用于LED驅動器的調光控制電路的制作方法

本發明涉及開關電源設計及應用領域，尤其是涉及一種用于led驅動器的調光控制電路。

背景技術：

目前led照明電路中，以開關電源為buck電路為例，電感l1的電流il反映了發光二極管的亮度。圖1為現有led驅動器的調光控制電路示意圖，在原有led照明電路中加入調光控制信號，調光控制信號和參考電壓vref1經過減法器，共同輸入到比較器1(comp1)的負輸入端。通過調光控制信號調節電感電流il，以調節發光二極管的亮度。

圖2為圖1所示調光控制電路電感電流il變化示意圖，如圖2所示，調光控制信號δv，加入調光控制信號前后，電感電流il峰值和平均值分別為：

其中，ipeak1和iavg1為調光前的峰值和平均值，ipeak2和iavg2為調光后的峰值和平均值。

現有技術降低電感電流的控制方法一般是降低電感電流il的參考電壓vref1，但當電感電流il的參考電壓vref1降低到一定程度后，其噪聲容限基本達到極限，其后果是無法進一步降低電感電流il，無法達到滿意的調光效果。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用于led驅動器的調光控制電路，可以在現有技術基礎上，更大幅度地降低電感電流，同時，還可以保持電感電流穩定變化，達到滿意的調光效果。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于led驅動器的調光控制電路。其中，led驅動器包括電感、功率開關管、led電路，在電感的電流為零后，功率開關管導通，電感充電；在電感的電流到達第一閾值時，功率開關管關斷，電感放電；電感的電流大小與led電路的發光亮度成正比，所述調光控制電路包括:

第一控制模塊，用于在電感的電流為零后，控制功率開關管維持關斷狀態，以增加功率開關管的關斷時間t_off，降低電感的平均電流，調節led電路的發光亮度；和/或，第二控制模塊，用于在電感的電流到達第一閾值之前，控制功率開關管提前關斷，以減小功率開關管的導通時間t_on，降低電感的平均電流，調節所述led電路的發光亮度。

優選地，led驅動器還包括儲能電感退磁檢測電路、觸發器、第一比較器和電阻；其中，當儲能電感退磁檢測電路檢測到電感的電流為零后，輸出第一控制信號到觸發器的第一輸入端，控制功率開關管導通，使電感充電；當第一比較器檢測到電感的電流到達第一閾值時，輸出第二控制信號到觸發器的第二輸入端，控制功率開關管關斷，使電感放電；第一閾值根據輸入到第一比較器的第一參考電壓和電阻確定。

優選地，第一控制模塊包括：維持關斷時間控制子模塊，用于輸出第三控制信號，以控制功率開關管m1維持關斷狀態；第一邏輯門，用于接收第三控制信號和第一控制信號，使第三控制信號的優先級高于第一控制信號，并輸出到觸發器的第一輸入端，用于在電感的電流為零后，第三控制信號控制功率開關管維持關斷狀態，以增加功率開關管的關斷時間t_off，降低電感的平均電流，調節led電路的發光亮度。

優選地，第二控制模塊包括：維持導通時間控制子模塊，用于輸出第四控制信號，以控制功率開關管提前關斷；第二邏輯門，用于接收第四控制信號和第二控制信號，使第四控制信號和第二控制信號的優先級相同，并輸出到觸發器的第二輸入端，用于在電感的電流到達第一閾值之前，第四控制信號控制功率開關管提前關斷，以減小功率開關管的導通時間t_on，降低電感的平均電流，調節led電路的發光亮度。

優選地，維持關斷時間控制子模塊包括：第一流控電流源、第一mos管、第二mos管、第一電容和第二比較器；其中，電源與第一流控電流源的一端相連接，第一流控電流源的另一端與第一mos管的源極相連接，第一mos管與第二mos管的漏極共接，第二mos管的源極接地，脈沖帶寬調制信號接入第一mos管和第二mos管的柵極；第一mos管與第二mos管的漏極共接點與第一電容的一端相連接，第一電容的另一端接地；第一mos管、第二mos管與第一電容共接點與第二比較器的負輸入端相連接，第二參考電壓接入第二比較器的正輸入端，第二比較器輸出第三控制信號。

優選地，維持導通時間控制子模塊包括：第三mos管、第四mos管、第二流控電流源、第二電容和第三比較器；其中，電源接入第三mos管的源極，第三mos管與第四mos管的漏極共接，第四mos管的源極與第二流控電流源的一端相連接，第二流控電流源的另一端接地，脈沖帶寬調制信號接入第三mos管和第四mos管的柵極；第三mos管與第四mos管的漏極共接點與第二電容的一端相連接，第二電容的另一端接地；第三mos管、第四mos管與第二電容共接點與第三比較器的負輸入端相連接，第三參考電壓接入第三比較器的正輸入端，第三比較器輸出第四控制信號。

優選地，脈沖帶寬調制信號的上升沿與第二比較器的上升沿或下降沿同步，脈沖帶寬調制信號的下降沿與第三比較器的上升沿或下降沿同步；脈沖帶寬調制信號的高電平所占的時間為功率開關管的導通時間t_on，脈沖帶寬調制信號的低電平所占的時間為功率開關管的關斷時間t_off。

優選地，第一控制模塊或第二控制模塊包括：跨導放大器，用于將輸入的電壓控制信號轉換為電流控制信號，電流控制信號輸入到第一流控電流源或第二流控電流源。

優選地，維持導通時間控制子模塊還包括：電流比例放大器，用于調節輸入到第二流控電流源的電流控制信號，以調節功率開關管的關斷時間t_off和功率開關管的導通時間t_on的差值，使電感的平均電流穩定變化。

本發明可以應用到led照明領域，本發明實施例提供的用于led驅動器調光控制電路，可通過控制較小功率開關管的維持導通時間t_on或維持關斷時間t_off，進一步可靠降低電感電流。另外，還可通過調節功率開關管的維持導通時間t_on和維持關斷時間t_off的數值關系，使得在母線電壓在較大范圍變化時電感電流還可以穩定變化，達到滿意的調光效果。

附圖說明

為了更清楚說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有led驅動器的調光控制電路示意圖；

圖2為圖1所示調光控制電路的電感電流il變化示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種led驅動器的調光控制電路示意圖；

圖4為圖3所示調光控制電路的電感電流il變化示意圖；

圖5為本發明實施例提供的另一種led驅動器的調光控制電路示意圖；

圖6為圖5所示調光控制電路的電感電流il變化示意圖；

圖7為本發明實施例提供的又一種led驅動器的調光控制電路示意圖；

圖8為在圖3中加入維持導通時間t_on控制前后電感電流隨母線電壓vm變化對比示意圖；

圖9為圖3、圖5或圖7所示實施例的一種具體電路示意圖；

圖10為圖9所示電路的一種時序圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

為便于對本發明實施例的理解，下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

需要說明的是，本發明實施例均以buck架構為例進行說明，但本發明不僅限于buck架構。

首先，為了更好的理解本發明，下面先介紹現有led驅動器的調光控制電路的工作原理及各部分的連接關系。

圖1現有led驅動器的調光控制電路示意圖，如圖1所示，包括：led電路、電感l1、二極管d1、儲能電感退磁檢測(zerocurrentdetection，簡稱zcd)電路、觸發器、第一比較器comp1、最小導通時間(t_leb)電路、驅動器(driver)、功率開關管m1和電阻r1，其中：

最小導通時間(t_leb)電路，用于去除(電壓或電流)毛刺，防止觸發器誤觸發。

zcd電路，用于檢測電感l1的電流，當電感l1的電流為零后，輸出第一控制信號到觸發器的第一輸入端以控制功率開關管m1導通。

第一比較器comp1，用于采集電感l1的電流信號，當電感l1的電流到達第一閾值時，輸出第二控制信號到觸發器的第二輸入端以控制功率開關管m1關斷。其中，第一閾值根據輸入到第一比較器comp1的第一參考電壓vref1和電阻r1確定。

觸發器，用于根據第一控制信號和第二控制信號通過驅動器(driver)控制功率開關管m1的導通或關斷，功率開關管m1導通時所述電感l1充電。例如rs觸發器或d觸發器等。

具體地，現有led驅動器的調光控制電路各部分的連接關系如下：

需要說明的是，下面以rs觸發器說明本發明，其中，rs觸發器的s輸入端為第一輸入端，r輸入端為第二輸入端。此外，rs觸發器還可由其他類型的觸發器替換。

母線電壓vm接入led電路的一端，led電路的另一端與電感l1的一端相連接，電感l1的另一端與功率開關管m1的漏極相連接，功率開關管m1的源極與電阻r1的一端相連接，電阻r1的另一端接地。zcd電路的一端與rs觸發器的s輸入端相連接，rs觸發器的輸出端與驅動器的一端相連接，驅動器的輸出端和zcd電路的另一端分別與功率開關管m1的柵極相連接，功率開關管m1的源極與電阻r1的連接點與最小導通時間(t_leb)電路的一端相連接，最小導通時間(t_leb)電路的另一端與第一比較器comp1的正輸入端相連接，第一參考電壓vref1和調光控制信號δv經過減法器與第一比較器comp1的負輸入端相連接，第一比較器comp1的輸出端與rs觸發器的r輸入端相連接。

需要說明的是，led驅動器的工作原理如下：m1導通時，母線電壓vm給電感l1充電，電感l1的電流隨時間增大。采樣電阻r1及第一比較器comp1用于il峰值檢測，當電感電流il增加到vref1/r1時，第一比較器comp1輸出第二控制信號到rs觸發器的r端，使得m1關斷。電感l1開始放電，電感電流il隨時間減小。zcd檢測電感退磁是否結束以開啟開關管m1，當zcd電路檢測到il為零后，輸出第一控制信號到rs觸發器的s端，使得m1導通，進入下一個周期。

需要說明的是，本發明實施例給出的buck電路示意圖中，電感l1與led電路為串聯結構，實際應用中，可不限于串聯結構。通常，電感l1電流大小與led電路的電流成正比，即電感l1的電流大小與led電路的發光亮度成正比。可通過調節電感電流以調節led亮度。

進一步地，當在vref1端加入調光控制信號δv后，減小vref1，則電感il會隨之減小。如圖2所示，加入調光控制信號前，電感電流il峰值和平均值分別為：

其中，ipeak1和iavg1為調光前的峰值和平均值，ipeak2和iavg2為調光后的峰值和平均值。

具體地，設m1導通狀態下的時間為維持導通時間t_on；設m1關斷狀態下的時間為維持關斷時間t_off。

圖3為本發明實施例提供的一種led驅動器的調光控制電路示意圖，如圖3所示，在圖1的基礎上，圖3還包括：

第一控制模塊100，用于在電感l1的電流為零后，控制功率開關管m1維持關斷狀態，以增加功率開關管m1的關斷時間t_off，降低電感l1的平均電流，調節led電路的發光亮度。

具體地，第一控制模塊100包括：調光控制(dim_ctrl)子模塊110，用于將電壓調光信號轉換為電流調光控制信號。維持關斷時間(t_off)控制子模塊120，用于輸出第三控制信號，以維持功率開關管m1關斷。

第一邏輯門φ1，用于接收第三控制信號和第一控制信號，使第三控制信號的優先級高于第一控制信號，并輸出到rs觸發器的s端，用于在電感l1的電流為零后，第三控制信號控制功率開關管m1維持關斷狀態，以增加功率開關管m1的關斷時間t_off，降低電感l1的平均電流，調節led電路的發光亮度。具體地，為使第三控制信號的優先級高于第一控制信號，φ1可以為“與”門。

具體地，本發明實施例通過調節維持關斷時間t_off來實現降低電感電流：以常見的開關電源buck架構為例，簡要說明本實施例的工作原理。如圖3所示，采樣電阻r1及第一比較器comp1決定電感l1峰值電流ipeak，維持關斷時間(t_off)控制子模塊120與zcd共同決定功率開關管m1的關斷時間，兩者關系為“與”關系，因此通過設定維持關斷時間t_off，使電感電流進入斷續模式，即可達到降低電感平均電流的目的。根據圖3，通過設定維持關斷時間t_off的電感電流公式為：

圖4為圖3所示調光控制電路的電感電流il變化示意圖，如圖4所示，調光前后的il峰值不變，均值變為公式(1)。其中，tdemag代表的是調光前電感l1的退磁時間，可以理解的是，tdemag同樣代表調光前m1的關斷時間。另外，圖4中延長m1的關斷時間t_off，在電感l1退磁結束后，電感電流il進入續斷模式，體現為圖4中的振蕩曲線。

可以理解的是，通過調節維持關斷時間t_off，在zcd檢測電感退磁結束，il為零后，通過維持關斷時間(t_off)控制子模塊120，輸出第三控制信號，維持m1處于關斷狀態，實現降低電感電流il。通常狀態下，t_off≥tdemag。故，采用圖3所示的實施例，通過調節維持關斷時間t_off來實現降低電感電流，達到對led更好的調光效果。

圖5為本發明實施例提供的另一種led驅動器的調光控制電路示意圖，如圖5所示，在圖1的基礎上，圖5還包括：

第二控制模塊200，用于在電感l1的電流到達第一閾值之前，控制功率開關管m1提前關斷，以減小功率開關管m1的導通時間t_on，降低電感l1的平均電流，調節led電路的發光亮度。

用于輸出第四控制信號，第四控制信號和第二控制信號經過第二邏輯門φ2輸入到rs觸發器的r端，以控制m1的導通時間t_on。

具體地，第二控制模塊200包括：調光控制(dim_ctrl)子模塊210，用于將電壓調光信號轉換為電流調光控制信號。維持導通時間(t_on)控制子模塊220，用于輸出第四控制信號，以維持功率開關管m1關斷。

需要說明的是，ton是指沒有加入維持導通時間(t_on)控制子模塊的m1的導通時間，即由第一比較器comp1負輸入端輸入的電壓vref1或(vref1-△v)所決定的導通時間。而t_on是控制量，是通過調光控制信號產生的。

第二邏輯門φ2，用于接收第四控制信號和第二控制信號，使第四控制信號和第二控制信號的優先級相同，并輸出到rs觸發器，用于在電感l1的電流到達第一閾值之前，第四控制信號控制功率開關管m1提前關斷，以減小功率開關管m1的導通時間t_on，降低電感l1的平均電流，調節led電路的發光亮度。

具體地，以常見的開關電源buck架構為例，簡要說明圖5所示實施例的工作原理。如圖5所示，采樣電阻r1及第一比較器comp1與維持導通時間(t_on)子模塊共同決定功率開關管m1的導通時間，兩者的關系為“或”關系。因此可通過設定維持導通時間t_on，來提前關斷開關管m1，來達到降低電感il峰值電流的目的，從而降低電感電流。根據圖5，通過設定維持導通時間t_on的電感電流公式為：

需要說明的是，公式(2)中的vin代表的是母線電壓vm，vout代表的是led電路的壓降vled。

圖6為圖5所示調光控制電路的電感電流il變化示意圖，如圖6所示，調光前后的il峰值和均值均發生變化。其中，由于t_off＝tdemag,故在調節t_on時，電感電流的均值仍是峰值的一半數值。

可以理解的是，通過調節維持導通時間t_on，在采樣電阻r1及第一比較器comp1還未檢測到il峰值時，通過維持導通時間(t_on)控制子模塊220，輸出第四控制信號，提前關斷m1，實現降低電感電流il。故，采用圖6所示的實施例，提前關斷m1，減小了m1的導通時間t_on，減小了l1的充電時間，故降低了電感電流。通過調節維持導通時間t_on來實現降低電感電流，達到對led更好的調光效果。

圖7為本發明實施例提供的又一種led驅動器的調光控制電路示意圖，如圖7所示，在圖1的基礎上，包括第三控制模塊300。

其中，第三控制模塊300結合了上述圖3和圖5提供的第一控制模塊100和第二控制模塊200兩部分，其各模塊的工作原理可過程參見圖3、圖5所述，在此不予贅述。

需要說明的是，通過維持關斷時間t_off來實現降低電感電流的方案，會遇到當母線電壓vm變化范圍較大時電感電流也隨之變化的問題。可結合通過維持導通時間t_on來實現降低電感電流的方案，解決此問題。

具體地，通過維持關斷時間t_off來降低電感電流，對公式(1)中的ton求導可以得到：

由于可見，電感電流平均值iavgt_off隨ton變化且單調。

對于公式(1)，若ton較小，且t_off>tdmag>>ton，則公式(1)可近似為:

可以理解的是，對于通過設定維持關斷時間t_off來降低電感電流的方式，其在ton較小時可維持il近似穩定。而當ton由較小值向較大值變化時，特別是當ton逐漸接近t_off時，il會逐步升高。對于圖3所示的非隔離buck架構，此問題表現為母線電壓vm逐漸降低，導致ton時間增大，且此問題無法完全避免。如圖8所示。

圖8為在圖3中加入維持導通時間t_on控制前后電感電流隨母線電壓vm變化對比示意圖，例如，在斷電的過程中，母線電壓vm逐漸減小，隨著母線電壓vm的降低，導通時間ton會增大，故il增加，當母線電壓降低到led電壓vled時，即此時電感能量近似為零時，il才會驟降，故會出現圖8中實現部分所示的毛刺，其表現為led燈突亮的現象。

解決此問題的方法即利用公式(2)，通過設定的較小的m1的導通時間t_on來降低il的峰值電流，同時保證m1的t_on始終遠小于t_off，從而保持il的穩定。如圖8所示的虛線部分。

圖9為圖3、圖5或圖7所示實施例的一種具體電路示意圖，如圖9所示，包括調光控制子模塊110/210、維持關斷時間控制子模塊120和維持導通時間控制子模塊220。

其中，調光控制子模塊110/210可以是跨導放大器gm，用于將輸入的電壓控制信號轉換為電流控制信號，并將轉換后的電流控制信號輸入到維持關斷時間控制子模塊120和維持導通時間控制子模塊220。

需要說明的是，調光控制信號不限于電壓信號，也可以是電流信號或者其他形式的信號。

維持關斷時間控制子模塊120包括：第一流控電流源s1、第一mos管m2、第二mos管m3、第一電容c1和第二比較器comp2。

具體地，電源vdd與s1的一端相連接，s1的另一端與m2的源極相連接，m2與m3的漏極共接，m3的源極接地，脈沖帶寬調制信號pwm接入m2和m3的柵極。m2與m3的漏極共接點與c1的一端相連接，c1的另一端接地；m2、m3與c1共接點與comp2的負輸入端相連接，第二參考電壓vref2接入comp2的正輸入端，comp2輸出第三控制信號。

維持導通時間控制子模塊220包括：第三mos管m4、第四mos管m5、第二流控電流源s2、第二電容c2和第三比較器comp3。

具體地，電源vdd接入m4的源極，m4與m5的漏極共接，m4的源極與s2的一端相連接，s2的另一端接地，脈沖帶寬調制信號pwm接入m4和m5的柵極；m4和m5的漏極共接點與c2的一端相連接，c2的另一端接地；m4、m5與c2共接點與comp3的負輸入端相連接，第三參考電壓vref3接入comp3的正輸入端，comp3輸出第四控制信號。

具體地，調光控制子模塊110/210將轉換后的電流控制信號輸入到s1或者s2。

另外，維持導通時間控制子模塊220還包括：電流比例放大器(加權k)，用于調節電流控制信號向s2的輸入，以調節m1的關斷時間t_off和m1的導通時間t_on的差值。通過設定的較小的m1的導通時間t_on和/或設定較大的關斷時間t_off來降低il的峰值電流，保證m1的t_on始終遠小于t_off，從而保持il的穩定。

其中，如圖10所示，脈沖帶寬調制信號pwm的上升沿與第二比較器comp2的上升沿或下降沿同步，脈沖帶寬調制信號pwm的下降沿與第三比較器comp3的上升沿或下降沿同步；脈沖帶寬調制信號pwm的高電平所占的時間為功率開關管m1的導通時間t_on，脈沖帶寬調制信號pwm的低電平所占的時間為功率開關管m1的關斷時間t_off。

需要說明的是，m2和m4可以是pmos管，m3和m5可以是nmos管。m2-m5、pwm信號、s1和s2決定c1、c2的充放電狀態，上述部件共同決定t_on和t_off的具體時間。

在圖9所示電路的各器件選型固定的情況下，可以通過調光控制信號的大小，控制t_on和t_off的時間，以調控電感電流，即調控led的光亮。例如，可通過增加t_off和/或減小t_on，降低電感電流。進一步地，可通過電流比例放大器，調控t_off和t_on的差值或比例關系，在母線電壓vm變化范圍較大時，是電感電流不會出現圖8中所示的毛刺，電感電流穩定變化。

圖10為圖9所示電路的一種時序圖，如圖10所示：

一方面，設c1電壓為v_off，在comp2的正輸入端輸入vref2，在c1充電的過程，即v_off上升的過程，當v_off上升至大于或等于vref2時，t_off輸出的第三控制信號變為高電平，此時，m1導通。其中，由于s1接入電路中，故c1充電需要一段時間，也可以理解為：t_off時間為c1充電至電壓為vref2的時間。

另一方面，設c2電壓為v_on，在comp3的正輸入端輸入vref3，在c2放電的過程，即v_on由vdd減小的過程，當v_on減小至小于或等于vref3時，t_on輸出的第四控制信號變為高電平，此時，m1提前關斷。其中，由于s2接入電路中，故c2放電需要一段時間，也可以理解為：t_on時間為v_on由vdd放電至電壓為vref3的時間。

可以通過電流比例放大器(加權k)控制s1與s2的比例關系，使得t_off>>t_on。即保證m1的t_on始終遠小于t_off，從而保持il的穩定。同時，通過控制t_off和t_on，降低電感電流，調節led的發光亮度。

需要說明的是，本發明實施例提供用于led驅動器的調光控制電路或方法也同樣適用于其他拓撲結果及隔離應用。

本發明實施例提供一種用于led驅動器的調光控制電路，通過減小功率開關管的維持導通時間t_on，和/或增加功率開關管的維持關斷時間t_off，進一步可靠的降低電感電流，另外，還可通過調節功率開關管的維持導通時間t_on和維持關斷時間t_off的數值關系，使得在母線電壓在較大范圍變化時電感電流還可以穩定變化。本發明實施例已經應用到一款led驅動開關電源中。經實際測試，工作可靠，實現了穩定降低電感電流，達到了滿意的調光效果。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。