CN102209411A - 适用于led驱动器的高精度电流控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于LED驱动器的高精度电流控制方法及系统。本发明首先锁定理想上峰值电流和/或锁定理想下峰值电流，然后在锯齿波电流信号一个周期内，检测该锯齿波电流是否高于理想上峰值电流，和/或检测该锯齿波电流是否低于理想下峰值电流，以便得到动态可变的上峰值控制信号和/或下峰值控制信号。最后根据该动态可变的上峰值控制信号和/或该动态可变的下峰值控制信号，调整下一时刻该锯齿波形信号电流值，以便该锯齿波形电流信号的平均电流恒定。本发明能够在不增加管脚情况下，得到具有稳定平均电流的锯齿波形电流信号，并且本发明能够广泛应用于模拟集成电路中。

Description

适用于LED驱动器的高精度电流控制方法及系统

技术领域

本发明涉及模拟集成电路，尤其涉及LED驱动器。

背景技术

LED驱动器是一种驱动LED(发光二极管)的器件。LED驱动器要求输出给LED一个不随输入电压、LED灯数及环境温度变化的恒定电流，从而使LED产生相同的亮度和色相。

为了便于控制和提高效率，通常做法是使LED驱动器输出至LED的电流为一个波形是锯齿形的电流，并且需要控制此电流均值为恒定值。HCC(迟滞电流控制)和PCC(峰值电流控制)是两种使锯齿形电流均值恒定的控制方法。HCC用于控制电流上峰值I RH和电流下峰值IRL，使其平均电流Iavg＝(IRH+IRL)/2。PCC用于控制电流上峰值IRH及电流下降沿时间Tf，并根据电流下降沿斜率Kf得到该平均电流Iavg，且该平均电流Iavg＝IRH-Tf*Kf/2。

然而在实际电路中，由于系统环路存在延时，因此实际得到的电流上峰值和电流下峰值存在一定误差，并且随着环路延时和锯齿形电流波形上升和下降沿斜率的不断变化，平均电流Iavg随之改变，进而直接影响LED驱动器输出电流的精度。下面以HCC电流控制方式为例，阐述目前电流控制方法存在的弊端。

图1是传统的基于HCC电流控制方式的LED电流波形图。图1中，横坐标为时间，纵坐标为电流，LED驱动器输出给LED的上峰值电流为IRH，下峰值电流为IRL，理想平均电流为Iavg＝(IRH+IRL)/2，电流上升沿斜率为Kr，下降沿斜率为Kf。实际上，在电流达到上峰值电流IRH后系统会存在一个反应时间ΔTr(即上峰值误差时间ΔTr)，在电流达到下峰值电流IRL后系统也会存在一个反应时间ΔTf(即下峰值误差时间ΔTf)，因此实际得到的上峰值电流IH＝IRH+Kr*ΔTr，下峰值电流IL＝IRL-Kf*ΔTf，实际得到电流平均值Iavg’＝Iavg+(Kr*ΔTr-Kf*ΔTf)/2。进而可知，实际平均电流与理想平均电流之间存在误差，且该误差为(Kr*ΔTr-Kf*ΔTf)/2，其中Kr、Kf、ΔTr、ΔTf会随着输入输出电压、温度、加工工艺偏差等外界环境影响而产生漂移，因此传统HCC电流控制方法在不同应用环境中存在很大误差。

为了解决LED驱动器中由系统延时带来的电流偏差，开发人员做了大量工作，一种解决方法是近似认为ΔTr和ΔTf相等，通过观察Kr、Kf的不同来估计误差，然后降低或者升高预设的电流值来抵消误差。然而由于Kr、Kf与输入输出电压相关，为了观察Kr、Kf需要能同时观察到输入和输出电压，而对于常见的降压结构，输出电压是观察不到的，因此采用这种方法就需要芯片额外增加管脚来引入输出电压，大大增加了成本，且失去了兼容性，并给布板带来不便。为了解决此种问题，可以采用不增加管脚的方式，仅通过观察输入电压来调整预设电流值。具体地，当输入电压高时降低预设电流值，当输入电压低时抬高预设电流值。这种方案在一定范围内可以有效的改善电流输出精度，但是由于此种方法无法观察输出电压，因此在输出电压变化时就会带来较大误差，因此并没有从根本上解决由系统延时带来的电流偏差。

发明内容

本发明提供了一种能解决以上问题的适用于LED驱动器的高精度电流控制系统及方法。

在第一方面，本发明提供了一种控制锯齿波形电流信号峰值的方法，该方法首先锁定理想上峰值电流和/或锁定理想下峰值电流，再执行以下所述步骤b和/或步骤c。

步骤b：在该锯齿波电流信号一个周期内，检测该锯齿波电流是否高于该理想上峰值电流，一旦检测到该锯齿波电流高于该理想上峰值电流，则减小上峰值控制信号，若从未检测到该锯齿波电流高于该理想上峰值电流，则增大上峰值控制信号，从而得到动态可变的上峰值控制信号。

步骤c：在该锯齿波电流信号一个周期内，检测该锯齿波电流是否低于该理想下峰值电流，一旦检测到该锯齿波电流低于该理想下峰值电流，则增大下峰值控制信号，若从未检测到该锯齿波电流低于该理想下峰值电流，则减小下峰值控制信号，从而得到动态可变的下峰值控制信号。

最后根据该动态可变的上峰值控制信号和/或该动态可变的下峰值控制信号，调整下一时刻锯齿波形信号电流值，以便该锯齿波形电流信号的平均电流恒定。

在第二方面，本发明提供了一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，该系统包括输出控制模块、输出感应模块、第一比较电路和参考控制电路。

该输出控制模块用于产生锯齿波形电流信号。该输出感应模块用于将该锯齿波形电流信号转换成锯齿波形电压信号并将其按比例缩小或放大。该第一比较电路接收来自输出感应模块的缩小或放大后的锯齿波形电压信号，并将该电压信号与理想峰值电压信号做比较，从而得到方波信号。该参考控制电路接收该方波信号，并在该方波信号有效时调整控制信号电压值的幅度，且该控制信号电压值初始时等于理想峰值信号电压值。该第二比较电路接收该控制信号并接收当前时刻的锯齿波形电压信号，比较该控制信号电压值与该当前锯齿波形电压信号电压值的大小。

其中，该输出控制模块基于第二比较电路的比较结果调整下一时刻该锯齿波形电压信号的电压值。

在本发明的一个实施例中，锯齿波形电流信号为LED驱动器输出的电流信号。

在本发明的另一个实施例中，上峰值控制信号初始值等于理想上峰值电流，下峰值控制信号初始值等于理想下峰值电流。

在本发明的又一个实施例中，在当前时刻锯齿波形电流信号电流值大于上峰值控制信号时，减小下一时刻该锯齿波形电流信号电流值，在当前时刻锯齿波形电流信号电流值小于下峰值控制信号时，增大下一时刻该锯齿波形电流信号电流值，从而使该锯齿波电流信号的电流均值恒定。

本发明是在现有技术基础上，在不增加管脚情况下，根据LED驱动器当前输出电压调整下一时刻输出电压，因此即使输出电压发生变化，也能够根据该输出电压变化趋势实时调整下一时刻输出电压，进而不会产生较大误差，而且本发明的电流检测系统与现有技术相比，其控制信号能够实时被动态调整，从而解决了系统延时带来的误差。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是传统的基于HCC电流控制方式的LED电流波形图；

图2是本发明一个实施例的HCC电流峰值控制系统框图；

图3是比较器231输入输出波形示意图；

图4是比较器232输入输出波形示意图；

图5是本发明一个实施例的基于电流峰值控制方法的波形示意图。

具体实施方式

图5是本发明一个实施例的基于电流峰值控制方法的波形示意图，图5仅示意性地描述出LED理想上峰值电流IRH(即需要得到的流经LED的上峰值电流IRH)、实际发生作用的上峰值控制信号IDH(即对流经LED电流的上峰值起到实际控制作用的信号IDH)与流经LED电流ILED之间的相互关系；而LED理想下峰值电流IRL、实际发生作用的下峰值控制信号IDL与流经LED电流ILED之间的相互关系在图5中并未描述。

如图5所示，本发明方法将理想上峰值电流IRH锁定，以便IRH恒定不变，并使实际用于调整LED上峰值电流的上峰值控制信号IDH动态可变，也即该IDH信号随着IRH、ILED动态变化；同时将需要得到的流经LED的下峰值电流IRL锁定，使实际用于调整LED下峰值电流的下峰值控制信号IDL动态可变，也即该IDL信号随着IRL、ILED动态变化。下面阐述实际发生作用的上峰值控制信号IDH如何随着理想上峰值电流IRH、流经LED电流ILED动态变化，以及实际发生作用的下峰值控制信号IDL如何随着理想下峰值电流IRL、流经LED电流ILED动态变化。

在锯齿形电流信号ILED的一个周期内，检测流经LED电流ILED是否高于理想上峰值电流IRH，一旦检测到该电流ILED高于该理想上峰值电流IRH，则减小该实际发生作用的上峰值控制信号IDH；若从未检测到该流经LED电流ILED高于理想上峰值电流IRH，则增大该实际发生作用的上峰值控制信号IDH，以便流经LED电流的最高值在理想上峰值电流IRH附近来回波动。

同时在锯齿波电流信号ILED的一个周期内，检测流经LED电流ILED是否低于理想下峰值电流IRL，一旦检测到该电流ILED低于该理想下峰值电流IRL，则增大该实际发生作用的下峰值控制信号IDL；若从未检测到该流经LED电流ILED低于该理想下峰值电流IRL，则减小该实际发生作用的下峰值控制信号IDL，以便流经LED电流的最低值在理想下峰值IRL附近来回波动。

由此可见，实际发生作用的上峰值控制信号IDH随着理想上峰值电流IRH与流经LED电流ILED之间大小关系的变化而动态调整，实际发生作用的下峰值控制信号IDL随着理想下峰值电流IRL与流经LED电流ILED之间大小关系的变化而动态调整，从而使流经LED的锯齿形电流上峰值近似等于理想上峰值电流IRH，流经LED电流下峰值近似等于理想下峰值电流IRL。根据HCC(迟滞电流控制)方法可知，流经LED电流的平均电流Iavg近似等于(IRH+IRL)/2，从而本实施例能够使流经LED电流均值恒定。若采用PCC(峰值电流控制)方法使流经LED平均电流恒定，则仅需控制流经LED电流的上峰值，再通过动态调整上峰值控制信号IDH，从而使流经LED电流上峰值近似等于理想上峰值IRH，而无需控制流经LED电流的下峰值IRL。

在实际电路中通常以调整电压的方式调整电流，以下所述内容就是以调整电压峰值来调整电流峰值对本发明方法进行阐述。

图2是本发明一个实施例的HCC电流峰值控制系统框图，该系统是本发明HCC电流峰值控制方法硬件体系结构的一个具体实施例。该系统包括输出控制模块210、输出感应模块220、第一比较电路230、参考控制电路240、第二比较电路250。其中，第一比较电路230包括比较器231和比较器232，第二比较电路250包括比较器251和比较器252。

输出控制模块210可以是现有技术中的一种LED驱动器，并且该LED驱动器是一种无需增加pin脚(管脚)仅通过其输入电压来调整其输出电流的LED驱动器，进而该输出控制模块210的输出是锯齿波形电流信号。例如，该输出控制模块210用于输出平均电流为1安培的锯齿波形电流信号。

输出感应模块220接收来自输出控制模块210的锯齿波形电流信号，并将该电流信号转换成电压信号，再将该电压信号同比例缩小或放大，进而得到相对于传统LED驱动器的同比例缩小或放大的锯齿波电压信号VLED。一个例子中，输出感应模块220将其接收到的电流信号转换成平均电压为40伏的锯齿波形电压信号，再将该平均电压为40伏的电压信号同比例缩小成平均电压为1.2伏的电压信号。

当该电流检测系统作为LED驱动器时，输出感应模块220中电压信号的该缩小或放大比例可以通过仿真实验得到，通常将电压信号缩小成40∶1.2。当该电流检测系统用于得到具有稳定均值电流的锯齿波形电流信号电路中时，由用户根据其需求自行配置输出感应模块220的电压信号缩小或放大比例。

下面以输出感应模块220将锯齿波形电压信号缩小成平均电压1.2伏，其理想上峰值电压1.3伏，理想下峰值电压1.1伏为例，对本发明的适用于LED驱动器的电流检测系统中其它各模块的功能和作用加以阐述。

第一比较电路230中的比较器231一个输入端连接至理想上峰值电压VRH，该VRH值为1.3伏，另一个输入端接收来自输出感应模块220的平均电压为1.2伏的锯齿波形电压信号VLED，并实时比较该VRH电压值与该锯齿波形电压的大小关系，进而得到频率与该锯齿波信号频率相同且峰值电压等于VRH的方波信号VHH，如图3所示。图3是比较器231输入输出波形示意图，该波形横坐标为时间，纵坐标为电压。图3中，信号VRH为比较器231的一端输入，且该VRH为理想上峰值电压；信号VLED为比较器231另一端输入，并且是输出感应模块220输出至比较器231的相对于传统LED驱动器同比例缩小的锯齿波形电压信号；信号VHH为比较器231对其一端输入VRH与另一端输入VLED进行比较后得到的方波信号。

图2中，比较器232一个输入端连接至理想下峰值电压VRL，该VRL值为1.1伏，另一个输入端接收来自输出感应模块220的平均电压为1.2伏的锯齿形电压信号VLED，并实时比较该VRL电压值与该锯齿波形电压的大小关系，进而得到频率与该锯齿波信号频率相同且峰值电压等于VRL的方波信号VLL，如图4所示。图4是比较器232输入输出波形示意图，该波形横坐标为时间，纵坐标为电压。图4中，信号VRL为比较器232的一端输入，且该VRL为理想下峰值电压；信号VLED为比较器232另一端输入，并且是输出感应模块220输出至比较器232的相对于传统LED驱动器同比例缩小的锯齿波形电压信号；信号VLL为比较器232对其一端输入VRL与另一端输入VLED进行比较后得到的方波信号。

参考控制电路240接收来自比较器231的上峰值方波信号VHH，并在接收到该上峰值方波信号VHH有效时(如高电平)，减小上峰值控制信号VDH值；若在锯齿波形电流信号的一个周期内该上峰值方波信号VHH均无效，则增大上峰值控制信号VDH值。其中，该VDH初始值等于VRH，而后实时被更新，从而得到动态可变的上峰值控制信号VDH。

同时，参考控制电路240接收来自比较器232的下峰值方波信号VLL，并在接收到该下峰值方波信号VLL有效(如高电平)时，增大下峰值控制信号VDL值；若在锯齿波形电流信号的一个周期内该下峰值方波信号VLL均无效，则减小下峰值控制信号VDL值。其中，该VDL初始值等于VRL，而后实时被更新，进而得到动态可变的下峰值控制信号VDL。

在本发明的一个实施例中，每次增大或减小VDH、VDL幅度由用户根据其实际需要自行配置。在本发明的另一个实施例中，每次增大或减小VDH、VDL幅度，通过仿真实验获得。

第二比较电路250中的比较器251接收来自参考控制电路240的动态可调的上峰值控制信号VDH，并接收来自输出感应模块220的当前时刻锯齿波电压信号VLED，实时比较该动态上峰值控制信号VDH与该当前锯齿波电压信号VLED之间大小关系，并将该上峰值比较结果发送至输出控制模块210。

第二比较电路250中的比较器252接收来自参考控制电路240的动态可调的下峰值控制信号VDL，并接收来自输出感应模块220的当前时刻锯齿波电压信号VLED，实时比较该动态下峰值方波信号VDL与该当前锯齿波电压信号VLED的大小关系，并将该下峰值比较结果发送至输出控制模块210。

输出控制模块210接收该上峰值比较结果和该下峰值比较结果，在该上峰值比较结果为该当前锯齿波电压信号VLED大于上峰值控制信号VDH时，减小下一时刻该锯齿波电压信号VLED的电压值；在该下峰值比较结果为该当前锯齿波电压信号VLED小于下峰值控制信号VDL时，增大下一时刻该锯齿波电压信号VLED的电压值。输出控制模块210将该调整后的锯齿波形电压信号按照输出感应模块220对原有锯齿波信号的缩小或放大比例，同比放大或减小该调整后的锯齿波电压信号，再将该电压信号转换成电流信号后输出。

在本发明的一个实施例中，每次减小下一时刻锯齿波电压信号VLED电压值的幅度以及每次增加下一时刻锯齿波形电压信号VLED电压值的幅度，由用户根据实际需要自行配置。在本发明的另一个实施例中，每次减小下一时刻锯齿波电压信号VLED电压值的幅度以及每次增加下一时刻锯齿波形电压信号VLED电压值的幅度，通过仿真实验获得。

由以上描述可知，现有技术仅通过将LED驱动器的输入电压与理想峰值电压作比较以调整输出电压，进而使输出电流均值稳定，然而采用此种方法，一旦输出电压发生变化将会带来较大误差。本发明是在该现有技术基础上，根据LED驱动器当前输出电压调整下一时刻输出电压，因此即使输出电压发生变化，也能够根据该输出电压变化趋势实时调整下一时刻输出电压，进而避免误差产生，而且本发明的电流检测系统与现有LED驱动器相比，其控制信号VDH和VDL能够根据当前时刻锯齿波电压信号而实时动态调整，从而解决了系统延时带来的误差。

需要说明的是，本发明的适用于LED驱动器的电流检测系统不仅可以用于LED驱动器，使其为LED提供稳定的平均电流；而且该电流检测系统也可以用在任何需要得到稳定均值电流的锯齿波形信号的电路中。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (13)

1.一种控制锯齿波形电流信号峰值的方法，其特征在于，包括：

步骤a，锁定理想上峰值电流(IRH)和/或锁定理想下峰值电流(IRL)；再执行以下所述步骤b和/或步骤c：

步骤b，在该锯齿波电流信号一个周期内，检测该锯齿波电流是否高于该理想上峰值电流(IRH)，一旦检测到该锯齿波电流高于该理想上峰值电流(IRH)，则减小上峰值控制信号(IDH)，若从未检测到该锯齿波电流高于该理想上峰值电流(IRH)，则增大上峰值控制信号(IDH)，从而得到动态可变的上峰值控制信号(IDH)；

步骤c，在该锯齿波电流信号一个周期内，检测该锯齿波电流是否低于该理想下峰值电流(IRL)，一旦检测到该锯齿波电流低于该理想下峰值电流(IRL)，则增大下峰值控制信号(IDL)，若从未检测到该锯齿波电流低于该理想下峰值电流(IRL)，则减小下峰值控制信号(IDL)，从而得到动态可变的下峰值控制信号(IDL)；

步骤d，根据该动态可变的上峰值控制信号(IDH)和/或该动态可变的下峰值控制信号(IDL)，调整下一时刻锯齿波形信号电流值，以便该锯齿波形电流信号的平均电流恒定。

2.如权利要求1所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的方法，其特征在于，所述锯齿波形电流信号为LED驱动器输出的电流信号。

3.如权利要求1所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的方法，其特征在于，所述上峰值控制信号(IDH)初始值等于所述理想上峰值电流(IRH)，所述下峰值控制信号(IDL)初始值等于所述理想下峰值电流(IRL)。

4.如权利要求1所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的方法，其特征在于，在当前时刻锯齿波形电流信号电流值大于所述上峰值控制信号(IDH)时，减小下一时刻该锯齿波形电流信号电流值，在当前时刻锯齿波形电流信号电流值小于所述下峰值控制信号(IDL)时，增大下一时刻该锯齿波形电流信号电流值，从而使该锯齿波电流信号的电流均值恒定。

5.一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，包括：

输出控制模块(210)，用于产生所述锯齿波形电流信号；

输出感应模块(220)，用于将该锯齿波形电流信号转换成锯齿波形电压信号并将其缩小或放大；

第一比较电路(230)，接收来自输出感应模块(220)的该缩小或放大后的锯齿波形电压信号，并将该电压信号与理想峰值电压信号做比较，从而得到方波信号；

参考控制电路(240)，接收所述方波信号，并在该方波信号有效时调整控制信号电压值的幅度，且该控制信号电压值初始时等于所述理想峰值信号电压值；

第二比较电路(250)，接收所述控制信号并接收当前时刻的锯齿波形电压信号，比较该控制信号电压值与该当前锯齿波形电压信号电压值的大小；

其中，该输出控制模块(210)基于所述第二比较电路(250)的比较结果调整下一时刻该锯齿波形电压信号的电压值。

6.如权利要求5所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述锯齿波形电压信号的缩小或放大比例，通过仿真实验获得或者通过用户配置来完成。

7.如权利要求5所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述第一比较电路(230)包括第一比较器(231)，所述理想峰值电压信号包括理想上峰值电压信号(VRH)，所述方波信号包括上峰值方波信号(VHH)；

该第一比较器(231)用于比较该理想上峰值电压信号(VRH)电压值与该锯齿波形电压信号(VLED)电压值的大小，从而得到上峰值方波信号(VHH)；

所述参考控制电路(240)接收该上峰值方波信号(VHH)，并在该上峰值方波信号(VHH)有效时，减小该上峰值控制信号(VDH)电压值；

其中，该上峰值控制信号(VDH)电压值初始时等于该理想上峰值电压信号(VRH)电压值。

8.如权利要求5所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述第一比较电路(230)包括第二比较器(232)，所述理想峰值电压信号包括理想下峰值电压信号(VRL)，所述方波信号包括下峰值方波信号(VLL)；

该第二比较器(232)用于比较该理想下峰值电压信号(VRL)电压值与该锯齿波形电压信号(VLED)电压值的大小，从而得到下峰值方波信号(VLL)；

所述参考控制电路(240)接收该下峰值方波信号(VLL)，并在该下峰值方波信号(VLL)有效时，增加该下峰值控制信号(VDL)电压值；

其中，该下峰值控制信号(VDL)电压值初始时等于所述理想下峰值电压信号(VRL)电压值。

9.如权利要求5所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述第二比较电路(250)包括第三比较器(251)；

该第三比较器(251)用于比较所述上峰值控制信号(VDH)电压值与所述当前锯齿波电压信号(VLED)电压值的大小；

所述输出控制模块(210)在该当前锯齿波电压信号(VLED)电压值大于该上峰值控制信号(VDH)电压值时，减小下一时刻该锯齿波电压信号(VLED)的电压值。

10.如权利要求9所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述减小下一时刻该锯齿波形电压信号(VLED)电压值的幅度通过仿真实验获得，或者通过用户配置来完成。

11.如权利要求5所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述第二比较电路(250)包括第四比较器(252)；

该第四比较器(252)用于比较所述下峰值控制信号(VDL)电压值与所述当前锯齿波电压信号(VLED)电压值的大小；

所述输出控制模块(210)在该当前锯齿波电压信号(VLED)电压值小于下峰值控制信号(VDL)电压值时，增加下一时刻该锯齿波电压信号(VLED)的电压值。

12.如权利要求11所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述增加下一时刻该锯齿波形电压信号(VLED)电压值的幅度，通过仿真实验获得，或者通过用户配置来完成。

13.如权利要求5所述的一种控制锯齿波形电流信号峰值的控制系统，其特征在于，所述输出控制模块(210)为LED驱动器。

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