本發(fā)明涉及一種開關電源電路，尤其涉及一種用于高功率因素開關電源型led驅(qū)動電源調(diào)光時的開關頻率限制電路。

背景技術：

隨著led照明的發(fā)展，智能化照明的需求越來越大，所以led調(diào)光的應用場景也日新月異，但是在許多調(diào)光的應用過程中會出現(xiàn)led電流下降到一定大小后就無法向下繼續(xù)調(diào)節(jié)的問題，從而導致了調(diào)光范圍過窄，用戶體驗效果差。

圖1是傳統(tǒng)的高功率因數(shù)升壓拓撲led恒流驅(qū)動電路，通常包括：整流橋d1～d4，輸入高頻濾波電容c1，消磁檢測電阻r3，輸出電容c2，控制芯片u1，峰值電流采樣電阻r1，功率開關管q1，電感l(wèi)1，續(xù)流二極管d5，輸出電流采樣電阻r2和led負載leds。在控制芯片u1內(nèi)部，通常包括：消磁檢測單元，基準&內(nèi)部電壓單元，恒流控制單元，模擬調(diào)光單元，電流采樣單元，誤差放大器，峰值電流采樣單元和邏輯&驅(qū)動單元。

傳統(tǒng)應用的原理以及局限性，對于采用升壓拓撲的小功率led驅(qū)動電源系統(tǒng)，為了得到高功率因素，通常會采用臨界導通控制的平均電流模式控制來實現(xiàn)恒流輸出，當需要調(diào)整輸出電流比如需要電流減小，那么誤差放大器的基準將會減小，導致流過電感l(wèi)1的峰值電流下降，功率管q1的柵極開啟時間ton減小，電感的消磁時間也會等比例下降，系統(tǒng)的開關頻率增加，當ton時間等于開關電源芯片內(nèi)部設定的功率管最小導通時間后，ton將無法繼續(xù)下調(diào)，所以電流也無法下降，而且由于開關頻率的增加，系統(tǒng)的開關損耗也會增加，降低了效率。

技術實現(xiàn)要素：

針對傳統(tǒng)高功率因素開關電源led調(diào)光的輸出電流控制技術的局限性，本發(fā)明公開了一種用于高功率因素led驅(qū)動電源的開關頻率限制電路，該開關頻率限制電路包括：一基準和內(nèi)部電壓單元，用于產(chǎn)生所需的輸出電流基準電壓；一消磁檢測單元，用于檢測電感消磁時間，對電感電流過零進行檢測；一恒流控制單元，用于讓輸出電流保持恒定；一峰值電流檢測單元，用于將峰值電流采樣電阻上的電壓值與芯片內(nèi)部基準電壓進行比較，以限制最大電流峰值，一調(diào)光單元，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出電流的大??；一調(diào)光單元，用于將調(diào)光信號轉(zhuǎn)成模擬的電壓信號；一電流采樣單元，用于檢測流過輸出電流檢測電阻上的電壓，并且將該電壓和調(diào)光單元產(chǎn)生的電壓相疊加，然后把該采樣信號輸出給誤差放大器；一誤差放大器單元，用于將電流采樣單元輸出的信號跟隨基準信號，同時把放大的誤差信號反饋給開啟延時和恒流控制單元；一開啟延時單元，用于讓誤差放大器單元動態(tài)調(diào)節(jié)輸出開啟的時間；一邏輯&驅(qū)動單元，用于實現(xiàn)系統(tǒng)功率管的開關驅(qū)動。

更進一步地，本發(fā)明同時公開了一種led恒流驅(qū)動電路，該led恒流驅(qū)動電路包括：一整流橋，一輸入濾波電容，一消磁檢測電阻，，一峰值電流采樣電阻，一功率管，一電感，一續(xù)流二極管，一輸出電容，一電流檢測電阻，一led負載。

更進一步地，開啟延時單元的輸入端接入誤差放大器輸出產(chǎn)生的放大誤差信號，以及功率管的開關控制信號ton，輸出功率管開啟指示信號turn_on。

更進一步地，該開啟延時單元包括：一個上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元，用于每當輸出邏輯信號由低轉(zhuǎn)高的時候產(chǎn)生一個正向的脈沖電平；一個運放單元；一個nmos管；第一pmos管；第二pmos管；第三pmos管；第四pmos管；一個電阻；第一開關；第二開關；第三開關；第一電容；第二電容；一個固定恒流源；一個比較器單元；第一或非門；第二或非門；第三或非門。ea_ctrl信號接運放單元的正相輸入端，運放單元的負輸入端接nmos管的源端和電阻一端相連，運放的輸出端接nmos管的柵極；nmos管的漏端接第一pmos管的漏端，nmos管的柵極接運放的輸出端，nmos管的源端與運放的反相輸出端以及電阻的一端相連；電阻的一端和nmos管的源端以及運放的反相端相連，電阻的另一端與芯片芯片地相連；第一pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第一pmos的柵極和漏極相連同時與nmos的漏極以及第二pmos的柵極相連；第二pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第二pmos的柵極和第一pmos的柵極與漏極相連同時與nmos的漏極相連，第二pmos的漏極與第一開關的一端以及第一電容的一端和比較器單元的反相輸入端相連；第一開關的一端與第二pmos的漏極以及第一電容的一端和比較器單元的反相輸入端相連，第一開關的另一端與芯片地相連；第一電容的一端與第一開關的一端以及第二pmos的漏極和比較器單元的反相輸入端相連，第一電容的另一端與芯片地相連；第三pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第三pmos的柵極和漏極相連同時與固定恒流源的一端以及第四pmos的柵極相連；固定恒流源的一端與第三pmos的柵極和漏極以及第四pmos的柵極相連，固定恒流源的另一端與芯片地相連；第四pmos的源端與芯片內(nèi)部供電電壓vdd相連，第四pmos的柵極和第一pmos的柵極與漏極相連同時與固定恒流源的一端相連，第四pmos的漏極與第二開關的一端相連；第二開關的一端與第四pmos的漏端相連，第二開關的另一端與第二電容的一端以及第三開關的一端和比較器單元的正向輸入端相連；第三開關的一端與第二開關的一端以及第二電容的一端和比較器單元的正向輸入端相連，第三開關的另一端與芯片地相連；第三電容的一端與第三開關的一端以及第二將開關的一端和比較器單元的正向輸出端相連，第三電容的另一端與芯片地相連；比較器單元的反相輸入端與第二pmos管的漏端以及第一開關的一端和第一電容的一端相連，比較器單元的正向輸入端與第四pmos管的漏端以及第二開關的一端和第二電容的一端相連，比較器單元的輸出端和第一或非門的一輸入端相連；第一或非門的一輸入端與比較器的輸出端相連，第一或非門的另一輸入端與輸入信號端tdem相連，第一或非門的輸出端與第二或非門的一輸入端相連；第二或非門的一輸入端與第一或非門的輸出端相連，第二或非門的另一輸入端與第三或非門的輸出端相連，第二或非門的輸出端與第三或非門的一輸入端相連，第二或非門的輸出端輸出信號turn_on；第三或非門的一輸入端與第二或非門的輸出端相連，第三或非門的另一輸入端與上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元的輸出端信號tp相連，第三或非門的輸出端與第二或非門的一輸入端相連；上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元的輸入端與ton信號相連，上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路單元的輸出端信號tp控制第一開關與第二開關的打開與閉合同時與第三或非門的一輸入端相連。

與傳統(tǒng)的高功率因素led調(diào)光驅(qū)動控制電路相比，使用了本發(fā)明電路的系統(tǒng)可以在不犧牲功率因素的情況下實現(xiàn)了更寬范圍的調(diào)光，同時確保了輸出電流很小的時候的調(diào)光線性度，用戶體驗更好，而且系統(tǒng)更加安全可靠，小電流輸出時的效率跟高。

附圖說明

關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述和所附圖式得到進一步的了解。

圖1為傳統(tǒng)的具有調(diào)光功能的升壓型led恒流驅(qū)動電路；

圖2為使用了本發(fā)明電路的具有調(diào)光功能的升壓型led恒流驅(qū)動電路；

圖3為本發(fā)明電路的具體實現(xiàn)；

圖4為傳統(tǒng)的控制信號關鍵點波形；

圖5為本發(fā)明電路的控制信號關鍵點波形；

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的詳細描述。

本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的用于led驅(qū)動電源調(diào)光的輸出電流控制技術的控制芯片工作頻率隨輸出電流基準電壓減小而成比例增大的問題，提供了解決該問題的控制電路。通過把減小輸出電流基準電壓與控制系統(tǒng)的開啟時間相結合的方法，把led驅(qū)動電源的工作頻率控制在一個合適的范圍內(nèi)，有效的解決了傳統(tǒng)的輸出電流控制技術在調(diào)光時工作頻率成比例增大的問題，而且不影響功功率因素。

結合圖1分析，圖1給出了傳統(tǒng)的升壓型led恒流調(diào)光系統(tǒng)，電流采樣模塊采集電流檢測電阻的電壓，通過誤差放大器的負反饋作用控制與調(diào)節(jié)流過電感的峰值電流，為了使系統(tǒng)具備高功率因素，系統(tǒng)通常工作在臨界導通而且功率管q1導通時間固定的模式，輸入電流表達如下：

其中iin為系統(tǒng)輸入電流，vinsinwt為輸入電壓，通常為正弦信號，ton為功率管的導通時間，l為電感對的感量。從上式和給定的條件中可以看到，如果ton時間恒定，那么輸入電流將保持和輸入電壓同相，而且是正弦信號，通常此種情況下系統(tǒng)會擁有很高的功率因素。

其中iled為輸出電流，f為系統(tǒng)開關頻率表，ilp為電感峰值電流，由上式可知，ilp越小，頻率越高，當系統(tǒng)功率管的開啟時間小于系統(tǒng)限定的最小開啟時間的時候，頻率將無法增加，調(diào)光范圍被限制。

所以想要獲得理想的調(diào)光效果就必須要在輸出電流很小的時候能同時限制系統(tǒng)的開關頻率，才能拓寬調(diào)光范圍，但是同時還要求系統(tǒng)具備高的功率因素，那么就要求系統(tǒng)在調(diào)光的時候滿足輸入電流為和輸入電壓同相的正弦波型。

更進一步地，系統(tǒng)開關周期必須和功率管的導通時間以及電感的放電消磁時間之和成比例：

其中fnew為使用了本發(fā)明電路后的功率管開關頻率，tdem為系統(tǒng)中電感電流消磁時間，k為開啟延時比例系數(shù)，是系統(tǒng)中誤差放大器控制的一個參數(shù)，和功率管的導通時間以及電感的放電消磁時間之和相關。

系統(tǒng)的輸入電流為：

其中iinnew為使用了本發(fā)明電路后系統(tǒng)的輸入電流，其輸入波形同樣為和輸入電壓同相位的正弦波，保證了系統(tǒng)的功率因素。

圖2為本發(fā)明電路在升壓可調(diào)光led驅(qū)動電源中的應用，其中系統(tǒng)的應用電路包括輸入率高頻噪聲的電容201，系統(tǒng)電感202，電感消磁時間檢測電阻203，開關功率管204，電感峰值電流采樣電阻205，續(xù)流二極管206，輸出濾波電容207，消磁檢測單元208，恒流控制單元209，調(diào)光單元210，邏輯&驅(qū)動單元211，開啟延時單元212，峰值電流檢測單元213，誤差放大器單元214，電流采樣單元215，基準&內(nèi)部電壓單元216以及電流檢測電阻217。

其中212為本發(fā)明電路，該電路的原理是通過214的輸出接收控制信號產(chǎn)生一路延時時間來控制功率管204的開啟，當輸出led電流增加的時候開啟延時比例系數(shù)k減小，當輸出電流減小的時候，開啟延時比例系數(shù)增加，使得在輸出電流很小的情況下，使用了本發(fā)明電路的系統(tǒng)比未使用本發(fā)明電路的系統(tǒng)的開關頻率要低。

圖3為本發(fā)明中的一個開啟延時電路的具體實現(xiàn)，其目的是為了實現(xiàn)調(diào)光的過程中降低系統(tǒng)的開關頻率，使得開關周期的和功率管204的導通時間以及電感202的消磁時間等比例變化，電路中包括了一個運放單元314，一個nmos管305，一個電流采樣電阻316，一對組成電流鏡的pmos301和302，一開關308，一電容309，一對互為電流鏡的pmos303和304，一路固定電流源，兩理想開關306和307，一電容310，一比較器單元311，一兩輸入或非門312和一個由兩輸入或非門組成的rs觸發(fā)器313，一上升沿觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路317。

誤差放大器模塊214中產(chǎn)生控制信號ea_ctrl控制信號控制運放314的正輸入端，通過314，305以及316組成的ldo電路實現(xiàn)電壓對電流的轉(zhuǎn)換，通過電流鏡像301和302組成的電路對309充電，該充電周期貫穿整個開關周期，每次在204打開的瞬間會由317產(chǎn)生一路短脈沖時間來對309清零，當led電流大的時候，ea_ctrl抬高，309上的充電電流i1加大，309上電壓上升斜率大。反之充電電流減小，309上上升電壓斜率小。在功率管開啟時間和電感消磁ton+tdem時間內(nèi)，由315以及303和304組成的電流鏡產(chǎn)生的恒定電流i2會對310充電，在ton+tdem時間到下一次開啟時間內(nèi)該電壓被保持在310里，有tp控制開關308清零，312的一端接入ton+tdem信號避免開啟信號過早存入rs觸發(fā)器。每次當vcn＞vcp的時候產(chǎn)生功率管204的開啟信號，此時開啟延時比例系數(shù)：

由上式可知，當ea_ctrl越高，i1越大，k越小，反之k越大，通過該電路可以很好的改善系統(tǒng)的調(diào)光效果，降低小電流時候的系統(tǒng)開關頻率，同時不影響系統(tǒng)的功率因素。

本說明書所述的僅是本發(fā)明的較佳的具體實施方式，用于說明本發(fā)明的技術方案，而非對本發(fā)明的限制，凡本領域的技術人員依據(jù)本發(fā)明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗來對本發(fā)明做出了一些調(diào)整和改變而得到的技術方案，例如將本發(fā)明的輸出電流控制電路的技術應用在開關分段調(diào)光，pwm調(diào)光，模擬調(diào)光等的led驅(qū)動電源中。仍為本發(fā)明的要義所在，皆應在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。