CN107682955B - 控制器、退磁检测方法及所适用的led驱动系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种控制器、退磁检测方法及所适用的LED驱动系统。其中，控制器用于连接谐振装置及连接位于输入源与谐振装置之间的开关装置，控制器包括：退磁检测单元，其采样端用于与谐振装置相连以获取一电信号，退磁检测单元基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时，确定在谐振装置退磁开始时输出第一检测信号；以及基于电信号确定在谐振装置退磁结束时输出第二检测信号；控制单元连接退磁检测单元，用于基于第一检测信号和第二检测信号生成开关控制信号输出至开关，以控制输入源向谐振装置传输能量。本申请解决了因开关装置设计不够优而导致LED驱动系统在满足高功率因数时具有较大体积等问题。

Description

控制器、退磁检测方法及所适用的LED驱动系统

技术领域

本申请涉及驱动电路领域，尤其涉及一种控制器、退磁检测方法及所适用的LED驱动系统。

背景技术

LED(发光二极管)由于其多种优良的特性在照明、装置、显示、指示等多个领域广泛应用。然而LED器件对驱动系统具有近乎苛刻的要求，例如为了确保LED在应用中反映出相应的特性，LED驱动系统需在效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容等方面具有非常高的要求。

其中，效率转换的指标之一反映在功率因数指标上，具有高功率因数指标的LED驱动系统能够提高市电供电利用率。目前应用在高功率因数指标的LED驱动系统架构中，为了能够提供有效的恒流输出，LED驱动系统中包含基于LC(电感电容)的谐振装置，借助LC震荡所产生的电流向LED负载提供恒流供电。进一步地，为了向谐振装置提供可供振荡的电流，LED驱动系统根据LC的不同工作模式分为基于BCM(临界连续电流工作模式)的开关装置和基于DCM(断续电流工作模式)的开关装置等。这些开关装置通过外围电路连接谐振装置，并致力于通过对谐振装置的检测而有效利用谐振提供符合高功率因数指标的恒流输出。

事实上，提高功率因数可通过改进开关装置而实现，同时技术人员希望利用半导体集成技术尽量减小开关装置的损耗和尺寸。故而，针对开关装置的研究日益深入。如图1所示，其描述了一种LED驱动系统的电路简化示意图，其中开关装置911和谐振装置912之间通过采样电阻RFBL和RFBH采集用于反映负载电流或电压变化的电信号，并通过检测该电信号的谷值控制开关装置911的导通和断开。在上述一类的开关装置中，由于其电信号采样点的设置，必然需要附加多个采样电阻的外围电路的电路结构。这与技术人员的期望是相左的。

发明内容

本申请提供一种控制器、退磁检测方法及所适用的LED驱动系统，用于解决因开关装置的设计不够优而导致LED驱动系统在满足高功率因数时具有较大体积等问题。

为实现上述目的及其他目的，本申请在第一方面提供一种控制器，用于连接谐振装置及连接位于输入源与所述谐振装置之间的开关装置，包括：退磁检测单元，其采样端用于与所述谐振装置相连以获取一电信号，所述退磁检测单元基于对利用所述电信号得到的关于所述谐振装置的平均输出电流而设置的充磁时长进行计时，确定在所述谐振装置退磁开始时输出第一检测信号；以及基于所述电信号确定在所述谐振装置退磁结束时输出第二检测信号；控制单元连接所述退磁检测单元，用于基于所述第一检测信号和第二检测信号生成开关控制信号输出至所述开关，以控制输入源向所述谐振装置传输能量。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述退磁检测单元包括：退磁起始检测模块，与所述采样端和所述控制单元相连，用于当检测到所述控制单元导通开关装置时刻开始进行充磁计时，直至检测到一变化电压达到一参考电压时输出第一检测信号；其中，所述参考电压为经检测所述电信号而产生的电压而定。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述退磁起始检测模块包括：参考电压生成电路，与所述采样端相连，用于通过检测所述电信号确定一参考电压；信号生成电路，与所述控制单元相连，用于当检测到所述开关装置导通时，生成一斜坡电信号；比较电路，与所述参考电压生成电路和信号生成电路相连，用于比较所述斜坡电信号的电压和所述参考电压，并在所述斜坡电信号的电压达到参考电压时输出第一检测信号。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述参考电压生成电路包括跨导积分器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端连接所述采样端，所述第二输入端连接一基准参考电压源，所述输出端输出所述参考电压；其中，所述输出端还用于连接一外部低通滤波单元。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述信号生成电路包括斜坡信号发生器，具有控制端和输出端，所述控制端连接所述控制单元，所述输出端连接所述比较电路。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述退磁检测单元包括退磁结束检测模块，与所述采样端相连，用于比较所获取的电信号与谷值参考电压，并当所获取的电信号的电压达到所述谷值参考电压时输出第二检测信号。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述谷值参考电压为对应采样端的浮地电压或者预设的参考电压。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述控制单元包括：控制模块，连接所述退磁检测单元，用于基于所接收的第一检测信号输出使所述开关装置断开的开关控制信号以及基于所接收的第二检测信号输出使所述开关装置导通的开关控制信号；驱动模块，连接所述控制模块，用于将所接收的开关控制信号转换成对应的开关驱动信号以驱动所连接的开关装置。

在本申请所述第一方面的某些实施方式中，所述开关装置包含基于栅极驱动的开关电路；所述开关电路的源极连接所述采样端。

本申请在第二方面提供一种LED驱动系统，包括：交直流转换装置，连接输入源，用于将交流电转换成直流；开关装置，与所述交直流转换装置相连，用于控制输入源输出能量；谐振装置，连接所述开关装置，用于基于受控的能量变化向LED负载提供恒流供电；如上任一所述的控制器，连接所述开关装置且通过采样端连接所述谐振装置，用于检测自所述采样端所获取的电信号以控制所述开关装置的导通和断开。

在本申请所述第二方面的某些实施方式中，所述LED驱动系统还包括低通滤波单元，与所述控制器中的退磁检测单元相连。

本申请在第三方面提供一种退磁检测方法，包括：获取一流经谐振装置的电信号；基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时确定所述谐振装置退磁开始时刻，或基于所述电信号确定所述谐振装置退磁结束时刻。

在本申请所述第三方面的某些实施方式中，所述自谐振装置所获取的电信号的方式包括：自与所述谐振装置相连的控制器的采样端获取所述电信号。

在本申请所述第三方面的某些实施方式中，所述获取电信号的方式包括：从开关装置的源极获取所述电信号，所述开关装置位于输入源与谐振装置之间。

在本申请所述第三方面的某些实施方式中，所述基于对利用电信号而设置的充磁时长进行计时确定所述谐振装置退磁开始时刻的方式包括：检测开关装置的状态；当所述开关装置由断开状态转入导通状态时，确定所述谐振装置的充磁起始时刻；自所述充磁起始时刻开始计时一斜坡信号的电压达到一参考电压的时长，并将所述斜坡信号的电压达到所述参考电压的时刻确定为所述谐振装置的退磁开始时刻；其中，所述参考电压为基于检测所述电信号而产生的电压而定。

在本申请所述第三方面的某些实施方式中，所述基于电信号确定所述谐振装置退磁结束时刻的方式包括：比较所获取的电信号与谷值参考电压，并当所获取的电信号的电压达到所述谷值参考电压时确定退磁结束时刻。

本申请在第四方面提供一种LED驱动方法，用于利用谐振装置对LED负载进行恒流供电的驱动系统，包括：如上任一所述的退磁检测方法所提供的各步骤；以及基于所确定的退磁开始时刻和退磁结束时刻限制导通与所述谐振装置连接的开关装置。

本申请在第五方面提供一种LED控制芯片，包括：如上任一所述的控制器，用于通过对由采样端所获取的电信号的退磁检测控制谐振装置向LED负载提供能量。

本申请所提供的控制器、退磁检测方法及所适用的LED驱动系统，通过使用对外单端采集方式来获取与谐振装置中电信号变化一致的采样电信号，实现了控制器对外围电路的极简化目的。同时，利用采样电信号获取用于反映谐振装置平均电流所对应的电压，并据此进行充磁计时的时长限制条件能够确保谐振装置的充磁时长符合高功率因数的技术要求。

附图说明

图1为相关技术中LED驱动系统在一实施方式中的电路简化示意图。

图2为本申请控制器在一实施方式中的结构示意图。

图3为本申请控制器所连接的开关装置的简化电路示意图。

图4为本申请控制器在一种实施方式中的简化电路示意图。

图5为本申请控制器中退磁起始检测模块在一实施方式中的简化电路示意图。

图6为图5所示退磁起始检测模块中各端电压波形示意图。

图7为本申请控制器中退磁结束检测模块在一实施方式中的简化电路示意图。

图8为本申请控制器中控制单元在一实施方式中的简化电路示意图。

图9为本申请控制器在一实施方式中的简化电路示意图。

图10和图11为本申请包含控制器的LED控制芯片元在不同实施方式中的封装示意图。

图12为本申请LED驱动系统在一实施方式中的结构示意图。

图13为本申请LED驱动系统中交直流转换装置在一实施方式中的简化电路示意图。

图14为本申请LED驱动系统在一实施方式中的简化电路示意图。

图15为本申请退磁检测方法在一实施方式中的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，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申请的其他优点与功效。本申请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，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

就已知的高功率因数的LED驱动系统来说，LED驱动系统中利用外置的采样电路采样谐振装置中的电信号，以便通过检测该电信号确定让谐振装置的退磁过程，如此让谐振装置实现效率最大化。然而，外置的采样电路降低了LED驱动系统的模块化制造能力，而且外围电器件多也将导致LED驱动系统的尺寸难于限制、制作过程冗余。为了实现LED驱动系统向拼装式、模块化的制造方向发展，本申请提供一种控制器，以便减少控制器控制开关装置所需配置的外围电路器件。

需要说明的是，本申请所提供的控制器技术方案不仅用于控制LED驱动系统中的开关装置，还可以应用于其他包含开关装置的电路系统，如用于仪器仪表、医疗设备、空气净化设备中等。其中，所述控制器可被集成为一种芯片、或由电子器件封装在如PCB板的载体上。

为了实现上述控制器对所连接的开关装置的开关控制，请参阅图2，其显示为控制器在一实施方式中的结构示意图。所述控制器11包含：退磁检测单元111和控制单元112。

所述退磁检测单元111具有采样端，其采样端用于与所述谐振装置13相连以获取一电信号。在此，所述采样端可通过芯片引脚(如CS引脚)连接外部的谐振装置13。

所述退磁检测单元111基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时，确定在所述谐振装置13退磁开始时输出第一检测信号；以及基于所述电信号确定在所述谐振装置13退磁结束时输出第二检测信号。

在此，所述退磁检测单元111可直接或通过采样电路获取用于反映谐振装置中电流或电压变化的电信号。其中，所述采样电路包含采样电阻，所述采样电阻可内置在退磁检测单元中，或内置在谐振装置中，再或位于退磁检测单元和谐振装置之间的通路上。例如，采样电阻内置谐振装置中并与电感串联，所述退磁检测单元111的采样端连接采样电阻，由此获取用于反映谐振装置中电压变化的电信号。所述退磁检测单元111针对退磁开始时刻和退磁结束时刻执行分别检测，各检测方式可并行实时地进行；结合开关装置12导通及断开状态间隔进行；或者综合上述两种检测方式进行检测。例如，所述退磁检测单元111可实时检测所采样电信号的电压，并当采样电压降至谷底时确定退磁结束时刻并输出第二检测信号。所述退磁检测单元111在检测到退磁结束时刻时起，通过利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时，，并当所述充磁计时结束时确定退磁开始时刻输出第一检测信号。其中，所述退磁检测单元111中可包含带有使能端的器件来检测退磁开始时刻，其使能端用以接收所述第二检测信号以供启动退磁开始时刻的检测。在此，所述第一检测信号和第二检测信号可为脉冲信号或使能信号。

所述控制单元112连接所述退磁检测单元111，用于基于所述第一检测信号和第二检测信号生成开关控制信号输出至所述开关，以控制输入源(未予图示)向所述谐振装置13传输能量。

当控制单元112接收到表示退磁开始时刻的第一检测信号时，向与开关装置12相连的端口输出断开的控制信号，以及当控制单元112接收到表示退磁结束时刻的第二检测信号时，向所述开关装置12输出导通的控制信号。其中，导通和断开的控制信号可以是脉冲信号或使能信号。例如，如图3所示，所述开关装置12包含功率管，所述控制信号为使能信号，即持续的电平信号，并从所述功率管的控制端(Gate端)输入，当控制信号为低电平时，功率管的栅源之间压差不满足导通电压，功率管的漏源极断开，则所述开关装置12无供电输出。当控制信号为高电平时，功率管的栅源之间压差满足导通电压，功率管的漏源极导通，输入源所提供的电流通过所述开关装置12输送至谐振装置13。

在此，所述控制单元112可由包含逻辑器件的电路组成，其中，所述逻辑器件包括但不限于：模拟逻辑器件和数字逻辑器件。其中，所述模拟逻辑器件用于处理模拟电信号的器件，其包括但不限于：比较器、与门、或门等；所述数字逻辑器件用于处理由脉冲信号表示数字信号的器件，其包括但不限于：触发器、门电路、锁存器、选择器等。所述控制单元112通过两个端口分别接收第一检测信号和第二检测信号，并利用逻辑配置表对所接收的信号进行逻辑处理，再基于处理结果输出导通或断开的控制信号。

所述控制器基于从一个采样端所获取的电信号分别检测退磁结束时刻和退磁开始时刻，能有效减少控制器所在芯片用于采样电信号的引脚以及为得到采样电信号而设置的外围器件的数量，实现了控制器与开关装置和谐振装置的简单化连接。

在一些实施方式中，所述退磁检测单元包含分别检测退磁起始时刻和退磁结束时刻的模块。请参阅图4，其显示出控制器在一种实施方式中的简化电路示意图，所述退磁检测单元包含退磁起始检测模块211和退磁结束检测模块212，其中，所述退磁起始检测模块211和退磁结束检测模块212均连接采样端并分别具有输出端以单独连接控制单元213，控制单元213的输出端连接开关装置12。

所述退磁起始检测模块211用于当检测到所述控制单元213导通开关装置12时刻开始进行充磁计时，直至检测到一变化电压达到一参考电压时输出第一检测信号。其中，所述参考电压为基于检测所述电信号所确定的谐振装置的平均输出电流所对应的电压，并基于所确定的电压而确定的参考电压。请参阅图5，其显示为所述退磁起始检测模块在一实施方式中的简化电路示意图，所述退磁起始检测模块31包括：参考电压生成电路312。

所述参考电压生成电路312与所述采样端相连，用于基于所述电信号确定参考电压。其中，所述采样端CS通过采样电阻Rcs与谐振装置相连。所述跨导积分器将所述电信号与一参考电压阈值Vref之间的误差电压进行放大和积分处理，以得到并输出一参考电压。其中，由于所述电信号呈基本线性变化，所输出的参考电压基本稳定。在一些实施方式中，在所述参考电压生成电路的输出端外接低通滤波单元可抑制参考电压的变化。

例如，所述参考电压生成电路312包含跨导积分器(Gm)，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端连接所述采样端，所述第二输入端连接一基准参考电压源，所述输出端用于连接一外部低通滤波单元。例如图5所示，其中所述参考电压生成电路312中的跨导积分器Gm的正向输入端连接一参考电压阈值Vref，负向输入端接收所述采样电信号的电压Vcs，输出端COMP输出所述参考电压Vcomp。其中，所述参考电压阈值Vref可以由基准电压源提供一固定值。所述跨导积分器Gm基于Vref对Vcs进行包含误差放大、积分运算等处理并输出参考电压Vcomp。

所述退磁起始检测模块31还包括信号生成电路311和比较电路313。

其中，所述信号生成电路311与所述控制单元321相连，用于当检测到所述开关装置12导通时，生成一斜坡电信号。在此，所述信号生成电路311的控制端可连接在所述控制单元321与开关装置12之间，以接收使开关装置12导通的控制信号。例如，所述控制单元321所连接的开关装置12包含功率管Q1，所述控制单元321输出至所述功率管Q1控制端(如栅极)的控制信号是经由驱动电路放大而得的，所述信号生成电路311中包含对应的受驱动电路所输出的控制信号驱动控制的功率管A1(未予图示)。当功率管A1在接收到导通的控制信号时，控制所述信号生成电路311中的斜坡信号发生器生成斜坡信号。其中所述斜坡信号发生器可以是包含电容的电路，利用电容充电所需要的时长自开关装置导通时开始计时，在充电期间电容电压线性上升并将电容电压输出至比较电路。所述斜坡信号发生器的输出端输出RAMP信号至比较电路。其中，所述信号生成电路还包括泄放电路。所述泄放电路的控制端可与斜坡信号发生器的输出端共用。例如，泄放电路包括接地的受控开关(如功率管A2)，其中该受控开关与功率管A1反向通断，当功率管A2受控断开时，电容充电，当功率管A2受控导通时，电容放电。

所述比较电路313与所述参考电压生成电路312和信号生成电路311相连，用于比较所述斜坡电信号的电压和所述参考电压，并在所述斜坡电信号的电压达到参考电压时输出第一检测信号。以图5为例，并请参阅图6，其显示为RAMP、COMP和Off_pulse(比较电路的输出信号)各端的波形图。信号生成电路311中的斜坡信号(RAMP信号)被输送至比较电路的正向输入端，同时Vcomp或基于Vcomp的分压电压被输送至比较电路的负向输入端，比较电路在RAMP信号电压低于Vcomp电压(或Vcomp的分压)时，输出低电平，当RAMP信号电压达到甚至高于Vcomp电压(或Vcomp的分压)时，输出高电平。其中，在图5示例中，所述比较电路313的Off_pulse端所输出的高电平即为第一检测信号，其说明Vramp电压已达到Vcomp电压(或Vcomp的分压)。所述控制单元321基于所接收的第一检测信号输出使开关装置12断开的控制信号，接收所述控制信号的除了开关装置12还有信号生成电路311的控制端，如功率管A2的栅极。在接收到断开的控制信号时，功率管A2导通并泄放掉斜坡信号发生器中电容所充电荷，使得斜坡信号发生器所输出的Vramp电压降低，当Vramp小于Vcomp电压(或Vcomp的分压)，所述比较电路所输出的Off_pulse信号电压自高电平转为低电平，控制单元由于未收到第二检测信号，故而仍然控制开关装置保持断开状态。

所述退磁检测单元中的退磁结束检测模块与所述采样端相连，用于比较所获取的电信号与谷值参考电压，并当所获取的电信号的电压达到所述谷值参考电压时输出第二检测信号。其中，所述谷值参考电压可略高或略低于接地电压。所述谷值参考电压为对应采样端的浮地电压或者预设的由一基准电压源提供的参考电压。所述退磁结束检测模块421可包含比较器，如图7所示，采样端所采样的电信号接入比较器的负向输入端，谷值参考电压连接比较器的正向输入端，当采样电信号的电压高于谷值参考电压时，比较器输出低电平；当采样电信号的电压降至甚至低于谷值参考电压时，比较器输出高电平。所述比较器输出的高电平作为第二检测信号输送至控制单元。所述控制单元431根据第二检测信号向开关装置输出导通的控制信号。当所述采样电信号电压回升至高于谷值参考电压时，比较器输出低电平，所述控制单元431根据未检测到第一检测信号而维持向开关装置12输出导通的控制信号。

控制单元在一些实施方式中包含控制模块和驱动模块。

所述控制模块连接所述退磁检测单元，用于基于所接收的第一检测信号输出使所述开关装置断开的开关控制信号，以及基于所接收的第二检测信号输出使所述开关装置导通的开关控制信号。

其中，所述控制模块包含两个输入端，其中一个输入端连接退磁起始检测模块，用于接收第一检测信号；另一个输入端连接退磁结束检测模块，用于接收第二检测信号。控制模块为基于所述第一检测信号和第二检测信号的波形、信号组合而配置的逻辑电路。例如，请参阅图8，其显示为控制模块在一实时方式的电路结构示意图，控制模块531包含触发器，触发器的复位端(R端)可直接或通过触发器的外围电路连接退磁检测单元，用以接收第一检测信号；触发器的置位端(S端)可直接或通过触发器的外围电路连接退磁检测单元，用以接收第二检测信号。所述第一检测信号和第二检测信号举例为脉冲信号。当R端接收到脉冲信号且S端为低电平信号时，基于触发器内部的逻辑组合，触发器输出断开的开关控制信号；当S端接收到脉冲信号且R端为低电平信号时，基于触发器内部的逻辑组合，触发器输出导通的开关控制信号。对于包含功率管的开关装置12来说，所述开关控制信号需经由所述驱动模块输出至开关装置。

所述驱动模块532连接所述控制模块531，如图8所示，其用于将所接收的开关控制信号转换成对应的开关驱动信号以驱动所连接的开关装置。在此，所述驱动模块可用来将开关控制信号放大，且具备一定的驱动电流以驱动开关装置中的功率管。所述驱动模块532的输出端连接开关装置12中功率管的栅极。

需要说明的是，所述控制单元并非一定在接收到第二检测信号时立刻输出导通的控制信号。在谐振装置的断续工作模式下，所述控制单元可根据第二检测信号产生一延时计时，并在该延时计时结束时输出所述导通的控制信号。由此便于负载较轻的LED驱动系统的内耗，提高输出效率。

以图9为例，本申请所提供的控制器包含CS采样端、COMP端、ZCD端、OFF_PULSE端、GATE端，其中，退磁起始检测模块611和退磁结束检测模块612与CS采样端均连接用以接收采样点信号，并分别通过OFF_PULSE端和ZCD端输出第一检测信号和第二检测信号；控制模块613分别接收所述第一检测信号和第二检测信号；驱动模块614与所述控制模块613相连用于放大开关控制信号以驱动后级电路。与所述控制器相连且受所述控制器控制的开关装置621举例包含基于栅极(GATE端)驱动的开关电路，其中，所述开关电路包含栅极驱动的功率管。所述开关电路的源极连接所述采样端。在此，所述开关装置621用于连接在输入源和谐振装置631之间。

如图6所示，现以T1至T2时间段为例来描述控制器的工作过程。当控制器导通开关装置621(对应T1时刻)时，CS端受谐振装置631充磁影响产生电压升高的电信号，退磁起始检测模块611采集CS端的采样电信号CS输入至参考电压生成电路，并基于其中的参考电压生成电路将CS信号与预设的Vref电压的误差放大和积分处理，自COMP端输出Vcomp电压；与此同时，退磁起始检测模块611中的信号生成电路在控制器导通开关装置时开始产生一斜坡信号，该斜坡信号的Vramp电压和Vcomp电压分别输出至比较电路的正向输入端和负向输入端，当Vramp电压达到Vcomp电压时，比较电路的输出端(OFF_PULSE端)输出高电平(即第一检测信号)。由于导通开关装置，退磁结束检测模块612所接收的CS电压始终高于内部的参考电压Vzcd_ref，故而退磁结束检测模块612输出端(ZCD端)在开关装置621导通期间始终输出低电平，控制单元中的控制模块613在复位端接收高电平且置位端接收低电平时自输出端(如Q端)输出断开的开关控制信号(GATE_ON信号)，控制单元中的驱动模块614将该GATE_ON信号放大至可驱动开关装置621中的开关电路的功率，使得开关电路中的栅极(GATE端)接收到断开的控制信号，并断开输入源至谐振装置631之间的供电路径，CS信号据此随谐振装置631电能的释放过程(即退磁过程)而产生电压降低的波形。

与此同时，一方面，当退磁起始检测模块611接收到栅极的断开控制信号时，其中信号生成电路复位斜坡信号使得RAMP端的Vramp电压低于Vcomp电压，OFF_PULSE端向控制单元的复位端输出低电平。另一方面，退磁结束检测模块612检测CS信号电压降至Vzcd_ref时，输出高电平(即第二检测信号)。控制单元中的控制模块613在复位端接收低电平且置位端接收高电平时自输出端(如Q端)输出导通的开关控制信号(GATE_ON信号)，控制单元中的驱动模块614将该GATE_ON信号放大至可驱动开关装置621中的开关电路的功率，使得开关电路中的栅极(GATE端)接收到导通的控制信号，并导通输入源至谐振装置631之间的供电路径，CS信号据此随谐振装置631电能的存储过程(即充磁过程)而产生电压升高的波形。所述控制器重复充磁和退磁过程，以便于谐振装置631向负载提供恒流供电。

以所述控制器被配置在LED驱动系统中为例，本申请可提供一种包含所述控制器的LED控制芯片。所述LED控制芯片包含与外部电路连接的引脚。其中，所述控制器可被单独封装或与其他电路(如基准电压源等)封装在一LED控制芯片中并外接所述开关装置。请参阅图10，其显示为LED控制芯片在一种实施方式中的封装示意图。所述LED控制芯片包含COMP引脚、CS引脚、GATE引脚、VCC引脚、和GND引脚。其中，COMP引脚用于连接低通滤波单元，便于确保控制器中的Vcomp基本稳定。CS引脚与谐振装置和开关装置衔接处相连以获取采样电信号。GATE引脚连接开关装置中开关电路的栅极，用于对开关电路进行导通及断开控制。VCC引脚连接外部供电电源或外部电容，用于为LED控制芯片供电和基准电压源提供稳定电压。GND引脚用于接地或接浮地电压。

本申请所提供的控制器还可以与开关装置集成在一LED控制芯片中。请参阅图11，其显示为LED控制芯片在又一种实施方式中的封装示意图。所述LED控制芯片包含COMP引脚、CS引脚、DRAIN引脚、VCC引脚、和GND引脚。其中，COMP引脚用于连接低通滤波单元，便于确保控制器中的Vcomp基本稳定。CS引脚与谐振装置和开关装置衔接处相连以获取采样电信号。DRAIN引脚将开关装置中开关电路的漏极接入交直流转换装置，用于受控地将交直流转换装置所提供的电流通过CS引脚输送到谐振装置。VCC引脚连接外部供电电源或外部电容，用于为LED控制芯片供电和基准电压源提供稳定电压。GND引脚用于接地或接浮地电压。

本申请还提供的一种采用上述控制器而设计的LED驱动系统。请参考图12，其显示为所述LED驱动系统在一实施方式中的结构示意图。所述LED驱动系统包括：交直流转换装置81、开关装置82、谐振装置83和控制器84。

所述交直流转换装置81连接输入源，用于将交流电转换成直流。其中，所述输入源可为市电。所述LED驱动系统可根据输入源的电压和工频频率选择控制器中各器件的参数。所述交直流转换装置81包括：与输入源相接的整流桥电路和低通滤波电路。请参阅图13，其显示为所述交直流转换装置的结构示意图。其中，二极管D2、D3、D4和D5构成整流桥电路，在整流桥电路的输出端和地端之间设有包含电容C1的低通滤波电路。

所述开关装置82与所述交直流转换装置81相连，用于控制输入源输出能量。其中，所述开关装置82可以包含逻辑电路和/或包含功率管的开关电路。例如，所述开关装置82包含基于栅极驱动的开关电路，所述开关电路包含功率管及其外围电路，所述功率管的栅极与控制器输出端相连，漏极连接交直流转换装置的输出端，源极连接谐振装置83，其简化电路图可参见图3。

所述谐振装置83用于基于受控的能量变化向LED负载提供恒流供电。其中，所述谐振装置83包含LC振荡器及其外围电路，该外围电路包含与控制器84采样端相连的采样电阻。其中，所述LC振荡器的电感和电容的参数可基于市电工频频率、市电电压、输出电压和电流规格、充磁时长、退磁时长而确定。例如，谐振装置83处于临界连续电流工作模式下，谐振装置83的充磁时间在某一固定的市电电压有效值和固定的输出电压规格下基本保持不变，以此使得整个LED驱动系统在临界连续电流工作模式下具有高功率因数。

所述控制器84连接所述开关装置82且通过采样端连接所述谐振装置83，用于通过检测自所述谐振装置83所获取的电信号以控制所述开关装置82的导通和断开。其中，所述控制器84可以为本申请提供的如图9所示的结构。

以图14为例，所述LED驱动系统驱动LED负载的工作过程如下：交直流转换装置71将市电转换为准方形波并输出至开关装置73，初始时开关装置73导通并向谐振装置74充磁，控制器72采集采样端CS的电信号，并退磁起始检测模块根据开关装置73的导通控制信号产生一斜坡电信号，并根据CS电信号生成对应斜坡电信号的参考电压Vcomp，所述退磁起始检测模块基于斜坡电信号自初始电压升至参考电压Vcomp所花费的时长进行充磁计时，并在充磁计时结束，即Vramp大于等于Vcomp时，输出第一检测信号至控制器72中的控制单元，由控制单元控制开关装置断开，使得谐振装置开始退磁操作。由于CS电信号在充磁阶段电压升高，则退磁结束检测模块始终未输出第二检测信号。当退磁操作开始时，受开关装置73断开控制信号指示，斜坡信号复位使得退磁起始检测模块未输出第一检测信号；与此同时，谐振装置74向负载恒流供电且CS电信号的电压下降，当退磁结束检测模块所接收的CS电信号电压低于参考电压Vzcd_ref时，退磁结束检测模块向控制单元输出第二检测信号，所述控制单元据此控制开关装置73导通，谐振装置74进入充磁操作。

所述LED驱动系统还包括低通滤波单元，与所述控制器72中的退磁检测单元相连。

其中，所述低通滤波单元为包含电容的电路，其中，所述电容与退磁检测单元中的退磁起始检测模块相连。例如，如图14所示，所述低通滤波单元中的电容Ccomp连接控制器的COMP端。所述低通滤波单元用于减少Vcomp电压的变动，使得RAMP信号自初始值升到Vcomp电压所花费的时长基本维持不变，即充磁时长基本不变，如此在临界连续电流工作模式下得到高功率因数。

本申请还提供一种退磁检测方法。所述退磁检测方法可以由上述控制器来执行，或者由可执行所述退磁检测方法中各步骤的装置执行。

请参阅图15，其显示为所述退磁检测方法在一实施方式中的流程图。所述退磁检测方法包括：步骤S110、S120。

在步骤S110中，自谐振装置获取电信号。其中，所述电信号用于反映谐振装置中电流或电压变化。

在此，谐振装置和控制器之间可设置采样电路，所述谐振装置中电流或电压变化可藉由所述采样电阻一侧的电信号反射出来。其中，所述采样电路包含采样电阻。所述采样电阻可内置在控制器的退磁检测单元中，或内置在谐振装置中，再或位于退磁检测单元和谐振装置之间的通路上。例如，将控制器的采样端通过采样电阻接入谐振装置与开关装置之间的电路节点处，以获取所述电信号。其中，所述开关装置位于输入源与谐振装置之间，用以控制谐振装置的供电。若开关装置包含基于栅极驱动的开关电路，且开关电路中的功率管源极连接谐振装置，则如图14所示，可自所述开关装置73的源极获取所述电信号。

在步骤S120中，基基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时，确定所述谐振装置退磁开始时刻；或基于所述电信号确定所述谐振装置退磁结束时刻。

对于谐振装置的退磁开始时刻的检测，可采用以下步骤来执行：

在步骤S121中，检测开关装置的状态。可通过检测开关装置控制端的控制信号来确定开关装置的导通状态或断开状态。例如，开关装置的控制端连接功率管的栅极，当栅极接收使功率管导通的高电平信号时，检测开关装置由断开状态转入导通状态；反之，检测到开关装置由导通状态转入断开状态。

在步骤S122中，当所述开关装置由断开状态转入导通状态时，确定所述谐振装置的充磁起始时刻。

在此，当检测到开关装置导通时意味着电流流向所述谐振装置，谐振装置中的电感开始充磁，即开关装置由断开状态转入导通状态的时刻为所述谐振装置的充磁起始时刻。所述开关装置导通可通过检测开关装置中的控制信号或检测第一检测信号的电压而确定，并执行步骤S123。

在步骤S123中，自所述充磁起始时刻开始计时一斜坡信号的电压达到一参考电压的时长，并将所述斜坡信号的电压达到所述参考电压的时刻确定为所述谐振装置的退磁开始时刻。其中，所述参考电压为基于检测所述电信号而产生的电压而定。例如，开关装置中的跨导积分器将所述电信号与一参考电压阈值Vref之间的误差电压进行放大和积分处理，以得到并输出一参考电压Vcomp。其中，由于所述电信号呈基本线性变化，所输出的参考电压Vcomp基本稳定。其中，参考电压Vref为基准电压源所提供，该基准电压源可专门提供所述参考电压Vref，或基于芯片供电电压VCC分压而得到。在一些实施方式中，在所述参考电压生成电路的输出端外接低通滤波单元可抑制参考电压的变化。

在此，当充磁起始时刻到达时，一斜坡信号发生器输出斜坡信号至比较电路与所述参考电压Vcomp进行比较，所述斜坡信号的电压Vramp自初始值上升至该参考电压Vcomp所花费的时长即为谐振装置的充磁时长。当Vramp升至Vcomp时，确定谐振装置充磁结束即可进入退磁操作，故而，当检测到Vramp达到Vcomp的时刻即确定谐振装置的退磁开始时刻。例如，利用比较电路比较Vramp和Vcomp，当Vramp大于等于Vcomp时，输出第一检测信号，以作为确定退磁开始时刻。

对于谐振装置的退磁结束时刻的检测，可采用以下步骤来执行：

在步骤S124中，比较所获取的电信号与谷值参考电压，并当所获取的电信号的电压达到所述谷值参考电压时确定退磁结束时刻。

在此，步骤S110获取的电信号还提供给又一比较电路，该比较电路的正向输入端接收谷值参考电压，负向输入端接收所述电信号，当谐振装置退磁开始后，所获取的电信号电压下降，当所述电信号的电压小于等于谷值参考电压时，确定谐振装置退磁结束，并由比较电路输出第二检测信号以表示退磁结束时刻。

所述退磁检测方法通过检测外部谐振装置的退磁过程用于实现对与所述谐振装置相连的开关装置进行通断控制，如此实现谐振装置的持续或断续振荡，以向负载提供恒流供电。

当谐振装置所接的负载为LED负载时，本申请再提供一种LED驱动方法，以实现LED负载的恒流供电。所述LED驱动方法用于利用谐振装置对LED负载进行恒流供电的驱动系统。

所述LED驱动方法通过执行退磁检测方法各步骤，当确定退磁开始时刻时，控制与所述谐振装置连接的开关装置断开，使得谐振装置中的电感进入退磁操作，谐振装置向LED负载输出恒流供电。当确定退磁结束时刻时，可控制开关装置导通，使得谐振装置中的电感进入充磁操作；或者，当确定退磁结束时刻时，产生一延时并在延时结束时控制开关装置导通，对于轻负载的LED驱动系统来说，该方式能够有效减少LED驱动系统的内耗。

本申请虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本申请技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种控制器，用于连接谐振装置及连接位于输入源与所述谐振装置之间的开关装置，其特征在于，包括：

退磁检测单元，其采样端用于与所述谐振装置相连以获取一电信号，所述退磁检测单元基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时，确定在所述谐振装置退磁开始时输出第一检测信号；以及基于所述电信号确定在所述谐振装置退磁结束时输出第二检测信号；

控制单元连接所述退磁检测单元，用于基于所述第一检测信号和第二检测信号生成开关控制信号输出至所述开关，以控制输入源向所述谐振装置传输能量；

所述退磁检测单元包括：退磁起始检测模块，与所述采样端和所述控制单元相连，用于当检测到所述控制单元导通开关装置时刻开始进行充磁计时，直至检测到一变化电压达到预设参考电压时输出第一检测信号；其中，所述参考电压为经检测所述电信号而产生的电压而定；

其中，当所述电信号的电压降至谷底时确定退磁结束时刻；

所述退磁检测单元还包括退磁结束检测模块，与所述采样端相连，用于比较所获取的电信号与谷值参考电压，并当所获取的电信号的电压达到所述谷值参考电压时输出第二检测信号；

所述退磁起始检测模块包括：

参考电压生成电路，与所述采样端相连，用于通过检测所述电信号确定一参考电压；

信号生成电路，与所述控制单元相连，用于当检测到所述开关装置导通时，生成一斜坡电信号；

比较电路，与所述参考电压生成电路和信号生成电路相连，用于比较所述斜坡电信号的电压和所述参考电压，并在所述斜坡电信号的电压达到参考电压时输出第一检测信号；

所述参考电压生成电路包括跨导积分器，具有正向输入端、负向输入端和输出端，正向输入端连接一参考电压阈值，负向输入端接收所述电信号的电压，输出端输出所述参考电压。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述信号生成电路包括斜坡信号发生器，具有控制端和输出端，所述控制端连接所述控制单元，所述输出端连接所述比较电路。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述谷值参考电压为对应采样端的浮地电压或者预设的参考电压。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制单元包括：

控制模块，连接所述退磁检测单元，用于基于所接收的第一检测信号输出使所述开关装置断开的开关控制信号以及基于所接收的第二检测信号输出使所述开关装置导通的开关控制信号；

驱动模块，连接所述控制模块，用于将所接收的开关控制信号转换成对应的开关驱动信号以驱动所连接的开关装置。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述开关装置包含基于栅极驱动的开关电路；所述开关电路的源极连接所述采样端。

6.一种LED驱动系统，其特征在于，包括：

交直流转换装置，连接输入源，用于将交流电转换成直流；

开关装置，与所述交直流转换装置相连，用于控制输入源输出能量；

谐振装置，连接所述开关装置，用于基于受控的能量变化向LED负载提供恒流供电；

如权利要求1-5中任一所述的控制器，连接所述开关装置且通过采样端连接所述谐振装置，用于检测自所述采样端所获取的电信号以控制所述开关装置的导通和断开。

7.根据权利要求6所述的LED驱动系统，其特征在于，还包括低通滤波单元，与所述控制器中的退磁检测单元相连。

8.一种退磁检测方法，其特征在于，由权利要求1所述的控制器来执行，所述退磁检测方法包括：

自谐振装置获取一电信号，所述电信号用于反映所述谐振装置中电流或电压变化；

基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时,确定所述谐振装置退磁开始时刻，或基于所述电信号确定所述谐振装置退磁结束时刻；

所述基于对利用所述电信号而设置的充磁时长进行计时的方式包括：

检测开关装置的状态；

当所述开关装置由断开状态转入导通状态时，确定所述谐振装置的充磁起始时刻；

自所述充磁起始时刻开始计时一斜坡信号的电压达到一参考电压的时长，并将所述斜坡信号的电压达到所述参考电压的时刻确定为所述谐振装置的退磁开始时刻；其中，所述参考电压为基于检测所述电信号而产生的电压；

所述基于所述电信号确定所述谐振装置退磁结束时刻的方式包括：比较所获取的电信号与谷值参考电压，并当所获取的电信号的电压达到所述谷值参考电压时确定退磁结束时刻。

9.根据权利要求8所述的退磁检测方法，其特征在于，所述自谐振装置获取一电信号的方式包括：自与所述谐振装置相连的控制器的采样端获取所述电信号。

10.根据权利要求9所述的退磁检测方法，其特征在于，所述获取一电信号的方式包括：从开关装置的源极获取所述电信号，所述开关装置位于输入源与谐振装置之间。

11.一种LED驱动方法，用于利用谐振装置对LED负载进行恒流供电的驱动系统，其特征在于，包括：

如权利要求8-10中任一所述的退磁检测方法所提供的各步骤；以及

基于所确定的退磁开始时刻和退磁结束时刻限制导通与所述谐振装置连接的开关装置。

12.一种LED控制芯片，其特征在于，包括：

如权利要求1-5中任一所述的控制器，用于通过对由采样端所获取的电信号的退磁检测控制谐振装置向LED负载提供能量。