CN107734770A - 一种消除led频闪的方法和*** - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种消除LED频闪的方法和***。提供了一种消除LED频闪的***：包括：LED驱动电路，LED驱动电路一端通过整流滤波组件与交流电源连接，一端连接到LED负载；以及频闪消除电路，频闪消除电路包括三个端口，第一端口与LED负载连接；第二端口通过滤波电容器接地；第三端口接地，其中频闪消除电路包括：功率调整管、栅极驱动单元、以及漏极检测单元；其中栅极驱动单元连接到功率调整管的栅极和栅极驱动单元的输入并且输入第一信号到栅极驱动单元，并且栅极驱动单元被配置为输出驱动信号来驱动功率调整管，其中驱动信号是由栅极驱动单元至少部分地基于第一信号生成的。

Description

一种消除LED频闪的方法和***

技术领域

本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了一种消除LED频闪的方法和***。

背景技术

LED(Lighting Emitting二极管，发光二极管)作为新型节能光源，凭借其高效、环保和安全等特点，被广泛应用于景观、路灯、家用照明和商用照明等各种照明场合。

根据LED的负载特性，LED驱动电路一般都采用恒流驱动方式。传统的LED驱动器包括LED驱动器和输出电容。图1示出了传统LED线性恒流控制***。如图1所示。LED驱动器将交流市电整流后，转换成直流电流提供给LED负载。但是这样转换出来的直流电流含有两倍于市电频率的交流电流纹波；对于高PF(Power Factor，功率因数)的LED驱动器，交流电流的纹波比重甚至更大。这样的纹波会造成人眼能够感知的，或者摄像器材能够捕捉的频闪现象。因此，LED驱动***中需要能够消除LED频闪的电路。

发明内容

本发明的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本发明的一些实施例提供了一种消除LED频闪的方法和***。仅作为示例，本发明的一些实施例被应用到LED领域。但是，将认识到，本发明有更广泛的适用范围。

本申请公开一种消除LED频率闪烁(频闪)的方法和电路，所述消除LED频闪的电路，应用于LED驱动电路中。当LED驱动器所连接负载具有恒流特性时候，流过负载的电流是不含交流分量的直流电流，但是其输出电压含有少量交流纹波分量。因此，本发明通过可控电路给LED驱动器的负载提供不含交流分量的恒定直流电流，并利用滤波控制电路滤除输出电压的交流纹波分量，以消除LED频闪。同时，频闪消除电路提供自适应的电压调节功能，以提高***工作效率；并且设置有限流功能，以保证电路应用的可靠性。

根据一个实施例，提供了一种消除LED频闪的***：包括：LED驱动电路，LED驱动电路一端通过整流滤波组件与交流电源连接，一端连接到LED负载；以及频闪消除电路，频闪消除电路包括三个端口，第一端口与LED负载连接；第二端口通过滤波电容器接地；第三端口接地，其中频闪消除电路包括：功率调整管、栅极驱动单元、以及漏极检测单元和其它可选模块；其中栅极驱动单元连接到功率调整管的栅极和栅极驱动单元的输入并且输入第一信号到栅极驱动单元，并且栅极驱动单元被配置为输出驱动信号来驱动功率调整管，其中驱动信号是由栅极驱动单元至少部分地基于第一信号生成的。

根据又另一实施例，提供了一种如本公开的实施例所述的消除LED频闪的***的LED灯具。

根据实施例，可以获得一项或多项益处。参考随后的详细的说明和附图，这些好处和本发明的各种附加的目的、特征和优势可得以透彻地理解。

附图说明

图1示出了传统LED线性恒流控制***。

图2是根据本公开的实施例的消除LED频闪的***的示意性图示。

图3是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的示意性图示。

图4A是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极检测单元的一种示意性实现方式。

图4B是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极检测单元的另一示意性实现方式。

图5A是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极电压自适应调节单元的一种示意性实现方式。

图5B是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极电压自适应调节单元的另一示意性实现方式。

图6是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的电流检测和限流单元的一种示意性实现方式。

图7是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的栅极驱动单元的一种示意性实现方式。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

优选的，本发明的控制方法可以适用于高PF或TRAIC调光的线性恒流控制方式的LED照明领域。

本申请提出一种消除LED频闪的方法和电路，以抑制或去除LED驱动器输出电流纹波；通过自适应调节功能，提高***工作效率；并且通过限流功能，保证电路应用的可靠性。

图2是根据本公开的实施例的消除LED频闪的***的示意性图示。其中，频闪消除电路有三个端口。第一端口与LED负载连接；第二端口与地之间连接滤波电容；第三端口连接至地。

图3是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的示意性图示。频闪消除电路内部包含五个功能模块，如图3所示。M1为整流功率MOSFET；漏极检测为功率MOSFET的漏极电压检测电路；Min漏极限制为功率MOSFET的漏极电压自适应调节电路；OCP为电流检测和限流电路；栅极驱动功率MOSFET的栅极驱动电路。外部的电容用于滤波功率MOSFET的栅极电压。

频闪消除电路设置整流功率MOSFET工作在饱和区，以实现LED负载的恒流需求。并且，通过漏极检测，检测功率MOSFET的漏极电压，调节整流功率MOSFET的栅极电压，最终达到调整通过LED负载的电流，消除其中的交流电流分量，从而实现消除LED的频闪。当LED驱动器具有高PF特性时，输出电压纹波通常比较大。这时功率MOSFET的漏极电压波动较大，其平均值也较高。在额定LED负载电流情况下，功率MOSFET的漏极电压平均值越高，意味着频闪消除电路产生的功率损耗和热损耗越大。漏极检测还具有将功率MOSFET的漏极电压波动的最低值拉至其饱和区与线性区的边界的功能。

在功率MOSFET的漏极电压波动的过程中，为了保证功率MOSFET始终能工作在饱和区，而不至于因漏极电压过低进入线性区，Min漏极限制电路始终对功率MOSFET的漏极电压进行检测。当功率MOSFET的漏极电压满足Vd<Vg-Vth(其中Vd、Vg和Vth分别为功率MOSFET的漏极电压、栅极电压和阈值电压)，Min漏极限制电路将降低栅极电压，以满足功率MOSFET工作在饱和区的条件Vd>Vg-Vth。

为提高消除频闪电路的可靠性，避免电路工作在高压大电流状态，OCP提供电流检测功能，并根据检测结果调整功率MOSFET的栅极电压，限制功率MOSFET的最大导通电流。

栅极驱动将其它电路模块收集并处理其它模块电路的控制信号，完成对功率MOSFET的栅极驱动。

图4A是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极检测单元的一种示意性实现方式。连接功率MOSFET的漏极和栅极之间的正向二极管M1提供启动通路；功率MOSFET的漏极和栅极之间直接连接的电阻用于调整漏极电压波动的最低值。电路始终检测功率MOSFET的漏极电压，调整其栅极电压。

图4B是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极检测单元的另一示意性实现方式。在启动的初始阶段，开关管M2导通，与二极管D1构成低阻抗通路，对功率MOSFET的栅极端电容进行快速充电；当其电位上升到开关管M3的阈值后，开关管M3导通，关断开关管M2的快速启动通路，避免发生电流过冲。为进一步提高消除频闪电路的响应能力，提供启动速度。

图5A是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极电压自适应调节单元的一种示意性实现方式。电路检测功率MOSFET的漏极电压，它与内部基准电压Vref的差值通过跨导放大器Gm1输出单方向调节功率MOSFET的栅极电压的信号。当功率MOSFET的漏极电压大于内部基准电压Vref时，跨导放大器Gm不输出调节信号；反之，当功率MOSFET的漏极电压小于内部基准电压Vref时，跨导放大器Gm输出调节信号，降低功率MOSFET的栅极电压，减弱功率MOSFET的电流能力，使得其漏极电压被迫抬高，从而避免漏极电压过低，功率MOSFET进入线性区。

图5B是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的漏极电压自适应调节单元的另一示意性实现方式。当功率MOSFET的漏极电压分压低于检测管M4的阈值电压时，M4关断；调制管M5开始工作，抽取功率MOSFET的栅极端电容的电荷，降低其栅极电压，同样可以实现减弱功率MOSFET的电流能力的功能，使得功率MOSFET始终工作于饱和区。

图6是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的电流检测和限流单元的一种示意性实现方式。电路在功率MOSFET的源极与地之间串联检测电阻Rs，调制管M5的栅极端接收检测电阻Rs上的电压信号。当功率MOSFET的导通电流过大时，检测电阻Rs上的电压信号超过调制管M6的阈值电压，调制管M6开始工作，抽取功率MOSFET的栅极端电容的电荷，通过降低其栅极电压，限制其电流能力。

图7是根据本公开的实施例的消除LED频闪的电路的栅极驱动单元的一种示意性实现方式。串联二极管构成电位平移电路；电阻并联电路构成加法器，调整输出阻抗以及对功率MOSFET的控制电压。

根据本公开的实施例，提供了一种消除LED频闪的***：可以包括：LED驱动电路，LED驱动电路一端通过整流滤波组件与交流电源连接，一端连接到LED负载；以及频闪消除电路，频闪消除电路包括三个端口，第一端口与LED负载连接；第二端口通过滤波电容器接地；第三端口接地，其中频闪消除电路包括：功率调整管、栅极驱动单元、以及漏极检测单元和其它可选的模块；其中栅极驱动单元连接到功率调整管的栅极和栅极驱动单元的输入并且输入第一信号到栅极驱动单元，并且栅极驱动单元被配置为输出驱动信号来驱动功率调整管，其中驱动信号是由栅极驱动单元至少部分地基于第一信号生成的。

根据本公开的实施例，频闪消除电路还可以包括：电流检测和限流单元；电流检测和限流单元被配置检测流过功率调整管的电流，并且基于检测结果输出第二信号到栅极驱动单元，其中驱动信号是由栅极驱动单元至少部分地基于第一信号和第二信号生成的。

根据本公开的实施例，频闪消除电路还包括：漏极电压自适应调节单元，漏极电压自适应调节单元被配置为检测功率调整管的漏极电压、栅极电压、和阈值电压，并且输出第三信号到栅极驱动单元，其中当漏极电压自适应调节单元检测到漏极电压小于栅极电压与阈值电压之差时，生成指示降低功率调整管的栅极电压的第三信号，其中驱动信号是由栅极驱动单元至少部分地基于第一信号、第二信号和第三信号生成的。

根据本公开的实施例，漏极检测单元可以包括：二极管，二极管的正极与功率调整管的漏极连接，负极与功率调整管的栅极连接；调整电阻器，调整电阻器与二极管并联连接在功率调整管的漏极和栅极之间，以及齐纳二极管，所述齐纳二极管的正极与所述功率调整管的栅极连接，负极与所述二极管的负极连接。

根据本公开的实施例，漏极检测单元还可以包括第一开关管和第二开关管，其中第一开关管的漏极与二极管的负极连接，源极与第二开关管的栅极连接，栅极与调整电阻器连接；并且第二开关管的栅极与第二开关管的源极连接，漏极与调整电阻器连接，源极接地。

根据本公开的实施例，电流检测和限流单元是在功率调整管的源极和地之间串联的检测电阻器以及第二功率调整管，第二功率调整管接收检测电阻器上的电压信号，当电压信号大于第二功率调整管的阈值电压时，第二功率调整管抽取与功率调整管的栅极相连接的电容器的电荷。

根据本公开的实施例，漏极电压自适应调节单元是跨导放大器，并且被配置为当检测到的漏极电压大于内部基准电压时不输出第三信号，否则输出第三信号指示降低功率调整管的栅极电压。

根据本公开的实施例，栅极驱动单元包括串联二极管构成电位平移电路；以及电阻并联电路构成加法器。

根据一个示例，提供了根据本公开的实施例的消除LED频闪的***的LED灯具。

例如，使用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件、和/或软件和硬件组件的一个或多个组合，本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施。在另一示例中，本发明的各种实施例的一些或全部组件各自单独地和/或以与至少另一组件结合的方式被实施在诸如一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路之类的一个或多个电路中。在另一示例中，本发明的各种实施例和/或示例可以被结合。

虽然已经描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应该理解，存在等同于所描述的实施例的其它实施例。因此，应该理解，本发明并不限于所示出的具体实施例，而仅由所附权利要求的范围所限定。

Claims (9)

1.一种消除LED频闪的***：包括：

LED驱动电路，所述LED驱动电路一端通过整流滤波组件与交流电源连接，一端连接到LED负载；以及

频闪消除电路，所述频闪消除电路包括三个端口，第一端口与所述LED负载连接；第二端口通过滤波电容器接地；第三端口接地，

其中所述频闪消除电路包括：功率调整管、栅极驱动单元、以及漏极检测单元；其中所述栅极驱动单元连接到所述功率调整管的栅极和所述栅极驱动单元的输入并且输入第一信号到所述栅极驱动单元，并且所述栅极驱动单元被配置为输出驱动信号来驱动所述功率调整管，其中所述驱动信号是由所述栅极驱动单元至少部分地基于所述第一信号生成的。

2.如权利要求1所述的***，其中所述频闪消除电路还包括：

电流检测和限流单元；所述电流检测和限流单元被配置检测流过所述功率调整管的电流，并且基于检测结果输出第二信号到所述栅极驱动单元，

其中所述驱动信号是由所述栅极驱动单元至少部分地基于所述第一信号和所述第二信号生成的。

3.如权利要求1所述的***，其中所述频闪消除电路还包括：

漏极电压自适应调节单元，所述漏极电压自适应调节单元被配置为检测所述功率调整管的漏极电压、栅极电压、和阈值电压，并且输出第三信号到所述栅极驱动单元，

其中当所述漏极电压自适应调节单元检测到所述漏极电压小于所述栅极电压与所述阈值电压之差时，生成指示降低所述功率调整管的栅极电压的第三信号，

其中所述驱动信号是由所述栅极驱动单元至少部分地基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号生成的。

4.如权利要求1所述的***，其中所述漏极检测单元包括：

二极管，二极管的正极与所述功率调整管的漏极连接，负极与所述功率调整管的栅极连接；

调整电阻器，所述调整电阻器与所述二极管并联连接在所述功率调整管的漏极和栅极之间，以及

齐纳二极管，所述齐纳二极管的正极与所述功率调整管的栅极连接，负极与所述二极管的负极连接。

5.如权利要求4所述的***，其中所述漏极检测单元还包括第一开关管和第二开关管，

其中所述第一开关管的漏极与所述二极管的负极连接，源极与所述第二开关管的栅极连接，栅极与所述调整电阻器连接；

并且所述第二开关管的栅极与所述第二开关管的源极连接，漏极与所述调整电阻器连接，源极接地。

6.如权利要求2所述的***，其中电流检测和限流单元是在所述功率调整管的源极和地之间串联的检测电阻器以及第二功率调整管，所述第二功率调整管接收所述检测电阻器上的电压信号，当所述电压信号大于所述第二功率调整管的阈值电压时，所述第二功率调整管抽取与所述功率调整管的栅极相连接的电容器的电荷。

7.如权利要求3所述的***，其中所述漏极电压自适应调节单元包括跨导放大器，并且被配置为当检测到的漏极电压大于内部基准电压时不输出第三信号，否则输出第三信号指示降低所述功率调整管的栅极电压。

8.如权利要求1所述的***，其中所述栅极驱动单元包括串联二极管构成电位平移电路；以及电阻并联电路构成加法器。

9.一种包括如权利要求1-8中的任何一项所述的消除LED频闪的***的LED灯具。