專利名稱：Led驅動器啟動邏輯與電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及市電輸入的LED驅動器的啟動邏輯和電路實現(xiàn)。屬于電力電子技術領域以及集成電路設計領域。
背景技術：
白光LED作為新型的半導體照明光源具有眾多優(yōu)點以及廣泛的應用前景。在通用照明領域內，白光LED直接替代白熾燈、熒光燈等照明光源已經成為大勢所趨。盡管消費電子用LED驅動器的技術和市場已經比較成熟，而家庭照明用LED驅動器還有技術瓶頸尚待突破，目前已經成為眾多國際知名電源設計公司的競爭領域。
電源的啟動過程及其電路實現(xiàn)更是市電輸入的LED驅動器的技術焦點，在各類LED 驅動器中扮演著舉足輕重、不可替代的作用。如果啟動邏輯比較混亂，輕則上電過程中芯片消耗很大的啟動電流，一是導致芯片的啟動功耗較高，降低芯片的工作效率；二是電流較大可能導致啟動過程中芯片較熱，帶來散熱問題。重則導致驅動器不能正常啟動，如若啟動電流消耗較大，會導致供電端外接電阻的電壓變化范圍比較大，如果在第三繞組能正常地給芯片供電之前電容兩端的電壓低于欠壓鎖定設定的下限值，芯片將反復啟動，導致無法正常工作。
因此，本專利對相關LED驅動器的啟動邏輯及具體的電路實現(xiàn)進行分析設計，力求提供一種上電清晰、功能完善、高效可靠的方法。

發(fā)明內容
本實用新型專利的目的是提供一種適用于LED驅動器的時序啟動邏輯及其電路實現(xiàn)，以保證驅動芯片可以正常實現(xiàn)啟動。
芯片啟動的要求在于一啟動電流要小，一般小于IOOuA ；二 內部的電路模塊已經正常工作，包括電源上電電路，片內預充電電路，帶隙基準電路，電壓調節(jié)器和自舉欠壓鎖定電路 ’三驅動器的輸入電壓要滿足一定的要求，在本實用新型專利中要高于啟動門限電壓(設置為21.6V)開始工作，若低于門限電壓(設置為9. 7V)，則重新啟動。
可選的，所述預充電電路由負反饋結構產生偏置電流；二極管連接形式的PMOS實現(xiàn)電位抬升；高壓PMOS與NMOS器件完成電流鏡像以及電源輸出。
可選的，所述帶隙基準電路由BJT的負溫度特性與BE結電壓差的正溫度特性補償原理而產生，采用誤差放大器嵌位，實現(xiàn)低溫度系數(shù)的帶隙電壓產生。
可選的，所述電壓調節(jié)器采用LDO的結構，并且在誤差放大器與調整管之間帶有緩沖級隔離，以提供更好的頻率相應，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。由高壓PMOS與NMOS實現(xiàn)。
可選的，所述自舉欠壓鎖定電路用于對芯片輸入電壓進行判斷，采用比較器與RS 觸發(fā)器的結構，完成不同的邏輯。


表格1為自舉欠壓鎖定的工作原理說明(VIN上升過程)； 表格2為自舉欠壓鎖定的工作原理說明(VIN下降過程)； 圖1為系統(tǒng)供電電源的上電電路示意圖； 圖2為LED驅動器的時序啟動邏輯示意圖； 圖3為預充電電路及帶隙基準電路的結構示意圖； 圖4為電壓調節(jié)器的電路結構示意圖； 圖5是自舉欠壓鎖定的電路結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本實用新型專利做進一步說明。
圖1系統(tǒng)供電電源的上電電路示意圖，經過整流的市電電壓通過充電電阻 Rstartup接于一外接電容Cvin的上端，外接電容的下端接地。電容兩端的電壓即為圖一中的VIN，我們將之稱為驅動器的輸入電壓。
圖2是LED驅動器的時序啟動邏輯示意圖，驅動器的輸入電壓VIN范圍比較大， 若直接用芯片電源電壓給帶隙基準電路供電，則很難保證帶隙基準電路的輸出在如此大的電源電壓范圍內保持對電壓和溫度的不相關性。因此在此啟動邏輯中加入了預充電電路。 隨著充電的進行逐漸升高，芯片電源電壓作為預充電電路的電源電壓，當芯片電源電壓大于5V時預充電電路可以正常工作，此電路輸出一個5V左右的電壓，用于給帶隙基準電路供電，因為帶隙基準的電壓相對比較穩(wěn)定，因此此帶隙基準具有極好的線性調整率。
帶隙的輸出作為電壓調節(jié)器的參考電壓，而電壓調節(jié)器的電源電壓即為芯片輸入電壓。若電壓調節(jié)器正常工作，輸出一個5V的對電源和溫度不敏感的電壓。
隨著芯片輸入電壓VIN的不斷升高，自舉欠壓鎖定電路一直監(jiān)控此電壓，當此電壓達到設定的上限電壓21. 6V時，自舉欠壓鎖定電路輸出高電平信號，一旦輸出高電平信號，自舉欠壓鎖定電路的門限變?yōu)?. 7V，即只有芯片電源電壓低于下限電壓9. 7V時欠壓鎖定電路才輸出低電平信號，此電路給出了 12V的滯回范圍。在芯片外部充電電容維持一定的情況下，這個滯回范圍足夠大以至于在功率管導通第三繞組正常供電之前充電電容上的電荷量足以給芯片供電。
可以看出在啟動過程中芯片內部的使能沒有開始，因此芯片內部的其他電路，例如振蕩器，PWM比較器，誤差放大器和保護模塊等電路沒有工作，芯片消耗的電流較小，典型情況下只有小于IOOuA的電流，使芯片的啟動功耗較小并且不會帶來散熱問題。
圖3是圖2中的預充電電路和帶隙基準電路的實現(xiàn)電路圖，預充電電路的電源電壓為芯片輸入電壓，輸出的VDDS信號為帶隙基準電路供電。左側的電阻R3，NPN晶體管 Q4，Q5，Q6，Q7和電阻R4用于產生一對電源不敏感的電流，此電流流經PMOS晶體管Pl，此電流被PMOS晶體管P2和P3鏡像到右邊的支路，這兩PMOS管中的電流之和流過二極管連接的PMOS管P4，P5，和P6，產生一電壓，此電壓加上NPN晶體管Q8和Q9的基極-發(fā)射級電壓差，再減去NMOS管m的柵源電壓差即為預充電電路的輸出電壓，其表達式為 其中Vthp為PMOS管P4，P5和P6的閾值電壓，Vd為二極管基極發(fā)射級電壓差。圖 vdds^\vthp\ + 2vd-vg
2(/紹+/』
^vd-Vos
w/l2中的帶隙基準電路采用經典的帶隙產生結構，其中PMOS管M15，NMOS管M14、M12為啟動電路。其產生的帶隙基準電壓如下式所示 Vref = Vb^(R2ZR1)Vt In η 圖4為電壓調節(jié)器的實現(xiàn)電路圖，圖3中帶隙基準的輸出電壓接到此圖中PMOS晶體管Ρ2的柵極，通過負反饋結構產生內部對電源電壓和溫度不敏感的5V電壓。電壓調節(jié)器的電源電壓為芯片的電源電壓，誤差放大器采用折疊共源共柵運算放大器，為了改善電壓調節(jié)器的瞬態(tài)響應，采用了兩級緩沖結構。第一級緩沖級為CMOS源極跟隨器，第二級緩沖級為Bipolar緩沖級，PT為功率調整管。電阻R3和PMOS晶體管P16起電流限制作用， 當流過功率管的電流過大時，電阻R3兩端的電壓較高，PMOS晶體管P16的源柵電壓差大于 |Vthp|，P16管導通，將功率管的柵極電壓拉高，從而限制流過功率管的電流。電壓調節(jié)器輸出的電壓表達式如下所示
權利要求
1.一種新穎的適用于市電輸入的LED驅動器的啟動邏輯及其電路，包括從市電輸入、 整流濾波、電阻充電、內部電壓產生、芯片輸入電壓判斷、完成啟動的全過程，其特征在于接收全球通用的市電輸入，內部完成電壓轉換及啟動的完整電路結構。
2.如權利要求1所述的啟動邏輯，其特征在于，上電的時序、以及對電壓的判斷做出不同的響應。以及完成該啟動邏輯所需要的電路電源上電電路，片內預充電電路，帶隙基準電路，電壓調節(jié)器和自舉欠壓鎖定電路。
3.如權利要求2所述的電源上電電路，其特征在于，對交流電進行整流濾波，通過片外電阻為驅動器提供啟動電流，并且對片外電容充電，以使驅動器輸入電壓VIN滿足啟動要求。
4.如權利要求2所述的片內預充電電路，其特征在于，第一時間產生片內的守候電壓源，從而為其他啟動所需模塊供電。
5.如權利要求2所述的帶隙基準電路，其特征在于，產生芯片內部低溫度系數(shù)的參考電壓及電流。
6.如權利要求2所述的電壓調節(jié)器電路，其特征在于，采用低壓降線性穩(wěn)壓器的原理， 產生5V的內部電源電壓，用于芯片內部供電。
7.如權利要求2所述的自舉欠壓鎖定電路，其特征在于，具有較大滯回電壓范圍 (9. 7V 21. 6V)，允許驅動器輸入電壓高于門限電壓21. 6V時自行啟動，降至9. 7V以下時， 返回至啟動模式。
8.如權利要求3 7所述的發(fā)生電路，其特征在于，所述電路正常工作以后，產生驅動器的使能信號，開始進行LED電流的恒流調制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新穎的適用于市電輸入的LED驅動器的啟動邏輯及其電路，以實現(xiàn)全球通用交流市電輸入(85V AC～265V AC)下，均可順利完成驅動器的上電及啟動過程。其中所述啟動邏輯及電路，包括LED驅動的時序啟動邏輯；以及完成該邏輯所需要的電路電源上電電路，用于整流濾波，為驅動器提供啟動電流；片內預充電電路，用于第一時間產生片內的守候電壓源，從而為其他啟動所需模塊供電；帶隙基準電路，用于提供芯片內部低溫度系數(shù)的參考電壓及電流；電壓調節(jié)器電路，采用低壓降線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator)的結構，產生5V的內部電源電壓，用于芯片內部供電；自舉欠壓鎖定電路，具有較大滯回電壓范圍(9.7V～21.6V)，允許驅動器輸入電壓高于門限電壓21.6V時自行啟動，降至9.7V以下時，返回至啟動模式。至此，完成LED驅動器的電壓轉換、上電啟動、芯片工作過程。
文檔編號H05B37/02GK102186284SQ201110079360
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者劉志東, 金希根, 何媛, 程玉華 申請人:上海北京大學微電子研究院