一种LED驱动控制芯片、驱动电源及负载跟踪电源的制作方法

一种led驱动控制芯片、驱动电源及负载跟踪电源
技术领域
1.本实用新型涉及led技术领域，特别涉及一种led驱动控制芯片、驱动电源及负载追踪电源。


背景技术：

2.在现有技术中led驱动电源采用拨码开关调节芯片并联的电流采样电阻的阻值，实现输出功率的调节，如图1所示，图 1为传统led驱动电源。在传统的led驱动电源中如果拨码开关老化（氧化）后，电源输出功率就会失控。该电源无法做到档位设定实现输出电压的调节，原因是现有芯片方案无法实现满足电压档位设定功能。
3.另一方面，传统的led负载多路并联，多采用恒压恒流驱动电源，如图2所示，电源采用专用的恒压恒流芯片控制，有两种工作状态，在满载情况下工作在恒流模式，输出电压跟随负载的阻抗变化，在设定的恒流输出参数下带动负载，电源工作在恒压模式，如设定输出恒流工作2a，当负载电流小于2a时，电源工作在恒流模式。电源的特性决定并联带负载时，只要不是满载状态，电源工作在恒压状态。光源模组上的led灯珠要求工作额定电流范围内，如果电源在恒压模式工作，光源模组上的led灯珠需要串联限流电阻，如图2光源模组部分所示，这种解决方案会导致光电转换效率低、回路损耗大、负载匹配特性差、灯珠光衰严重等缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种led驱动控制芯片、驱动电源及负载追踪电源，解决了至少一种现有技术中存在的技术问题。
5.本实用新型的一个技术方案提供了一种led驱动控制芯片，包括逻辑控制模块、电压反馈模块和驱动模块，所述电压反馈模块的输入端分别连接电压采样端和电压档位设置端，所述电压反馈模块的输出端与所述逻辑控制模块输入端连接，所述逻辑控制模块的输出端与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端为led驱动控制芯片的输出端；
6.所述电压档位设置端用于输入电压档位信号，所述电压采样端用于输入电压采样信号；
7.所述电压反馈模块能够根据所述电压档位信号和电压采样信号，生成第一占空比控制信号；
8.所述逻辑控制模块能够根据第一占空比控制信号，生成不同占空比的第一pwm信号，其中，所述第一pwm信号的占空比与所述电压档位信号所对应的档位成正比；
9.所述驱动模块能够根据所述第一pwm信号生成驱动信号。
10.进一步地，还包括：电压采样模块和第一数字滤波模块，所述电压采样模块的输入端与电压采样端连接，输出端与所述电压反馈模块输入端连接，所述第一数字滤波模块的输入端与电压档位设置端连接，输出端与所述电压反馈模块输入端连接；
11.所述电压采样模块用于对所述电压采样信号进行滤波和放大；
12.所述第一数字滤波模块用于对所述电压档位信号进行数字滤波。
13.进一步地，所述第一数字滤波模块包括模数转换电路和数模转换电路，所述模数转换电路的输出端与所述数模转换电路的输入端连接。
14.进一步地，还包括电流反馈模块，所述电流反馈模块的输入端分别连接电流档位设置端和电流采样端，所述电流反馈模块的输出端与所述逻辑控制模块输入端连接；
15.所述电流档位设置端用于输入电流档位信号，所述电流采样端用于输入电流采样信号；
16.所述电流反馈模块能够根据所述电流档位信号和电流采样信号，生成第二占空比控制信号；
17.所述逻辑控制模块能够根据第二占空比控制信号，生成不同占空比的第二pwm信号，其中，所述第二pwm信号的占空比与所述电流档位信号所对应的档位成正比。
18.进一步地，还包括：电流采样模块和第二数字滤波模块，所述电流采样模块的输入端与电流采样端端连接，输出端与所述电流反馈模块的输入端连接，所述第二数字滤波模块的输入端与电流档位设置端连接，输出端与与所述电流反馈模块的输入端连接；
19.所述电流采样模块用于对所述电流采样信号滤波和放大；
20.所述数字滤波模块用于对所述电流档位信号数字滤波。
21.进一步地，所述逻辑控制模块包括驱动信号输出电路，所述驱动信号输出电路用于根据所述第二占空比控制信号生成第二pwm信号，或用于根据所述第一占空比控制信号生成第一pwm信号。
22.进一步地，所述驱动信号输出电路包括第一或非门、第一与非门、第二或非门、第二与非门、第三或非门、第三与非门、第一非门和第一nmos管，所述第一或非门的输出端连接第一与非门的输入端，所述第一与非门的输出端与所述第二或非门的输入端连接，所述第二或非门的输出端与所述第二与非门的输入端连接，所述第二与非门的输出端与所述第三或非门的输入端连接，所述第三或非门的输出端分别与所述第三与非门的输入端和所述第一nmos管的栅极连接，所述第三与非门的输出端与所述第一非门的输入端连接。
23.进一步地，还包括供电模块和保护模块，所述供电模块的输出端与所述保护模块的输入端连接，所述保护模块的输出端分别与所述逻辑控制模块和驱动模块连接，所述供电模块的输入端连接供电电源；
24.所述供电模块用于向逻辑控制模块、电压反馈模块、驱动模块提供工作电源，所述保护模块能够在过压和欠压时生成保护信号以切断工作电源。
25.本实用新型的另一个技术方案提供了一种led驱动电源，包括主功率环路和与主功率环路连接的负载回路，所述主功率环路包括上述任意一种所述的led驱动控制芯片，所述led驱动控制芯片中的电压档位设置端连接多个并联的档位设定电阻的一端，多个所述档位设定电阻端的另一端均通过开关连接信号地，多个所述档位设定电阻用于提供电压档位信号。
26.本实用新型的另一个技术方案提供了一种led负载跟踪电源，包括主功率环路和与主功率环路连接的多个光源模组，所述主功率环路包括上述任意一种所述的led驱动控制芯片，所述led驱动控制芯片的电流档位设定端连接所述光源模组，所述光源模组包括led灯、连接器和电阻，所述led灯通过连接器串联接入主功率环路输出端，所述电阻通过连
接器连接电流档位设定端。
27.本实用新型的有益效果：本实用新型通过对芯片结构的改进，通过电压档位信号和电压采样信号，由逻辑控制模块生成不同占空比的pwm信号，实现电压档位调节。本实用新型的芯片与传统产品对比，具有电路简单、可靠性高，工艺成本低等优势，能够实现电源功率精准控制。本实用新型芯片应用灵活，支持buck、 boost、flyback等多种电源拓扑架构工作。
附图说明
28.图1为传统led驱动电源结构示意图。
29.图2为传统恒压恒流驱动电源结构示意图。
30.图3为本实用新型led驱动控制芯片的原理框图。
31.图4为本实用新型led驱动电源的结构示意图。
32.图5为本实用新型led负载跟踪电源的结构示意图。
33.图6为本实用新型中电流档位设置与输出电流的关系示意图。
34.图7为本实用新型中逻辑控制模块中驱动信号输出电路的电路图。
35.图8为本实用新型中驱动模块的部分电路图。
具体实施方式
36.为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
37.在本实用新型的实施例中，图3是根据一种led驱动控制芯片的具体结构提供的原理框图。
38.本实用新型包括逻辑控制模块1、电压反馈模块2和驱动模块3，芯片引脚包括：电压档位设置端pv、电压采样端fb和输出端drv，所述电压档位设置端pv和所述电压采样端fb均与所述电压反馈模块2的输入端连接，所述电压反馈模块2的输出端与所述逻辑控制模块1输入端连接，所述逻辑控制模块1的输出端与所述驱动模块3的输入端连接，所述驱动模块3的输出端与所述输出端drv连接。驱动模块3的输出端作为芯片的输出端。
39.其中，电压反馈模块2具体可以由比较器实现，比较器的正输入端口连接电压档位设置端pv，负输入端口连接电压采样端fb，输出端口与逻辑控制模块1连接。
40.所述电压档位设置端pv输入电压档位信号，所述电压采样端fb输入电压采样信号。所述电压反馈模块2能够根据所述电压档位信号和电压采样信号，生成第一占空比控制信号。所述逻辑控制模块1能够根据第一占空比控制信号，生成不同占空比的第一pwm信号，其中，所述第一pwm信号的占空比与所述电压档位信号所对应的档位成正比。所述驱动模块3能够对pwm信号功率放大，能够根据所述第一pwm信号生成驱动信号。
41.在本实用新型的一个实施方式中，本实用新型还包括：电压采样模块21和第一数字滤波模块5，所述电压采样模块21的输入端与电压采样端fb连接，输出端与所述电压反馈
模块2输入端连接，所述第一数字滤波模块5的输入端与电压档位设置端pv连接，输出端与所述电压反馈模块2输入端连接；所述电压采样模块21用于对所述电压采样信号滤波和放大，所述第一数字滤波模块5用于对所述电压档位信号数字滤波。
42.所述第一数字滤波模块5可以采用如下结构，具体包括模数转换电路51和数模转换电路52，所述模数转换电路51的输出端与所述数模转换电路52的输入端连接。通过将电流档位设置信号或电压档位设置信号进过模数转换后，再经过数模转换回模拟信号，能够让电压档位设置信号更加稳定。
43.在本实用新型的一个实施方式中，led芯片还包括电流反馈模块4，芯片引脚包括电流档位设置端pc和电流采样端cs，所述电流档位设置端pc和所述电流采样端cs均与所述电流反馈模块4的输入端连接，所述电压反馈模块2的输出端与所述逻辑控制模块1输入端连接；所述电流档位设置端pc输入电流档位信号，所述电流采样端cs输入电流采样信号。电流反馈模块4具体可以由比较器实现。
44.所述电流反馈模块4能够根据所述电流档位信号和电流采样信号，生成第二占空比控制信号；所述逻辑控制模块1能够根据第二占空比控制信号，生成不同占空比的第二pwm信号，其中，所述第二pwm信号的占空比与所述档位电流档位信号所对应的档位成正比。在电压档位选择功能的基础上，本实用新型同样设置了电流档位选择功能，电流档位选择功能依靠电流反馈模块4实现，与传统led驱动控制芯片不同，电流档位设置端pc和电流采样端cs分开，能够避免通电状态下设定功率，避免电源设备损坏。进一步地，所述电流反馈模块4通过电流采样模块41与所述电流采样端cs连接并且通过第二数字滤波模块10与所述电流档位设置端pc连接，所述电流采样模块41用于对所述电流采样信号滤波和放大，所述第二数字滤波模块10用于对所述电流档位信号数字滤波。其中，第二数字滤波模块10可以采用与第一数字滤波模块5相同的结构。
45.在led驱动控制芯片实际接入电源中时，led驱动控制芯片接入主功率环路，led驱动控制芯片的输出端口通过输出不同占空比的pwm信号来驱动mos管的开通与关断时间，从而改变主功率环路电流的大小，进而改变负载回路输出电流的大小。本实用新型通过档位选择，输出与档位对应的pwm信号，进一步控制输出电路，使得输出电流与档位之间满足正比的关系。档位选择由档位设置信号实现，在具体实现时可以通过不同阻值的电阻实现。
46.接下来以电流档位设置为例，通过设置电流档位设置端pc的电压，可以调节输出电流io的大小，具体如图4所示。芯片的电流档位设置端pc设置电压用vpc表示，负载回路的输出电流用io表示；电流档位设置端pc的设置与输出电流io成正比例关系，如图6所示。如图6中设定“0 — vpc1”表示电流编程第一个档位的电压设定范围，对应的是输出电流io，以此类推，电流档位设置端pc设置有50个档位的电压，对应输出io的50个电流档位，电流档位设置端pc1/50的最大设置电压,对应拓扑回路中1/50的最大输出电流。
47.芯片的电压档位设置端pv，设有5个等份的电压段档位，与上述的电流编程原理相似，设置电压档位设置端pv的电压，可改变输出电压vout，输出电压vout的高低变化分5个等份电压档位，与电压档位设置端pv设定电压的成正比关系。
48.本实用新型的一个实施例中，还包括供电模块6、保护模块7、供电端hv和稳压端vcc，所述供电模块6输出端与所述保护模块7的输入端连接，所述保护模块7的输出端分别与所述逻辑控制模块1和驱动模块3连接，所述供电模块6连接供电电源；所述供电模块6用
于给逻辑控制模块1、电压反馈模块2、驱动模块3提供工作电源，所述保护模块7能够在过压和欠压时，切断工作电源。其中，所述供电模块6通过led驱动控制芯片的供电端hv接入供电电源，芯片稳压端vcc通过电容接地，能够有效稳定电源供电。其中，保护模块7为过压欠压保护模块，该保护模块的结构为本领域技术人员所熟知，再次不再赘述。本实用新型的芯片中，还包括了基准电压模块8和过温保护模块9，基准电压模块为本新芯片中需要使用到基准电压的芯片提供基准电压，具体为电压反馈模块、电流反馈模块、模数转换电路、数模转换电路和逻辑控制模块等。过温保护模块与逻辑控制模块连接，是芯片的工作温度监控电路，当芯片工作温度过高时，触发温度监控输出信号给芯片的逻辑控制模块，控制整个电源系统降低输出功率或者关断输出。
49.本实用新型的一个实施例中，所述逻辑控制模块1包括驱动信号输出电路，所述驱动信号输出电路用于根据所述第二占空比控制信号或第一占空比控制信号，输出pwm信号。以下是驱动信号输出电路的一种实施方式，如图7所示，包括第一或非门1197、第一与非门1210、第二或非门1214、第二与非门1211、第三或非门1215、第三与非门1212、第一非门1213和第一nmos管n1，所述第一或非门1197的输出端连接第一与非门1210的输入端，所述第一与非门1210的输出端与所述第二或非门1214的输入端连接，所述第二或非门1214的输出端与所述第二与非门1211的输入端连接，所述第二与非门1211的输出端与所述第三或非门1215的输入端连接，所述第三或非门1215的输出端分别与所述第三与非门1212的输入端和所述第一nmos管n1的栅极连接，所述第三与非门1212的输出端与所述第一非门1213的输入端连接。其中，第一或非门1197的输入端分别输入第二占空比控制信号和第一占空比控制信号。采用此电路输出pwm信号你，能够使得pwm信号更加稳定，提高控制效果。在本实用新型的驱动模块中，采用了如图8所示的驱动电路。该驱动电路将pwm信号进行了放大，大大提升了pwm信号的驱动能力。
50.本实用新型通过对芯片结构的改进，通过电压档位信号和电压采样信号，由逻辑控制模块生成不同占空比的pwm信号，实现电压档位调节。本实用新型的芯片与传统产品对比，具有电路简单、可靠性高，工艺成本低等优势，能够实现电源功率精准控制。本实用新型芯片应用灵活，支持buck、 boost、flyback等多种电源拓扑架构工作。
51.传统的可编程led驱动电源应用，如图1所示，图中没有电压档位拨码设置功能，原因是现有芯片方案，满足不了电压拨码档位设定功能；电流拨码编程设置，通过图1中的k1、k2、k3拨码，改变芯片的cs端电流采样值，实现输出电流设定；从原理上分析，cs电阻拨码电流采样方式，设置主功率环路中的cs电阻阻值，实现芯片的采样值变化，从而改变输出电流，电流设置通过r4、r5、r6、k1、k2、k3到gnd，这种拨码控制方式缺点如下：抗干扰能力差；拨码开关老化氧化后，电源输出功率失控；通电状态，拨码设定功率，容易损坏电源设备；无法实现电压编程控制；功率调节范围窄。
52.在本实用新型的另一个技术方案中包括主功率环路和与主功率环路连接的负载回路，所述主功率环路包括上述任意一种led驱动控制芯片，led驱动控制芯片的具体连接方式如图4所示，所述电压档位设置端pv连接多个并联的档位设定电阻，多个所述档位设定电阻与档位设置端连接的相反端均通过开关接地，多个所述档位设定电阻用于提供电压档位信号，通关闭合开关将不同的档位设定电阻与led驱动控制芯片连接，能够改变负载回路的输出电压，所述负载回路输出电压的大小与所述档位设定电阻对应的档位成正比。所述
电流档位设置端pc连接多个并联的档位设定电阻，多个所述档位设定电阻与档位设置端连接的相反端均通过开关接地，多个所述档位设定电阻用于提供电流档位信号，通关闭合开关将不同的档位设定电阻与led驱动控制芯片连接，能够改变负载回路的输出电流，所述负载回路输出电流的大小与所述档位设定电阻对应的档位成正比。
53.图中k1、k2、k3是电流档位设置的拨码开关，r4、r5、r6是电流档位设定电阻；通过设定k1、k2、k3的开/关状态，改变芯片的电流档位设置端pc的电压，从而改变输出电流；k4、k5是电压编程拨码开关，r5、r6是电压编程档位设定电阻；通过控制开/关的状态，改变芯片的电压档位设置端pv或电流档位设置端pc的电压，改变输出电压或输出电流。
54.传统的led负载多路并联，采用恒压恒流驱动电源，如图2所示，电源采用专用的恒压恒流芯片控制，有两种工作状态，在满载情况下工作在恒流模式，输出电压跟随负载的阻抗变化，在设定的恒流输出参数以下带负载，电源工作在恒压模式，如设定输出恒流工作2a，当负载电流小于2a时，电源工作在恒流模式。电源的特性决定并联带负载时，只要不是满载状态，电源工作在恒压状态。光源模组上的led灯珠要求工作额定电流范围内，如果电源在恒压模式工作，光源模组上的led灯珠需要串联限流电阻，如图2光源模组部分所示，这种解决方案会导致光电转换效率低、回路损耗大、负载匹配特性差、灯珠光衰严重等缺陷。
55.为此本实用新型的另一个技术方案中，包括主功率环路和与主功率环路连接的多个光源模组，所述主功率环路包括上述任意一种所述的led驱动控制芯片，所述光源模组包括led灯、连接器jp和电阻rpc，多个光源模组中的所述led灯通过连接器jp串联接入主功率环路输出端，多个光源模组中的电阻rpc通过连接器jp并联接入led驱动控制芯片的电流档位设置端pc。如图5所示，方案由电源和光源模组组成，光源模组包括电阻rpc、led光源、连接器jp，模组上电阻rpc的作用是提供电流档位信号，输入到电流档位设置端pc。每个光源模组上都有一个电阻rpc，且所有光源模组上的电阻rpc阻值同等；光源模组并联后，接至电源输出。在应用中增加或减少光源模组时，电源上芯片的电流档位设置端pc，通过识别电阻rpc的阻值，实现输出功率跟随负载变化。如负载并联增加时，芯片的电流档位设置端pc识别到设定电阻rpc阻值变小，电源输出的电流跟随变大；输出电流与负载并联的数量成正比例关系，达到负载功率跟踪的目的。
56.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。