本发明提供一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片及方法，控制器电连接LED负载的阴极、第一采样电阻和第一功率管，控制器被配置为采样LED负载的阴极的电压、第一采样电阻两端的电压和第一功率管的漏极电压，并生成第一电压信号和第二电压信号；控制器根据第一电压信号和第一采样电阻两端的电压生成控制信号用于控制第一功率管的导通状态，使得第一电压信号的电压大小与参考电压相等，消除了LED负载的电流纹波；控制器在漏极电压超过电压阈值时，根据第二电压信号调节控制信号，使得漏极电压保持稳定。本发明在调光过程中的全程消除了LED电流纹波，避免了低频抖动引发的LED闪烁，实现了第一功率管的过压保护。
1.一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器，其特征在于，
所述控制器电连接LED负载的阴极、第一采样电阻和第一功率管，所述控制器被配置为采样LED负载的阴极的电压、第一采样电阻两端的电压和第一功率管的漏极电压，并根据所述LED负载的阴极的电压和所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号，根据所述第一功率管的漏极电压生成第二电压信号；
所述控制器根据所述第一电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成控制信号用于控制与所述LED负载电连接的第一功率管的导通状态，使得所述第一电压信号的电压大小与参考电压相等，消除所述LED负载的电流纹波；
所述控制器在所述漏极电压超过电压阈值时，根据所述第一功率管的漏极电压和所述第二电压信号调节所述控制信号，使得所述第一功率管的漏极电压保持稳定。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：所述控制器包括：第一采样模块、第二采样模块、控制模块和稳压模块；
所述第一采样模块用于采样所述LED负载的阴极的电压和所述第一采样电阻两端的电压，并根据所述LED负载的阴极的电压与所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号并输出至所述控制模块；
所述第二采样模块用于采样所述第一功率管的漏极电压，并根据所述第一功率管的漏极电压生成所述第二电压信号，并输出至所述稳压模块；
所述控制模块电连接至所述第一采样模块的输出端，用于接收所述第一电压信号，并根据所述第一电压信号生成所述控制信号；
所述稳压模块电连接至所述第二采样模块的输出端，用于接收所述第二电压信号，并根据所述第二电压信号调节所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于：所述第一采样模块包括第一电阻和第二电阻；其中，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第一电阻的另一端电连接所述LED负载的阴极，所述第二电阻的另一端电连接所述第一采样电阻的一端。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于：所述第二采样模块包括第三电阻和第四电阻；其中，所述第三电阻与所述第四电阻串联，所述第三电阻的另一端电连接所述第一功率管的漏极，所述第四电阻的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于：所述第一电阻与所述第二电阻的比值要小于所述第三电阻和所述第四电阻的比值。
6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于：所述控制模块包括跨导放大器、第一电容、分压子模块和控制子模块；
所述跨导放大器的正输入端电连接所述采样模块的所述第一电阻和所述第二电阻的连接点，用于接收所述第一电压信号，负输入端电连接参考电压，并根据所述第一电压信号和所述参考电压生成第一电流信号；
所述第一电容的一端电连接所述跨导放大器的输出端，另一端接地；
所述分压子模块电连接至所述跨导放大器的输出端，用于根据所述第一电容两端的电压生成第三电压信号；
所述控制子模块电连接至所述分压子模块的输出端和所述第一采样电阻，并根据所述第三电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成所述控制信号输出至所述第一功率管的栅极。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于：所述稳压模块包括第一运算放大器和镜像电流源；
所述第一运算放大器的负输入端电连接至所述第三电阻和所述第四电阻的连接点，用于接收所述第二电压信号；正输入端连接所述参考电压；并根据所述第二电压信号和所述参考电压生成第四电压信号；
所述镜像电流源的输入端与所述第一运算放大器的输出端相连；两个输出端分别电连接在第一功率管的栅极和所述第一电容；
其中，所述电压阈值为 在所述第一功率管的漏极电压高于
时，所述控制器施行稳压保护：所述镜像电流源输出至所述第一功率管的栅极的电流增大，使得所述控制信号增大，所述第一功率管的漏极电压被稳定在上，其中，R3表示所述第三电阻的阻值，R4表示所述第四电阻的阻值。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于：所述镜像电流源包括第二MOS管和第三MOS管，其中，所述第二MOS管和所述第三MOS管的栅极相连，并与所述第一运算放大器的输出端相连；
所述第二MOS管和所述第三MOS管的源极均与工作电压相连；
所述第二MOS管的漏极作为所述稳压模块的第一输出端，与所述第一功率管的栅极相连；所述第三MOS管的漏极作为所述稳压模块的第二输出端，与所述第一电容相连。
9.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于：所述控制模块还包括缓冲子模块，所述缓冲子模块的输入端电连接至所述跨导放大器的输出端，输出端电连接至所述分压子模块的输入端，用于实现所述跨导放大器和所述分压子模块之间的缓冲。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于：所述缓冲子模块为第二运算放大器；所述第二运算放大器的正输入端电连接至所述跨导放大器的输出端，负输入端与输出端电连接。
11.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于：所述分压子模块包括第五电阻和第六电阻；其中，所述第五电阻与所述第六电阻串联，所述第五电阻的另一端电连接所述跨导放大器的输出端，所述第六电阻的另一端接地；
所述控制子模块电连接至所述第五电阻和所述第六电阻的连接点，用于接收第三电压信号。
12.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于：所述控制子模块包括第三运算放大器，其正输入端电连接至所述第五电阻和所述第六电阻的连接点，用于接收所述第三电压信号；负输入端电连接至所述第一采样电阻，根据所述第三电压信号与所述第一采样电阻两端的电压生成所述控制信号，并输出至所述第一功率管的栅极。
在所述第一功率管的漏极电压高于 时，所述控制器施行稳压保护：所述镜像电流源按比例放大所述第二MOS管的电流，并提供给所述第一电容，用于对所述第一电容进行快速充电，直至所述第三运算放大器的输出的所述控制信号趋于0，稳压保护结束，实施泄放保护；
在所述泄放保护中，所述跨导放大器输出的电流对所述第一电容进行缓慢充电，直至所述第一电压信号的大小与所述参考电压相同；其中，所述跨导放大器输出的电流小于所述镜像电流源提供给所述第一电容的电流。
14.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于：通过改变所述跨导放大器的跨导和/或所述第一电容的容值，改变消除所述LED负载电流纹波所需的时间常数，以消除不同频率的输入电流引起的电流纹波。
15.一种用于消除LED驱动系统的电流纹波芯片，其特征在于：包括权利要求1或7所述的控制器。
16.一种用于消除LED驱动系统的电流纹波芯片，其特征在于：包括权利要求1或7所述的控制器、所述第一功率管和所述第一采样电阻。
17.一种LED驱动系统，其特征在于：包括LED驱动器、LED负载、如权利要求1—14中任一项所述的控制器，其中，所述LED驱动器用于根据交流电压生成驱动所述LED负载的电流，并输出至所述LED负载；
所述控制器电连接至所述LED负载的阴极，用于消除驱动所述LED负载的电流纹波或低频抖动，对第一功率管施行过压保护。
18.一种用于消除LED驱动系统电流纹波的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的控制器，包括如下步骤：所述控制器电连接LED负载的阴极、第一采样电阻和第一功率管，所述控制器被配置为采样LED负载的阴极的电压、第一采样电阻两端的电压和第一功率管的漏极电压，并根据所述LED负载的阴极的电压和所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号，根据所述第一功率管的漏极电压生成第二电压信号；
所述控制器根据所述第一电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成控制信号用于控制与所述LED负载电连接的第一功率管的导通状态，使得所述第一电压信号的电压大小与参考电压相等，消除所述LED负载的电流纹波；
所述控制器根据所述第一功率管的漏极电压和所述第二电压信号，在所述漏极电压超过电压阈值时，调节所述控制信号，使得所述第一功率管的漏极电压保持稳定。
19.一种用于消除LED驱动系统电流纹波的方法，其特征在于：采用如权利要求12所述的控制器，包括如下步骤：所述第一采样模块采样所述LED负载的阴极电压和所述第一采样电阻两端的电压，并根据所述LED负载的阴极的电压与所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号并输出至所述跨导放大器；所述第二采样模块采样所述第一功率管的漏极电压，并输出至所述稳压模块；
所述跨导放大器根据所述第一电压信号和所述参考电压生成第一电流信号；
所述分压子模块根据所述第一电容两端的电压生成第二电压信号；
所述控制子模块根据所述第二电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成所述控制信号，并输出至所述第一功率管的栅极。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：所述稳压模块和所述控制模块对所述第一功率管进行稳压保护和泄放保护；
所述稳压保护包括：在第一功率管的漏极电压大于 时，所述稳压模块的第二MOS管提供给所述第一功率管栅极的电流增大，使得输出至所述第一功率管的栅极的控制信号升高，漏极电压被稳定在 上；同时，所述稳压模块的所述第二MOS管和第三MOS管组成的镜像电流源按比例放大所述第二MOS管的电流，并提供给所述第一电容进行快速充电，使得第三运算放大器的正输入端的电压迅速升高，直至其输出端的输出的所述控制信号趋于0，则所述稳压保护结束，实施所述泄放保护；
所述泄放保护包括：所述控制模块的所述跨导放大器的输出电流对所述第一电容进行缓慢充电，使得所述第三运算放大器的正输入端的电压缓慢升高、输入至所述第一功率管栅极的控制信号缓慢升高、所述第一功率管的漏极电压缓慢下降，直至所述第一电压信号的大小与所述参考电压相同；其中，所述跨导放大器的输出电流小于所述镜像电流源提供给所述第一电容的电流。
用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种恒流驱动控制领域，特别是涉及一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片及方法。
背景技术
[0002] 随着LED在照明领域的全面应用，高效率的APFC(Active Power Factor Correction，有源功率因数校正)驱动器、可控硅调光或者高PF(Power Factor，功率因数)的线性驱动器得到了大量的使用。前级采用APFC驱动器、可控硅调光或者高PF的线性驱动器，其输出电流中会包含100hz/120hz的工频纹波成分。由于这些纹波成份的存在，使得LED光源的亮度也会出现相应的波动。随着照明产业的发展，人们对LED光源的质量提出了更高的要求，不闪频、无抖动成为目前高性能LED照明驱动的新需求，因此，如何消除LED电流纹波成为LED驱动控制领域所关注的重点。
[0003] 在APFC驱动器、可控硅调光或者高PF的线性驱动器的输出级增加了消除LED电流纹波芯片，可以将前级产生的工频电流纹波大幅衰减，得到近似直流的LED驱动电流，大大的提高了光源的质量。
[0004] 目前，消除LED电流纹波芯片主要有两种方案：
[0005] 第一种方案：如图1所示，运算放大器A2作为一个缓冲(buffer)电路，将前后级隔离，且使得缓冲电路的输入输出电压相等，即VCOMPBUF＝VCOMP。缓冲电路的输出电压VCOMPBUF经过分压电阻R3和R4分压后，输入运算放大器A1的正输入端。运算放大器A1与MOS管M0和电阻R0组成了一个电压电流转换器，产生LED的驱动电流ILED， MOS管M0的DRAIN的电压VDRAIN与基准电压VREF在比较器CMP中比较：当VDRAINVREF时，开关S1断开，通过电流源I1对节点COMP的电容C1充电，节点COMP的电压VCOMP逐步升高，从而逐步增大流过LED的电流ILED，使得VDRAIN逐步降低。由此，可以将输入节点DRAIN的电压VDRAIN控制在一个相对合理的范围内，同时实现对前级输入电流纹波的衰减。但是，由于每个工频周期中，电容C1总是存在充电和放电的过程，这样就在COMP引脚形成一定的电压纹波，该电压纹波的幅度由C1电容的大小和电流源I1、I2的大小决定。基于电路的实现以及成本等因素，COMP引脚的电压纹波幅度约几十毫伏，该电压的波动幅度决定了该架构无法在输入电流比较小的情况下实现消除LED电流纹波的功能，即无法实现LED调光过程中的全程消除纹波功能。
[0006] 第二种方案：如图2所示，运算放大器A2作为一个缓冲(buffer)电路，将前后级隔离，且使得缓冲电路的输入输出电压相等，即VCOMPBUF＝VCOMP。缓冲电路的输出电压VCOMPBUF经过分压电阻R3和R4分压后，输入运算放大器A1的正输入端。运算放大器A1与MOS管M0和电阻R0组成了一个电压电流转换器，产生LED的驱动电流ILED， 运算放大器A1的输出电压VGATE与基准电压VREF在比较器CMP中比较：当VGATE>VREF时，开关S1闭合，通过电流源I2对节点COMP的电容C1放电，节点COMP的电压VCOMP逐步降低，逐步减小流过LED的电流ILED，使A1的输出电压VGATE逐步降低；当VGATE
[0007] 并且，这些去除LED纹波的芯片往往不能对前级电流突变带来的MOS管上电压的突变做出快速反应，当MOS管上的电压高于击穿电压时，MOS管就会损害。因此，如何在去除LED纹波的芯片中增加MOS管过压保护功能成为了本领域技术人员所亟待解决的问题。
发明内容
[0008] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片及方法，用于解决现有技术中在LED的调光过程中，无法实现全程消除纹波，以及MOS管的漏极过压保护的问题。
[0009] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器，所述控制器电连接LED负载的阴极、第一采样电阻和第一功率管，所述控制器被配置为采样LED负载的阴极的电压、第一采样电阻两端的电压和第一功率管的漏极电压，并根据所述LED负载的阴极的电压和所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号，根据所述第一功率管的漏极电压生成第二电压信号；所述控制器根据所述第一电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成控制信号用于控制与所述LED负载电连接的第一功率管的导通状态，使得所述第一电压信号的电压大小与参考电压相等，消除所述LED负载的电流纹波；所述控制器在所述漏极电压超过电压阈值时，根据所述第一功率管的漏极电压和所述第二电压信号调节所述控制信号，使得所述第一功率管的漏极电压保持稳定。
[0010] 于本发明的一实施例中，所述控制器包括：第一采样模块、第二采样模块、控制模块和稳压模块；所述第一采样模块用于采样所述LED负载的阴极的电压和所述第一采样电阻两端的电压，并根据LED负载的阴极的电压与所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号并输出至所述控制模块；所述第二采样模块用于采样所述第一功率管的漏极电压，并根据所述第一功率管的漏极电压生成所述第二电压信号，并输出至所述稳压模块；所述控制模块电连接至所述第一采样模块的输出端，用于接收所述第一电压信号，并根据所述第一电压信号生成所述控制信号；所述稳压模块电连接至所述第二采样模块的输出端，用于接收所述第二电压信号，并根据所述第二电压信号调节所述控制信号。
[0011] 于本发明的一实施例中，所述第一采样模块包括第一电阻和第二电阻；其中，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第一电阻的另一端电连接所述LED负载的阴极，所述第二电阻的另一端电连接所述第一采样电阻的一端。
[0012] 于本发明的一实施例中，所述第二采样模块包括第三电阻和第四电阻；其中，所述第三电阻与所述第四电阻串联，所述第三电阻的另一端电连接所述第一功率管的漏极，所述第四电阻的另一端接地。
[0013] 于本发明的一实施例中，所述第一电阻与所述第二电阻的比值要小于所述第三电阻和所述第四电阻的比值。
[0014] 于本发明的一实施例中，所述控制模块包括跨导放大器、第一电容、分压子模块和控制子模块；所述跨导放大器的正输入端电连接所述采样模块的所述第一电阻和所述第二电阻的连接点，用于接收所述第一电压信号，负输入端电连接参考电压，并根据所述第一电压信号和所述参考电压生成第一电流信号；所述第一电容的一端电连接所述跨导放大器的输出端，另一端接地；所述分压子模块电连接至所述跨导放大器的输出端，用于根据所述第一电容两端的电压生成第三电压信号；所述控制子模块电连接至所述分压子模块的输出端和所述第一采样电阻，并根据所述第三电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成所述控制信号输出至所述第一功率管的栅极。
[0015] 于本发明的一实施例中，所述稳压模块包括第一运算放大器和镜像电流源；所述第一运算放大器的负输入端电连接至所述第三电阻和所述第四电阻的连接点，用于接收所述第二电压信号；正输入端连接所述参考电压；并根据所述第二电压信号和所述参考电压生成第四电压信号；所述镜像电流源的输入端与所述第一运算放大器的输出端相连；两个输出端分别电连接在第一功率管的栅极和所述第一电容；其中，所述电压阈值为在所述第一功率管的漏极电压高于 时，所述控制器施行稳压保护：所述镜像电流源输出至所述第一功率管的栅极的电流增大，使得所述控制信号增大，所述第一功率管的漏极电压被稳定在 上，其中，R3表示所述第三电阻的阻值，R4表示所述第四电阻的阻值。
[0016] 于本发明的一实施例中，所述镜像电流源包括第二MOS管和第三MOS管，其中，所述第二MOS管和所述第三MOS管的栅极相连，并与所述第一运算放大器的输出端相连；所述第二MOS管和所述第三MOS管的源极均与工作电压相连；所述第二MOS管的漏极作为所述稳压模块的第一输出端，与所述第一功率管的栅极相连；所述第三MOS管的漏极作为所述稳压模块的第二输出端，与所述第一电容相连。
[0017] 于本发明的一实施例中，所述控制模块还包括缓冲子模块，所述缓冲子模块的输入端电连接至所述跨导放大器的输出端，输出端电连接至所述分压子模块的输入端，用于实现所述跨导放大器和所述分压子模块之间的缓冲。
[0018] 于本发明的一实施例中，所述缓冲子模块为第二运算放大器；所述第二运算放大器的正输入端电连接至所述跨导放大器的输出端，负输入端与输出端电连接。
[0019] 于本发明的一实施例中，所述分压子模块包括第五电阻和第六电阻；其中，所述第五电阻与所述第六电阻串联，所述第五电阻的另一端电连接所述跨导放大器的输出端，所述第六电阻的另一端接地；所述控制子模块电连接至所述第五电阻和所述第六电阻的连接点，用于接收第三电压信号。
[0020] 于本发明的一实施例中，所述控制子模块包括第三运算放大器，其正输入端电连接至所述第五电阻和所述第六电阻的连接点，用于接收所述第三电压信号；负输入端电连接至所述第一采样电阻，根据所述第三电压信号与所述第一采样电阻两端的电压生成所述控制信号，并输出至所述第一功率管的栅极。
[0021] 于本发明的一实施例中，在所述第一功率管的漏极电压高于 时，所述控制器施行稳压保护：所述镜像电流源按比例放大所述第二MOS管的电流，并提供给所述第一电容，用于对所述第一电容进行快速充电，直至所述第三运算放大器的输出的所述控制信号趋于0，稳压保护结束，实施泄放保护；在所述泄放保护中，所述跨导放大器输出的电流对所述第一电容进行缓慢充电，直至所述第一电压信号的大小与所述参考电压相同；其中，所述跨导放大器输出的电流小于所述镜像电流源提供给所述第一电容的电流。
[0022] 于本发明的一实施例中，通过改变所述跨导放大器的跨导和/或所述第一电容的容值，改变消除所述LED负载电流纹波所需的时间常数，以消除不同频率的输入电流引起的电流纹波。
[0023] 本发明还公开了一种用于消除LED驱动系统的电流纹波芯片，包括如上所述的控制器。
[0024] 本发明还公开了一种用于消除LED驱动系统的电流纹波芯片，包括如上所述的控制器、所述第一功率管和所述第一采样电阻。
[0025] 本发明还公开了一种LED驱动系统，包括LED驱动器、LED负载、如上所述的控制器，其中，所述LED驱动器用于根据交流电压生成驱动所述LED负载的电流，并输出至所述LED负载；所述控制器电连接至所述LED负载的阴极，用于消除所述驱动LED负载的电流纹波或低频抖动，对第一功率管施行过压保护。
[0026] 本发明还公开了一种用于消除LED驱动系统电流纹波的方法，采用如上所述的控制器，包括如下步骤：所述控制器电连接LED负载的阴极、第一采样电阻和第一功率管，所述控制器被配置为采样LED负载的阴极的电压、第一采样电阻两端的电压和第一功率管的漏极电压，并根据所述LED负载的阴极的电压和所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号，根据所述第一功率管的漏极电压生成第二电压信号；所述控制器根据所述第一电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成控制信号用于控制与所述LED负载电连接的第一功率管的导通状态，使得所述第一电压信号的电压大小与参考电压相等，消除所述LED负载的电流纹波；所述控制器根据所述第一功率管的漏极电压和所述第二电压信号，在所述漏极电压超过电压阈值时，调节所述控制信号，使得所述第一功率管的漏极电压保持稳定。
[0027] 本发明还公开了一种用于消除LED驱动系统电流纹波的方法，采用如上所述的控制器，包括如下步骤：所述第一采样模块采样所述LED负载的阴极电压和所述第一采样电阻两端的电压，并根据所述LED负载的阴极的电压与所述第一采样电阻两端的电压生成第一电压信号并输出至所述跨导放大器；所述第二采样模块采样所述第一功率管的漏极电压，并输出至所述稳压模块；所述跨导放大器根据所述第一电压信号和所述参考电压生成第一电流信号；所述第一电容根据所述第一电流信号进行充放电；所述分压子模块根据所述第一电容两端的电压生成第二电压信号；所述控制子模块根据所述第二电压信号和所述第一采样电阻两端的电压生成所述控制信号，并输出至所述第一功率管的栅极。
[0028] 于本发明的一实施例中，所述方法还包括：所述稳压模块和所述控制模块对所述第一功率管进行稳压保护和泄放保护；所述稳压保护包括：在第一功率管的漏极电压大于时，所述稳压模块的第二MOS管提供给所述第一功率管栅极的电流增大，使得输出至所述第一功率管的栅极的控制信号升高，漏极电压被稳定在 上；同时，所述稳压模块的所述第二MOS管和第三MOS管组成的镜像电流源按比例放大所述第二MOS管的电流，并提供给所述第一电容进行快速充电，使得第三运算放大器的正输入端的电压迅速升高，直至其输出端的输出的所述控制信号趋于0，则所述稳压保护结束，实施所述泄放保护；所述泄放保护包括：所述控制模块的所述跨导放大器的输出电流对所述第一电容进行缓慢充电，使得所述第三运算放大器的正输入端的电压缓慢升高、输入至所述第一功率管栅极的控制信号缓慢升高、所述第一功率管的漏极电压缓慢下降，直至所述第一电压信号的大小与所述参考电压相同；其中，所述跨导放大器的输出电流小于所述镜像电流源提供给所述第一电容的电流。
[0029] 如上所述，本发明的用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片及方法，基于现有的消除LED电流纹波的调光驱动器，去除了用于为缓冲电路中的电容进行充放电的电流源，在LED负载和第一采样电阻之间增加了控制器，控制器生成第一电压信号，并通过第一电压信号的第一采样电阻两端的电压生成用于控制功率管的导通状态的控制信号，使得第一电压信号的电压与参考电压相等，从而消除了LED负载的电流纹波。此外，本发明不但可以实现LED驱动系统的第一功率管的漏极的过压保护，并且利用漏极电压的泄放保护，有效控制了流过LED负载的电流大小，不会产生导致LED闪烁现象的瞬间大电流，在第一功率管的漏极的过压保护过程中避免了LED闪灯现象的发生。
附图说明
[0030] 图1显示为现有技术中消除LED电流纹波的调光驱动器的电路结构示意图。
[0031] 图2显示为现有技术中另一种消除LED电流纹波的调光驱动器的电路结构示意图。
[0032] 图3显示为本发明实施例中公开的一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器的原理结构示意图。
[0033] 图4显示为本发明实施例中公开的一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器的电路结构示意图。
[0034] 元件标号说明
[0035] 100 控制器
[0036] 110 第一采样模块
[0037] 120 第二采样模块
[0038] 130 控制模块
[0039] 131 分压子模块
[0040] 132 缓冲子模块
[0041] 140 稳压模块
[0042] 141 镜像电流源
[0043] 200 LED负载
具体实施方式
[0044] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0045] 请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0046] 本发明的一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片及方法，将控制器与LED负载的阴极、第一采样电阻和第一功率干电连接，用于生成第一电压信号和第二电压信号；并根据第一电压信号和第一采样电阻两端的电压生成控制第一功率管的导通状态的控制信号，使得第一电压信号的电压大小与参考电压相等，消除了LED负载电流纹波；根据第二电压信号和第一功率管的漏极电压调整控制信号，使得第一功率管的漏极电压保持稳定。
[0047] 实施例1
[0048] 本实施例公开了一种用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器100，下面以第一功率管采用MOS管为例进行说明，在其他实现方式中，第一功率管还可以是三极管或者其他类型的功率管。如图3所示，控制器100电连接LED负载200的输出端、第一采样电阻R0和第一功率管M1。控制器100用于采样LED负载200的输出端的电压VDRAIN、第一采样电阻R0两端的电压VCS和第一功率管M1的漏极电压，并且，第一功率管M1的漏极电压和LED负载200的输出端的电压相同，即第一功率管M1的漏极电压为VDRAIN。进一步地，控制器100根据LED负载200的输出端的电压VDRAIN和第一采样电阻R0两端的电压VCS生成第一电压信号VDV1；并根据第一电压信号VDV1和第一采样电阻R0两端的电压VCS生成相应的控制信号VGATE，通过控制信号VGATE控制第一功率管M1的导通状态，使得第一电压信号VDV1的电压大小与参考电压VREF相等，从而消除了LED负载的电流纹波。此外，控制器100还根据第一功率管M1的漏极电压VDRAIN生成第二电压信号VDV2，并在第一功率管M1的漏极电压VDRAIN超过电压阈值时，根据第一功率管M1的漏极电压VDRAIN和第二电压信号VDV2调节控制信号，使得第一功率管M1的漏极电压VDRAIN保持稳定，防止第一功率管M1被击穿。其中，LED驱动系统包括但不限于LED负载200、第一采样电阻R0、第一功率管M1、电流源I0和电容C0。此外，第一功率管M1的漏极与LED负载200的输出端相连；源极与第一采样电阻R0的一端相连。
[0049] 优选地，如图3所示，控制器100通过第一采样模块110、第二采样模块120、控制模块130和稳压模块140来实现。其中：
[0050] 第一采样模块110用于采样LED负载200的输出端的电压VDRAIN和第一采样电阻R0两端的电压VCS，并且，根据LED负载200的输出端的电压VDRAIN和第一采样电阻R0两端的电压VCS生成第一电压信号VDV1，并输出至控制模块130。
[0051] 优选地，如图4所示，第一采样模块110包括第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的一端分别与LED负载200的输出端和第一功率管M1的漏极相连，另一端与第二电阻R2的一端相连；第二电阻R2的另一端与采样第一采样电阻R0相连；第一电阻R1和第二电阻R2的连接点S1作为第一采样模块110的输出端，与控制模块130的输入端相连。第一电阻R1和第二电阻R2组成分压采集器：第一电阻R1采集LED负载200的输出端的电压VDRAIN，第二电阻R2采集第一采样电阻R0两端的电压VCS。
[0052] 第二采样模块120用于采样第一功率管M1的漏极电压VDRAIN，并且，根据第一功率管M1的漏极电压VDRAIN和参考电压VREF生成第二电压信号VDV2，并输出至稳压模块140。
[0053] 优选地，如图4所示，第二采样模块120包括第三电阻R3和第四电阻R4；第三电阻R3的一端分别与LED负载200的输出端和第一功率管M1的漏极相连，另一端与第四电阻R4的一端相连；第四电阻R4的另一端接地；第三电阻R3和第四电阻R4的连接点S2作为第二采样模块120的输出端，与稳压模块140的输入端相连。第三电阻R3和第四电阻R4与第一电阻R1和第二电阻R2一样，均为分压采集器，按比例采集第一功率管M1的漏极电压VDRAIN。并且，为了避免LED电流的突然增大，本实施例还将第一电阻R1与第二电阻R2的比值设置为是小于第三电阻R3和第四电阻R4的比值的，即：R1/R2
[0054] 控制模块130用于接收第一电压信号VDV1，并根据第一电压信号VDV1生成控制信号VGATE；并输出至第一功率管M1的栅极。
[0055] 如图4所示，控制模块130包括：跨导放大器OTA1、第一电容C1、分压子模块131和控制子模块。其中，
[0056] 跨导放大器OTA1的正输入端与第一采样模块110的输出端，即第一电阻R1和第二电阻R2的连接点S1相连；负输入端连接参考电压VREF，用于将正输入端的第一电压信号VDV1和负输入端的参考电压VREF之间的压差转化为电流，生成第一电流信号。
[0057] 第一电容C1的一端与跨导放大器OTA1的输出端相连接，另一端接地；
[0058] 分压子模块131的一端与跨导放大器OTA1的输出端连接，用于根据第一电容C1两端的电压生成第三电压信号VCSREF。优选地，如图4所示，分压子模块131包括但不限于第五电阻R5和第六电阻R6。第五电阻R5的一端与跨导放大器OTA1的输出端连接，另一端与第六电阻R6的一端相连；第六电阻R6的另一端接地；第五电阻R5和第六电阻R6的连接点S3作为分压子模块131的输出端，与控制子模块的输入端相连。其中，第五电阻R5和第六电阻R6作为分压电阻，将第三电压信号VCSREF输入至控制子模块。
[0059] 控制子模块的第一输入端与分压子模块131的输出端相连，第二输入端分别与第一采样电阻R0和第一功率管M1的源极相连，输出端与第一功率管M1的栅极相连。控制子模块通过第三电压信号VCSREF和第一采样电阻R0两端的电压VCS生成相应的控制信号VGATE。优选地，如图4所示，控制子模块采用第三运算放大器A3。第三运算放大器A3的正输入端与分压子模块131的输出端相连；即第三运算放大器A3的正输入端连接在第五电阻R5和第六电阻R6的连接点S3；负输入端与第一采样电阻R0和第一功率管M1的源极相连，输出端与第一功率管M1的栅极相连。
[0060] 优选地，如图4所示，控制模块130还包括一缓冲子模块132，连接在跨导放大器OTA1和分压子模块131之间，用于实现跨导放大器OTA1和分压子模块131之间的缓冲。其中，在本实施例中，缓冲子模块132优选采用第二运算放大器A2，第二运算放大器A2的正输入端与跨导放大器OTA1的输出端和第一电容C1的一端相连；负输入端与第二运算放大器A2的输出端相连。
[0061] 稳压模块140用于接收第二电压信号VDV2，并根据第二电压信号VDV2调节控制信号VGATE；并输出至第一功率管M1的栅极。
[0062] 如图4所示，稳压模块140包括但不限于第一运算放大器A1和镜像电流源141。其中，
[0063] 第一运算放大器A1的正输入端与参考电压VREF相连，负输入端与第二采样模块120的输出端相连，即连接在第三电阻R3和第四电阻R4的连接点S2上，用于接收第二电压信号VDV2；并根据第二电压信号VDV2生成第四电压信号VDV4。
[0064] 镜像电流源141用于避免外界影响，提供合适的静态电流，以稳定第一功率管M1的电压，防止第一功率管M1被击穿。镜像电流源141的输入端与第一运算放大器A1的输出端相连，两个输出端分别与第一功率管M1的栅极和第一电容C1电连接。
[0065] 在第一功率管M1的漏极电压VDRAIN过高，即高于电压阈值 时，施行稳压保护：镜像电流源141输出至第一功率管M1的栅极的电流增大，使得控制信号VGATE增大，由此，第一功率管M1的漏极电压VDRAIN被稳定在 上。
[0066] 优选地，如图4所示，本实施例的镜像电流源141包括但不限于第二MOS管M2和第三MOS管M3。第二MOS管M2的栅极和第三MOS管M3的栅极相连，且与第一运算放大器A1的输出端相连；第二MOS管M2的源极和第三MOS管M3的源极均与工作电压VDD相连；第二MOS管M2的漏极作为稳压模块140的第一输出端，与第一功率管M1的栅极相连，第三MOS管M3的漏极作为稳压模块140的第二输出端，与第一电容C1相连。
[0067] 本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2组成的分压器用于采样第一采样电阻R0两端的电压VCS和LED负载200的输出端的电压VDARIN，生成第一电压信号VDV1，并输入至跨导放大器OTA1的正输入端，跨导放大器OTA1的负输入端接参考电压VREF。第一电压信号VDV1与参考电压VREF的压差通过跨导放大器OTA1转化为电流，并对节点COMP处的第一电容C1进行充电或放电。第二运算放大器A2实现一个缓冲电路，使VCOMPBUF＝VCOMP，VCOMPBUF经过第五电阻R5和第六电阻R6的分压后得到第三电压信号VCSREF，输入至第三运算放大器A3的正输入端。第三运算放大器A3与第一功率管M1、第一采样电阻R0实现了电压到电流的转换，产生LED负载200的驱动电流ILED，即， LED负载200的输出端的电压VDRAIN和第一
采样电阻R0两端的VCS之间的关系为： 其中，参考电压VREF
是固定的常数，因此，第一采样电阻R0的两端的电压VCS与LED负载200的输出端的电压VDRAIN是反比关系，即VCS变大，VDRAIN变小。并且，第一采样电阻R0的两端的电压满足VCS＝ILED*R0。
因此，当LED负载200的电流增大时，系统会降低VDRAIN，使得LED负载内的芯片的功耗W＝ILED*VDARIN降低，减少了芯片的发热，提高了LED单元的效率。
[0068] 进一步地，在调光角度很小(前级输入电流很小)时，本实施例的消除LED电流纹波的功能依然有效。此时，由于第一采样电阻R0的两端的电压VCS较低，通过调整LED负载200的输出端的电压VDRAIN，使得跨导放大器OTA1的正输入端的电压，即第一电压信号VDV1维持在与负输入端的参考电压VREF相等的情况，如此，整个消除纹波的环路仍然可以正常工作。通过这样，本实施例实现了LED电流的全程去纹波功能。
[0069] 此外，本实施例通过将采样VDRAIN与VCS的结果输入至跨导放大器OTA1正输入端，参考电压VREF输入至跨导放大器OTA1的负输入端，跨导放大器OTA1将输入的电压差转化为电流，对第一电容C1进行充放电，获得了LED去纹波以及去低频抖动所需的时间常数。在本实施例中，通过对跨导放大器OTA1的跨导(△io/△vin)的设计和/或第一电容C1容值的选择，可以灵活修改LED去纹波以及去低频抖动的效果。当跨导放大器OTA1的跨导取值较小时，结合第一电容C1，可以实现较大的时间常数，达到消除调光器抖动等原因造成的低频率的抖动功能，避免了由于低频抖动而引发的LED的闪烁情况的发生。
[0070] 进一步地，本实施例还可对第一功率管M1进行相应的过压保护，具体包括：稳压保护和泄放保护。
[0071] 稳压保护是针对第一功率管M1的漏极电压VDARIN高于电压阈值 的情况下，对第一功率管M1的漏极电压持续升高的限制：通过第三电阻R3、第四电阻R4、第一运算放大器A1、第二MOS管M2和第一功率管M1组成一个第一功率管M1的漏极电压的稳压器，来限制第一功率管M1的漏极电压VDARIN的持续升高。具体地，当VDARIN高于 即VDV2大于VREF时，第一运算放大器A1的输出电压会降低，第二MOS管M2的漏极的电流会增加，即为第一功率管M1的栅极充电的电流会增加，使得第一功率管M1的栅极电压VGATE升高，如此，第一功率管M1的漏极电压VDARIN被稳定在 与此同时，由第二MOS管M2和第三MOS管M3所组成的镜像电流源会按比例放大第二MOS管M2的电流，并提供给第一电容C1，用于对第一C1进行快速充电。第二运算放大器A2起到了缓冲的作用，使得VCOMPBUF＝VCOMP，第二运算放大器A2的输出电压VCOMPBUF经过第五电阻R5和第六电阻R6的分压后，得到第三电压信号VCSREF输入第三运算放大器A3的正相输入端。随着第三MOS管M3对第一电容C1的大电流快速充电，第三运算放大器A3的正相输入端的第三电压信号VCSREF会迅速升高，使得第三运算放大器A3的正相输入端的第三电压信号VCSREF快速达到I0*R0的值。随着第三电压信号VCSREF趋于I0*R0，第三运算放大器A3的输出端的电压趋于0V，使得第二MOS管M2和第三MOS管M3的电流逐渐减小并趋向于0。在这整个的工作过程中，第一功率管M1的漏极电压始终被稳定在上。至此，对第一功率管M1的稳压保护结束，进入泄放保护。
[0072] 泄放保护是在稳压保护结束之后开始执行的，用于避免流过LED负载200的电流的突然增大的情况的发生。由于第一电阻R1与第二电阻R2的比值是小于第三电阻R3和第四电阻R4的比值的，即：R1/R2
[0073] 优选地，本实施例的控制器既可以做成一个单独的芯片，安装在LED负载200、第一采样电阻R0以及第一功率管M1之间；也可以与LED负载200、第一采样电阻R0和第一功率管M1相配合，共同集合做成一个芯片，以消除LED驱动系统的电流纹波，实现第一功率管M1的过压保护。
[0074] 此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。
[0075] 需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0076] 实施例2
[0077] 本实施例公开了一种用于消除LED驱动系统电流纹波的方法，其采用实施例1所公开的控制器：
[0078] 首先，利用控制器采样LED负载200的输出端的电压VDRAIN、第一采样电阻R0两端的电压VCS以及第一功率管M1的漏极电压VDRAIN，并根据LED负载200的输出端的电压VDRAIN与第一采样电阻R0两端的电压VCS生成第一电压信号VDV1；根据第一功率管M1的漏极电压VDRAIN生成第二电压信号VDV2；然后，控制器再依据第一电压信号VDV1和第一采样电阻两端的电压VCS生成控制信号VGATE，从而控制与LED负载200相连的第一功率管M1的导通状态，使得第一电压信号VDV1的电压大小与参考电压VREF相等，实现了LED负载200的电流纹波的消除；并且，控制器还根据第一功率管M1的漏极电压VDRAIN和第二电压信号VDV2，在漏极电压VDRAIN超过电压阈值时，调节控制信号，使得第一功率管M1的漏极电压VDRAIN保持稳定。
[0079] 具体地，第一采样模块110采样LED负载200的输出端电压VDRAIN和第一采样电阻R0两端的电压VCS，并根据LED负载200的输出端的电压VDRAIN与第一采样电阻R0两端VCS的电压生成第一电压信号VDV1并输出至跨导放大器OTA1；第二采样模块120采样第一功率管M1的漏极电压VDRAIN，并输出至稳压模块140的第一运算放大器A1的负输入端。
[0080] 跨导放大器OTA1根据第一电压信号VDV1和参考电压VREF生成第一电流信号；
[0081] 第一电容C1根据第一电流信号进行充放电；
[0082] 分压子模块131根据第一电容C1两端的电压生成第三电压信号VCSREF；
[0083] 控制子模块根据第二电压信号VCSREF和第一采样电阻C1两端的电压生成控制信号VGATE，并输出至第一功率管M1的栅极。
[0084] 本实施例中，第一采样电阻R0的两端的电压VCS与LED负载200的输出端的电压VDRAIN是反比关系，即VCS变大，VDRAIN变小。由于第一采样电阻R0的两端的电压VCS较低，通过调整LED负载200的输出端的电压VDRAIN，使得跨导放大器OTA1的正输入端的电压，即第一电压信号VDV1维持在与负输入端的参考电压VREF相等的情况，如此，整个消除纹波的环路仍然可以正常工作，如此，本实施例实现了LED电流的全程去纹波功能。并且，通过对跨导放大器OTA1的跨导(△io/△vin)的设计和/或第一电容C1容值的选择，可以灵活修改LED去纹波以及去低频抖动的效果。当跨导放大器OTA1的跨导取值较小时，结合第一电容C1，可以实现较大的时间常数，达到消除调光器抖动等原因造成的低频率的抖动功能，避免了由于低频抖动而引发的LED的闪烁情况的发生。
[0085] 进一步地，控制模块130和稳压模块140相互配合，对第一功率管M1进行稳压保护和泄放保护：
[0086] 稳压保护是针对第一功率管M1的漏极电压VDARIN高于电压阈值 的情况下，通过第三电阻R3、第四电阻R4、第一运算放大器A1、第二MOS管M2和第一功率管M1组成一个第一功率管M1的漏极电压的稳压器，来限制第一功率管M1的漏极电压VDARIN的持续升高：当VDARIN高于 即VDV2大于VREF时，第一运算放大器A1的输出电压会降低，第二MOS管M2的漏极的电流会增加，即为第一功率管M1的栅极充电的电流会增加，使得第一功率管M1的栅极电压VGATE升高，如此，第一功率管M1的漏极电压VDARIN被稳定在与此同时，由第二MOS管M2和第三MOS管M3所组成的镜像电流源会按比例放大第二MOS管M2的电流，并提供给第一电容C1，用于对第一C1进行快速充电。第二运算放大器A2起到了缓冲的作用，使得VCOMPBUF＝VCOMP，第二运算放大器A2的输出电压VCOMPBUF经过第五电阻R5和第六电阻R6的分压后，得到第三电压信号VCSREF输入第三运算放大器A3的正相输入端。随着第三MOS管M3对第一电容C1的大电流快速充电，第三运算放大器A3的正相输入端的第三电压信号VCSREF会迅速升高，使得第三运算放大器A3的正相输入端的第三电压信号VCSREF快速达到I0*R0的值。随着第三电压信号VCSREF趋于I0*R0，第三运算放大器A3的输出端的电压趋于0V，使得第二MOS管M2和第三MOS管M3的电流逐渐减小并趋向于0。在这整个的工作过程中，第一功率管M1的漏极电压始终被稳定在 上。至此，对第一功率管M1的稳压保护结束，进入泄放保护。
[0087] 泄放保护是在稳压保护结束之后开始执行的，用于避免流过LED负载200的电流的突然增大的情况的发生。由于第一电阻R1与第二电阻R2的比值是小于第三电阻R3和第四电阻R4的比值的，即：R1/R2
[0088] 综上所述，本发明的用于消除LED驱动系统电流纹波的控制器、芯片及方法，基于现有的消除LED电流纹波的调光驱动器，去除了用于为缓冲电路中的电容进行充放电的电流源，在LED负载和第一采样电阻之间增加了控制器，控制器生成第一电压信号，并通过第一电压信号的第一采样电阻两端的电压生成用于控制功率管的导通状态的控制信号，使得第一电压信号的电压与参考电压相等，从而消除了LED负载的电流纹波。此外，本发明不但可以实现LED驱动系统的第一功率管的漏极的过压保护，并且利用漏极电压的泄放保护，有效控制了流过LED负载的电流大小，不会产生导致LED闪烁现象的瞬间大电流，在第一功率管的漏极的过压保护过程中避免了LED闪灯现象的发生。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0089] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
