专利名称：一种led电流检测和控制电路及其控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED电流检测和控制的电路领域，尤其涉及LED照明中采用降压拓扑(Buck)的输出高精度电流的LED电流检测和控制的电路。
背景技术：
传统照明技术存在发光效率低、耗电量大、使用寿命短等缺点，LED照明具有寿命长、节能、安全、绿色环保等优点，正在迅速替代传统照明。LED不像普通白炽灯泡可以直接接220V的交流市电，它需要由电流检测和控制的电路提供恒定的输出电流。电流精度是LED电流检测和控制的电路最重要的指标之一，其他的指标主要有绝缘可靠性、体积大小、功率因素、转换效率、电源寿命、电磁兼容等。电流精度作为LED电流检测和控制的电路的一项重要指标，直接决定LED电流检测和控制的电路的性能。市场上LED电流检测和控制的电路控制器恒定输出电流精度的方法主要有三种:开环控制、等效闭环控制和闭环控制。开环控制就是通过LED电流检测和控制的电路控制器内部设定的阈值，直接控制电感电流的峰值或者谷值，配合恒定开通或者关断时间来达到控制LED电流的方法，如市场上的基于降压(Buck)拓扑的控制器，通过控制电感电流的峰值和关断时间来控制LED电流检测和控制的电路的输出电流。这种控制方法的电流精度受系统延时、外围器件偏差和控制器内部参数工艺偏差的影响大，输出电流精度差。等效闭环控制是指侦测能够反映输出LED电流的信号，如电感峰值电流、开通时间和关断时间等，经过控制器转换成LED电流的等效信号送入由误差放大器和PWM脉宽调制器构成的负反馈环路，并用负反馈稳定这个等效LED电流信号,如市场上基于Flyback(反激)拓扑的PSR(原边控制)控制器，侦测变压器一次侧的电流峰值和变压器放电时间并将它们转换成等效LED电流信号送入负反馈环路，并用负反馈稳定LED电流等效信号控制输出LED电流。由于负反馈环路的引入，这种控制方法的电流精度只受采样和控制器转换电路的偏差影响，受外围参数变化�。耘可钡缌骶雀哂诳房刂�。闭环控制是指直接侦测LED电流，并将电流信号送入由误差放大器和PWM脉宽调制器构成的负反馈环路，通过负反馈环路稳定电流信号。由于负反馈环路直接控制LED电流，这种控制方法精度高，但要侦测LED电流信息，往往需要额外的元件或者让控制器处理几百伏特的高压信号，这会显著增加系统的成本，如传统的反激控制器配合次边的TL431和光耦的LED电流检测和控制的电路。出于对可靠性、成本以及体积的考虑，目前市场上存在着隔离和非隔离型两类LED电流检测和控制的电路。隔离型是指AC交流市电或者直流电源输入端和LED负载没有电气连接，是被变压器隔离开的。非隔离型驱动是与隔离型对应的输入与输出没有被变压器电气隔离的驱动方式。隔离型的LED电流检测和控制的电路由于输入高压被电器隔离，所以没有触电的危险；但是隔离型LED电流检测和控制的电路需要变压器，会增加电流检测和控制的电路的成本以及体积，许多对电流检测和控制的电路体积要求严格的LED照明产品无法使用隔离型驱动方式。非隔离型电源由于只需要电感而不需要变压器，所以该类型的电流检测和控制的电路具有体积小，成本低的特点；但是由于LED灯具绝缘和可靠性的要求，非隔离型驱动会增加LED灯具物理隔离的成本。这两种类型的驱动方式各有优缺点，因此隔离与非隔离的方案一直都同时存在。功率因素作为LED电流检测和控制的电路另一项重要的指标，越来越被市场所重视。高功率因素LED电流检测和控制的电路能有效降低对电网的干扰，更加节能环保，尤其在大功率的应用场合。目前实现高功率因素LED电流检测和控制的电路的方式主要有双级和单级功率因素校正技术。双级功率因素校正技术将功率因素校正和控制LED恒流分成两级处理，整体电路成本高，目前多应用于大功率场合。单级功率因素校正技术将校正功率因素和控制LED恒流一次完成，由于几乎不增加成本，该技术在LED电流检测和控制的电路得到广泛应用；但是由于功率因素校正的系统带宽很低，同时对LED恒流时，输出LED负载电流会有输入交流市电的工频纹波。LED电流检测和控制的电路根据电感电流是否连续可以分为(电感)连续电流模式(CCM)、(电感)断续电流模式(DCM)和(电感)临界电流模式(BCM)。连续电流模式是指电感电流在开关管关断时未降到零，在下次开关管导通时电感电流不是从零开始增加；断续电流模式与连续电流模式相反，开关管导通前，电感电流已经降为零；临界电流模式介于连续电流模式和断续电流模式之间，指当电感电流降为零时马上导通开关管。连续电流模式电感峰值电流和输出电流纹波较小，可以使用成本相对较低的功率器件以及小型的输出电容，但是连续电流模式电感(隔离应用时为变压器)取值比较高从而会增加电流检测和控制的电路的体积；对于高功率因素应用时，控制器需要额外的乘法器，控制方法比较复杂。断续电流模式相对于连续电流模式相比:有电感(隔离时为变压器)峰值电流大以及输出电流纹波大等缺点，但是断续电流模式电感值(隔离时为变压器)取值较�。⑶沂迪指吖β室蛩氐目刂品椒ū冉霞虻�。临界电流模式的特点介于连续电流模式和断续电流模式之间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有LED电流检测与控制技术中开环控制、等效闭环控制及闭环控制存在的问题，提供一种基于降压(Buck)拓扑的非隔离、等效闭环控制的LED驱动电路、方法及其控制器。本发明中的LED电流检测与控制电路包括:电源、储能元件、开关管、控制器；所述电源用于在开关管导通时向负载供电；所述储能元件用于在开关管导通时，存储电能，在开关管关断时，将电能释放给负载供电；所述控制器用于根据时钟信号与反馈信号周期性的控制开关管导通和关断；且在开关管导通时，反馈信号为反应流过负载瞬时电流大小的信号，开关管关断时反馈信号为反应流过负载等效电流大小的信号。其中，所述控制器还用于检测反应流过负载峰值电流大小的信号，将所述检测信号与第一阈值比较，当检测信号大于第一阈值时关断开关管。进一步，LED电流检测与控制电路还包括第一电阻，所述控制器在开关管导通期间，通过第一电阻直接侦测流过负载的电流，同时采样并且保持流过第一电阻上的峰值电流信号；在开关管关断期间，控制器侦测所述储能元件的放电时间，并根据所述放电时间及所述流过第一电阻上的峰值电流信号计算流过负载的等效电流。本发明还公开了一种LED电流检测和控制方法，包括以下步骤:
根据时钟信号与反馈信号周期性的控制开关管导通和关断；
在开关管导通时，所述电源向负载供电，储能元件存储电能；
在开关管关断时，将储能元件将电能释放给负载供电；
且在开关管导通时，所述反馈信号为反应流过负载瞬时电流大小的信号；开关管关断时，所述反馈信号为反应流过负载等效电流大小的信号。优选地，开关管关断时，所述反馈信号为反应(流过负载的峰值电流X 1/2)的大小的信号。
本发明还公开了一种控制器，包括:逻辑电路、振荡器、峰值采样电路、等效放电电压电路、二选一电路、基准电压源、误差放大器、第三电容及第二比较器；
所述振荡器用于向逻辑电路提供时钟信息，以及向第二比较器的一个输入端提供锯齿波信号或三角波信号；
所述峰值采样电路的输入端连接控制器的第一输入端，峰值采样电路的输出端与所述等效放电电压电路的输入端连接，等效放电电压电路的输出端与所述二选一电路的第一选择输入端连接；
所述二选一电路的第二选择输入端与控制器的第一输入端连接；二选一电路的输出端与误差放大器的一个输入端连接；二选一电路的控制端与控制器的控制信号输出端连接；误差放大器的另一输入端连接所述基准电压源，误差放大器的输出端与所述第二比较器的另一输入端连接；第二比较器的输出端向逻辑电路输出比较结果；所述误差放大器的输出端还通过所述第三电容接地；
所述逻辑电路的输出端为控制器的控制信号输出端，所述逻辑电路用于根据时钟信号及第二比较器输出的比较结果导通或关断开关管。上述控制器用于临界电流模式的LED驱动电源。若要用在断续电流模式的LED驱动电源还需在上述控制器的基础上增加放电时间检测电路，放电时间检测电路的输入端连接控制器的第二输入端，放电时间检测电路的输出端与等效放电电压电路的控制端连接。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1.在开关管开通时，将实际流过负载LED的电流送入误差放大器，有效提高了开通时检测流过LED负载电流的精确性。2.在开关管关闭时，控制器根据开关管开通时的变压器主绕组峰值电流，通过特定的算法，将关断时变压器主绕组(或者电感)的等效平均电流送入闭环控制环路，所以输出LED上的电流非常精确，同时由于不用采样开关管截止时的变压器主绕组(或者电感)电流，避免了控制器采用浮地结构，或者集成高压器件。本发明适用于所有LED的驱动电源。3.本发明采用等效闭环控制的反馈方式，避免了传统非隔离降压拓扑采样变压器(或者电感)电流困难的缺点，元器件数目很少，降低了 LED驱动电源的成本，有利于LED照明的推广。
4.本发明采用了降压(Buck)电路拓扑，在实现单极功率因数校正的LED驱动电源中具有很高的功率因数值。5.本发明适用于非隔离的断续模式或者临界模式的LED驱动电源，具有输入高功率因数的LED驱动电源。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是本发明的LED电流检测和控制的外部应用电路；
图2为本发明中控制器的内部�？� 图3为本发明峰值采样波形 图4为本发明放电时间检测波形 图5为本发明等效放点电压波形 图6为本发明实例中峰值采样电路的一种具体组成电路 图7为本发明实例中等效放电电路的一种具体组成电路 图8为本发明实例中二选一电路的一种具体组成电路图。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1，本发明中的LED电流检测和控制电路的一个实施例是这样的:包括控制器101、开关管102、变压器103、采样电阻104、续流二极管105、输入桥式整流器107、电阻111和112、输出滤波电容115。本实施例中的负载为LED灯串106。所述整流二极管107输入的两端分别接AC市电，输出的一端接LED灯串106的阳极，另一端接控制器101的地电位N02 ;在另一个实施例中，还可以包含电容108，所述电容108与桥式整流器的输出并联，分别接NOl和N02。所述桥式整流器107和电容108的作用是，将交流电源转换为直流电源。所述LED灯串106的阴极接变压器103的一端N05，输出电容115与LED灯串106并联；所述续流二极管105 —端接LED灯串的阳极N01，另一端接变压器103的一端N09。所述电容115是一个滤波电容，该电容可以减小LED负载上面的电流纹波。所述续流二极管105的作用是，当开关管102开启时，所述二极管截至，阻止电源从NOl直接流入开关管102，当开关管102关闭时，所述二极管开启，变压器103通过二极管105对LED负载进行供电。所述开关管102的漏极与变压器103的一端N09相接，开关管的源极连接采样电阻104的一端N04，开关管102的栅极接控制器的输出N07 ;所述采样电阻104 —端接N04，另一端接地电位N02。所述分压电阻112—端接变压器103的一端N06，另一端接N08，所述分压电阻111一端接N08，另一端接地电位N02。所述变压器103的主绕组两端分别接N05和N09，辅助绕组分别接N06和地电位N02，其中主绕组的N05和辅助绕组的N06为同名端。所述控制器101用于侦测流过LED灯串106、变压器103主绕组和开关管102的电流在所述采样电阻104上产生的电压信号，并同时侦测变压器103辅助绕组电位N06经过电阻111和112分压后的电压N08的波形，通过控制器101的内部控制环路控制开关管102的导通或截止；所述分压电阻111和112的作用是，将变压器103的辅助绕组电压信号N06分压，转换为控制器101能够处理的电压信号N08。所述变压器103主绕组的作用是在开关管102开启时，给LED负载106供电的同时，将电能转换成磁能储存在变压器103中，在开关管关闭时将储存在变压器主绕组103中的磁能转换成电能给LED负载供电；所述变压器103辅助绕组体现了原边对应同名端的电压和电流方向，在开关管开启时，N06对应地电位N02为负压，在开关关断时，变压器103主绕组处于放电状态时，N06对应地电位N02为正电压(该电压正比于LED灯串的正向导通电压)，给控制器芯片供电，同时当变压器103主绕组电流降为零时，N06电压开始下降。进而控制器通过侦测N08点的电压波形便可得知变压器103放电时间的信息。在一个具体实例中，所述开关管102是一个功率NMOS管，在驱动信号N07为高时，将开关管102开启；驱动信号N07为低时，将开关管102关闭。所述电阻104的作用是，当开关管102开启时，检测流过开关管102和变压器103的电流，然后将电阻104上产生的电压信号送入控制器101中，当开关管102关闭的时刻，将流过LED负载的电流的峰值电压信号送入控制器101中。开关管102导通时，控制器101根据反映流过负载的瞬时电流大小的电压信号产生脉宽调制信号(PWM信号)控制开关管，当开关管102关断时，控制器101根据反映流过负载的平均电流(即等效电流)大小的电压信号产生脉宽调制信号控制开关管，从而精确的调节流过LED负载的电流。在一个具体实例中，反映流过负载的平均电流大小的电压信号即为开关管102关闭的时刻流过LED负载的电流的峰值电压信号的一半。在另一个实施例中，控制器还通过反馈环路稳定LED负载电流，限制流过开关管102和变压器103的最大电流。在另一个具体实例中，电路中还设有电容113。所述电容113，一端接控制器的输出N10，另一端接地电位N02。所述电容113是一个环路补偿电容，可以位于控制器101的外部，也可以集成在控制器101的内部。其作用是保证由所述LED电流检测和控制的电路构成的LED驱动电源工作时，反馈环路的稳定性。在另一个实施例中，还可增设电阻110、电容109及二极管114。所述电阻110—端接桥式整流器107的输出N01，另一端接控制器101的电源N03 ;所述电容109 —端接N03，另一端接地点位N02 ;所述二极管114 一端接变压器103的辅助绕组N06，另一端接控制器101的电源N03。所述电阻110的作用是，在控制器101控制开关管102开启和关断前，给控制器101提供启动电流；所述二极管114的作用是，变压器103的辅助绕组在开关管102截止期间，对第一电容109充电，为控制器101的供电；当开关管开启时，阻止维持电容109被变压器103辅助放电；所述电容109的作用是，在变压器103的辅助绕组无法给控制器101供电时，为控制器101提供维持电流。
所述信号NOl表示输入电源的正相端；
所述信号N02表不表不输入电源的负相端，既控制器101的参考地电位；
所述信号N03表不控制器101的供电电源；
所述信号N04是一个电压信号,该电压以N02作为地信号,在开关管102开启时,该电压表示流过开关管102和变压器103主绕组的电流大�。诳毓�102关闭的时刻，将流过LED负载的电流的峰值电压信号送入控制器101中。所述信号N06，在开关管开启时，N06对应地电位N02为负压，在开关关断时N06对应地电位N02为正电压(该电压正比于LED灯串的正向导通电压)，给芯片供电，同时当变压器103主绕组电流降为零时，N06电压开始下降，为控制器101提供变压器放103电时间的信息。所述信号N07表示开关管102的栅极驱动信号，该信号控制开关管102的开启和关断，该信号是控制器101的输出信号。所述分压信号N08，是将变压器103的辅助绕组电压信号N06分压后，转换为控制器101能够处理的电压信号，该信号是控制器101的输入信号。如图2，所述控制器101的一个具体电路，包括峰值采样电路201、放电时间检测电路202、基准电压源203、振荡器204、等效放电电压电路205、二选一电路206、误差放大器207、比较器209和逻辑电路210。所述峰值米样电路201具有一个输入端、一个输出端和一个控制端，输入端接米样电阻104的一端N04，输出端接等效放电电压电路205的输入N53，控制端为开关管102开启关断的控制信号N07 ;所述峰值采样电路201的作用是，在开关管102开通结束时，保持米样电阻104的一端N04上的最高电压信号,作为等效放电电压电路205的输入。等效放电电压电路205具有一个输入端、一个输出端和一个控制端，输入端接所述峰值采样电路201的输出N53，输出端接所述二选一电路206的一个输入端N54，所述控制端接放电时间检测电路202的输出N52 ;所述等效放电电压电路205的作用是，当放电时间检测电路202输出N52为逻辑高时(变压器103主绕组电流处于放电状态)，等效放电电压电路205的输出为所述峰值采样电路201的输出N53电压值的一半，当放电时间检测电路202的输出为逻辑低时(变压器103主绕组电流处于充电状态或者放电结束状态)，等效放电电压电路205的输出地电位N02。放电时间检测电路202具有一个输入端、一个输出端，输入端接变压器103辅助绕组的分压信号N08、输出端接等效放电电压电路205的控制端N52 ;所述放电时间检测电路202的作用是，通过检测电压信号N08的高电平时间，得到变压器103的主绕组的放电时间信号N52，所述N52是一个逻辑信号，去控制等效放电电压电路205的输出N54。所述二选一电路206具有两个选择输入端，一个控制端及一个输出端，两个选择输入端分别对应连接所述采样电阻的一端N04和等效放电电压电路205的输出N54，所述控制端与开关管102的栅极N07连接，所述输出端与误差放大器207的一个输入端N55连接。当开关管开启时，所述二选一电路206送入误差放大器207的信号为米样电阻104的一端N04 ;当开关管102关闭时，二选一电路206将所述等效放电电压电路205的输出端N54送入误差放大器207中。所述误差放大器207用于将其接收的基准电压源203与二选一电路206输出的电压信号转化为电流信号并输出；图1中所述补偿电容113与误差放大器的输出NlO连接，用于将误差放大器207输出的电流信号转变为电压信号；误差放大器207的作用是,将开关管102开通时的LED电流信息(采样电阻104的一端N04)或开关管102关断时的LED电流信息(等效放电电压电路205的输出N54)与基准信号N51进行比较，并得到误差放大信号N10，去控制开关管102的开启和关断，从而稳定LED负载106的输出电流。比较器209的一个输入端与误差放大器207的输出端NlO连接，另一个输入端与振荡器204的一个输出端N58连接，比较器209用于将补偿电容113上产生的电压信号和其另一个输入端上的锯齿波信号N58相比较；比较器209的作用是决定开关管102的开通时间，既把锯齿波信号N58和误差放大器的输出信号NlO相比较，比较器209的输出信号送入到逻辑电路210中调节开关管102的开通时间。在另一个实施例中，控制器101还包括比较器208。所述比较器208的一个输入端连接所述采样电阻104的一端N04，另一个输入端接收基准电压源203输出的基准电压N50，比较器208输出的控制信号送入逻辑电路210 ;比较器208的作用是限制流过开关管102和变压器103主绕组的最大电流，当流过开关管102和变压器103主绕组的电流等效信号N04超过基准电压源203的输出电压N50时，比较器208通过逻辑电路210关断开关管102，限制流过开关管102和变压器103主绕组的最大电流值。所述逻辑电路210用于产生控制开关管102开通和关断的信号。所述基准电压源203的作用是，产生精确的基准电压N50和N51，其中N51将作为误差放大器207的输入电压信号，N50作为比较器208的输入电压信号。所述振荡器204的作用是，产生时钟信号N57，送入逻辑电路210控制所述开关管102的开通；同时产生锯齿波信号或三角波信号N58,与误差放大器207的输出信号NlO进行比较送入逻辑电路210，控制开关管102的开通时间，在一个实施例中，当锯齿波信号N58大于误差放大器207的输出信号NlO时，比较器209输出的控制信号NlO关断开关管。所述逻辑电路210的作用是，接收比较器208的输出信号N56、比较器209的输出信号N59、振荡器204的输出信号N57控制开关管102的开通和关断。所述控制器101里面:N53信号是一个模拟电压信号，在开关管102开通时，该电压为图1所述采样电阻104的一端N04的电压信号，当开关管102关闭时，该信号保持所述电压信号N04的电压峰值；
N52信号是一个逻辑信号，该信号由放电时间检测电路202产生，作为等效放电电压电路205的控制信号，在变压器103的主绕组处于放电状态时，N52为逻辑高电平，其他时间N52为逻辑低电平；
N54是一个模拟电压信号，在N52为逻辑高电时，既所述变压器103主绕组处于放电状态时，N54输出模拟电压信号N53的一半，其他时间N54输出地电位N02 ；
N55是一个模拟电压信号,该信号是二选一电路206的输出，并送入误差放大器207的信号，当开关管102关闭时，所述N55的电压值为等效放电电压电路的输出端N54，当开关管开启时，所述N55的电压值为米样电阻104的一端N04的电压值；
N51信号是一个基准电压信号,该信号由电压基准源203产生,作为误差放大器207的一个输入信号，决定LED负载106的电流值；
N50信号是一个基准电压信号，该信号由电压基准源203产生，作为比较器208的一个输入信号，决定流过变压器103和开关管102的最大电流；
N59信号是一个数字逻辑信号，该信号由比较器209产生，通过逻辑电路210产生N07信号控制开关管102的开通时间；
N56信号是一个数字逻辑信号，该信号由比较器208产生，通过逻辑电路210产生N07信号控制开关管102的关断；
N58是一个锯齿波信号，该信号由振荡器204产生，送到比较器209中与误差放大器207的输出信号NlO进行比较；
N57信号是一个数字逻辑信号，该信号由振荡器204产生，通过逻辑电路210产生N07信号控制开关管102的开启时刻；
NlO是一个模拟电压信号,该电压信号的大小反应了输入电压NOl的大小以及流过LED负载电流的大小，该电压信号由误差放大器207产生的电流对电容113进行充电和放电决定，该电压送入比较器209和锯齿波信号N58相比较，产生信号N59。参照图3，为峰值采样电路电路201工作原理示意图。第一幅图表示变压器103主绕组电流，当开关管开启时，电流以固定斜率上升，当开关管关闭时，电流以固定斜率降低。第二幅图表不米样电阻104上的电压信号N04,当开关管开启时，N04电压为变压器103主绕组的电流与采样电阻104电阻值的乘积，当开关管关断时，N04的电压值为参考地电位N02。第三幅图表示峰值采样电路201的输出信号N53，当开关管开启时，N53与N04的电压信号一样，当开关管关断时，所述N53输出为N04的峰值电压值。参照图4，为放电时间检测电路202示意图。第一幅图和第二幅图分别表示表示变压器103主绕组电流和采样电阻104的电压信号，与图3所述一致。第三幅图表示控制器101输入N08的信号，所述N08为变压器103辅助绕组N06的分压信号，在开关管开启时，N08对应地电位N02为负压(如果控制器有钳位电路，N08为钳位电路设定的电压)，在开关关断时，当变压器103主绕组处于放电状态时，N08对应地电位N02为正电压(该电压正比于LED负载的正向导通电压)，同时当变压器103主绕组电流降为零时，N08电压开始下降，为控制器101提供变压器主绕组103的放电时间的信息。第四幅图表示放电时间检测电路202的输出信号N52，当所述N08为正电压时，N52输出逻辑高电平，当所述N08为负压时，N52输出逻辑低电平。参照图5，为等效放电电压电路205的工作原理示意图。第一幅图和第二幅图分别表示电阻104的电压信号N04和峰值采样电路201的输出信号N53，与图3所述一致。第三幅图表不放电时间检测电路202的输出信号N52,与图4所述一致。第四幅图表示等效放电电压205的输出电压信号N54，当所述N52为逻辑高电平时，既变压器103的主绕组处于放电状态时，N54为峰值采样电路201输出信号N53电压值的一半，当所述N52为逻辑低时，N54为参考地电位N02。图6为峰值采样电路201的一种具体组成电路图；包括电阻301、电容302和306、反相器303、二或门304、NMOS管305、运算放大器308、二极管307。
所述电阻301和电容302构成一个延时电路，与反相器303、二或门304 —起，构成了一个边沿检测电路，既当所述开关管102的栅控制信号N07由低变高时(开关管102由关断状态变为开启状态)，二或门304的输出一个由电阻301和电容302决定高电平脉宽的逻辑信号N61，控制NMOS管305开启。所述运算放大器308、二极管307以及电容306的作用是，当采样电阻104的电压N04上升时，使N53跟随N04 —起上升；当所述电压N04将为参考地点为N02后，由于二极管307的阻挡作用，电容306保持N04的峰值电压。所述NMOS管305的作用是，当开关管102由关断变为开启时，将电容306放电，使得所述电压信号N53能重新跟随采样电阻104的电压N04。N61信号是一个逻辑信号，在开关管102由关断变为开启时,产生一个由电阻301和电容302决定高电平脉宽脉宽的逻辑，控制NMOS管对电容306放电。图7为等效放电电路205的一种具体组成电路图；包括运算放大器400、电阻401和 402、NMOS 管 403 和 405、反相器 404。运算放大器400的作用是，使电压信号N63等于所述峰值采样电路201的输出电压信号N53。电阻401和402的作用是，将电压信号N63分压，使得电压信号N62等于所述电压信号N63的一半。NMOS管403的作用是，当所述放电时间检测电路202的输出逻辑信号N52为逻辑高电平时，既变压器103主绕组处于放电状态时，将N62信号送至等效放电电路205的输出N54,当所述N52为逻辑低电平时，既变压器103主绕组不处于放电状态时，将参考地电位N02送至等效放电电路的输出N54。反相器404的作用是，将所述控制信号N52反向，控制NMOS晶体管405的开启和关断。N63为一个模拟电压信号,等于输入信号N53的电压值；N62为一个模拟电压信号，所述N62的电压值为运算放大器400的输出N63的一半。参照图8, 二选一电路206的一种实施方式为:包括反向器410和411、NM0S管412和 NMOS 管 413。所述反向器410的输入端连接N07，所述反向器410的输出端连接反向器411的输入端和NMOS管412的栅极，所述反向器411的输出端连接NMOS管413的栅极。所述NMOS管412的漏极连接输入信号N54，所述NMOS管412的衬底连接控制器参考地N02，所述NMOS管412的源极连接NMOS管413的源极和输出信号N55。所述NMOS管413的漏极连接输入信号N04，所述NMOS管413的衬底连接控制器参考地N02，所述NMOS管413的源极连接NMOS管412的源级和输出信号N55。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种LED电流检测和控制电路，其特征在于，包括:电源、储能元件、开关管、控制器； 所述电源用于在开关管导通时向负载供电； 所述储能元件用于在开关管导通时，存储电能，在开关管关断时，将电能释放给负载供电； 所述控制器用于根据时钟信号及反馈信号控制开关管周期性的导通与关断；且在开关管导通时，反馈信号为反应流过负载瞬时电流大小的信号，开关管关断时反馈信号为反应流过负载等效电流大小的信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括第一电阻，所述控制器在开关管导通期间，通过第一电阻直接侦测流过负载的电流，同时采样并且保持流过第一电阻上的峰值电流信号；在开关管关断期间，控制器侦测所述储能元件的放电时间，并根据所述放电时间及所述流过第一电阻上的峰值电流信号计算流过负载的等效电流。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括二极管、第三电阻、第四电阻以及第二电容；所述储能元件为变压器； 所述电源的正极用于连接负载的阳极，变压器主绕组的第一端用于连接负载的阴极，所述第二电容并联在负载两端；所述开关管的漏极、变压器主绕组的第二端以及二极管的阳极连接在一起；二极管的阴极与电源的正极连接；开关管的源极和第一电阻的第一端相连，开关管的栅极与控制器的控制信号输出端连接，第一电阻的第二端接地；第一电阻的第一端与控制器的第一输入端连接； 所述变压器的辅助绕组的第一端连接第四电阻的第一端，第四电阻的第二端连接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端接地；所述变压器的辅助绕组的第二端接地；第三电阻及第四电阻的公共连接端连接控制器的第二输入端。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制器的电源输入端通过第二电阻与电源的正极连接，控制器的电源输入端通过第二二极管与变压器副绕组的第一端连接，控制器的电源输入端通过第一电容接地； 其中，第二二极管的阴极与控制器的电源输入端连接，阳极与变压器副绕组的第一端连接。
5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述控制器包括:逻辑电路、振荡器、峰值采样电路、等效放电电压电路、二选一电路、基准电压源、误差放大器、第三电容及第二比较器； 所述振荡器用于向逻辑电路提供时钟信号，以及向第二比较器的一个输入端提供锯齿波信号或三角波信号； 所述峰值采样电路的输入端连接所述控制器的第一输入端，峰值采样电路的输出端与所述等效放电电压电路的输入端连接，等效放电电压电路的输出端与所述二选一电路的第一选择输入端连接； 所述二选一电路的第二选择输入端与所述控制器的第一输入端连接；二选一电路的输出端与误差放大器的一个输入端连接；二选一电路的控制端与所述控制器的控制信号输出端连接； 误差放大器的另一输入端连接所述基准电压源，误差放大器的输出端与所述第二比较器的另一输入端连接；第二比较器的输出端向逻辑电路输出比较结果；所述误差放大器的输出端还通过所述第三电容接地； 所述逻辑电路的输出端为所述控制器的控制信号输出端，所述逻辑电路用于根据时钟信号及第二比较器输出的比较结果导通或关断开关管。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述控制器还包括放电时间检测电路，放电时间检测电路的输入端连接所述控制器的第二输入端，放电时间检测电路的输出端与等效放电电压电路的控制端连接。
7.一种LED电流检测和控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 根据时钟信号与反馈信号控制开关管周期性的导通和关断； 在开关管导通时，所述电源向负载供电，储能元件存储电能； 在开关管关断时，将储能元件将电能释放给负载供电； 且在开关管导通时，所述反馈信号为反应流过负载瞬时电流大小的信号；开关管关断时，所述反馈信号为反应流过负载等效电流大小的信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，开关管关断时，所述反馈信号为反应(流过负载的峰值电流X 1/2)的大小的信号。
9.一种控制器，其特征在于，包括:逻辑电路、振荡器、峰值采样电路、等效放电电压电路、二选一电路、基准电压源、误差放大器、第三电容及第二比较器； 所述振荡器用于向逻辑电路提供时钟信息，以及向第二比较器的一个输入端提供锯齿波信号或三角波信号； 所述峰值采样电路的输入端连接控制器的第一输入端，峰值采样电路的输出端与所述等效放电电压电路的输入端连接，等效放电电压电路的输出端与所述二选一电路的第一选择输入端连接；所述二选一电路的第二选择输入端与控制器的第一输入端连接；二选一电路的输出端与误差放大器的一个输入端连接；二选一电路的控制端与控制器的控制信号输出端连接；误差放大器的另一输入端连接所述基准电压源，误差放大器的输出端与所述第二比较器的另一输入端连接；第二比较器的输出端向逻辑电路输出比较结果；所述误差放大器的输出端还通过所述第三电容接地； 所述逻辑电路的输出端为控制器的控制信号输出端，所述逻辑电路用于根据时钟信号及第二比较器输出的比较结果导通或关断开关管。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述控制器还包括放电时间检测电路，放电时间检测电路的输入端连接控制器的第二输入端，放电时间检测电路的输出端与等效放电电压电路的控制端连接。
全文摘要
本发明公开了一种LED电流检测和控制电路及其控制器，涉及LED电流检测和控制的电路领域，旨在提供一种基于降压(Buck)拓扑的非隔离、等效闭环控制的LED驱动电路及其控制器。本发明技术要点包括电源、储能元件、开关管、控制器；所述电源用于在开关管导通时向负载供电；所述储能元件用于在开关管导通时，存储电能，在开关管关断时，将电能释放给负载供电；所述控制器用于根据反馈信号控制开关管导通或关断；且在开关管导通时，反馈信号为反应流过负载瞬时电流大小的信号，开关管关断时反馈信号为反应流过负载等效电流大小的信号等。
文档编号G01R19/00GK103152955SQ20131010428
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者蒋晓博 申请人:蒋晓博
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
