CN112702815B

CN112702815B - 开关降压型led恒流控制电路、***及方法

Info

Publication number: CN112702815B
Application number: CN201911000879.9A
Authority: CN
Inventors: 谢飞; 尤勇; 卢圣晟; 李国成
Original assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2039-10-21
Also published as: CN112702815A

Abstract

本发明提供一种开关降压型LED恒流控制电路、***及方法，包括：将电流检测采样信号与平均基准比较的平均电流比较模块；将电流检测采样信号与峰值基准比较的峰值电流比较模块；产生关断结束信号的自适应时钟产生模块；产生逻辑控制信号的PWM逻辑控制模块；驱动模块。电流检测采样信号上升至平均基准以及超出平均基准的相同时间内导通功率开关管，随后关断功率开关管；若电流检测采样信号大于峰值基准则提前关断功率开关管，同时调整关断参考信号，当预设充电信号大于关断参考信号时，功率开关管重新导通，并开始下一个新的PWM周期。本发明能实现较小电流纹波和高精度的输出电流，具有较好的线性调整率和负载调整率。

Description

开关降压型LED恒流控制电路、***及方法

技术领域

本发明涉及LED恒流控制领域，特别是涉及一种开关降压型LED恒流控制电路、***及方法。

背景技术

传统的开关降压型LED控制器采取固定时钟频率的峰值电流检测方式，受电感纹波影响，输出LED发光单元上的电流精度较差；并且当外接电源和负载变化时，需要调整电感值来保证输出电感电流工作在连续导通模式，电感值的选取影响LED电流的精度和纹波。

传统的LED控制方案中，电源VDD上电以后，电流检测采样信号与基准电压进行比较产生充电结束信号，充电结束信号与时钟信号经PWM逻辑控制产生逻辑控制信号，再经过输出前级驱动产生外部功率器件的栅极驱动信号，控制功率器件的开启和关断从而控制外接LED发光单元上的电流(电流峰值和纹波)。

连续导通模式的驱动时序如图1所示，电源VDD上电后，内部驱动电路开始工作，内部PWM逻辑控制外部电感周期性充放电，外部LED发光单元上流过相应的电流I_LED。对一个PWM周期进行放大，时序如图2所示：在一个固定PWM周期内(例如可以设定该固定时钟周期为7us)，首先设置栅极驱动信号DRV为逻辑高电平，功率器件导通，电感电流充电，反馈信号CS电平慢慢上升至基准电压VREF，当检测到充电结束信号DISCHARGE为高时，DRV变为逻辑低电平，功率器件截止，电感电流放电。

连续导通模式下：输出电流I_LED的峰值为：Ipeak＝VREF/R_sense，其中，Ipeak为峰值电流，R_sense为采样电阻的阻值。I_LED的纹波为：Δi＝V_LED*Toff/L，其中，V_LED为LED发光单元上的压降，L为电感量，Toff为固定放电时间。由于是降压型LED控制器，固定放电时间Toff由LED发光单元上的压降V_LED，输入电压Vin和PWM周期T来决定：Toff＝(1-V_LED/Vin)*T，所以：Δi＝V_LED*(1-V_LED/Vin)*T/L，输出电流I_LED的精度受峰值Ipeak和纹波Δi的影响。

为保证恒定输出电流，需采用合适的电感值来保证环路工作在连续导通模式下，最小电感量的计算公式为：L1>V_LED*(1-V_LED/Vin)*T*R_sense/VREF，此时Δi＝Ipeak＝VREF/R_sense，输出工作在临界连续导通模式。为实现更好的电流精度，需保证电感电流的纹波较小，例如设置Δi＝40％*Ipeak，电感量需增大到：L1>2.5*V_LED*(1-V_LED/Vin)*T*R_sense/VREF。如果设置的外部电感量较小，就容易进入非连续导通模式，此时I_LED的纹波和精度都会受影响。

传统的LED控制回路频率固定，为了保证输出电流精度，必须保证控制器工作在连续导通模式。当外接电感较小或是设定的输出I_LED电流较小时，Vin和LED发光单元等负载发生变化时，容易进入非连续导通模式，使得输出电流精度受影响。因此，如何确保LED控制回路不受输入电压及LED发光单元等影响，提高输出电流精度并减小输出纹波，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种开关降压型LED恒流控制电路、***及方法，用于解决现有技术中LED控制回路输出电流精度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种开关降压型LED恒流控制电路，所述开关降压型LED恒流控制电路至少包括：

平均电流比较模块、峰值电流比较模块、自适应时钟产生模块、PWM逻辑控制模块及驱动模块；

所述平均电流比较模块接收降压型LED电路的电流检测采样信号，用于将所述电流检测采样信号与平均基准进行比较，并得到第一比较结果；

所述峰值电流比较模块接收所述电流检测采样信号，用于将所述电流检测采样信号与峰值基准进行比较，并得到第二比较结果；所述平均基准小于所述峰值基准；

所述自适应时钟产生模块基于所述第二比较结果的反相逻辑信号调整关断参考信号电平，并产生对应的关断结束信号；

所述PWM逻辑控制模块连接所述平均电流比较模块、所述峰值电流比较模块及所述自适应时钟产生模块的输出端，基于所述第一比较结果及所述第二比较结果调整逻辑控制信号的导通时间，基于所述关断结束信号调整所述逻辑控制信号的关断时间，以实现所述降压型LED电路的恒流输出，并减小输出电流纹波；

所述驱动模块连接于所述PWM逻辑控制模块的输出端，基于所述逻辑控制信号驱动所述降压型LED电路中的功率开关管导通或关断。

可选地，所述自适应时钟产生模块包括关断参考信号控制单元及关断结束信号产生单元；

所述关断参考信号控制单元接收所述第二比较结果的反相逻辑信号，当所述电流检测采样信号大于所述峰值基准时产生下拉控制信号；当所述电流检测采样信号小于所述峰值基准时产生上拉控制信号；

所述关断结束信号产生单元接收所述下拉控制信号及所述上拉控制信号以调整关断参考信号的电平，所述下拉控制信号控制所述关断参考信号减小电平，所述上拉控制信号控制所述关断参考信号增大电平；同时将预设充电信号与所述关断参考信号进行比较，当所述预设充电信号大于所述关断参考信号时产生所述关断结束信号。

更可选地，所述关断参考信号控制单元包括第一反相器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门及第二反相器；

所述第一与非门的输入端分别连接所述第二比较结果的反相逻辑信号及所述第二与非门的输出端；所述第一反相器的输入端接收所述第二比较结果的反相逻辑信号；所述第二与非门的输入端分别连接所述第一反相器及所述第一与非门的输出端；所述第三与非门的输入端分别连接所述第一与非门的输出端及一脉冲信号，所述第二反相器的输入端连接所述第三与非门的输出端，输出端输出所述下拉控制信号；所述第四与非门的输入端分别连接所述第二与非门的输出端及所述脉冲信号，输出端输出所述上拉控制信号。

更可选地，所述关断结束信号产生单元包括第一电流源、上拉管、下拉管、第二电流源、第一充电电容、第一开关、第三电流源、第二充电电容及比较器；

所述第一电流源、所述上拉管、所述下拉管及所述第二电流源依次串联于电源和地之间，所述上拉管与所述下拉管的连接节点输出所述关断参考信号，所述上拉管的控制端连接所述上拉控制信号，所述下拉管的控制端连接所述下拉控制信号；所述第一充电电容的一端连接所述关断参考信号，另一端接地；所述第一开关的一端连接所述关断参考信号，另一端连接偏置电压后接地；

所述第三电流源的一端连接电源，另一端连接所述第二充电电容；所述第二充电电容的另一端接地；所述第三电流源与所述第二充电电容的连接节点输出所述预设充电信号；

所述比较器的输入端分别连接所述关断参考信号及所述预设充电信号，输出所述关断结束信号。

更可选地，所述PWM逻辑控制模块包括导通信号产生单元及逻辑控制信号产生单元；

所述导通信号产生单元接收所述第一比较结果及所述第二比较结果，在所述电流检测采样信号上升至所述平均基准的第一时间以及所述电流检测采样信号超出所述平均基准的第一时间内输出有效的导通信号，若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则所述导通信号直接失效；

所述逻辑控制信号产生单元连接所述导通信号产生单元及所述自适应时钟产生模块的输出端，基于所述导通信号及所述关断结束信号产生所述逻辑控制信号。

更可选地，所述导通信号产生单元包括振荡器、加法器及减法器；

所述加法器连接所述振荡器及所述平均电流比较模块的输出端，当所述电流检测采样信号上升至所述平均基准时进行加法运算，得到与所述第一时间对应的计数结果；

所述减法器连接所述振荡器、所述加法器及所述峰值电流比较模块的输出端，对所述加法器的计数结果做减法，若所述电流检测采样信号小于所述峰值基准，则在减法运算结果为零时控制所述导通信号失效；若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则直接控制所述导通信号失效。

可选地，所述开关降压型LED恒流控制电路还包括短路保护模块和/或调光模块；所述短路保护模块接收所述电流检测采样信号，将所述电流检测采样信号与短路保护基准进行比较，当所述电流检测采样信号大于所述短路保护基准时将所述功率开关管关断，其中，所述短路保护基准大于所述峰值基准；所述调光模块接收调光控制信号，并基于所述调光控制信号调整所述平均基准及所述峰值基准的值。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种开关降压型LED恒流控制***，所述开关降压型LED恒流控制***至少包括：

上述开关降压型LED恒流控制电路及降压型LED电路，所述开关降压型LED恒流控制电路接收所述降压型LED电路的电流检测采样信号，并输出所述降压型LED电路的驱动信号。

可选地，所述降压型LED电路包括LED发光模块，电感，续流二极管，功率开关管及采样模块；

所述LED发光模块的正极连接输入电源，负极连接所述电感的一端；所述电感的另一端连接所述续流二极管的正极；所述续流二极管的负极连接所述输入电源；所述功率开关管的一端连接所述续流二极管的正极，另一端连接所述采样模块后接地，控制端连接所述驱动信号；所述功率开关管与所述采样模块的连接节点输出所述电流检测采样信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种开关降压型LED恒流控制方法，所述开关降压型LED恒流控制方法至少包括：

监测降压型LED电路的电流检测采样信号，在一个周期内，在所述电流检测采样信号上升至所述平均基准的第一时间以及所述电流检测采样信号超出所述平均基准的第一时间内输出有效的导通信号，随后所述导通信号失效；若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则所述导通信号失效；

当所述电流检测采样信号大于所述峰值基准时减小关断参考信号，当所述电流检测采样信号小于所述峰值基准时增大所述关断参考信号，将预设充电信号与所述关断参考信号进行比较，当所述预设充电信号大于所述关断参考信号时产生所述关断结束信号；

基于所述导通信号及所述关断结束信号调整所述功率开关管的驱动信号，以实现恒流输出并控制输出电流的纹波；

其中，所述平均基准小于所述峰值基准。

可选地，获得所述导通信号的方法包括：

当所述电流检测采样信号小于所述平均基准时进行加法运算，得到与第一时间对应的计数结果；

对所述计数结果做减法，若所述电流检测采样信号小于所述峰值基准，则在减法运算结果为零时控制所述导通信号失效；若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则直接控制所述导通信号失效。

可选地，当所述导通信号有效时控制所述降压型LED电路中的功率开关管导通，当所述导通信号无效时控制所述功率开关管关断，当所述关断结束信号有效时控制所述功率开关管重新导通。

可选地，所述开关降压型LED恒流控制方法还包括：监测所述电流检测采样信号，当所述电流检测采样信号大于短路保护基准时将所述功率开关管关断，其中，所述短路保护基准大于所述峰值基准。

可选地，所述开关降压型LED恒流控制方法还包括：基于调光控制信号调整所述平均基准及所述峰值基准的值，以实现调光控制。

如上所述，本发明的开关降压型LED恒流控制电路、***及方法，具有以下有益效果：

本发明的开关降压型LED恒流控制电路、***及方法通过内部电路自动调整PWM时钟周期，并且采用计数器控制导通时间，采用平均电流检测和峰值电流检测的恒流控制方式，最终实现较小的电流纹波和输出电流的高精度，具有较好的线性调整率和负载调整率。

本发明的开关降压型LED恒流控制电路、***及方法采用自适应调整，可以实现很小的LED输出电流，可广泛应用于电子电路领域。

附图说明

图1显示为连续导通模式的驱动时序示意图。

图2显示为连续导通模式驱动时序一个PWM周期的放大示意图。

图3显示为本发明的开关降压型LED恒流控制电路的一种结构示意图。

图4显示为本发明的关断参考信号控制单元的结构示意图。

图5显示为本发明的关断结束信号产生单元的结构示意图。

图6显示为本发明的导通信号产生单元的结构示意图。

图7显示为本发明的开关降压型LED恒流控制电路的另一种结构示意图。

图8显示为本发明的开关降压型LED恒流控制***示意图。

图9显示为本发明产生导通时间的时序图。

图10显示为本发明下调关断参考信号的时序图。

图11显示为本发明上调关断参考信号的时序图。

图12显示为本发明产生关断结束信号的时序图。

图13显示为本发明的开关降压型LED恒流控制电路、***及方法的输入输出时序图。

图14显示为本发明的输出电流稳定前在非连续导通模式下的时序图。

图15显示为本发明的输出电流稳定后在连续导通模式下的时序图。

元件标号说明

1 开关降压型LED恒流控制***

11 开关降压型LED恒流控制电路

111 平均电流比较模块

112 峰值电流比较模块

113 自适应时钟产生模块

113a 关断参考信号控制单元

113b 关断结束信号产生单元

114 PWM逻辑控制模块

114a 导通信号产生单元

114a1 振荡器

114a2 加法器

114a3 减法器

115 驱动模块

116 短路保护模块

117 调光模块

117a 数模转换单元

12 降压型LED电路

121 LED发光模块

122 采样模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图15。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图3所示，本实施例提供一种开关降压型LED恒流控制电路11，所述开关降压型LED恒流控制电路11包括：

平均电流比较模块111、峰值电流比较模块112、自适应时钟产生模块113、PWM逻辑控制模块114及驱动模块115。

如图3所示，所述平均电流比较模块111接收降压型LED电路的电流检测采样信号Vcs，用于将所述电流检测采样信号Vcs与平均基准Vref1进行比较，并得到第一比较结果Cp1。

具体地，在本实施例中，所述平均电流比较模块111的正相输入端连接所述电流检测采样信号Vcs，反相输入端连接所述平均基准Vref1；当所述电流检测采样信号Vcs小于所述平均基准Vref1时输出低电平，当所述电流检测采样信号Vcs大于所述平均基准Vref1时输出高电平。在实际使用中，可通过增加反相器调整输入信号与输入端极性的对应关系，不以本实施例为限。

如图3所示，所述峰值电流比较模块112接收所述电流检测采样信号Vcs，用于将所述电流检测采样信号Vcs与峰值基准Vref2进行比较，并得到第二比较结果Cp2；所述平均基准Vref1小于所述峰值基准Vref2。

具体地，在本实施例中，所述峰值电流比较模块112的正相输入端连接所述电流检测采样信号Vcs，反相输入端连接所述峰值基准Vref2；当所述电流检测采样信号Vcs小于所述峰值基准Vref2时输出低电平，当所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2时输出高电平。在实际使用中，可通过增加反相器调整输入信号与输入端极性的对应关系，不以本实施例为限。

如图3所示，所述自适应时钟产生模块113基于所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS调整关断参考信号电平Ref_Off，并产生对应的关断结束信号Off。

具体地，所述自适应时钟产生模块113包括关断参考信号控制单元113a及关断结束信号产生单元113b。所述关断参考信号控制单元113a接收所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS，当所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2时，所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS输出下降沿，产生有效的下拉控制信号Down，所述下拉控制信号Down产生一次高电平脉冲信号；当所述电流检测采样信号Vcs小于所述峰值基准Vref2时，所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS保持为高，产生有效的上拉控制信号Up，所述上拉控制信号Up产生一次低电平脉冲信号。所述关断结束信号产生单元113b接收所述下拉控制信号Down及所述上拉控制信号Up以调整关断参考信号Ref_Off的大小，同时将预设充电信号RC与所述关断参考信号Ref_Off进行比较，当所述预设充电信号RC大于所述关断参考信号Ref_Off时产生所述关断结束信号Off。

更具体地，如图4所示，所述关断参考信号控制单元113a包括第一反相器not1、第一与非门nand1、第二与非门nand2、第三与非门nand3、第四与非门nand4及第二反相器not2。所述第一与非门nand1的输入端分别连接所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS及所述第二与非门nand2的输出端；所述第一反相器not1的输入端接收所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS；所述第二与非门nand2的输入端分别连接所述第一反相器not1及所述第一与非门nand1的输出端；所述第三与非门nand3的输入端分别连接所述第一与非门nand1的输出端及一脉冲信号pulse(当所述驱动模块115输出的驱动信号Drv变为低时，所述脉冲信号pulse产生；在本实施例中，所述脉冲信号pulse的脉宽设定为300ns，所述脉冲信号pulse由所述PWM逻辑控制模块114产生。在实际使用中，可根据需要设定所述脉冲信号pulse的脉宽及来源，不以本实施例为限)，所述第二反相器not2的输入端连接所述第三与非门nand3的输出端，输出端输出所述下拉控制信号Down；所述第四与非门nand4的输入端分别连接所述第二与非门nand2的输出端及所述脉冲信号pulse，输出端输出所述上拉控制信号Up。当所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2时，所述第二比较结果Cp2为高电平，所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS为低电平，所述下拉控制信号Down为高电平脉冲，所述上拉控制信号Up也为高电平，此时，所述下拉控制信号Down有效，所述关断参考信号Ref_Off在该高电平脉冲时间内放电减小电平；当所述电流检测采样信号Vcs小于所述峰值基准Vref2时，所述第二比较结果Cp2保持为低电平，所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS保持为高电平，所述下拉控制信号Down为低电平，所述上拉控制信号Up为低电平脉冲，此时，所述上拉控制信号Up有效，所述关断参考信号Ref_Off电平在该低电平脉冲时间内充电增大电平。

更具体地，如图5所示，所述关断结束信号产生单元113b包括第一电流源IBP1、上拉管MP、下拉管MN、第二电流源IBN1、第一充电电容C1、第一开关S1、第三电流源IBP2、第二充电电容C2及比较器COMP。所述第一电流源IBP1的一端连接电源VDD，另一端连接所述上拉管MP的源极；所述上拉管MP的栅端连接所述上拉控制信号Up，漏极连接所述下拉管MN的漏极；所述下拉管MN的栅端连接所述下拉控制信号Down，源极连接所述第二电流源IBN1的一端；所述第二电流源IBN1的另一端接地。所述第一充电电容C1的一端连接所述上拉管MP及所述下拉管MN的漏极，另一端接地。所述第一开关S1的一端连接所述上拉管MP及所述下拉管MN的漏极，另一端连接偏置电压Vbias后接地。所述上拉管MP及所述下拉管MN的漏极输出关断参考信号Ref_Off。所述第三电流源的一端连接电源，另一端连接所述第二充电电容；所述第二充电电容的另一端接地；所述第三电流源IBP2的一端连接电源VDD，另一端连接所述第二充电电容C2的上极板；所述第二充电电容C2的下极板接地；所述第三电流源IBP2与所述第二充电电容C2的连接节点输出所述预设充电信号RC。所述比较器COMP的输入端分别连接所述关断参考信号Ref_Off及所述预设充电信号RC，输出所述关断结束信号Off，当所述预设充电信号RC大于所述关断参考信号Ref_Off时，所述关断结束信号Off有效，产生高电平脉冲，宣告该PWM周期结束，进入下一个新的PWM周期，功率开关管重新导通。在本实施例中，所述比较器COMP的反相输入端连接所述关断参考信号Ref_Off，正相输入端连接所述预设充电信号RC。在实际使用中，可通过增加反相器调整输入信号与输入端极性的对应关系，不以本实施例为限。

需要说明的是，在本实施例中，所述第一电流源IBP1及所述第二电流源IBN1均为uA级电流，所述第一充电电容C1为pF级电容。

如图3所示，所述PWM逻辑控制模块114连接所述平均电流比较模块111、所述峰值电流比较模块112及所述自适应时钟产生模块113的输出端，基于所述第一比较结果Cp1及所述第二比较结果Cp2调整逻辑控制信号Predrv的导通时间，基于所述关断结束信号Off调整所述逻辑控制信号Predrv的关断时时间，以实现所述降压型LED电路的恒流输出，并减小输出电流纹波。

具体地，所述PWM逻辑控制模块114包括导通信号产生单元114a及逻辑控制信号产生单元(图中未显示)。所述导通信号产生单元114a接收所述第一比较结果Cp1及所述第二比较结果Cp2，在所述电流检测采样信号Vcs上升至所述平均基准Vref1的第一时间及所述电流检测采样信号Vcs超出所述平均基准Vref1的第一时间内输出有效的导通信号On(在一个周期内，所述电流检测采样信号Vcs与所述平均基准电压Vref1的上下偏差值相等)，随后所述导通信号On失效，若所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2，则在所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2时所述导通信号On提前失效。所述逻辑控制信号产生单元连接所述导通信号产生单元114a及所述自适应时钟产生模块113的输出端，基于所述导通信号On及所述关断结束信号Off产生所述逻辑控制信号Predrv。

更具体地，如图6所示，在本实施例中，所述导通信号产生单元114a包括振荡器114a1、加法器114a2及减法器114a3。所述振荡器114a1用于产生基本时钟，在本实施中，所述基本时钟的频率为MHz级别。所述加法器114a2连接所述振荡器114a1及所述平均电流比较模块111的输出端，功率开关管开始导通，当所述电流检测采样信号Vcs逐渐增大至所述平均基准Vref1的过程中所述加法器114a2从0逐次加1开始进行加法运算，得到计数结果n，所述计数结果n对应于所述电流检测采样信号Vcs小于所述平均基准Vref1的时间，即为所述第一时间。所述减法器114a3连接所述振荡器114a1、所述加法器114a2及所述峰值电流比较模块112的输出端，对所述加法器114a2的计数结果从n开始逐次减1做减法，所述电流检测采样信号Vcs继续增大，直到所述加法器114a2的计数结果从n又慢慢减小到0，此时可保证所述电流检测采样信号Vcs大于所述平均基准Vref1的时间也为所述第一时间。若所述电流检测采样信号Vcs始终小于所述峰值基准Vref2，则在减法运算结果为零时控制所述导通信号On才失效，变为低电平；随着所述电流检测采样信号Vcs的增大，若所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2，则停止减法运算，在所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2时直接控制所述导通信号On失效。所述平均电流比较模块111的输出控制所述电流检测采样信号Vcs与所述平均基准电压Vref1的上下偏差值相等，进而实现恒流输出。所述峰值电流比较模块112的输出控制所述导通信号On的最大导通时间，若所述电流检测采样信号Vcs高于所述峰值基准Vref2时，所述峰值电流比较模块112输出产生高电平脉冲，所述减法器114a3就会立即停止工作，所述导通信号On会提前结束变为逻辑低电平。

更具体地，所述逻辑控制信号产生单元接收所述导通信号On及所述关断结束信号Off，并产生所述逻辑控制信号Predrv。当所述导通信号On有效时所述逻辑控制信号Predrv控制所述降压型LED电路中的功率开关管导通，当所述导通信号On无效时所述逻辑控制信号Predrv控制所述功率开关管关断，当所述关断结束信号Off有效时所述逻辑控制信号Predrv控制所述功率开关管重新导通。

如图3所示，所述驱动模块115连接于所述PWM逻辑控制模块114的输出端，基于所述逻辑控制信号Predrv产生驱动信号Drv，用于驱动所述降压型LED电路中的功率开关管导通或关断。

在本实施例中，所述平均电流比较模块111、所述峰值电流比较模块112、所述自适应时钟产生模块113、所述PWM逻辑控制模块114及所述驱动模块115集成于芯片内部，在实际使用中，可根据实际需要设置各模块的位置，不以本实施例为限。

实施例二

如图7所示，本实施例提供一种开关降压型LED恒流控制电路11，与实施例一的不同之处在于，本实施例还增加其他功能模块。

作为本发明的一种实现方式，所述开关降压型LED恒流控制电路11还包括短路保护模块116。所述短路保护模块116接收所述电流检测采样信号Vcs，将所述电流检测采样信号Vcs与短路保护基准Vref3进行比较，输出短路保护信号Short。当所述电流检测采样信号Vcs大于所述短路保护基准Vref3时将所述功率开关管关断，其中，所述短路保护基准Vref3大于所述峰值基准Vref2。在本实施例中，所述短路保护模块116的正相输入端连接所述电流检测采样信号Vcs，反相输入端连接所述短路保护基准Vref3，在实际使用中，可通过增加反相器调整输入信号与输入端极性的对应关系，不以本实施例为限。

作为本发明的另一种实现方式，所述开关降压型LED恒流控制电路11还包括调光模块117，所述调光模块117接收调光控制信号DIM，并基于所述调光控制信号DIM调整所述平均基准Vref1及所述峰值基准Vref2的值。在本实施例中，所述调光模块117包括数模转换单元117a，所述数模转换单元117a对所述调光控制信号DIM进行数模转换，以调整所述平均基准Vref1及所述峰值基准Vref2的值，进而实现调光控制。

实施例三

如图8所示，本实施例提供一种开关降压型LED恒流控制***1，所述开关降压型LED恒流控制***1包括：开关降压型LED恒流控制电路11及降压型LED电路12。

如图8所示，所述开关降压型LED恒流控制电路11接收所述降压型LED电路12的电流检测采样信号，并输出所述降压型LED电路的驱动信号。

具体地，所述开关降压型LED恒流控制电路11的电路结构及工作原理与实施例一或实施例二的开关降压型LED恒流控制电路相同，在此不一一赘述。

如图8所示，所述降压型LED电路12基于所述开关降压型LED恒流控制电路11的控制得到稳定输出。

具体地，所述降压型LED电路12包括LED发光模块121，电感L，续流二极管D，功率开关管Q及采样模块122。所述LED发光模块121的正极连接输入电源Vin，负极连接所述电感L的一端。所述电感L的另一端连接所述续流二极管D的正极。所述续流二极管D的负极连接所述输入电源Vin。在本实施例中，所述功率开关管Q为NMOS，所述功率开关管Q的漏极连接所述续流二极管D的正极，源极连接所述采样模块122后接地，栅极连接所述驱动信号Drv；在实际使用中，所述功率开关管Q各端口的连接关系与所述功率开关管Q的类型有关，不以本实施例为限。所述功率开关管Q与所述采样模块122的连接节点输出所述电流检测采样信号Vcs，在本实施例中，所述采样模块122采用采样电阻实现。

实施例四

如图9～图12所示，本实施例提供一种开关降压型LED恒流控制方法，在本实施例中基于实施例三中所述的开关降压型LED恒流控制***1说明本发明的开关降压型LED恒流控制方法，在实际使用中，任意符合本发明的开关降压型LED恒流控制方法的硬件电路或软件代码均适用，不限于本实施例的列举。所述开关降压型LED恒流控制方法包括：

监测所述降压型LED电路12的电流检测采样信号Vcs，在一个周期内，在所述电流检测采样信号Vcs上升至所述平均基准Vref1的第一时间以及所述电流检测采样信号Vcs超出所述平均基准Vref1的第一时间内输出有效的导通信号On，随后所述导通信号On失效，若所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2，则所述导通信号On失效；

当所述电流检测采样信号Vcs大于所述峰值基准Vref2时减小关断参考信号Ref_Off，当所述电流检测采样信号Vcs小于所述峰值基准Vref2时增大所述关断参考信号Ref_Off，将预设充电信号RC与所述关断参考信号Ref_Off进行比较，当所述预设充电信号RC大于所述关断参考信号Ref_Off时产生所述关断结束信号Off；

基于所述导通信号On及所述关断结束信号Off调整所述功率开关管Q的驱动信号Drv，以实现恒流输出并控制输出电流的纹波。

具体地，如图9所示，初始状态，所述功率开关管Q导通，所述导通信号On为高电平(有效)，所述电流检测采样信号Vcs小于所述平均基准Vref1，此时，所述加法器114a2开始工作，从0开始慢慢计数。随着所述电感L的充电，所述电流检测采样信号Vcs逐渐增大。当所述电流检测采样信号Vcs达到所述平均基准Vref1时，所述第一比较结果Cp1输出高电平，所述加法器114a2停止工作，计数结果为n，所述计数结果n与所述振荡器114a1产生的基本时钟的乘积即为第一时间ΔT；同时，所述减法器114a3开始工作，所述减法器114a3对所述计数结果n做减法运算。初始阶段由于所述电流检测采样信号Vcs上升比较快，当所述减法器114a3未计数到零时(做减法运算的时间小于所述第一时间ΔT)，所述电流检测采样信号Vcs已经大于所述峰值基准Vref2，此时，所述第二比较结果Cp2输出高电平，所述导通信号On跳变为低电平(失效)，所述导通信号On高电平时控制所述功率开关管Q导通，所述导通信号On低电平时控制所述功率开关管Q关断。随着多个周期的调整，所述电流检测采样信号Vcs上升的速度减慢，做减法运算的时间趋近于所述第一时间ΔT，直至达到平衡，此时，由于所述电流检测采样信号Vcs始终小于所述峰值基准Vref2，所述减法器114a3从所述计数结果n开始慢慢计数回到0，然后所述导通信号On跳变为低电平，所述减法器114a3的计数结果n乘以基本时钟也是ΔT。所述电流检测采样信号Vcs与所述平均基准Vref1的上下偏差值相等，实现了输出电流I_LED的平均电流值为：Iaverage＝Vref1/Rcs，其中，Rcs为所述采样模块122的阻值。

具体地，当所述导通信号On为低电平时，所述自适应时钟产生模块113开始工作，产生相应的关断结束信号Off。如图10所示，若在一个PWM周期内检测到所述第二比较结果Cp2输出高电平(有高电平脉冲输出)，所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS为低电平脉冲，当所述驱动信号Drv跳变为低电平时，所述脉冲信号pulse(在本实施例中，设置参考值为300ns)到来，所述下拉控制信号Down跳变为高电平，控制所述下拉管MN导通，所述关断参考信号Ref_Off放电减小，直至所述下拉控制信号Down跳变为低电平时所述关断参考信号Ref_Off保持。如图11所示，若在一个PWM周期内未检测到所述第二比较结果Cp2(没有高电平脉冲输出)，所述第二比较结果Cp2的反相逻辑信号LS始终保持为高电平，当所述驱动信号Drv跳变为低电平时，所述脉冲信号pulse到来，所述上拉控制信号Up跳变为低电平，控制所述上拉管MP导通，所述关断参考信号Ref_Off充电增大，直至所述上拉控制信号Up跳变为高电平时所述关断参考信号Ref_Off保持。将所述预设充电信号RC与所述关断参考信号Ref_Off进行比较，所述预设充电信号RC为一三角波信号，当所述导通信号On无效时开始充电，所述预设充电信号RC逐渐增大，当所述预设充电信号RC大于所述关断参考信号Ref_Off时所述关断结束信号Off有效，控制所述功率开关管Q重新导通。如图12所示，电源VDD上电后，所述第一开关S1先导通，偏置电压Vbias先给所述关断参考信号Ref_Off提供一个初始电位(在本实施例中，参考值为3V)，随后所述第一开关S1关断。此时，所述关断参考信号Ref_Off电位较高，所述驱动信号Drv中关断(低电平)时间Toff较长，同时所述驱动信号Drv中导通(高电平)时间Ton也很长，所述电感L的充电电流很快上升，触发所述峰值电流比较模块112产生高电平脉冲，所述下拉控制信号Down拉低所述关断参考信号Ref_Off，所述关断参考信号Ref_Off逐渐下降；当输出电流I_LED趋于稳定时，所述峰值电流比较模块112的输出不再出现高电平，为避免所述第一充电电容C1放电导致所述关断参考信号Ref_Off下降，此时所述上拉控制信号Up会上拉所述关断参考信号Ref_Off，保证所述关断参考信号Ref_Off一直稳定在恒定值上。在自适应调整过程中，所述关断结束信号Off的周期会逐渐变小，最终实现固定的放电时间Toff，并实现电感精度和纹波都达到最优化。

电流检测采样信号Vcs与峰值基准Vref2送至峰值电流比较模块112的输入端，峰值电流比较模块112输出送至PWM逻辑控制模块114，同时电流检测采样信号Vcs还与平均基准电压Vref1送至平均电流比较模块111的输入端，平均电流比较模块111输出也送至PWM逻辑控制模块114，通过计数控制产生导通信号On。导通信号On为高时，驱动信号Drv为高，外部功率开关管Q导通；当导通信号On为低时，驱动信号Drv为低，外部功率开关管Q截止，同时使能自适应时钟产生模块113，自适应时钟产生模块113输出产生相应的关断结束信号Off，导通信号On和关断结束信号Off加在一起实现一个PWM周期。

作为本发明的一种实现方式，所述开关降压型LED恒流控制方法还包括：监测所述电流检测采样信号Vcs，当所述电流检测采样信号Vcs大于短路保护基准Vref3时将所述功率开关管Q关断，其中，所述短路保护基准Vref3大于所述峰值基准Vref2。

作为本发明的另一种实现方式，所述开关降压型LED恒流控制方法还包括：基于调光控制信号DIM调整所述平均基准Vref1及所述峰值基准Vref2的值，以实现调光控制。

如图13所示为本发明的开关降压型LED恒流控制电路、***及方法的输入输出时序图，可以看到当电源VDD上电以后，恒流控制电路内部自适应调整，从非连续导通模式过渡到连续导通模式，实现了LED发光单元上的输出电流I_LED的高精度和小纹波。对图13进行放大，输出电流I_LED稳定前在非连续导通模式下的波形如图14所示，设置平均基准Vref1＝200mV，稳定前未完成加法器和减法器时间一致，在减法器工作时检测到峰值电流比较模块的输出，提前将导通信号On变为逻辑低电平，驱动信号Drv关断进入电感放电阶段。对图13进行放大，输出电流I_LED稳定后在连续导通模式下的波形如图15所示，稳定以后实现加法器和减法器时间一致，电流检测采样信号Vcs与平均基准Vref1(200mV)的上下偏差值相等，最终实现了输出电流的高精度和小纹波。

综上所述，本发明提供一种开关降压型LED恒流控制电路、***及方法，包括：平均电流比较模块、峰值电流比较模块、自适应时钟产生模块、PWM逻辑控制模块及驱动模块；所述平均电流比较模块接收降压型LED电路的电流检测采样信号，用于将所述电流检测采样信号与平均基准进行比较，并得到第一比较结果；所述峰值电流比较模块接收所述电流检测采样信号，用于将所述电流检测采样信号与峰值基准进行比较，并得到第二比较结果；所述平均基准小于所述峰值基准；所述自适应时钟产生模块接收所述第二比较结果的反相逻辑信号调整关断参考信号电平，并产生对应的关断结束信号；所述PWM逻辑控制模块连接所述平均电流比较模块、所述峰值电流比较模块及所述自适应时钟产生模块的输出端，基于所述第一比较结果及所述第二比较结果调整逻辑控制信号的导通时间，基于所述关断结束信号调整所述逻辑控制信号的关断时间，以实现所述降压型LED电路的恒流输出，并减小所述降压型LED电路的输出电流纹波；所述驱动模块连接于所述PWM逻辑控制模块的输出端，基于所述逻辑控制信号驱动所述降压型LED电路中的功率开关管导通或关断。监测降压型LED电路的电流检测采样信号，在一个周期内，在所述电流检测采样信号上升至所述平均基准的第一时间以及所述电流检测采样信号超出所述平均基准的第一时间内输出有效的导通信号，随后所述导通信号失效；若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则所述导通信号在所述电流检测采样信号大于所述峰值基准时提前失效；当所述电流检测采样信号大于所述峰值基准时减小关断参考信号，当所述电流检测采样信号小于所述峰值基准时增大所述关断参考信号；将预设充电信号与所述关断参考信号进行比较，当所述预设充电信号大于所述关断参考信号时产生所述关断结束信号；基于所述导通信号及所述关断结束信号调整所述功率开关管的驱动信号，以实现恒流输出并控制输出电流的纹波。本发明的开关降压型LED恒流控制电路、***及方法通过内部电路自动调整PWM时钟周期，并且采用计数器控制导通时间，采用平均电流检测和峰值电流检测的恒流控制方式，最终实现较小的电流纹波和输出电流的高精度，具有较好的线性调整率和负载调整率；采用自适应调整，可以实现很小的LED输出电流，可广泛应用于电子电路领域。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种开关降压型LED恒流控制电路，其特征在于，所述开关降压型LED恒流控制电路至少包括：

所述自适应时钟产生模块基于所述第二比较结果的反相逻辑信号调整关断参考信号电平，并产生对应的关断结束信号；所述自适应时钟产生模块包括关断参考信号控制单元及关断结束信号产生单元；所述关断参考信号控制单元接收所述第二比较结果的反相逻辑信号，当所述电流检测采样信号大于所述峰值基准时产生下拉控制信号；当所述电流检测采样信号小于所述峰值基准时产生上拉控制信号；所述关断结束信号产生单元接收所述下拉控制信号及所述上拉控制信号以调整关断参考信号的电平，所述下拉控制信号控制所述关断参考信号减小电平，所述上拉控制信号控制所述关断参考信号增大电平；同时将预设充电信号与所述关断参考信号进行比较，当所述预设充电信号大于所述关断参考信号时产生所述关断结束信号；

所述PWM逻辑控制模块连接所述平均电流比较模块、所述峰值电流比较模块及所述自适应时钟产生模块的输出端，基于所述第一比较结果及所述第二比较结果调整逻辑控制信号的导通时间，基于所述关断结束信号调整所述逻辑控制信号的关断时间，以实现所述降压型LED电路的恒流输出，并减小输出电流纹波；所述PWM逻辑控制模块包括导通信号产生单元及逻辑控制信号产生单元；所述导通信号产生单元接收所述第一比较结果及所述第二比较结果，在所述电流检测采样信号上升至所述平均基准的第一时间以及所述电流检测采样信号超出所述平均基准的第一时间内输出有效的导通信号，若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则所述导通信号直接失效；所述逻辑控制信号产生单元连接所述导通信号产生单元及所述自适应时钟产生模块的输出端，基于所述导通信号及所述关断结束信号产生所述逻辑控制信号；

所述驱动模块连接于所述PWM逻辑控制模块的输出端，基于所述逻辑控制信号驱动所述降压型LED电路中的功率开关管导通或关断；当所述导通信号有效时控制所述功率开关管导通，当所述导通信号无效时控制所述功率开关管关断，当所述关断结束信号有效时控制所述功率开关管重新导通。

2.根据权利要求1所述的开关降压型LED恒流控制电路，其特征在于：所述关断参考信号控制单元包括第一反相器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门及第二反相器；

3.根据权利要求1所述的开关降压型LED恒流控制电路，其特征在于：所述关断结束信号产生单元包括第一电流源、上拉管、下拉管、第二电流源、第一充电电容、第一开关、第三电流源、第二充电电容及比较器；

所述第三电流源的一端连接电源，另一端连接所述第二充电电容；所述第二充电电容的另一端接地；所述第三电流源与所述第二充电电容的连接节点输出所述预设充电信号；所述比较器的输入端分别连接所述关断参考信号及所述预设充电信号，输出所述关断结束信号。

4.根据权利要求1所述的开关降压型LED恒流控制电路，其特征在于：所述导通信号产生单元包括振荡器、加法器及减法器；

5.根据权利要求1所述的开关降压型LED恒流控制电路，其特征在于：所述开关降压型LED恒流控制电路还包括短路保护模块和/或调光模块；所述短路保护模块接收所述电流检测采样信号，将所述电流检测采样信号与短路保护基准进行比较，当所述电流检测采样信号大于所述短路保护基准时将所述功率开关管关断，其中，所述短路保护基准大于所述峰值基准；所述调光模块接收调光控制信号，并基于所述调光控制信号调整所述平均基准及所述峰值基准的值。

6.一种开关降压型LED恒流控制***，其特征在于，所述开关降压型LED恒流控制***至少包括：

如权利要求1～5任意一项所述的开关降压型LED恒流控制电路及降压型LED电路，所述开关降压型LED恒流控制电路接收所述降压型LED电路的电流检测采样信号，并输出所述降压型LED电路的驱动信号。

7.根据权利要求6所述的开关降压型LED恒流控制***，其特征在于：所述降压型LED电路包括LED发光模块，电感，续流二极管，功率开关管及采样模块；

8.一种开关降压型LED恒流控制方法，其特征在于，所述开关降压型LED恒流控制方法至少包括：

监测降压型LED电路的电流检测采样信号，在一个周期内，在所述电流检测采样信号上升至平均基准的第一时间以及所述电流检测采样信号超出所述平均基准的第一时间内输出有效的导通信号，随后所述导通信号失效；若所述电流检测采样信号大于所述峰值基准，则所述导通信号失效；

基于所述导通信号及所述关断结束信号调整所述功率开关管的驱动信号，当所述导通信号有效时控制所述降压型LED电路中的功率开关管导通，当所述导通信号无效时控制所述功率开关管关断，当所述关断结束信号有效时控制所述功率开关管重新导通；以实现恒流输出并控制输出电流的纹波；

其中，所述平均基准小于所述峰值基准。

9.根据权利要求8所述的开关降压型LED恒流控制方法，其特征在于：获得所述导通信号的方法包括：

当所述电流检测采样信号上升至所述平均基准时进行加法运算，得到与第一时间对应的计数结果；

10.根据权利要求8所述的开关降压型LED恒流控制方法，其特征在于：所述开关降压型LED恒流控制方法还包括：监测所述电流检测采样信号，当所述电流检测采样信号大于短路保护基准时将所述功率开关管关断，其中，所述短路保护基准大于所述峰值基准。

11.根据权利要求8所述的开关降压型LED恒流控制方法，其特征在于：所述开关降压型LED恒流控制方法还包括：基于调光控制信号调整所述平均基准及所述峰值基准的值，以实现调光控制。