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CN102014540B - 驱动电路及控制光源的电力的控制器 - Google Patents

驱动电路及控制光源的电力的控制器 Download PDF

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CN102014540B
CN102014540B CN2010101198882A CN201010119888A CN102014540B CN 102014540 B CN102014540 B CN 102014540B CN 2010101198882 A CN2010101198882 A CN 2010101198882A CN 201010119888 A CN201010119888 A CN 201010119888A CN 102014540 B CN102014540 B CN 102014540B
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switch
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苏新河
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Abstract

提供了驱动电路及控制光源的电力的控制器。驱动电路包含：与光源串联并为光源供电的第一电感；控制器，用于控制与第一电感耦合的开关；电流监测器，用于在开关接通和断开时均提供指示流经第一电感的电流的第一信号；第二电感，用于监测第一电感的状况，第一电感和第二电感均连接至共同节点，该共同节点位于开关和第一电感之间并为控制器提供参考地，该参考地与驱动电路的地不同；滤波器，用于根据第一信号提供指示流经第一电感的平均电流的第二信号；及误差放大器，用于根据第二信号和指示目标电流值的参考信号产生误差信号，其中控制器根据误差信号控制开关，使得流经光源的平均电流等于目标电流值。驱动电路的输出电流可以得到较为精确的控制。

Description

驱动电路及控制光源的电力的控制器
技术领域
本发明涉及一种光源驱动电路，尤其是涉及一种驱动光源的电路及控制光源的电力的控制器。
背景技术
图1所示为一种传统的光源驱动电路100的方框图。该驱动电路100用于驱动光源如发光二极管链108。电源102提供输入电压VIN为驱动电路100供电。驱动电路100包含降压变换器，该降压变换器在控制器104的控制下为发光二极管链108提供变换后的电压VOUT。该降压变换器包含二极管114、电感112、电容116和开关106。电阻110与开关106串联。当开关106接通，电阻110与电感112以及发光二极管链108耦合，产生指示流经电感112的电流的反馈信号。当开关106断开，电阻110与电感112以及发光二极管链108断开，因而没有电流流经电阻110。
开关106由控制器104控制。当开关106接通，电流流经发光二极管链108、电感112、开关106、电阻110到地。在电感112的作用下电流逐渐增大。当电流增至预设的最大电流值时，控制器104断开开关106。当开关106断开，电流流经发光二极管链108、电感112和二极管114。控制器104在一段时间后再次接通开关106。因此，控制器104根据所述预设的最大电流值控制降压变换器。然而，流经电感112和发光二极管链108的平均电流会受到电感112的电感值、输入电压VIN以及发光二极管链108两端的电压VOUT的影响，因此难以对流经电感112的平均电流(也即流经发光二极管链108的平均电流)进行精确控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种光源驱动电路及控制光源的电力的控制器，该电路的输出电流可以得到较为精确的控制。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种驱动电路。该驱动电路包含：与光源串联的第一电感，用于为所述光源供电；控制器，用于控制与第一电感耦合的开关，从而控制流经第一电感的电流；与第一电感耦合的电流监测器，用于在所述开关接通和断开时均提供指示流经所述第一电感的第一信号；与第一电感电磁耦合的第二电感，用于监测所述第一电感的状况，第一电感和第二电感均连接至一个共同节点，该共同节点位于所述开关和所述第一电感之间，并为所述控制器提供参考地，控制器的参考地与光源驱动电路的地不同；与所述电流监测器耦合的滤波器，用于根据所述第一信号提供指示流经所述第一电感的平均电流的第二信号；以及误差放大器，用于根据所述第二信号和指示目标电流值的参考信号产生误差信号，其中，所述控制器根据所述误差信号控制所述开关，使得流经所述光源的平均电流等于目标电流值。
本发明还提供了一种控制光源的电力的控制器，该控制器包括第一监测端口、第二监测端口、第三监测端口、驱动端口和误差放大器。所述第一监测端口用于监测流经储能单元的瞬时电流，所述第二监测端口用于监测流经所述储能单元的平均电流，所述第三监测端口用于监测所述瞬时电流是否减小到预设电流值，所述驱动端口用于产生驱动信号以控制与驱动端口耦合的开关，从而使得流经所述光源的平均电流等于目标电流值，且所述驱动信号根据所述第一监测端口、第二监测端口和第三监测端口接收到的信号产生，所述误差放大器根据所述目标电流值和来自第二监测端口的、指示流经所述储能单元的平均电流的监测信号产生误差信号，其中，所述驱动信号还根据所述误差信号产生。
本发明的电路提供给负载或电池的电流可以得到更精确的控制。而且本发明的电路可以适用于具有较高电压的电压源。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为一种传统光源驱动电路的方框图；
图2所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路的方框图；
图3所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路的电路示意图；
图4所示为图3中控制器的结构示意图；
图5所示为图4中控制器的波形图；
图6所示为图3中控制器的另一种结构示意图；
图7所示为图6中控制器的波形图；
图8所示为根据本发明另一个实施例的光源驱动电路的电路示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提供了一种控制电力变换器以对各种负载(比如光源)进行供电的电路和方法。该电路包含用于监测流经储能单元(比如电感)的电流的电流监测器，以及控制器。该控制器用于控制与所述电感耦合的开关，从而使得流经所述光源的平均电流等于目标电流值。不论该开关接通或断开，该电流监测器均能监测流经所述电感的电流。
图2所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路200的方框图。光源驱动电路200包含整流器204。整流器204接收来自电源202的输入电压并为电力变换器206提供调整后的电压。电力变换器206接收调整后的电压并为负载288提供输出电力。电力变换器206可以是降压变换器或者升压变换器。在一个实施例中，电力变换器206包含储能单元214和用于监测储能单元214状况的电流监测器278(比如一个电阻)。电流监测器278为控制器210提供第一信号ISEN。该第一信号ISEN指示流经储能单元214的瞬时电流。光源驱动电路200还包含滤波器212，用于根据第一信号ISEN产生第二信号IAVG。第二信号IAVG指示流经储能单元214的平均电流。控制器210接收第一信号ISEN和第二信号IAVG，并控制流经储能单元214的平均电流，使得该平均电流与目标电流值相等。
图3所示为根据本发明一个实施例的光源驱动电路300的电路示意图。图3中与图2编号相同的部件具有类似的功能。在图3的例子中，光源驱动电路300包含整流器204、电力变换器206、滤波器212和控制器210。整流器204可以是包含二极管D1-D4的桥式整流器。整流器204调整来自电源202的电压。电力变换器206接收整流器204输出的调整后的电压并产生输出电力为负载(如发光二极管链208)供电。
在图3的例子中，电力变换器206是降压变换器。该降压变换器包含电容308、开关316、二极管314、电流监测器278(比如电阻218)，相互耦合的电感302和电感304以及电容324。二极管314位于开关316和光源驱动电路300的地之间。电容324与发光二极管链208并联。在一个实施例中，电感302和电感304彼此电磁耦合。电感302和电感304都连接至一个共同节点333。在图3的例子中，共同节点333位于电阻218和电感302之间。然而本发明并不限于此结构，共同节点333也可以位于开关316和电阻218之间。共同节点333为控制器210提供参考地。在一个实施例中，控制器210的参考地和光源驱动电路300的地不同。通过接通和断开开关316，流经电感302的电流可以得到调整，从而调节发光二极管链208的电力。电感304监测电感302的状况，比如，监测流经电感302的电流是否减小到预设的电流值。
电阻218的一端与开关316和二极管314阴极之间的节点相连，另一端与电感302相连。电阻218提供第一信号ISEN，当开关316接通和断开时，该第一信号ISEN均能指示流经电感302的瞬时电流。换言之，不管开关316接通还是断开时，电阻218均能监测流经电感302的瞬时电流。滤波器212与电阻218耦合并提供第二信号IAVG，该第二信号IAVG指示流经电感302的平均电流。在一个实施例中，滤波器212包含电阻320和电容322。
控制器210接收第一信号ISEN和第二信号IAVG，并通过接通或断开开关316使得流经电感302的平均电流等于目标电流值。电容324滤除流经发光二极管链208的电流的波纹，从而使流经发光二极管链208的电流相对平稳并等于流经电感302的平均电流。因此使得流经发光二极管链208的电流与目标电流值相等。此处“与目标电流值相等”是在不考虑电路元件的不理想情况和忽略从电感304传送至控制器210的电力的情况下。
图3的例子中，控制器210的端口包括ZCD、GND、DRV、VDD、CS、COMP和FB。端口ZCD与电感304耦合，用于接收指示电感302状况(比如，流经电感302的电流是否减小到预设的电流值“0”)的监测信号AUX。监测信号AUX也能指示发光二极管链208是否处于开路状态。端口DRV与开关316耦合并产生驱动信号(如脉冲宽度调制信号PWM1)接通或断开开关316。端口VDD与电感304耦合并接收来自电感304的电力。端口CS与电阻218耦合并接收指示流经电感302的瞬时电流的第一信号ISEN。端口COMP通过电容318与控制器210的参考地耦合。端口FB通过滤波器212与电阻218耦合并接收指示流经电感302的平均电流的第二信号IAVG。在图3的例子中，端口GND(也即控制器210的参考地)连接至电阻218、电感302、电感304之间的共同节点333。
开关316可以是N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N型MOSFET)。开关316的导通状态由开关316的栅极电压与端口GND的电压(即共同节点333的电压)之间的电压差决定。因此，端口DRV输出的脉冲宽度调制信号PWM1决定了开关316的状态。当开关316接通，控制器210的参考地高于光源驱动电路300的地，使得本发明的电路可以适用于具有较高电压的电源。
当开关316接通，电流流经开关316、电阻218、电感302、发光二极管链208到光源驱动电路300的地。当开关316断开，电流流经电阻218、电感302、发光二极管链208和二极管314。电感304与电感302耦合且能够监测电感302的状况，比如，监测流经电感302的电流是否减小到预设电流值。控制器210根据信号AUX、ISEN、和IAVG监测流经电感302的电流，并通过脉冲宽度调制信号PWM1控制开关316，使得流经电感302的平均电流等于预设电流值。所以经过电容324滤波后，流经发光二极管链208的电流也等于预设电流值。
在一个实施例中，控制器210根据信号AUX判断发光二极管链208是否处于开路状态。如果发光二极管链208开路，则电容324上的电压增加。当开关316处于断开状态时，电感302两端的电压增大，信号AUX的电压也随之增大。其结果是，通过端口ZCD流入控制器210的电流增大。因此，控制器210通过在开关316处于断开状态时监测信号AUX以及流入控制器210的电流是否超过一个电流门限值来判断发光二极管链208是否处于开路状态。
控制器210根据端口VDD的电压判断发光二极管链208是否处于短路状态。如果发光二极管链208短路，当开关316处于断开状态时，因为电感302两端均与光源驱动电路300的地耦合，所以电感302两端的电压减小。电感304两端的电压和端口VDD的电压随之减小。如果当开关316处于断开状态时端口VDD的电压小于一个电压门限值，控制器210判断发光二极管链208处于短路状态。
图4所示为图3中控制器210的结构示意图。图5所示为图4中控制器210的波形图。图4将结合图3和图5进行描述。
在图4的例子中，控制器210包含误差放大器402、比较器404和脉冲宽度调制信号产生器408。误差放大器402根据参考信号SET和信号IAVG之间的电压差产生误差信号VEA。参考信号SET指示目标电流值。信号IAVG通过端口FB接收，指示流经电感302的平均电流。通过误差信号VEA的作用使得流经电感302的平均电流等于目标电流值。比较器404与误差放大器402耦合，将误差信号VEA和信号ISEN进行比较。信号ISEN通过端口CS接收，指示流经电感302的瞬时电流。信号AUX通过端口ZCD接收，指示流经电感302的电流是否减小到预设电流值(比如减小到0)。脉冲宽度调制信号产生器408与比较器404以及端口ZCD耦合，根据比较器404的输出和信号AUX产生脉冲宽度调制信号PWM1。脉冲宽度调制信号PWM1通过端口DRV控制开关316的导通状态。
脉冲宽度调制信号产生器408产生具有第一状态(如逻辑1)的脉冲宽度调制信号PWM1以接通开关316。当开关316接通，电流流经开关316、电阻218、电感302、发光二极管链208到光源驱动电路300的地。流经电感302的电流逐渐增大，使得信号ISEN的电压逐渐增大。在一个实施例中，当开关316接通时，信号AUX的电压为负值。在控制器210内部，比较器404将误差信号VEA与信号ISEN进行比较。当信号ISEN的电压超过误差信号VEA的电压，比较器404的输出为逻辑0，否则比较器404的输出为逻辑1。换言之，比较器404的输出为一系列的脉冲。在比较器404输出的下降沿的作用下，脉冲宽度调制信号产生器408产生具有第二状态(如逻辑0)的脉冲宽度调制信号PWM1以断开开关316。当开关316断开，信号AUX的电压变为正值。当开关316断开，电流流经电阻218、电感302、发光二极管链208和二极管314。流经电感302的电流逐渐减小，因此信号ISEN的电压逐渐减小。当流经电感302的电流减小到预设电流值(如减小到0)，信号AUX的电压会产生一个下降沿。在信号AUX下降沿的作用下，脉冲宽度调制信号产生器408产生具有第一状态(如逻辑1)的脉冲宽度调制信号PWM1以接通开关316。
在一个实施例中，脉冲宽度调制信号PWM1的占空比由误差信号VEA决定。如果信号IAVG的电压小于信号SET的电压，则误差放大器402增大误差信号VEA的电压以增大脉冲宽度调制信号PWM1的占空比，从而使得流经电感302的平均电流增大，直到信号IAVG的电压增大到信号SET的电压。如果信号IAVG的电压大于信号SET的电压，则误差放大器402减小误差信号VEA的电压以减小脉冲宽度调制信号PWM1的占空比，从而使得流经电感302的平均电流减小，直到信号IAVG的电压减小到信号SET的电压。这样，流经电感302的平均电流能够被调整到与目标电流值相等。
图6所示为图3中控制器210的另一种结构示意图。图7所示为图6中控制器210的波形图。图6将结合图3和图7进行描述。
在图6的例子中，控制器210包含误差放大器602、比较器604、锯齿波信号产生器606、复位信号产生器608和脉冲宽度调制信号产生器610。误差放大器602根据参考信号SET和信号IAVG之间的电压差产生误差信号VEA。参考信号SET指示目标电流值。信号IAVG通过端口FB接收，指示流经电感302的平均电流。通过误差信号VEA的作用使得流经电感302的平均电流等于目标电流值。锯齿波信号产生器606产生锯齿波信号SAW。比较器604与误差放大器602以及锯齿波信号产生器606耦合，并将误差信号VEA与锯齿波信号SAW进行比较。复位信号产生器608产生复位信号RESET。复位信号RESET作用于锯齿波信号产生器606和脉冲宽度调制信号产生器610。在复位信号RESET的作用下可以使得开关316接通。脉冲宽度调制信号产生器610与比较器604以及复位信号产生器608耦合，并根据比较器604的输出和复位信号RESET产生脉冲宽度调制信号PWM1。脉冲宽度调制信号PWM1通过端口DRV控制开关316的导通状态。
在一个实施例中，复位信号RESET是具有固定频率的脉冲信号。在另一个实施例中，复位信号RESET是使得开关316处于断开状态的时间为常数的脉冲信号。比如，在图5中，复位信号RESET使得脉冲宽度调制信号PWM1为逻辑0的时间为常数。
在复位信号RESET的脉冲的作用下，脉冲宽度调制信号产生器610产生具有第一状态(如逻辑1)的脉冲宽度调制信号PWM1以接通开关316。当开关316接通，电流流经开关316、电阻218、电感302、发光二极管链208到光源驱动电路300的地。在复位信号RESET的脉冲的作用下，锯齿波信号产生器606产生的锯齿波信号SAW的电压从初始值INI开始增大。当锯齿波信号SAW的电压增大到误差信号VEA的电压，脉冲宽度调制信号产生器610产生具有第二状态(如逻辑0)的脉冲宽度调制信号PWM1以断开开关316，并且锯齿波信号SAW的电压被复位到初始值INI。直到复位信号RESET的下一个脉冲到来时，锯齿波信号SAW的电压才从初始值INI又开始增大。
在一个实施例中，脉冲宽度调制信号PWM1的占空比由误差信号VEA决定。如果信号IAVG的电压小于信号SET的电压，则误差放大器602增大误差信号VEA的电压以增大脉冲宽度调制信号PWM1的占空比，从而使得流经电感302的平均电流增大，直到信号IAVG的电压增大到信号SET的电压。如果信号IAVG的电压大于信号SET的电压，则误差放大器602减小误差信号VEA的电压以减小脉冲宽度调制信号PWM1的占空比，从而使得流经电感302的平均电流减小，直到信号IAVG的电压减小到信号SET的电压。这样，流经电感302的平均电流能够被调整到与目标电流值相等。
图8所示为根据本发明另一个实施例的光源驱动电路光源驱动电路800的电路示意图。图8中与图2、图2编号相同的部件具有类似的功能。
控制器210的端口VDD通过开关804接收整流器204输出的调整后的电压。位于开关804和控制器210参考地之间的齐纳二极管802保持端口VDD的电压基本恒定。图8的例子中，控制器210的端口ZCD与电感302耦合，接收指示电感302状况的信号AUX。信号AUX可以指示流经电感302的电流是否减小到预设电流值(比如是否减小到0)。共同节点333为控制器210提供参考地。
综上所述，本发明提供了一种控制电力变换器以对负载供电的电路。在一个实施例中，电力变换器为负载(比如发光二极管链)提供直流电流。在另外一个实施例中，电力变换器为电池提供直流的充电电流。本发明的电路提供给负载或电池的电流可以得到更精确的控制。而且本发明的电路可以适用于具有较高电压的电压源。
在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。

Claims (15)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括：
与光源串联的第一电感，用于为所述光源供电；
控制器，用于控制与所述第一电感耦合的开关，从而控制流经所述第一电感的电流；
与所述第一电感耦合的电流监测器，用于在所述开关接通和断开时均提供指示流经所述第一电感的电流的第一信号；
与所述第一电感电磁耦合的第二电感，用于监测所述第一电感的状况，所述第一电感和所述第二电感均与一个共同节点相连，所述共同节点位于所述开关和所述第一电感之间，所述共同节点为所述控制器提供参考地，所述参考地与所述驱动电路的地不同；
与所述电流监测器耦合的滤波器，用于根据所述第一信号提供指示流经所述第一电感的平均电流的第二信号；以及
误差放大器，用于根据所述第二信号和指示目标电流值的参考信号产生误差信号，
其中，所述控制器根据所述误差信号控制所述开关，使得流经所述光源的平均电流等于目标电流值。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，如果所述第一信号的电压超过所述误差信号的电压，则所述开关断开。
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述控制器产生脉冲宽度调制信号以控制所述开关，所述脉冲宽度调制信号的占空比由所述误差信号决定。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制器的地连接至所述共同节点，所述开关的导通状态由所述开关的栅极电压与所述共同节点电压的电压差决定。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，如果流经所述第一电感的电流减小到预设电流值，则所述开关接通。
6.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：
用于产生锯齿波信号的信号产生器；
其中，如果所述锯齿波信号的电压增大到所述误差信号的电压，则所述开关断开。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：
用于产生复位信号的复位信号产生器，所述开关在所述复位信号的作用下接通。
8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述复位信号是具有固定频率的脉冲信号，或者是使得所述开关处于断开状态的时间为常数的脉冲信号。
9.一种控制光源的电力的控制器，其特征在于，包括：
第一监测端口，用于监测流经储能单元的瞬时电流；
第二监测端口，用于监测流经所述储能单元的平均电流；
第三监测端口，用于监测所述瞬时电流是否减小到预设电流值；
驱动端口，用于产生驱动信号以控制与驱动端口耦合的开关，从而使得流经所述光源的平均电流等于目标电流值，所述驱动信号根据所述第一监测端口、第二监测端口和第三监测端口接收到的信号产生；以及
误差放大器，用于根据所述目标电流值和来自第二监测端口的、指示流经所述储能单元的平均电流的监测信号产生误差信号，
其中，所述驱动信号还根据所述误差信号产生。
10.根据权利要求9所述的控制光源的电力的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
与所述误差放大器耦合的比较器，用于将所述误差信号与来自第一监测端口的、指示所述瞬时电流的监测信号进行比较。
11.根据权利要求10所述的控制光源的电力的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
与所述比较器耦合的脉冲宽度调制信号产生器，用于根据所述比较器的输出和来自第三监测端口的、指示所述瞬时电流是否减小到所述预设电流值的监测信号产生脉冲宽度调制信号。
12.根据权利要求9所述的控制光源的电力的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
用于产生锯齿波信号的信号产生器；以及
与所述误差放大器耦合的比较器，用于将所述误差信号和锯齿波信号进行比较。
13.根据权利要求12所述的控制光源的电力的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
用于产生复位信号的复位信号产生器；以及
与所述比较器耦合的脉冲宽度调制信号产生器，用于根据所述比较器的输出和复位信号产生脉冲宽度调制信号。
14.根据权利要求13所述的控制光源的电力的控制器，其特征在于，所述复位信号是具有固定频率的脉冲信号。
15.根据权利要求13所述的控制光源的电力的控制器，其特征在于，所述脉冲宽度调制信号具有第一状态和第二状态，所述复位信号是使得所述脉冲宽度调制信号处于第二状态的时间为常数的脉冲信号。
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