專利名稱：用于驅動大功率led的全程監控高壓恒流驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于驅動大功率LED的高壓恒流驅動裝置，特別是涉及全程監控流過 大功率LED電流的高壓恒流驅動裝置。
背景技術：
隨著LED的快速發展，在大功率照明市場應用LED已經越來越具有可能，根據LED 的電流、電壓變化特點，以恒壓方式驅動LED雖然可行，但常用的穩壓電路存在穩壓精度不 夠和穩流能力較差的缺點。以恒流方式驅動LED能避免LED正向電壓的改變而引起電流變 動，同時恒定的電流可以使LED亮度穩定，因此目前大功率LED照明產業界廣泛采用恒流方 式驅動LED。所述恒流驅動方式，并不是指LED電流保持一個恒定的值不變化，而是指LED 電流隨著時間在最大電流與最小電流之間按照一定的頻率在很小的范圍內波動。在低壓供 電情況下，恒流驅動裝置可以對流過LED驅動電流的增大過程和減小過程實施全程監控， 從而達到高精度恒流的效果；而在高壓供電情況下，恒流驅動裝置一般只能對流過LED驅 動電流實施半程監控。目前廣泛應用的大功率LED照明用高壓恒流驅動電路，是一種利用 LED恒流驅動芯片對流過LED的電流進行峰值限流，即將LED電流設定在一個閾值上，當片 外MOS開關管的峰值電流達到這個閾值時就關斷電流，利用電感儲能對LED進行供電，使電 流慢慢減小，到下一個周期再有觸發電路觸發導通，從而達到對LED半程監控恒流供電的 效果。如圖4所示，現有技術半程監控的高壓恒流驅動裝置包括恒流驅動模塊100'和 恒流監控模塊200'。所述恒流監控模塊200'包括作為儲能器件的電感L、作為充/放電 回路切換器件的N溝道增強型絕緣柵型場效應管M和反饋電阻Rf。所述N溝道增強型絕緣 柵型場效應管M接收恒流驅動模塊100'從端口 0。輸出的控制信號，在充電回路LPc與放 電回路LPr之間切換；所述反饋電阻Rf的電壓反饋給恒流驅動模塊100'的控制處理分模 塊110'。所述控制處理分模塊110'包括比較器0111、0112、1 觸發器‘和兩與門隊。恒 流驅動模塊100'的電源調整分模塊120'為恒流驅動模塊100'內提供包括參考電壓Vkef 的工作電壓，時鐘分模塊130'提供時鐘信號。電源Vin上電時，高壓直流流過LED300'和 電感L，流向N溝道增強型絕緣柵型場效應管M和反饋電阻Rf，在這個過程中電感L的等效 電阻是N溝道增強型絕緣柵型場效應管M的結電阻和反饋電阻Rf，由于電感L上電電流不 能發生突變，LED燈上的電流緩緩增加，Ics上的電壓緩緩增加，當Ics的電壓增加至參考電 壓Vkef的時候，芯片內部的比較器CM2輸出狀態改變，RS觸發器的R端變0，Oc輸出低電平， N溝道增強型絕緣柵型場效應管M關斷，從而實現對驅動電流的峰值監控。此后，電感L開 始沿放電回路LPr放電，LED上的電流緩緩降低，當時鐘分模塊130'出現下跳變時，Oc再 次輸出高電平，N溝道增強型絕緣柵型場效應管M被打開，如此循環。可見，LED驅動電流的 減小過程是根據時鐘分模塊130'的計時信號完成，而沒有對LED驅動電流進行監控，因此 被稱為半程監控的恒流控制方式。由于采用高壓工藝，芯片的耐壓是700V，因此又被稱為高 壓恒流LED驅動芯片。由于對LED驅動電流的下降過程沒有實時監控，僅通過時鐘信號完成驅動電流的下降過程，考慮到芯片自身存在10%的誤差和外圍元件的溫漂，半程監控恒 流驅動方式很容造成驅動電流斷流，而且電網電壓的波動會對流過LED的電流造成較大的影響。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于避免現有技術的不足之處而提出一種用于驅動大 功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，在高壓半程監控LED恒流驅動模塊的基礎上，對恒 流的限流方式進行改進，從而在高壓工藝條件下實現全程監控而達到高精度恒流的效果。本發明解決所述技術問題可以通過采用以下技術方案來實現設計、制造一種用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，包括恒流驅 動模塊和恒流監控模塊；所述恒流監控模塊包括儲能分模塊、回路切換分模塊和充電反饋 分模塊；所述回路切換分模塊接收恒流驅動模塊輸出的控制信號，將所述儲能分模塊和被 所述高壓恒流裝置驅動的大功率LED在為儲能分模塊存儲電能的充電回路與釋放所述儲 能分模塊內電能的放電回路之間切換；所述充電反饋分模塊用于將充電回路的電流變化情 況反饋給恒流驅動模塊；尤其是，所述恒流監控模塊還包括放電反饋分模塊，該放電反饋分 模塊用于將所述放電回路的電流變化情況反饋給恒流驅動模塊；所述恒流驅動模塊根據充 電反饋分模塊和放電反饋分模塊輸入的反饋信號向回路切換分模塊輸出控制信號。具體地，所述全程監控高壓恒流驅動裝置還包括高壓電源輸入端口、用于電連接 大功率LED陽極的正輸出端口、用于電連接大功率LED陰極的負輸出端口和放電回路二極 管。所述回路切換分模塊是第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管；所述儲能分模塊是互感 器的初級電感線圈；所述放電反饋模塊包括串行電連接的所述互感器的次級電感線圈、充 電二極管、第一電阻和反饋電容，以及用于開啟/關閉所述反饋電容的放電回路的第二 N溝 道增強型絕緣柵型場效應管；所述恒流驅動模塊包括工作電源輸入端口、充電回路反饋輸 入端口、放電回路反饋輸入端口和控制信號輸出端口，以及分別與所述充電回路反饋輸入 端口、放電回路反饋輸入端口和控制信號輸出端口電連接的控制信號處理分模塊。所述高 壓電源輸入端口分別與所述正輸出端、放電回路二極管的陰極和恒流驅動模塊的工作電源 輸入端口電連接，所述負輸出端口電連接所述互感器的初級電感線圈非同名端，該初級電 感線圈的同名端分別電連接放電回路二極管的陽極和第一N溝道增強型絕緣柵型場效應 管的漏極；所述互感器的次級電感線圈非同名端接地，其同名端電連接充電二極管的陽極， 所述反饋電容一端接地，另一端通過第一電阻電連接所述充電二極管的陰極；所述第二 N 溝道增強型絕緣柵型場效應管的源極電連接所述放電回路反饋輸入端口，其柵極電連接所 述控制信號輸出端口，其漏極接地；所述恒流驅動模塊的控制信號輸出端口與第一 N溝道 增強型絕緣柵型場效應管的柵極(g)電連接；所述放電回路反饋輸入端口以反饋電容的電 壓為輸入信號；所述充電反饋輸入端口電連接充電反饋分模塊的輸出端，該充電反饋分模 塊的輸入端電連接所述第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管的源極；所述控制信號處理分 模塊通過與設定閾值的比較確定控制信號輸出端口輸出的信號。所述恒流驅動模塊還包括與工作電源輸入端口電連接的電源調整分模塊；所述控 制信號處理分模塊包括充電比較器、放電比較器、RS觸發器、與門和時鐘分模塊；所述充電 比較器的正向輸入端電連接所述充電回路反饋輸入端口，所述放電比較器的正向輸入端電連接所述放電回路反饋端口，所述充電比較器和放電比較器各自的反相輸入端口分別從電 源調整分模塊獲取各自的參考電壓；所述放電比較器的輸出端電連接RS觸發器的置位輸 入端，所述充電比較器的輸出端電連接RS觸發器的復位輸入端；所述RS觸發器的正向輸出 端和時鐘分模塊輸出端分別電連接與門的兩輸入端，該與門的輸出端電連接控制信號輸出
端□。 所述充電反饋分模塊包括反饋電阻、第二電阻和電容；所述反饋電阻電連接在所 述充電反饋分模塊的輸入端和地之間，所述第二電阻電連接在所述充電反饋分模塊的輸入 端和輸出端之間，所述電容電連接在所述充電反饋分模塊的輸出端和地之間。同現有技術相比較，本發明“用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置” 的技術效果在于所述充電反饋分模塊對LED驅動電流的增大過程實施監控，所述放電反饋分模塊 對LED驅動電流的減小過程實施監控，從而解決了現有技術LED高壓恒流驅動裝置不能實 現全程監控的問題，進而提高了高壓恒流LED驅動裝置的電流精度。
圖1是本發明“用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置”的基本原理 示意框圖；圖2是本發明優選實施例的電原理示意框圖；圖3是本發明優選實施例的輸出電流波形示意圖；圖4是現有技術半程監控高壓恒流驅動裝置的電原理示意框圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例作進一步詳述。本發明涉及一種用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，如圖1所示， 包括恒流驅動模塊100和恒流監控模塊200 ；所述恒流監控模塊200包括儲能分模塊210、 回路切換分模塊220和充電反饋分模塊230 ；所述回路切換分模塊220接收恒流驅動模塊 100輸出的控制信號，將所述儲能分模塊210和被所述高壓恒流裝置驅動的大功率LED300 在為儲能分模塊210存儲電能的充電回路與釋放所述儲能分模塊210內電能的放電回路 之間切換；所述充電反饋分模塊230用于將充電回路的電流變化情況反饋給恒流驅動模塊 100 ；尤其是，所述恒流監控模塊200還包括放電反饋分模塊240，該放電反饋分模塊240用 于將所述放電回路的電流變化情況反饋給恒流驅動模塊100 ；所述恒流驅動模塊100根據 充電反饋分模塊230和放電反饋分模塊240輸入的反饋信號向回路切換分模塊220輸出控 制信號。所述充電反饋分模塊230對LED300驅動電流的增大過程實施監控，所述放電反饋 分模塊240對LED300驅動電流的減小過程實施監控，從而對LED300驅動電流實現全程監 控，進而提高了高壓恒流LED驅動裝置的電流精度。本發明優選實施例，如圖2所示，所述全程監控高壓恒流驅動裝置還包括高壓 電源輸入端口 Vin、用于電連接大功率LED300陽極的正輸出端口 V。+、用于電連接大功率 LED300陰極的負輸出端口 VQ_和放電回路二極管DK。
所述回路切換分模塊220是第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M1 ；所述儲能分 模塊210是互感器L的初級電感線圈Ls ；所述放電反饋模塊240包括串行電連接的所述互 感器的次級電感線圈LP、充電二極管Dc、第一電阻隊和反饋電容CF，以及用于開啟/關閉所 述反饋電容的放電回路的第二 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M2 ；所述恒流驅動模塊100 包括工作電源輸入端口 Vc、充電回路反饋輸入端口 I『放電回路反饋輸入端口 ‘和控制信 號輸出端口 0。，以及分別與所述充電回路反饋輸入端口 I『放電回路反饋輸入端口 Ikf和控 制信號輸出端口 0。電連接的控制信號處理分模塊110。所述高壓電源輸 入端口 Vin分別與所述正輸出端Vt^放電回路二極管Dk的陰極和 恒流驅動模塊100的工作電源輸入端口 Vc電連接，所述負輸出端口 Vy電連接所述互感器 L的初級電感線圈Ls非同名端，該初級電感線圈Ls的同名端分別電連接放電回路二極管Dk 的陽極和第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M1的漏極d。所述互感器L的次級電感線圈Lp非同名端接地，其同名端電連接充電二極管Dc的 陽極，所述反饋電容Cf—端接地，另一端通過第一電阻R1電連接所述充電二極管1\的陰極； 所述第二 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M2的源極s電連接所述放電回路反饋輸入端口 IKF，其柵極g電連接所述控制信號輸出端口 0。，其漏極d接地。所述恒流驅動模塊100的控制信號輸出端口 0。與第一 N溝道增強型絕緣柵型場 效應管M1的柵極g電連接；所述放電回路反饋輸入端口 Ikf以反饋電容Cf的電壓為輸入信 號；所述充電反饋輸入端口 Ikf電連接充電反饋分模塊230的輸出端023(|，該充電反饋分模 塊230的輸入端I23tl電連接所述第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M1的源極s ；所述控 制信號處理分模塊110通過與設定閾值的比較確定控制信號輸出端口 0。輸出的信號。所述恒流驅動模塊100還包括與工作電源輸入端口 Vc電連接的電源調整分模塊 120。所述控制信號處理110分模塊包括充電比較器U。、放電比較器UK、RS觸發器Uks、與 門Ua和時鐘分模塊130 ；所述充電比較器U。的正向輸入端電連接所述充電回路反饋輸入端 口 Icf，所述放電比較器Uk的正向輸入端電連接所述放電回路反饋端口 Ikf，所述充電比較器 Uc和放電比較器Uk各自的反相輸入端口分別從電源調整分模塊120獲取各自的參考電壓 Vrefc^Vrefr ；所述放電比較器Uk的輸出端電連接RS觸發器Uks的置位輸入端S，所述充電比較 器Uc的輸出端電連接RS觸發器Urs的復位輸入端R ；所述RS觸發器Urs的正向輸出端和時 鐘分模塊130輸出端分別電連接與門Ua的兩輸入端，該與門Ua的輸出端電連接控制信號輸 出端口 Oco所述充電反饋分模塊230包括反饋電阻Rf、第二電阻R2和電容C ；所述反饋電阻Rf 電連接在所述充電反饋分模塊230的輸入端I23tl和地之間，所述第二電阻R2電連接在所述 充電反饋分模塊230的輸入端I23tl和輸出端之間O23tl，所述電容C電連接在所述充電反饋分 模塊230的輸出端O23tl和地之間。本發明有選是實施例的基本原理是LED電流上升時，通過Rf進行檢測；LED電流 下降時，其下降的幅度通過Lp控制的Cl電壓檢測。其具體工作原理為電源Vin上電時，充電回流LPc啟用，上電時，第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管 M1開通，Ls充電；由于電感Ls的存在，電感Ls上的電流不能突變，LED電流緩緩上升，同時 通過恒流驅動模塊100內部的放電比較器Ur下拉第二 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M2, 反饋電容Cf電壓下拉到0。當LED電流上升到一定值，反饋電阻Rf壓降大于參考電壓VMf。，充電比較器隊輸出狀態改變，經過控制信號處理分模塊110，第一 N溝道增強型絕緣柵型場 效應管M1關斷，電感Ls的電流開始下降。當第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M1關斷時，LED電流開始下降。此時控制 信號輸出端口 Oc由放電比較器Ue控制，使第二 N溝道增強型絕緣柵型場效應管M2截止。由 于電感Lp的作用，LED電流線性下降，Vp = LpXdi/dt，Vs = Vp/Np*Ns (Np/Ns是變壓器原 副邊匝數比)為恒定值。該電壓Vs對反饋電容CfWGND開始充電，在RC時間常數內，可 以認為反饋電容Cf的電壓線性上升；當反饋電容(；充電到參考電壓Vreft時，放電比較器Ue 輸出狀態改變，經過控制信號處理分模塊110，重新開啟第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應 管虬。其中，流過大功率LED300的電流波形如圖3所示電流的波動范圍 當Lp 放電時, 如果放電時，維持變壓器特性，則Vp/Vs = NP/NS 放電時，次級線圈對反饋電容Cf進行充電，在充電時間t << RC時，充電電壓為 因此，可以通過檢測Vc檢測Vjt，即檢測了 Ahimax -Itnin =Z0
Ctt放電時，當電路穩定工作時，= vLED,如果檢測Vc電壓，則相當于檢測時間t，與 固定off-time時間檢測方法相同。兩種方法的差別在與新方法應該可以檢測瞬態負載的變化。 為了滿足 如vc = 0. 5V, vLED = 3V，# = 1，關斷時間 t = 5us，則 RC = 6t = 30us。當 L = 220uH時，對應的電流變化為
權利要求
一種用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，包括恒流驅動模塊(100)和恒流監控模塊(200)；所述恒流監控模塊(200)包括儲能分模塊(210)、回路切換分模塊(220)和充電反饋分模塊(230)；所述回路切換分模塊(220)接收恒流驅動模塊(100)輸出的控制信號，將所述儲能分模塊(210)和被所述高壓恒流裝置驅動的大功率LED(300)在為儲能分模塊(210)存儲電能的充電回路與釋放所述儲能分模塊(210)內電能的放電回路之間切換；所述充電反饋分模塊(230)用于將充電回路的電流變化情況反饋給恒流驅動模塊(100)；其特征在于所述恒流監控模塊(200)還包括放電反饋分模塊(240)，該放電反饋分模塊(240)用于將所述放電回路的電流變化情況反饋給恒流驅動模塊(100)；所述恒流驅動模塊(100)根據充電反饋分模塊(230)和放電反饋分模塊(240)輸入的反饋信號向回路切換分模塊(220)輸出控制信號。
2.根據權利要求1所述的用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，其特征 在于還包括高壓電源輸入端口(VIN)、用于電連接大功率LED(300)陽極的正輸出端口(VQ+)、 用于電連接大功率LED(300)陰極的負輸出端口(VQ_)和放電回路二極管(Dk)；所述回路切換分模塊(220)是第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管(MD ；所述儲能分 模塊(210)是互感器(L)的初級電感線圈(Ls)；所述放電反饋模塊(240_)包括串行電連接 的所述互感器的次級電感線圈(U、充電二極管(Dc)、第一電阻(禮)和反饋電容(CF)，以及 用于開啟/關閉所述反饋電容的放電回路的第二 N溝道增強型絕緣柵型場效應管(M2)；所 述恒流驅動模塊(100)包括工作電源輸入端口(Vc)、充電回路反饋輸入端口(IeF)、放電回 路反饋輸入端口(IKF)和控制信號輸出端口(0e)，以及分別與所述充電回路反饋輸入端口 (IeF)、放電回路反饋輸入端口(IKF)和控制信號輸出端口(0e)電連接的控制信號處理分模 塊(110)；所述高壓電源輸入端口(VIN)分別與所述正輸出端(VJ、放電回路二極管(Dk)的陰極 和恒流驅動模塊(100)的工作電源輸入端口(Vc)電連接，所述負輸出端口(VQ_)電連接所 述互感器(L)的初級電感線圈(Ls)非同名端，該初級電感線圈(Ls)的同名端分別電連接放 電回路二極管(Dk)的陽極和第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管(MD的漏極(d)；所述互感器(L)的次級電感線圈(LP)非同名端接地，其同名端電連接充電二極管(Dc) 的陽極，所述反饋電容(CF) —端接地，另一端通過第一電阻(禮)電連接所述充電二極管 (Dc)的陰極；所述第二 N溝道增強型絕緣柵型場效應管(M2)的源極(s)電連接所述放電回 路反饋輸入端口(IKF)，其柵極(g)電連接所述控制信號輸出端口(0C)，其漏極(d)接地；所述恒流驅動模塊(100)的控制信號輸出端口(0e)與第一 N溝道增強型絕緣柵型場 效應管(M》的柵極(g)電連接；所述放電回路反饋輸入端口(IKF)以反饋電容(CF)的電壓 為輸入信號；所述充電反饋輸入端口(IKF)電連接充電反饋分模塊(230)的輸出端(023(|)， 該充電反饋分模塊(230)的輸入端(123(|)電連接所述第一 N溝道增強型絕緣柵型場效應管 (M》的源極(s)；所述控制信號處理分模塊(110)通過與設定閾值的比較確定控制信號輸 出端口(0C)輸出的信號。
3.根據權利要求2所述的用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，其特征 在于所述恒流驅動模塊(100)還包括與工作電源輸入端口(Vc)電連接的電源調整分模塊(120)；所述控制信號處理分模塊(110)包括充電比較器(Ue)、放電比較器(UK)、RS觸發器 (UKS)、與門(UA)和時鐘分模塊(130)；所述充電比較器(Uc)的正向輸入端電連接所述充電 回路反饋輸入端口(IeF)，所述放電比較器(UK)的正向輸入端電連接所述放電回路反饋端 口(IKF)，所述充電比較器(Ue)和放電比較器(UK)各自的反相輸入端口分別從電源調整分 模塊(120)獲取各自的參考電壓(VMf。、Vreft)；所述放電比較器(UK)的輸出端電連接RS觸 發器(UKS)的置位輸入端⑶，所述充電比較器(Uc)的輸出端電連接RS觸發器(UKS)的復位 輸入端(R)；所述RS觸發器(UKS)的正向輸出端和時鐘分模塊(130)輸出端分別電連接與 門(UA)的兩輸入端，該與門(UA)的輸出端電連接控制信號輸出端口(0C)。
4.根據權利要求2所述的用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，其特征 在于所述充電反饋分模塊(230)包括反饋電阻(RF)、第二電阻(R2)和電容(C)；所述反 饋電阻(Rf)電連接在所述充電反饋分模塊(230)的輸入端(I2J和地之間，所述第二電阻 (R2)電連接在所述充電反饋分模塊(230)的輸入端(I2J和輸出端之間(023(|)，所述電容 (C)電連接在所述充電反饋分模塊(230)的輸出端(023(|)和地之間。
全文摘要
一種用于驅動大功率LED的全程監控高壓恒流驅動裝置，包括恒流驅動模塊(100)和恒流監控模塊(200)；尤其是，所述恒流監控模塊(200)包括回路切換分模塊(220)、充電反饋分模塊(230)和放電反饋分模塊(240)，該放電反饋分模塊(240)用于將所述放電回路的電流變化情況反饋給恒流驅動模塊(100)；所述恒流驅動模塊(100)根據充電反饋分模塊(230)和放電反饋分模塊(240)輸入的反饋信號向回路切換分模塊(220)輸出控制信號。所述充電反饋分模塊(230)對LED驅動電流的增大過程實施監控，所述放電反饋分模塊(240)對LED驅動電流的減小過程實施監控，從而實現全程監控，進而提高了驅動電流精度。
文檔編號H05B37/02GK101868079SQ20091010659
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月17日 優先權日2009年4月17日
發明者余錦波, 李華, 郭艷, 黃耀 申請人:敦泰科技(深圳)有限公司