一种LED电源的补偿电路以及LED电源的制作方法

本技术涉及集成电路领域，尤其涉及一种led电源的补偿电路以及led电源。

背景技术：

1、buck电路为一种降压型开关电源，其中pwm控制方式又可分为电压模式和电流模式，其中电流模式的控制方法可以使用低esr、小体积的陶瓷电容作为输出电容，同时具有响应速度快等优势，特别适合用于高频率、小型化的产品中。而如今的电子产品，也越来越注重体验，小型化、轻便化也逐渐成为目前的主流。

2、led产品通常需要恒流驱动，相比于其他的负载，led的负载特性比较特殊，主要表现在其动态阻抗较小，相对于一般的恒压应用，功率级的极点频率较高，因此其补偿的频率也与常规恒压电路不同。

3、如图1所示，现有的led驱动器包括led电源、补偿电路以及led电源的反馈控制电路，反馈控制电路包括逻辑控制器以及电压比较器comp，led电源为电流模式下的恒流开关电源，该开关电源为buck电路。由于开关电源存在负反馈系统，即存在反馈控制电路，故需要对其进行相位补偿，使用如图所示的补偿电路对开关电源进行相位补偿。补偿电路一般如图1所示的配置，包括跨导放大器gm、电阻rcomp、电容chf和电容ccomp，其中电阻rcomp、电容ccomp是必需的，ccomp一般电容量较大，直接在芯片中集成需要浪费很大的面积，chf一般电容量较小，典型值1pf~10pf，通常可以集成的芯片中，但chf非必需。

4、补偿电路可以通过外置补偿和内置补偿两种方式设置。

5、电流模式控制下，外置补偿需要使用分立器件进行补偿，即电阻rcomp、电容ccomp和电容chf设置为分立器件。该方法一方面开关电源需要外置引脚，对于一些封装体无法适用，一方面需要相对专业的知识进行补偿电路的设计，对设计人员有较大的要求，不利于产品的快速设计与验证，最后，外置补偿额外的器件增加了bom成本。

6、内置补偿是通过常规的有源电容进行补偿，即电容ccomp为有源电容。一般的有源电容精度不高，同时在补偿高频率的电流模式的led驱动器时，往往不合适。原因是常规有源电容的容量都相对较大，在电流模式恒流led驱动应用中，需要使用较大的输出电解电容co1来配合较大的补偿电容才能使系统稳定，但这与小型化应用相悖，同时成本较高，瞬态响应较差。如果需要使用小型化的陶瓷电容，则内置的补偿电容要小于常规的有源电容大小，但还没有小到可以直接集成到芯片内步的地步。

技术实现思路

1、为了减少led电源芯片的外围器件，提高led驱动器的集成度，本发明提供一种led电源的补偿电路以及led电源。

2、为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种led电源的补偿电路，所述led电源为电流模式下的恒流开关电源，其特征在于，包括跨导放大模块、限幅模块和有源rc补偿网络模块；

3、跨导放大模块的输入端分别与负载led的电压反馈端和参考电源连接，用于对电压反馈端的反馈电压vfb与参考电源的参考电压vref进行差分放大，并转换为差分电流ive输出；跨导放大模块的输出端的电压ve用于对led电源的电流进行调整；

4、所述限幅模块的输入端与所述跨导放大模块的输出端连接，用于对跨导放大模块的输出端的电压进行限幅；

5、有源rc补偿网络模块包括rc网络模块、差分输入模块和有源负载；rc网络模块用于将跨导放大模块的输出端输出的差分电流ive经限幅模块电压限幅后转换为电压信号；差分输入模块对rc网络模块输出的采样电压进行差分放大并输出到有源负载；有源负载用于为差分输入模块提供有源负载并输出电流信号iout来调节rc网络模块(130)的输入阻抗，进而调节电压ve来调整led电源的电流。

6、可选的，跨导放大模块包括差分输入模块和跨导电流模块；差分输入模块与跨导电流模块连接，用于对输入的反馈电压vfb和参考电压vref进行偏置抬升；跨导电流模块的输出端与所述限幅模块连接，用于对偏置抬升后的反馈电压vfb和参考电压vref进行差分放大，并转换为差分电流ive输出。可选的，所述差分输入模块包括偏置电流单元和电压抬升单元；所述偏置电流单元与所述电压抬升单元连接；所述偏置电流单元用于为电压抬升单元提供偏置电流；所述抬升电压单元用于对输入的反馈电压vfb和参考电压vref进行抬升，并输出到跨导电流模块。

7、可选的，跨导电流模块包括跨导输入单元、电流拉取单元和电流输出单元；跨导输入单元用于将反馈电压vfb和参考电压vref抬升后的电压进行放大并转换成电流；电流输出单元与跨导输入单元连接，用于对上述电流进行差分后输出；电流拉取单元与跨导输入单元连接，用于为跨导输入单元拉取额定电流。可选的限幅模块包括电压检测模块和钳位模块，所述电压检测模块与所述钳位模块连接，所述电压检测模块用于获取跨导放大模块的输出端的电压ve并控制钳位模块工作状态；钳位模块用于对跨导放大模块的输出端的电压ve进行钳位；所述钳位模块工作状态包括：开启工作状态或停止工作状态。

8、可选的，电压检测模块包括：耗尽型nmos管dnm1和第八nmos管nm8；

9、第八nmos管nm8的栅极和漏极与所述跨导放大模块的输出端连接，第八nmos管nm8的源极与耗尽型nmos管dnm1的漏极连接，耗尽型nmos管dnm1的栅极和源极接地，耗尽型nmos管dnm1的漏极和第八nmos管nm8的源极与钳位模块连接，通过耗尽型nmos管dnm1和第八nmos管nm8连接处的分压电压控制钳位模块的工作状态。

10、可选的，钳位模块包括：第六nmos管nm6、第七nmos管nm7、第九nmos管nm9和第十nmos管nm10；

11、第六nmos管nm6的源极接地，第六nmos管nm6的栅极与第二栅极电源连接，第二栅极电源用于提供栅极电压vnb；第六nmos管nm6的漏极与第七nmos管nm7的源极连接，第七nmos管nm7的栅极与耗尽型nmos管dnm1的漏极连接，耗尽型nmos管dnm1的漏极电压控制第七nmos管nm7的导通或断开；第七nmos管nm7的漏极分别与第九nmos管nm9的源极和第十nmos管nm10的源极连接；第九nmos管nm9的漏极和栅极与跨导放大模块的输出端连接；第十nmos管nm10的漏极与电源vdd连接，第十nmos管nm10的栅极与第三栅极电源连接，第三栅极电源提供电压vclamp。

12、可选的，所述rc网络模块包括：第一电容c1、第二电容c2、第三电阻r3以及第四电阻r4；第一电容c1、第三电阻r3、第四电阻r4和第二电容c2依次连接，rc网络模块通过第一电容c1与第三电阻r3的连接处与限幅模块连接，第四电阻r4的两端与差分输入模块的输入端连接。可选的，所述差分输入模块包括：电流源i1和差分放大模块，电流源i1一端与电源vdd连接，另一端差分放大模块连接；差分放大模块输入端与所述第四电阻r4两端连接，用于检测第四电阻r4两端的电压差进行差分放大后输出到通过有源负载模块。可选的，有源负载包括：第二电流镜和第三cascode电流镜；第三cascode电流镜与差分输入模块的输出端连接，用于将差分输入模块的输出电压转换为电流信号iout，第二电流镜与第三电流镜连接，电流信号iout通过第二电流镜与第三电流镜其中一连接处输出到rc网络模块以调整rc网络模块电流；第二电流镜用于为第三cascode电流镜提供偏置电流。

13、另一方面，本发明还提供了一种led电源，使用上述的补偿电路进行补偿。

14、综上所述，本发明包括如下有益的技术效果：

15、1、上述led电源的补偿电路设置有源rc补偿网络模块，有源rc补偿网络模块通rc网络模块为差分电流ive提供负载，将差分电流ive转换为电压，差分输入模块检测rc网络模块的采样电压并通过有源负载模块输出的电流信号iout来调节rc网络模块的输入阻抗，进而调节电压ve来调整led电源的电流，实现有源rc网络的功能；差分放大模块以及有源负载对信号进行有源差分放大输出，相当于对rc网络模块阻抗进行放大，增加了输出rc网络模块的阻抗，即相当于对rc网络模块的电容、电阻进行了放大，从而实现小尺寸、小容量可集成的电容、电阻、有源器件构建大阻抗等效rc网络，代替大尺寸、大容量难以集成的电容、电阻构建的rc网络进行led电源补偿，从而可集成在led电源芯片中，减少外围器件，并减小设计上的困难；

16、2、上述led电源的补偿电路还设置限幅模块，限幅模块通过对跨导放大模块的输出端的电压进行限幅，避免跨导放大模块的输出端的电压过大，导致无法与后级其他电路相配合；同时通过电压检测模块控制钳位模块开启工作状态或停止工作状态，降低电流损耗；进一步，钳位模块在对跨导放大模块的输出端的电压小于第三栅极电源提供电压vclamp时不拉取差分电流ive，从而进一步降低差分电流ive的损耗；

17、3、由于负载为恒流驱动的led，一般要求对应的电流采样电压要低以减小功耗，跨导电流模块的差分输入模块的抬升单元对电压反馈端的反馈电压vfb与参考电源的参考电压vref进行抬升，从而使反馈电压vfb与参考电压vref满足后级电路正常工作的要求。