CN101835311A - 一种led驱动系统轻负载频率扩展方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED驱动系统轻负载频率扩展方法，首先将主比较器的反馈电压Vcs依次经时钟信号为低电平采样和时钟信号高电平保持后得到动态量Vcs_hold，得到动态量Vcs_hold与主比较器的反馈电压Vref2的差值。然后将差值经跨导放大器的跨导gm转换成动态电流信号，然后再经过M1和M2的镜相得到下拉电流，从而可动态扩展振荡器的震荡周期，实现轻负载条件下的恒流控制。本方法改善了在小输出功率条件下的系统恒流控制，延长LED的使用寿命。

Description

一种LED驱动系统轻负载频率扩展方法

技术领域

本发明涉及一种轻负载条件下LED驱动系统中频率扩展方法，属于LED驱动及电源转换系统控制领域。

背景技术

现有的LED驱动系统控制方法如图1所示，通过反馈电压Vcs和Vref2比较得出比较输出信号Vout，再通过RS触发器的控制。在clock信号产生上升沿和Vout高则drive为高打开M2，Vcs电压上升，Vcs上升过于Vref2时Vout为低，则drive为低关断M2，打开时间为Ton，关断时间为Toff，

$\mathrm{Ts}=\frac{C1*\mathrm{Vref}}{I1}=\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff}---\left(1\right)$

这种方法是在固定Ts时间周期内调节导通时间和关断时间，如图2所示。主比较器在有限的功耗情况下反馈电压Vcs高于Vref2时不能及时使Vout为低，有一定的物理延时响应Td1，同时RS触发器到输出drive也有物理延时Td2；系统控制环路延时

Td＝Td1+Td2    (2)

$\mathrm{Derror}=\frac{\mathrm{Td}}{\mathrm{Ts}}---\left(3\right)$

D为系统理论理想工作时的占空比

$D=\frac{\mathrm{Ton}}{\mathrm{Ts}}---\left(4\right)$

Vout＝(D+Derror)*Vin      (5)

Vout_error＝Derror*Vin    (6)

D为理想控制时的占空比，系统在低电压输出即轻负载状况下这种现象比较突出；在系统延时Td时间内出现了Vcs＞Vref2，这个误差

Verror＝Vcs-Vref2         (7)

$\mathrm{Verror}=\frac{\mathrm{Derror}}{D}*\mathrm{Vref}2---\left(8\right)$

产生

$\mathrm{Ierror}=\frac{\mathrm{Verror}}{R1}---\left(9\right)$

导致系统不能很好的实现理想恒流控制，减少LED使用寿命，这种现象如果严重就会导致LED烧坏，产生系统安全问题，在电源转换系统里同时也会浪费系统实际转换效率。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种LED驱动系统轻负载频率扩展方法，通过对下拉电流的控制，动态扩展振荡器的震荡周期，实现轻负载条件下的恒流控制，提高系统安全和转换效率。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种LED驱动系统轻负载频率扩展方法，包括以下步骤：

(1)将主比较器的反馈电压Vcs依次经时钟信号为低电平采样和时钟信号高电平保持后得到动态量Vcs_hold，动态量Vcs_hold与主比较器的反馈电压Vref2的差值为Verror2＝Vcs_hold-Vref2；

(2)将上述步骤中的差值经跨导放大器的跨导gm转换成动态电流信号，然后再经过M1和M2的镜相得到下拉电流I2＝Verror2*gm，根据式(1)得到

从而可动态扩展振荡器的震荡周期，实现轻负载条件下的恒流控制，由式(3)可知Derror随Ts2的动态增加而动态减小，由式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)和(9)可知，这种发明显著改善了在轻负载情况下的恒流效果，提高了系统安全及转换效率。

本发明方法简单，只需将反馈电压Vcs经过相应的采样电路、保持电路和跨导放大器即可实现轻负载即小输出功率条件下的系统恒流控制，提高了系统安全，避免了LED被烧坏的可能，延长LED的使用寿命。

附图说明

图1为传统的LED驱动控制方法所用电路示意图。

图2为传统的LED驱动控制方法输出波形图。

图3为本发明方法的驱动控制电路示意图。

图4为本发明方法波形输出图。

具体实施方式

一种LED驱动系统轻负载频率扩展方法，包括以下步骤：

(1)将主比较器的反馈电压Vcs依次经时钟信号为低电平采样和时钟信号高电平保持后得到动态量Vcs_hold，如图3所示。动态量Vcs_hold与主比较器的反馈电压Vref2的差值为Verror2＝Vcs_hold-Vref2。

(2)将上述步骤中的差值经跨导放大器的跨导gm转换成动态电流信号，然后再经过M1和M2的镜相得到下拉电流I2＝Verror2*gm，根据式(1)得到

从而可动态扩展振荡器的震荡周期，实现轻负载条件下的恒流控制。

所用LED驱动的震荡频率在1MHz，即Ts＝1000nS；系统输入电压40V；LED的正偏电压3.2V，正偏电流360mA，即系统负载为1.152Watt；系统工作的理想占空比D是8％；系统控制环路的Td＝60nS。

按传统方法控制由公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)和(9)可以得到Ierror高达240mA。系统恒流出现明显偏差。

按本发明系统轻负载频率扩展控制方法，当Verror出现后，通过采样电路(1)、保持电路(2)、在和Vref2产生Verror2，由跨导放大器(3)转换成电流再经过镜像电路(4)得到下拉电流(5)可以得到Ts2为4000nS，由公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)和(9)可以得到Ierror仅仅为60mA，如图4所示。

在轻负载的条件下Ts2动态变长，系统频率

$F_{\mathrm{sw}}=\frac{1}{T_{s2}}$

相应变小。对驱动外置功率管上的寄生电容损耗

$P_{\mathrm{acloss}\_c}=\frac{1}{2}*C*F_{\mathrm{sw}}*{V_{\mathrm{cc}}}^2$

及布线的寄生电感的功率损耗

$P_{\mathrm{acloss}\_l}=\frac{1}{2}*L*F_{\mathrm{sw}}*{I_{\mathrm{driver}}}^2$

所以系统

P_acloss＝P_{acloss_c}+P_{acloss_l}

相应的减少。系统负载为1.152瓦，功率管的寄生电容1nF，电感1nH，Vcc为18V，Idriver为50mA，采用轻负载频率扩展技术频率Fsw由1MHz降到0.25MHz，没有频率扩展前的系统交流损耗为0.16200125瓦，约0.162瓦，占系统功耗的14％；采用本发明方法后为0.0405003125瓦，约0.0405瓦，占系统功耗的3.5％；效率提升了10.5％。

Claims (1)

1.一种LED驱动系统轻负载频率扩展方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将主比较器的反馈电压Vcs依次经时钟信号为低电平采样和时钟信号高电平保持后得到动态量Vcs_hold，并得到动态量Vcs_hold与主比较器的反馈电压Vref2的差值；

(2)将上述步骤(1)中的差值经跨导放大器的跨导gm转换成动态电流信号，然后再经过M1和M2的镜相得到下拉电流I2＝Verror2*gm，即得到动态扩展振荡器的震荡周期，得到相应扩展变化的系统频率，实现恒流控制。

Images