专利名称：发光二极管电路及其方法
技术领域：
本技术涉及一种电子控制系统，具体涉及一种发光二极管(LED)驱动电路及其方法。
背景技术：
LED用在各种场合，例如液晶显示器(IXD)背光和通用照明中。为了驱动LED，需要LED驱动器向LED提供调节后的电流信号。LED驱动器通常包括变压器和整流电路。变压器可以提供转换后的电压，该电压取决于变压器的原边绕组和副边绕组的匝数比的。整流电路可以将交流电(AC)转换成直流电(DC)。传统的基于原边绕组的电路包括整流电路、开关管、变压器、副边电路和逻辑控制电路，驱动诸如LED灯之类的负载。但是，负载电流与负载中LED的数目成反比例变化。本发明的实施例涉及电流控制的LED电路。例如，本发明的实施例允许LED驱动器在LED数目变化时向串联连接的LED提供相对恒定的电流。
发明内容
考虑到现有技术中的一个或者多个问题，本发明提供了一种LED电路及其方法。根据本发明的实施例，提供了一种发光二极管(LED)电路，包括开关管；变压器， 包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，其中第一原边绕组电耦接至开关管，随着开关管的导通和关断，所述变压器存储和输出能量；电流检测电路，电耦接至开关管，检测流过开关管的电流，并产生电流检测信号；过零检测电路，电耦接至第二原边绕组，当流过副边绕组的电流过零时，产生过零信号；控制电路，电耦接至电流检测电路和过零检测电路， 至少基于电流检测信号和过零信号产生控制信号，驱动所述开关管导通和关断；以及补偿电路，电耦接至第二原边绕组和控制电路，基于来自第二原边绕组的信号对电流检测信号进行补偿。在本发明的另一方面，提供了一种用LED电路驱动多个串联连接的发光二极管 (LED)的方法，所述LED电路包括开关管和变压器，该变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，第一原边绕组电耦接至开关管，随着开关管的导通和关断，所述变压器存储和输出能量，所述方法包括步骤检测流过第二原边绕组的电流并且在流过副边绕组的电流过零时产生过零信号；检测流过开关管的电流并产生电流检测信号；基于来自第二原边绕组的信号对电流检测信号进行补偿；以及至少基于补偿后的电流检测信号和过零信号驱动所述开关管导通和关断。根据本发明的实施例，由于对输入到控制电路的电流检测信号进行了补偿，使得即使负载中LED数目发生变化时，流过负载的电流也基本保持恒定。
图1示出了根据本发明实施例的第一示例LED电路的框图2示出了如图1所示的电路在驱动串联连接的不同数目LED时LED串中流过的电流相对于平均电流的误差曲线；图3示出了根据本发明实施例的第二示例LED电路的框图；图4示出了如图3所示的电路在驱动串联连接的不同数目LED时LED串中流过的电流相对于平均电流的误差曲线；图5示出了的补偿电路的一个实施例；图6示出了根据本发明一个示例实施例的控制电路的示意性流程图。
具体实施例方式下面的说明中，列出了许多具体细节以便提供对本发明的理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，实施本发明并不必需使用这些具体细节。在其他情况下，那些众所周知的材料或方法没有被详细描述，以免使本发明费解。下面参考示例实施例来对本发明进行详细描述。本发明的实施例中，通过耦接在第二原边绕组的一端和电流检测电路的输出端或控制电路接收电流检测信号的端子之间的补偿电路对电流检测电路输出的检测电流信号进行补偿。这样，控制电路至少基于经过补偿的电流检测信号和过零信号来控制开关管的导通和关断。在另一实施例中，控制电路基于经过补偿的电流检测信号、过零信号和输入整流信号产生控制信号来控制开关管的导通和关断。根据本发明的实施例，由于对电流检测信号进行了补偿，使得LED数目变化时， 流过LED串的电流也基本保持恒定。根据本发明的一个实施例，通过设置在第二原边绕组一端和电流检测电路的输出端或控制电路接收电流检测信号的端子之间的电流镜电路来对电流检测信号进行补偿。根据本发明的另一实施例，通过设置在第二原边绕组一端和电流检测电路的输出端或控制电路接收电流检测信号的端子之间的压控电流源来对电流检测信号进行补偿。图1示出了基于原边控制的LED电路的框图。如图1所示，LED电路包括交流桥电路101、电压检测电路102、变压器103、负载104、开关管Ql 105，过零检测电路106、原边侧电流检测电路107和控制电路108。变压器103包括第一原边绕组Tl，副边绕组T2和第二原边绕组T3。交流桥电路101包括四个二极管或者类似的半导体器件，连接成桥式电路。交流桥电路101的第一端子耦接到电压检测电路102的第一端子和变压器103的第一原边绕组 Tl的第一端子。交流桥电路101的第二端子耦接到电压检测电路102的第二端子和变压器 103的第二副边绕组T3的第一端子。电压检测电路102包括串联连接的两个电阻器，R3和R4。电路102检测交流桥电路101的输出电压并且产生输入整流信号Vin_,e。。可选地，该电压检测电路102可以包括串联连接的电容器或者其他器件。开关管Ql耦接到第一原边绕组Tl的第二端子，并且被来自控制电路108的栅控信号Cgate驱动。当开关管Ql导通时，电流流过第一原边绕组Tl，使得能量得以存储。当开关管Ql关断时，存储在第一原边绕组Tl中的能量被传送到副边绕组T2。副边绕组T2耦接到二极管D5、电阻器R5、电容器Cl和负载&。电容器Cl上的电压是驱动负载&的输出电压。
过零检测电路106耦接到第二原边绕组T3的第二端子。过零检测电路106包括串联连接的两个电阻器Rl和R2。电路106检测流过第二原边绕组T3的电流，该电流代表或指示了流过副边绕组T2的电流，并且当流过副边绕组T2的电流过零时，产生过零信号ZCD。原边电流检测电路107耦接到开关管Q1。电路107检测开关管Ql的电流并且产生电流检测信号Cs。该电流检测信号Cs与过零检测信号Z⑶和输入整流信号Vin_。耦接到控制电路108的输入端。控制电路108产生栅控信号来驱动开关管Ql导通和关断。电路107包括由电阻器R7、电阻器R8、电阻器R9和电阻器RlO构成的电阻网络。控制电路108包括乘法器Ml。乘法器Ml通过将输入整流信号Vin_,e。与补偿信号 Vcomp相乘，输出预期值信号Vexp。比较器C0MP2将预期值信号Vexp和电流采样信号Cs相比较。比较器C0MP2的输出端子耦接到RS触发器RSl的复位端(R)。另一比较器COMPl比较过零信号Z⑶和参考电压Vref。比较器COMPl的输出端耦接到RS触发器RSl的置位端(S)。 当S端子的信号为高电平时，RS触发器RSl通过输出端Q输出高电平信号Cgate。当R端子的信号为高电平时，触发器RSl通过输出端Q输出低电平信号C_。这样，开关管Ql在栅控信号Cgate的控制下关断和导通，将电能从第一原边绕组Tl传送到副边绕组T2。图2示出了根据图1所示的LED电路在不同数目的串联LED作为负载的情况下 LED电流相对于平均电流的误差曲线图。X轴为串联连接的LED数目，Y轴为通过LED的电流相比于平均电流的误差百分比。如图2所示，无论是220V驱动和1IOV驱动的情况下，随着LED数目的增加LED串中流过的电流与平均电流之间的差值相对于平均电流的成反比例变化。图3示出了根据本发明一个示例实施例的基于原边控制LED电路的框图。在图3 的例子中，LED电路包括交流桥电路301、电压检测电路302、变压器303、负载304、开关管 Ql 305，过零检测电路306、原边侧电流检测电路307和控制电路308。变压器303包括第一原边绕组Tl、副边绕组T2和第二原边绕组T3。交流桥电路301包括四个二极管或者类似的半导体器件，连接成桥式电路。交流桥电路301的第一端子耦接到电压检测电路302的第一端子和变压器303的第一原边绕组 Tl的第一端子。交流桥电路301的第二端子耦接到电压检测电路302的第二端子和变压器 303的第二原边绕组T3的第一端子。开关管Ql耦接到第一原边绕组Tl，并且被来自控制电路308的栅控信号驱动。原边侧电流检测电路307耦接到开关管Ql 305。电流检测电路307检测流过开关管Ql的电流并且产生电流检测信号Cs。信号Cs表示流过串联连接的LED的电流。根据本发明的一个实施例，原边侧电流检测电路307可以包括多个电阻器或者其他电流检测电路。根据本发明另一个实施例的LED电路还包括补偿电路310，其设置在变压器303的第二原边绕组T3的一端和原边侧电流采样电路307的输出端之间。该补偿电路310包括电阻器Rll和构成电流镜电路的多个晶体管Tl和T2。流过电阻器Rll的电流与第二原边绕组T3上的电压成正比，并且与变压器303的副边绕组T2的输出电压成正比。流过电阻器Rll的电流可以补偿电流检测信号Cs并且消除因为串联连接的LED数目的变化引起的负载电流波动。例如，通过精细调节电阻器Rl 1的阻值和原边侧电流采样电路307的电阻器的阻值来进一步对电流检测信号Cs进行精细补偿，产生经过补偿后的电流检测信号Cs’。根据本发明的另一实施例，电流镜电路包括第一NPN晶体管和第二NPN晶体管，两个NPN晶体管具有基本相同的发射极电流，第一 NPN晶体管的集电极电耦接至第二原边绕组T3，第二 NPN晶体管的集电极电耦接至控制电路308的输入端子和电流检测电路307的输出端子。根据本发明的另一实施例，补偿电路310还包括电阻器R11，电耦接在第二原边绕组T3和第一 NPN晶体管之间，以调节第一 NPN晶体管的发射极电流。根据本发明的另一实施例，补偿电路310包括二极管D6，耦接在第二原边绕组的一端和电阻器Rll的一端。过零检测电路306耦接到第二原边绕组T3。过零检测电路306包括串联连接的两个电阻器Rl和R2。电路306检测流过第二原边绕组T3的电流，该电流表示或指示了流过副边绕组T2的电流，并且当流过副边绕组T2的电流过零时，产生过零信号Z⑶。电压检测电路302包括串联连接的两个电阻器，R3和R4，耦接到交流桥电路301。 电路302检测交流桥电路301的输出电压并且产生输入整流信号Vin_,e。。可选地，该电压检测电路102可以包括串联连接的电容器或者其他器件。根据本发明的另一个实施例，控制电路308的输入端子耦接到过零信号ZCD、经过补偿的电流采样信号Cs’和输入整流信号Vin_re。。基于上述信号，控制电路308产生栅控信号Cgate来驱动开关管Ql的导通和关断。根据本发明的一个实施例，控制电路308包括乘法器Ml。乘法器Ml通过将输入整流信号Viira。与补偿信号νωΜΡ相乘，输出预期值信号ν Ρ。比较器C0MP2将预期值信号Vraip 和经过补偿的电流采样信号Cs’相比较。比较器C0MP2的输出端子耦接到RS触发器RSl 的复位端(R)。另一比较器COMPl比较过零信号Z⑶和参考电压Vref。比较器COMPl的输出端耦接到RS触发器RSl的置位端(S)。当S端子的信号为高电平时，RS触发器RSl通过输出端Q输出高电平信号Cgate。当R端子为高电平时，触发器RSl通过输出端Q输出低电平信号Cgate。这样，开关管Ql在栅控信号Cgate的控制下关断和导通，将电能从第一原边绕组Tl传送到副边绕组T2。图4示出了如图3所示的LED电路在驱动不同数目的LED时LED串中流过的电流相对于平均电流的误差曲线。如图4所示，无论是驱动电压为IlOV还是220V，LED串中流过的电流在不同的LED数目的情况下保持相对恒定。图5示出了根据本发明另一实施例的补偿电路510的示意图。该实施例的补偿电路包括压控电流源。压控电流源接收来自第二原边绕组T3的电压信号并产生补偿信号来对电流采样信号Cs进行补偿。可选地，可以在压控电流源的输入端串接可调电阻器来实现精细补偿。图6为根据本发明一实施例的LED电路308的流程图。在图6的例子中，LED电路包括开关管Q1、控制电路和变压器。该变压器包括第一原边绕组Tl、第二原边绕组T3和副边绕组T2。第一原边绕组Tl电耦接至开关管。控制电路驱动开关管导通和关断并控制能量从第一原边绕组Tl传送到副边绕组T2。 如图6所示，在步骤601，流过开关管的电流被检测，并产生电流检测信号。在步骤602，基于来自第二原边绕组T3的信号对电流检测信号进行补偿。在步骤603，当副边绕组T2的电流过零时产生过零信号。在步骤604，至少基于补偿后的电流检测信号和过零信号产生控制信号，控制电路控制所述开关管的导通和关断。在一个实施例中，使用电流镜电路，基于第二副边绕组T3的输出电流产生补偿信号。在另一个实施例中，使用压控电流源，基于第二副边绕组T3的输出电压产生补偿信号。以上出于演示的目的描述了本发明的具体实施例。但是可以对上述实施例进行修改而不会脱离本发明的精神和原理。一个实施例中的单元或者要素可以与其他实施例进行组合或者代替其他实施例中的单元或者要素。本领域的技术人员应该理解，本发明的范围由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种发光二极管(LED)电路，包括开关管；变压器，包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，其中第一原边绕组电耦接至开关管，随着开关管的导通和关断，所述变压器存储和输出能量；电流检测电路，电耦接至开关管，检测流过开关管的电流，并产生电流检测信号；过零检测电路，电耦接至第二原边绕组，当流过副边绕组的电流过零时，产生过零信号；控制电路，电耦接至电流检测电路和过零检测电路，至少基于电流检测信号和过零信号产生控制信号，驱动所述开关管导通和关断；以及补偿电路，电耦接至第二原边绕组和控制电路，基于来自第二原边绕组的信号对电流检测信号进行补偿。
2.如权利要求1所述的LED电路，还包括交流桥电路和电压检测电路，其中电压检测电路对交流桥电路输出的电压进行检测，并产生输入整流信号，其中所述控制电路基于输入整流信号、电流检测信号和过零信号产生控制信号。
3.如权利要求1所述的LED电路，其中所述过零检测电路包括多个串联的电阻器或者电容器。
4.如权利要求1所述的LED电路，其中所述补偿电路包括电流镜电路。
5.如权利要求4所述的LED电路，其中所述电流镜电路包括第一NPN晶体管和第二NPN 晶体管，两个NPN晶体管具有基本相同的发射极电流，第一NPN晶体管的集电极电耦接至第二原边绕组，第二 NPN晶体管的集电极电耦接至控制电路的输入端子和电流检测电路的输出端子。
6.如权利要求5所述的LED电路，其中所述补偿电路还包括电阻器，电耦接在第二原边绕组和第一 NPN晶体管之间，以调节第一 NPN晶体管的发射极电流。
7.如权利要求6所述的LED电路，其中所述电阻器是可调电阻器，通过调节所述可调电阻器的阻值来调节输入到第一 NPN晶体管的发射极电流。
8.如权利要求1所述的LED电路，其中所述补偿电路包括压控电流源，耦接到第二原边绕组、电流检测电路和控制电路，其中补偿电路根据第二原边绕组的输出电压对电流检测信号进行补偿。
9.如权利要求8所述的LED电路，其中所述补偿电路还包括电阻器，电耦接在第二原边绕组和压控电流源之间，以调节输入到压控电流源的输入电压。
10.如权利要求9所述的LED电路，其中所述电阻器是可调电阻器，通过调节所述可调电阻器的阻值来调节输入到压控电流源的输入电压。
11.一种用LED电路驱动多个串联连接的发光二极管(LED)的方法，所述LED电路包括开关管和变压器，该变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，第一原边绕组电耦接至开关管，随着开关管的导通和关断，所述变压器存储和输出能量，所述方法包括步骤检测流过第二原边绕组的电流并且在流过副边绕组的电流过零时产生过零信号；检测流过开关管的电流并产生电流检测信号；基于来自第二原边绕组的信号对电流检测信号进行补偿；以及至少基于补偿后的电流检测信号和过零信号驱动所述开关管导通和关断。
12.如权利要求11所述的驱动方法，其中使用电流镜电路基于第二原边绕组的输出电流产生的信号来对电流检测信号进行补偿。
13.如权利要求11所述的驱动方法，其中使用压控电流源基于第二原边绕组的输出电压产生的信号来对电流检测信号进行补偿。
14.如权利要求11所述的驱动方法，其中过零信号是由过零检测电路产生的，所述过零检测电路电耦接到第二原边绕组。
15.如权利要求14所述的驱动方法，其中过零检测电路包括多个串联连接的电阻器或者电容器。
全文摘要
公开了一种LED电路及其方法。该电路包括开关管；变压器，包括第一原边绕组、第二原边绕组和副边绕组，第一原边绕组耦接至开关管，随着开关管的导通和关断，变压器存储和输出能量；电流检测电路，检测流过开关管的电流，并产生电流检测信号；过零检测电路，当流过副边绕组的电流过零时，产生过零信号；控制电路，至少基于电流检测信号和过零信号驱动开关管导通和关断；补偿电路，电耦接至第二原边绕组和控制电路，基于来自第二原边绕组的信号对电流检测信号进行补偿。由于对输入到控制电路的电流检测信号进行补偿，使得即使负载中的LED数目发生变化时，流过负载的电流也基本保持恒定。
文档编号G01R19/00GK102361525SQ20111020179
公开日2012年2月22日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者叶智俊, 曹海港, 邝乃兴 申请人:成都芯源系统有限公司