容Cds的兩端電壓不能突變，因此第五引腳5上的電壓也跟著迅速回落到低于電源電壓vcc的水平，此時第一電壓比較器52的第三輸出端(節(jié)點a)從高電平翻轉為低電平，鎖存邏輯模塊54偵測到該下降沿后立即鎖存并傳遞到邏輯與驅動模塊37，即Tons變?yōu)榈碗娖?，然后一直鎖存直到下個周期第二柵極g2上的信號gate為高電平時才再次解鎖，這樣避免了可能因為諧振帶來的節(jié)點a反復翻轉的影響；因此在副邊Ns導通階段Tons為高電平，其余時間內(nèi)均為低電平，從而準確地偵測了副邊導通時間Tons。此外，LED驅動芯片22工作于臨界斷續(xù)模式，當偵測到副邊Ns放電結束時，即Tons從高變?yōu)榈蜁r，邏輯與驅動模塊37會立即輸出高電平至第二功率管Q2的第二柵極g2，從而使原邊Np導通，進入下一個周期。
[0032]副邊放電峰值電流Ips=Ipp*(Np/Ns),其中原邊峰值電流Ipp=Vcsp/Rcs, Vcsp為原邊Np電流偵測電阻(即第二電阻R2)上的峰值電壓，該峰值電壓Vcsp會被采樣保持模塊32每周期采樣一次，并保存此峰值電壓Vcsp輸入給恒流控制與輸出開路保護模塊33，Rcs為原邊電流偵測電阻的阻值(第二電阻R2的阻值)，Np/Ns為變壓器原副邊的匝數(shù)比。而副邊輸出平均電流 1=(Ips*Tons)/ (2*T)= [Vcsp* (Tons/T) ] * [Np/ (2*Ns*Rcs)]，T 為開關周期。
[0033]請參閱圖6，所述恒流控制與輸出開路保護模塊33包括:單位增益緩沖器55、第一至第四開關K1、K2、K3、K4、第四電阻R4、第六電容C6、第七電容C7、第一反相器56、第二反相器57、第二電壓比較器58、電流源59及三輸入或非門60，所述第二電壓比較器58具有第四同相輸入端+、第四反相輸入端-及第四輸出端，所述單位增益緩沖器55具有第五同相輸入端+、第五反相輸入端-及第五輸出端，所述第五同相輸入端+分別與第四反相輸入端+、采樣保持模塊32電性連接，所述第五反向輸入端-與第五輸出端電性連接，所述第五輸出端還與第一開關Kl電性連接，所述第一開關Kl還分別與消磁時間偵測模塊38、第四電阻R4的一端、第二開關K2電性連接，所述第四電阻R4的另一端分別與邏輯與驅動模塊54、第六電容C6的一端電性連接，所述第六電容C6的另一端與地線電性連接，所述第二開關Κ2還分別與第一反相器56的輸出端、地線電性連接,所述第一反相器56的輸入端與所述消磁時間偵測模塊38電性連接，所述第四同相輸入端+分別與第三開關Κ3、第七電容C7的一端、第四開關Κ4電性連接，所述第七電容C7的另一端與地線電性連接，所述第三開關Κ3還分別與電流源59、第二反相器57的輸出端電性連接，所述第四開關Κ4還分別與第二功率管Q2、第二反相器57的輸入端及地線電性連接，所述第四輸出端分別與邏輯與驅動模塊37、三輸入或非門60電性連接，所述三輸入或非門60還分別與消磁時間偵測模塊38、第二功率管Q2及邏輯與驅動模塊37電性連接。
[0034]所述恒流控制與輸出開路保護模塊33輸出平均電流信號Vavg的原理如下:所述單位增益緩沖器55將沒有驅動能力的原邊峰值電流采樣信號Vcsp轉換為有電流能力的跟隨電壓Vcsl, VcsI=Vcsp ;在副邊Ns放電時Tons為高電平,第一開關Kl導通,第二開關K2關閉，此時跟隨電壓Vcsl通過第四電阻R4給第六電容C6充電；而在副邊Ns放電結束的其他時間內(nèi)，第一開關Kl關閉，第二開關K2導通，此時第六電容C6通過第四電阻R4對地放電。由于第四電阻R4和第六電容C6構成RC濾波電路，在LED燈驅動電路穩(wěn)定工作時平均電流信號Vavg每個半弦波周期內(nèi)其平均值都是固定相同的，這樣每個周期內(nèi)跟隨電壓Vcsl給第六電容C6充電的電荷量Qin= [ (Vcsl-Vavg) /Rl] *Tons，而每個周期第六電容C6對地放電的電量Qout= (Vavg/Rl) *(T-Tons),由于穩(wěn)定時平均電流信號Vavg在每個半弦波周期內(nèi)其平均值都是固定相同的，因此在每個半弦波周期內(nèi)第六電容C6的總充電電量要等于總放電電量即Qin=Qout,因此得到Vavg=Vcsp*(Tons/T),而由前文我們知道副邊輸出平均電流
[0035]1= [Vcsp*(Tons/T)]*[Np/(2*Ns*Rcs)]=Vavg*K
[0036]K= Np/(2*Ns*Rcs)，
[0037]當LED燈驅動電路的變壓器18參數(shù)和原邊電流偵測電阻(第二電阻R2)的阻值Rcs確定后，K就是一個常數(shù)，平均電流信號Vavg=1/K，因此平均電流信號Vavg與副邊輸出平均電流成正比，可以作為副邊輸出平均電流的偵測信號。而誤差放大器34的作用就是動態(tài)地調(diào)節(jié)環(huán)路，使得副邊輸出平均電流1等于設定值。當副邊輸出平均電流1小于設定值時，Vavg的平均值小于內(nèi)部基準電壓(由內(nèi)建電源模塊提供),誤差放大器34的輸出電平(第三引腳comp上的信號)會抬高，使得PWM比較器36輸出高電平的時間變長，進而使原邊Np導通時間變長，則原邊峰值電流信號Vcsp也增大，從而使得副邊輸出平均電流1也增大；反之，當副邊輸出平均電流1大于設定值時，恒流環(huán)路則使原邊峰值電流下降，則原邊峰值電流信號Vcsp下降，副邊輸出平均電流1隨之下降。在這樣環(huán)路的動態(tài)調(diào)節(jié)下，最終LED燈驅動電路穩(wěn)定時，在整流后的一個半弦波周期內(nèi)，Vavg的平均電壓會等于內(nèi)部基準電壓，因此整個半弦波周期內(nèi)，其輸出平均電流等于設定值，且每個半弦波周期都一樣，從而實現(xiàn)恒流輸出，以驅動LED燈20。
[0038]此外，由于第三引腳3外接較大的補償電容第二電容C2，因此在LED燈驅動電路穩(wěn)定時，第三引腳3上的電平基本是穩(wěn)定的，從而每個周期的原邊Np導通時間Tonp都是固定的，這樣每個周期原邊Np導通時,原邊峰值電流Ipp= (Vin/Lp) *Tonp,Lp為變壓器原邊感量，因此隨著線電壓Vin的弦波包絡的變化，Ipp也同比例變化，在線電壓Vin越高處原邊電流Ipp越大，傳遞的能量也越大，從而實現(xiàn)很高的功率因素，有效緩解電網(wǎng)壓力。
[0039]輸出過壓保護(即LED開路保護)的原理如下:在原邊Np導通時，第二功率管Q2第二柵極g2上的信號gate為高電平，第四開關K4導通、第三開關K3關閉，第七電容C7被接地，其兩端電壓為0，在原邊NP關斷后、副邊Ns開始導通時，第二功率管Q2第二柵極g2上的信號gate為低電平，第三開關K3導通，第四開關K4關閉，電流源59開始給第七電容C7充電，第七電容C7上電壓Vc從零慢慢上升，當上升到本周期所采樣保持的原邊峰值電壓Vcsp閾值時，第二比較器58翻轉，從原邊Np關斷、副邊Ns導通到第二比較器58翻轉的這段時間我們稱之為最小消磁時間Tons_min ;那么Tons_min=(Vcsp*C7)/Il, Il為電流源59的輸出電流，即該時間與本周期原邊峰值電壓Vcsp成正比，由于LED燈驅動電路具有功率因素校正功能，隨著線電壓Vin半弦波的升高，原邊峰值電壓Vcsp也隨之升高，因此最小消磁時間Tons_min也會隨之升高。而副邊導通時間
[0040]Tons=(Ips*Ls)/(Vout+Vz)=[Vcsp*Np*Lp]/[Ns*Rcs*(Vout+Vz)]
[0041]= [Vcsp/(Vout+Vz) ]*K1 其中 Kl= (Np*Lp) / (Ns*Rcs), Ls 為副邊感量
[0042]當變壓器18參數(shù)和第二電阻R2的阻值Rcs確定后，Kl就是一個常數(shù)，那么副邊導通時間Tons與原邊峰值電壓Vcsp成正比，與輸出電壓成反比。這樣當輸出LED開路時，由于每個周期原邊都會向副邊Ns傳輸能量，輸出電壓會不停地升高，副邊導通時間Tons會不停地縮小，當副邊導通時間Tons縮小到小于副邊導通時間最小值Tons_min,也就是在Tons_min=0> gate=0 (原邊關斷)且Tons=O (副邊放電結束),那么三輸入或非門60的輸出會翻轉為高電平，此時我們就認為發(fā)生了輸出LED開路保護。
[0043]即發(fā)生LED開路的條件為Tons〈Tons_min,
[0044][Vcsp/(Vout+Vz)]*K1〈(Vcsp*C7)/11
[0045]Vout>Kl*(Il/C7)
[0046]因此通過合理設計電流源59的輸出電流I1、第七電容C7的值、外部變壓器18參數(shù)和第二電阻R2阻值Rcs，我們就可以確定輸出過壓保護的閾值。通過原邊峰值電壓Vcsp與副邊導通時間Tons的關聯(lián)技術，使得過壓保護的閾值不受原邊峰值電壓Vcsp變化的影響，從而使單級PFC系統(tǒng)具有輸出LED開路保護功能。
[0047]綜上所述，本實用新型提供一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其采用源極驅動技術的LED驅動芯片，并通過外部第一功率管源漏極的寄生電容來間接偵測消磁時間Tons (即副邊導通時間)；還通過固定原邊導通時間Tonp的控制方法來實現(xiàn)很高的功率因素，緩解電網(wǎng)壓力；通過副邊導通時間與原邊電流峰值的關聯(lián)技術，實現(xiàn)了輸出LED的開路保護；此外，由于LED驅動芯片具有極低的工作電流，可通過第一電阻直接由線電壓供電，從而省略了現(xiàn)有原邊反饋LED驅動電路所需要的用于給LED驅動芯片供電和消磁時間、輸出電壓偵測的輔助繞組，變壓器只需要原邊繞組和副邊繞組，簡化了變壓器的制造工藝流程，進一步降低了成本。
[0048]以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，包括:交流電輸入端、第一整流濾波模塊、吸收回路、變壓器、第二整流濾波模塊、LED燈接入端、第一功率管、LED驅動芯片、第一電阻、第二電阻、第一電容以及第二電容，所述LED驅動芯片具有第一至第五引腳，所述第一整流濾波模塊分別與交流電輸入端、第一電阻的一端、吸收回路、及變壓器電性連接，所述第一電阻的另一端分別與第一電容的一端、第一引腳、及第一功率管電性連接，所述第一功率管還分別與吸收回路、變壓器及第五引腳電性連接，所述變壓器還與所述第二整流濾波模塊電性連接，所述第二整流濾波模塊還與LED燈接入端電性連接，所述第二電阻的一端與第四引腳電性連接，所述第二電容的一端與第三引腳電性連接，所述第一整流濾波模塊、第二引腳、第一電容的另一端、第二電容的另一端、第二電阻的另一端、變壓器以及第二整流濾波模塊均與地線電性連接； 所述LED驅動芯片包括:線電壓補償模塊、采樣保持模塊、恒流控制與輸出開路保護模塊、誤差放大器、鉗位模塊、PWM比較器、邏輯與驅動模塊、消磁時間偵測模塊、最大關斷時間模塊、過壓/欠壓模塊、鋸齒波發(fā)生器、內(nèi)建電源模塊以及第二功率管，所述誤差放大器具有第一同相輸入端、第一反相輸入端及第一輸出端，所述PWM比較器具有第二同相輸入端、第二反相輸入端及第二輸出端，所述第一引腳分別與過壓/欠壓模塊、內(nèi)建電源模塊電性連接，所述過壓/欠壓模塊還分別與邏輯與驅動模塊、內(nèi)建電源模塊電性連接，所述邏輯與驅動模塊還分別與最大關斷時間模塊、消磁時間偵測模塊、第二功率管、PWM比較器的第二輸出端以及恒流控制與輸出開路保護模塊電性連接，所述第三引腳分別與鉗位模塊、誤差放大器的第一輸出端及PWM比較器的第二反相輸入端電性連接，所述PWM比較器的第二同相輸入端與所述鋸齒波發(fā)生器電性連接，所述第四引腳分別與采樣保持模塊、第二功率管電性連接，所述第五引腳分別與消磁時間偵測模塊、第二功率管電性連接，所述采樣保持模塊還分別與線電壓補償模塊、恒流控制與輸出開路保護模塊電性連接，所述恒流控制與輸出開路保護模塊還分別與誤差放大器的第一反相輸入端、消磁時間偵測模塊及第二功率管電性連接，所述誤差放大器的第一同相輸入端與所述內(nèi)建電源模塊電性連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述第一功率管具有第一柵極、第一源極及第一漏極，所述第一柵極分別與第一引腳、第一電阻的另一端、第一電容的一端電性連 接，所述第一源極與所述第五引腳電性連接，所述第一漏極分別與吸收回路、變壓器電性連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述第二功率管具有第二柵極、第二源極及第二漏極，所述第二柵極與所述邏輯與驅動模塊電性連接，所述第二源極分別與第四引腳、采樣保持模塊電性連接，所述第二漏極分別與消磁時間偵測模塊、第五引腳電性連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述變壓器包括原邊及副邊。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述第一整流濾波模塊包括整流橋及與整流橋并聯(lián)連接的第三電容，所述第二整流濾波模塊包括第一二極管及與第一二極管串聯(lián)連接的第四電容，所述第一二極管的陽極與所述變壓器電性連接，所述第一二極管的陰極分別與所述第四電容的一端、LED燈接入端電性連接，所述第四電容的另一端用于連接地線。
6.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述吸收回路包括:第三電阻、第五電容及第二二極管，所述第三電阻一端分別與第一整流濾波模塊、第一電阻的一端、第五電容的一端及變壓器電性連接，所述第三電阻的另一端分別與第五電容的另一端、第二二極管的陰極電性連接，所述第二二極管的陽極分別第一功率管、變壓器電性連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述消磁時間偵測模塊包括鉗位二極管、第一電壓比較器及邏輯鎖存模塊，所述第一電壓比較器具有第三同相輸入端、第三負向輸入端及第三輸出端，所述鉗位二極管的陽極分別與第五引腳、第一功率管、及第三同相輸入端連接，所述鉗位二極管的陰極分別與第一引腳、第三反相輸入端電性連接，所述第三輸出端與所述鎖存邏輯模塊電性連接，所述鎖存邏輯模塊還分別與所述邏輯與驅動模塊、恒流控制與輸出開路保護模塊電性連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的雙繞組單級原邊反饋的LED燈驅動電路，其特征在于，所述恒流控制與輸出開路保護模塊包括:單位增益緩沖器、第一至第四開關、第四電阻、第六電容、第七電容、第一反相器、第二反相器、第二電壓比較器、電流源及三輸入或非門，所述第二電壓比較器具有第四同相輸入端、第四反相輸入端及第四輸出端，所述單位增益緩沖器具有第五同相輸入端、第五反相輸入端及第五輸出端，所述第五同相輸入端分別與第四反相輸入端、采樣保持模塊電性連接，所述第五反向輸入端與第五輸出端電性連接，所述第五輸出端還與第一開關電性連接，所述第一開關還分別與消磁時間偵測模塊、第四電阻的一端、第二開關電性連接，所述第四電阻的另一端分別與邏輯與驅動模塊、第六電容的一端電性連接，所述第六電容的另一端與地線電性連接，所述第二開關還分別與第一反相器的輸出端、地線電性連接，所述第 一反相器的輸入端與所述消磁時間偵測模塊電性連接，所述第四同相輸入端分別與第三開關、第七電容的一端、第四開關電性連接，所述第七電容的另一端與地線電性連接，所述第三開關還分別與電流源、第二反相器的輸出端電性連接，所述第四開關還分別與第二功率管、第二反相器的輸入端及地線電性連接，所述第四輸出端分別與邏輯與驅動模塊、三輸入或非門電性連接，所述三輸入或非門還分別與消磁時間偵測模塊、第二功率管及邏輯與驅動模塊電性連接。
【文檔編號】H02M3/335GK203661377SQ201420020940
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】宋利軍, 許煌樟 申請人:深圳市穩(wěn)先微電子有限公司