Led過壓檢測電路和驅動電路以及led照明系統的製作方法
2023-06-26 07:17:16
Led過壓檢測電路和驅動電路以及led照明系統的製作方法
【專利摘要】本申請公開了一種LED過壓檢測電路和驅動電路以及LED照明系統，LED過壓檢測電路，應用於LED驅動電路中，LED驅動電路包括功率級電路、供電電路、控制電路以及過壓保護電路，LED過壓檢測電路包括：控制開關Sa、二極體Da和開關控制電路，在功率級電路的功率開關管處於斷開狀態時通過開關控制電路來控制所述控制開關Sa導通和斷開，即可得到功率級電路的輸出電壓，可見相比於現有技術中的LED過壓檢測電路，本申請公開的LED過壓檢測電路並不需要輔助繞組來檢測LED驅動電路的輸出電壓，因此，成本較低。
【專利說明】LED過壓檢測電路和驅動電路以及LED照明系統
【技術領域】
[0001] 本申請涉及發光二極體（LED)驅動控制【技術領域】，更具體地說，涉及一種LED過壓 檢測電路和驅動電路。
【背景技術】
[0002] 在LED照明系統中，通常通過LED驅動電路驅動LED負載工作。並且，在LED照明 系統正常工作時，所述LED驅動電路需要時刻檢測LED負載的運行狀態，若未能及時檢測到 LED負載過壓，則可能會導致LED負載損壞，使得LED驅動電路不能正常工作。因此，通常會 在LED驅動電路中加入過壓檢測電路，以避免LED負載損壞。
[0003] 目前，所述LED驅動電路通常採用輔助繞組作為LED過壓檢測電路，來檢測LED負 載是否處於過壓狀態，以所述LED驅動電路的功率級電路為Buck型功率級電路為例，所述 Buck型功率級電路的輸出端與LED負載連接，由於所述Buck型功率級電路的功率開關管 關斷時，所述Buck型功率級電路的輸出電壓等於電感電壓，且所述輔助繞組的電壓與所述 電感電壓成比例，所以可通過輔助繞組採樣電感電壓的大小，來確定LED負載是否過壓，若 LED負載過壓，則觸發過壓保護電路來保護LED驅動電路。
[0004] 但由於輔助繞組的製作複雜，導致了 LED驅動電路的製作成本增加，因此，如何降 低所述LED驅動電路的生產成本，成為本領域技術人員亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005] 有鑑於此，本申請提供一種LED過壓檢測電路和驅動電路以及LED照明系統，以解 決現有技術中LED驅動電路成本較高的問題。
[0006] 一種LED過壓檢測電路，應用於LED驅動電路中，所述LED驅動電路包括功率級電 路、供電電路、控制電路以及過壓保護電路，所述供電電路用於通過偏置電容向所述控制電 路提供供電電壓Vcc，所述控制電路用於通過PWM信號控制所述功率級電路中的功率開關 管的通斷，所述過壓保護電路用於當LED負載過壓時對所述LED驅動電路進行保護，其特徵 在於，包括控制開關Sa、二極體Da和開關控制電路；
[0007] 所述控制開關Sa的一端與所述功率級電路中的電感和所述功率開關管的公共端 相連，另一端與所述二極體Da的陽極相連，所述控制開關Sa受所述開關控制電路控制；
[0008] 所述二極體Da的陰極與所述偏置電容的非接地端相連；
[0009] 所述開關控制電路的第一輸入端接收所述功率級電路中的電感電流，第二輸入端 接收基準電壓，第三輸入端接收所述供電電壓Vcc，第一輸出端與所述控制開關Sa的控制 端相連，第二輸出端與所述過壓保護電路相連。
[0010] 優選的，上述LED過壓檢測電路中，所述控制電路控制所述功率開關管關斷時，所 述電感電流減小；
[0011] 所述開關控制電路控制所述控制開關Sa閉合為第一工作狀態，所述電感電流以 第一斜率線性下降，並由第一電感電流峰值下降到第二電感電流峰值，獲取所述電感電流 從所述第一電感電流峰值下降到所述第二電感電流峰值的時間，記為第一工作時間，並獲 取所述第一工作狀態下的電感電壓，記為第一電感電壓，
[0012] 所述開關控制電路控制所述控制開關Sa關斷為第二工作狀態，所述電感電流以 第二斜率線性下降，並由所述第一電感電流峰值下降到所述第二電感電流峰值，獲取所述 電感電流從所述第一電感電流峰值下降到所述第二電感電流峰值的時間，記為第二工作時 間，並獲取所述第二工作狀態下的電感電壓，記為第二電感電壓，
[0013] 根據所述第一、二工作時間以及第一、二電感電壓，判斷所述功率級電路的輸出電 壓與所述功率級電路的輸出電壓理論值的大小，當所述輸出電壓大於所述輸出電壓理論值 時，控制所述過壓保護電路工作。
[0014] 優選的，上述LED過壓檢測電路中，根據所述第一、二工作時間以及第一、二電感 電壓，判斷所述功率級電路的輸出電壓與所述輸出電壓理論值的大小，具體包括：
[0015] 依據公式Vo*(tl_t2) = Vcc*t2計算所述功率級電路的輸出電壓Vo的值，並判斷 所述功率級電路輸出電壓Vo與所述基準電壓的大小；
[0016] 其中，所述tl為所述第一工作時間，t2為所述第二工作時間。
[0017] 優選的，上述LED過壓檢測電路中，當所述第一工作狀態和第二工作狀態處於所 述功率開關管的相鄰兩個開關周期的各自關斷工作時間時，所述開關控制電路包括：
[0018] 反相輸入端獲取所述電感電流的比較器A1，所述比較器A1的同相輸入端用於獲 取所述第一電感電流峰值；
[0019] 同相輸入端獲取所述電感電流的比較器A2,所述比較器A2的反相輸入端用於獲 取所述第二電感電流峰值；
[0020] 第一輸入端與所述比較器A1的輸出端相連、第二輸入端與所述比較器A2的輸出 端相連的與門；
[0021] 第一端與所述與門的輸出端相連的控制開關Sc3 ;
[0022] 所述控制開關Sc3的控制端用於獲取第一開關周期信號，所述第一開關周期信號 等於所述功率開關管的前一個開關周期，所述第一開關周期信號用於控制所述控制開關 Sc3閉合；
[0023] 控制端與所述控制開關Sc3的第二端相連的控制開關Scl，所述控制開關Scl的第 一端通過第一電容C1接地；
[0024] 輸出端與所述控制開關Scl的第二端相連、輸入端輸入有所述基準電壓信號的第 一電壓-電流轉換器；
[0025] 第二端與所述與門的輸出端相連的控制開關Sc4 ;
[0026] 所述控制開關Sc4的控制端用於獲取第二開關周期信號，所述第二開關周期信號 等於所述功率開關管的後一個開關周期，所述第二開關周期信號用於控制所述控制開關 Sc4閉合；
[0027] 控制端與所述控制開關Sc4的第一端相連的控制開關Sc2,所述控制開關Sc2的第 一端通過第二電容C2接地；
[0028] 輸出端與所述控制開關Sc2第二端相連、第一輸入端通過第二電壓-電流轉換器 獲取所述供電電壓Vcc、第二輸入端與所述控制開關Scl的第二端相連的加法器；
[0029] 第一輸入端用於獲取所述第二開關周期信號、第二輸入端與所述與門的輸出端相 連、第三輸入端用於獲取PWM互補信號的與非門，所述與非門的輸出端與所述控制開關Sa 的控制端相連；
[0030] 第一輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、第二輸入端與第二電容C2非接地 端相連，輸出端與所述過壓保護電路相連的觸發電路；
[0031] 所述觸發電路用於當所述第二工作時間結束時，比較所述第一電容C1兩端的第 一電壓值與所述第二電容C2兩端的第二電壓值的大小，當所述第二電壓值大於所述第一 電壓值時輸出觸發信號，觸發所述過壓保護電路動作。
[0032] 優選的，上述LED過壓檢測電路中，當所述第一工作狀態和第二工作狀態處於所 述功率開關管的同一個開關周期的關斷工作時間時，所述開關控制電路包括：
[0033] 反相輸入端獲取所述電感電流的比較器A3,所述比較器A3的同相輸入端用於獲 取所述第二電感電流峰值；
[0034] 同相輸入端獲取所述電感電流的比較器A4,所述比較器A4的反相輸入端與用於 獲取第三電感電流峰值；
[0035] 第一輸入端與所述比較器A3的輸出端相連、第二輸入端與所述比較器A4的輸出 端相連的與門；
[0036] 第一端與所述與門輸出端相連、第二端用於獲取所述PWM互補信號的與非門，所 述與非門的輸出端與所述控制開關Sa的控制端相連；
[0037] 第一端通過所述第一電容C1接地、第二端通過所述第一電壓-電流轉換器獲取所 述基準電壓信號的控制開關S1 ;
[0038] 所述控制開關S1的控制端用於獲取所述第一工作時間，所述第一工作時間用於 控制所述控制開關S1閉合；
[0039] 第一端通過所述第二電容C2接地的控制開關S2 ;
[0040] 所述控制開關S2的控制端用於獲取所述第二工作時間，所述第二工作時間用於 控制所述控制開關S2閉合；
[0041] 輸出端與所述控制開關S2的第二端相連、第一輸入端通過所述第二電壓-電流轉 換器獲取所述供電電壓Vcc、第二輸入端與所述控制開關S1的第二端相連的加法器；
[0042] 第一輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、第二輸入端與所述第二電容C2非 接地端相連、輸出端與所述過壓保護電路相連的觸發電路；
[0043] 所述觸發電路用於當所述第二工作時間結束時，比較所述第一電容C1兩端的第 一電壓值與所述第二電容C2兩端的第二電壓值的大小，當所述第二電壓值大於所述第一 電壓值時輸出觸發信號，觸發所述過壓保護電路動作。
[0044] 優選的，上述LED過壓檢測電路中，所述觸發電路包括：
[0045] 反相輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、同相輸入端與所述第二電容C2非 接地端相連的比較器A5;
[0046] 第一輸入端與所述比較器A5輸出端相連、第二輸入端接收所述第二工作時間、 輸出端與所述過壓保護電路相連的觸發器，當所述第二工作時間結束時，所述觸發器被觸 發；
[0047] 一種LED驅動電路，包括功率級電路、供電電路、控制電路以及過壓保護電路，所 述供電電路用於通過偏置電容向所述控制電路提供供電電壓Vcc，所述控制電路用於通過 PWM信號控制功率級電路中的功率開關管的通斷，所述過壓保護電路用於當LED負載過壓 時對所述LED驅動電路進行保護，包括上述任意一項公開的LED過壓檢測電路。
[0048] 優選的，上述LED驅動電路中，所述控制電路與所述LED過壓檢測電路集成在同一 個晶片中。
[0049] 優選的，上述LED驅動電路中，所述LED驅動電路的功率級電路的拓撲結構包括： 降壓型或降壓-升壓型。
[0050] -種LED照明系統，包括電源、LED負載，還可以包括上述任意一項公開的LED驅 動電路。
[0051] 通過上述技術方案可知相比於現有技術中的LED過壓檢測電路，本申請公開的 LED過壓檢測電路並不需要輔助繞組來檢測所述LED驅動電路的輸出電壓，因此，成本較 低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0053] 圖1為本申請實施例公開的一種LED過壓檢測電路的結構圖；
[0054] 圖2為應用圖1的LED驅動電路的電感電流波形圖；
[0055] 圖3為當第一工作狀態和第二工作狀態在所述功率開關管的相鄰兩個開關周期 的各自關斷工作時間時，開關控制電路的結構圖；
[0056] 圖4為應用圖3的LED驅動電路的電感電流波形圖；
[0057] 圖5為當第一工作狀態和第二工作狀態在所述功率開關管的同一個開關周期的 關斷工作時間時，開關控制電路的結構圖；
[0058] 圖6為應用圖5的LED驅動電路的電感電流波形圖；
[0059] 圖7為本申請實施例公開的觸發電路的結構圖；
[0060] 圖8為所述功率級電路為Buck型時，LED驅動電路的結構圖；
[0061] 圖9為所述功率級電路為Buck-Boost型時，LED驅動電路的結構圖。
【具體實施方式】
[0062] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0063] 圖1為本申請實施例公開的一種LED過壓檢測電路的結構圖。
[0064] 參見圖1，本申請實施例公開了一種LED過壓檢測電路，該過壓檢測電路應用於 LED驅動電路中，所述LED驅動電路包括功率級電路1、供電電路3和控制電路2以及過壓保 護電路4,所述供電電路3用於通過偏置電容Cbias向所述控制電路2提供供電電壓Vcc， 所述控制電路2用於通過PWM信號控制功率級電路1中的功率開關管Q的通斷，所述過壓 保護電路4用於當LED負載過壓時對所述LED驅動電路進行保護，所述LED過壓檢測電路 可以包括：控制開關Sa、二極體Da和開關控制電路501 ;
[0065] 所述控制開關Sa的第一端與所述功率開關管Q和所述電感L的公共端相連，另一 端與所述二極體Da的陽極相連，所述控制開關Sa受所述開關控制電路501控制；
[0066] 所述二極體Da的陰極與所述偏置電容Cbias的非接地端相連；
[0067] 所述開關控制電路501的第一輸入端接收所述功率級電路1中的電感電流，第二 輸入端接收基準電壓Vref，第三輸入端接收所述供電電壓Vcc，第一輸出端與所述控制開 關Sa的控制端相連，第二輸出端與所述過壓保護電路4相連；
[0068] 在這裡需要指明的是，本實施例中的所述功率級電路1和供電電路3可以採用現 有技術中已經公開的功率級電路和供電電路，並且現有技術中公開的功率級電路和供電電 路也不僅僅包含上述提到的元件，還包括其他元件，本實施例只是為了方便對所述LED過 壓檢測電路進行說明，並只對所述功率級電路和供電電路的部分器件進行了介紹，並未對 所述功率級電路和供電電路的具體結構進行詳細說明。
[0069] 當將本申請公開的所述LED過壓檢測電路應用於LED驅動電路中時，用戶在所述 功率開關管Q處於斷開狀態時，通過開關控制電路來控制所述控制開關Sa閉合和斷開，即 可得到所述功率級電路的輸出電壓，通過比較功率級電路的輸出電壓與所述LED驅動電路 正常工作時的輸出電壓理論值的大小，當所述功率級電路的輸出電壓大於所述LED驅動電 路正常工作時的輸出電壓理論值時，即可認為輸出電壓過壓，需要觸發過壓保護電路對LED 驅動電路進行保護，其中所述輸出電壓理論值為已知條件，本申請中採用基準電壓Vref來 表徵輸出電壓理論值。
[0070] 通過上述技術方案可知相比於現有技術中的LED過壓檢測電路，本申請公開的 LED過壓檢測電路並不需要用現有技術中常用的輔助繞組來測量所述LED驅動電路的輸出 電壓，因此，成本較低。
[0071] 具體的，上述實施例中在測量所述功率級電路輸出電壓的實際值時，可以採用下 述方案進行操作：
[0072] 當將本申請公開的所述LED過壓檢測電路應用於LED驅動電路中時，所述功率開 關管Q在一個開關周期內，當功率開關管Q導通時，電感電流iL線性上升到最大值；當功率 開關管Q關斷時，續流二極體Df續流，電感電流iL開始線性下降，並分為第一工作狀態和 第二工作狀態。其中，所述功率開關管Q關斷且控制開關Sa導通時，為第一工作狀態，所述 功率開關管Q關斷且控制開關Sa斷開時，為第二工作狀態。
[0073] 圖2為應用圖1的LED驅動電路的電感電流波形圖。
[0074] 參見圖2,在第一工作狀態時，控制開關Sa導通，結合圖1，電感L、輸出電容C0、 LED負載、續流二極體Df和控制開關Sa形成迴路，所述電感電流iL以第一斜率線性下 降，測量電感電流iL下降第一幅值（由第一電感電流峰值ipkl下降到第二電感電流峰值 ipk2)所用的時間為第一工作時間tl，此時由於控制開關Sa導通，所以電感電壓VL等於所 述功率級電路的輸出電壓Vo,即VL = Vo。
[0075] 根據 VL = L*di/dt 可得：
[0076] Vo = L* (ipkl_ipk2)/tl (1)
[0077] 在第二工作狀態時，控制開關Sa斷開，結合圖1，電感L、輸出電容C0、LED負載、續 流二極體Df、二極體Da和偏置電容Cbias形成迴路，所述電感電流以第二斜率線性下降，測 量電感電流iL下降第一幅值（由第一電感電流峰值ipkl下降到第二電感電流峰值ipk2) 所用的時間為第二工作時間t2,此時由於控制開關Sa關斷，所以電感電壓VL等於所述功率 級電路輸出電壓Vo與供電電壓Vcc之和，即VL = Vo+Vcc。
[0078] 根據 VL = L*di/dt 可得：
[0079] Vo+Vcc = L* (ipkl_ipk2)/t2 (2)
[0080] 由表達式⑴和（2)可得：
[0081] Vo* (tl_t2) = Vcc*t2 (3)
[0082] 由於供電電壓Vcc是一個比較穩定的電壓，根據表達式（3)可知，當計算得到的功 率級電路輸出電壓實際值Vo比輸出電壓理論值大時，即可認為輸出電壓過壓，需要觸發過 壓保護電路對LED驅動電路進行保護，其中所述輸出電壓理論值為已知條件，本申請中採 用基準電壓Vref來表徵輸出電壓理論值。
[0083] 在這裡需要指明的是，所述開關控制電路的第一工作狀態和第二工作狀態可以在 所述功率開關管的相鄰兩個開關周期的各自關斷工作時間，也可以在所述功率開關管的同 一個開關周期的關斷工作時間。
[0084] 本申請還針對當所述開關控制電路的第一工作狀態和第二工作狀態處於不同的 工作情況下，分別公開了兩種開關控制電路。
[0085] 圖3為當第一工作狀態和第二工作狀態在所述功率開關管的相鄰兩個開關周期 的各自關斷工作時間時，開關控制電路的結構圖。
[0086] 圖4為應用圖3中的LED驅動電路的電感電流波形圖。
[0087] 參見圖3,當所述第一工作狀態和第二工作狀態在所述功率開關管的相鄰兩個開 關周期的各自關斷工作時間時，所述開關控制電路的具體結構包括：
[0088] 反相輸入端獲取所述電感電流iL的比較器A1，所述比較器A1的同相輸入端用於 獲取所述第一電感電流峰值ipkl ;
[0089] 同相輸入端獲取所述電感電流iL的比較器A2,所述比較器A2的反相輸入端用於 獲取所述第二電感電流峰值ipk2 ;
[0090] 第一輸入端與所述比較器A1的輸出端相連、第二輸入端與所述比較器A2的輸出 端相連的與門；
[0091] 第一端與所述與門的輸出端相連的控制開關Sc3 ;
[0092] 所述控制開關Sc3的控制端用於獲取第一開關周期信號，所述第一開關周期信號 等於所述功率開關管Q的前一個開關周期記為Tsl，所述第一開關周期信號用於控制所述 控制開關Sc3閉合；
[0093] 控制端與所述控制開關Sc3的第二端相連的控制開關Scl，所述控制開關Scl的第 一端通過第一電容C1接地；
[0094] 輸出端與所述控制開關Scl的第二端相連、輸入端輸入有所述基準電壓信號Vref 的第一電壓-電流轉換器5011;
[0095] 第二端與所述與門的輸出端相連的控制開關Sc4 ;
[0096] 所述控制開關Sc4的控制端用於獲取第二開關周期信號，所述第二開關周期信號 等於所述功率開關管Q的後一個開關周期記為Ts2,所述第二開關周期信號用於控制所述 控制開關Sc4閉合；
[0097] 控制端與所述控制開關Sc4的第一端相連的控制開關Sc2,所述控制開關Sc2的第 一端通過第二電容C2接地；
[0098] 第一輸入端用於獲取所述第二開關周期信號Ts2、第二輸入端與所述與門的輸出 端相連、第三輸入端用於獲取PWM互補信號的與非門，所述與非門的輸出端與所述控制開 關Sa的控制端相連，用於輸出控制所述控制開關Sa通斷的控制信號Tsa ;
[0099] 輸出端與所述控制開關Sc2第二端相連、第一輸入端通過第二電壓-電流轉換 器5012獲取所述供電電壓Vcc、第二輸入端與所述控制開關Scl的第二端相連的加法器 5013 ；
[0100] 第一輸入端與所述第一電容C1非接地端相連，用於獲取第一電壓值vl，第二輸入 端與第二電容C2非接地端相連，用於獲取第二電壓值v2,輸出端與所述過壓保護電路4相 連的觸發電路5014 ;
[0101] 所述觸發電路5014用於當所述第二工作時間t2結束時，比較所述第一電壓值vl 與所述第二電壓值v2的大小，當所述第二電壓值v2大於所述第一電壓值vl時輸出觸發信 號ovp，使所述過壓保護電路4對所述LED驅動電路進行保護。
[0102] 如圖3所示，所述第一電壓-電流轉換器5011接收基準電壓Vref，Vref表徵所 述LED驅動電路的輸出電壓理論值，第二電壓-電流轉換器5012接收供電電壓Vcc，並分 別將基準電壓Vref轉換為第一電流2*il、供電電壓Vcc轉換為第二電流i2。其中，il = kl*Vref，i2 = k2*Vcc，kl、k2大於0,為所述第一、第二電壓-電流轉換器的轉換係數。第 一電流2*il分別流進加法器5013的第一輸入端和由控制開關Scl與第一電容C1組成的 支路，第二電流i2流進加法器5013的第二輸入端。加法器的輸出端輸出第三電流i3,其中 i3 = il+i2。第三電流i3流進由控制開關Sc2與第一電容C2組成的支路。
[0103] 如圖3和圖4所示，假設在第一工作狀態時，電感電流iL沿第一斜率線性下降，由 第一電感電流峰值ipkl下降到第二電感電流峰值ipk2的時間記為第一工作時間tl ;在第 二工作狀態時，電感電流iL沿第二斜率線性下降，由第一電感電流峰值ipkl下降到第二電 感電流峰值ipk2的時間記為第二工作時間t2。
[0104] 當iL>ipkl或iL〈ipk2時，第一比較器A1或第二比較器A2輸出低電平，則與門輸 出為低電平，此時所述控制開關Sa處於導通狀態，則無論控制開關Sc3、控制開關Sc4導通 或關斷，所述控制開關Scl、控制開關Sc2均關斷，所述LED過壓檢測電路不工作。
[0105] 當ipk2〈iL〈ipkl時，第一比較器A1和第二比較器A2均輸出高電平，當第一開關 周期信號Tsl到來時，所述控制開關Sc3導通，進而控制開關Scl導通，第一電流il對第一 電容C1充電，第一電壓vl增加，當第一開關周期信號Tsl結束時，控制開關Scl關斷，第一 電壓vl達到最大值。然後，第二開關周期信號Ts2到來，所述控制開關Sc4導通，進而控制 開關Sc2導通，第三電流i3對第二電容C2充電，第二電壓v2增加，當第二開關周期信號 Ts2結束時，控制開關Sc2關斷，第二電壓v2達到最大值。
[0106] 此時，第二工作時間已t2結束，表示時鐘信號的上升沿到來，比較器A5比較第一 電容電壓vl和第二電容電壓v2,當v2>vl時，比較器A5輸出高電平，觸發電路5014被觸 發，控制過壓保護電路4保護LED驅動電路。
[0107] 圖5為當第一工作狀態和第二工作狀態在所述功率開關管的同一個開關周期的 關斷工作時間時，開關控制電路的結構圖。
[0108] 圖6為應用圖5的LED驅動電路的電感電流波形圖。
[0109] 參見圖5和圖6,當所述第一工作狀態和第二工作狀態在所述功率開關管的同一 個開關周期的關斷工作時間時，所述開關控制電路的具體結構包括：
[0110] 反相輸入端獲取所述電感電流iL的比較器A3,所述比較器A3的同相輸入端用於 獲取所述第二電感電流峰值ipk2 ;
[0111] 同相輸入端獲取所述電感電流iL的比較器A4,所述比較器A4的反相端入端與用 於獲取第三電感電流峰值ipk3 ;
[0112] 第一輸入端與所述比較器A3的輸出端相連、第二輸入端與所述比較器A4的輸出 端相連的與門；
[0113] 第一端與所述與門輸出端相連、第二端用於獲取所述PWM互補信號的與非門，所 述與非門的輸出端與所述控制開關Sa的控制端相連，用於輸出控制所述控制開關Sa通斷 的控制信號Tsa ;
[0114] 第一端通過所述第一電容Cl接地、第二端通過所述第一電壓-電流轉換器5021 獲取所述基準電壓信號Vref的控制開關S1 ;
[0115] 所述控制開關S1的控制端用於獲取所述第一工作時間tl'，所述第一工作時間 tl'用於控制所述控制開關S1閉合；
[0116] 第一端通過所述第二電容C2接地的控制開關S2 ;
[0117] 所述控制開關S2的控制端用於獲取所述第二工作時間t2'，所述第二工作時間 t2'用於控制所述控制開關S2閉合；
[0118] 輸出端與所述控制開關S2的第二端相連、第一輸入端通過所述第二電壓-電流轉 換器5022獲取所述供電電壓Vcc、第二輸入端與所述控制開關S1的第二端相連的加法器 5023 ；
[0119] 第一輸入端與所述第一電容C1非接地端相連，用於獲取第一電壓值vl，第二輸入 端與所述第二電容C2非接地端相連，用於獲取第二電壓值v2,輸出端與所述過壓保護電路 4相連的觸發電路5024 ;
[0120] 所述觸發電路5024用於當所述第二工作時間t2'結束時，比較所述第一電壓值vl 與所述第二電壓值v2的大小，當所述第二電壓值v2大於所述第一電壓值vl時輸出觸發信 號ovp，使所述過壓保護電路4保護所述LED驅動電路。
[0121] 可以理解的是，本申請上述實施例中的所述控制開關Sc3和/或控制開關Sc4和 /或控制開關S1和/或控制開關S2的控制端均可以由所述開關控制電路501輸出，例如 當所述開關控制電路501控制所述控制開關Sa閉合時，控制所述控制開關Sc3或控制開關 Sc4閉合，當所述控制開關Sa斷開時，控制所述控制開關S1或控制開關S2閉合；需要指出 的是，同一時刻，所述控制開關Sc3或Sc4隻能閉合一個，所述控制開關S1和S2也只能閉 合一個。
[0122] 如圖6所示，假設第一工作狀態和第二工作狀態在功率開關管Q的同一個開關周 期Ts的關斷工作時間時，電感電流iL由第一電感電流峰值ipkl下降到第二電感電流峰值 ipk2的下降幅值為iz，在該實施例中所述幅值iz即為第一幅值，對應的第一工作時間為 tl'，由第二電感電流峰值ipk2下降到第三電感電流峰值ipk3的下降幅值也為iz，其對應 的第二工作時間為t2'。
[0123] 如圖5所示，所述第一電壓-電流轉換器5021接收基準電壓Vref，第二電壓-電 流轉換器5022接收供電電壓Vcc，並分別將基準電壓Vref轉換為第一電流2*i 1、供電電壓 Vcc 轉換為第二電流 i2。其中，il = kl*Vref，i2 = k2*Vcc，kl、k2 大於 0。第一電流 2*il 分別流進加法器的第一輸入端和由控制開關S1與電容C3組成的支路，第二電流i2流進加 法器5023的第二輸入端，加法器5023的輸出端輸出第三電流i3,其中i3 = il+i2。第三 電流i3流進由控制開關S2與電容C4組成的支路。
[0124] 當第一工作時間tl'到來時，控制開關S1導通，第一電流il對第一電容C1充電， 第一電壓值vl增加，當第一工作時間tl'結束時，控制開關S1關斷，第一電壓值vl達到最 大值。然後，第二工作時間t2'到來，控制開關S2導通，第三電流i3對第二電容C2充電， 第二電壓值v2增加，當第二工作時間t2'結束時，控制開關S2關斷，第二電容電壓v2達到 最大值。
[0125] 此時，第二工作時間t2'已結束，表示時鐘信號的上升沿到來，比較器A5比較第一 電壓值vl和第二電壓值v2,當v2>vl時，比較器A5輸出高電平，觸發電路5024輸出觸發信 號ovp，使所述過壓保護電路4保護所述LED驅動電路。
[0126] 圖7為本申請實施例公開的觸發電路的結構圖。
[0127] 可以理解的是，本申請還公開了一種觸發電路的具體結構。
[0128] 所述觸發電路包括：反相輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、同相輸入端與 所述第二電容C2非接地端相連的比較器A5 ;
[0129] 第一輸入端與所述比較器A5輸出端相連、第二輸入端用於接收所述第二工作時 間t2、輸出端與所述過壓保護電路4相連的觸發器，當所述第二工作時間t2結束時，所述觸 發器的時鐘信號CLK到來；
[0130] 當第二工作時間t2結束時，時鐘信號CLK的上升沿到來，比較器A5比較第一電壓 值vl和第二電壓值v2,當v2>vl時，比較器A5輸出高電平，觸發器被觸發，輸出高電平，該 高電平狀態被保持，表示輸出電壓過壓，因而控制過壓保護電路4進行過壓保護動作。
[0131] 可以理解的是，對應於所述LED過壓檢測電路，本申請還公開了一種LED驅動電 路，其結構圖可參見圖1，所述LED驅動電路可以包括功率級電路1、供電電路3和控制電路 2以及過壓保護電路4,所述供電電路3用於通過偏置電容Cbias向所述控制電路2提供供 電電壓Vcc，所述控制電路2用於通過PWM信號控制功率級電路1中的功率開關管Q的通 斷，所述過壓保護電路4用於當LED負載過壓時對所述LED驅動電路進行保護，還可以包括 上述任意一實施例公開的LED過壓檢測電路。
[0132] 可以理解的是，本申請上述實施例中的所述控制電路2可以與所述LED過壓檢測 電路5集成在同一晶片中。
[0133] 可以理解的是，本申請實施例公開的所述開關電源的功率級電路1可以包括多種 設計方案，例如：可以為降壓（Buck)型或降壓-升壓型（Buck-Boost)型或其他類型的功率 級電路。所述功率級電路中設置有功率開關管Q，所述功率開關管可以為一場效應電晶體。
[0134] 圖8為所述功率級電路為Buck型時，LED驅動電路的結構圖。
[0135] 當所述功率級電路為降壓型時，所述功率級電路包括：漏極與電源Vin正極相連、 柵極與所述控制電路2的輸出端相連、源極通過電感L與LED負載的陽極相連的功率開關 管Q ;
[0136] LED負載的陰極接地；
[0137] 並聯在LED負載兩端的輸出電容C0 ;
[0138] 陽極與輸出電容C0的接地端相連、陰極與二極體Da的陽極相連的續流二極體Df。
[0139] 圖9為所述功率級電路為Buck-Boost型時，LED驅動電路的結構圖。
[0140] 當所述功率級電路為降壓-升壓型時，所述功率級電路包括：漏極與電源Vin正極 相連、柵極與所述控制電路2的輸出端相連、源極通過電感L接地的功率開關管Q ;
[0141] LED負載的陽極接地；
[0142] 並聯在LED負載兩端的輸出電容C0 ;
[0143] 陽極與LED負載的陰極相連、陰極與二極體Da的陽極相連的續流二極體Df。
[0144] 可以理解的是，對應於所述LED驅動電路，本申請還公開了一種LED照明系統，包 括電源、LED負載，還包括上述任意一項實施例公開的LED驅動電路。
[0145] 本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似部分互相參見即可。
[0146] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。
【權利要求】
1. 一種LED過壓檢測電路，應用於LED驅動電路中，所述LED驅動電路包括：功率級電 路、供電電路、控制電路以及過壓保護電路，所述供電電路用於通過偏置電容向所述控制電 路提供供電電壓Vcc，所述控制電路用於通過PWM信號控制所述功率級電路中的功率開關 管的通斷，所述過壓保護電路用於當LED負載過壓時對所述LED驅動電路進行保護，其特徵 在於，包括控制開關Sa、二極體Da和開關控制電路； 所述控制開關Sa的一端與所述功率級電路中的電感和所述功率開關管的公共端相 連，另一端與所述二極體Da的陽極相連，所述控制開關Sa受所述開關控制電路控制； 所述二極體Da的陰極與所述偏置電容的非接地端相連； 所述開關控制電路的第一輸入端接收所述功率級電路中的電感電流，第二輸入端接收 基準電壓，第三輸入端接收所述供電電壓Vcc，第一輸出端與所述控制開關Sa的控制端相 連，第二輸出端與所述過壓保護電路相連。
2. 根據權利要求1中的LED過壓檢測電路，其特徵在於，所述控制電路控制所述功率開 關管關斷時，所述電感電流減小； 所述開關控制電路控制所述控制開關Sa閉合為第一工作狀態，所述電感電流以第一 斜率線性下降，並由第一電感電流峰值下降到第二電感電流峰值，獲取所述電感電流從所 述第一電感電流峰值下降到所述第二電感電流峰值的時間，記為第一工作時間，並獲取所 述第一工作狀態下的電感電壓，記為第一電感電壓； 所述開關控制電路控制所述控制開關Sa關斷為第二工作狀態，所述電感電流以第二 斜率線性下降，並由所述第一電感電流峰值下降到所述第二電感電流峰值，獲取所述電感 電流從所述第一電感電流峰值下降到所述第二電感電流峰值的時間，記為第二工作時間， 並獲取所述第二工作狀態下的電感電壓，記為第二電感電壓； 根據所述第一、二工作時間以及第一、二電感電壓，判斷所述功率級電路的輸出電壓與 所述功率級電路的輸出電壓理論值的大小，當所述輸出電壓大於所述輸出電壓理論值時， 控制所述過壓保護電路工作。
3. 根據權利要求2中的LED過壓檢測電路，其特徵在於，根據所述第一、二工作時間以 及第一、二電感電壓，判斷所述功率級電路的輸出電壓與所述基準電壓的大小，具體包括： 依據公式Vo*(tl-t2) = Vcc*t2計算所述功率級電路的輸出電壓Vo的值，並判斷所述 功率級電路輸出電壓Vo與所述輸出電壓理論值的大小； 其中，所述tl為所述第一工作時間，t2為所述第二工作時間。
4. 根據權利要求3中的LED過壓檢測電路，其特徵在於，當所述第一工作狀態和第二工 作狀態處於所述功率開關管的相鄰兩個開關周期的各自關斷工作時間時，所述開關控制電 路包括： 反相輸入端獲取所述電感電流的比較器A1，所述比較器A1的同相輸入端用於獲取所 述第一電感電流峰值； 同相輸入端獲取所述電感電流的比較器A2,所述比較器A2的反相輸入端用於獲取所 述第二電感電流峰值； 第一輸入端與所述比較器A1的輸出端相連、第二輸入端與所述比較器A2的輸出端相 連的與門； 第一端與所述與門的輸出端相連的控制開關Sc3 ; 所述控制開關Sc3的控制端用於獲取第一開關周期信號，所述第一開關周期信號等於 所述功率開關管的前一個開關周期，所述第一開關周期信號用於控制所述控制開關Sc3閉 合； 控制端與所述控制開關Sc3的第二端相連的控制開關Scl，所述控制開關Scl的第一端 通過第一電容C1接地； 輸出端與所述控制開關Scl的第二端相連、輸入端輸入有所述基準電壓信號的第一電 壓-電流轉換器； 第二端與所述與門的輸出端相連的控制開關Sc4 ; 所述控制開關Sc4的控制端用於獲取第二開關周期信號，所述第二開關周期信號等於 所述功率開關管的後一個開關周期，所述第二開關周期信號用於控制所述控制開關Sc4閉 合； 控制端與所述控制開關Sc4的第一端相連的控制開關Sc2,所述控制開關Sc2的第一端 通過第二電容C2接地； 輸出端與所述控制開關Sc2第二端相連、第一輸入端通過第二電壓-電流轉換器獲取 所述供電電壓Vcc、第二輸入端與所述控制開關Scl的第二端相連的加法器； 第一輸入端用於獲取所述第二開關周期信號、第二輸入端與所述與門的輸出端相連、 第三輸入端用於獲取PWM互補信號的與非門，所述與非門的輸出端與所述控制開關Sa的控 制端相連； 第一輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、第二輸入端與第二電容C2非接地端相 連，輸出端與所述過壓保護電路相連的觸發電路； 所述觸發電路用於當所述第二工作時間結束時，比較所述第一電容C1兩端的第一電 壓值與所述第二電容C2兩端的第二電壓值的大小，當所述第二電壓值大於所述第一電壓 值時輸出觸發信號，觸發所述過壓保護電路動作。
5.根據權利要求3中的LED過壓檢測電路，其特徵在於，當所述第一工作狀態和第二 工作狀態處於所述功率開關管的同一個開關周期的關斷工作時間時，所述開關控制電路包 括： 反相輸入端獲取所述電感電流的比較器A3,所述比較器A3的同相輸入端用於獲取所 述第二電感電流峰值； 同相輸入端獲取所述電感電流的比較器A4,所述比較器A4的反相輸入端與用於獲取 第三電感電流峰值； 第一輸入端與所述比較器A3的輸出端相連、第二輸入端與所述比較器A4的輸出端相 連的與門； 第一端與所述與門輸出端相連、第二端用於獲取所述PWM互補信號的與非門，所述與 非門的輸出端與所述控制開關Sa的控制端相連； 第一端通過所述第一電容C1接地、第二端通過所述第一電壓-電流轉換器獲取所述基 準電壓信號的控制開關S1; 所述控制開關S1的控制端用於獲取所述第一工作時間，所述第一工作時間用於控制 所述控制開關S1閉合； 第一端通過所述第二電容C2接地的控制開關S2 ; 所述控制開關S2的控制端用於獲取所述第二工作時間，所述第二工作時間用於控制 所述控制開關S2閉合； 輸出端與所述控制開關S2的第二端相連、第一輸入端通過所述第二電壓-電流轉換器 獲取所述供電電壓Vcc、第二輸入端與所述控制開關S1的第二端相連的加法器； 第一輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、第二輸入端與所述第二電容C2非接地 端相連、輸出端與所述過壓保護電路相連的觸發電路； 所述觸發電路用於當所述第二工作時間結束時，比較所述第一電容C1兩端的第一電 壓值與所述第二電容C2兩端的第二電壓值的大小，當所述第二電壓值大於所述第一電壓 值時輸出觸發信號，觸發所述過壓保護電路動作。
6. 根據權利要求4或5中的LED過壓檢測電路，其特徵在於，所述觸發電路包括： 反相輸入端與所述第一電容C1非接地端相連、同相輸入端與所述第二電容C2非接地 端相連的比較器A5; 第一輸入端與所述比較器A5輸出端相連、第二輸入端接收所述第二工作時間、輸出端 與所述過壓保護電路相連的觸發器，當所述第二工作時間結束時，所述觸發器被觸發。
7. -種LED驅動電路，包括功率級電路、供電電路、控制電路以及過壓保護電路，所 述供電電路用於通過偏置電容向所述控制電路提供供電電壓Vcc，所述控制電路用於通過 PWM信號控制功率級電路中的功率開關管的通斷，所述過壓保護電路用於當LED負載過壓 時對所述LED驅動電路進行保護，其特徵在於，包括：權利要求1-6任意一項公開的LED過 壓檢測電路。
8. 根據權利要求7中的LED驅動電路，其特徵在於，所述控制電路與所述LED過壓檢測 電路集成在冋個晶片中。
9. 根據權利要求7中的LED驅動電路，其特徵在於，所述LED驅動電路的功率級電路的 拓撲結構包括：降壓型或降壓-升壓型。
10. 一種LED照明系統，包括電源、LED負載，其特徵在於，還包括權利要求7-9任意一 項公開的LED驅動電路。
【文檔編號】H05B37/02GK104093254SQ201410350122
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】鄧建, 劉國家 申請人:矽力傑半導體技術(杭州)有限公司