TWI897541B - Ｌｅｄ驅動電源 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種發光二極體(Light Emitting Diode，LED)驅動電源，包括變壓器和連接在變壓器的一次繞組和地之間的電晶體，該LED驅動電源被配置為：通過對變壓器的一次繞組兩端的電壓進行採樣，獲取第一和第二採樣電壓；通過對第一和第二採樣電壓進行運算，獲取表徵LED驅動電源的輸出電壓的輸出表徵電壓；以及通過對輸出表徵電壓和基準電壓進行比較，生成表示是否需要進行過壓保護的過壓保護信號。

Description

LED驅動電源

本發明涉及電路領域，更具體地涉及一種發光二極體(Light Emitting Diode，LED)驅動電源。

LED驅動電源是將交流電轉換為特定的電壓和/或電流以驅動LED發光的電源轉換器。LED驅動晶片是LED驅動電源的重要組成部分，其主要功能是確保輸出到LED的輸出電流恆定。然而，當LED開路或其他情況導致LED驅動電源的輸出電壓升高時，LED驅動晶片必須採取相應措施以確保輸出電壓不超過輸出電容的耐壓極限，以防止輸出電容的損壞。

根據本發明實施例的LED驅動電源，包括變壓器和連接在變壓器的一次繞組和地之間的電晶體，該LED驅動電源被配置為：通過對變壓器的一次繞組兩端的電壓進行採樣，獲取第一和第二採樣電壓；通過對第一和第二採樣電壓進行運算，獲取表徵LED驅動電源的輸出電壓的輸出表徵電壓；以及通過對輸出表徵電壓和基準電壓進行比較，生成表示是否需要進行過壓保護的過壓保護信號。

100,300,400:LED驅動電源

C1:輸出電容

CMP:比較器

D1:二極體

Drain:汲極電壓

FB:輸出回饋電壓

HV:高壓

Ipeaks:峰值電流

Ls:電感量

M1,MP1,MP2:電晶體

Np/Ns,Nf/Ns:匝數比

Np:一次繞組

Ns:二次繞組

OP1,OP2:第一運算放大器

OVP:過壓保護信號

R1,R2:電阻

ROVP:過壓保護閾值電阻

T:變壓器

t0:時刻

Tdem:退磁時間

Tref:基準退磁時間

Vbase:基礎電壓

VD:汲極電壓

VD_di,VH_di:採樣電壓

VH:供電電壓

VIN:輸入電壓

Vo,Vo1,Vo2:輸出電壓

Vo_effi:輸出表徵電壓

Vref:基準電壓

從下面結合圖式對本發明的具體實施方式的描述中可以更好地理解本發明，其中：

圖1示出了傳統LED驅動電源及其過壓保護方案的示意圖。

圖2示出了圖1所示的LED驅動電源中的關鍵節點電壓的波形圖。

圖3示出了另一傳統LED驅動電源及其過壓保護方案的示意圖。

圖4示出了根據本發明實施例的LED驅動電源及其過壓保護方案的示意圖。

圖5示出了圖4所示的運算模組的示例電路實現的示意圖。

圖6是圖4所示的LED驅動電源中的關鍵節點電壓的波形圖。

下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本發明造成不必要的模糊。另外，需要說明的是，這裡使用的用語“A與B連接”可以表示“A與B直接連接”也可以表示“A與B經由一個或多個其他元件間接連接”。

圖1示出了傳統LED驅動電源及其過壓保護方案的示意圖。如圖1所示，在LED驅動電源100中，當電晶體M1處於導通狀態時，二極體D1處於關斷狀態，由輸出電容C1給負載供電；當電晶體M1處於關斷狀態時，二極體D1處於導通狀態，變壓器T的一次繞組上的電壓與二次繞組上的電壓之間的比值等於一次繞組與二次繞組的匝數比Np/Ns，變壓器T的輔助繞組上的電壓與二次繞組上的電壓之間的比值等於輔助繞組與二次繞組的匝數比Nf/Ns；電阻R1和R2對變壓器T的輔助繞組上的電壓進行分壓得到表徵LED驅動電源100的輸出電壓Vo的輸出回饋電壓FB；將輸出回饋電壓FB和基準電壓Vref進行比較來生成過壓保護信號OVP；如果輸出回饋電壓FB低於基準電壓Vref，說明輸出電壓Vo不高(例如，低於輸出電容C1的耐壓極限)，過壓保護信號OVP為低位準，表示不需要進行過壓保護；如果輸出回饋電壓FB高於基準電壓Vref，說明輸出電壓Vo過高(例如，高於或等於輸出電容C1的耐壓極限)，過壓保護信號OVP為高位準，表示需要進行過壓保護。這裡，為了檢測輸出電壓Vo，需要增加一個輔助繞組，這使得LED驅動電源100的成本和體積增加。

圖2示出了圖1所示的LED驅動電源中的關鍵節點電壓的波形 圖，其中，Drain表示電晶體M1的汲極電壓，FB表示輸出回饋電壓FB，OVP表示過壓保護信號OVP。假設二極體D1的導通壓降為0.3V、電阻R1和R2的分壓比例為k。在LED驅動電源100正常工作且電晶體M1處於關斷狀態的情況下，輸出電壓Vo通常為Vo1，變壓器T的輔助繞組上的電壓為(Vo1+0.3)×Nf/Ns，輸出回饋電壓FB為k＊(Vo1+0.3)×Nf/Ns，此時輸出回饋電壓FB低於基準電壓Vref，過壓保護信號OVP為低位準，表示不需要進行過壓保護；在t0時刻，輸出電壓Vo從Vo1升高至Vo2，輸出回饋電壓FB跟隨輸出電壓Vo升高至k＊(Vo2+0.3)×Nf/Ns，此時輸出回饋電壓FB高於基準電壓Vref，過壓保護信號OVP為高位準，表示需要進行過壓保護。

目前，LED驅動電源越來越趨於滿足低成本、小體積的市場需求，利用變壓器T的一次繞組的退磁時間Tdem來對輸出電壓Vo進行過壓保護可以滿足低成本的要求，其中，退磁時間Tdem是指從電晶體M1從導通狀態變為關斷狀態的時刻開始計時，直到流過變壓器T的一次繞組的電流下降到0所需要的時間。

圖3示出了另一傳統LED驅動電源及其過壓保護方案的示意圖。結合圖1和圖3可以看出，LED驅動電源300與LED驅動電源100的不同在於，通過比較退磁時間Tdem與基準退磁時間Tref來生成過壓保護信號OVP，其中，如果退磁時間Tdem大於基準退磁時間Tref，說明輸出電壓Vo不高(例如，低於輸出電容C1的耐壓極限)，過壓保護信號OVP為低位準，表示不需要進行過壓保護；如果退磁時間Tdem小於基準退磁時間Tref，說明輸出電壓Vo過高(例如，高於或等於輸出電容C1的耐壓極限)，過壓保護信號OVP為高位準，表示需要進行過壓保護。相對於LED驅動電源100，LED驅動電源300不需要借助變壓器T的輔助繞組來檢測輸出電壓Vo所以成本較低。

在圖3所示的LED驅動電源300中，輸出電壓Vo和退磁時間Tdem之間的關係如下：

其中，Ipeaks是流過變壓器T的一次繞組的峰值電流，Ls是變壓器T的二次繞組的電感量。由等式(1)可知，輸出電壓Vo受到退磁時間Tdem、電感量 Ls、以及環境溫度等多個因素的影響。因此，利用退磁時間Tdem來檢測輸出電壓Vo的檢測精度較低。

鑒於上述情況，提出了根據本發明實施例的LED驅動電源，其中，相比LED驅動電源100不需要借助變壓器T的輔助繞組來檢測輸出電壓Vo因而實現了低成本，同時相比LED驅動電源300通過對變壓器T的一次繞組兩端的電壓進行採樣和運算來檢測輸出電壓Vo因而實現了高精度。

圖4示出了根據本發明實施例的LED驅動電源及其過壓保護方案的示意圖。如圖4所示，LED驅動電源400包括變壓器T和連接在變壓器T的一次繞組和地之間的電晶體M1，其中，LED驅動電源400被配置為：通過對變壓器T的一次繞組兩端的電壓(即，電晶體M1的汲極電壓VD和用於LED驅動電源400的供電電壓VH)進行採樣得到第一和第二採樣電壓VD_di和VH_di，通過對第一和第二採樣電壓VD_di和VH_di進行運算得到表徵LED驅動電源400的輸出電壓Vo的輸出表徵電壓Vo_effi，然後通過對輸出表徵電壓Vo_effi和基準電壓Vref進行比較來生成表示是否需要進行過壓保護的過壓保護信號OVP。

如圖4所示，在一些實施例中，當輸出表徵電壓Vo_effi低於基準電壓Vref時，過壓保護信號OVP為低位準，表示不需要進行過壓保護；當輸出表徵電壓Vo_effi高於基準電壓Vref時，過壓保護信號OVP為高位準，表示需要進行過壓保護。

在一些實施例中，LED驅動電源400中的運算模組可以通過以下處理得到輸出表徵電壓Vo_effi：基於第一和第二採樣電壓VD_di和VH_di之間的電壓差值，利用第一電阻生成表徵輸出電壓Vo的輸出表徵電流；利用電流鏡對輸出表徵電流進行鏡像，生成表徵輸出電壓Vo的鏡像表徵電流；以及基於鏡像表徵電流，利用第二電阻生成輸出表徵電壓Vo_effi。

圖5示出了圖4所示的運算模組的示例電路實現的示意圖。如圖5所示，在一些實施例中，利用第一和第二運算放大器OP1和OP2將第一和第二採樣電壓VD_di和VH_di提供到第一電阻(例如，R1)的兩端，以基於第一和第二採樣電壓VD_di和VH_di之間的電壓差值利用第一電阻生成輸出表徵電 流；利用電晶體MP1和MP2組成的電流鏡對輸出表徵電流進行鏡像，以生成鏡像表徵電流；鏡像表徵電流流過第二電阻(例如，R2)產生的電壓和基礎電壓Vbase相加生成輸出表徵電壓Vo_effi。具體地，輸出表徵電壓Vo_effi可以表示為以下等式(其中，k是電流鏡的複製比例)：

應該明白的是，可以通過將運算放大器OP1和OP2進行匹配來消除由它們二者引入的誤差，可以通過將電阻R1和R2進行匹配來消除由它們二者引入的誤差，可以通過調整電流鏡的架構來改善由電流鏡引入的誤差，並且可以通過引入基礎電壓Vbase進一步提高輸出表徵電壓Vo_effi的精度。這樣，可以將輸出表徵電壓Vo_effi的總運算精度控制在±5%以內。

圖6是圖4所示的LED驅動電源中的關鍵節點電壓的波形圖，其中，Drain表示電晶體M1的汲極電壓，OVP表示過壓保護信號OVP，Vo_effi表示輸出表徵電壓Vo_effi。假設二極體D1的導通壓降為0.3V。在LED驅動電源400正常工作且電晶體M1處於關斷狀態的情況下，電晶體M1的汲極電壓為(Vo+0.3)×Np/Ns；輸出電壓Vo通常為Vo1，此時變壓器T的一次繞組兩端的電壓之間的差值較小，輸出表徵電壓Vo_effi低於基準電壓Vref，過壓保護信號OVP為低位準，表示不需要進行過壓保護；在t0時刻，輸出電壓Vo從Vo1升高至Vo2，導致電晶體M1的汲極電壓升高從而導致第一採樣電壓VD_di升高，使得輸出表徵電壓Vo_effi高於基準電壓Vref，過壓保護信號OVP為高位準，表示需要進行過壓保護。

本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。例如，特定實施例中所描述的演算法可以被修改，而系統體系結構並不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的範圍由所附請求項而非上述描述定義，並且，落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本發明的範圍之中。

400:LED驅動電源

C1:輸出電容

CMP:比較器

D1:二極體

Drain:汲極電壓

HV:高壓

Ls:電感量

M1:電晶體

Np:一次繞組

Ns:二次繞組

OVP:過壓保護信號

ROVP:過壓保護閾值電阻

T:變壓器

VD_di,VH_di:採樣電壓

VIN:輸入電壓

Vo:輸出電壓

Vo_effi:輸出表徵電壓

Vref:基準電壓

Claims (6)

1. 一種LED驅動電源，包括變壓器和連接在所述變壓器的一次繞組和地之間的電晶體，該LED驅動電源被配置為：通過對所述變壓器的一次繞組兩端的電壓進行採樣，獲取第一和第二採樣電壓；通過對所述第一和第二採樣電壓進行運算，獲取表徵所述LED驅動電源的輸出電壓的輸出表徵電壓；以及通過對所述輸出表徵電壓和基準電壓進行比較，生成表示是否需要進行過壓保護的過壓保護信號；基於所述第一和第二採樣電壓之間的電壓差值，利用第一電阻生成表徵所述LED驅動電源的輸出電壓的輸出表徵電流；利用電流鏡對所述輸出表徵電流進行鏡像，生成表徵所述LED驅動電源的輸出電壓的鏡像表徵電流；以及基於所述鏡像表徵電流，利用第二電阻生成所述輸出表徵電壓。
2. 如請求項1所述的LED驅動電源，其中，所述變壓器的一次繞組兩端的電壓分別是所述電晶體的汲極電壓和用於所述LED驅動電源的供電電壓。
3. 如請求項1所述的LED驅動電源，進一步被配置為：利用第一和第二運算放大器將所述第一和第二採樣電壓提供到所述第一電阻的兩端。
4. 如請求項1所述的LED驅動電源，進一步被配置為：通過將所述鏡像表徵電流流過所述第二電阻產生的電壓和基礎電壓相加來生成所述輸出表徵電壓。
5. 如請求項1所述的LED驅動電源，其中，當所述輸出表徵電壓高於所述基準電壓時，所述過壓保護信號為高位準，表示需要進行過壓保護。
6. 如請求項1所述的LED驅動電源，其中，當所述輸出表徵電壓低於所述基準電壓時，所述過壓保護信號為低位準，表示不需要進行過壓保護。