Led驱动电路及其控制电路以及控制方法

Led驱动电路及其控制电路以及控制方法
【专利摘要】一种LED驱动电路及其控制电路以及控制方法。方法包括：在各工作周期的第一时间段期间，根据当前LED驱动电路的电感电流、以及一大于所述期望输出电流的值的参考信号，控制LED驱动电路在所述第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，所述参考信号的值；在各所述工作周期的第二时间段期间，控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，使当前所述LED驱动电路的输入电容上的能量满足当前所述瞬态输出功率需求。应用该技术方案有利于减少输出电流的纹波，特别适用于采用小电容值的LED驱动电流。
【专利说明】LED驱动电路及其控制电路以及控制方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子领域，尤其涉及一种LED驱动电路及其控制电路以及控制方法。

【背景技术】
[0002] 随着LED的广泛应用，LED驱动技术也日渐成熟。LED驱动电路用于向LED负载输 出恒流以驱动LED灯正常工作，其主要包括功率级电路和控制电路。控制电路控制功率级 电路中的主开关管间歇式地导通，从而使功率级电路将接收到的输入电压信号转换成一恒 流信号并输出至LED负载。上述的控制方式称为LED恒流控制。然而，随着LED驱动技术 的日渐成熟，人们对LED驱动装置的体积、生产成本以及使用寿命等性能的要求越发苛刻。
[0003] 图1为传统的采用交换式开关电源（Switched Mode Power Supplies,简称SMPS) 作为驱动电路的LED恒流控制原理框图。由图1可见，在现有技术中，为了得到较高的功率 因子（power factor，简称PF)值，在SMPS的输入端采用小的输入电容，使输入至SMPS的输 入电流Iin完全跟随输入电压Vin变化。采用这种小输入电容的方案，虽然能提高PF值，然 而却使得SMPS的输出电流具有很大的纹波，故需要在输出端接入电容值非常大的电解电 容作为输出电容，使大纹波的输出电流经过大电解电容后再输出，作为用于驱动LED负载 的输出电流lout。参见图2所示，曲线201表示输入至驱动电路的输入电压Vin，曲线202 表示输入电流I in，曲线203表示SMPS的输出电流（未经过输出电容Cout时的电流）。在 SMPS的输出端，电流流过输出电容Cout滤波处理后得到图3所示的输出电流lout。
[0004] 然而，在进行本发明研究过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：
[0005] 采用电解电容不仅会增加 LED驱动装置的体积，还影响LED驱动装置的使用寿命， 并且更会增加生产成本。此外,LED的寿命远远大于电解电容的寿命，使用电解电容还会大 大减小了整个LED灯的寿命。


【发明内容】

[0006] 本发明实施例目的之一在于：提供一种LED驱动电路及其控制电路以及控制方 法。应用该技术方案有利于减少输出电流的纹波，特别适用于采用小电容值的LED驱动电 流。
[0007] 第一发面，本发明实施例提供的一种LED驱动电路控制方法，所述LED驱动电路包 括功率级电路，
[0008] 在所述功率级电路中设置有主开关管，所述控制方法包括：
[0009] 在各工作周期的第一时间段期间，根据当前LED驱动电路的电感电流、以及一预 定的参考信号，控制所述LED驱动电路在所述第一时间段期间的平均输出电流大于期望输 出电流，
[0010] 所述参考信号的值大于所述期望输出电流的值；
[0011] 在各所述工作周期的第二时间段期间，控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率， 使当前所述LED驱动电路的输入电容上的能量满足当前所述瞬态输出功率需求，
[0012] 所述工作周期为输入至所述LED驱动电路的输入电压信号的周期；
[0013] 所述第一时间段期间为：所述输入电压大于或等于预定的第一电压值期间；
[0014] 所述第二时间段期间为：所述输入电压小于预定的第一电压值期间。
[0015] 可选地，控制所述LED驱动电路在所述第一时间段期间的平均输出电流大于期望 输出电流，包括：
[0016] 根据表征当前所述电感电流的检测信号、以及表征所述参考信号的信号生成误差 补偿信号；
[0017] 当所述检测信号的电压值降低到预定的第二电压值时，导通所述主开关管，所述 第二电压值为低于所述补偿信号的电压值；
[0018] 当所述检测信号的电压值上升到所述误差补偿信号的电压值时，关断功率级电路 中的主开关管。
[0019] 可选地，控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，包括：控制所述LED驱动电路停 止工作；
[0020] 或者，包括：
[0021] 当所述电感电流降低到预定的第二电流值时，导通所述主开关管，
[0022] 当所述电感电流上升到限制的峰值时，关断所述主开关管，所述限制的峰值小于 在所述第一时间段期间所述电感电流的峰值，且随所述输入电压减少而减小；
[0023] 或者，包括：
[0024] 当所述电感电流降低到预定的第二电流值时，导通所述主开关管，
[0025] 当所述主开关管的导通时间到预定的最大导通时间时，关断所述主开关管，
[0026] 所述最大导通时间小于或者等于：当所述输入电压等于所述第一电压值时所述主 开关管的导通时间。
[0027] 可选地，控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，包括：
[0028] 限制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，使所述瞬态输出功率随当前输入至所述 LED驱动电路的输入电压值的减小，或者使所述瞬态输出功率为零。
[0029] 第二方面，本发明实施例提供的一种LED驱动电路控制电路，所述LED驱动电路包 括功率级电路，在所述功率级电路中设置有主开关管，所述控制电路包括：
[0030] 第一控制电路，用于根据当前LED驱动电路的电感电流以及一预定的参考信号， 输出用于导通所述主开关管的导通信号、以及用于关断所述主开关管的第一关断信号，以 控制所述LED驱动电路在工作周期的第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流， 所述参考信号的值大于所述期望输出电流的值；
[0031] 瞬态输出功率限制电路，用于在各所述工作周期的第二时间段期间，产生用于控 制所述LED驱动电路的瞬态输出功率的功率限制控制信号，使当前所述LED驱动电路的输 入电容上的能量满足当前所述瞬态输出功率需求；
[0032] 逻辑电路，用于根据所述导通信号、第一关断信号和功率限制控制信号，生成用于 控制所述主开关管的导通以及关断的开关控制信号，以控制所述LED驱动电路在所述工作 周期内的平均输出电流等于所述期望输出电流；
[0033] 所述第一时间段期间为：所述输入电压大于或等于预定的第一电压值期间；
[0034] 所述第二时间段期间为：所述输入电压小于预定的第一电压值期间。
[0035] 可选地，所述瞬态输出功率限制电路包括：
[0036] 第二关断信号发生电路，用于在所述第二时间段期间，在下一有效的所述第一关 断信号输出之前，输出用于关断所述主开关管的第二关断信号，以所述第二关断信号作为 所述功率限制控制信号。
[0037] 可选地，所述第二关断信号发生电路，具体用于在所述第二时间段期间，当所述主 开关管的导通时间到达预定的最大导通时间时，输出有效的所述第二关断信号；
[0038] 所述最大导通时间小于或者等于：当所述输入电压等于所述第一电压值时所述主 开关管的导通时间。
[0039] 可选地，所述第二关断信号发生电路包括：
[0040] 计时电路，用于在所述第二时间段期间，在所述主开关管导通时刻开始计时，当计 时时长到达所述最大导通时间时，输出有效的所述第二关断信号。
[0041] 可选地，所述第二关断信号发生电路，具体用于在所述第二时间段期间，当所述电 感电流上升到限制的峰值时，输出有效的所述第二关断信号，以所述第二关断信号作为所 述功率限制控制信号。
[0042] 所述限制的峰值小于在所述第一时间段期间所述电感电流的峰值，且随所述输入 电压减少而减小。
[0043] 可选地，所述逻辑电路包括：
[0044] 第一逻辑电路，用于当所述第一关断信号、第二关断信号其中之一有效时，输出用 于关断所述主开关管的关断信号；
[0045] 第二逻辑电路，用于根据所述导通信号、关断信号，输出所述开关控制信号。
[0046] 可选地，所述瞬态输出功率限制电路包括：
[0047] 第二控制电路，用于当所述输入电压小于所述第一电压值时，产生一用于控制所 述驱动电路停止工作的第一控制信号，以所述第一控制信号作为所述功率限制控制信号。
[0048] 可选地，所述第一控制电路包括：
[0049] 误差补偿信号生成电路，用于根据表征所述电感电流的检测信号以及表征所述参 考信号的信号，产生误差补偿信号，
[0050] 第一关断信号发生电路，用于当所述检测信号的电压值上升到所述误差补偿信号 的电压值时，输出有效的所述第一关断信号；
[0051] 导通信号发生电路，用于当所述检测信号的电压值降低到所述第二电压值时，输 出有效的所述导通信号。
[0052] 第三方面，本发明实施例提供的一种LED驱动电路，包括功率级电路、以及上述任 一所述的控制电路，
[0053] 所述功率级电路中设置有主开关管，
[0054] 所述控制电路向所述主开关管的控制端输出所述开关控制信号，控制所述主开关 管的导通和关断，以在所述LED驱动电路驱动电路的输出一电流信号。
[0055] 由上可见，应用本实施例技术方案，在工作周期的第二时间段期间，限制LED瞬态 输出功率，使即使LED驱动电路采用小电容值的输入电容的情况下，输出电流的纹波非常 小；在工作周期的第一时间段期间，无需限制LED驱动电路的瞬态输出功率，使该期间的的 平均输出电流大于期望输出电流以确保在整个工作周期期间的平均输出电流等于期望输 出电流，满足用户的期望需求。可见，采用本实施例技术方案可实现LED驱动电路的控制， 满足用户需求，且输出电流的纹波非常小，无需在输出端外接电解电容，本实施例技术方案 特别适用于采用小电容值作为输入电容的LED驱动电路。
[0056] 综上，应用本实施例技术方案可实现输入无电解电容，输出也无电解电容的应用 方案，能有效地减小开关电源的体积，提高了电源和LED灯的使用寿命，同时还可以降低生 产成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0057] 图1为现有技术采用SMPS作为驱动电路的LED恒流控制原理框图；
[0058] 图2为现有技术图1所示电路中输入电压以及输出信号的波形示意图；
[0059] 图3为现有技术图1所示电路中输出电流波形示意图；
[0060] 图4为本发明实施例2提供的一种LED驱动电路的控制方法流程示意图；
[0061] 图5为本发明实施例2、3中限制主开关管的最大导通时间来限制LED驱动电路的 瞬态输出功率时的检测信号、输入电压的波形示意图；
[0062] 图6为本发明实施例2、3中限制主开关管的最大导通时间来限制LED驱动电路的 瞬态输出功率时的输出电流的峰值以及平均值的波形示意图；
[0063] 图7为采用传统的小电容输入的LED恒流驱动的输出电流波形示意图；
[0064] 图8为采用本实施例2、3技术方案时的输出电流的平均值波形示意图；
[0065] 图9为本实施例3提供的一种LED驱动电路控制电路的电路原理不意图；
[0066] 图10为本实施例4提供的LED驱动电路的降压式功率级电路的电路原理示意图；
[0067] 图11为本实施例4提供的采用或门电路实现的第一逻辑电路502示意图；
[0068] 图12为本实施例4提供的最大导通时间限制电路5041的实施电路原理示意图；
[0069] 图13为本实施例4提供的一种LED驱动电路控制电路的电路原理示意图。

【具体实施方式】
[0070] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例 以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0071] 实施例1 :
[0072] 本实施例提供了一种的LED驱动电路控制方法。该LED驱动电路包括功率级电路， 功率级电路的拓扑结构可以为升压式或降压式或其它类型的拓扑结构。整流电路将输入的 交流信号转换为半波直流电压信号（其波形参见图5中的输入电压Vin的波形）后将该半 波直流电压信号Vin作为LED驱动电路的输入电压信号输入至功率级电路。本发明各实施 例所指的输入至LED驱动电路的输入电压信号均制该半波直流电压信号Vin。
[0073] 在本实施例中所指的LED驱动电路的工作周期为输入至LED驱动电路的半波直流 电压信号Vin的周期。LED驱动电路的工作周期与输入至整流电路的交流信号相关。譬如， 当前输入至整流电路的交流信号的频率为50HZ，则输入至LED驱动电路的输入电压信号的 频率为100HZ。在实际中往往输入至整流电路的交流信号为工频交流信号，故人们也将LED 驱动电路的工作周期称为工频周期。
[0074] 在LED驱动电路的各工作周期内，向功率级电路中的主开关管（记为SW)输入开 关控制信号（即PMW信号）控制主开关管SW的导通以及关断，功率级电路间歇式地接收输 入电压Vin并将其转化成用户期望的输出电流输出至LED负载，驱动LED负载正常工作，流 过LED负载的电流即为输出电流。在应用时，人们希望控制LED驱动电路在整个工作周期 内输出的平均电流等于用户所期望的期望输出电流，从而可满足用户的需求。
[0075] 在LED驱动电路控制过程中，在一开关周期（功率级电路中的主开关管的开关周 期）内LED驱动电路输出的功率即为LED驱动电路的瞬态输出功率，瞬态输出功率的平均 值即为LED驱动电路所需要驱动的负载正常工作所需要的功率。
[0076] 在本实施例中，在任一工作周期中，将LED驱动电路的输入电压大于或等于预定 的第一电压值期间的时间段记为第一时间段，将LED驱动电路的输入电压小于预定的第一 电压值期间的时间段记为第二时间段。
[0077] 在各工作周期中，本实施例的LED驱动电路控制方法主要如下：
[0078] 在第一时间段期间，根据当前LED驱动电路的电感电流以及一预定的参考信号， 控制LED驱动电路在第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流；在第二时间段期 间，对LED驱动电路的瞬态输出功率进行限制而使其输出电流减小或者为零，即在该第二 时间段内，LED驱动电路的平均输出电流会小于期望输出电流。
[0079] 其中，上述的预定的参考信号为LED驱动电路在该第一时间段期间需要的平均输 出电流，其根据LED驱动电路的期望输出电流值和LED驱动电路在第二时间段实际的平均 输出电流值设定。一般将该参考信号设置成大于期望输出电流的一个值，从而使LED驱动 电路在第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，才能弥补在第二时间段由于限 制瞬态输出功率所减小掉的输出电流值，从而使LED驱动电路在整个工作周期内的输出平 均电流等于期望输出电流。
[0080] 作为本实施例的示意，具体预定的第一电压值可以根据期望输出电流的占空比来 确定。例如，若期望输出电流的占空比为70%时，贝u需要使输入电压等于或者大于第一电压 值所持续的时间占输入电压周期的70%，一般输入电压为馒头波，该馒头波的周期为一工 作周期，则可以将经过15%工作周期左右时的输入电压设置为第一电压值。
[0081] 在各工作周期的第一时间段期间，输入电压Vin比较大，当前输入至LED驱动电路 的能量足以满足LED负载的需求，因此，在该第一时间段期间无需限制LED驱动电路的瞬态 输出功率。输入电压Vin越小表明输入至LED驱动电路的能量越小，在输入电压Vin等于 或者低于第一电压值期间（即第二时间段期间），此时当前输入电压Vin接近输入电压信 号的波谷值而处于一个比较低的值，此时输入至LED驱动电路的能量已经无法满足负载的 需求或者勉强能够满足负载的需求但是需要使主开关管SW保持相当长的导通时间才足以 使输入至LED驱动电路的能量满足负载的需求。故在第二时间段期间，需限制LED驱动电 路的瞬态输出功率，否则LED驱动电路的输出电流会具有较大的纹波，进而需要在输出端 采用大容值的电解电容来滤除纹波，而且还可能使LED驱动电路的功率级电路中的主开关 管SW因为长期处于导通状态而易被损坏。因此，在第二时段段期间，本实施例控制LED驱 动电路的瞬态输出功率，通过限制此时的瞬态输出功率以使当前LED驱动电路的输入电容 上的能量能够满足瞬态输出功率的需求，使在在第二时段段期间任一时刻LED驱动电路的 输入电容上的能量足以满足当前瞬态输出功率需求。
[0082] 由上可见，采用本实施例技术方案，由于在第二时间段期间通过限制LED驱动电 路的瞬态输出功率来使当前LED驱动电路的输入电容上的能量能够满足被限制后的瞬态 输出功率的需求，使当前LED驱动电路输出至负载的能量在第二时间段内一直小于LED驱 动电路的输入电容上的能量，从而可避免输出电流纹波较大的现象。虽然LED驱动电路在 第二时间段内的输出平均电流小于期望的输出电流，但通过在第一时间段内，使LED驱动 电路的输出平均电流大于期望输出电流，从而使LED驱动电路在整个工周期内的输出平均 电流仍然可等于期望输出电流，仍然满足用户的期望输出电流需求。
[0083] 本实施例技术方案特别适合米用小的输入电容的LED驱动电路。在小的输入电容 的LED驱动电路中，在输入电压Vin较小的第二时间段期间，输入至LED驱动电路的能量较 小，即在此期间输入电容上的能量也比较小，此时，需要主开关管持续导通很长时间才能使 LED驱动电路的输出能量满足负载的需求。而在本实施例中，在第二时间段期间限制LED 驱动电路的瞬态输出功率确保输入电容上的能量足以满足当前瞬态输出功率的需求，且使 LED驱动电路在第一时间段期间的输出平均电流大于期望输出电流，从而使LED驱动电路 在整个工作周期内的输出平均电流仍然可等于期望输出电流。因此本技术方案应用于小电 容输入的LED驱动电路中时，在满足用户的期望输出电流的条件下，还能使输入电压较小 的第二时间段期间在LED驱动电路的输出电流的纹波也非常小，从而在驱动电流的输出端 无需连接大电容值的电解电容，即可有效地减小了 LED驱动装置的体积、使用寿命和制造 成本。
[0084] 作为本实施例的示意，在工作周期的第二时间段期间限制LED驱动电路的瞬态输 出功率时，还使该期间LED驱动电路的瞬态输出功率随当前输入电压的减小而减小；或者 在工作周期的第二时间段期间，使LED驱动电路停止工作，使瞬态输出功率被限制为零。
[0085] 作为本实施例的示意，可以通过现有技术的任一控制LED驱动电路在第二时间段 期间的平均输出电流大于期望输出电流，也可以但不限于采用实施例2、3中提供的技术方 案。
[0086] 由上可见，采用本实施例技术方案，在工作周期的第二时间段期间，限制LED瞬态 输出功率，使即使LED驱动电路采用小电容值的输入电容的情况下，输出电流的纹波非常 小；在工作周期的第一时间段期间，无需限制LED驱动电路的瞬态输出功率，使该期间的的 平均输出电流大于期望输出电流以确保在整个工作周期期间的平均输出电流等于期望输 出电流，满足用户的期望需求。可见，采用本实施例技术方案可实现LED驱动电路的控制， 满足用户需求，且输出电流的纹波非常小，无需在输出端外接电解电容，本实施例技术方案 特别适用于采用小电容值作为输入电容的LED驱动电路。
[0087] 综上，应用本实施例技术方案可实现输入无电解电容，输出也无电解电容的应用 方案，能有效地减小开关电源的体积，提高了电源和LED灯的使用寿命，同时还可以降低生 产成本。
[0088] 实施例2 :
[0089] 参见图4所示，本实施例在实施例1的基础上，进一步提供了一种更具体的LED驱 动电路控制方法，其主要包括以下流程：
[0090] 步骤401 :获取表征当前流过LED驱动电路的电感的电感电流的检测信号。
[0091] 本实施例的示意，可以通过采样流过LED驱动电路的电感的电感电流，获得检测 信号Vsense。得到的检测信号Vsense与电感电流同步变化，可表征当前的电感电流。
[0092] 步骤402 :根据检测信号、以及表征参考信号的信号产生一误差补偿信号。
[0093] 本实施例中，参考信号为一表征实际希望LED驱动电路在第一时间段期间的平均 输出电流，参考信号的值大于期望输出电流的值。在本实施例中，根据该参考信号得到一表 征该参考信号的电压信号（记为参考电压信号Vref)。即参考电压信号Vref表征了 ：实际 希望LED驱动电路在第一时间段期间实际需要的平均输出电流，实际希望LED驱动电路在 第一时间段期间实际需要的平均输出电流大于期望输出电流。
[0094] 参见图9所示，向误差放大器EA1的两输入端" + 分别输入检测信号Vsense、 以及参考电压信号Vref，在误差放大器EA1的输出端输出误差补偿信号（记为Vcomp)。该 误差补偿信号Vcomp可表征当前LED驱动电路的输出电流与实际希望LED驱动电路在第一 时间段期间的平均输出电流之间的误差。故在第一时间段期间，采用误差补偿信号Vcomp 作为检测信号Vsense的峰值而控制主开关管的关断以及导通而控制LED驱动电路的输出 电流，能控制LED驱动电路在第一段期间的平均输出电流大于期望输出电流。
[0095] 步骤403 :在第一时间段期间：当检测信号的电压值上升到小于误差补偿信号 Vcomp时，关断主开关管，当检测信号的电压值下降到预定的第二电压值时，导通主开关管； 在第二时间段期间：限制LED驱动电路的瞬态输出功率。
[0096] 作为本实施例的示意，在输入至LED驱动电路的输入电压等于或者大于第一电压 值期间的第一时间段期间，本实施例提供了以下的控制LED驱动电路恒流输出控制方案：
[0097] 具体是，当检测信号Vsense的电压值上升到达误差补偿信号Vcomp的电压值时， 关断功率级电路中的主开关管；当检测信号Vsense的电压值降低到预定的第二电压值时 导通主开关管，从而通过对主开关管的控制实现LED驱动电路的输出电流控制。
[0098] 在工作周期的第一时间段期间，检测信号Vsense的变化如下：当检测信号Vsense 的电压值在开关导通期间慢慢增加而到达误差补偿信号Vcomp的电压值时，关断主开关 管，使检测信号Vsense的电压值慢慢降低；当检测信号Vsense的电压值降低至预定的第二 电压值时，导通主开关管，输入电压Vin继续为LED驱动电路提供输入能量。
[0099] 其中，第二电压值小于误差补偿信号Vcomp的电压值，其一般为零或者接近零的 一电压值。
[0100] 在该第一时间段期间，主开关管SW导通的时间为检测信号Vsense的电压值由第 二电压值上升到误差补偿信号Vcomp的电压值所经过的时间段，如图6中时间tl-t2的时 间段。
[0101] 由于误差补偿信号Vcomp表征了当前LED驱动电路的输出电流与LED驱动电路在 第一时间段期间实际需要的平均输出电流之间的误差，因而，在工作周期的第一时间段期 间，通过上述以误差补偿信号Vcomp作为检测信号Vsense的峰值控制主开关管间歇式地 导通，使LED驱动电路的功率级电路间歇式地接收输入电压Vin，可使在该第一时间段期间 LED驱动电路的平均输出电流大于期望输出电流。
[0102] 作为本实施例的示意，在输入至LED驱动电路的输入电压低于第一电压的第二时 间段期间，可以通过限制功率级电路的主开关管的最大导通时间来限制LED驱动电路的瞬 态输出功率，具体分析如下：
[0103] 在LED驱动电路中，输入电压Vin越低，，则获得相同瞬态输出功率所需要主功率 开关管SW的导通时间越长，因此，在第二时间段期间，将主开关管SW的预定的最大导通时 间（记为Ttongmax2)为当输入电压等于第一电压值时主开关管的导通时间的一个固定值。
[0104] 当主开关管SW被导通后达到所预定的最大导通时间Ttongmax2时便被关断，从而 可使LED驱动电路的瞬态输出功率的值在第二时间段期间随输入电压的减小而减小，使当 前LED驱动电路的输入电容上的能量能够满足被限制后的瞬态输出功率的需求，即使当前 LED驱动电路输出至负载的能量在第二时间段期间一直小于LED驱动电路的输入电容上的 能量，因而可避免输出电流纹波较大的现象。
[0105] 作为本实施例的优先方案，可在第二时间段期间，使主开关管小于或等于所被限 制的最大导通时间Ttongmax2等于当输入电压等于第一电压值时主开关管的导通时间，从 而可使LED驱动电路获得较高的PF值。
[0106] 在本实施例中，限制主开关管SW的最大导通时间为Ttongmax2而限制LED驱动电 路的瞬态输出功率时，检测信号Vsense以及输入电压Vin的波形如图5所示，由于检测信 号Vsense与电感电流同步，而输出电流lout为电感电流的平均值，故输出电流lout的波 形与检测信号Vsense的包络线形状相似，而均为上下边相差不大的梯形（实际上可相当于 矩形），因此可知，电感电流以及输出电流的平均值波形如图6所示，由图6可见，其电感电 流为三角波，输出电流为一梯形，在第一时间段期间（时间tl-t2期间）LED驱动电路的平 均输出电流lout为一大于期望电流的恒定值；在第二时间段期间（时间t〇-tl以及t2-t3 期间），由于限制了开关管SW的最大导通时间即限制了第二时间段期间的瞬态瞬态输出功 率，则在此期间LED驱动电路的平均输出电流lout的值小于期望输出电流，且随输入电压 Vin减小而减小。
[0107] 作为本实施例的示意，在第二时间段期间，还可以通过限制电感电流的峰值 lout-max来限制LED驱动电路的瞬态输出功率。具体如下：
[0108] 在本实施例中，在工作周期的第二时间段期间，根据输入电压Vin限制检测信号 Vsense的峰值，使检测信号Vsense的峰值小于误差补偿信号Vcomp的电压值，且随输入电 压Vin的减小而减小，即使在第二时间段期间，电感电流的峰值小于在第一时间段的峰值， 且随输入电压Vin的减小而减小。当电感电流达到所限制的峰值时控制主开关管SW关断， 从而使瞬态输出功率随输入电压Vin减小而减小，即限制了 LED驱动电路在该第二时间段 期间的瞬态输出功率，确保在输入电压Vin很小的第二时间段期间，当前LED驱动电路的输 入电容上的能量满足当前瞬态输出功率需求，使得在此期间输入能量可一直满足瞬态输出 功率的需求。
[0109] 作为本实施例的示意，在第二时间段期间，还可以控制LED驱动电路停止工作，以 限制LED驱动电路的瞬态输出功率为零，确保在输入电压Vin很小的第二时间段期间，当前 LED驱动电路的输入电容上的能量满足当前瞬态输出功率需求，使得在此期间输入能量可 一直满足瞬态输出功率的需求。
[0110] 由上可见，应用本实施例技术方案，在输入电压较低，当前输入至LED驱动电路的 能量已经无法满足负载的需求或者勉强能够满足负载的需求时（即第二时间段期间），限 制当前LED驱动电路的瞬态输出功率，确保当前LED驱动电路的输入电容上的能量满足当 前瞬态输出功率需求，进而使LED驱动电路的输出电流的纹波非常小，从而无需在输出端 采用大容值的电解电容，可有效地减小了 LED驱动电路的体积、使用寿命和制造成本。在输 入电压Vin较大，当前输入能量足以满足LED驱动电路所驱动的负载所需要的功率时（即 第一时间段期间），无需限制LED驱动电路的瞬态输出功率，而将表征当前电感电流与LED 驱动电路在第一时间段期间实际需要的平均输出电流的误差的误差补偿电压信号Vcomp 作为表征电感电流的检测信号Vsense的峰值而控制LED驱动电路，使LED驱动电路在该第 一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，以弥补由于限制瞬态输出功率值使LED 驱动电路的在第二时间段所减小掉的输出电流值，从而可使LED驱动电路在整个工作周期 内的输出平均电流等于期望输出电流。
[0111] 由图6可见，采用本实施例方案，LED驱动电路的输出电流lout的波形具体如图 8所示。图7所示的为现有技术中采用小电容输入方案的LED恒流驱动电路的输出电流波 形示意图，对比图7、8可以看出：采用本发明实施例方案可以得到输出纹波较小的输出电 流，并且在与图7所示的输出电流在具有相同的平均值的条件下，采用本实施例技术方案， LED驱动电路输出电流还具有更小的有效值，有利于减小负载的热损耗，有利于提1?负载的 使用寿命。
[0112] 实施例3:
[0113] 图9提供了一种LED驱动电路控制电路原理示意图。该LED驱动电路包括功率级 电路，功率级电路的拓扑结构可以为升压式或降压式或其它类型的拓扑结构，本实施例以 降压式的为例，图10为LED驱动电路的降压式功率级电路的电路原理示意图。
[0114] 参见图10所示，功率级电路主要包括主开关管SW，主开关管SW的一端与输入端连 接，接入输入电压Vin，另一端与电感L连接，主开关管SW在本实施例控制电路的控制下间 歇式地导通以及关断，LED驱动电路间歇式地接收输入电压Vin并将其转化成用户需要的 输出信号输出至负载LED，以驱动LED负载正常工作。
[0115] 参见图10所示，在LED负载侧串联一检测电阻Rsense来采样LED驱动电路的电 感电流信号，并获取检测电阻Rsense两端的电压信号作为检测信号Vsense来表征电感电 流，检测信号Vsense与电感电流同步变化，可表征输出电流。
[0116] 参见图9所示，本实施例的LED驱动电路控制电路主要包括：第一控制电路500、 瞬态输出功率限制电路901、逻辑电路902。
[0117] 其工作原理是，第一控制电路500根据电感电流以及一参考信号，输出用于导通 主开关管的导通信号Vtong、以及用于关断主开关管SW的第一关断信号Vduanl，以控制主 开关管SW的导通以及关断，实现对LED驱动电路的输出电流控制，使在LED驱动电路的输 入电压 Vin等于或者大于预定的第一电压值期间（即第一时间段期间）LED驱动电路的平 均输出电流大于期望输出电流，以使LED驱动电路在整个工作期间平均输出电流等于期望 输出电流。
[0118] 其中，上述预定的参考信号为LED驱动电路在第一时间段期间需要的平均输出电 流。参考信号的值根据LED驱动电路的期望输出电流值和LED驱动电路在第二时间段实际 的平均输出电流值设定，一般将参考信号设置成大于所述期望输出电流的一个值，从而可 使LED驱动电路在第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，才能弥补由于限制 瞬态输出功率值使LED驱动电路的在第二时间段所减小掉的输出电流值，从而使LED驱动 电路在整个工周期内的输出平均电流仍然可等于期望输出电流。
[0119] 在该第一时间段期间，LED驱动电路输出电流的波形参见图6中tl_t2时间段所 /_J、1 〇
[0120] 在LED驱动电路的输入电压小于第一电压值期间（记为第二时间段），瞬态输出功 率限制电路901产生一用于控制LED驱动电路的瞬态输出功率的功率限制控制信号Vxian， 使当前LED驱动电路的输入电容上的能量满足当前瞬态输出功率需求。
[0121] 逻辑电路902根据导通信号Vtong、第一关断信号Vduanl以及功率限制控制信号 Vxian，生成用于控制主开关管SW的导通以及关断的P丽信号。使LED驱动电路在第一时 间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，以使在整个工作期间的平均输出电流等于期 望输出电流。在第二时间段期间，限制其瞬态输出功率，使当前LED驱动电路的输入电容上 的能量满足当前瞬态输出功率需求。
[0122] 与实施例1分析同理地，应用本实施例技术方案可实现输入无电解电容，输出也 无电解电容的应用方案，故能有效地减小LED驱动装置的体积，提高了 LED驱动装置和LED 灯的使用寿命，同时还可以降低生产成本。
[0123] 进一步的工作原理以及有一效果详细见实施例1、2中的相应描述。
[0124] 作为本实施例的示意，参见图9所示，本实施例可以采用第二关断信号发生电路 504作为瞬态输出功率限制电路901。具体如下：
[0125] 第二关断信号发生电路504根据输入电压Vin生成用于关断主开关管SW的第二 关断信号Vduan2,在下一有效的第一关断信号Vduanl输出之前输出第二关断信号Vduan2， 即在本开关周期的第一关断信号Vduanl输出之前输出第二关断信号Vduan2,以提前关断 主开关管SW限制LED驱动电路的瞬态输出功率，使瞬态输出功率小于当前输入至LED驱动 电路的输入功率，以该第二关断信号Vduan2作为功率限制控制信号Vxian。
[0126] 作为本实施例的示意，本实施例的第二关断信号发生电路504可以采用最大导通 时间限制电路5041实现。在第二时间段期间，当主开关管SW的导通时间到达预定的最大 导通时间Ttongmax2时，最大导通时间限制电路5041输出有效的第二关断信号Vduan2,以 控制主开关管SW关断。
[0127] 其中，最大导通时间Ttongmax2的设置，详细但不限于参见实施例2中的相应描 述。
[0128] 作为本实施例的示意，参见图12所示，该最大导通时间限制电路5041包括第二比 较器Comp2、电流源10、第一电容C0以及第一开关S0。
[0129] 其中，电流源10连接在第二比较器Comp2的第二输入端，第一电容C0的一端与第 二输入端连接，另一端接地，第一开关S0与第一电容C0并联接在电流源10和地之间，在第 一开关S0的控制端接入与开关控制信号PWM信号或与PWM信号同步的控制信号VsO。
[0130] 设主开关管SW的有效导通信号为高电平信号，有效关断信号为低电平信号。故当 开关控制信号PWM信号为高电平时，主开关管SW导通，控制信号VsO为低电平，第一开关S0 处于关断状态，电流源10向第一电容C0充电。当充电经过一定的时间第一电容C0上的电 压升高到达该第二比较器Comp2的第一输入端接入的第三电压值Vth3,此时，第二比较器 Comp2输出低电平信号，即此时输出有效的第二关断信号Vduan2,以在本开关周期的第一 关断信号Vduanl输出之前提前关断主开关管SW。当主开关管SW处于关断状态时，输入至 第一开关S0的控制信号VsO为高电平，第一开关S0处于导通状态，第一电容C0通过第一 开关so形成的回路迅速释放电荷直到电压为零。
[0131] 在本实施例中，可以根据预定的最大导通时间Ttongmax2的大小确定第三电压值 Vth3,使控制电流源10对第一电容CO充电时间等于该预定的最大导通时间Ttongmax2。
[0132] 作为本实施例的示意，最大导通时间限制电路还可以为一个计时电路，在工作周 期的第一时间段期间，自主开关管SW导通时刻计时电路开始计时，当计时达到预定的最大 导通时间Ttongmax2时，计时电路输出有效的第二关断信号Vduan2。具体可以为，向计时电 路输入PWM信号或者与其同步的信号，当PWM信号为高电平时计时电路开始计时，当计时时 间达到最大导通时间Ttongmax2时产生有效的第二关断信号Vduan2,控制主开关管SW关 断，即将主开关管SW的导通时间限制为预定的最大导通时间Ttongmax2。
[0133] 作为本实施例的示意，本实施例的第二关断信号发生电路504可以采用峰值限制 电路（未图示）实现。在工作周期的第二时间段期间，峰值限制电路将检测信号Vsense的 峰值限制为小于误差补偿信号Vcomp的电压值，且限制的峰值随输入电压的减小而减小， 峰值限制电路在检测信号Vsense的电压值上升到达当前限制的峰值时，输出有效的第二 关断?目号Vduan2,以提如关断主开关管SW。
[0134] 作为本实施例的示意，参见图9所示，本实施例的逻辑电路902包括第一逻辑电路 502、第二逻辑电路505。
[0135] 其中，第一逻辑电路502分别接入第一关断信号Vduanl、第二关断信号Vduan2,当 第一关断信号Vduanl、第二关断信号Vduan2其中之一有效时，第一逻辑电路502向第二逻 辑电路505输出关断信号Vduan，关断主开关管SW。作为本实施例的示意，该第一逻辑电路 502可以但不限于为图11所示的或门电路。
[0136] 第二逻辑电路505分别与导通信号发生电路502、第一关断信号发生电路503以及 第一逻辑电路502连接，用于根据导通信号Vtong、以及关断信号Vduan生成用于控制主开 关管SW的导通以及关断的PWM信号。
[0137] 作为本实施例的示意，可以采用RS触发器实现第二逻辑电路505。其电路结构具 体如下：
[0138] 导通信号发生电路502与RS触发器的置位端"S"连接，当向置位端"S"输入导通 信号Vtong时，RS触发器的输出端"Q"输出的PWM信号为使功率开关导通的高电平信号；
[0139] 第一逻辑电路502的输出端与RS触发器的复位端"R"连接，当输出有效的关断信 号Vduan时，在RS触发器的输出端"Q"输出的PWM信号为使功率开关关断的低电平信号。
[0140] 作为本实施例的示意，参见图9所示，本实施例提供了以下的第一控制电路500实 现电路，其包括：误差补偿信号生成电路501、导通信号发生电路502、以及第一关断信号发 生电路503。
[0141] 其工作原理是，误差补偿信号生成电路501根据表征当前LED驱动电路的电感电 流的检测信号Vsense以及表征实际希望LED驱动电路在第一时间段期间实际需要的平均 输出电流的参考电压信号Vref，产生一误差补偿信号Vcomp。
[0142] 作为本实施例的示意，误差补偿信号生成电路501可以但不限于采用误差放大器 EA1、以及补偿电容Ccomp实现。向误差放大器EA1的正相输入端" + "输入参考电压信号 Vref，反相输入端输入检测信号Vsense，误差放大器EA1输出端连接的补偿电容Ccomp 的电压即为：误差补偿信号Vcomp。
[0143] 导通信号发生电路502在电感电流到达电感电流的波谷值时，即检测信号Vsense 的电压值降低到预定的第二电压值时，输出有效的导通信号Vtong，以导通主开关管SW。其 中该第二电压值设定为较低的值，其一般为等于零或者略大于零的电压值，即在电感电流 到达波谷值或波谷值附近时，导通信号发生电路502产生一个有效的导通信号Vtong，以控 制导通主开关管SW。
[0144] 第一关断信号发生电路503在检测信号Vsense的电压值上升到误差补偿信号 Vcomp的电压值时，输出有效的第一关断信号Vduanl，以用于控制关断主开关管SW。
[0145] 作为本实施例的示意，参见图9所示，可以采用第一比较器Compl实现第一关断信 号发生电路503,第一比较器Compl的两输入端分别接收检测信号Vsense\误差补偿信号 Vcomp，当检测信号Vsense的电压值上升到误差补偿信号Vcomp的电压值时，在第一比较器 Compl的输出端输出有效的第一关断信号Vduanl。
[0146] 误差补偿信号生成电路501、导通信号发生电路502以及第一关断信号发生电路 503根据误差补偿信号Vcomp以及检测信号Vsense实现对LED驱动电路的控制的工作原理 以及有益效果详细参见实施例2中的描述。
[0147] 实施例4:
[0148] 参见图13所示，本实施例提供的一种LED驱动电路控制电路，其与实施例3所不 同之处主要在于如下：
[0149] 本实施例的瞬态输出功率限制电路133包括：第二控制电路131。
[0150] 当输入电压Vin小于预定的第一电压值时，第二控制电路131输出有效的第一控 制信号，控制驱动电路停止工作，以该第一控制信号作为功率限制控制信号Vxian，将其瞬 态输出功率限制为零。
[0151] 当输入电压Vin等于或者大于第一电压值时，第二控制电路132输出无效信号，使 得LED驱动电路正常工作，LED驱动电路在第一控制电路501以及逻辑电路902的控制下 工作，在该第一时间段期间的控制原理详细见实施例1、2中的相应描述，在此不作赘述。
[0152] 此时，逻辑电路132可仅由RS触发器实现，导通信号发生电路502与RS触发器的 置位端"S"连接，当向置位端"S"输入导通信号Vtong时，RS触发器的输出端"Q"输出的 PWM信号为使功率开关导通的高电平信号；第一关断电路503的输出端与RS触发器的复位 端"R"连接，当输出有效的第一关断信号Vduanl时，在RS触发器的输出端"Q"输出的PWM 信号为使功率开关关断的低电平信号。
[0153] 本实施例的进一步工作原理以及有益效果详细参见实施例1、2中的相应描述，在 此不作赘述。
[0154] 以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施 方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范 围之内。
【权利要求】
1. 一种LED驱动电路控制方法，所述LED驱动电路包括功率级电路， 在所述功率级电路中设置有主开关管，所述控制方法包括： 在各工作周期的第一时间段期间，根据当前LED驱动电路的电感电流、以及一预定的 参考信号，控制所述LED驱动电路在所述第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电 流， 所述参考信号的值大于所述期望输出电流的值； 在各所述工作周期的第二时间段期间，控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，使当 前所述LED驱动电路的输入电容上的能量满足当前所述瞬态输出功率需求， 所述工作周期为输入至所述LED驱动电路的输入电压信号的周期； 所述第一时间段期间为：所述输入电压大于或等于预定的第一电压值期间； 所述第二时间段期间为：所述输入电压小于预定的第一电压值期间。
2. 根据权利要求1所述的LED驱动电路控制方法，其特征是， 控制所述LED驱动电路在所述第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，包 括： 根据表征当前所述电感电流的检测信号、以及表征所述参考信号的信号生成误差补偿 信号； 当所述检测信号的电压值降低到预定的第二电压值时，导通所述主开关管，所述第二 电压值为低于所述补偿信号的电压值； 当所述检测信号的电压值上升到所述误差补偿信号的电压值时，关断功率级电路中的 主开关管。
3. 根据权利要求1所述的LED驱动电路控制方法，其特征是， 控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，包括：控制所述LED驱动电路停止工作； 或者，包括： 当所述电感电流降低到预定的第二电流值时，导通所述主开关管， 当所述电感电流上升到限制的峰值时，关断所述主开关管，所述限制的峰值小于在所 述第一时间段期间所述电感电流的峰值，且随所述输入电压减少而减小； 或者，包括： 当所述电感电流降低到预定的第二电流值时，导通所述主开关管， 当所述主开关管的导通时间到预定的最大导通时间时，关断所述主开关管， 所述最大导通时间小于或者等于：当所述输入电压等于所述第一电压值时所述主开关 管的导通时间。
4. 根据权利要求1或2或3所述的LED驱动电路控制方法，其特征是， 控制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，包括： 限制所述LED驱动电路的瞬态输出功率，使所述瞬态输出功率随当前输入至所述LED 驱动电路的输入电压值的减小，或者使所述瞬态输出功率为零。
5. -种LED驱动电路控制电路，所述LED驱动电路包括功率级电路，在所述功率级电路 中设置有主开关管，所述控制电路包括： 第一控制电路，用于根据当前LED驱动电路的电感电流以及一预定的参考信号，输出 用于导通所述主开关管的导通信号、以及用于关断所述主开关管的第一关断信号，以控制 所述LED驱动电路在工作周期的第一时间段期间的平均输出电流大于期望输出电流，所述 参考信号的值大于所述期望输出电流的值； 瞬态输出功率限制电路，用于在各所述工作周期的第二时间段期间，产生用于控制所 述LED驱动电路的瞬态输出功率的功率限制控制信号，使当前所述LED驱动电路的输入电 容上的能量满足当前所述瞬态输出功率需求； 逻辑电路，用于根据所述导通信号、第一关断信号和功率限制控制信号，生成用于控制 所述主开关管的导通以及关断的开关控制信号，以控制所述LED驱动电路在所述工作周期 内的平均输出电流等于所述期望输出电流； 所述第一时间段期间为：所述输入电压大于或等于预定的第一电压值期间； 所述第二时间段期间为：所述输入电压小于预定的第一电压值期间。
6. 根据权利要求5所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述瞬态输出功率限制电路包括： 第二关断信号发生电路，用于在所述第二时间段期间，在下一有效的所述第一关断信 号输出之前，输出用于关断所述主开关管的第二关断信号，以所述第二关断信号作为所述 功率限制控制信号。
7. 根据权利要求6所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述第二关断信号发生电路，具体用于在所述第二时间段期间，当所述主开关管的导 通时间到达预定的最大导通时间时，输出有效的所述第二关断信号； 所述最大导通时间小于或者等于：当所述输入电压等于所述第一电压值时所述主开关 管的导通时间。
8. 根据权利要求7所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述第二关断信号发生电路包括： 计时电路，用于在所述第二时间段期间，在所述主开关管导通时刻开始计时，当计时时 长到达所述最大导通时间时，输出有效的所述第二关断信号。
9. 根据权利要求5所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述第二关断信号发生电路，具体用于在所述第二时间段期间，当所述电感电流上升 到限制的峰值时，输出有效的所述第二关断信号，以所述第二关断信号作为所述功率限制 控制信号。 所述限制的峰值小于在所述第一时间段期间所述电感电流的峰值，且随所述输入电压 减少而减小。
10. 根据权利要求6至9之任一所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述逻辑电路包括： 第一逻辑电路，用于当所述第一关断信号、第二关断信号其中之一有效时，输出用于关 断所述主开关管的关断信号； 第二逻辑电路，用于根据所述导通信号、关断信号，输出所述开关控制信号。
11. 根据权利要求5所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述瞬态输出功率限制电路包括： 第二控制电路，用于当所述输入电压小于所述第一电压值时，产生一用于控制所述驱 动电路停止工作的第一控制信号，以所述第一控制信号作为所述功率限制控制信号。
12. 根据权利要求5至9之任一或者11所述的LED驱动电路控制电路，其特征是， 所述第一控制电路包括： 误差补偿信号生成电路，用于根据表征所述电感电流的检测信号以及表征所述参考信 号的信号，产生误差补偿信号， 第一关断信号发生电路，用于当所述检测信号的电压值上升到所述误差补偿信号的电 压值时，输出有效的所述第一关断信号； 导通信号发生电路，用于当所述检测信号的电压值降低到所述第二电压值时，输出有 效的所述导通信号。
13. -种LED驱动电路，其特征是，包括功率级电路、以及权利要求5至12之任一所述 的控制电路， 所述功率级电路中设置有主开关管， 所述控制电路向所述主开关管的控制端输出所述开关控制信号，控制所述主开关管的 导通和关断，以在所述LED驱动电路驱动电路的输出一电流信号。
【文档编号】H05B37/02GK104159355SQ201410265245
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】赖洪斌, 黄秋凯 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司