專利名稱：帶mos管切換和可復(fù)用dc-dc模塊的led驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED驅(qū)動電源，特別涉及帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，人們對電力的需求急劇增加，特別是在廣大農(nóng)村，電力經(jīng)常出現(xiàn)短缺現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了人們的正常生活。因而，電力節(jié)能和電力儲能方面的技術(shù)成為當(dāng)今的研究熱點。在此背景下，儲能LED照明技術(shù)應(yīng)運而生。其中LED燈由于具有高效、節(jié)能、環(huán)保等一系列優(yōu)點，無論在照明、背光源還是顯示板領(lǐng)域，都得到了廣泛的市場應(yīng)用。然而，由于儲能LED驅(qū)動電源涉及到復(fù)雜的電路模式切換問題，需要復(fù)雜的MCU控制模塊才能完成切換。這不僅增加了整個系統(tǒng)的電路難度，也使制作成本非常昂貴，實用性不高，不利于產(chǎn)品的市場化。另外，LED需要在恒流的模式下才能正常工作，獲得一種穩(wěn)定的高效的恒流源也是LED照明技術(shù)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，其特征在于，包括輸入端連接交流信號并將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號的AC-DC變換器、儲存電能的鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路、選擇供電模式的MOS管切換模塊和將AC-DC變換器和鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成恒`流源供給LED照明燈的DC-DC變換器；其中，AC-DC變換器與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路和MOS管切換模塊相連；鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路與AC-DC變換器和MOS管切換模塊相連；M0S管切換模塊與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路、AC-DC變換器和DC-DC變換器相連；DC-DC變換器與MOS管切換模塊和LED照明燈相連。在上述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，所述AC-DC變換器包括片內(nèi)控制模塊和與片內(nèi)控制模塊連接的主拓?fù)淠K；片內(nèi)控制模塊包含偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、柵極驅(qū)動電路、前沿消隱電路、控制電路、脈沖寬度調(diào)制電路、時鐘電路、頻率抖動電路、誤差放大器、采樣保持電路以及過流保護(hù)電路；偏置電路與電源VDD、控制電路、柵極驅(qū)動電路和欠壓鎖定電路相連；欠壓鎖定電路與電源VDD和偏置電路相連；軟啟動電路與脈寬調(diào)制電路和模塊端口 STP相連；柵極驅(qū)動電路一端接脈沖寬度調(diào)制電路相連，另一端與GATE端相連；前沿消隱電路同時與時鐘電路、過流保護(hù)電路和模塊端口 CS相連；控制電路與采樣保持電路和脈沖寬度調(diào)制電路相連；時鐘電路與頻率抖動電路、誤差放大器、前沿消隱電路和脈沖寬度調(diào)制電路相連；誤差放大器的負(fù)端與采樣保持電路相連，正端與2V的電源相連，輸出端與時鐘電路相連；頻率抖動電路與時鐘電路相連；采樣保持電路與控制電路、誤差放大器和模塊端口 INV相連；過流保護(hù)電路與前沿消隱電路和脈沖寬度調(diào)制電路相連；另外，偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、柵極驅(qū)動電路、前沿消隱電路、控制電路、脈沖寬度調(diào)制電路、時鐘電路、頻率抖動電路、誤差放大器、采樣保持電路以及過流保護(hù)電路都與模塊端口 GND相連。主拓?fù)淠K包含全橋整流電路、輸入濾波電路、變壓器Tl、整流濾波電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、功率開關(guān)管Q1、整流電路和鉗位保護(hù)電路；全橋整流電路的一端與交流輸入電壓相連，一端連接輸入濾波電路；輸入濾波電路一端接全橋整流電路，另一端與整流濾波電路相連；整流濾波電路一端與輸入濾波電路相連，另一端與變壓器Tl相連；電壓檢測電路一端與變壓器Tl相連，一端與片內(nèi)控制模塊的STP端相連；電流檢測電路一端與變壓器Tl相連，一端與片內(nèi)控制模塊的CS端相連；功率開關(guān)管Ql的漏極與變壓器Tl相連，柵極通過電阻R9與片內(nèi)控制模塊的GATE端口相連，源極經(jīng)過電阻R12接地；整流電路一端與變壓器相連，一端輸出電路。本發(fā)明采用電壓跟蹤法使AC-DC變換器在保證高效率的同時，功率因數(shù)能達(dá)到
0.94以上。其原理為:控制電感電流峰值包絡(luò)的相位跟隨輸入電壓的相位，在DCM模式下，
V DT
源邊主線圈上的峰值電流為=2^，其中Vin為整流濾波后加到源邊主線圈兩端的電
L.壓，D、TS分別為開關(guān)信號的占空比和周期，L為源邊主線圈的電感量。源邊主線圈的平均電
縣L = vijjt^r:-) =、A.￡>，其中，tm為電感電流上升時間(即為功率開關(guān)管的導(dǎo)通
時間)，tdmm為電感電流從峰值下降到O的時間，K為固定常數(shù)?？梢?，只要占空比D恒定峰值電流ipk和平均電流iav 都與輸入電壓成正比。本發(fā)明所述的AC-DC變換器，在大負(fù)載狀態(tài)下，工作在CC模式，開關(guān)控制信號是脈寬受調(diào)制的恒頻信號，此時，在半個市電周期內(nèi)，占空比的變化量不大；在中/輕度負(fù)載狀態(tài)下，工作在CV模式，開關(guān)信號是占空比固定的變頻信號。在中/輕度負(fù)載下，開關(guān)信號的頻率沒有達(dá)到最大值，從而降低了開關(guān)損耗，進(jìn)一步提高工作效率。經(jīng)測試，本發(fā)明所設(shè)計的AC-DC變換器，功率因數(shù)達(dá)到0.94以上，效率達(dá)到了 86%以上。在上述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，所述鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路包括鋰電池組、鋰電池監(jiān)控管理模塊、電壓檢測電路、電流檢測電路、過充和過放保護(hù)電路。電壓檢測電路分別和鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理模塊相連；電流檢測電路分別與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理模塊相連；過充和過放保護(hù)電路由MOS管開關(guān)組成，柵極都與鋰電池監(jiān)控管理模塊相連，漏極分別與AC-DC的輸出端和鋰電池組相連，源極相互連接。鋰電池組包含4節(jié)串聯(lián)的鋰電池，它是儲能的載體。鋰電池監(jiān)控管理模塊，可以對4節(jié)串聯(lián)的鋰電池進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。它能夠控制電池組的充放電狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了待機休眠功能，能夠?qū)﹄姵亟M進(jìn)行過流，過壓，欠壓保護(hù)。它的工作原理如下:電池通過引腳與內(nèi)部的電壓檢測電路相連，電壓電路實時檢測電池的電壓，并與基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)電池出現(xiàn)過壓或者欠壓情況時，產(chǎn)生控制信號電平?？刂颇K在一段可控延遲時間后，接收到此信號電平，在欠壓時切斷放電FET對電池進(jìn)行欠壓保護(hù)，同時在電池上升到欠壓臨界電壓后，結(jié)束欠壓檢測狀態(tài)；過壓時切斷充電FET對電池進(jìn)行過壓保護(hù)，同時在電池下降到過壓臨界電壓后，結(jié)束過壓檢測狀態(tài)。外部電流檢測電路實時地檢測，鋰電池的工作電流，當(dāng)電路出現(xiàn)過流情況時，輸出對應(yīng)的信號電平。經(jīng)過一段固定延時后，此信號通過引腳輸入到內(nèi)部控制模塊，控制模塊響應(yīng)并切斷充放電FETs，對電池進(jìn)行過流保護(hù)。在上述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，所述MOS管切換模塊包括MOS管Q4、M0S管Q5和二極管Dll和二極管D12 ;其中MOS管Q4的柵極與鋰電池監(jiān)控管理模塊的充電控制端相連，源極與AC-DC變換器的輸出端相連，漏極與二極管Dll的陽極相連；M0S管Q5的柵極與偏置電阻R17相連，源極與鋰電池組的正端相連，漏極與D12的陽極相連；二極管Dll和二極管D12的陽極分別與MOS管Q4和MOS管Q5的漏極相連，陰極與DC-DC變換器的輸入端相連。它能根據(jù)系統(tǒng)所處的實際情況，使系統(tǒng)在交流供電模式，鋰電池組供電模式和鋰電池組充電模式之間直接切換，保證整個系統(tǒng)正常工作。在上述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，所述DC-DC變換器包括Boost拓?fù)淠K和脈寬調(diào)制控制模塊。Boost拓?fù)淠K采用Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),工作在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)。Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路包含輸入濾波電容CIN、電感L、功率開關(guān)管M4、整流二極管D13、輸出電容COUT、整流電路、負(fù)載電流檢測網(wǎng)絡(luò)、電感電流檢測網(wǎng)絡(luò)和輸出電壓檢測網(wǎng)絡(luò)；其中輸入濾波電容CIN—端接輸入，一端接地；電感L的一端接輸入，另一端接整流二極管D13的陽極；整流二極管D13的陽極接電感，陰極接輸出電容COUT ;輸出電容COUT —端接二極管D13的陰極，另一端接地；整流電路一端接MOS管Q4的柵極，另一端與脈寬調(diào)制控制模塊的GATE端相連；負(fù)載電流檢測網(wǎng)絡(luò)由電阻R26與電阻R25組成，電阻R25的一端與脈寬調(diào)制控制模塊的FB弓丨腳相連，另一端與電阻R26連接；電阻R26的一端與電阻R25連接，另一端接地；電感電流檢測網(wǎng)絡(luò)包括電阻R28與電阻R27，電阻R28的一端與脈寬調(diào)制控制模塊的CS端相連，另一端與電阻R27相連；電阻R27的一端與電阻R28相連，另一端接地；輸出電壓檢測網(wǎng)絡(luò)包括電阻R31、電阻R32與電容C15 ;電阻R31 —端接二極管D13的陰極，另一端接電阻R32，電阻R32的另一端接地；電容C15的一端接電阻R32，另一端接電阻R24;脈寬調(diào)制控制模塊包含偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、振蕩電路、誤差放大器、斜坡補償電 路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器、熱保護(hù)電路、邏輯控制電路和柵極驅(qū)動電路；其中偏置電路與欠壓鎖定電路和邏輯控制電路相連；欠壓鎖定電路與偏置電路和模塊端口 VIN相連；軟啟動電路分別與振蕩電路和誤差放大器的負(fù)端相連；斜坡補償電路與模塊端口 CS和脈寬調(diào)制比較器相連；誤差放大器的正輸入端接第一參考電壓，負(fù)輸入端接模塊端口 FB，輸出端接脈寬調(diào)制比較器；脈寬調(diào)制比較器的正輸入端與斜坡補償電路相連，負(fù)輸入端與誤差放大器的輸出端相連，輸出端接邏輯控制電路；過壓保護(hù)誤差放大器的正輸入端接模塊端口 0VP，負(fù)輸入端接第二參考電壓，輸出端接邏輯控制電路；邏輯控制電路分別與偏置電路、熱保護(hù)電路、振蕩電路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器和柵極驅(qū)動電路相連；熱保護(hù)電路與邏輯控制電路連接；柵極驅(qū)動電路一端接邏輯控制電路的輸出，另一端接模塊的輸出端口 GATE。另外，偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、振蕩電路、誤差放大器、斜坡補償電路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器、熱保護(hù)電路、邏輯控制電路和柵極驅(qū)動電路都與模塊的端口 GND相連。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1.設(shè)計合理，采用MOS管切換模塊，結(jié)構(gòu)簡單且實用。
2.不含價格昂貴且電路復(fù)雜的MCU控制器，成本低。3.在供電模式中都采用DC-DC變換器，獲得了穩(wěn)定的恒流源，使LED在健康的環(huán)境下能夠長壽命的工作。


圖1所示為一種帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器整體圖。圖2所示為AC-DC變換器電路原理圖。圖3所示為AC-DC變換器的片內(nèi)控制模塊的功能模塊圖。圖4所示為MOS管切換模塊、鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路電路圖。圖5所示為鋰電池監(jiān)控管理模塊的內(nèi)部框圖。圖6所示為DC-DC變換器的電路原理圖。圖7所示為DC-DC變換器中控制模塊脈寬調(diào)制芯片的電路原理圖。
具體實施例方式為了更加清楚明白的解釋本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。一種帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器如圖1所示，其特征在于，包括輸入端連接交流信號并將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號的AC-DC變換器、儲存電能的鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路、選擇供電模式的MOS管切換模塊和將AC-DC變換器和鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成恒流源供給LED照明燈的DC-DC變換器；其中，AC-DC變換器與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路和MOS管切換模塊相連；鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理模塊與AC-DC變換器和MOS管切換模塊相連；M0S管切換模塊與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路、AC-DC變換器和DC-DC變換器相連；DC-DC變換器與MOS管切換模塊和LED照明燈相連。圖2是AC-DC變換器的電路圖，由主拓?fù)淠K和片內(nèi)控制模塊組成，片內(nèi)控制模塊之外的電路都屬于主拓?fù)淠K。片內(nèi)控制模塊的引腳分別是供電引腳VDD、軟啟動引腳STP、接地引腳GND、電壓反饋引腳INV、電流反饋引腳CS和功率開關(guān)管的驅(qū)動引腳GATE。主拓?fù)淠K采用源邊反饋形式的反激式變換電路，工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下，包含全橋整流電路、輸入濾波電路、變壓器Tl、整濾波電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、功率開關(guān)管Q1、整流電路和鉗位保護(hù)電路。如圖2所示，主拓?fù)淠K的具體實施方式
如下:二極管Dl、D2、D3和D4組成全橋整流電路，將輸入主拓?fù)淠K的高壓交流信號轉(zhuǎn)換為紋波較大的高壓直流信號。輸入濾波電路由電阻R1、電感L1、L3與電容Cl、C2組成，用于減小高壓直流信號的紋波。此高壓直流信號通過電阻網(wǎng)絡(luò)R2和R3后為大電容C4充電，C4的電壓由VDD引腳和STP引腳輸入到片內(nèi)控制模塊，用于片內(nèi)控制模塊的供電和軟啟動。待輸出穩(wěn)定后，由源邊副線圈的反饋電壓，通過二極管D6和電阻Rll為片內(nèi)控制模塊供電。輸入濾波電路與變壓器Tl的源邊初級線圈相連，源邊初級線圈的另一端與功率開關(guān)管Ql的漏極相連。功率開關(guān)管Ql的柵極通過整流電路與片內(nèi)控制模塊的GATE引腳相連，GATE引腳輸出的高頻開關(guān)信號控制功率開關(guān)管Ql的導(dǎo)通與關(guān)斷。變壓器Tl 通過源邊初級線圈與源邊次級線圈的匝數(shù)比控制輸出電壓的大小，從而將高壓信號轉(zhuǎn)換為低壓信號。源邊次級線圈與源邊副級線圈的匝數(shù)比控制著反激到源邊副級線圈的電壓大小，這樣連接到源邊副級線圈的電壓檢測網(wǎng)絡(luò)就能反映輸出負(fù)載的情況。與源邊副級線圈相連的電壓檢測網(wǎng)絡(luò)由電阻R7、R8與二極管D7組成。INV引腳將R8上的電壓反饋到片內(nèi)控制模塊，改變R7與R8的阻值比可調(diào)節(jié)輸出電壓的恒壓值。電流檢測電路由電阻R12與Rll組成，并與功率開關(guān)管Ql的源極相連，用于檢測源邊初級線圈上的電流。CS引腳將R12上的電壓反饋到片內(nèi)控制模塊，改變R12的電阻值可調(diào)節(jié)輸出恒定電流的幅值。電壓檢測電路和電流檢測電路將反饋信號輸入到片內(nèi)控制模塊，用于控制開關(guān)信號的脈寬和頻率。整流濾波電路由二極管D8、電容C5、C6、C7與電阻R13、R14組成，可將變壓器傳輸來的高頻低壓信號轉(zhuǎn)換為直流低壓信號。當(dāng)開關(guān)管Ql導(dǎo)通時變壓器Tl的源邊初級線圈儲存能量，此時二極管D8反向截止，變壓器Tl的源邊次級線圈中沒有電流流過。此時電容C6和C7放電，作為AC-DC變換器的輸出電流。當(dāng)開關(guān)管Ql斷開時，二極管D8正向?qū)?，源邊初級線圈中儲存的能量通過變壓器傳輸?shù)皆催叴渭壘€圈，以提供輸出電流，并為電容C6、C7充電。這樣在功率開關(guān)管Ql的快速開關(guān)過程中，主拓?fù)淠K的輸出端將形成低壓直流信號，，從而實現(xiàn)市電到低壓直流電的轉(zhuǎn)換。整流電路由R9和RlO組成，對片內(nèi)控制模塊輸出的開關(guān)信號進(jìn)行整流，使得功率開關(guān)管Ql的導(dǎo)通與關(guān)斷得以精確控制。

當(dāng)開關(guān)管Ql由導(dǎo)通切換到斷開時，源邊初級線圈的兩端會產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。鉗位保護(hù)電路由電阻R5、R6、二極管D5與電容C3組成，可對源邊初級線圈兩端的電壓進(jìn)行吸收和鉗位，以保護(hù)功率開關(guān)管Ql不被損壞。片內(nèi)控制模塊有多種工作模式，包括CC/CV (恒流/恒壓)模式和脈寬調(diào)制/PFM(脈沖寬度調(diào)制/脈沖頻率調(diào)制)模式。如圖3所示，片內(nèi)控制模塊包含偏置電路、欠壓鎖定電路(UVL0)、軟啟動電路(SoftStart)、柵極驅(qū)動電路、前沿消隱電路(LEB)、控制電路、脈沖寬度調(diào)制電路(脈寬調(diào)制)、時鐘電路(CLK)、頻率抖動電路、誤差放大器(EA)、采樣保持電路、過流保護(hù)電路(0CP)。片內(nèi)控制模塊的具體實施方式
如下:VDD引腳與偏置電路和欠壓鎖定電路(UVLO)相連，偏置電路將VDD引腳電壓轉(zhuǎn)換為5V穩(wěn)定電壓，為片內(nèi)電路供電。欠壓鎖定電路(UVLO)又與偏置電路相連當(dāng)VDD電壓低于鎖定閾值UVLO(ON)時，控制偏置電路關(guān)閉電路，高于開啟閾值UVLO (OFF)時啟動電路。當(dāng)電路剛啟動時，與STP引腳連接的軟啟動電路(Soft Start)通過脈沖寬度調(diào)制電路(脈寬調(diào)制)關(guān)閉反饋電壓信號和反饋電流信號對開關(guān)信號的脈寬調(diào)制，然后使輸出開關(guān)信號的脈寬逐漸增大，輸出電壓呈臺階式上升，同時電路中的電容緩慢充電以防止產(chǎn)生過大的尖峰電流。電路正常工作時，控制電路給脈沖寬度調(diào)制電路(脈寬調(diào)制)發(fā)出控制信號，用于選用相應(yīng)的調(diào)制信號輸出，調(diào)制信號經(jīng)柵極驅(qū)動電路增強驅(qū)動能力后作為開關(guān)信號，通過GATE引腳輸出到外部功率開關(guān)管Ql的柵極，用于控制開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷?？刂齐娐放c采樣保持電路連接?？刂齐娐贩治鲇刹蓸颖３蛛娐份斎氲臋z測電壓，以判斷AC-DC變換器的負(fù)載狀況。大負(fù)載時控制電路工作在CC模式，中/輕度負(fù)載時控制電路工作在CV模式。CC模式下誤差放大器(EA)輸出的誤差電壓穩(wěn)定在最大值,進(jìn)而控制時鐘電路(CLK)輸出時鐘的頻率穩(wěn)定在最大值60KHz。此時，控制電路給脈沖寬度調(diào)制模塊(脈寬調(diào)制)發(fā)出控制信號，選用電流反饋信號調(diào)制開關(guān)信號的脈沖寬度。CV模式下，誤差電壓信號通過時鐘電路(CLK)調(diào)制開關(guān)信號的頻率，控制電路給脈沖寬度調(diào)制模塊(脈寬調(diào)制)發(fā)出控制信號，選用時鐘電路(CLK)的固定占空比變頻信號作為開關(guān)信號。當(dāng)負(fù)載電壓過高時，時鐘頻率減小，反之時鐘頻率增大。采樣保持電路與控制電路連接，每個采樣周期采集一次穩(wěn)定的反饋電壓信號并維持。誤差放大器(EA)的反相輸入端與采樣保持電路連接，正相輸入端連接到2V的參考電壓。誤差放大器輸出的誤差電壓反映了 AC-DC模塊的輸出電壓與參考電壓的偏移程度。前沿消隱電路(LEB )分別與時鐘電路(CLK )和過流保護(hù)電路(OCP )連接，用于消除由CS引腳輸入的電流檢測信號中尖峰電流的干擾。過流保護(hù)電路(OCP)在每個時鐘周期都會判斷由前沿消隱電路(LEB)輸入的電流反饋信號，若外部電路的電流過大或出現(xiàn)短路時，就通過脈沖寬度調(diào)制模塊(脈寬調(diào)制)關(guān)閉開關(guān)信號，以實現(xiàn)逐周期的過流保護(hù)功能。頻率抖動電路與時鐘電路相連，用于調(diào)制主開關(guān)頻率，在主頻帶周圍廣生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，以減少了 EMI。圖4是鋰電池組和 鋰電池監(jiān)控管理電路以及MOS管切換模塊電路圖。其中鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路:P型MOS管Q2和Q3分別為放電和充電開關(guān)，它們的柵極都與鋰電池控制模塊的I端和3端口相連，漏極分別與AC-DC的輸出端和電池組的正端相連，源極相互連接；電阻R14(R15)和發(fā)光二極管D9 (DlO)串聯(lián)在一起，首尾分別與AC-DC的輸出端和Q2 (Q3)的柵極相連，它具有放電(充電)指示燈的作用；電容ClO C13的一端接電池組的正極，另一端分別與電阻R19 R22相連；鋰電池BTl BT4的正極分別與電阻R19 R22相連，負(fù)極分別與R20 R23相連；電阻R18，電容C8和C9的一端分別與鋰電池監(jiān)控管理模塊的4端口、5端口和6端口相連，另一端都和地相連。鋰電池監(jiān)控管理模塊的內(nèi)部框圖如圖5所示，此模塊通過13根引腳與外圍電路相連。此模塊功能的具體實現(xiàn)如下:電壓檢測與保護(hù):引腳13、7分別接電池組的正負(fù)極，同時7腳接地，引腳12、11、
10、9分別接4節(jié)電池(B1、B2、B3、B4)的正極。上述6根引腳與控制模塊間的電阻RNl RN16、過零比較器Al A8、穩(wěn)壓二極管DNl BN7、內(nèi)部基準(zhǔn)源VSNl VSN4組成了電壓檢測電路。比較器A(2n_D比較電池匕的電壓與過壓臨界值，當(dāng)電池匕處于過壓狀態(tài)時，A(2lri)輸出高電平驅(qū)動或門ORl輸出高電平?？刂颇K在經(jīng)過一個過壓延遲時間后，接收到此高電平，切斷充電FET進(jìn)行過壓保護(hù)。同時在條件允許時接通放電FET，使電池對外放電，當(dāng)電池電壓低于過壓臨界值，結(jié)束過壓檢測狀態(tài)。比較器A(2n)比較電池Bn的電壓與欠壓臨界值，當(dāng)電池Bn處于欠壓狀態(tài)時，A(2n)輸出高電平驅(qū)動或門ORl輸出高電平?？刂颇K在經(jīng)過一個過壓延遲時間后，接收到此高電平，切斷放電FET進(jìn)行欠壓保護(hù)。同時在條件允許時接通放電FET，為電池充電，當(dāng)電池電壓高于欠壓臨界值，結(jié)束欠壓檢測狀態(tài)。對與Bn來說過壓臨界值:VSNn*(l+RN(4n_3)/RN(4n_2));欠壓臨界值:VSNn* (I+RN^d/RN^)。電流檢測與保護(hù):引腳2、4是電流檢測輸入引腳，外部電流檢測電路將檢測到的電流信號，轉(zhuǎn)換為電壓信號后，通過這兩個弓I腳反饋給控制模塊。這兩個弓I腳輸入的電流檢測信號，通過比較器A9、AlO與基準(zhǔn)電壓相比較，經(jīng)過一個固定的延遲時間后，傳送給控制模塊。當(dāng)比較器A9、AlO輸出存在高電平時，表示電路處于過流狀態(tài)，控制模塊在接收到此信號后切斷充放電FET進(jìn)行電流保護(hù)?？刂乒δ芤_:引腳I為充電FET控制端口，此引腳輸出高電平時，切斷充電FET，電池組充電停止。輸出低電平時打開充電FET，為鋰電池組充電。引腳3為放電FET控制端口。此引腳輸出高電平時，切斷放電FET，電池組放電停止。輸出低電平時打開放電FET，鋰電池組為外電路供電。引腳5、6輸入的電平，分別控制著過壓檢測與欠壓檢測的延遲時間。引腳8為外部控制輸入端口，可以通過此端口控制鋰電池監(jiān)控管理模塊，以實現(xiàn)鋰電池組充放電狀態(tài)間的切換。所述MOS管切換模塊由P型MOS管Q4和Q5、分壓電阻R16和R17以及二極管Dll和D12組成。其中，R16和R17串聯(lián)，R16的一端與AC-DC的輸出端相連，另一端與R17相連；R17的一端與R16相連，另一端與地相連；Q4的源極與AC-DC的輸出端相連，漏極與Dll相連，柵極與Q2的柵極相連；Q5的源極與電池組的正極相連，漏極與D12相連，柵極與R17相連；D11和D12的正極分別與Q4和Q5的漏極相連，負(fù)極與DC-DC的輸入端相連。圖6是DC-DC變換器的電路原理圖。DC-DC變換器由Boost拓?fù)淠K和脈寬調(diào)制控制模塊組成。脈寬調(diào)制控制模塊上的引腳分別是供電引腳VIN、負(fù)載電流反饋引腳FB、開關(guān)電流檢測引腳CS、輸出電壓檢測引腳0VP、功率開關(guān)管控制引腳GATE和接地引腳GND。

Boost拓?fù)淠K采用Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)。主要包含輸入濾波電容CIN、電感L、功率開關(guān)管M4、整流二極管D13、輸出電容C0UT、整流電路、負(fù)載電流檢測網(wǎng)絡(luò)、電感電流檢測網(wǎng)絡(luò)和輸出電壓檢測網(wǎng)絡(luò)。Boost拓?fù)淠K功能的具體實現(xiàn)如下:外部輸入的12V直流電源信號首先經(jīng)過輸入電容CIN濾除高頻干擾分量后，通過電阻R33給電容C14充電，電容C14上的電壓通過脈寬調(diào)制控制模塊的VIN引腳給脈寬調(diào)制控制模塊供電。電感L的一端接到電源，即與輸入電容CIN的正極相連，另一端同時與功率開關(guān)管M4的漏極支路、整流二極管D13的陽極支路相連。功率開關(guān)管M4的源極與檢測電阻R27串聯(lián)后接地，當(dāng)功率開關(guān)管M4導(dǎo)通時，這一支路導(dǎo)通，圖6中A點電位接近地，電源信號加到電感L上，電感L儲存能量，電感電流呈線性上升。當(dāng)功率開關(guān)管M4關(guān)斷后，圖6中A點電位開始上升，趨于輸出電壓，當(dāng)A點電位高于電感L另一端的電源電位時，電感L反向偏置并釋放能量，電感電流保持原方向并呈線性下降，直至下一時鐘周期，功率開關(guān)管M4再次導(dǎo)通。整流二極管D13的陰極同時與輸出濾波電容COUT的正極和DC-DC變換器的正輸出端相連。功率開關(guān)管M4關(guān)斷期間，當(dāng)圖6中A點電位高于整流二極管D13陰極電位時，整流二極管D13正向?qū)?，電感電流流向?fù)載和輸出電容C0UT，為COUT充電的同時，輸出電壓呈線性上升。當(dāng)功率開關(guān)管M4導(dǎo)通時，圖6中A點電位接近地，整流二極管D13反向截止，輸出電容COUT放電，使輸出電壓呈線性下降。由于功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷速度很快，COUT的電容值較大，所以由輸出電壓的線性上升與下降造成的紋波很小，可視為恒定電流輸出。整流電路由電阻R30與R29組成，保證開關(guān)信號能精確控制功率開關(guān)管M4的導(dǎo)通與關(guān)斷。其中R30的一端與脈寬調(diào)制控制模塊的GATE引腳相連；另一端同時與R29、功率開關(guān)管M4的柵極相連；R29的另一端和M4的源極相連。負(fù)載電流檢測網(wǎng)絡(luò)由電阻R26 (與負(fù)載串聯(lián))與電阻R25組成，通過FB引腳將負(fù)載電流反饋信號輸入到脈寬調(diào)制控制模塊，改變R26阻值可調(diào)節(jié)輸出電流的恒定值。電感電流檢測網(wǎng)絡(luò)由電阻R28與R27組成，通過CS引腳將電感電流反饋信號輸入到脈寬調(diào)制控制模塊。輸出電壓檢測網(wǎng)絡(luò)由電阻R31、R32與電容C15組成，通過OVP引腳將分壓后的電壓反饋信號輸入到脈寬調(diào)制控制模塊。脈寬調(diào)制控制模塊采用電流控制模式。如圖7所示，脈寬調(diào)制控制模塊包含偏置電路、欠壓鎖定電路(UVL0)、軟啟動電路(SoftStart)、振蕩電路(0SC)、誤差放大器(EA)、斜坡補償電路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器、熱保護(hù)電路、邏輯控制電路和柵極驅(qū)動電路。脈寬調(diào)制控制模塊功能的具體實現(xiàn)如下:VIN引腳與偏置電路、欠壓鎖定電路(UVLO)相連。偏置電路將VIN輸入的信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V直流信號，給內(nèi)部模塊供電。欠壓鎖定電路(UVLO)與偏置電路相連，當(dāng)VIN低于鎖定閾值UVLO(ON)時，通過偏置電路關(guān)閉脈寬調(diào)制控制模塊，高于開啟閾值UVLO(OFF)時啟動脈寬調(diào)制控制模塊。振蕩電路(0SC)分別與軟啟動電路(SoftStart)、斜坡補償電路和邏輯控制電路相連，為電路提供頻率和脈寬固定的時鐘信號。軟啟動電路(Soft Start)的輸出與誤差放大器(EA)的正相輸入端相連，為誤差放大器提供參考電壓。當(dāng)電路剛啟動時，脈寬調(diào)制控制模塊首先進(jìn)入軟啟動狀態(tài)，參考電壓由O開始緩慢上升，開關(guān)信號的脈沖寬度逐漸增加，輸出電容得以緩慢充電，以防止電路產(chǎn)生過大的尖峰電流。若干時鐘周期后參考電壓穩(wěn)定在第一參考電壓不變，電路開始正常工作。誤差放大器(EA)的反相輸入端與FB引腳相連，負(fù)載電流反饋信號與第一參考電壓間的誤差被放大后作為誤差電壓信號，輸出到脈寬調(diào)制比較器的反相輸入端，用于調(diào)制開關(guān)信號的脈沖寬度。斜坡補償電路與CS引腳相連，將電感電流反饋信號調(diào)整后，與振蕩電路輸入的鋸齒波信號疊加形成斜坡補償信號，并輸出到脈寬調(diào)制比較器的正相輸入端，作為參考電壓。當(dāng)開關(guān)信號占空比超過50%時，斜坡補償電路會消除外部干擾引起的次諧波振蕩，以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。脈寬調(diào)制比·較器將誤差電壓信號與斜坡補償信號進(jìn)行比較，得到脈沖寬度被調(diào)制的開關(guān)信號，并輸出到邏輯控制電路。過壓保護(hù)誤差放大器與OVP引腳相連，將負(fù)載電壓反饋信號與第二參考電壓進(jìn)行比較，并將結(jié)果送到邏輯控制電路。當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)閾值時，邏輯控制電路便關(guān)閉輸出，以實現(xiàn)過壓保護(hù)的功能。熱保護(hù)電路內(nèi)部的熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電信號，并與參考電壓比較，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)的閾值時，輸出控制信號到邏輯控制電路，關(guān)閉輸出。與邏輯控制電路相連的有熱保護(hù)電路、過壓保護(hù)誤差放大器、偏置電路和脈寬調(diào)制比較器。電路工作過程中，邏輯控制電路時刻判斷熱保護(hù)電路和過壓保護(hù)誤差放大器的反饋信號，一旦溫度過高或輸出電壓過高時，就關(guān)閉電路輸出。偏置電路為邏輯控制電路供電，只要VIN引腳輸入的電源正常，沒有被鎖定，就能給邏輯控制電路正常供電，否則邏輯控制電路不能啟動。當(dāng)溫度、輸出電壓、VIN引腳輸入的電壓均處在預(yù)設(shè)的安全范圍內(nèi)時，邏輯控制電路就選通脈寬調(diào)制比較器輸入的開關(guān)信號，并輸出給柵極驅(qū)動電路，以增強開關(guān)信號的驅(qū)動能力。柵極驅(qū)動電路又與GATE弓丨腳相連，通過GATE弓丨腳把驅(qū)動能力增強后的開關(guān)信號輸出到外部拓?fù)潆娐?。下面具體說明整個系統(tǒng)的工作原理:在交流供電模式=AC-DC變換器將交流高壓轉(zhuǎn)換成直流低壓，由于此時電池組已經(jīng)充滿電，鋰電池監(jiān)控管理模塊的I端口輸出高電平，Q3關(guān)斷，充電指示燈DlO熄滅；鋰電池監(jiān)控管理模塊的3端口輸出低電平，Q4被打開，AC-DC變換器的輸出電壓通過Q4到達(dá)DC-DC變換器，然后給LED供電；此時Q5的柵極由于R16和R17的分壓，處于高電平狀態(tài)，所以關(guān)斷。在電池組供電模式:此時沒有市電，AC-DC變化器輸出為電平，所以Q5的柵極為低電平，Q5被打開，此時鋰電池組的電壓通過Q5到達(dá)DC-DC變換器，然后給LED供電。在鋰電池組充電模式:鋰電池監(jiān)控管理模塊的I端口和3端口分別輸出低電平和高電平，所以Q4和Q2關(guān)斷，D9熄滅，Q3被打開，充電指示燈DlO變亮。而Q5也在分壓的作用下處于關(guān)斷狀態(tài)，此時AC-DC變換器的輸出電壓通過D8和Q3給鋰電池組充電。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離 本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，其特征在于，包括輸入端連接交流信號并將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號的AC-DC變換器、儲存電能的鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路、選擇供電模式的MOS管切換模塊和將AC-DC變換器和鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理模塊輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成恒流源供給LED照明燈的DC-DC變換器；其中，AC-DC變換器與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路和MOS管切換模塊相連；鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路與AC-DC變換器和MOS管切換模塊相連；M0S管切換模塊與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路、AC-DC變換器和DC-DC變換器相連；DC-DC變換器與MOS管切換模塊和LED照明燈相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，其特征在于，所述AC-DC變換器包括片內(nèi)控制模塊和與片內(nèi)控制模塊連接的主拓?fù)淠K；片內(nèi)控制模塊包含偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、柵極驅(qū)動電路、前沿消隱電路、控制電路、脈沖寬度調(diào)制電路、時鐘電路、頻率抖動電路、誤差放大器、采樣保持電路以及過流保護(hù)電路；偏置電路與電源VDD、控制電路、柵極驅(qū)動電路和欠壓鎖定電路相連；欠壓鎖定電路與電源VDD和偏置電路相連；軟啟動電路與脈寬調(diào)制電路和模塊端口 STP相連；柵極驅(qū)動電路一端接脈沖寬度調(diào)制電路相連，另一端與GATE端相連；前沿消隱電路同時與時鐘電路、過流保護(hù)電路和模塊端口 CS相連；控制電路與采樣保持電路和脈沖寬度調(diào)制電路相連；時鐘電路與頻率抖動電路、誤差放大器、前沿消隱電路和脈沖寬度調(diào)制電路相連；誤差放大器的負(fù)端與采樣保持電路相連，正端與2V的電源相連，輸出端與時鐘電路相連；頻率抖動電路與時鐘電路相連；采樣保持電路與控制電路、誤差放大器和模塊端口 INV相連；過流保護(hù)電路與前沿消隱電路和脈沖寬度調(diào)制電路相連；另外，偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、柵極驅(qū)動電路、前沿消隱電路、控制電路、脈沖寬度調(diào)制電路、時鐘電路、頻率抖動電路、誤差放大器、采樣保持電路以及過流保護(hù)電路都與模塊端口 GND相連；主拓?fù)淠K包含全橋整流電路、輸入濾波電路、變壓器Tl、整流濾波電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、功率開關(guān)管Q1、整流電路和鉗位保護(hù)電路；全橋整流電路的一端與交流輸入電壓相連，一端連接輸入濾波電路；輸入濾波電路一端接全橋整流電路，另一端與整流濾波電路相連；整流濾波電路一端與輸入濾波電路相連，另一端與變壓器Tl相連；電壓檢測電路一端與變壓器Tl相連，一端與片內(nèi)控制模塊的STP端相連；電流檢測電路一端與變壓器Tl相連，一端與片內(nèi)控制模塊的CS端相連；功·率開關(guān)管Ql的漏極與變壓器Tl相連，柵極通過電阻R9與片內(nèi)控制模塊的GATE端口相連，源極經(jīng)過電阻R12接地；整流電路一端與變壓器相連，一端輸出電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，其特征在于，所述鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理電路包括鋰電池組、鋰電池監(jiān)控管理模塊、電壓檢測電路、電流檢測電路、過充和過放保護(hù)電路；電壓檢測電路分別和鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理模塊相連；電流檢測電路分別與鋰電池組和鋰電池監(jiān)控管理模塊相連；過充和過放保護(hù)電路由MOS管開關(guān)組成，柵極都與鋰電池監(jiān)控管理模塊相連，漏極分別與AC-DC的輸出端和鋰電池組相連，源極相互連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，其特征在于，所述MOS管切換模塊包括MOS管Q4、M0S管Q5和二極管Dll和二極管D12 ;其中MOS管Q4的柵極與鋰電池監(jiān)控管理模塊的充電控制端相連，源極與AC-DC變換器的輸出端相連，漏極與二極管Dll的陽極相連；MOS管Q5的柵極與偏置電阻R17相連，源極與鋰電池組的正端相連，漏極與D12的陽極相連；二極管Dll和二極管D12的陽極分別與MOS管Q4和MOS管Q5的漏極相連，陰極與DC-DC變換器的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器，其特征在于，所述DC-DC變換器包括Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路和與Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路連接的控制模塊脈寬調(diào)制芯片；B00st變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路包含輸入濾波電容CIN、電感L、功率開關(guān)管M4、整流二極管D13、輸出電容COUT、整流電路、負(fù)載電流檢測網(wǎng)絡(luò)、電感電流檢測網(wǎng)絡(luò)和輸出電壓檢測網(wǎng)絡(luò)；其中輸入濾波電容CIN—端接輸入，一端接地；電感L的一端接輸入，另一端接整流二極管D13的陽極；整流二極管D13的陽極接電感，陰極接輸出電容COUT ;輸出電容COUT —端接二極管D13的陰極，另一端接地；整流電路一端接MOS管Q4的柵極，另一端與脈寬調(diào)制控制模塊的GATE端相連；負(fù)載電流檢測網(wǎng)絡(luò)由電阻R26與電阻R25組成，電阻R25的一端與脈寬調(diào)制控制模塊的FB引腳相連，另一端與電阻R26連接；電阻R26的一端與電阻R25連接，另一端接地；電感電流檢測網(wǎng)絡(luò)包括電阻R28與電阻R27，電阻R28的一端與脈寬調(diào)制控制模塊的CS端相連，另一端與電阻R27相連；電阻R27的一端與電阻R28相連，另一端接地；輸出電壓檢測網(wǎng)絡(luò)包括電阻R31、電阻R32與電容C15 ;電阻R31 一端接二極管D13的陰極，另一端接電阻R32，電阻R32的另一端接地；電容C15的一端接電阻R32，另一端接電阻R24 ;脈寬調(diào)制控制模塊包含偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、振蕩電路、誤差放大器、斜坡補償電路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器、熱保護(hù)電路、邏輯控制電路和柵極驅(qū)動電路；其中偏置電路與欠壓鎖定電路和邏輯控制電路相連；欠壓鎖定電路與偏置電路和模塊端口 VIN相連；軟啟動電路分別與振蕩電路和誤差放大器的正端相連；誤差放大器的正輸入端接第一參考電壓，負(fù)輸入端接模塊端口 FB，輸出端接脈寬調(diào)制比較器；斜 坡補償電路與模塊端口 CS和脈寬調(diào)制比較器相連；脈寬調(diào)制比較器的正輸入端與斜坡補償電路相連，負(fù)輸入端與誤差放大器的輸出端相連，輸出端接邏輯控制電路；過壓保護(hù)誤差放大器的正輸入端接模塊端口 0VP，負(fù)輸入端接第二參考電壓，輸出端接邏輯控制電路；邏輯控制電路分別與偏置電路、熱保護(hù)電路、振蕩電路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器和柵極驅(qū)動電路相連；熱保護(hù)電路與邏輯控制電路連接；柵極驅(qū)動電路一端接邏輯控制電路的輸出，另一端接模塊的輸出端口 GATE ;另外，偏置電路、欠壓鎖定電路、軟啟動電路、振蕩電路、誤差放大器、斜坡補償電路、脈寬調(diào)制比較器、過壓保護(hù)誤差放大器、熱保護(hù)電路、邏輯控制電路和柵極驅(qū)動電路都與模塊的端口 GND相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶MOS管切換和可復(fù)用DC-DC模塊的LED驅(qū)動器。本發(fā)明涉及3種工作模式交流供電模式，鋰電池組供電模式和鋰電池組充電模式。本發(fā)明采用的DC-DC變換器具有復(fù)用的功能在交流供電時，將AC-DC變換器輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成恒流源給LED供電；在鋰電池組供電時，將鋰電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成恒流源給LED供電。3種工作模式的轉(zhuǎn)換由MOS管切換模塊完成，省去了微控制器控制切換模塊，使整個系統(tǒng)更加簡化和實用，同時也大大降低了制作成本。本發(fā)明的功率因數(shù)能達(dá)到0.94以上，效率在86%以上，而且在停電時仍能在長時間內(nèi)持續(xù)為LED燈供電，保證斷電時LED燈的正常工作。
文檔編號H02M7/12GK103248108SQ20131018652
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者江金光, 李森, 譚高建 申請人:常州矽能電子科技有限公司