專利名稱：Led驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)邏輯與電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及市電輸入的LED驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)邏輯和電路實(shí)現(xiàn)。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域以及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白光LED作為新型的半導(dǎo)體照明光源具有眾多優(yōu)點(diǎn)以及廣泛的應(yīng)用前景。在通用照明領(lǐng)域內(nèi)，白光LED直接替代白熾燈、熒光燈等照明光源已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。盡管消費(fèi)電子用LED驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)和市場(chǎng)已經(jīng)比較成熟，而家庭照明用LED驅(qū)動(dòng)器還有技術(shù)瓶頸尚待突破，目前已經(jīng)成為眾多國(guó)際知名電源設(shè)計(jì)公司的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。
電源的啟動(dòng)過程及其電路實(shí)現(xiàn)更是市電輸入的LED驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)焦點(diǎn)，在各類LED 驅(qū)動(dòng)器中扮演著舉足輕重、不可替代的作用。如果啟動(dòng)邏輯比較混亂，輕則上電過程中芯片消耗很大的啟動(dòng)電流，一是導(dǎo)致芯片的啟動(dòng)功耗較高，降低芯片的工作效率；二是電流較大可能導(dǎo)致啟動(dòng)過程中芯片較熱，帶來散熱問題。重則導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器不能正常啟動(dòng)，如若啟動(dòng)電流消耗較大，會(huì)導(dǎo)致供電端外接電阻的電壓變化范圍比較大，如果在第三繞組能正常地給芯片供電之前電容兩端的電壓低于欠壓鎖定設(shè)定的下限值，芯片將反復(fù)啟動(dòng)，導(dǎo)致無(wú)法正常工作。
因此，本專利對(duì)相關(guān)LED驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)邏輯及具體的電路實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，力求提供一種上電清晰、功能完善、高效可靠的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型專利的目的是提供一種適用于LED驅(qū)動(dòng)器的時(shí)序啟動(dòng)邏輯及其電路實(shí)現(xiàn)，以保證驅(qū)動(dòng)芯片可以正常實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。
芯片啟動(dòng)的要求在于一啟動(dòng)電流要小，一般小于IOOuA ；二 內(nèi)部的電路模塊已經(jīng)正常工作，包括電源上電電路，片內(nèi)預(yù)充電電路，帶隙基準(zhǔn)電路，電壓調(diào)節(jié)器和自舉欠壓鎖定電路 ’三驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓要滿足一定的要求，在本實(shí)用新型專利中要高于啟動(dòng)門限電壓(設(shè)置為21.6V)開始工作，若低于門限電壓(設(shè)置為9. 7V)，則重新啟動(dòng)。
可選的，所述預(yù)充電電路由負(fù)反饋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏置電流；二極管連接形式的PMOS實(shí)現(xiàn)電位抬升；高壓PMOS與NMOS器件完成電流鏡像以及電源輸出。
可選的，所述帶隙基準(zhǔn)電路由BJT的負(fù)溫度特性與BE結(jié)電壓差的正溫度特性補(bǔ)償原理而產(chǎn)生，采用誤差放大器嵌位，實(shí)現(xiàn)低溫度系數(shù)的帶隙電壓產(chǎn)生。
可選的，所述電壓調(diào)節(jié)器采用LDO的結(jié)構(gòu)，并且在誤差放大器與調(diào)整管之間帶有緩沖級(jí)隔離，以提供更好的頻率相應(yīng)，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。由高壓PMOS與NMOS實(shí)現(xiàn)。
可選的，所述自舉欠壓鎖定電路用于對(duì)芯片輸入電壓進(jìn)行判斷，采用比較器與RS 觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，完成不同的邏輯。


表格1為自舉欠壓鎖定的工作原理說明(VIN上升過程)； 表格2為自舉欠壓鎖定的工作原理說明(VIN下降過程)； 圖1為系統(tǒng)供電電源的上電電路示意圖； 圖2為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器的時(shí)序啟動(dòng)邏輯示意圖； 圖3為預(yù)充電電路及帶隙基準(zhǔn)電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為電壓調(diào)節(jié)器的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是自舉欠壓鎖定的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型專利做進(jìn)一步說明。
圖1系統(tǒng)供電電源的上電電路示意圖，經(jīng)過整流的市電電壓通過充電電阻 Rstartup接于一外接電容Cvin的上端，外接電容的下端接地。電容兩端的電壓即為圖一中的VIN，我們將之稱為驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓。
圖2是LED驅(qū)動(dòng)器的時(shí)序啟動(dòng)邏輯示意圖，驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓VIN范圍比較大， 若直接用芯片電源電壓給帶隙基準(zhǔn)電路供電，則很難保證帶隙基準(zhǔn)電路的輸出在如此大的電源電壓范圍內(nèi)保持對(duì)電壓和溫度的不相關(guān)性。因此在此啟動(dòng)邏輯中加入了預(yù)充電電路。 隨著充電的進(jìn)行逐漸升高，芯片電源電壓作為預(yù)充電電路的電源電壓，當(dāng)芯片電源電壓大于5V時(shí)預(yù)充電電路可以正常工作，此電路輸出一個(gè)5V左右的電壓，用于給帶隙基準(zhǔn)電路供電，因?yàn)閹痘鶞?zhǔn)的電壓相對(duì)比較穩(wěn)定，因此此帶隙基準(zhǔn)具有極好的線性調(diào)整率。
帶隙的輸出作為電壓調(diào)節(jié)器的參考電壓，而電壓調(diào)節(jié)器的電源電壓即為芯片輸入電壓。若電壓調(diào)節(jié)器正常工作，輸出一個(gè)5V的對(duì)電源和溫度不敏感的電壓。
隨著芯片輸入電壓VIN的不斷升高，自舉欠壓鎖定電路一直監(jiān)控此電壓，當(dāng)此電壓達(dá)到設(shè)定的上限電壓21. 6V時(shí)，自舉欠壓鎖定電路輸出高電平信號(hào)，一旦輸出高電平信號(hào)，自舉欠壓鎖定電路的門限變?yōu)?. 7V，即只有芯片電源電壓低于下限電壓9. 7V時(shí)欠壓鎖定電路才輸出低電平信號(hào)，此電路給出了 12V的滯回范圍。在芯片外部充電電容維持一定的情況下，這個(gè)滯回范圍足夠大以至于在功率管導(dǎo)通第三繞組正常供電之前充電電容上的電荷量足以給芯片供電。
可以看出在啟動(dòng)過程中芯片內(nèi)部的使能沒有開始，因此芯片內(nèi)部的其他電路，例如振蕩器，PWM比較器，誤差放大器和保護(hù)模塊等電路沒有工作，芯片消耗的電流較小，典型情況下只有小于IOOuA的電流，使芯片的啟動(dòng)功耗較小并且不會(huì)帶來散熱問題。
圖3是圖2中的預(yù)充電電路和帶隙基準(zhǔn)電路的實(shí)現(xiàn)電路圖，預(yù)充電電路的電源電壓為芯片輸入電壓，輸出的VDDS信號(hào)為帶隙基準(zhǔn)電路供電。左側(cè)的電阻R3，NPN晶體管 Q4，Q5，Q6，Q7和電阻R4用于產(chǎn)生一對(duì)電源不敏感的電流，此電流流經(jīng)PMOS晶體管Pl，此電流被PMOS晶體管P2和P3鏡像到右邊的支路，這兩PMOS管中的電流之和流過二極管連接的PMOS管P4，P5，和P6，產(chǎn)生一電壓，此電壓加上NPN晶體管Q8和Q9的基極-發(fā)射級(jí)電壓差，再減去NMOS管m的柵源電壓差即為預(yù)充電電路的輸出電壓，其表達(dá)式為 其中Vthp為PMOS管P4，P5和P6的閾值電壓，Vd為二極管基極發(fā)射級(jí)電壓差。圖 vdds^\vthp\ + 2vd-vg
2(/紹+/』
^vd-Vos
w/l2中的帶隙基準(zhǔn)電路采用經(jīng)典的帶隙產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，其中PMOS管M15，NMOS管M14、M12為啟動(dòng)電路。其產(chǎn)生的帶隙基準(zhǔn)電壓如下式所示 Vref = Vb^(R2ZR1)Vt In η 圖4為電壓調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)電路圖，圖3中帶隙基準(zhǔn)的輸出電壓接到此圖中PMOS晶體管Ρ2的柵極，通過負(fù)反饋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)部對(duì)電源電壓和溫度不敏感的5V電壓。電壓調(diào)節(jié)器的電源電壓為芯片的電源電壓，誤差放大器采用折疊共源共柵運(yùn)算放大器，為了改善電壓調(diào)節(jié)器的瞬態(tài)響應(yīng)，采用了兩級(jí)緩沖結(jié)構(gòu)。第一級(jí)緩沖級(jí)為CMOS源極跟隨器，第二級(jí)緩沖級(jí)為Bipolar緩沖級(jí)，PT為功率調(diào)整管。電阻R3和PMOS晶體管P16起電流限制作用， 當(dāng)流過功率管的電流過大時(shí)，電阻R3兩端的電壓較高，PMOS晶體管P16的源柵電壓差大于 |Vthp|，P16管導(dǎo)通，將功率管的柵極電壓拉高，從而限制流過功率管的電流。電壓調(diào)節(jié)器輸出的電壓表達(dá)式如下所示
權(quán)利要求
1.一種新穎的適用于市電輸入的LED驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)邏輯及其電路，包括從市電輸入、 整流濾波、電阻充電、內(nèi)部電壓產(chǎn)生、芯片輸入電壓判斷、完成啟動(dòng)的全過程，其特征在于接收全球通用的市電輸入，內(nèi)部完成電壓轉(zhuǎn)換及啟動(dòng)的完整電路結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的啟動(dòng)邏輯，其特征在于，上電的時(shí)序、以及對(duì)電壓的判斷做出不同的響應(yīng)。以及完成該啟動(dòng)邏輯所需要的電路電源上電電路，片內(nèi)預(yù)充電電路，帶隙基準(zhǔn)電路，電壓調(diào)節(jié)器和自舉欠壓鎖定電路。
3.如權(quán)利要求2所述的電源上電電路，其特征在于，對(duì)交流電進(jìn)行整流濾波，通過片外電阻為驅(qū)動(dòng)器提供啟動(dòng)電流，并且對(duì)片外電容充電，以使驅(qū)動(dòng)器輸入電壓VIN滿足啟動(dòng)要求。
4.如權(quán)利要求2所述的片內(nèi)預(yù)充電電路，其特征在于，第一時(shí)間產(chǎn)生片內(nèi)的守候電壓源，從而為其他啟動(dòng)所需模塊供電。
5.如權(quán)利要求2所述的帶隙基準(zhǔn)電路，其特征在于，產(chǎn)生芯片內(nèi)部低溫度系數(shù)的參考電壓及電流。
6.如權(quán)利要求2所述的電壓調(diào)節(jié)器電路，其特征在于，采用低壓降線性穩(wěn)壓器的原理， 產(chǎn)生5V的內(nèi)部電源電壓，用于芯片內(nèi)部供電。
7.如權(quán)利要求2所述的自舉欠壓鎖定電路，其特征在于，具有較大滯回電壓范圍 (9. 7V 21. 6V)，允許驅(qū)動(dòng)器輸入電壓高于門限電壓21. 6V時(shí)自行啟動(dòng)，降至9. 7V以下時(shí)， 返回至啟動(dòng)模式。
8.如權(quán)利要求3 7所述的發(fā)生電路，其特征在于，所述電路正常工作以后，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)，開始進(jìn)行LED電流的恒流調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新穎的適用于市電輸入的LED驅(qū)動(dòng)器的啟動(dòng)邏輯及其電路，以實(shí)現(xiàn)全球通用交流市電輸入(85V AC～265V AC)下，均可順利完成驅(qū)動(dòng)器的上電及啟動(dòng)過程。其中所述啟動(dòng)邏輯及電路，包括LED驅(qū)動(dòng)的時(shí)序啟動(dòng)邏輯；以及完成該邏輯所需要的電路電源上電電路，用于整流濾波，為驅(qū)動(dòng)器提供啟動(dòng)電流；片內(nèi)預(yù)充電電路，用于第一時(shí)間產(chǎn)生片內(nèi)的守候電壓源，從而為其他啟動(dòng)所需模塊供電；帶隙基準(zhǔn)電路，用于提供芯片內(nèi)部低溫度系數(shù)的參考電壓及電流；電壓調(diào)節(jié)器電路，采用低壓降線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator)的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生5V的內(nèi)部電源電壓，用于芯片內(nèi)部供電；自舉欠壓鎖定電路，具有較大滯回電壓范圍(9.7V～21.6V)，允許驅(qū)動(dòng)器輸入電壓高于門限電壓21.6V時(shí)自行啟動(dòng)，降至9.7V以下時(shí)，返回至啟動(dòng)模式。至此，完成LED驅(qū)動(dòng)器的電壓轉(zhuǎn)換、上電啟動(dòng)、芯片工作過程。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102186284SQ201110079360
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者劉志東, 金希根, 何媛, 程玉華 申請(qǐng)人:上海北京大學(xué)微電子研究院