带LED开路保护的分段开关调光控制驱动电路的制作方法

本发明涉及LED驱动技术领域，具体涉及LED分段调光驱动电路。

背景技术：

随着LED驱动电源的发展以及绿色节能环保的要求，目前LED驱动电源普遍具有调光功能。在各种调光方式中，开关分段调光是最为简单方便的一种。LED驱动电源的开关分段调光电路，利用普通开关的反复开启与关闭来切换调光状态，从而得到不同调光状态下的LED输出电流，以实现分段调光的目的。

在开关分段调光的LED输出电流大小控制方面，大多是利用开关分段调光控制电路来检测普通开关的开启与关闭动作，产生一组对应不同的调光状态的控制信号，根据这些控制信号选取不同的LED输出电流基准电压，从而得到不同大小的LED输出电流。

现有的LED驱动电路大多采用了设定退磁时间来实现LED开路保护的。当系统切换到第二段，峰值检测的基准变为一半，LED电流会变为一半，所以系统的退磁时间也会降为第一段的一半，如果此时最小退磁时间不变，则会导致LED开路保护电压变小，导致LED灯闪

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是解决上述现有技术的不足，解决现有的LED驱动电路在开路保护是，LED灯管闪烁的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：带LED开路保护的分段开关调光控制驱动电路，包括LED照明电路以及LED调光电路，所述照明电路包括LED灯管、电阻、电容以及电感，所述调光电路包括分段模块、系统控制模块、峰值检测模块以及退磁时间检测模块，峰值检测模块提供三种输出电流基准电压来设置不同段位的LED灯管的峰值电流，系统控制模块内部设有若干组开关，且根据分段模块的输出段位信号选择相应的开关选取对应段位的输出电流基准电压，所述退磁时间检测模块用于设定电感的退磁时间来对LED灯管进行开路过压保护，其包括用于设定退磁时间的电容组，电容组由系统控制模块设置三种电容值输出，其比值与峰值检测模块的输出电流基准电压比值相同，电容组由直流源进行充电，电感的退磁时间与电容组的充电时间成比例对应，同一段位时，系统控制模块打开对应的开关选择对应的电容值和峰值检测模块的输出电流基准电压。

进一步的，所述分段模块由母线掉电检测单元、UVLO模块、计数时间检测单元以及分段选择单元；所述UVLO模块用于设置LED照明电路开启和关闭的上下电压，防止反复开启关闭；所述母线掉电检测单元连接UVLO模块和母线对母线电压的掉电进行检测，所述母线掉电检测单元达到UVLO模块的上电压时对计数时间检测单元复位且发送控制信号至分段选择单元，在UVLO模块下电压时启动计数时间检测单元并开始计时，计时时间达到t1时，母线掉电检测单元和计数时间检测单元发送信号至分段选择单元进行段位切换，当掉电时间持续至t2时，分段选择模块复位至第一段；LED灯管开路后，母线电压开始振荡，振荡周期为t3，t2>t1>t3。

进一步的，还包括总段位数量选择模块，该模块与分段模块连接，总段位数量选择模块包括SEL脚；SEL脚接地时，总段位为两段；当SEL脚悬空时，总段位为三段。

进一步的，所述退磁时间检测模块的电容组包括三组并联的电容，分别为电容CA、电容CB、电容CC，其中(CA+CB+CC)、(CB+CA)、CA的比值与峰值检测模块的输出电流基准电压的比值相同。

进一步的，所述峰值检测模块输入电压的比值为8:4:3，分别对应系统的第一段位、第二段位和第三段位；照明电路位于第一段位和第二段位时，作在BCM模式中；照明电路工作在第二段位时，工作在DCM模式，LED灯管的导通时间和关闭时间的比例为1:5。

进一步的，所述母线掉电检测单元输在UVLO模块的上电压时输出高电平，在UVLO模块的下电压时，输出低电平，触发计数时间检测单元开始计时，计数时间检测单元在计时达到t1时，输出高电平，计时小于t1时，保持低电平，母线掉电检测单元和计数时间检测单元的电平信号作为RS触发器的两个输入端，RS触发器的输出端连接分段选择单元触发段位切换

从上述技术方案可以看出本实用新型具有以下优点：系统外围简单，外置SEL管脚接地，可实现三段功能，悬空则是二段功能；分段可以实现从大功率到小功率的却换，节能环保；系统自带的LED开路保护，在各个分段的情况下，可以有效的保护LED。

附图说明

图1为本发明的功能框图；

图2为本发明的分段模块的功能框图；

图3为本发明的峰值检测模块的原理图；

图4为图3的电压波形图；

图5为本发明的退磁时间检测模块的原理图；

图6为本发明的在LED未开路情况下，VDD电压、触发信号VDET、触发信号TD以及RS触发器的输出信号A的结构示意图；

图7为本发明的在LED开路时，VDD电压、触发信号VDET、触发信号TD以及RS触发器的输出信号A的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，本发明的带LED开路保护的分段开关调光控制驱动电路，包括LED照明电路以及LED调光电路，照明电路包括LED灯管、电阻、电容以及电感，LED灯管两端并联一个电容、电阻和电感，电感与LED灯之间设置有肖特基管。电感通过肖特基管和LED灯管放电，此放电时间为退磁时间。

调光电路包括分段模块、系统控制模块、峰值检测模块、退磁时间检测模块、总段位数量选择模块、LED开路保护模块以及高功率MOS管。

母线还连接一个5V电压产生模块，用于给系统内部的低压模块供电，相当于一个线性稳压器。

总段位数量选择模块与分段模块连接，总段位数量选择模块包括SEL脚，SEL脚接地时，总段位为三段端，当SEL脚悬空时，总段位为三段。

分段模块由母线掉电检测单元、UVLO模块、计数时间检测单元以及分段选择单元，UVLO模块连接母线和母线掉电检测单元，UVLO模块对电路进行欠压保护，母线电压上升到UVLO模块的上电压，即UVLO_ON电压时，照明电路开始工作；当母线电压掉到UVLO模块的下电压时，即UVLO_OFF电压时，则照明电路关闭。

母线接入调光电路的端口为VDD端口，因此母线掉电检测单元也称为VDD掉电检测单元，该模块用于检测VDD端口的电压变化，根据电压变化发送触发信号VDET至分段选择模块和计数时间检测单元，VDD掉电检测单元检测到UVLO模块的上电压时，输出高电平；检测到UVLO模块的下电压时，输出低电平，触发信号VDET跟随VDD电压进行跳变。

如图2所述，计数时间检测单元(计数时间检测可以为一个振荡计数器)对掉电时间进行计时，输出触发信号T1和T2至分选选择单元，触发信号T1用于段位切换，触发信号T2将分段选择单元复位至第一段。计数时间检测单元在母线电压下降至UVLO模块的下电压时开始计时，当计时时间达到t1时，本实施例中t1以200ms为例，即触发信号VDET的低电平持续时间达到200ms，计数时间检测单元输出电平信号TD，此时TD为高电平，电平信号TD和触发信号VDET作为两个输入端连接一个RS触发器，RS触发器输出触发信号A，RS触发器的输出端连接分段选择单元，此时触发信号A输出低电平，分段选择单元切换段位。

当计时时间达到t2时，t2以5秒为例，触发信号T2直接输送至分段选择单元，分段选择单元对段位进行复位，复位至第一段。如果“计数器时间检测”没有计时到5S，系统又开始重新上电了，计数时间检测单元复位关闭，则当VDD电压达到了UVLO上电压，系统开始工作，则LED开始工作在第二段模式。以此类推第三段模式也和第二段一样。当第三段关闭后则下一次切换到第一段，以此重复类推。

分段选择单元可以是一组逻辑门电路，也可以是一个控制芯片，系统控制模块可以是一组开关，分段选择单元根据所处的段位发送控制指令至系统控制模块。

峰值检测模块见图3。第一段采用了基准VRF,系统工作在BCM模式，则LED的电路ILED＝VRF/(2*RS),第二段采用了基准为1/2VRF，系统工作也工作在BCM模式，这样的话LED电流ILED＝VRF/(4*RS)，电流为第一段的50％，第三段采用了基准为3/8VRF,系统工作在DCM模式，此时电路内部通过控制LED导通时间和关闭时间的比例来设定LED的电流，本发明内部设定了比例为1：5，此时LED电流为ILED＝1/2*3VRF/(8*RS)*1/6，第三段的LED电流为第一段的6.25％。各段电压波形图见图4。开关1对应第一段位，开关2对应第二段位，开关3对应第三段位，在选择段位时，系统控制模块打开对应的开关即可。

由于大多的非隔离LED驱动电路都是采用了设定退磁时间来实现LED开路保护的。先根据第一段的LED电流，然后根据LED电流确定RS电阻，然后根据频率一般设定在50K，确定电感的大小，最后根据LED灯的电压来设定最小退磁时间，最小退磁时间是由调节电阻RADJ来决定的。当系统切换到第二段，系峰值检测的基准变为一半，LED电流会变为一半，所以系统的退磁时间也会降为第一段的一半，如果此时最小退磁时间不变，则会导致LED开路保护电压变小，导致LED灯闪，所以此时最小退磁时间见变为原来的一半。同样在第三段时，由于峰值检测电压变为第一段的3/8，所以最小退磁时间也要变为原来的3/8。

本发明中的LED过压保护结构如下：如图5所示，退磁时间检测模块包括一个恒流源和三组并联的电容，分别为电容CA、电容CB、电容CC，电容CA+CB+CC＝CT,CA＝3/8CT,CB＝1/8CT,CC＝4/8CT,当处于第一段则开关A,B,C都合上，此时电容的充电时间为T,当处于第二段则开关A和B合上，开关C断开，此时电容充电时间为1/2T,当处于第三段则开关A合上，开关B和C断开，此时电容的充电时间为3/8T。电容的充电时间可以表征最小退磁时间，这样的话，就可以实现LED开路保护功能，同时保证在不通的段位时，保持LED的保护电压一致。

当LED开路后，系统就进入了LED开路保护模式，此时VCC的电压会在UVLO的上电压和下电压之间不停来回振荡，这样会不停的触发分段开关的检测。系统就会不停的跳段，当LED再重新接上去就会无法确定处于哪一段。本发明改善此现象，使LED开路后再重新接上，始终处于当前段。电路结构见图4，波形见图5，图6.

图6是正常情况下(LED未开路)，当系统掉电后VDD电压开始慢慢下降，当降到UVLO_OFF电压后，掉电检测模块输出触发信号VDET,同时内部的振荡计算器开始工作，当达到200ms，则说明是系统正处于正常掉电情况，则TD信号跳变为高电位，使A信号发生跳变，触发分段模块内的分段电路切换到下一段模式。

图7非正常情况下(LED开路)，LED开路后，系统进入LED保护模式，此时VDD电压会在UVLO_ON和UVLO_OFF之间振荡。周期为T3+T4，在一般的应用系统中T3+T4的时间在30ms～60ms之间，在图6中可以看到，VDET波形会跟随VDD的波形不停的在触发，但是此时每次的VDET的上升沿会去触发振荡计数器复位，所以掉电没有超过200ms，VDET就被触发了，则TD会始终保持在低电位。使A信号保持高电位。则系统不会切换到下一段模式。

综上本发明具有以上优点

1、系统外围简单，外置SEL管脚接地，可实现三段功能，悬空则是二段功能。

2、分段可以实现从大功率到小功率的却换，节能环保。

3、LED分段为100％-50％-6.5％，或者100％-6.5％。最后一段可实现小夜灯功能。

4、系统自带的LED开路保护，在各个分段的情况下，可以有效的保护LED。