CN100493279C - 具有采样保持的脉宽调制发光二极管调节器 - Google Patents

Abstract

提供了一种稳定性提高了的具有采样保持电路的LED驱动器。LED驱动器包括调节电路和将输入节点(V6)耦合到输出节点(V3)的采样保持电路，其中，输入和输出节点都耦合到调节电路。如果输入节点处的电压大于输出节点处的电压，则采样保持电路的传递函数是假拟全通，如果输入节点处的电压小于输出节点处的电压，则采样保持电路的传递函数为恒定信号。

Description

具有采样保持的脉宽调制发光二极管调节器

技术领域

本发明涉及可调节的LED(发光二极管)电流源。更具体地，本发明涉及用于构造稳定性提高了的LED调节器的技术。

背景技术

LED照明系统通常利用可调节的电源来给LED供电。在LED驱动器领域中，公知的是利用脉宽调制(PWM)驱动电流作为提供给LED的电源。通常，调节器电路包括共同工作以提供功率调节的具有有源和无源元件的几个子电路。

图1中示出了用于驱动LED行的典型调节器的简单电路图。降压-升压转换器是由Q1、L、D1和C1形成的。串联的LED行标记为D5。OP-AMP1连同环绕电阻器R5、R6、R7、R8一起形成差动放大器，用于从R1检测的电流信号。通过OP-AMP2连同环绕元件R9、R10、R11、R12、C5、C6和C7一起形成模拟PID控制器。通过调制器COMP1将PWM信号引入到调节器电路。在稳态直流工作中，通过调节器电路调节LED行D5的电流。

图2说明了被构成来给LED行D5提供光输出调节或变暗功能性的调节器电路。公知的是，如图2中所示，通过调用串联开关Q2可有益于将低频PWM电流用于LED行D5。为了减小在每次接通时在LED行D5中的电流峰值脉冲，提供了由R2、R4、C2和D2组成的简单的采样保持210子电路。如图2中所示，采样保持子电路具有输出电压V3和输入电压V6。可以示出，当二极管D2导通时，采样保持210子电路的传递函数为：

$\frac{V3}{V6}=K\left(s\right)=K_0\frac{1}{1+\frac{s}{\mathrm{\ω}}},---\left(1\right)$

其中         $K_0=\frac{R2}{R2+R4},$ 和      (2)

$\mathrm{\ω}=\frac{R2+R4}{R2*R3*C2}.---\left(3\right)$

观察等式(1)，其显示出，采样保持将具有相关联的90度相位延迟的极引入到电流调节环中。因此LED调节器的相位裕度减小了，并且调节器电路易于振荡。因此，希望提供一种改进了的LED调节器结构，其致力于这些和其它限制。

发明内容

本发明提供了一种用于提高LED调节器的稳定性的系统和方法。根据本发明，提供了一种用于构成具有采样保持电路的调节器电路的方法。提供了将输入电压耦合到采样保持电路的输入节点。还提供了响应于输入电压激励采样保持电路，并检测耦合到采样保持电路的输出节点处的输出电压。并且也提供了确定输入节点处的输入电压是否大于输出节点处的输出电压，以及根据确定结果提供采样保持功能。

根据本发明的另一个方面，提供了一种稳定性提高了的具有采样保持电路的调节器电路。提供了调节电路。还提供了耦合到输入和输出节点的采样保持电路。如果输入节点处的输入电压大于输出节点处的输出电压，则采样保持电路的传递函数是假拟全通，如果输入节点处的输入电压小于输出节点处的输出电压，则采样保持电路的传递函数基本上为恒定信号。

从接下来结合附图理解的示例性实施例的详细描述中，本发明的前述和其它特征和优点是很明显的。详细的描述和附图仅是为了说明本发明而不是限定本发明，本发明的范围是由所附的权利要求和其等效内容限定的。

附图说明

图1说明了现有技术中的LED调节系统。

图2说明了现有技术中的基于低频PWM的LED调节系统。

图3是根据本发明的假拟全通采样保持电路的方框图。

图4是说明了根据本发明的图3中所示假拟全通采样保持电路的实施例的方框图。

图5是用于构成具有根据本发明的采样保持电路的调节器电路的方法的流程图。

具体实施方式

如清楚规定出的，在接下来的描述中，术语“耦合”表示在要连接的物体之间的直接连接，或者表示通过一个或多个可能已示出或可能未示出的有源或无源器件的连接。

图3是根据本发明的假拟全通采样保持电路的方框图。图3示出了假拟全通采样保持电路300。所示的假拟全通采样保持电路300具有都以地为参考的输入节点Vin和输出节点Vout。

假拟全通采样保持电路300是任意一种提供采样保持功能并具有传递函数的电路：

Vout(s)/Vin(s)＝K(s)，当Vin>Vout时K(s)是全通函数，并且         (4)

当Vin<Vout时Vout(t)是近似恒定信号                              (5)

因此，该假拟全通采样保持结构在调节器电路中提供了采样保持功能，而不会将电极引入到调节器的传递函数中。这样调节器就能够以更稳定的方式工作。

例如在一个实施例中，假拟全通采样保持电路300是被构成以用于全通操作如集成电路的有源采样保持器件。在另一个实施例中，假拟全通采样保持电路300是无源电路，其包含无源器件，如电阻器、电容器、二极管和类似器件。参考图4详细地讨论假拟全通采样保持电路300的无源实施例。

图4是说明了图3中所示假拟全通采样保持电路的实施例的方框图。图3示出了完整的采样保持电路300，其包括如图2中的采样保持电路210、第一旁路二极管D6和第二旁路二极管D7。所示的第一旁路二极管D6将采样保持电路210耦合到具有前向偏置的输出节点V3。所示的第二旁路二极管D7将输入节点V6与具有前向偏置的输出节点耦合在一起。

工作中，旁路二极管D7在V6处的电压电势大于V3处的电势电压时旁路电流。施加到V6处的电势电压是随时间变化的，如周期性脉冲或者直流值。如果V3的电势电压大于V6，则二极管D6和D7的偏置防止了电流反向，因此构成了采样保持电路。

在接下来的过程描述中，在不脱离本发明的情况下，特定的步骤可被组合在一起、同时执行或以不同的顺序执行。

图5是用于构成根据本发明的具有采样保持电路的调节器电路的方法的流程图。过程500从步骤510开始。通常，采样保持电路进行工作用来减小在每次接通时刻时在PWM驱动条件下LED行中的电流峰值脉冲。

在步骤510中，输入电压耦合到假拟全通采样保持300的输入节点V6。通常，输入电压是调节器子电路(例如，监控流过LED行D5的电流的差动放大器)的输出。输入电压可以是随时间变化的信号，如周期性脉冲，或者静态直流值。电压可在任意时刻被耦合到输入节点上，并对于特殊的功能性如PWM工作模式，可以有选择性地工作。

在步骤520中，响应于在步骤510中被耦合的电压假拟全通采样保持电路300被激励。假拟全通采样保持电路300包含当电压被耦合到电路如电容器上时被激励的元件。在一个实施例中，该电容器响应于电压信号进行充电。采样保持电路300的激励在步骤510中输入电压耦合后立即发生。

在步骤530中，检测输出节点处的输出电压。通常，围绕采样保持构成第一旁路二极管D6和第二旁路二极管D7，用以允许检测输出电压。如果输出电压大于参考输入电压，则这两个二极管将反向偏置。

在步骤540中，要进行确定在输入节点处的输入电压是否大于输出节点处的输出电压。通常，由于在上述条件下，前向偏置的二极管将导通，所以第一旁路二极管D6和第二旁路二极管D7提供了输入电压是否大于输出电压的确定结果。如果输入电压小于输出电压，则二极管D7将不导通，且采样保持电路的输出电压将为几乎恒定的信号。

在步骤550中，根据步骤540的确定结果提供采样保持功能。根据在步骤540中确定的相对电压，采样保持电路300具有传递特性。在采样保持电路工作时始终提供采样保持功能。

尽管已经示出并描述了本发明的优选实施例，但对于本领域的技术人员来说将出现多种变化和可供替换的实施例。因此，意图将本发明仅根据所附权利要求被限定。

Claims (18)

1.一种用于构成具有采样保持电路(210)的调节器电路的方法，该调节器电路用于驱动LED D5，该方法包括：

将输入电压耦合到采样保持电路(210)的输入节点(V6)；

响应于输入电压激励采样保持电路(210)；

检测耦合到采样保持电路(210)的输出节点(V3)处的输出电压；

确定输入节点(V6)处的输入电压是否大于输出节点(V3)处的输出电压；以及

根据确定结果提供采样保持功能。

2.如权利要求1的方法，其中，如果输入节点(V6)处的输入电压大于输出节点(V3)处的输出电压，则采样保持电路(210)的传递函数是假拟全通，如果输入节点(V6)处的输入电压小于输出节点(V3)处的输出电压，则采样保持电路(210)的传递函数为恒定信号。

3.如权利要求2的方法，其中，调节器电路包括降压-升压转换器、差动放大器、PID控制器、采样保持电路(210)和PWM调制器。

4.如权利要求2的方法，其中，采样保持电路(210)是无源的。

5.如权利要求4的方法，其中，采样保持电路(210)包括耦合到前向偏置二极管D2输入端的串联输入电阻器R4，其中二极管D2的输出端耦合到与电阻器R2并联的电容器C2上，电阻器R2旁路到地，其中从二极管D2的输出端得到采样保持(210)的输出。

6.如权利要求5的方法，其中，提供采样保持电路(210)传递函数包括设置耦合在输入节点(V6)和输出节点(V3)之间的第一旁路二极管D7和耦合在采样保持电路(210)和输出节点(V3)之间的第二旁路二极管D6。

7.如权利要求6的方法，其中，第一旁路二极管D7和第二旁路二极管D6用来检测输出节点(V3)处的输出电压。

8.如权利要求2的方法，其中，将输入电压耦合到采样保持电路(210)包括耦合差动放大器的输出，其中，差动放大器被设置成检测流过LED D5的电流。

9.如权利要求2的方法，其中，响应于输入电压激励采样保持电路(210)包括用电压信号给采样保持电路(210)通电。

10.如权利要求1的方法，其中，调节器电路能够进行直流操作并进行LED D5的低频PWM电流驱动。

11.一种具有采样保持电路(210)的调节器电路，该调节器电路用于驱动LED D5，该调节器电路包括：

调节电路；

耦合到输入(V6)和输出(V3)节点的采样保持电路(210)，其中，输入节点(V6)和输出节点(V3)都耦合到调节电路；并且

其中，如果输入节点(V6)处的输入电压大于输出节点(V3)处的输出电压，则采样保持电路(210)的传递函数是假拟全通，如果输入节点(V6)处的输入电压小于输出节点(V3)处的输出电压，则采样保持电路(210)的传递函数为恒定信号。

12.如权利要求11的调节器电路，其中，采样保持电路(210)进一步包括耦合在输入节点(V6)和输出节点(V3)之间的第一旁路二极管D7和耦合在采样保持电路和输出节点之间的第二旁路二极管D6。

13.如权利要求12的调节器电路，其中，调节器电路能够进行直流操作并进行LED D5的低频PWM电流驱动。

14.如权利要求12的调节器电路，其中，调节电路包括降压-升压转换器、差动放大器、PID控制器和PWM调制器。

15.如权利要求14的调节器电路，其中，采样保持电路(210)是无源的。

16.如权利要求15的调节器电路，其中，采样保持电路(210)包括耦合到前向偏置二极管D2输入端的串联输入电阻器R4，其中二极管D2的输出端耦合到与电阻器R2并联的电容器C2上，电阻器R2旁路到地，其中从二极管D2的输出端得到采样保持(210)的输出。

17.如权利要求16的调节器电路，其中，第一旁路二极管D7和第二旁路二极管D6都从输入节点(V6)前向偏置到输出节点(V3)。

18.一种用于提高具有采样保持电路(210)的调节器电路稳定性的系统，包括：

用于将输入电压耦合到采样保持电路(210)的输入节点(V6)的装置；

用于响应于输入电压激励采样保持电路(210)的装置；

用于检测耦合到采样保持电路(210)的输出节点(V3)处的输出电压的装置；

用于确定输入节点(V6)处的输入电压是否大于输出节点(V3)处的输出电压的装置；以及

用于根据确定结果提供采样保持功能的装置。

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