可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及led发光装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及LED发光装置。控制电路包括内部供电模块和控制模块。内部供电模块将将输入的电压钳位为第一电压，并用第一电压为自身和控制模块供电；对从外部输入的电压采用钳位的形式，省去了外围的VCC电容，降低了系统成本，而且，第一电压可以根据驱动要求及工艺耐压设置为期望的电压值，可以通过低压工艺实现，降低了成本。控制模块对LED灯串的电流进行采样得到采样电压；放大采样电压并将放大的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压；放大滤波电压与放大的采样电压的差值，并将其输出；利用低通滤波方式可将滤波电容内置，省去外置滤波电容，简化了外围电路的结构。
【专利说明】
可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及LED发光装置
技术领域
[0001]本发明涉及LED控制芯片领域，尤其涉及一种可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及LED发光装置。
【背景技术】
[0002]目前LED市场中，针对不同的应用领域其驱动方式有多种，其中有一种所谓的高PFC驱动芯片，利用这种高PFC的驱动芯片有利于提高电网的有效功率。但是这种高PFC芯片的输出电流存在100HZ?120HZ的工频纹波。而这种工频纹波会引起负载LED产生频闪，但是在很多的应用场合这种频闪是客户无法接受的，除此之外工频纹波还会影响LED灯的寿命。因此需要对这种工频纹波进行处理。
[0003]图1给出了目前市场上用来消除电流工频纹波的控制器芯片应用结构图，其既需要VCC电容Cvcc，还需要COMP滤波电容Ccomp，系统外围成本较大，而且从芯片VIN引脚耐压来看都需要高压工艺，高压工艺导致成本进一步偏高，同时，芯片还不具有温度补偿功能。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及LED发光装置，将输入的电压进行钳位，省去了外围的VCC电容，降低了系统成本，利用低通滤波方式可将滤波电容内置，简化了外围电路。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种可消除电流纹波的控制电路，所述控制电路包括:
内部供电模块，用于将输入的电压钳位为第一电压，并用所述第一电压为自身和控制模块供电；
控制模块，用于对LED灯串的电流进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压;对所述滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。
[0007]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述内部供电模块包括:
供电电压产生单元，用于将从外部输入的电压钳位为第一电压，并用所述第一电压为内部供电模块和控制模块供电；
欠压锁定单元，用于检测从外部输入的电压，在检测到从外部输入的电压低于预设电压时，输出欠压锁定信号使所述控制电路停止工作；
电流电压基准单元，用于为所述控制电路提供预设电压、参考电压及偏置电流。
[0008]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述控制模块包括:
采样单元，用于对LED灯串的电流进行采样，得到采样电压；
缓冲单元，用于对采样电压进行放大；
低通滤波单元，内置有电阻和滤波电容，所述内置的电阻与滤波电容构成RC电路，所述低通滤波单元用于对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压；
滤波电容放电单元，用于通过调节低通滤波单元内置的滤波电容的电荷，使滤波电容的电压在一个工频周期的初始电压和结尾电压保持不变；
误差放大单元，用于对滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。
[0009]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述控制模块还包括补偿单元，所述补偿单元用于将滤波电压放大到原来的k倍，在所述控制电路的温度未达到补偿温度时，将k值设置为固定值;在所述控制电路的温度达到补偿温度时，使k值随所述控制电路的温度的增大而增大；
所述误差放大单元具体用于:对k倍的滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。
[0010]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述控制模块还包括软启动单元，所述软启动单元用于在所述控制电路上电后的第一时间内，使低通滤波单元处于关断状态;在所述控制电路上电第一时间以后，使低通滤波单元处于开启状态。
[0011]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述滤波电容放电单元包括第一比较器、第一开关和第一电阻;所述第一比较器的正相输入端连接所述误差放大单元的输出端，所述第一比较器的反相输入端输入第一参考电压，所述第一比较器的输出端连接第一开关的控制端，所述第一开关的一端连接低通滤波单元的输出端，所述第一开关的另一端通过第一电阻接地;所述第一开关高电平闭合，低电平断开。
[0012]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述低通滤波单元的内置电阻的阻值与第一电阻的阻值之比为5?10:1。
[0013]所述可消除电流纹波的控制电路中，所述滤波电容的取值大于50pF小于lOOpF。
[0014]—种可消除电流纹波的控制芯片，包括:
内部供电模块，用于将所述控制芯片的供电引脚的电压钳位为第一电压，并为所述控制芯片供电；
控制模块，用于对所述控制芯片的片选引脚的电压进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压;对所述滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。
[0015]—种LED发光装置，所述LED发光装置包括如上所述的可消除电流纹波的控制电路。
[0016]有益效果:本发明中提供一种可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及LED发光装置，其中，所述控制电路包括内部供电模块和控制模块。所述内部供电模块将将输入的电压钳位为第一电压，并用第一电压为自身和控制模块供电；对从外部输入的电压采用钳位的形式，省去了外围的VCC电容，降低了系统成本，而且，第一电压可以根据驱动要求及工艺耐压设置为期望的电压值，可以通过低压工艺实现，降低了成本。控制模块对LED灯串的电流进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压;对所述滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出；利用低通滤波方式可将滤波电容内置，省去外置滤波电容，简化了外围电路的结构，降低了外围电路的成本。
【附图说明】
[0017]图1为现有的消除电流工频纹波的控制器芯片的应用电路图。
[0018]图2为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)的结构框图。
[0019]图3为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，供电电压产生单元的电路图。
[0020]图4为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，功率管和采样电阻外置时，控制芯片及其外围电路的电路图。
[0021]图5为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，功率管和采样电阻内置时，控制芯片及其外围电路的电路图。
[0022]图6为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，第一参考电压、GATE引脚处的电压和第一比较器CMP的输出电压的波形图。
[0023]图7为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，LED灯串负极的电压、滤波电压、缓冲放大后的滤波电压、GATE引脚处的电压和LED灯串的电流的波形图。
[0024]图8为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，在软启动时，LED灯串正极的电压、控制芯片的输入电压、欠压锁定信号、GATE引脚处的电压、滤波电压、系统电流源输出的电流的电流纹波和流过采样电阻的电流纹波的波形图。
[0025]图9为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，第一缓冲器的电路图。
[0026]图1O为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，第二缓冲器的电路图。
[0027]图11为本发明提供的可消除电流纹波的控制电路(控制芯片)中，温度补偿子单元的电路图。
【具体实施方式】
[0028]本发明提供一种可消除电流纹波的控制电路、控制芯片及LED发光装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]请参见图2，图2为本发明所述可消除电流纹波的控制电路较佳实施例的结构框图。如图2所示，所述可消除电流纹波的控制电路包括内部供电模块10和控制模块20。
[0030]所述内部供电模块10，用于将输入的电压钳位为第一电压，并用所述第一电压为自身和控制模块供电，即，为所述控制电路供电。所述输入的电压是指外部输入到所述控制电路内的、用于给控制电路供电的电压，本实施例中，外部输入的电压为供电引脚(VCC引脚)输入的电压。换而言之，所述第一电压就是所述控制电路内部各个模块的供电电压。供电引脚的电压采用钳位的形式，省去了外围的VCC电容，降低了系统成本，而且，第一电压可以根据驱动要求及工艺耐压设置为期望的电压值，可以通过低压工艺实现，降低了成本。
[0031]优选的，所述第一电压小于等于24V。本实施例中，所述第一电压为5V，当然，在其他实施例中，还可以是3V、12V等，本发明不作限定。
[0032]控制模块20，用于对LED灯串的电流进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压Vc;对所述滤波电压Vc和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。即，放大后的所述差值就是所述控制电路的输出信号，所述控制电路的输出信号从GATE引脚输出。所述控制模块20的输出端就是所述控制电路的GATE引脚，所述GATE引脚可以连接外部的功率管，通过控制功率管的导通状态，进而控制LED灯串的电流；当然，所述功率管也可以内置，即，所述控制电路还包括功率管，所述控制模块的输出端连接所述功率管的栅极。功率管的导通状态包括功率管工作在线性区或饱和区，因为功率管工作在线性区或饱和区时，电流能力是不同的，故可以控ffjijLED灯串的电流。所述控制电路还包括接地的GND引脚和PGND引脚。
[0033]本发明利用低通滤波方式可将滤波电容内置，省去外置滤波电容，简化了外围电路的结构，降低了外围电路的成本。
[0034]请继续参阅图2，所述控制模块20包括采样单元210、缓冲单元220、低通滤波单元230、滤波电容放电单元240、补偿单元250、误差放大单元260和软启动单元270。
[0035]所述采样单元210，用于对LED灯串的电流进行采样，并将采样电流转化为采样电压Vcs;换而言之，所述采样单元210对片选引脚(CS引脚)的电压进行采样，得到采样电压Vcs。本实施例中，所述采样单元210包括采样电阻Rcs，所述采样电阻Rcs可以根据系统电流的大小和芯片所用的封装形式进行内置或者外置，所述采样电阻Rcs的阻值及流过其的LED电流大小决定采样电压Vcs的大小，如果采样电阻Rcs大则所得到的Vcs电压大。大的Vcs电压的不足之处在于:其一，采样电阻的功耗较大，较大的功耗会降低系统效率，同时对于采样电阻内置来说会产生较大的热量，需要散热能力好的封装形式;其二，如果Vcs电压太大，即意味着图4所示的功率管M2的源极电压较大，所以需要较大的功率管栅极驱动电压来满足其在线性区工作，大的驱动电压要求耐压较高的工艺，这样就会增加芯片成本;故本发明中所述采样电阻Rcs需要合理的取值使得采样电压Vcs约等于0.075V~0.15V，对于采样电阻集成在芯片内部来说，建议取值为0.5 Ω，如果采样电阻外置，则可以根据LED电流的大小选取不同阻值的采样电阻满足Vcs约等于0.1V即可。换而言之，所述采样电阻Rcs可以设置在所述控制电路外部，所述控制电路的外围电路如图4所示，通过所述采样电阻Rcs的采样得到的采样电压Vcs为0.1V(0.1V±0.05V属于此范围)，可通过这一标准选取采样电阻Rcs的阻值。当然，所述采样电阻Rcs也可以设置在控制电路内部，所述控制电路的外围电路如图5所示，此时采样电阻Rcs取值为0.5 Ω。
[0036]所述缓冲单元220，用于对采样电压Vcs进行缓冲放大。所述缓冲单元220包括第一缓冲器。由于采样电压很小，故须采用所述第一缓冲器对Vcs电压进行缓冲放大后得到电压Vcsl，使得控制电路内部有合理的工作电压点，保证控制模块内的各个单元能正常运行。对于采样电阻内置的控制电路来说，本芯片会根据采样电压Vcs的大小实现不同的放大倍数，且倍数范围是6?10倍，S卩，缓冲单元220对采样电压Vcs进行缓冲放大的倍数范围是6?10倍。由于此不同放大倍数的设计使得本发明在兼顾温度和Corner漂移下仍可以满足电流的应用范围为10mA?300mA。
[0037]所述低通滤波单元230，内置有电阻R和滤波电容C，所述内置的电阻R与滤波电容C构成RC电路，所述低通滤波单元230用于对缓冲放大后的采样电压Vcsl进行低通滤波处理，得到稳定的滤波电压Vc。所述低通滤波单元230包括低通滤波器(LPF)。所述低通滤波单元230滤除的输入波形主要是100HZ的工频纹波，RC常数要大于10ms，才可以起到滤波作用，假设等效电阻R=500MQ，则内部集成电容C只需要20pF即可，但是滤波电容C太小抗干扰能力差，本发明中滤波电容C取值大于50pF小于100pF。图2中所述的低通滤波单元230，由电阻R和滤波电容C构成，其中电阻R可以通过等效开关电容电路轻松实现阻值大于500ΜΩ，由此可见利用这种低通滤波方式可将滤波电容内置，省去外置滤波电容，简化了外围的电路。
[0038]所述滤波电容放电单元240，用于通过调节低通滤波单元230内置的滤波电容C的电荷，使滤波电容C的电压在一个工频周期的初始电压和结尾电压保持不变。所述滤波电容C的电压就是所述滤波电压。所述滤波电容放电单元240包括第一比较器CMP、第一开关SI和第一电阻Rl;所述第一比较器CMP的正相输入端为滤波电容放电单元240的输入端、连接所述控制芯片的GATE引脚，所述第一比较器CMP的反相输入端输入第一参考电压Vrefl，所述第一比较器CMP的输出端连接第一开关SI的控制端，所述第一开关SI的一端为滤波电容放电单元240的输出端、连接低通滤波单元230的输出端，所述第一开关SI的另一端通过第一电阻Rl接地;所述第一开关SI高电平闭合，低电平断开。
[0039]由电路图可知，所述滤波电容放电单元240可以用来调节滤波电压Vc在一个工频周期的初始和结尾电压保持不变。其中将电阻R与第一电阻Rl阻值的比例设计为5?10可以得到较好的纹波消除能力，即，所述低通滤波单元的内置电阻R的阻值与第一电阻Rl的阻值之比为5:1?10:1。而所述第一开关SI受到所述第一比较器CMP的控制，其同相端接GATE引脚信号，反相端接第一参考电压Vrefl，输入输出波形如图6所示。图6中，GATE表示控制芯片GATE引脚处的电压。当第一比较器CMP的输出电压CMP_0UT为高电平时，第一开关SI闭合，第一电阻Rl开始为滤波电容C放电。
[0040]所述误差放大单元260，用于对滤波电压Vc和放大后的采样电压Vcsl的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。
[0041]所述缓冲单元220的输入端连接采样单元210的输出端，所述缓冲单元220的输出端连接误差放大单元260的第二输入端和低通滤波单元230的输入端;所述低通滤波单元230的输出端连接滤波电容放电单元240的输出端和误差放大单元260的第一输入端，所述误差放大单元260的输出端为控制模块20的输出端、连接内置或外置的功率管。
[0042 ]由此可知，本发明提供的控制模块可以很好的消除LED灯串的电流纹波，外围电路非常简单，降低了系统的外围成本。
[0043]进一步的，本发明的控制电路还提供温度补偿功能。所述补偿单元250，用于将滤波电压Vc缓冲放大到原来的k倍，在所述控制电路的温度未达到补偿温度时，将k值设置为固定值;在所述控制电路的温度达到补偿温度时，使k值随所述控制电路的温度的增大而增大。换而言之，所述补偿单元250的作用是将滤波电压Vc缓冲为Vcl，其中Vcl=k*Vc，其中系数k在温度达到一定值(补偿温度)之前为固定值，k越大纹波电流越大，系统越稳定，k越小纹波电流越小，系统越不稳定，所以k的取值折中于系统稳定性和纹波电流，本发明中k的取值与温度补偿斜率有关。当电路温度达到设计的温度补偿值(补偿温度)时，所述系数k开始变大，温度越高k值越大，k值越大，电流纹波越大，电流纹波变大的同时图5所示的LEDN的电压(LED灯串的负极的电压)开始降低，此电压的降低意味着芯片消耗的功耗开始降低，进一步芯片温度开始降低，最后导致k值变小，最后经过系统调节，输出电流纹波将达到一个平衡值。这种智能温控的优点在于，在环境温度或者控制电路温度升高时，可以通过牺牲电流纹波的性能来降低控制电路自身的功耗，保证消纹波控制电路不会影响系统的正常工作，而不是通过关断消纹波级的控制电路来降低温度，从而提高了系统工作的稳定性。
[0044]所述补偿单元250包括第二缓冲器和温度补偿子单元，所述第二缓冲器用于将滤波电压Vc缓冲放大到原来的k倍。所述温度补偿子单元用于在所述控制电路的温度未达到补偿温度时，将k值设置为固定值;在所述控制电路的温度达到补偿温度时，使k值随所述控制电路的温度的增大而增大。
[0045]由于增加了补偿单元250，故所述误差放大单元260具体用于:对k倍的滤波电压Vcl和缓冲放大后的采样电压Vcsl的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出；所述误差放大单元260的输出端连接所述控制电路的GATE引脚。所述误差放大单元260包括误差放大器EA，所述误差放大器EA的正相输入端为误差放大单元260的第一输入端、连接补偿单元250的输出端，S卩，所述误差放大器EA的正相输入端输入k倍的滤波电压Vcl;所述误差放大器EA的反相输入端为误差放大单元260的第二输入端、连接缓冲单元220的输出端，S卩，所述误差放大器EA的反相输入端输入缓冲放大后的采样电压Vcsl;所述误差放大器EA的输出端为误差放大单元260的输出端、也是控制模块20的输出端、连接控制电路的GATE引脚。
[0046]所述误差放大器EA的作用是，将其同相输入信号Vcl和反相输入信号Vcsl进行放大，并输出驱动信号通过GATE引脚直接驱动分立的功率管器件(如图4中的M2)。请一并参考图4，当LEDN端电压(即，LED灯串的负极电压)处于电压的波谷时，功率管M2的VDS压降很小，如果保持M2的栅极电压不变，则其电流能力不足以通过当前流过的电流，此时LED电流开始出现微小的下降，导致Vcsl电压出现微小的下降。由于大的RC常数的作用，Vcl电压对于Vcsl的响应很慢，此时意味着图2中所述误差放大器EA的输入信号出现较大的差值，其工作状态会从放大状态进入比较器状态，输出的驱动信号会出现一个上跳的pulse，使得功率管M2进入较强的线型区工作状态，此时流过功率管M2的电流开始回升，误差放大器EA输入端信号的压差开始减小，其工作状态回到放大状态，输出驱动信号开始回落，pulse消失。系统处于稳定状态时，各节点的电压电流波形如图7所示，其中，I_led为LED灯串的电流。
[0047]进一步的，所述内部供电模块10包括欠压锁定单元110、电流电压基准单元120和供电电压产生单元130。
[0048]所述供电电压产生单元130，用于将从外部输入的电压钳位为第一电压，并用所述第一电压为内部供电模块10和控制模块20供电，S卩，为所述控制电路供电。请参阅图3，所述供电电压产生单元130包括启动电阻Rext、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容Cl、第一 MOS管Ml和第一运算放大器Al;所述启动电阻Rext的一端连接LED灯串的正极(其电压为Vied)，所述启动电阻Rext的另一端连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器Al的正相输入端、并通过第四电阻R4接地;所述第一运算放大器Al的反相输入端输入第二参考电压Vref 2，所述第一运算放大器Al的输出端连接第一 MOS管Ml的栅极和第一电容Cl的一端，所述第一电容Cl的另一端连接第二电阻R2的另一端和第一 MOS管Ml的漏极，所述第一 MOS管Ml的源极接地。
[0049]所述欠压锁定单元110，用于检测从外部输入的电压，在检测到从外部输入的电压低于预设电压时，输出欠压锁定信号使所述控制电路停止工作。本实施例中，所述欠压锁定信号为高电平时，控制电路停止工作;所述欠压锁定信号为低电平时，控制电路开始工作。
[0050]所述电流电压基准单元120，用于为所述控制电路提供预设电压、各类参考电压Vref (包括第一参考电压Vref 1、第二参考电压Vref2和温度参考电压Vref3)及偏置电流。[0051 ]本实施例中，所述启动电阻Rext为控制电路的外接电阻，连接在LED灯串的正极与VCC引脚之间，是所述控制电路的启动电阻，为控制电路供电的同时也起到限制工作电流的作用，其阻值可以根据本发明所需要的驱动电流的大小进行调节，当然，在其他实施例中，所述启动电阻Rext也可以内置。第三电阻R3和第四电阻R4组成分压电阻串，且分压后的节点电压Vdi V作为运放Al的同向输入端，而Al通过放大Vdi V和Vref的压差进一步控制第一MOS管Ml的栅极电压大小，达到钳位VCC电压为一个稳定电压的目的，所述VCC电压就是VCC弓丨脚的电压;第一电容Cl跨接在钳位管(第一MOS管)Ml的栅漏之间，起到miller补偿(密勒补偿)的作用，有利于VCC产生电路AC稳定;第二电阻R2的阻值较小，在Ml打开瞬间起到限制电流的作用，同时具有ESD保护功能，有效地保护了Ml管。当Vled从OV开始缓慢上升，VCC引脚电压跟随Vled电压，当VCC电压达到2V左右时，内部带隙基准电路(S卩，电流电压基准单元120)开始工作，同时内部第二参考电压Vref 2也开始逐渐建立，此时由于Vref 2电压大于VCC的分压电压Vdiv，所述运放Al输出电压为低，钳位管Ml处于关断状态；当VCC电压逐渐上升，使得其分压电压Vdiv电压接近于Vref电压时，Al的输出也逐渐变大，Ml开始导通，此时钳位电流会从Vled流经R2、M1到地；当VCC电压上升使得Vdiv电压大于Vref电压时，Al输出电压变得更大，使得Ml的下拉电流更大，从而使得VCC变小;反之则，当VCC电压变小时，环路调节会使得Ml的下拉电流能力变弱，进一步使得VCC向相反的方向变化。VCC钳位电压的表达式可以表示为:VCC=Vled-Rext X Ivcc，可见如果Vled在系统应用中略有波动，电路可以通过调节Ivcc电流的大小使得VCC电压达到稳定值，Ivcc电流必须设置的足够大，兼容控制电路静态工作电流的同时还要满足驱动功率管需要的瞬态电流及Vled电压波动引起的电流变小的情况。由上述可见，VCC采用钳位的形式，可以省去外围的VCC电容，降低了系统成本;同时VCC电压可以根据驱动要求及工艺耐压设置为期望的电压值，本发明中VCC电压设置在5V，可以通过低压工艺实现，降低了成本。
[0052]由图3的电路图可知，只需根据第三电阻R3和第四电阻R4的阻值，设置合适的第二参考电压Vref2，即可将控制电路的供电电压钳位在第一电压，非常方便和实用。
[0053]所述软启动单元270用于在控制电路上电后的第一时间tl内，使低通滤波单元230处于关断状态(即，低通滤波单元230不工作);在控制电路上电第一时间tl以后，使低通滤波单元230处于开启状态(即，低通滤波单元230工作)。
[0054]结合图4对软启动单元270的工作原理进行分析如下:随着系统电流源I为第二电容Cout充电，Vled电压逐渐上升，控制电路的输入电压Vin电压达到预设电压之后，内部模块开始工作；随着Cout正极板的电压逐渐上升，Vled达到LED灯串30的正向导通压降，此时LED灯串30被点亮。但是在控制电路(S卩，控制芯片Ul)上电后的11时间内，图2中所述软启动单元270使得低通滤波单元230处于关断状态，滤波电压Vc上拉到高电平，此高电平信号可以保证图2中所述误差放大器EA输出的驱动信号保持为高电平，功率管M2处于常通状态，此时系统并无消纹波功能，流过采样电阻Rcs的电流纹波与系统电流源I输出的电流I out的电流纹波保持一致，波形如图8所示。在tl时间结束之后，图2中所述软启动单元270不再对Vc电压进行上拉，低通滤波单元230开始工作，滤波电容C开始通过低通滤波单元230，Vc电压开始缓慢下降，流过采样电阻Rcs的电流纹波逐渐变小，并最终进入系统稳定阶段，软启动结束;从第一时间11结束到采样电阻Rcs的电流纹波稳定，这段时间为第二时间t2。软启动工作原理的电压、电流波形如图8所示。其中tl+t2之和为软启动时间。本实施中，所述第一时间tl设置为128ms。所述第一时间tl需要足够长来满足下面三个要求:其一，内部各模块上电完成，可以正常工作;其二，内部滤波电容的电压Vc被上拉到高电平;其三，图4中的第二电容Cout被充到Vled达到LED灯串30的导通压降。第二时间t2是系统从无消纹波功能到有消纹波功能的过渡时间，此时间需要设置的足够长来避免滤波电压Vc及LED电流I_led发生过冲，本发明中所述第二时间t2>300ms。图8中，Vled为LED灯串30的正极的电压，Vin为输入到控制电路VCC引脚的电压，uvlo为欠压锁定单元输出欠压锁定信号，1ut为系统电流源I输出的电流的纹波，I_Rc s为流过采样电阻Re s的电流纹波。从图8中可以清晰的看到，本发明提供的控制电路，电流纹波消除得非常明显。
[0055]所述缓冲单元220的输入端连接采样单元210的输出端，所述缓冲单元220的输出端连接误差放大单元260的第二输入端和低通滤波单元230的输入端;所述低通滤波单元230的输出端连接滤波电容放电单元240的输出端和补偿单元250的输入端;所述补偿单元250的输出端连接误差放大单元260的第一输入端，所述误差放大单元260的输出端连接控制电路的GATE引脚。
[0056]进一步的，请参阅图9，所述第一缓冲器包括第二运算放大器A2、第二MOS管M3、第三MOS管M4、第四MOS管M5、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4。所述第二运算放大器A2的正相输入端为第一缓冲器的输入端、也是缓冲单元的输入端、连接控制电路的CS引脚，所述第二运算放大器A2的反相输入端连接第五电阻R5的一端和第二 MOS管M3的源极，所述第二运算放大器A2是输出端连接第二 MOS管M3的栅极;所述第五电阻R5的另一端接地，所述第二 MOS管M3的漏极连接第三MOS管M4的漏极、第三MOS管M4的栅极和第四MOS管M5的栅极，所述第三MOS管M4的源极连接第四MOS管M5的源极，所述第三MOS管M4的源极和第四MOS管M5的源极输入VCC电压;所述第四MOS管M5的漏极连接第二开关S2的一端和第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接第七电阻R7的一端和第三开关S3的一端，所述第七电阻R7的另一端连接第八电阻R8的一端和第四开关S4的一端，所述第八电阻R8的另一端通过第九电阻R9连接第十电阻RlO的一端，所述第十电阻RlO的另一端接地;所述第二开关S2的另一端为所述第一缓冲器的输出端、也是缓冲单元220的输出端、连接误差放大器EA的反相输入端、低通滤波单元230的输入端、第三开关S3的另一端和第四开关S4的另一端。所述第二 MOS管M3为缓冲匪OS管，所述第三MOS管M4和第四MOS管M5镜像设置，两者均为PMOS管。所述第三MOS管M4和第四MOS管M5的比例(尺寸比例)为1:n，本发明提到的两个MOS管之间的比例，是指两者尺寸的比例，具体为宽长比，换而言之，所述第三MOS管M4和第四MOS管M5的宽长比的比例为1:η。本实施例中，所述η取值为2 ο所述第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻RlO的阻值大小相同。Vcs电压越大相应的放大倍数越小，第二开关S2开通(即导通)、第三开关S3和第四开关S4关断，则此时第一缓冲器的放大倍数为10;第三开关S3开通、第二开关S2和第四开关S4关断，则此时第一缓冲器的放大倍数为8;第四开关S4开通、第二开关S2和第三开关S3关断，则此时第一缓冲器的放大倍数为6。而对于采样电阻Rcs和功率管M2外置的产品来说，此放大倍数取值固定为10。从而，采样电阻Rcs内部集成或者外置两种情况来说，都可得Vcsl电压为IV左右，从而可以满足内部电路的工作电压在合理的工作点。
[0057]请参阅图10，所述第二缓冲器包括第三运算放大器A3、第五MOS管M6、第六MOS管17、第七皿)3管18、第^^一电阻Rll、第十二电阻R12和第十三电阻R13。所述第三运算放大器A3的正相输入端为第二缓冲器的输入端、也是补偿单元250的输入端、连接低通滤波单元230的输出端，所述第三运算放大器A3的输出端连接第五MOS管M6的栅极，所述第五MOS管M6的源极连接第三运算放大器A3的反相输入端和第十一电阻Rll的一端，所述第十一电阻Rll的另一端接地，所述第五MOS管M6的漏极连接第六MOS管M7的漏极、第六MOS管M7的栅极和第七MOS管M8的栅极，所述第六MOS管M7的源极连接第八MOS管M8的源极，所述第六MOS管M7的源极和第八MOS管M8的源极输入VCC电压;所述第七MOS管M8的漏极为第二缓冲器的输出端、也是补偿单元250的输入端、连接误差放大器EA的正相输入端和第十二电阻R12的一端，所述第十二电阻R12的另一端为第二缓冲器的输入端、连接温度补偿子单元和第十三电阻R13的一端，所述第十三电阻R13的另一端接地。所述温度补偿子单元输出温度补偿电流I_tc，所述第五MOS管M6为NMOS管;所述第六MOS管M7和第七MOS管M8镜像设置，均为PMOS管，所述第六MOS管M7与第七MOS管M8的比例为1:1。所述第^^一电阻Rll的阻值与第十三电阻R13的阻值相同，即，R11=R13。所述第十二电阻R12的阻值是第十一电阻Rll的阻值的5倍，S卩，R12=
0.2*R11。由此可得，Vcl=1.2*Vc+R13*I_tc，其中I_tc是温度补偿电流，由此式可得当I_tc=O时Vcl=I.2*Vc;当l_tc>0时，Vcl>l.2*Vc，且Vcl随着I_tc的增大而增大。
[0058]请参阅图11，所述温度补偿子单元包括第八MOS管M9、第九MOS管MlO、第十MOS管皿11、第^^一MOS管M12、第十二 MOS管M13、第十三MOS管M14、第十四MOS管M15和第十五MOS管M16;电流电压基准单元提供的偏执电流11输入到第八MOS管M9的源极和第九MOS管MlO的源极，所述第八MOS管M9的栅极输入温度参考电压Vref 3，所述第九MOS管MlO的栅极输入三极管基极发射极电压Vbe，所述第八MOS管M9的漏极连接第十MOS管Ml I的漏极、第十MOS管Ml I的栅极和第i^一MOS管M12的栅极，所述第十MOS管Mll的源极和第^^一MOS管M12的源极均接地;所述第i^一MOS管Ml 2的漏极连接第九MOS管Ml O的漏极、第十二 MOS管Ml 3的漏极、第十二MOS管M13的栅极和第十三MOS管M14的栅极，所述第十二 MOS管M13的源极和第十三MOS管M14的源极均接地;所述第十三MOS管M14的漏极连接第十四MOS管M15的漏极、第十四MOS管M15的栅极和第十五MOS管M16的栅极，所述第十五MOS管M16的漏极为温度补偿子单元的输出端、连接第十二电阻R12的另一端;所述第十四MOS管M15的源极连接第十五MOS管M16的源极，所述第十四MOS管M15的源极和第十五MOS管M16的源极输入VCC电压。所述三极管基极发射极电压Vbe，是指在控制电路/控制芯片中，设置了一个三极管，采用一个电流源为三极管提供电流，电流流过该三极管后，该三极管基极发射极之间的电压就是Vbe，外界或控制电路的温度发送变化时，所述三极管基极发射极电压Vbe也会随之发生变化，简而言之，所述三极管基极发射极电压Vbe就是用来检测温度变化的。
[0059]第八MOS管M9的栅极输入温度参考电压Vref 3，第九MOS管MlO的栅极输入三极管基极发射极电压Vbe;第十二 MOS管M13和第十三MOS管M14起电流镜像作用，其均为NMOS管，第十二 MOS管M13与第十三MOS管M14的比例为1/η2。第十四MOS管M15和第十五MOS管M16同样起电流镜像作用，其均为PMOS管，第十四MOS管M15与第十五MOS管M16的比例为1/η3。当控制电路温度低于设计的温度补偿点(即，补偿温度)时，Vbe>Vrefl，当控制电路温度大于设计的温度补偿点时Vbe〈Vrefl，偏置电流11的部分电流会流经第十二^)5管肌3，生成电流1_113，则I_tc=I_M13*n2*n3，温度越高Vbe越小，I_M13越大，补偿电流I_tc会越大。由此可知，只需设置合适的温度参考电压Vref3，即可判断控制电路温度与补偿温度的大小关系，实现了对温度的检测和判断。
[0060]基于上述实施例提供的可消除电流纹波的控制电路，本发明还提供一种可消除电流纹波的控制芯片，所述控制芯片由上述的控制电路集成而成，换而言之，所述控制芯片的电路图就是上述的控制电路(把说明书中控制电路的描述改成控制芯片即可)，只需将上述的控制电路封装起来就可以得到所述控制芯片。
[0061]请参阅图2，所述控制芯片包括如上所述的内部供电模块10和控制模块20。
[0062]所述内部供电模块10，用于将所述控制芯片的供电引脚的电压钳位为第一电压，并为所述控制芯片供电。
[0063]所述控制模块20，用于对所述控制芯片的片选引脚的电压进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压;对所述滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。
[0064]请参阅图4，所述功率管M2和采样电阻Rcs设置在所述控制芯片Ul的外部，S卩，功率管M2和采样电阻Rcs外置。
[0065]请参阅图5，所述功率管M2和采样电阻Rcs设置在所述控制芯片Ul的内部，S卩，功率管M2和采样电阻Re s内置，所述控制芯片Ul的输出端变为LEDN引脚，LED灯串30的负极连接功率管M2的漏极，误差放大单元260的输出端连接功率管M2的栅极，功率管M2的源极通过采样电阻Rcs接地(连接PGND端)。
[0066]由于控制芯片的消除电流纹波的原理和特点在上述实施例中已详细阐述，在此不再赘述。
[0067]进一步的，在其他实施例中，本发明提供的控制电路，包括如上所述的控制芯片Ul以及控制芯片Ul的外围电路。请参阅图4，所述控制电路包括系统电流源1、第二电容Cout、输入电阻Rin、如上所述的控制芯片Ul、LED灯串30和功率管M2。所述系统电流源I的正极连接第二电容Cout的一端、输入电阻Rin的一端和LED灯串30的正极，所述第二电容Cout的另一端接地，所述输入电阻Rin的另一端连接控制芯片Ul的VCC引脚，所述LED灯串30的负极连接功率管M2的漏极，所述功率管M2的栅极连接控制芯片Ul的GATE引脚，所述功率管M2的源极连接控制芯片Ul的CS引脚、并通过采样电阻Rcs接地;所述控制芯片的GND引脚接地。当然，所述控制电路中，所述功率管M2和采样电阻Rcs也可以内置在控制芯片Ul中，这样，所述可消除电流纹波的控制电路如图5所示。
[0068]基于上述实施例提供的可消除电流纹波的控制电路，本发明还提供一种LED发光装置，其包括上述的可消除电流纹波的控制电路。由于LED发光装置消除电流纹波的原理和特点在上述实施例中已详细阐述，在此不再赘述。
[0069]应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括: 内部供电模块，用于将输入的电压钳位为第一电压，并用所述第一电压为自身和控制模块供电； 控制模块，用于对LED灯串的电流进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压;对所述滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。2.根据权利要求1所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述内部供电模块包括: 供电电压产生单元，用于将从外部输入的电压钳位为第一电压，并用所述第一电压为内部供电模块和控制模块供电； 欠压锁定单元，用于检测从外部输入的电压，在检测到从外部输入的电压低于预设电压时，输出欠压锁定信号使所述控制电路停止工作； 电流电压基准单元，用于为所述控制电路提供预设电压、参考电压及偏置电流。3.根据权利要求1所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述控制模块包括: 采样单元，用于对LED灯串的电流进行采样，得到采样电压； 缓冲单元，用于对采样电压进行放大； 低通滤波单元，内置有电阻和滤波电容，所述内置的电阻与滤波电容构成RC电路，所述低通滤波单元用于对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压； 滤波电容放电单元，用于通过调节低通滤波单元内置的滤波电容的电荷，使滤波电容的电压在一个工频周期的初始电压和结尾电压保持不变； 误差放大单元，用于对滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。4.根据权利要求3所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括补偿单元，所述补偿单元用于将滤波电压放大到原来的k倍，在所述控制电路的温度未达到补偿温度时，将k值设置为固定值;在所述控制电路的温度达到补偿温度时，使k值随所述控制电路的温度的增大而增大； 所述误差放大单元具体用于:对k倍的滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。5.根据权利要求3或4所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括软启动单元，所述软启动单元用于在所述控制电路上电后的第一时间内，使低通滤波单元处于关断状态;在所述控制电路上电第一时间以后，使低通滤波单元处于开启状态。6.根据权利要求3或4所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述滤波电容放电单元包括第一比较器、第一开关和第一电阻；所述第一比较器的正相输入端连接所述误差放大单元的输出端，所述第一比较器的反相输入端输入第一参考电压，所述第一比较器的输出端连接第一开关的控制端，所述第一开关的一端连接低通滤波单元的输出端，所述第一开关的另一端通过第一电阻接地;所述第一开关高电平闭合，低电平断开。7.根据权利要求6所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述低通滤波单元的内置电阻的阻值与第一电阻的阻值之比为5?10:1。8.根据权利要求3或4所述可消除电流纹波的控制电路，其特征在于，所述滤波电容的取值大于50pF小于lOOpF。9.一种可消除电流纹波的控制芯片，其特征在于，包括: 内部供电模块，用于将所述控制芯片的供电引脚的电压钳位为第一电压，并为所述控制芯片供电； 控制模块，用于对所述控制芯片的片选引脚的电压进行采样，得到采样电压;对所述采样电压进行放大，对放大后的采样电压进行低通滤波处理，得到滤波电压;对所述滤波电压和放大后的采样电压的差值进行放大，并将放大后的差值作为驱动功率管的驱动信号输出。10.—种LED发光装置，其特征在于，所述LED发光装置包括如权利要求1-8任意一项所述的可消除电流纹波的控制电路。
【文档编号】H05B33/08GK105848347SQ201610249770
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】宋利军, 白文利
【申请人】深圳市稳先微电子有限公司