CN102612199A

CN102612199A - 恒定导通时间电流模式控制的led驱动器的开关方法

Info

Publication number: CN102612199A
Application number: CN2011100256921A
Authority: CN
Inventors: 陈龙
Original assignee: 吕伟文
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2012-07-25

Abstract

恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，包括通过采样电感的平均电流，并将其转换为内部控制电压，此内部控制电压与振荡器开关频率斜坡电压进行比较，以确定开关频率的步骤。本发明的有益效果在于，恒定的LED电流得到保持，从而保证亮度输出的一致性，而与电压和温度变化无关。

Description

恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法

技术领域

本申请涉及一种LED驱动器的开关方法，更具体的，是涉及恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法。

背景技术

在许多LED应用中，特别是在交直流灯照明的应用，一个恒定的LED电流是必要的。在用于AC - DC LED驱动器的现有技术的应用中，降压模式被用来控制峰值电感电流来达到控制LED电流。参看图1。1是输入电容；2是肖特基二极管(续流二极管)，用于降压型LED驱动器；3是电容器，用于平滑LED电流；4是电感；5是LED串；6是功率MOSFET，用于降压型LED驱动器；7是电流检测电阻；8是用于对谐振频率进行编程的电阻；9是连接VDD的输出电容；VDD是一个内部产生的且被调节的输出电压。LD是用作对LED电流的线性调光；PWMD是对于LED电流做脉宽调制的输入端；ROSC是用于连接电阻8来对开关频率进行编程；GND是用于接地；CS是用于在开关（6）处的电流检测；GATE是用于连接到开关（6）的栅极。

峰值电流模式调节是用于电感峰值电流调节。对LED电流峰值的调节是当外部电源MOSFET的开启时。CS引脚监视在CS端的电压。一旦在CS的电压水平超过预先确定的值时，电源开关会自动关闭，直到下一个时钟周期的到来。时钟周期的产生是通过振荡电阻进行，这就是所谓的PWM峰值电流控制模式，参见图2。

开关波形是在开关节点的电压波形，其值取于一个在开关（6）的漏极连接点，二极管（2）的阳极和电感（4）的联接处。CLOCK是由内部产生的时钟信号。下降沿将触发开关（6)）来开启。IL是电感（4）的电流波形。

峰值电流PWM降压模式的LED的调节控制的缺点是，调节发生在电感的峰值电流，而不是平均电流。如果电压或温度变化时，其LED电流会随着变化，LED平均电流无法保持恒定。在许多应用中，需要的是更准确的平均LED电流。

目前的解决方案是在峰值电流达到所编程的值时关闭开关。

发明内容

发明目的

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，以获得精确的LED电流调节。

技术方案

新的解决方案是在开关开启时间的中间点，对通过电阻的电感电流进行采样，其值是一个在开关周期内，当电感在连续导通模式时的平均电感电流（亦即LED电流）。

本发明所采用的技术方案具体如下：

恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，包括通过采样电感的平均电流，并将其转换为内部控制电压，此内部控制电压与振荡器开关频率斜坡电压进行比较，以确定开关频率的步骤。

如果采样的电感平均电流变大，控制电压相应的增加；由此，开关频率降低，即开关关闭时间的增加让电感有更多的时间放电。

采样电感的平均电流的时间点为在导通斜坡终值的一半。

有益效果

本发明的有益效果在于，恒定的LED电流得到保持，从而保证亮度输出的一致性，而与电压和温度变化无关。

附图说明

图1是现有技术，采用峰值电感电流控制的降压模式LED驱动器；

图2是现有技术，降压模式峰值电流PWM控制；

图3是降压模式用电阻RON 产生导通区间；

图4是降压模式LED驱动器的关键波形使用恒定的时间控制；

图5是降压模式LED驱动器采用恒定导通时间框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

为了以达到精准的LED电流调节，现有一个以降压模式运行的使用恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器为例，包括：

一个电感器件一个二极管，介于交流输入端和电感器件之间；

一个开关装置（一个MOSFET或双极型晶体管）提供连接电感器件到地和连接二极管到地，一个用于驱动开关装置的开关控制电路，使电源能在降压模式配置下操作对LED负载控制开关开启时间，以达到精确的LED电流调节。

为推动开关装置，使电源工作在降压的准确的LED电流调节配置，开关控制电路一个电阻用于开关导通时间的产生，以及一个电阻用于限制开关电流的产生。

例如，开关控制电路可被配置用于调节2个LED串联下的恒流。这是峰值电流模式控制下的恒定导通时间方法。

在峰值电流恒定导通时间控制模式下，开关控制电路控制开关开启时间的方式以外部电阻或电容设定的时间为依据。

在开启时间的一半时，开关电流被采样并用于生成内部控制电压。内部振荡器频率也和外部电阻或电容值相关。一旦所产生的开启时间达到时，开关在所剩余的开关周期将被关闭。

该控制方法是对在开关导通时间内为达到精准感应电流调节而做的变频调制，从而准确地调节LED电流。

控制电路包括三个斜坡电压发生器：一个是用来产生导通时间，另一个是用于在导通时间的一半时的开关电流采样。还有一个内部时钟振荡器，其开关频率是由外部电阻或电容产生设定并与开关电流采样相关。

以下将使用特定的例子介绍如下。使之变得明确，然而，该披露的概念适用于任何LED驱动器配置在降压模式下的操作。

本发明提出了一种新的解决方案，其中准确的LED电流调节，可在导通期间通过开关电流取样的处理取得。

电阻RON值是用来产生开关导通的区间，而不是时钟周期。因而，LED驱动器并没有在固定的开关频率下工作。然而，由于反馈控制，LED驱动器开关工作在稳定状态条件下时的频率是近似恒定的，见图3。

10是输入电容；11是肖特基二极管，用于降压型LED驱动器；12是电容，用于平滑LED电流；13是电感；14是LED串；15是功率MOSFET，用于降压型LED驱动器；16是电流检测电阻；17是用于对谐振频率进行编程的电阻；18是用于提供VDD的输出电容，VDD值是内部产生的被调节的输出电压；LD是用作对LED电流的线性调光；PWMD是用于对脉冲宽幅调制的输入端；电阻RON是连接到电阻17，用来对开关15导通时间进行编程；GND是用于接地；CS是用于在开关15源处的电流检测；GATE是用于连接开关15。

电阻RON值的配置取决于LED的数量。与CS连接的电阻(16)具有双重的用途。它是用于对开关电流的电流感应来调节LED驱动器的电流。另一个目的是要设置开关的电流限制。

电阻RON值用于确定振荡器的斜坡电流。在正常运行时，其导通时间斜坡将设置导通时间。如果CS感应到高于正常的电压（即电流限制），开关将被提前关闭。有一个内部时钟在运行，它的充电电流与电阻RON 值成反比。当时钟设定脉冲到达时，斜坡电流将开始对内置电容充电，斜坡电压逐渐上行，并打开开关。电感电流开始通过开关从VIN流动到地面，并继续增加。在内部，在导通斜坡终值的一半将触发采样脉冲和启动采样开关电流，见图4。

上升锯齿波（ON RAMP waveform）是一个内部谐振波形，其斜坡是由电阻17产生的。取样时间（Sampling Time）是一个内部产生的，作为对开关电流取样的同步信号。开关波形（SWITCH waveform）是在开关漏极端的电压波形。

该采样开关电流亦即是采样时间时的LED电流。如果系统在连续导通模式下工作（电感电流在时钟周期内不归零），其采样的开关电流即是平均LED电流。被采样的开关电流信息在内部被转换成一个控制电压。此控制电压与振荡器开关频率斜坡电压进行比较，以确定开关频率。如果采样的电流变得太大，控制电压相应的增加。由此，开关频率降低，即开关关闭时间的增加让电感有更多的时间放电。其框图显示在图5.

19是一个电压到电流的转换器(V to I)，基于在电阻27上的生成的电压；20，21和22是具有不同电压阈值（Vref）的电压比较器，用于比较不同谐振电压；23是采样／保持(sample/hold)线路部分，用于采样在电阻26上生成的电压，以及产生电压控制(Vctrl)信号；24是时钟发生器（clock generator）；25是功率开关；26是一个电阻，用于电流检测。

实施例展示和介绍仅仅是首选的方式，但如前所述，本发明包含可以用在其他各种组合，修改和环境中，和可以在所表述的发明概念范围内的改变，其基本概念在该发明内的，都属于本发明的保护范畴。实施例描述了旨在进一步解释已知的最好模式的本发明的实践。并不是仅限制于此。有此技巧的他人在利用本发明最先进的技术在这些或其他，体现发明和由特定的应用或使用该发明可能作的各种修改。因此，此描述说明不是意在限制本发明在实施例的范围。

Claims

1.恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，其特征在于，包括通过采样电感的平均电流，并将其转换为内部控制电压，此内部控制电压与振荡器开关频率斜坡电压进行比较，以确定开关频率的步骤。

2.根据权利要求1所述的恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，其特征在于，如果采样的电感平均电流变大，控制电压相应的增加；由此，开关频率降低，即开关关闭时间的增加让电感有更多的时间放电。

3.根据权利要求1所述的恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，其特征在于，采样电感的平均电流的时间点为在导通斜坡终值的一半。

4.根据权利要求1所述的恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，其特征在于，电阻RON值用于确定振荡器的斜坡电流。

5.根据权利要求4所述的恒定导通时间电流模式控制的LED驱动器的开关方法，其特征在于，电阻RON值的配置取决于LED的数量。