[发明专利]一种LED电流检测和控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及LED电流检测和控制的电路领域，尤其涉及LED照明中采用升降压拓扑(Buck-Boost)的输出高精度电流的LED电流检测和控制的电路。

背景技术

传统照明技术存在发光效率低、耗电量大、使用寿命短等缺点，LED照明具有寿命长、节能、安全、绿色环保等优点，正在迅速替代传统照明。LED不像普通白炽灯泡可以直接接220V的交流市电，它需要由电流检测和控制的电路提供恒定的输出电流。电流精度是LED电流检测和控制的电路最重要的指标之一，其他的指标主要有绝缘可靠性、体积大小、功率因素、转换效率、电源寿命、电磁兼容等。

电流精度作为LED电流检测和控制的电路的一项重要指标，直接决定LED电流检测和控制的电路的性能。市场上LED电流检测和控制的电路控制器恒定输出电流精度的方法主要有三种：开环控制、等效闭环控制和闭环控制。

开环控制就是通过LED电流检测和控制的电路控制器内部设定的阈值，直接控制电感电流的峰值或者谷值，配合恒定开通或者关断时间来达到控制LED电流的方法，如市场上的基于降压(Buck)拓扑的控制器，通过控制电感电流的峰值和关断时间来控制LED电流检测和控制的电路的输出电流。这种控制方法的电流精度受系统延时、外围器件偏差和控制器内部参数工艺偏差的影响大，输出电流精度差。

等效闭环控制是指侦测能够反映输出LED电流的信号，如电感峰值电流、开通时间和关断时间等，经过控制器转换成LED电流的等效信号送入由误差放大器和PWM脉宽调制器构成的负反馈环路，并用负反馈稳定这个等效LED电流信号，如市场上基于Flyback (反激)拓扑的PSR(原边控制)控制器，侦测变压器一次侧的电流峰值和变压器放电时间并将它们转换成等效LED电流信号送入负反馈环路，并用负反馈稳定LED电流等效信号控制输出LED电流。由于负反馈环路的引入，这种控制方法的电流精度只受采样和控制器转换电路的偏差影响，受外围参数变化小，所以批量生产时电流精度高于开环控制。

闭环控制是指直接侦测LED电流，并将电流信号送入由误差放大器和PWM脉宽调制器构成的负反馈环路，通过负反馈环路稳定电流信号。由于负反馈环路直接控制LED电流，这种控制方法精度高，但要侦测LED电流信息，往往需要额外的元件或者让控制器处理几百伏特的高压信号，这会显著增加系统的成本，如传统的反激控制器配合次级的TL431和光耦的LED电流检测和控制的电路。

出于对可靠性、成本以及体积的考虑，目前市场上存在着隔离和非隔离型两类LED电流检测和控制的电路。隔离型是指AC交流市电或者直流电源输入端和LED负载没有电气连接，是被变压器隔离开的。非隔离型驱动是与隔离型对应的输入与输出没有被变压器电气隔离的驱动方式。隔离型的LED电流检测和控制的电路由于输入高压被电器隔离，所以没有触电的危险；但是隔离型LED电流检测和控制的电路需要变压器，会增加电流检测和控制的电路的成本以及体积，许多对电流检测和控制的电路体积要求严格的LED照明产品无法使用隔离型驱动方式。非隔离型电源由于只需要电感而不需要变压器，所以该类型的电流检测和控制的电路具有体积小，成本低的特点；但是由于LED灯具绝缘和可靠性的要求，非隔离型驱动会增加LED灯具物理隔离的成本。这两种类型的驱动方式各有优缺点，因此隔离与非隔离的方案一直都同时存在。

功率因素作为LED电流检测和控制的电路另一项重要的指标，越来越被市场所重视。高功率因素LED电流检测和控制的电路能有效降低对电网的干扰，更加节能环保，尤其在大功率的应用场合。目前实现高功率因素LED电流检测和控制的电路的方式主要有双级和单级功率因素校正技术。双级功率因素校正技术将功率因素校正和控制LED恒流分成两级处理，整体电路成本高，目前多应用于大功率场合。单级功率因素校正技术将校正功率因素和控制LED恒流一次完成，由于几乎不增加成本，该技术在LED电流检测和控制的电路得到广泛应用；但是由于功率因素校正的系统带宽很低，同时对LED恒流时，输出LED负载电流会有输入交流市电的工频纹波。