CN104602390B - 双绕组单级原边反馈的led灯驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其采用源极驱动技术的LED驱动芯片，并通过外部第一功率管源漏极的寄生电容来间接侦测消磁时间Tons（即副边导通时间）；还通过固定原边导通时间Tonp的控制方法来实现很高的功率因素，缓解电网压力；通过副边导通时间与原边电流峰值的关联技术，实现了输出LED的开路保护；此外，由于LED驱动芯片具有极低的工作电流，可通过第一电阻直接由线电压供电，从而省略了现有原边反馈LED驱动电路所需要的用于给LED驱动芯片供电和消磁时间、输出电压侦测的辅助绕组，变压器只需要原边绕组和副边绕组，简化了变压器的制造工艺流程，进一步降低了成本。

Description

双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路。

背景技术

随着人们对环保、节能、高效的要求，LED照明于最近几年突飞猛进，实现了跨越式的发展。为了缓解电网压力，以及降低成本，具有单级功率因素校正(PFC)的原边反馈(PSR)LED驱动芯片于最近两年开始出现在市场上。

请参阅图1，其为现有的单级功率因素校正的原边反馈LED驱动电路，该原边反馈LED驱动电路包括：控制芯片400、变压器413、功率管Q100、整流桥401、线电压侦测电阻R101和R102、高压电容C101、辅助边整流二极管D101及分压电阻R103和R104、滤波电容C102、输出端整流二极管D102、输出电容C103和LED灯串416。所述变压器413包括原边绕组Np、辅助绕组Na以及次级绕组Ns。其中变压器413的辅助绕组Na用于间接侦测副边导通时间Tons和副边输出电压Vout，以便用于系统控制和输出LED开路保护；由线电压侦测电阻403和404构成的线电压侦测电路输入控制芯片400的mult引脚，用于根据线电压的大小调节每个周期原边电流峰值，线电压越高，原边电流峰值越大，从而实现高的功率因素。由于需要线电压侦测电路以及变压器需要三个绕组，制作工艺复杂，成本较高。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，以解决现有技术中LED灯驱动电路需要线电压侦测电路以及变压器需要三个绕组，制作工艺复杂，成本较高的问题。

本发明的技术方案如下：本发明提供一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，包括：交流电输入端、第一整流滤波模块、吸收回路、变压器、第二整流滤波模块、LED灯接入端、第一功率管、LED驱动芯片、第一电阻、第二电阻、第一电容以及第二电容，所述LED驱动芯片具有第一至第五引脚，所述第一整流滤波模块的输入端与交流电输入端连接，所述第一整流滤波模块的输出端正引脚分别与第一电阻的一端、吸收回路的输入端、及变压器输入端的第一端电性连接，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第一引脚、及第一功率管的栅极电性连接，所述第一功率管的漏极分别与吸收回路的输出端、变压器输入端的第二端及第五引脚电性连接，所述变压器输出端的第一端与所述第二整流滤波模块的输入端正引脚电性连接，所述第二整流滤波模块的输出端正引脚与LED灯接入端电性连接，所述第二电阻的一端与第四引脚电性连接，所述第二电容的一端与第三引脚电性连接，所述第一整流滤波模块的输出端负引脚、第二引脚、第一电容的另一端、第二电容的另一端、第二电阻的另一端、变压器输出端的第二端以及第二整流滤波模块的输出端负引脚均与地线电性连接；

所述LED驱动芯片包括：线电压补偿模块、采样保持模块、恒流控制与输出开路保护模块、误差放大器、钳位模块、PWM比较器、逻辑与驱动模块、消磁时间侦测模块、最大关断时间模块、过压/欠压模块、锯齿波发生器、内建电源模块以及第二功率管，所述误差放大器具有第一同相输入端、第一反相输入端及第一输出端，所述PWM比较器具有第二同相输入端、第二反相输入端及第二输出端，所述第一引脚分别与过压/欠压模块的输入端、内建电源模块的输入端电性连接，所述过压/欠压模块的输出端分别与逻辑与驱动模块的输入端、内建电源模块的输入端电性连接，所述逻辑与驱动模块的输入端还分别与最大关断时间模块的输出端、消磁时间侦测模块的输出端、PWM比较器的第二输出端以及恒流控制与输出开路保护模块的输出端电性连接，所述逻辑与驱动模块的输出端与所述第二功率管Q2的栅极电性连接，所述第三引脚分别与钳位模块的输出端、误差放大器的第一输出端及PWM比较器的第二反相输入端电性连接，所述PWM比较器的第二同相输入端与所述锯齿波发生器的输出端电性连接，所述第四引脚分别与采样保持模块的输入端、第二功率管的源极电性连接，所述第五引脚分别与消磁时间侦测模块的输入端、第二功率管的漏极电性连接，所述采样保持模块的输入端还与线电压补偿模块电性连接，所述采样保持模块的输出端与恒流控制与输出开路保护模块的输入端电性连接，所述恒流控制与输出开路保护模块的输出端还与误差放大器的第一反相输入端，所述恒流控制与输出开路保护模块的输入端还分别与消磁时间侦测模块的输出端及第二功率管的栅极电性连接，所述误差放大器的第一同相输入端与所述内建电源模块的输出端电性连接。

所述变压器包括原边及副边。

所述第一整流滤波模块包括整流桥及与整流桥的输出端并联连接的第三电容，所述第二整流滤波模块包括第一二极管及与第一二极管串联连接的第四电容，所述第一二极管的阳极与所述变压器的副边电性连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第四电容的一端、LED灯接入端电性连接，所述第四电容的另一端用于连接地线。

所述吸收回路包括：第三电阻、第五电容及第二二极管，所述第三电阻一端分别与第一整流滤波模块的输出端正引脚、第一电阻的一端、第五电容的一端及变压器原边的第一端电性连接，所述第三电阻的另一端分别与第五电容的另一端、第二二极管的阴极电性连接，所述第二二极管的阳极分别与第一功率管的漏极、变压器原边的第二端电性连接。

所述消磁时间侦测模块包括钳位二极管、第一电压比较器及锁存逻辑模块，所述第一电压比较器具有第三同相输入端、第三反相输入端及第三输出端，所述钳位二极管的阳极分别与第五引脚、第一功率管的源极、及第三同相输入端连接，所述钳位二极管的阴极分别与第一引脚、第三反相输入端电性连接，所述第三输出端与所述锁存逻辑模块电性连接，所述锁存逻辑模块还分别与所述逻辑与驱动模块、恒流控制与输出开路保护模块电性连接。

所述恒流控制与输出开路保护模块包括：单位增益缓冲器、第一至第四开关、第四电阻、第六电容、第七电容、第一反相器、第二反相器、第二电压比较器、电流源及三输入或非门，所述第二电压比较器具有第四同相输入端、第四反相输入端及第四输出端，所述单位增益缓冲器具有第五同相输入端、第五反相输入端及第五输出端，所述第五同相输入端分别与第四反相输入端、采样保持模块电性连接，所述第五反相输入端与第五输出端电性连接，所述第五输出端还与第一开关的第一端电性连接，所述第一开关的控制端与消磁时间侦测模块中用于提供消磁时间的输出端连接，所述第一开关的第二端分别与第四电阻的一端、第二开关的第二端电性连接，所述第四电阻的另一端分别与逻辑与驱动模块、第六电容的一端电性连接，所述第六电容的另一端与地线电性连接，所述第二开关的控制端与第一反相器的输出端连接，所述第二开关的第一端与地线电性连接，所述第一反相器的输入端与所述消磁时间侦测模块电性连接，所述第四同相输入端分别与第三开关的第一端、第七电容的一端、第四开关的第二端电性连接，所述第七电容的另一端与地线电性连接，所述第三开关的控制端与第二反相器的输出端电性连接，所述第三开关的第二端与电流源连接，所述第四开关的控制端分别与第二功率管的栅极、第二反相器的输入端电性连接，所述第四开关的第一端与地线电性连接，所述第四输出端分别与逻辑与驱动模块、三输入或非门的第一输入端电性连接，所述三输入或非门的第二输入端与消磁时间侦测模块的输出端，所述三输入或非门的第三输入端与第二功率管的栅极连接，所述三输入或非门的输出端与逻辑与驱动模块的输入端电性连接。

采用上述方案，本发明的双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其采用源极驱动技术的LED驱动芯片，并通过外部第一功率管源漏极的寄生电容来间接侦测消磁时间Tons(即副边导通时间)；还通过固定原边导通时间Tonp的控制方法来实现很高的功率因素，缓解电网压力；通过副边导通时间与原边电流峰值的关联技术，实现了输出LED的开路保护；此外，由于LED驱动芯片具有极低的工作电流，可通过第一电阻直接由线电压供电，从而省略了现有原边反馈LED驱动电路所需要的用于给LED驱动芯片供电和消磁时间、输出电压侦测的辅助绕组，变压器只需要原边绕组和副边绕组，简化了变压器的制造工艺流程，进一步降低了成本。

附图说明

图1为现有原边反馈LED驱动电路的电路图。

图2为本发明双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路的电路图。

图3为本发明中LED驱动芯片的内部框图。

图4为本发明中消磁时间侦测模块的具体电路及其连接关系示意图。

图5为图4中重要节点的波形图。

图6为本发明中恒流控制与输出开路保护模块的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

请参阅图2，本发明提供了一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，包括：交流电输入端12、第一整流滤波模块14、吸收回路16、变压器18、第二整流滤波模块19、LED灯接入端17、第一功率管Q1、LED驱动芯片22、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第二电容C2，所述LED驱动芯片22具有第一至第五引脚1、2、3、4、5(vcc、gnd、comp、cs、S)，所述第一整流滤波模块14的输入端与交流电输入端12连接，所述第一整流滤波模块14的输出端正引脚分别与第一电阻R1的一端、吸收回路16的输入端、及变压器18输入端的第一端电性连接，所述第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端、第一引脚1、及第一功率管Q1的栅极g1电性连接，所述第一功率管Q1的漏极d1分别与吸收回路16的输出端、变压器18输入端的第二端及第五引脚5电性连接，所述变压器18输出端的第一端与所述第二整流滤波模块19的输入端正引脚电性连接，所述第二整流滤波模块19的输出端正引脚与LED灯接入端17电性连接，所述第二电阻R2的一端与第四引脚4电性连接，所述第二电容C2的一端与第三引脚3电性连接，所述第一整流滤波模块14的输出端负引脚、第二引脚2、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第二电阻R2的另一端、变压器18输出端的第二端以及第二整流滤波模块19的输出端负引脚均与地线电性连接。所述变压器18包括原边Np及副边Ns，所述副边Ns用于给LED灯20供电。

其中，所述LED驱动芯片22通过第一电阻R1直接由线电压Vin供电，由于LED驱动芯片22工作电流低，可以忽略其给效率带来影响；同时通过第一功率管Q1源漏极的寄生电容Cds间接侦测消磁时间，以上两项技术的结合使得该LED灯驱动电路可以省掉变压器的辅助绕组及其所连接的电路；此外通过固定原边Np导通时间Tonp技术，该LED灯驱动电路稳定工作后每个周期原边Np导通时间都一样，这样线电压Vin越高，原边峰值电流Ipp＝(Vin/Lp)*Tonp就越高，从而实现了很高的功率因素，其中，Lp为变压器原边感量。这种控制方式使得线电压侦测电路可以被省略，还能避免线电压Vin侦测与处理过程中的失真，原边峰值电流直接与线电压Vin成正比，实现了更高的功率因素(PF值)和更小的总谐波失真(THD)。

请参阅图3，所述LED驱动芯片22包括：线电压补偿模块31、采样保持模块32、恒流控制与输出开路保护模块33、误差放大器34、钳位模块35、PWM比较器36、逻辑与驱动模块37、消磁时间侦测模块38、最大关断时间模块39、过压/欠压模块41、锯齿波发生器42、内建电源模块43以及第二功率管Q2，所述误差放大器34具有第一同相输入端+、第一反相输入端-及第一输出端，所述PWM比较器36具有第二同相输入端+、第二反相输入端-及第二输出端，所述第一引脚1分别与过压/欠压模块41的输入端、内建电源模块43的输入端电性连接，所述过压/欠压模块41的输出端分别与逻辑与驱动模块37的输入端、内建电源模块43的输入端电性连接，所述逻辑与驱动模块37的输入端还分别与最大关断时间模块39的输出端、消磁时间侦测模块38的输出端、PWM比较器36的第二输出端以及恒流控制与输出开路保护模块33的输出端电性连接，所述逻辑与驱动模块37的输出端与所述第二功率管Q2的栅极g2电性连接，所述第三引脚3分别与钳位模块35的输出端、误差放大器34的第一输出端及PWM比较器36的第二反相输入端-电性连接，所述PWM比较器36的第二同相输入端+与所述锯齿波发生器42的输出端电性连接，所述第四引脚4分别与采样保持模块32的输入端、第二功率管Q2的源极s2电性连接，所述第五引脚5分别与消磁时间侦测模块38的输入端、第二功率管Q2的漏极d2电性连接，所述采样保持模块32的输入端还与线电压补偿模块31电性连接，所述采样保持模块32的输出端还与恒流控制与输出开路保护模块33的输入端电性连接，所述恒流控制与输出开路保护模块33的输出端还与误差放大器34的第一反相输入端-，所述恒流控制与输出开路保护模块33的输入端还分别与消磁时间侦测模块38的输出端及第二功率管Q2的栅极g2电性连接，所述误差放大器34的第一同相输入端+与所述内建电源模块43的输出端电性连接。

所述第一整流滤波模块14包括整流桥15及与整流桥15输出端并联连接的第三电容C3，所述第二整流滤波模块19包括第一二极管D1及与第一二极管D1串联连接的第四电容C4，所述第一二极管D1的阳极与所述变压器18的副边Ns电性连接，所述第一二极管D1的阴极分别与所述第四电容C4的一端、LED灯接入端17电性连接，所述第四电容C4的另一端用于连接地线。

所述吸收回路16用于吸收变压器18原边Np绕组的自感电势，其具体包括：第三电阻R3、第五电容C5及第二二极管D2，所述第三电阻R3一端分别与第一整流滤波模块14的输出端正引脚、第一电阻R1的一端、第五电容C5的一端及变压器18原边Np的第一端电性连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第五电容C5的另一端、第二二极管D2的阴极电性连接，所述第二二极管D2的阳极分别第一功率管Q1的漏极d1、变压器18原边Np的第二端电性连接。

其中，所述采样保持模块32用于每个周期实时采样CS峰值电压，并保持该峰值电平，直到下一个原边导通周期重新采样。所述线电压补偿模块31用于对交流输入电压进行CS峰值补偿，使得在宽的交流电范围内(90-264V)该LED灯驱动电路的输出电流保持恒定。所述锯齿波发生器42用于产生锯齿波，该锯齿波输入到PWM比较器36的第二同相输入端+，与误差放大器34的第一输出端输出电平comp进行比较，从而根据平均电流的大小决定每个周期原边导通时间Tonp。所述逻辑与驱动模块37用于根据各路信号产生驱动脉冲，以驱动内部集成的第二功率管Q2，通过第二功率管Q2的导通，第五引脚5(S)即第一功率管Q1的源极s1被拉低，第一功率管Q1也导通，从而实现源极驱动。所述消磁时间侦测模块38用于通过第一功率管Q漏源极的寄生电容Cds间接侦测副边导通时间Tons，该副边导通时间Tons用于根据原边峰值电流计算出LED灯接入端17的平均电流。此外LED驱动芯片22工作在临界断续模式，当副边导通时间Tons结束时，LED灯驱动电路的原边Np会开始导通，进入下一个周期。所述最大关断时间模块39用于在LED灯驱动电路原边Np关断时开始计时，当计时到最大关断时间Toff_max来临时，LED灯驱动电路原边Np会再次打开，进入下一个周期，这样就避免了当启动或输出短路时，副边Ns输出电压很低，消磁时间侦测模块38侦测不到Tons，导致下一个周期无法打开，在这种情况下，LED灯驱动电路每隔Toff_max时间会开启一次。所述内建电源模块43用于产生内部电压源5V，以为LED驱动芯片22内部低压器件供电，并用于产生内部基准电压。所述过压/欠压模块41用于侦测LED驱动芯片22第一引脚1上的电源电压vcc，当该电源电压vcc低于启动电压阈值Vst时，LED驱动芯片22处于关闭状态，几乎不消耗电流，此时线电压Vin通过第一电阻R1给第一电容C1充电，当第一电容C1的电压高于启动电压阈值Vst时，LED驱动芯片22启动，LED灯驱动电路开始工作。此后如果发生各种保护，LED驱动芯片22会关闭输出脉冲，并由一个内部第二功率管Q2将该电源电压vcc拉低至另一阈值VL(Vst>VL)以下，则LED驱动芯片22会再次进入待机状态，几乎不消耗电流。然后线电压Vin通过第一电阻R1再次给第一电容C1充电，直到第一电容C1上的电压大于启动电压阈值Vst，LED驱动芯片22再次启动，如此循环，因此LED驱动芯片22的各种保护均有自动恢复功能，一旦异常情况消失，LED驱动芯片22会自动重启并恢复正常工作。所述钳位模块35用于对误差放大器34第一输出端的输出电平comp进行钳位，使其不超过2V，由于锯齿波的斜率固定，这样通过第一输出端的输出电平comp的钳位可以控制原边Np的最大导通时间，使其不超过设定值，以便在发生异常时保护整个LED灯驱动电路的安全。所述恒流控制与输出开路保护模块33用于将采样到的原边峰值电压Vcsp通过运算转换成LED灯接入端17的平均电流，参与恒流环路的控制，使得输出电流恒定；此外它还通过消磁时间与该原边峰值电压Vcsp之间的关联技术，间接侦测输出电压，以便用于输出LED开路保护。

请参阅图4及图5，所述消磁时间侦测模块38包括钳位二极管D3、第一电压比较器52及锁存逻辑模块54，所述第一电压比较器52具有第三同相输入端+、第三反相输入端-及第三输出端，所述钳位二极管D3的阳极分别与第五引脚5、第一功率管Q1的源极s1、及第三同相输入端+连接，所述钳位二极管D3的阴极分别与第一引脚1、第三反相输入端-电性连接，所述第三输出端与所述锁存逻辑模块54电性连接，所述锁存逻辑模块54还分别与所述逻辑与驱动模块37、恒流控制与输出开路保护模块33电性连接。

副边导通时间Tons的侦测原理如下：当第二功率管Q2的栅极g2上的信号gate为高时，LED驱动芯片22内部集成的第二功率管Q2导通，第五引脚5上的信号被拉低，由于外部第一功率管Q1的栅极g1直接连接电源电压vcc，因此第一功率管Q1的栅源电压(Vgs＝vcc-Vcs≈vcc)远大于其开启阈值，因此第一功率管Q1随之导通，即原边导通，此时第五引脚5上的电压最高峰值为Vcsp远小于电源电压vcc，因此第一电压比较器52的第三输出端(节点a)为低电平；当原边导通时间Tonp结束时，第二功率管Q2的栅极g2上的信号gate变为低电平，第二功率管Q2关闭，第五引脚5上的电压升高，第一功率管Q1随之立即关闭，第一功率管Q1的漏极d1端电压升高到比线电压Vin还要高后，使副边Ns电压高于输出电压Vout后，第一二极管D1正向导通，副边Ns开始导通进行放电，在副边Ns导通期间，变压器18维持第一功率管Q1的漏极d1端电压一直高于线电压Vin。在原边Np关断、副边Ns导通的过程瞬间，由于第一功率管Q1具有漏源极寄生电容Cds，且根据电路原理，电容两端电压差不能突变，第一功率管Q1的漏极d1端电压(该漏源极寄生电容Cds上极板电压)的急剧升高，使得第一功率管Q1的源极s1端电压(该漏源极寄生电容Cds下极板电压)也跟着抬高，并最终被钳位二极管D3钳位在vcc+Vd的水平(其中，vcc为电源电压，Vd为钳位二极管的正向导通压降)，因此在副边Ns导通瞬间，第一电压比较器52的第三输出端(节点a)由低电平变为高电平，锁存逻辑模块54侦测到这个上升沿后对其进行锁存并传递到逻辑与驱动模块37，即Tons变为高电平。这样直到副边Ns放电结束时副边Ns电压迅速回落，节点b的电压也迅速回落，并进入谐振，在节点b的电压回落的瞬间，由于第一功率管Q1的漏源极寄生电容Cds的两端电压不能突变，因此第五引脚5上的电压也跟着迅速回落到低于电源电压vcc的水平，此时第一电压比较器52的第三输出端(节点a)从高电平翻转为低电平，锁存逻辑模块54侦测到该下降沿后立即锁存并传递到逻辑与驱动模块37，即Tons变为低电平，然后一直锁存直到下个周期第二功率管Q2的栅极g2上的信号gate为高电平时才再次解锁，这样避免了可能因为谐振带来的节点a反复翻转的影响；因此在副边Ns导通阶段Tons为高电平，其余时间内均为低电平，从而准确地侦测了副边导通时间Tons。此外，LED驱动芯片22工作于临界断续模式，当侦测到副边Ns放电结束时，即Tons从高变为低时，逻辑与驱动模块37会立即输出高电平至第二功率管Q2的栅极g2，从而使原边Np导通，进入下一个周期。

副边放电峰值电流Ips＝Ipp*(Np/Ns)，其中原边峰值电流Ipp＝Vcsp/Rcs，Vcsp为原边Np电流侦测电阻(即第二电阻R2)上的峰值电压，该峰值电压Vcsp会被采样保持模块32每周期采样一次，并保存此峰值电压Vcsp输入给恒流控制与输出开路保护模块33，Rcs为原边电流侦测电阻的阻值(第二电阻R2的阻值)，Np/Ns为变压器原副边的匝数比。而副边输出平均电流Io＝(Ips*Tons)/(2*T)＝[Vcsp*(Tons/T)]*[Np/(2*Ns*Rcs)]，T为开关周期。

请参阅图6，所述恒流控制与输出开路保护模块33包括：单位增益缓冲器55、第一至第四开关K1、K2、K3、K4、第四电阻R4、第六电容C6、第七电容C7、第一反相器56、第二反相器57、第二电压比较器58、电流源59及三输入或非门60，所述第二电压比较器58具有第四同相输入端+、第四反相输入端-及第四输出端，所述单位增益缓冲器55具有第五同相输入端+、第五反相输入端-及第五输出端，所述第五同相输入端+分别与第四反相输入端+、采样保持模块32电性连接，所述第五反相输入端-与第五输出端电性连接，所述第五输出端还与第一开关K1的第一端电性连接，所述第一开关K1的控制端与消磁时间侦测模块38中用于提供消磁时间的输出端连接，所述第一开关K1的第二端分别与第四电阻R4的一端、第二开关K2的第二端电性连接，所述第四电阻R4的另一端分别与逻辑与驱动模块54、第六电容C6的一端电性连接，所述第六电容C6的另一端与地线电性连接，所述第二开关K2的控制端与第一反相器56的输出端连接，所述第二开关K2的第一端与地线电性连接，所述第一反相器56的输入端与所述消磁时间侦测模块38电性连接，所述第四同相输入端+分别与第三开关K3的第一端、第七电容C7的一端、第四开关K4的第二端电性连接，所述第七电容C7的另一端与地线电性连接，所述第三开关K3的控制端与第二反相器57的输出端电性连接，所述第三开关K3的第二端与电流源59连接，所述第四开关K4的控制端分别与第二功率管Q2的栅极g2、第二反相器57的输入端电性连接，所述第四开关K4的第一端与地线电性连接，所述第四输出端分别与逻辑与驱动模块37、三输入或非门60的第一输入端电性连接，所述三输入或非门60的第二输入端与消磁时间侦测模块38的输出端Tons，所述三输入或非门60的第三输入端与第二功率管Q2的栅极g2连接，所述三输入或非门60的输出端与逻辑与驱动模块37的输入端电性连接。

所述恒流控制与输出开路保护模块33输出平均电流信号Vavg的原理如下：所述单位增益缓冲器55将没有驱动能力的原边峰值电流采样信号Vcsp转换为有电流能力的跟随电压Vcs1，Vcs1＝Vcsp；在副边Ns放电时Tons为高电平，第一开关K1导通，第二开关K2关闭，此时跟随电压Vcs1通过第四电阻R4给第六电容C6充电；而在副边Ns放电结束的其他时间内，第一开关K1关闭，第二开关K2导通，此时第六电容C6通过第四电阻R4对地放电。由于第四电阻R4和第六电容C6构成RC滤波电路，在LED灯驱动电路稳定工作时平均电流信号Vavg每个半弦波周期内其平均值都是固定相同的，这样每个周期内跟随电压Vcs1给第六电容C6充电的电荷量Qin＝[(Vcs1-Vavg)/R1]*Tons，而每个周期第六电容C6对地放电的电量Qout＝(Vavg/R1)*(T-Tons)，由于稳定时平均电流信号Vavg在每个半弦波周期内其平均值都是固定相同的，因此在每个半弦波周期内第六电容C6的总充电电量要等于总放电电量即Qin＝Qout，因此得到Vavg＝Vcsp*(Tons/T)，而由前文我们知道副边输出平均电流

Io＝[Vcsp*(Tons/T)]*[Np/(2*Ns*Rcs)]＝Vavg*K

K＝Np/(2*Ns*Rcs)，

当LED灯驱动电路的变压器18参数和原边电流侦测电阻(第二电阻R2)的阻值Rcs确定后，K就是一个常数，平均电流信号Vavg＝Io/K，因此平均电流信号Vavg与副边输出平均电流成正比，可以作为副边输出平均电流的侦测信号。而误差放大器34的作用就是动态地调节环路，使得副边输出平均电流Io等于设定值。当副边输出平均电流Io小于设定值时，Vavg的平均值小于内部基准电压(由内建电源模块提供)，误差放大器34的输出电平(第三引脚comp上的信号)会抬高，使得PWM比较器36输出高电平的时间变长，进而使原边Np导通时间变长，则原边峰值电流信号Vcsp也增大，从而使得副边输出平均电流Io也增大；反之，当副边输出平均电流Io大于设定值时，恒流环路则使原边峰值电流下降，则原边峰值电流信号Vcsp下降，副边输出平均电流Io随之下降。在这样环路的动态调节下，最终LED灯驱动电路稳定时，在整流后的一个半弦波周期内，Vavg的平均电压会等于内部基准电压，因此整个半弦波周期内，其输出平均电流等于设定值，且每个半弦波周期都一样，从而实现恒流输出，以驱动LED灯20。

此外，由于第三引脚3外接较大的补偿电容第二电容C2，因此在LED灯驱动电路稳定时，第三引脚3上的电平基本是稳定的，从而每个周期的原边Np导通时间Tonp都是固定的，这样每个周期原边Np导通时，原边峰值电流Ipp＝(Vin/Lp)*Tonp，Lp为变压器原边感量，因此随着线电压Vin的弦波包络的变化，Ipp也同比例变化，在线电压Vin越高处原边电流Ipp越大，传递的能量也越大，从而实现很高的功率因素，有效缓解电网压力。

输出过压保护(即LED开路保护)的原理如下：在原边Np导通时，第二功率管Q2栅极g2上的信号gate为高电平，第四开关K4导通、第三开关K3关闭，第七电容C7被接地，其两端电压为0，在原边NP关断后、副边Ns开始导通时，第二功率管Q2栅极g2上的信号gate为低电平，第三开关K3导通，第四开关K4关闭，电流源59开始给第七电容C7充电，第七电容C7上电压Vc从零慢慢上升，当上升到本周期所采样保持的原边峰值电压Vcsp阈值时，第二比较器58翻转，从原边Np关断、副边Ns导通到第二比较器58翻转的这段时间我们称之为最小消磁时间Tons_min；那么Tons_min＝(Vcsp*C7)/I1，I1为电流源59的输出电流，即该时间与本周期原边峰值电压Vcsp成正比，由于LED灯驱动电路具有功率因素校正功能，随着线电压Vin半弦波的升高，原边峰值电压Vcsp也随之升高，因此最小消磁时间Tons_min也会随之升高。而副边导通时间

Tons＝(Ips*Ls)/(Vout+Vz)＝[Vcsp*Np*Lp]/[Ns*Rcs*(Vout+Vz)]

＝[Vcsp/(Vout+Vz)]*K1其中K1＝(Np*Lp)/(Ns*Rcs)，Ls为副边感量

当变压器18参数和第二电阻R2的阻值Rcs确定后，K1就是一个常数，那么副边导通时间Tons与原边峰值电压Vcsp成正比，与输出电压成反比。这样当输出LED开路时，由于每个周期原边都会向副边Ns传输能量，输出电压会不停地升高，副边导通时间Tons会不停地缩小，当副边导通时间Tons缩小到小于副边导通时间最小值Tons_min，也就是在Tons_min＝0、gate＝0(原边关断)且Tons＝0(副边放电结束)，那么三输入或非门60的输出会翻转为高电平，此时我们就认为发生了输出LED开路保护。

即发生LED开路的条件为Tons<Tons_min，

[Vcsp/(Vout+Vz)]*K1<(Vcsp*C7)/I1

Vout>K1*(I1/C7)

因此通过合理设计电流源59的输出电流I1、第七电容C7的值、外部变压器18参数和第二电阻R2阻值Rcs，我们就可以确定输出过压保护的阈值。通过原边峰值电压Vcsp与副边导通时间Tons的关联技术，使得过压保护的阈值不受原边峰值电压Vcsp变化的影响，从而使单级PFC系统具有输出LED开路保护功能。

综上所述，本发明提供一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其采用源极驱动技术的LED驱动芯片，并通过外部第一功率管源漏极的寄生电容来间接侦测消磁时间Tons(即副边导通时间)；还通过固定原边导通时间Tonp的控制方法来实现很高的功率因素，缓解电网压力；通过副边导通时间与原边电流峰值的关联技术，实现了输出LED的开路保护；此外，由于LED驱动芯片具有极低的工作电流，可通过第一电阻直接由线电压供电，从而省略了现有原边反馈LED驱动电路所需要的用于给LED驱动芯片供电和消磁时间、输出电压侦测的辅助绕组，变压器只需要原边绕组和副边绕组，简化了变压器的制造工艺流程，进一步降低了成本。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其特征在于，包括：交流电输入端、第一整流滤波模块、吸收回路、变压器、第二整流滤波模块、LED灯接入端、第一功率管、LED驱动芯片、第一电阻、第二电阻、第一电容以及第二电容，所述LED驱动芯片具有第一至第五引脚，所述第一整流滤波模块的输入端与交流电输入端连接，所述第一整流滤波模块的输出端正引脚分别与第一电阻的一端、吸收回路的输入端、及变压器输入端的第一端电性连接，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第一引脚、及第一功率管的栅极电性连接，所述第一功率管的漏极分别与吸收回路的输出端、变压器输入端的第二端电性连接，所述第一功率管的源极与第五引脚电性连接，所述变压器输出端的第一端与所述第二整流滤波模块的输入端正引脚电性连接，所述第二整流滤波模块的输出端正引脚与LED灯接入端电性连接，所述第二电阻的一端与第四引脚电性连接，所述第二电容的一端与第三引脚电性连接，所述第一整流滤波模块的输出端负引脚、第二引脚、第一电容的另一端、第二电容的另一端、第二电阻的另一端、变压器输出端的第二端以及第二整流滤波模块的输出端负引脚均与地线电性连接；

所述LED驱动芯片包括：线电压补偿模块、采样保持模块、恒流控制与输出开路保护模块、误差放大器、钳位模块、PWM比较器、逻辑与驱动模块、消磁时间侦测模块、最大关断时间模块、过压/欠压模块、锯齿波发生器、内建电源模块以及第二功率管，所述误差放大器具有第一同相输入端、第一反相输入端及第一输出端，所述PWM比较器具有第二同相输入端、第二反相输入端及第二输出端，所述第一引脚分别与过压/欠压模块的输入端、内建电源模块的输入端电性连接，所述过压/欠压模块的输出端分别与逻辑与驱动模块的输入端、内建电源模块的输入端电性连接，所述逻辑与驱动模块的输入端还分别与最大关断时间模块的输出端、消磁时间侦测模块的输出端、PWM比较器的第二输出端以及恒流控制与输出开路保护模块的输出端电性连接，所述逻辑与驱动模块的输出端与所述第二功率管的栅极电性连接，所述第三引脚分别与钳位模块的输出端、误差放大器的第一输出端及PWM比较器的第二反相输入端电性连接，所述PWM比较器的第二同相输入端与所述锯齿波发生器的输出端电性连接，所述第四引脚分别与采样保持模块的输入端、第二功率管的源极电性连接，所述第五引脚分别与消磁时间侦测模块的输入端、第二功率管的漏极电性连接，所述采样保持模块的输入端还与线电压补偿模块电性连接，所述采样保持模块的输出端与恒流控制与输出开路保护模块的输入端电性连接，所述恒流控制与输出开路保护模块的输出端还与误差放大器的第一反相输入端连接，所述恒流控制与输出开路保护模块的输入端还分别与消磁时间侦测模块的输出端及第二功率管的栅极电性连接，所述误差放大器的第一同相输入端与所述内建电源模块的输出端电性连接；

所述吸收回路用于吸收变压器原边绕组的自感电势，所述线电压补偿模块用于对交流输入电压进行峰值补偿，所述采样保持模块用于采集作为变压器原边电流侦测电阻的第二电阻上的峰值电压，并将该峰值电压输入给恒流控制与输出开路保护模块，所述恒流控制与输出开路保护模块的输出端与误差放大器的第一反相输入端电性连接用于向误差放大器提供平均电流值，所述钳位模块用于对误差放大器第一输出端的输出电平进行钳位，所述逻辑与驱动模块用于根据各路信号产生驱动脉冲，以驱动内部集成的第二功率管，所述消磁时间侦测模块用于通过第一功率管漏源极的寄生电容间接侦测副边导通时间，所述最大关断时间模块用于在LED灯驱动电路原边关断时开始计时，当计时到最大关断时间来临时，LED灯驱动电路原边会再次打开，进入下一个周期，所述过压/欠压模块用于侦测LED驱动芯片第一引脚上的电源电压，所述锯齿波发生器用于产生锯齿波，该锯齿波输入到PWM比较器的第二同相输入端，所述内建电源模块用于产生内部电压源。

2.根据权利要求1所述的双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其特征在于，所述变压器包括原边及副边。

3.根据权利要求1所述的双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其特征在于，所述第一整流滤波模块包括整流桥及与整流桥的输出端并联连接的第三电容，所述第二整流滤波模块包括第一二极管及与第一二极管串联连接的第四电容，所述第一二极管的阳极与所述变压器的副边电性连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第四电容的一端、LED灯接入端电性连接，所述第四电容的另一端用于连接地线。

4.根据权利要求1所述的双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其特征在于，所述吸收回路包括：第三电阻、第五电容及第二二极管，所述第三电阻一端分别与第一整流滤波模块的输出端正引脚、第一电阻的一端、第五电容的一端及变压器原边的第一端电性连接，所述第三电阻的另一端分别与第五电容的另一端、第二二极管的阴极电性连接，所述第二二极管的阳极分别与第一功率管的漏极、变压器原边的第二端电性连接。

5.根据权利要求1所述的双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其特征在于，所述消磁时间侦测模块包括钳位二极管、第一电压比较器及锁存逻辑模块，所述第一电压比较器具有第三同相输入端、第三反相输入端及第三输出端，所述钳位二极管的阳极分别与第五引脚、第一功率管的源极、及第三同相输入端连接，所述钳位二极管的阴极分别与第一引脚、第三反相输入端电性连接，所述第三输出端与所述锁存逻辑模块电性连接，所述锁存逻辑模块还分别与所述逻辑与驱动模块、恒流控制与输出开路保护模块电性连接。

6.根据权利要求1所述的双绕组单级原边反馈的LED灯驱动电路，其特征在于，所述恒流控制与输出开路保护模块包括：单位增益缓冲器、第一至第四开关、第四电阻、第六电容、第七电容、第一反相器、第二反相器、第二电压比较器、电流源及三输入或非门，所述第二电压比较器具有第四同相输入端、第四反相输入端及第四输出端，所述单位增益缓冲器具有第五同相输入端、第五反相输入端及第五输出端，所述第五同相输入端分别与第四反相输入端、采样保持模块电性连接，所述第五反相输入端与第五输出端电性连接，所述第五输出端还与第一开关的第一端电性连接，所述第一开关的控制端与消磁时间侦测模块中用于提供消磁时间的输出端连接，所述第一开关的第二端分别与第四电阻的一端、第二开关的第二端电性连接，所述第四电阻的另一端作为输出平均电流值的输出端分别与误差放大器的第一反相输入端、第六电容的一端电性连接，所述第六电容的另一端与地线电性连接，所述第二开关的控制端与第一反相器的输出端连接，所述第二开关的第一端与地线电性连接，所述第一反相器的输入端与所述消磁时间侦测模块电性连接，所述第四同相输入端分别与第三开关的第一端、第七电容的一端、第四开关的第二端电性连接，所述第七电容的另一端与地线电性连接，所述第三开关的控制端与第二反相器的输出端电性连接，所述第三开关的第二端与电流源连接，所述第四开关的控制端分别与第二功率管的栅极、第二反相器的输入端电性连接，所述第四开关的第一端与地线电性连接，所述第四输出端分别与逻辑与驱动模块、三输入或非门的第一输入端电性连接，所述三输入或非门的第二输入端与消磁时间侦测模块的输出端，所述三输入或非门的第三输入端与第二功率管的栅极连接，所述三输入或非门的输出端与逻辑与驱动模块的输入端电性连接。