專利名稱：高壓大功率led恒流驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源功率技術(shù)，尤其涉及直流和直流之間的變換設(shè)備，具體地說， 涉及直流降壓型LED電流驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
在特定場合有必要使用恒流源來驅(qū)動負載，尤其是半導體照明光源應(yīng)用場 合。以照明元件領(lǐng)域近年來發(fā)展極快的高亮度白光LED(發(fā)光二極管)為例，LED燈比傳統(tǒng)的 照明燈具有節(jié)能、長壽、環(huán)保、小體積及高可靠性等幾大優(yōu)點，從而在照明、背光、顯示 等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。要充分發(fā)揮白光LED的上述各種優(yōu)點，采用恒流源驅(qū)動，使LED上 流過的電流不受供電壓變化、環(huán)境溫度變化，以及LED參數(shù)離散性的影響，是最佳驅(qū)動方 式。
而在電功率系統(tǒng)中，電能通常以電壓源的方式出現(xiàn)，因此需要如

圖1所示用一個驅(qū)動 電路(電壓/電流轉(zhuǎn)換電路)將電壓VIN轉(zhuǎn)化為電流，再提供給負載，以驅(qū)動LED為例。當 輸出端電壓，即在LED燈串上的正向壓降VLED,低于電壓源電壓時，需要釆用降壓型驅(qū)動 電路。目前，降壓型驅(qū)動電路主要有下列三種
第一種，采用傳統(tǒng)的DC-DC降壓技術(shù)，如圖2所示的曾公開于《功率電子基礎(chǔ)》 ("Fundamentals of Power Electronics", 2001年由Kluwer學院出版社再版)的方案。串接 在輸入和輸出端之間的開關(guān)管采用PMOS,在該開關(guān)管的輸出端和LED之間串接一個電感 L,在LED與地之間串接一個采樣電阻Rcs，在該LED與采樣電阻Rcs的串聯(lián)支路上并聯(lián) 一個電容C;從而輸出電流的變化通過所述采樣電阻Rcs上的壓降變化反饋倒開關(guān)管驅(qū)動電 路，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號送往所述PMOS管的柵極(控制極)，通過控制PMOS管的導通 或截止來維持輸出電流的微小波動，實現(xiàn)恒流輸出。該電路的缺點是所述開關(guān)管驅(qū)動電路 復雜、PMOS管導通電阻大、效率低。另外，開關(guān)管驅(qū)動電路的耐壓必須大于輸入電壓VIN, 在高輸入電壓的應(yīng)用場合，開關(guān)管驅(qū)動電路的成本將大為提高。
第二種，采用NMOS開關(guān)管來提高效率，如圖3所示，為Zetex半導體公司在ZXLD1350 (350mA LED的驅(qū)動芯片)的產(chǎn)品說明書上所公開的電路。該電路依次將電壓源VIN、采樣 電阻Rcs、電感L、 LED串及所述NMOS管串接起來，在所述采樣電阻Rcs、電感L和LED串 的串接支路上并聯(lián)穩(wěn)壓二極管D，使用一個帶遲滯誤差比較器的開關(guān)控制電路，將所述采樣 電阻Rcs上的壓降與一個基準電壓VREF進行比較，從而產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號送往所述NMOS 管的控制極來實現(xiàn)恒流控制。該電路檢測電流用的是電感、同時也是LED上的電流，由于 電感電流的非突變特性，電流檢測十分精確，因此，恒流效果好。該電路的不足之處在于， 由于電流的檢測在高壓端進行，電流檢測電路的耐壓必須大于VIN，在高輸入電壓的應(yīng)用場 合，驅(qū)動電路的成本較高。
第三種，在圖3所示方案的基礎(chǔ)之上，如圖4所示，為Supertex公司在HV9910 (高亮 度LED驅(qū)動裝置)的產(chǎn)品說明書上所公開的電路。該電路將串接回路中的采樣電阻Rcs位 置移到NMOS開關(guān)管與地之間，換用一個低壓控制電路來取代所述開關(guān)控制電路，從而驅(qū)動
高壓開關(guān)，達到降低成本的目的。該低壓控制電路包括一個誤差比較器，接收來自所述采 樣電阻Rcs的壓降信號，通過一個控制電路來產(chǎn)生送往NMOS管控制極的控制信號。該電路 的不足之處在于，它只能檢測NMOS管在導通狀態(tài)期間的電流，且由于NMOS寄生電容Ccs充 放電的影響，使得恒流效果較差
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提出一種LED 恒流驅(qū)動裝置，在高壓大功率的應(yīng)用場合下保持較好恒流效果，并簡化驅(qū)動電路的設(shè)計。
作為實現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)方案是，提供一種高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，包括開 關(guān)管，采樣電阻Rcs與電感L,尤其是，還包括一個低壓控制電路，采集所述采樣電阻Rcs 上的電壓降，從而產(chǎn)生一個控制信號送往所述開關(guān)管的控制端；所述采樣電阻Rcs與電感L 相串聯(lián)，并串聯(lián)在所述開關(guān)管的輸出端與該電流驅(qū)動裝置的電流輸出端之間；所述開關(guān)管 的輸入端連接直流電壓源；還包括一個穩(wěn)壓二極管D3，陰極連接所述開關(guān)管的輸出端，陽 極接地。
上述方案中，在該恒流驅(qū)動裝置的電流輸出端與地之間串接有由多個LED組成的LED串。
上述方案中，所述開關(guān)管為一個NMOS管，所述開關(guān)管的輸出端為該畫0S管的源極， 輸入端為該NMOS管的漏極。
上述方案中，所述低壓控制電路包括一個帶遲滯的比較器，該比較器的反相輸入端接 所述采樣電阻Rcs靠近開關(guān)管輸出端的一端，同相輸入端接一個基準電壓源VREF的正極， 該基準電壓源VREF的負極接所述采樣電阻Rcs的另一端；由該比較器輸出所述送往開關(guān)管 控制端的控制信號。
上述方案中，所述低壓控制電路的供電源來自于所述直流電壓源，具體是，在所述直 流電壓源與所述開關(guān)管的輸出端之間依次串接一個二極管D1、電阻R和穩(wěn)壓二極管D2，該
二極管Dl的陰極和穩(wěn)壓二極管D2的陰極與所述電阻相連接； 一個晶體管的基極連接所述 穩(wěn)壓二極管D2的陰極，集電極連接所述二極管Dl的陰極，發(fā)射極經(jīng)過一個電容C電連接 所述穩(wěn)壓二極管D2的陽極；所述穩(wěn)壓二極管D2的陽極還連接所述穩(wěn)壓二極管D3的陰極； 從而，所述電容C利用充放電循環(huán)來提供送往該低壓控制電路的所述供電源。
采用上述技術(shù)方案，均可以降低驅(qū)動裝置的成本。
附圖t兌明圖l是現(xiàn)有電流驅(qū)動電路原理框圖
圖2是現(xiàn)有驅(qū)動電路實施例之一的電原理圖 圖3是現(xiàn)有驅(qū)動電路實施例之二的電原理圖 圖4是現(xiàn)有驅(qū)動電路實施例之三的電原理圖 圖5是本發(fā)明恒流驅(qū)動裝置的電原理圖 圖6是圖5裝置的輸出電流示意圖
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實施例進一步闡述本發(fā)明。
如圖5的電原理圖所示，本發(fā)明恒流驅(qū)動裝置包括一個輸入端連接直流電壓源VIN的 開關(guān)管；采樣電阻Rcs與電感L相串聯(lián)，并串聯(lián)在所述開關(guān)管的輸出端與該電流驅(qū)動裝置 的電流輸出端P之間(該采樣電阻Rcs和電感L在回路中的先后串聯(lián)次序可以不作限制， 為說明簡單起見，本實施例中假定采樣電阻Rcs在先)；穩(wěn)壓二極管D3的陰極連接所述開 關(guān)管的輸出端，陽極接地。本發(fā)明恒流驅(qū)動裝置還包括一個低壓控制電路，采集所述釆樣
電阻RCS上的電壓降，從而產(chǎn)生一個控制信號送往所述開關(guān)管的控制端。所述直流電壓源 可以是由交流巿電經(jīng)整流和濾波獲得。該直流電壓源可以來自外置電源模塊，通過接插連 接端子提供給本發(fā)明裝置。
在本發(fā)明裝置的最佳實施例中，所述低壓控制電路包括一個帶遲滯的比較器，該比較
器的反相輸入端接所述采樣電阻Rcs靠近開關(guān)管輸出端的一端，同相輸入端接一個基準電 壓源VREF的正極，該基準電壓源VREF的負極接所述采樣電阻Rcs的另一端。由該比較器 輸出所述送往開關(guān)管控制端的控制信號。該控制電路也可以采用其它形式，包括類似圖4 的低壓開關(guān)控制電路，但因其屬于現(xiàn)有技術(shù)且結(jié)構(gòu)較為復雜，此處不再窮舉。
所述開關(guān)管采用如但不限于圖示的NMOS管，但為了提高驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)換效率，最好采 用具有低導通電阻的NM0S管。所述開關(guān)管的輸出端為該NMOS管的源極，輸入端為該NMOS 管的漏極。
以LED負載為例，將包括多個串接LED的LED串串接在所述電流輸出端P與地之間， 對本發(fā)明裝置的工作原理解釋如下在開關(guān)管的導通狀態(tài)，輸入電壓VIN經(jīng)由NM0S管、電 阻Rcs、電感L和LED串一起組成的充電回路對電感L充電，若忽略NM0S管和電阻Rcs上 的電壓降，電感L上的電壓為VIN-VLED,則電感電流的上升斜率為(VIN-VLED)/L,當該電 流上升到VREF/Rcs時，所述帶遲滯的比較器輸出低電平，使所述NM0S開關(guān)管進入關(guān)斷狀 態(tài)。在開關(guān)管的關(guān)斷狀態(tài)，所述電感L通過由電感L、 LED串、穩(wěn)壓二極管D3和采樣電阻 Rcs組成的放電環(huán)路放電，若忽略電阻Rcs和二極管D3上的電壓降，所述電感L上的電壓 為-VLED,則電感電流的下降斜率為VLED/L，當該電流下降到(VREF - AVREF)/Rcs時，其 中AVREF為所述帶遲滯的比較器的遲滯電壓，該比較器輸出高電平，使所述麗OS開關(guān)管進 入導通狀態(tài)。上述導通-關(guān)斷的過程不斷重復，從而達到給負載供直流電的功能。
圖6示意了上述重復過程中所述電感L上的電流，也就是本發(fā)明裝置輸出電流的波形。 該波形為鋸齒波，電流的最大值為VREF/Rcs,最小值為(VREF-AVREF)/Rcs,故平均值為 VREF/Rcs-AVREF/2Rcs,波動范圍為△ VREF/Rcs。所以本發(fā)明裝置輸出的平均電流與VREF、 Rcs和AVREF有關(guān)，與輸入電壓VIN無關(guān)；電流波動范圍主要決定于AVREF/Rcs;從而本
發(fā)明裝置可以根據(jù)負載的情況，通過Rcs和AVREF等參數(shù)來設(shè)定電流的大小，并盡可能減 少電流的紋波，實現(xiàn)恒流驅(qū)動。
在本發(fā)明裝置中，所述低壓控制電路的供電源可以類似釆用圖4的形式，由一個穩(wěn)壓 二極管通過電阻從直流電壓源VIN取得。圖5則給出了該供電源的最佳實施例在直流電 壓源VIN與所述開關(guān)管的輸出端之間依次串接一個二極管D1、電阻R和穩(wěn)壓二極管D2，該 二極管Dl的陰極和穩(wěn)壓二極管D2的陰極與所述電阻相連接；晶體管T (包括但不限于三極 管)的基極連接所述穩(wěn)壓二極管D2的陰極，集電極連接所述二極管Dl的陰極，發(fā)射極經(jīng) 過一個電容C電連接所述穩(wěn)壓二極管D2的陽極；所述穩(wěn)壓二極管D2的陽極還連接所述穩(wěn) 壓二極管D3的陰極。這樣，在所述開關(guān)管的關(guān)斷期間，若忽略穩(wěn)壓二極管D3的正向壓降， 所述穩(wěn)壓二極管D2的陽極(即圖示VI點)處電壓為零，直流電壓源VIN將通過二極管Dl、 晶體管T對電容C充電，該電容C上的壓降(也就是VC點處的電壓)為VD2-VBE (其中 VD2為穩(wěn)壓二極管D2上的穩(wěn)壓降，VBE為晶體管的BE結(jié)導通壓降)。所述電阻R起到限流 作用。在所述開關(guān)管的導通期間，若忽略開關(guān)管上的壓降，所述V1點電壓為VIN,故VC點 的瞬間電壓為VIN+VD2-VBE,使得所述二極管Dl反向截止，電容C向所述低壓控制電路放 電。這樣，由所述VC點向所述低壓控制電路供電，可以使本發(fā)明裝置的低壓控制電路適應(yīng) 更廣的VIN輸入范圍，使供電源更穩(wěn)定，耗電更小。
權(quán)利要求
1. 一種高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，包括開關(guān)管，采樣電阻Rcs與電感L，其特征在于，還包括一個低壓控制電路，采集所述采樣電阻Rcs上的電壓降，從而產(chǎn)生一個控制信號送往所述開關(guān)管的控制端；所述采樣電阻Rcs與電感L相串聯(lián)，并串聯(lián)在所述開關(guān)管的輸出端與該恒流驅(qū)動裝置的電流輸出端之間；所述開關(guān)管的輸入端連接直流電壓源；還包括一個穩(wěn)壓二極管D3，陰極連接所述開關(guān)管的輸出端，陽極接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于在該恒流驅(qū)動裝置的電流輸出端與地之間串接有由多個LED組成的LED串。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于所述直流電壓源來自外置電源模塊，通過接插連接端子提供給該恒流驅(qū)動裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于所述開關(guān)管為一個NMOS管，所述開關(guān)管的輸出端為該固0S管的源極，輸入端為該 麗0S管的漏極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于所述低壓控制電路包括一個帶遲滯的比較器，該比較器的反相輸入端接所述采樣 電阻Rcs靠近開關(guān)管輸出端的一端，同相輸入端接一個基準電壓源VREF的正極，該基 準電壓源VREF的負極接所述采樣電阻Rcs的另一端；由該比較器輸出所述送往開關(guān)管 控制端的控制信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于所述低壓控制電路的供電源來自于所述直流電壓源，具體是，在所述直流電壓源與 所述開關(guān)管的輸出端之間依次串接一個二極管D1、電阻R和穩(wěn)壓二極管D2，該二極管 Dl的陰極和穩(wěn)壓二極管D2的陰極與所述電阻相連接； 一個晶體管的基極連接所述穩(wěn)壓 二極管D2的陰極，集電極連接所述二極管D1的陰極，發(fā)射極經(jīng)過一個電容C電連接所 述穩(wěn)壓二極管D2的陽極；所述穩(wěn)壓二極管D2的陽極還連接所述穩(wěn)壓二極管D3的陰極; 從而，所述電容C利用充放電循環(huán)來提供送往該低壓控制電路的所述供電源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于所述晶體管為三極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，其特征在于該LED恒流驅(qū)動裝置的輸出電流波動范圍主要決定于厶VREF/Rcs，其中AVREF為 所述比較器的遲滯電壓。
全文摘要
一種高壓大功率LED恒流驅(qū)動裝置，可以驅(qū)動LED串，包括開關(guān)管，采樣電阻Rcs與電感L，尤其是，還包括一個低壓控制電路，采集所述采樣電阻Rcs上的電壓降，從而產(chǎn)生一個控制信號送往所述開關(guān)管的控制端；所述采樣電阻Rcs與電感L相串聯(lián)，并串聯(lián)在所述開關(guān)管的輸出端與該電流驅(qū)動裝置的電流輸出端之間；所述開關(guān)管的輸入端連接直流電壓源；還包括一個穩(wěn)壓二極管，陰極連接所述開關(guān)管的輸出端，陽極接地。采用本發(fā)明，具有高壓大功率應(yīng)用下恒流效果好、驅(qū)動電路設(shè)計簡單、裝置成本低的優(yōu)點。
文檔編號H05B33/08GK101389168SQ20071007697
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者李永紅, 袁友生, 黃朝剛 申請人:深圳市泉芯電子技術(shù)有限公司