專利名稱：一種基于pfm的led控制器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子產(chǎn)品控制電路領(lǐng)域，涉及一種基于PFM (Pulse frequencymodulation,脈沖頻率調(diào)制)的LED驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
在目前倡導(dǎo)節(jié)能高效的大環(huán)境下，戶外庭院、景觀等照明開始普遍采用太陽能補(bǔ)充能源及控制方式，該方式不僅能利用可持續(xù)能源、節(jié)省當(dāng)前傳統(tǒng)能源消耗而且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開、關(guān)；且發(fā)光體采用LED發(fā)光二極管。LED發(fā)光二極管具有壽命長、體積小、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，市場已經(jīng)大量采用LED替代傳統(tǒng)米泡燈發(fā)光體實(shí)現(xiàn)戶外裝飾、亮化工程。在實(shí)際使用中，不同的客戶有不同的照明要求有的客戶要求亮度高、功率大,晚上可以起到亮化環(huán)境的作用，而有的客戶只需要起到點(diǎn)綴作用即可、因此電流較小。因此對于生產(chǎn)廠商而言，則需要驅(qū)動(dòng)器控制電路能很方便地實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)功能。目前，市場上此類驅(qū)動(dòng)器電路主要有開環(huán)PWM控制電路、恒壓控制電路、恒流控制。其中恒壓控制電路和恒流控制電路屬于早期應(yīng)用方式、其外圍管腳多且還需要一些外圍元件配合才能應(yīng)用太陽能充電及控制，其市場應(yīng)用范圍已經(jīng)很小。如圖1和圖2所示的恒壓控制電路和恒流控制電路，恒壓和恒流控制電路需要整流濾波然后再通過VDD和Ifb反饋形成閉合環(huán)路。而開環(huán)PWM控制電路則是相對于恒壓控制電路和恒流控制電路而言不同，如圖3所示的基于固定占空比PWM控制的太陽能LED控制電路結(jié)構(gòu)圖和圖4所示的基于帶電壓反饋的PWM控制的太陽能LED控制電路結(jié)構(gòu)圖，這兩種是通過內(nèi)部特定控制方式形成特定的小環(huán)路，此種方式芯片管腳少、使用簡單、成本低，只需調(diào)整外圍電感的電感量就可以調(diào)整LED驅(qū)動(dòng)功率，更適合目前戶外LED驅(qū)動(dòng)要求。LED有單色LED和彩色LED，單色LED分紅、黃、藍(lán)、綠、白等顏色LED，不同顏色的LED工作電壓是不一樣的，圖3芯片帶載這些不同負(fù)載LED時(shí)其占空比是不變的、只有電池電壓變化時(shí)其占空比才會(huì)有一定比例的變化，根據(jù)DC-DC最基本的原理，對于相同輸入電壓、其升壓(負(fù)載)輸出電壓不一樣時(shí)，電路占空比是不一樣的。因此，圖3芯片帶載不同類型的LED時(shí)，其電流變化比較大，對于生產(chǎn)廠家而言不易控制、增加難度。圖4則通過比較器監(jiān)控SW輸出端的波形電壓，Tl時(shí)間段是電感充電時(shí)間，T2時(shí)間段是電感放電時(shí)間，比較器檢測到電壓到設(shè)定值時(shí)電路重新轉(zhuǎn)入充電時(shí)間，T3時(shí)間段是放電時(shí)間轉(zhuǎn)入充電時(shí)間的一個(gè)電路延遲時(shí)間，實(shí)際上屬于放電時(shí)間。這樣，通過比較器，圖4電路帶不同負(fù)載LED時(shí)，其占空比是可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的，根據(jù)三角形原理可以簡單算出只要充電時(shí)間固定則電流平均值是固定的，因此圖4電流穩(wěn)定性比圖3更穩(wěn)定。但是，PWM由于比較器的影響，回路增益及響應(yīng)速度受到限制，需要進(jìn)一步提升效率。另外，從太陽能充電及其控制來看，目前市場上電路產(chǎn)品采用的都是共陽接法，即在電路中采用的是PMOS充電管(如圖3、圖4)，該充電方法在相同成本下其充電效果不高、降低了太陽能的利用率。實(shí)用新型內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于PFM的LED控制器電路，提供更高性能、滿足不同LED負(fù)載的驅(qū)動(dòng)控制方式、更高的太陽能利用效率，降低客戶產(chǎn)品成本、庫存壓力并提高生產(chǎn)效率。[0009]為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型所采用的解決方案是[0010]一種基于PFM的LED控制器電路，電池BATT的陰極接地，其陽極接太陽能電池的陽極和電感L 一端，電感L另一端接負(fù)載LED的陽極，負(fù)載LED的陰極接地；電感L兩端并聯(lián)電流檢測電路Isense,且在與負(fù)載LED陽極相接的電感L另一端與電流檢測電路Isense 之間設(shè)有開關(guān)SW ;電流檢測電路Isense的輸出端與邏輯電路Logic的輸入端連接；第一場效應(yīng)管麗的漏極與太陽能電池的陰極和邏輯電路Logic輸入端連接，其柵極與邏輯電路 Logic輸出端連接，其源極接地；邏輯電路Logic的輸出端與振蕩電路OSC的輸入端連接， 振蕩電路OSC的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路Driver的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)電路Driver的輸出端與開關(guān)SW相連接。[0011] 進(jìn)一步，所述電流檢測電路I sense包括形成鏡像關(guān)系的第二場效應(yīng)管MPI和第三場效應(yīng)管MP2，放大器Al和電阻Rs，第二場效應(yīng)管MPl的柵極與第三場效應(yīng)管MP2的柵極連接，第二場效應(yīng)管MPl的源極連接于上述電感L的一端，第三場效應(yīng)管MP2的源極與電感 L另一端的開關(guān)SW連接，第二場效應(yīng)管MPl的漏極和柵極接在一起形成偏置，第三場效應(yīng)管 MP2的漏極連接電阻Rs和放大器Al，電阻Rs另一端接地，放大器Al具有施密特特性，其另一端與邏輯電路Logic的輸入端連接。[0012]所述第二場效應(yīng)管MPl的漏極具有偏置電流Ibias，其給第三場效應(yīng)管MP2作為電流參考。[0013]所述負(fù)載LED是單色LED燈串或是由多種顏色LED組成的LED燈串。[0014]所述太陽能板與電池BATT是共陽接法，太陽能電池陽極與電池BATT陽極接在一起，太陽能陰極接電路充電控制端。[0015]由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)[0016]1、在相同外圍電感條件下，采用不同規(guī)格LED負(fù)載時(shí)，電路放電電流是一樣的，[0017]其批量生產(chǎn)時(shí)一致性非常好。[0018]2、太陽能電池給電池充電時(shí)，太陽能充電效率更高。


[0019]圖[0020]圖[0021]圖[0022]圖[0023]圖[0024]圖[0025]圖[0026]圖[0027]圖1是現(xiàn)有的DC-DC恒壓升壓電路示意圖。2是現(xiàn)有的DC-DC恒流升壓電路示意圖。3是固定占空比PWM控制的LED控制電路結(jié)構(gòu)圖。4是帶電壓反饋的PWM控制的LED控制電路結(jié)構(gòu)圖。5是本實(shí)用新型基于PFMLED控制結(jié)構(gòu)圖。6是電池放電電流波形圖。7是電流檢測電路Isense結(jié)構(gòu)示意圖。8是現(xiàn)有的太陽能充電共陰接法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。9是本實(shí)用新型太陽能充電共陽接法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖5所示本實(shí)用新型基于PFM的LED控制結(jié)構(gòu)示意圖。電池BATT的陰極接地，其陽極接太陽能電池的陽極和電感L 一端，電感L另一端接負(fù)載LED的陽極，負(fù)載LED的陰極接地。電感L兩端并聯(lián)電流檢測電路Isense，且在與負(fù)載LED陽極相接的電感L另一端與電流檢測電路Isense之間設(shè)有開關(guān)SW。電流檢測電路Isense的輸出端與邏輯電路Logic的輸入端連接。第一場效應(yīng)管MN的漏極與太陽能電池的陰極和邏輯電路Logic輸入端連接，其柵極與邏輯電路Logic輸出端連接，其源極接地。邏輯電路Logic的輸出端與振蕩電路OSC的輸入端連接，振蕩電路OSC的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路Driver的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)電路Driver的輸出端與開關(guān)SW相連接。圖7是本實(shí)用新型的電流檢測電路Isense的簡易結(jié)構(gòu)示意圖。電流檢測電路Isense包括形成鏡像關(guān)系的第二場效應(yīng)管MPl和第三場效應(yīng)管MP2，放大器Al和電阻Rs，第二場效應(yīng)管MPl的柵極與第三場效應(yīng)管MP2的柵極連接，第二場效應(yīng)管MPl的源極連接于上述電感L的一端,第三場效應(yīng)管MP2的源極與電感L另一端的開關(guān)SW連接,第二場效應(yīng)管MPl的漏極和柵極接在一起形成偏置，具有偏置電流Ibias，其給第三場效應(yīng)管MP2作為電流參考，第三場效應(yīng)管MP2的漏極連接電阻Rs和放大器Al，電阻Rs另一端接地，放大器Al具有施密特特性，其另一端與邏輯電路Logic的輸入端連接。第二場效應(yīng)MP1、第三場效應(yīng)管MP2和電阻Rs組成電流取樣電路，若Ibias=2uA電流，則第三場效應(yīng)管MP2是以2uA電流作為參考，并考慮第二場效應(yīng)MP1、第三場效應(yīng)管MP2比例及電阻(Imp2*Rs電壓〉放大器翻轉(zhuǎn)電壓)等計(jì)算，可以算出第三場效應(yīng)管MP2及電感所需要的檢測電流值20uA或其它電流參數(shù)。也就是說，第二場效應(yīng)管MPl與第三場效應(yīng)管MP2大小比例及Rs阻值大小決定電流取樣值。本實(shí)用新型電路屬于升壓LED驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)SW端電壓低于LED工作電壓時(shí)，LED將不會(huì)從電感中抽電流，此時(shí)電感較容易形成阻尼振蕩，此時(shí)SW端電壓不能很準(zhǔn)確地反映出LED的工作狀態(tài)。當(dāng)電感中能量充足時(shí)，Vl點(diǎn)(第三場效應(yīng)管MP2的漏極)電壓為高，當(dāng)電感能量快放完、電感中沒有電流輸出時(shí)Vl點(diǎn)電壓為低，此時(shí)放大器Al輸出信號到邏輯電路Logic模塊，是電路轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)、即圖6中的Tl時(shí)間段。整個(gè)電路原理是電路起始狀態(tài)電感中無電流、Vl輸出低電平，通過放大器Al將信號送到邏輯電路Logic模塊、邏輯電路Logic模塊控制振蕩電路OSC使電路轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)，充電時(shí)間是由振蕩電路OSC固定控制的，充電時(shí)間到后驅(qū)動(dòng)電路Driver被關(guān)斷、并與開關(guān)SW斷開，電感L的SW端電壓上升通過LED到地形成回路開始放電、此時(shí)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光同時(shí)Vl輸出高電平；當(dāng)電感能量放完，第二場效應(yīng)管MPl、第三場效應(yīng)管MP2和電阻Rs模塊檢測不到電流時(shí)Vl輸出低電平，通過放大器Al將信號送到邏輯電路Logic模塊、邏輯電路Logic模塊控制振蕩電路OSC使電路再次轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)，如此反復(fù)，電路通過電感充放電給LED 驅(qū)動(dòng)。電池放電波形如圖 6 所示Iaverage=Iin (max) (T1+T2) / {(T1+T2+T3) *2}，由于PFM的響應(yīng)速度較快，T3可以忽略不記Iaverage=Iin(max)/2，而理論上、不考慮其它損耗時(shí)Iin(max)=V*Tl/L，因此只要確保充電時(shí)間Tl固定不變，生產(chǎn)廠家只要需要合適的電感值可以的所需要的穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流值。[0033]另外，電池BATT、太陽能電池和第一場效應(yīng)管MN形成另一充電電路。其原理圖如 圖9。圖9中采用的是共陽接法，不同與現(xiàn)有的圖8中所示的共陰接法。圖9的共陽接法 是電池陽極與太陽能電池陽極相連，二極管(電路中用充電控制管代替，其特性與二極管一 樣正向?qū)?、反向阻?陽極與電池陰極相連、其陰極與太陽能電池陰極相連，當(dāng)太陽能電 池電壓大于電池電壓與二極管電壓之和時(shí)，電池陰極電壓與太陽能電池電壓差使二極管導(dǎo) 通，太陽能板給充電電池充電；在集成電路中共陰接法充電管采用的是PMOS管，共陽接法 則為NMOS管，相同芯片(面積)成本下，NMOS充電能力是PMOS的約2. 5倍，因此在同等情況 下共陽接法太陽能電池利用率更高。在本實(shí)用新型中體現(xiàn)為圖5中所示的電池BATT陽極 與太陽能電池陽極相連，第一場效應(yīng)管麗的漏極與太陽能電池的陰極相連、其柵極與電池 BATT的陰極連接并接地。當(dāng)太陽能電池電壓大于電池BATT的電壓與第一場效應(yīng)管MN的電 壓之和時(shí)，電池BATT陰極電壓與太陽能電池電壓差使第一場效應(yīng)管MN導(dǎo)通，太陽能電池給 電池BATT充電。[0034]上述的對實(shí)施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本 實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此 說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本實(shí)用新型不限于 這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示，不脫離本實(shí)用新型的范疇所做出 的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于PFM的LED控制器電路，其特征在于電池BATT的陰極接地，其陽極接太陽能電池的陽極和電感L 一端，電感L另一端接負(fù)載LED的陽極，負(fù)載LED的陰極接地；電感L兩端并聯(lián)電流檢測電路Isense，且在與負(fù)載LED陽極相接的電感L另一端與電流檢測電路Isense之間設(shè)有開關(guān)SW ;電流檢測電路Isense的輸出端與邏輯電路Logic的輸入端連接；第一場效應(yīng)管MN的漏極與太陽能電池的陰極和邏輯電路Logic輸入端連接，其柵極與邏輯電路Logic輸出端連接，其源極接地；邏輯電路Logic的輸出端與振蕩電路OSC的輸入端連接，振蕩電路OSC的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路Driver的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)電路Driver的輸出端與開關(guān)SW相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于PFM的LED控制器電路，其特征在于所述電流檢測電路Isense包括形成鏡像關(guān)系的第二場效應(yīng)管MPl和第三場效應(yīng)管MP2，放大器Al和電阻Rs，第二場效應(yīng)管MPl的柵極與第三場效應(yīng)管MP2的柵極連接，第二場效應(yīng)管MPl的源極連接于上述電感L的一端,第三場效應(yīng)管MP2的源極與電感L另一端的開關(guān)SW連接,第二場效應(yīng)管MPl的漏極和柵極接在一起形成偏置，第三場效應(yīng)管MP2的漏極連接電阻Rs和放大器Al，電阻Rs另一端接地，放大器Al具有施密特特性，其另一端與邏輯電路Logic的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的基于PFM的LED控制器電路，其特征在于所述第二場效應(yīng)管MPl的漏極具有偏置電流Ibias，其給第三場效應(yīng)管MP2作為電流參考。
4.如權(quán)利要求1所述的基于PFM的LED控制器電路，其特征在于所述負(fù)載LED是單色LED燈串或是由多種顏色LED組成的LED燈串。
5.如權(quán)利要求1所述的基于PFM的LED控制器電路，其特征在于所述太陽能板與電池BATT是共陽接法，太陽能電池陽極與電池BATT陽極接在一起，太陽能陰極接電路充電控制端。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于PFM的LED控制器電路，采用共陽充電控制方式實(shí)現(xiàn)太陽能電池對可充電電池充電；通過電流檢測電路對電感檢測電感處于放電狀態(tài)時(shí)，與電路SW端相連接的那端輸出為高電壓狀態(tài)，此時(shí)電感對負(fù)載LED放電，使其點(diǎn)亮；當(dāng)電流檢測電路檢測到電感電流到設(shè)定值時(shí)通過電路使電感轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)，此時(shí)電感與電路SW端相連接的那端輸出為低電壓狀態(tài)，電感對負(fù)載LED關(guān)斷，使其燈滅。本實(shí)用新型提高產(chǎn)品一致性、穩(wěn)定性，且可實(shí)現(xiàn)低內(nèi)阻充電控制、更高效率地利用太陽能能源，使客戶產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中性能更優(yōu)。
文檔編號H05B37/02GK202889702SQ20122040544
公開日2013年4月17日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者楊義凱, 付春國 申請人:上海裕芯電子有限公司