CN104093236B - 集成电路积分模块及led恒流驱动集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成电路积分模块及包括该集成电路积分模块的LED恒流驱动集成电路，该集成电路积分模块包括跨导放大器、积分电容、滤波电路，将积分电容集成到芯片内部，由于受芯片面积及成本影响，需要降低积分电容容值，将跨导放大器内部的跨导值降低至2μS‑4μS，可有效地使积分电容的容值从nF级降低至pF级；由于积分电容容值减小，积分电容两端的纹波将增大，通过在跨导放大器输入端与采样信号之间增加滤波电路，可以有效地减小积分电容端电压的波动范围；由此，可以稳定的减小积分电容容值，即减小积分电容面积，达到将积分电容集成到集成电路内部的目的，简化系统方案，降低生产成本。

Description

集成电路积分模块及LED恒流驱动集成电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种集成电路积分模块及LED恒流驱动集成电路。

背景技术

目前，LED作为新型节能光源，具有光效高、环保、寿命长等特点，但为了获得光效率、电源效率、散热和产品亮度等参数品质高的LED，使用时通常使用恒流驱动芯片驱动电源。参照图1及图2，芯片通过采样电感电流，利用内部误差放大器进行误差放大后，通过外部积分电容进行积分，通过Comp端电压控制功率管的导通时间，调整输出电流。在应用中需要外接积分电容，生产成本高。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种生产成本低，集成了低容值积分电容的集成电路积分模块。

为实现上述目的，本发明提供一种集成电路积分模块，该集成电路积分模块包括用于将电压采样输入信号转化为电流信号的跨导放大器，用于对所述跨导放大器输出的电流信号进行积分运算的积分电容，用于对所述电压采样信号进行滤波处理的滤波电路；所述跨导放大器的同相输入端与集成电路基准源提供的第一基准电压输出端连接，反相输入端经滤波电路与采样信号输入端连接，输出端与积分电容的一端连接，所述积分电容的另一端接地，其中，所述跨导放大器的跨导值为2μS-4μS。

优选地，所述滤波电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端与所述跨导放大器的反相输入端连接，另一端接地；所述第一电阻的一端与采样信号输入端连接，另一端与第一电容和反相输入端的公共端连接。

优选地，所述集成电路积分模块还包括一用于减小积分电容输出纹波的除法器，所述除法器与所述跨导放大器的输出端连接。

优选地，所述集成电路积分模块进一步包括一加法器，所述加法器的第一输入端与所述除法器的输出端连接，所述加法器的第二输入端与所述集成电路基准源提供的第二基准输出电压端连接。

优选地，所述集成电路积分模块还包括一比较器，所述比较器的第一输入端与采样信号输入端连接，第二输入端与加法器输出信号端连接，比较处理后的输出信号经集成电路内部若干逻辑门后用于控制外部开关管的关闭时间。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种LED恒流驱动集成电路，包括集成电路的积分模块；所述集成电路积分模块包括用于将电压采样输入信号转化为电流信号的跨导放大器，用于对所述跨导放大器输出的电流信号进行积分运算的积分电容，用于对所述电压采样信号进行滤波处理的滤波电路；所述跨导放大器的同相输入端与集成电路基准源提供的第一基准电压输出端连接，反相输入端经滤波电路与采样信号输入端连接，输出端与积分电容的一端连接，所述积分电容的另一端接地，其中，所述跨导放大器的跨导值为2μS-4μS。

优选地，所述滤波电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端与所述跨导放大器的反相输入端连接，另一端接地；所述第一电阻的一端与采样信号输入端连接，另一端与第一电容和反相输入端的公共端连接。

优选地，所述集成电路积分模块还包括一用于减小积分电容输出纹波的除法器，所述除法器与所述跨导放大器的输出端连接。

优选地，所述集成电路积分模块进一步包括一加法器，所述加法器的第一输入端与所述除法器的输出端连接，所述加法器的第二输入端与所述集成电路基准源提供的第二基准输出电压端连接。

优选地，所述集成电路积分模块还包括一比较器，所述比较器的第一输入端与采样信号输入端连接，第二输入端与加法器输出信号端连接，比较处理后的输出信号经集成电路内部若干逻辑门后用于控制外部开关管的关闭时间。

本发明所提供的一种集成电路积分模块及包括该集成电路积分模块的LED恒流驱动集成电路，该集成电路积分模块包括集成跨导放大器、积分电容、滤波电路，将积分电容集成到芯片内部，由于受芯片面积及成本影响，需要降低积分电容容值，因此将跨导放大器内部的跨导值范围从100μS-500μS调整至2μS-4μS，可有效地使积分电容的容值从nF级降低至pF级；由于积分电容容值减小，相应的积分电容两端的纹波将增大，通过在跨导放大器反相输入端与采样信号输入端之间增加滤波电路，可以对输入端的采样信号进行有效衰减，衰减后的信号与第一基准电压进行误差放大后输出的电流信号波动范围将减小，从而积分电容积分后的端电压的波动范围也相应缩小；由此，可以稳定的减小积分电容容值，即减小积分电容面积，达到将低容值电容集成到集成电路内部的目的，简化系统方案，降低生产成本。

附图说明

图1为现有技术中积分模块电路原理图；

图2为现有技术中LED恒流驱动集成电路系统方案示意图；

图3为本发明集成电路积分模块一实施例的功能模块示意图；

图4为本发明集成电路积分模块一实施例的电路原理示意图；

图5为本发明集成电路积分模块一实施例的跨导放大器的内部原理示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种集成电路积分模块，参照图3及图4，在一实施例中，该集成电路积分模块包括用于将电压采样输入信号转化为电流信号的跨导放大器1，用于对跨导放大器1输出的电流信号进行积分运算的积分电容2，用于对所述电压采样信号进行滤波处理的滤波电路3，所述跨导放大器1的同相输入端与集成电路基准源4提供的第一基准电压输出端连接，反相输入端经滤波电路3与采样信号输入端连接，输出端与积分电容2的一端连接，所述积分电容2的另一端接地，其中，所述跨导放大器1的跨导值为2μS-4μS。

在本实施例中，该集成电路积分模块包括集成跨导放大器1、积分电容2、滤波电路3，通过将跨导放大器内部的跨导值设定为2μS-4μS，可以有效地降低积分电容2的容值；并且通过在跨导放大器1反相输入端与采样信号输入端增加滤波电路3，可以对输入端的采样信号进行有效衰减，衰减后的信号与第一基准电压进行误差放大后输出的电流信号波动范围将减小，从而积分电容2积分后的端电压的波动范围也相应缩小，从而稳定地降低了积分电容2的容值，有利于积分电容2稳定地集成到集成电路内部。

具体地，设定跨导放大器的跨导值为gm，则跨导放大器的输出电流为

i(s)＝g_mΔV(s)

其中，ΔV(s)＝Vref-VC₁(s)

则跨导放大器输出端电压：

$V_o\left(s\right)=\frac{\mathrm{\ΔV}\left(s\right)\mathrm{gm}}{{\mathrm{SC}}_2}$

跨导放大器输出增益：

$\left|A_v\left(s\right)\right|=\left|\frac{V_o\left(s\right)}{\mathrm{\ΔV}\left(s\right)}\right|=\frac{\mathrm{gm}}{{\mathrm{SC}}_2}$

根据以上推导，当跨导放大器输出增益A_v(s)不变时，降低跨导放大器的跨导值,可以降低积分电容2(即C2)的容值，根据集成电路面积的大小，gm值优选为2μS-4μS，此时积分电容C2的容值可由原外接时的nF级降低至pF级，此时，积分电容C2的体积将相应减小，可集成至集成电路内部，且集成电路的面积不会过大，从而降低成本。

具体地，跨导放大器的内部结构图参照图5，设定W/L为各MOS管的沟道宽长比，则

M1、M2的沟道宽长比相同，M3、M4的沟道宽长比相同，且M3、M4的沟道宽长比为的M1、M2的沟道宽长比M倍，M5、M6的沟道宽长比相同，M7、M8、M9的沟道宽长比相同，M10与M11沟道宽长比之间的比值与M12、M13沟道宽长比的比值相等且为一常数，M14、M15的沟道宽长比相同，即

M*(W/L)₁＝M*(W/L)₂＝(W/L)₃＝(W/L)₄

(W/L)₅＝(W/L)₆

(W/L)₇＝(W/L)₈＝(W/L)₉

$\frac{{(W/L)}_{11}}{{(W/L)}_{10}}=\frac{{(W/L)}_{13}}{{(W/L)}_{12}}=N$

(W/L)₁₄＝(W/L)₁₅

从而I_M5＝I_M6

I_M3＝I_M4

I_M9＝I_M8＝I_M14＝I_M7＝I_M15

由上得知：

Vgs_M14＝Vgs_M15

又电阻两端的电压：

V_a＝Vp-Vgs_M14

V_b＝Vn-Vgs_M15

V_a-V_b＝Vp-Vn

从而流过电阻R的电流为：

I_R＝(V_a-V_b)/R＝(Vp-Vn)/R

流过M10、M12的电流为：

I_M10＝I_M3-I_M8-I_R

I_M12＝I_M4-I_M9+I_R

流过M6、M10的电流为：

I_M6＝N*I_M10

I_M13＝N*I_M12

由此输出电流：

Iout＝I_M6-I_M13

即 $I_{\mathrm{out}}=\frac{2*N*(\mathrm{Vp}-\mathrm{Vn})}{R}$

$\mathrm{gm}=I_{\mathrm{out}}/(\mathrm{Vp}-\mathrm{Vn})=\frac{2N}{R}$

根据以上推导，可知，通过调节电阻R的阻值以及MOS管，M10，M11，M12，M13的沟道长宽比的值，可以调节gm值，我们可以通过在内部调节上述值，使得gm值降低，优选为2μS-4μS，从而降低积分电容C2的容值。

进一步地，所述滤波电路3包括第一电容C1和第一电阻R1，所述第一电容C1的一端与所述跨导放大器1的反相输入端连接，另一端接地；所述第一电阻C1的一端与采样信号输入端连接，另一端与第一电容C1与反相输入端的公共端连接。

所述滤波电路3采用RC滤波电路，该滤波电路3包括第一电阻R1与第一电容C1，通过将电压采样输入信号VSP进行滤波处理后与第一基准电压Vref进行差分放大，从而将电压采样输入信号VSP转化为第一电容C1的端电压VC1与Vref进行差分放大，使得输入波动变小，从而跨导放大器1的输出波动相应减小。

进一步地，所述集成电路积分模块还包括一除法器5，所述除法器5与所述跨导放大器1的输出端连接。

经过滤波处理后的积分电容2端电压纹波已减小，但还不能满足系统稳定性要求，因此在积分电容2输出端增加一除法器5，通过除法器5将积分电容2输出电压减小N倍，从而积分电容2端电压Vcomp的纹波也同时减小N倍，有效地减小了纹波干扰。

在本实施例中，除法器的降低倍率优选为10倍。

进一步地，所述集成电路积分模块进一步包括一加法器6，所述加法器6的第一输入端与所述除法器5的输出端连接，所述加法器6的第二输入端与所述集成电路基准源4提供的第二基准输出电压端连接。

由于积分电容2的输出电压Vcomp经除法器衰减后降低了N倍，从而需相应的增加加法器6将输出电压Vcomp的范围增大至系统要求的范围，从而才能与后续的器件配合控制输出恒流。

进一步地，所述集成电路积分模块还包括一比较器7，所述比较器7的第一输入端与采样信号输入端连接，第二输入端与加法器6输出信号端连接，比较处理后的输出信号经集成电路内部若干逻辑门后用于控制外部开关管的关闭时间。

积分电容2的端电压经纹波减小处理后作为输入与原采样信号VSP经比较器7进行比较，比较器7的输出作为控制信号控制开关管的关闭时间，从而可精准的达到恒流驱动LED的目的。

本发明集成电路积分模块工作原理具体描述如下：

该集成电路积分模块包括跨导放大器1、积分电容2、滤波电路3、除法器5、加法器6、比较器7，由于需要将积分电容2集成至上述积分模块中，需降低积分电容2的容值，即减小积分电容2的面积。通过原理分析，在保证跨导放大器1的增益不变的情况下，需相应地将跨导放大器1的跨导值调整至2μS-4μS，从而使积分电容2的容值从nF级降低至pF级；由于积分电容2的容值减小，相应的积分电容2两端的纹波将增大，从而通过比较器7对采样信号及处理后的信号的比较调整后续开关管的关断时间的精度将受影响，容易引起误判，影响整个集成电路的控制精度，从而影响包括该集成电路产品的稳定性。因此，在积分模块中增加了相应的降低纹波的措施：一、在跨导放大器1与采样信号输入之间增加了滤波电路3，该滤波电路为RC滤波电路，包括第一电阻R1及第一电容C1，将原采样输入信号VSP的变化转化为C1两端的电压变化，在此过程中，第一电容C1的端电压VC1与基准电压Vref通过跨导放大器1进行差分放大，使得跨导放大器1输出的电流信号波动范围减小，从而积分电容2两端的端电压波动范围相应减小，达到减小了纹波的效果；二、经过滤波处理后输出的信号纹波已经减小，但对于系统的稳定性要求还不够，通过在跨导放大器1的输出端增加除法器5及加法器6，能够进一步降低纹波大小，通过对积分电容2的端电压进行除法运算后输出的Vref1较原积分电容2的端电压Vcomp降低了N倍，在本实施例中，N优选为10，从而纹波也降低了N倍，由于比较器7输入端是对输入采样信号进行判断，从而根据采样信号的范围，在除法器5之后增加了一加法器6，用于调整对应的比较器7输入范围；加法器的的另一路输入信号由基准源4提供，具体在调整过程中，比较器7的参考电压Vref3的波动范围，是由设定的外部电感电流决定，在设定除法器6的N值后，调整Vref2的值，使得加法器输出值Vref3满足调整外部电感电流峰值的需求，通过比较器7控制外部MOS管的开关，使得VSP的平均值与设定的基准电压Vref相同，达到恒流的目的。

本发明还提供一种LED恒流驱动集成电路，该LED恒流驱动集成电路包括上述集成电路积分模块，该LED恒流驱动集成电路的结构、工作原理以及所带来的有益效果均参照上述实施例，在此不再赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种集成电路积分模块，其特征在于，所述集成电路积分模块包括用于将电压采样输入信号转化为电流信号的跨导放大器，用于对所述跨导放大器输出的电流信号进行积分运算的积分电容，用于对所述电压采样信号进行滤波处理的滤波电路；所述跨导放大器的同相输入端与集成电路基准源提供的第一基准电压输出端连接，反相输入端经滤波电路与采样信号输入端连接，输出端与积分电容的一端连接，所述积分电容的另一端接地，其中，所述集成电路积分模块还包括一用于减小积分电容输出纹波的除法器，所述除法器与所述跨导放大器的输出端连接；所述跨导放大器的输出增益不变，所述跨导放大器的跨导值为2μS-4μS。

2.如权利要求1所述的集成电路积分模块，其特征在于，所述滤波电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端与所述跨导放大器的反相输入端连接，另一端接地；所述第一电阻的一端与采样信号输入端连接，另一端与第一电容和反相输入端的公共端连接。

3.如权利要求2所述的集成电路积分模块，其特征在于，所述集成电路积分模块进一步包括一加法器，所述加法器的第一输入端与所述除法器的输出端连接，所述加法器的第二输入端与所述集成电路基准源提供的第二基准输出电压端连接。

4.如权利要求3所述的集成电路积分模块，其特征在于，所述集成电路积分模块还包括一比较器，所述比较器的第一输入端与采样信号输入端连接，第二输入端与加法器输出信号端连接，比较处理后的输出信号经集成电路内部若干逻辑门后用于控制外部开关管的关闭时间。

5.一种LED恒流驱动集成电路，其特征在于，包括集成电路积分模块；所述集成电路积分模块包括用于将电压采样输入信号转化为电流信号的跨导放大器，用于对所述跨导放大器输出的电流信号进行积分运算的积分电容，用于对所述电压采样信号进行滤波处理的滤波电路；所述跨导放大器的同相输入端与集成电路基准源提供的第一基准电压输出端连接，反相输入端经滤波电路与采样信号输入端连接，输出端与积分电容的一端连接，所述积分电容的另一端接地，其中，所述集成电路积分模块还包括一用于减小积分电容输出纹波的除法器，所述除法器与所述跨导放大器的输出端连接；所述跨导放大器的输出增益不变，所述跨导放大器的跨导值为2μS-4μS。

6.如权利要求5所述的LED恒流驱动集成电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端与所述跨导放大器的反相输入端连接，另一端接地；所述第一电阻的一端与采样信号输入端连接，另一端与第一电容和反相输入端的公共端连接。

7.如权利要求6所述的LED恒流驱动集成电路，其特征在于，所述集成电路积分模块进一步包括一加法器，所述加法器的第一输入端与所述除法器的输出端连接，所述加法器的第二输入端与所述集成电路基准源提供的第二基准输出电压端连接。

8.如权利要求7所述的LED恒流驱动集成电路，其特征在于，所述集成电路积分模块还包括一比较器，所述比较器的第一输入端与采样信号输入端连接，第二输入端与加法器输出信号端连接，比较处理后的输出信号经集成电路内部若干逻辑门后用于控制外部开关管的关闭时间。