CN110504826B - Led驱动系统、去纹波电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED驱动系统、去纹波电路及方法，包括，电压输入模块，LED负载，功率开关管，采样电阻及去纹波电路；其中，去纹波电路包括对负载输出电压进行采样的采样模块，根据采样信号产生对应基准信号的基准信号产生模块，基于基准信号产生直流的补偿信号的低通滤波模块，根据补偿信号控制负载输出电流的驱动模块。检测负载输出端电压并产生相应的基准信号，当采样信号大于第一参考电压时增大补偿信号；当采样信号小于第二参考电压时减小所述补偿信号；将补偿信号转化为直流信号对负载输出电流进行去纹波控制。本发明采用数字低通滤波做滤波补偿，无需外部电容，能够有效简化外围电路、降低系统成本。

Description

LED驱动系统、去纹波电路及方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种LED驱动系统、去纹波电路及方法。

背景技术

通常在高功率因数(Power Factor，PF)的应用中，由于输出电容的限制，输出电流有工频的交流成分存在，在有些场合下会导致闪烁，因此，需要增加去纹波电路来滤除工频成分。

如图1所示为现有技术中的一种去纹波电路1，电阻R1’及输出电容C1’串联后并联于电压输出端Vo+、Vo-，功率开关管Q1’连接于电压输出端Vo+与负载LED之间，二极管D的阳极连接所述电压输出端Vo+、阴极连接稳压二极管Z1的阴极，稳压二极管Z1的阳极连接电容C1’的上极板，稳压二极管Z2的阳极连接负载LED、阴极连接电阻R2’后与电容C1’的上极板连接，稳压二极管Z2的阴极还连接功率开关管Q’的栅端。该电路的电路损耗与功率开关管Q1’(MOSFET)的阈值电压Vth有关，通常Vth>2V，因此在大电流的应用下系统整体损耗比较大。

如图2所示为现有的一种去纹波芯片方案，所述去纹波芯片2的VIN端连接输入电压，所述输入电压由交流电源及并联于交流电源两端的输入电容Cin产生；所述去纹波芯片2的LED端连接LED负载的输出端，LED负载的输入端连接输入电压；所述去纹波芯片2的VSP端连接电阻RSP后接地、VC端连接电容Cc后接地。该方案可以做到自适应输出电流去纹波，整体效率也比较高，但是存在几个缺点，一是控制电流的范围有限，自身内部有限流，并且在小电流状态下没有去纹波效果；二是前级输出的纹波电压有限制，在输出纹波电压超过一定值时无法实现去纹波功能，不支持线性输出的去纹波应用。

如图3所述为现有技术中的另一种去纹波芯片方案，输入电压由交流电源及并联于交流电源两端的输入电容Cin产生，电阻R3’与电容C2’串联后并联于输入电压的两端，所述去纹波芯片3的VCC端连接电容C2’的上极板、COMP端连接补偿电容C3’后接地；负载LED的输入端连接输入电压、输出端依次连接功率开关管Q2’、电阻R4’后接地；所述去纹波芯片3的GATE端连接功率开关管Q2’的栅端、CS端连接功率开关管Q2’的源端。上述方案增加了电流设置电阻扩大了电流应用范围，并且纹波电压不再有限制，但是有个缺点就是不支持可控硅调光应用，也不支持线性输出的去纹波应用。

目前的方案都需要外置补偿电容进行滤波补偿，有些还需要供电电容，外围元件较多，因此，如何在实现去纹波的同时，减少外围元件，节约成本，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LED驱动系统、去纹波电路及方法，用于解决现有技术中去纹波电路中需要大电容量的滤波补偿电容、外围元件多、系统成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去纹波电路，所述去纹波电路至少包括：

采样模块，连接于负载的输出端，用于对所述负载的输出端电压进行采样；

基准信号产生模块，连接于所述采样模块的输出端，用于根据所述采样模块输出的采样信号产生对应基准信号，当所述采样信号大于第一参考电压时所述基准信号产生模块输出第一基准信号，当所述采样信号小于第二参考电压时所述基准信号产生模块输出第二基准信号，其中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压；

低通滤波模块，连接于所述基准信号产生模块的输出端，基于所述第一基准信号及所述第二基准信号产生直流的补偿信号；当所述采样信号大于所述第一参考电压时基于所述第一基准信号增大所述补偿信号，当所述采样信号小于所述第二参考电压时基于所述第二基准信号减小所述补偿信号；

驱动模块，连接于所述低通滤波模块的输出端，根据所述补偿信号产生控制所述负载输出电流的驱动信号。

优选地，所述基准信号产生模块包括第一比较器、第二比较器、第一开关、第二开关、第一电阻及第二电阻；

所述第一比较器的正相输入端连接所述采样模块的输出端、反相输入端连接所述第一参考电压、输出端控制所述第一开关；

所述第二比较器的反相输入端连接所述采样模块的输出端、正相输入端连接所述第二参考电压、输出端控制所述第二开关；

所述第一开关的输入端连接第三参考电压、输出端连接所述第一电阻后接地，所述第一开关的输出端输出所述第一基准信号；

所述第二开关的输入端连接第三参考电压、输出端连接所述第二电阻后接地，所述第二开关的输出端输出所述第二基准信号。

优选地，所述低通滤波模块包括加减法器、第三开关、第四开关、第一电容及第二电容；

所述第三开关的输入端连接所述低通滤波模块的输出端、输出端连接所述第一电容的上极板，用于对所述低通滤波模块的输出信号进行采样；所述第一电容的下极板接地；

所述加减法器的第一加法输入端连接所述第三开关的输出端、第二加法输入端接收所述第一基准信号、减法输入端接收所述第二基准信号，用于进行加减法运算；

所述第四开关的输入端连接所述加减法器的输出端、输出端作为所述低通滤波模块的输出端，用于对所述加减法器的输出信号进行采样；

所述第二电容的上极板连接所述第四开关的输出端、下极板接地；

其中，所述第三开关与所述第四开关的控制信号极性相反。

更优选地，所述加减法器包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第一运算放大器；

所述第三电阻的一端作为所述加减法器的第一加法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；

所述第四电阻的一端作为所述加减法器的第二加法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；

所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器的正相输入端、另一端接地；

所述第六电阻的一端作为所述加减法器的减法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端；

所述第七电阻的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端、另一端连接所述第一运算放大器的输出端。

更优选地，所述加减法器还包括高频采样单元及反相器；所述高频采样单元用于产生方波信号；所述反相器连接于所述高频采样单元的输出端，用于产生所述高频采样单元输出信号的反信号。

更优选地，所述第一电容与所述第二电容的容值为pF级。

更优选地，所述低通滤波模块还包括连接于所述第三开关的输出端与所述加减法器的第一加法输入端之间的第一跟随器，连接于所述第一基准信号与所述加减法器的第二加法输入端之间的第二跟随器，连接于所述第二基准信号与所述加减法器的减法输入端之间的第三跟随器，以及连接于所述第四开关的输出端与所述低通滤波模块的输出端之间的第四跟随器，各跟随器用于隔离信号。

优选地，所述驱动模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正相输入端连接所述补偿信号、反相输入端连接所述负载的采样电流、输出端连接所述负载的输出电流控制端。

更优选地，所述去纹波电路还包括连接于所述低通滤波模块输出端与地之间的电流控制模块，及连接于所述低通滤波模块输出端与地之间的电压控制模块；所述电流控制模块包括第一电阻串，通过分压调整所述驱动模块的输入信号；所述电压控制模块包括第二电阻串，通过分压产生所述第一参考电压及所述第二参考电压。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED驱动系统，所述LED驱动系统至少包括：

电压输入模块，用于提供输入电压；

LED负载，连接于所述电压输入模块的输出端；

功率开关管，连接于所述LED负载的输出端，用于控制流过所述LED负载的电流；

采样电阻，连接于所述功率开关管的输出端，用于对流过所述LED负载的电流行采样；

上述去纹波电路，其中，所述采样模块连接所述LED负载的输出端，所述驱动模块的输出端连接所述功率开关管的控制端，用于对所述LED负载的输出电流进行去纹波控制。

优选地，所述去纹波电路还包括连接于所述电压输入模块输出端的工作电压产生模块，将所述输入电压转化为直流电源，进而为所述去纹波电路中的各模块供电。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去纹波方法，所述去纹波方法至少包括：

检测负载输出端电压，基于负载输出端的检测电压产生相应的基准信号，当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，基于所述第一基准信号增大所述补偿信号；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，基于所述第二基准信号减小所述补偿信号；通过低通滤波将所述补偿信号转化为直流信号，基于所述补偿信号对所述负载的输出电流进行调整以实现去纹波控制；

其中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压。

优选地，当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，所述第一基准信号被置为第三参考电压，所述第二基准信号为零；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，所述第一基准信号为零，所述第二基准信号被置为所述第三参考电压。

优选地，对所述补偿信号进行滤波的方法包括：

将上次滤波输出值反馈至加减法器的第一加法输入端，将当前的所述第一基准信号输入所述加减法器的第二加法输入端，将当前的所述第二基准信号输入所述加减法器的减法输入端，通过所述加减法器进行加法运算后输出当前滤波输出值，以所述当前滤波输出值作为补偿信号。

更优选地，所述补偿信号满足如下关系式：

V_o(n)＝K1(V1-K2*V2)+V_o(n-1)，

其中，V_o(n)为当前滤波输出值，V1为所述第一基准电压，V2为所述第二基准电压，K1为第一调整比例系数，K2为第二调整比例系数，V_o(n-1)为上次滤波输出值。

更优选地，当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，所述补偿信号每隔一个采样周期增加第一调整量；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，所述补偿信号每隔一个采样周期减小第二调整量；

其中，ΔV1＝K1*V1，ΔV2＝K1*K2*V2，ΔV1为第一调整量，V1为所述第一基准电压，ΔV2为第二调整量，V2为所述第二基准电压。

优选地，通过所述补偿信号的分压得到所述第一参考电压及所述第二参考电压；通过对所述补偿信号分压控制所述负载输出电流的驱动信号的电流。

如上所述，本发明的LED驱动系统、去纹波电路及方法，具有以下有益效果：

本发明的LED驱动系统、去纹波电路及方法采用数字低通滤波做滤波补偿，无需外部电容，能够有效简化外围电路、降低系统成本；进一步，可做成三个管脚的封装，无需任何额外器件即可实现去纹波功能，使得外围电路及成本最简化。

附图说明

图1显示为现有技术中的一种去纹波电路结构示意图。

图2显示为现有技术中的一种去纹波芯片方案的原理示意图。

图3显示为现有技术中的另一种去纹波芯片方案的原理示意图。

图4显示为本发明的LED驱动系统的一种实施方式示意图。

图5显示为本发明的实施例一的LED驱动系统的工作原理示意图。

图6显示为本发明的LED驱动系统的另一种实施方式示意图。

图7显示为本发明的LED驱动系统封装为三管脚芯片的示意图。

元件标号说明

1 去纹波电路

2 去纹波芯片

3 去纹波芯片

4 LED驱动系统

5 电压输入模块

6 去纹波电路

61 基准信号产生模块

611～612 第一～第二比较器

62 低通滤波模块

621 加减法器

622～625 第一～第四跟随器

626 高频采样单元

627 反相器

63 驱动模块

64 工作电压产生模块

65 电流控制模块

66 电压控制模块

67 第五跟随器

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4～图7。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4所示，本实施例提供一种LED驱动系统4，所述LED驱动系统4包括：

电压输入模块5、LED负载、功率开关管Q、采样电阻Rcs及去纹波电路6。

如图4所示，所述电压输入模块5用于提供输入电压。

具体地，在本实施例中，所述电压输入模块5包括交流电源AC及滤波电容Cin，所述滤波电容Cin并联于所述交流电源AC的两端，用于对所述输入电压进行滤波。

如图4所示，所述LED负载的输入端连接所述电压输入模块5的输出端、输出端连接所述功率开关管Q的漏端。

具体地，所述LED负载包括多个LED灯串的串联、并联或串并联，可根据需要进行设定，在此不一一赘述。

需要说明的是，所述LED负载可替换为其他需要进行输出电流去纹波的负载，在此不一一赘述。

如图4所示，所述功率开关管Q的漏端连接所述LED负载的输出端、源端连接所述采样电阻Rcs后接地，通过所述功率开关管Q的导通和关断控制流过所述LED负载的电流。

如图4所示，所述去纹波电路6连接所述LED负载的输出端及所述功率开关管Q的栅端，用于对所述LED负载的输出电流进行去纹波控制。

具体地，所述去纹波电路6包括采样模块、基准信号产生模块61、低通滤波模块62、驱动模块63及工作电压产生模块64，用于对所述LED负载的输出电流进行去纹波控制。

更具体地，所述采样模块连接于所述LED负载的输出端，用于对所述LED负载的输出端电压进行分压采样。在本实施例中，所述采样模块包括上拉电阻Rup及下拉电阻Rdown；所述上拉电阻Rup的一端连接所述LED负载的输出端，另一端连接所述下拉电阻Rdown的一端、并作为所述采样模块的输出端；所述下拉电阻Rdown的另一端接地。所述上拉电阻Rup、下拉电阻Rdown可设置于所述去纹波电路6所在芯片内或所述去纹波电路6所在芯片外，在本实施例中，所述上拉电阻Rup设置于所述去纹波电路6所在芯片外，所述下拉电阻Rdown设置于所述去纹波电路6所在芯片内，仅作为一种示例，不作为限制。

更具体地，所述基准信号产生模块61连接于所述采样模块的输出端，用于根据所述采样模块输出的采样信号Vsense产生对应基准信号。如图4所示，在本实施例中，所述基准信号产生模块61包括第一比较器611、第二比较器612、第一开关S1、第二开关S2、第一电阻R1及第二电阻R2。所述第一比较器611的正相输入端连接所述采样模块的输出端、反相输入端连接所述第一参考电压Ref1、输出端控制所述第一开关S1；所述第二比较器612的反相输入端连接所述采样模块的输出端、正相输入端连接所述第二参考电压Ref2、输出端控制所述第二开关S2；所述第一开关S1的输入端连接第三参考电压Ref3、输出端连接所述第一电阻R1后接地，所述第一开关S1的输出端输出所述第一基准信号V1；所述第二开关S2的输入端连接第三参考电压Ref3、输出端连接所述第二电阻R2后接地，所述第二开关S2的输出端输出所述第二基准信号V2；其中，所述第一参考电压Ref1大于所述第二参考电压Ref2，所述第一比较器611及所述第二比较器612采用运算放大器实现。当所述采样信号Vsense大于第一参考电压Ref1时，所述第一比较器611输出高电平，所述第二比较器612输出低电平，所述第一开关S1导通，所述第二开关S2关断，所述第三参考电压Ref3通过所述第一开关S1输出，作为所述第一基准信号V1，所述第一基准信号V1的幅值与所述第三参考电压Ref3相等，所述第二开关S2的输出信号为低电平。当所述采样信号Vsense小于第二参考电压Ref2时，所述第一比较器611输出低电平，所述第二比较器612输出高电平，所述第一开关S1关断，所述第二开关S2导通，所述第三参考电压Ref3通过所述第二开关S2输出，作为所述第二基准信号V2，所述第二基准信号V2的幅值与所述第三参考电压Ref3相等，所述第一开关S1的输出信号为低电平。

更具体地，所述低通滤波模块62连接于所述基准信号产生模块61的输出端，基于所述第一基准信号V1及所述第二基准信号V2产生直流的补偿信号COMP。当所述采样信号Vsense大于所述第一参考电压Ref1时基于所述第一基准信号V1增大所述补偿信号COMP，当所述采样信号Vsense小于所述第二参考电压Ref2时基于所述第二基准信号V2减小所述补偿信号COMP，由于所述低通滤波模块62的滤波作用，所述补偿信号COMP在同一采样周期内显示为直流信号，各直流信号的幅值与所述第一基准信号V1及所述第二基准信号V2有关。如图4所示，在本实施例中，所述低通滤波模块62包括加减法器621、第三开关S3、第四开关S4、第一电容C1、第二电容C2、第一跟随器622、第二跟随器623、第三跟随器624、第四跟随器625、高频采样单元626及反相器267。

所述第三开关S3的输入端连接所述低通滤波模块62的输出端、输出端连接所述第一电容C1的上极板，用于对所述低通滤波模块62的输出信号进行采样。所述第三开关S3作为采样开关，采样频率根据采样需要可通过所述第三开关S3的控制信号频率进行设定，在此不一一设定。

所述第一电容C1的上极板连接所述第三开关S3的输出信号、下极板接地。所述第一电容C1作为采样保持电容，用于将经过采样后的所述低通滤波模块62的输出信号保持在所述第一电容C1上。所述第一电容C1的容值为pF级，可以集成在芯片中。

所述第一跟随器622的输入端连接所述第一电容C1的上极板、输出端连接所述加减法器621的第一加法输入端，用于隔离所述第一跟随器622的输入输出信号。

所述第二跟随器623的输入端连接所述第一基准电压V1、输出端连接所述加减法器621的第二加法输入端，用于隔离所述第二跟随器623的输入输出信号。

所述第三跟随器624的输入端连接所述第二基准电压V2、输出端连接所述加减法器621的减法输入端，用于隔离所述第三跟随器624的输入输出信号。

所述加减法器621用于根据所述第一跟随器622、所述第二跟随器623及所述第三跟随器624的输出信号进行加减法运算，包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第一运算放大器。所述第三电阻R3的一端作为所述加减法器621的第一加法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；所述第四电阻R4的一端作为所述加减法器621的第二加法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；所述第五电阻R5的一端连接所述第一运算放大器的正相输入端、另一端接地；所述第六电阻R6的一端作为所述加减法器621的减法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端；所述第七电阻R7的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端、另一端连接所述第一运算放大器的输出端。

所述第四开关S4的输入端连接所述加减法器621的输出端、输出端连接所述第四跟随器625的输入端，用于对所述加减法器621的输出信号进行采样。所述第四开关S4作为采样开关，采样频率根据采样需要可通过所述第四开关S4的控制信号频率进行设定，在此不一一设定。

所述第二电容C2的上极板连接所述第四开关S4的输出端、下极板接地，所述第二电容C2作为采样保持电容，用于将经过采样后的所述加减法器621的输出信号保持在所述第二电容C2上。所述第二电容C2的容值为pF级，可以集成在芯片中。

所述第四跟随器625的输入端连接所述第四开关S4的输出端、输出端作为所述低通滤波模块62的输出端，用于隔离所述第四跟随器625的输入输出信号。

所述高频采样单元626用于产生作为开关控制信号的方波信号；所述反相器627连接于所述高频采样单元的626输出端，用于产生所述高频采样单元626输出信号的反信号，以使所述第三开关S3与所述第四开关S4的控制信号极性相反。在本实施例中，所述高频采样单元626的输出端连接所述第三开关3的控制端，所述反相器627的输出端连接所述第四开关S4的控制端。在实际应用中，可根据需要设定所述高频采样单元626及所述反相器627的输出信号与所述第三开关S3及所述第四开关S4的连接关系，所述第三开关S3的控制信号与所述第四开关S4的控制信号的极性相反即可，不以本实施例为限。

需要说明的是，所述第一跟随器622、所述第二跟随器623、所述第三跟随器624及所述第四跟随器625均采用运算放大器实现，运算放大器的正相输入端作为跟随器的输入端、反相输入端连接运算放大器的输出端作为跟随器的输出端，各跟随器起隔离作用，可有效提高输入阻抗、降低输出阻抗，大大提高所述低通滤波模块62的稳定性。

所述低通滤波模块62的输出信号满足如下关系式：

V_o(n)＝K1(V1-K2*V2)+V_o(n-1)，

其中，

V_o(n)为当前滤波输出值(当前补偿信号)，V1为所述第一基准电压，V2为所述第二基准电压，V_o(n-1)为上次滤波输出值(上次补偿信号)，K1为第一调整比例系数，K2为第二调整比例系数，K1及K2的值可通过设置所述第三电阻R3～所述第七电阻R7的值进行设定。

更具体地，所述驱动模块63连接于所述低通滤波模块62的输出端，根据所述补偿信号COMP产生控制所述LED负载输出电流的驱动信号DRV。所述驱动模块63包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正相输入端连接所述补偿信号COMP、反相输入端连接所述功率开关管Q的源端、输出端连接所述功率开关管Q的栅端。

更具体地，所述工作电压产生模块64连接于所述电压输入模块5的输出端，用于将所述输入电压转化为直流电源VDD，进而为所述去纹波电路6中的各模块供电。

本实施例的LED驱动系统的工作原理如下：

检测负载输出端电压，基于负载输出端的检测电压产生相应的基准信号，当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，基于所述第一基准信号增大所述补偿信号；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，基于所述第二基准信号减小所述补偿信号；通过低通滤波将所述补偿信号转化为直流信号，基于所述补偿信号对所述负载的输出电流进行调整以实现去纹波控制；其中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压。

具体原理如下：

如图4及图5所示，所述交流电压AC提供输入电压，输入电流Iin与所述交流电压AC具有90°相位差，所述输入电流Iin的均值为Iin_avg。所述工作电压产生模块64从高压端HV获取电能，并转化为直流电源VDD，为所述去纹波电路6供电。由于所述滤波电容Cin的电容值比较大，因此所述高压端HV始终存在电压，从而所述工作电压产生模块64可以省去外部的供电电容。所述采样模块检测所述功率开关管Q的漏端电压，得到采样信号Vsense。当所述采样信号Vsense高于所述第一参考电压Ref1时，所述第一比较器611控制所述第一开关S1闭合，所述第一电阻R1上的电压(所述第三参考电压Ref3)进入V1端口进行加法运算，从而将所述补偿信号COMP升高。当所述采样信号Vsense低于所述第二参考电压Ref2时，所述第二比较器612控制所述第二开关S2闭合，所述第二电阻R2上的电压(所述第三参考电压Ref3)进入V2端口进行减法运算，从而将所述补偿信号COMP降低。所述采样信号Vsense的电压会随着工频纹波进行变化，从而通过选择所述第一基准信号V1及所述第二基准信号V2产生一个变化的基准信号，经过所述低通滤波模块62的滤波功能可以得到一个稳定的补偿信号COMP，所述驱动模块63基于所述补偿信号COMP进行电流控制，从而产生一个稳定的电流，实现LED负载的电流去纹波功能。由于使用了数字低通滤波模块进行滤波，因此可以省去通常需要用到的外置补偿电容。通过所述采样信号Vsense可判断所述功率开关管Q是否进入线性饱和区间，因此设置合适的第一参考电压Ref1和第二参考电压Ref2值可以确保所述功率开关管Q任何时候都工作于线性区间，因此通过数字低通滤波得到稳定的补偿信号COMP。

如图5所示，随着所述交流电压AC的增大，所述采样信号Vsense逐渐增大，t1时刻前，所述采样信号Vsense小于所述第二参考电压Ref2，所述第一基准信号V1为低电平，所述第二基准信号V2为高电平(所述第三参考电压Ref3)，所述低通滤波模块62根据所述高频采样单元626设定的采样周期t对所述补偿信号COMP进行滤波补偿，满足如下关系式：

V_o(n)＝-K1*K2*V2+V_o(n-1)，

每个采样周期所述补偿信号COMP减小第二调整量ΔV2，ΔV2＝K1*K2*V2。

如图5所示，t1时刻至t2时刻之间，所述采样信号Vsense大于所述第二参考电压Ref2，且小于所述第一参考电压Ref1，则所述第一基准信号V1为低电平，所述第二基准信号V2为低电平，此时，满足如下关系式：

V_o(n)＝V_o(n-1)，

此时，所述补偿信号COMP保持不变。

如图5所示，t2时刻至t3时刻之间，所述采样信号Vsense大于所述第一参考电压Ref1，则所述第一基准信号V1为高电平(所述第三参考电压Ref3)，所述第二基准信号V2为低电平，所述低通滤波模块62根据所述高频采样单元626设定的采样周期t对所述补偿信号COMP进行滤波补偿，满足如下关系式：

V_o(n)＝K1*V1+V_o(n-1)，

每个采样周期所述补偿信号COMP增大第一调整量ΔV1，ΔV1＝K1*V1。

如图5所示，随着所述交流电压AC升高至顶点开始下降，所述采样信号Vsense开始下降，t3时刻至t4时刻之间，所述采样信号Vsense大于所述第二参考电压Ref2，且小于所述第一参考电压Ref1，则所述第一基准信号V1为低电平，所述第二基准信号V2为低电平，所述补偿信号COMP保持不变。

如图5所示，t4时刻至t5时刻之间，所述采样信号Vsense小于所述第二参考电压Ref2，所述第一基准信号V1为低电平，所述第二基准信号V2为高电平(所述第三参考电压Ref3)，所述低通滤波模块62根据所述高频采样单元626设定的采样周期t对所述补偿信号COMP进行滤波补偿，满足如下关系式：

V_o(n)＝-K1*K2*V2+V_o(n-1)，

每个采样周期所述补偿信号COMP减小第二调整量ΔV2，ΔV2＝K1*K2*V2。

t1时刻至t5时刻完成一个周期，基于所述补偿信号COMP对LED负载的输出电流Io进行调整，以使得各周期内输出电流Io的平均值相等，均为Iin_avg，以此实现去纹波功能。图5中所述补偿信号COMP的波形为示意起见变化幅度比较大，实际上通过所述补偿信号COMP得到的输出电流纹波比较小。

实施例二

如图6所示，本实施例提供一种LED驱动系统4，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述去纹波电路6中还包括电流控制模块65、电压控制模块66及第五跟随器67，其他结构及原理均与实施例一相同，在此不一一赘述。

具体地，所述第五跟随器67的输入端连接所述低通滤波模块62的输出端、输出端连接所述电流控制模块65，用于将所述补偿信号COMP输出到所述电流控制模块65，起隔离的效果，其结构及作用与所述第一跟随器～所述第四跟随器形同，在此不一一赘述。

具体地，所述电流控制模块65连接于所述第五跟随器67的输出端，包括第八电阻R8及第九电阻R9构成的第一电阻串，所述第八电阻R8的一端连接所述第五跟随器67的输出端、另一端连接所述第九电阻R9并作为所述电流控制模块65的输出端，所述第九电阻R9的另一端接地。所述电流控制模块65输出所述补偿信号COMP的分压信号，通过控制所述第八电阻R8及所述第九电阻R9的阻值设定所述驱动模块63的输入电压的电流及电压值，所述功率开关管Q的调整范围自适应输入电流的变化，灵活性大大提高。

需要说明的是，所述电流控制模块65可包括多个串联的电阻，电阻的数量不以本实施例为限。

具体地，所述电压控制模块66连接于所述第五跟随器67的输出端，包括第十电阻R10、第十一电阻R11及第十二电阻R12构成的第二电阻串，所述第十电阻R10的一端连接所述第五跟随器67的输出端、另一端连接所述第十一电阻R11并输出所述第一参考电压Ref1，所述第十一电阻R11的另一端连接所述第十二电阻R12的一端并输出所述第二参考电压Ref2，所述第十二电阻R12的另一端接地。所述电压控制模块66输出所述补偿信号COMP的分压信号，通过控制所述第十电阻R10、所述第十一电阻R11及所述第十二电阻R12的阻值设定所述第一参考电压Ref1及所述第二参考电压Ref2，灵活性大大提高。

需要说明的是，所述电压控制模块66可包括多个串联的电阻，电阻的数量不以本实施例为限。

实施例三

如图7所示，本实施例提供一种LED驱动系统4，与实施例一和实施例二的不同之处在于，所述上拉电阻Rup设置于所述去纹波电路6内部、所述功率开关管Q、所述采样电阻Rcs及所述去纹波电路6均集成到芯片内部，该芯片仅保留3个管脚，分别为供电的高压端HV、LED负载输出端OUT及接地端GND，从而可大大简化外围器件及系统的应用，降低成本。

本实施例的LED驱动系统4的内部电路结构、原理与实施例一及实施例二相同，在此不一一赘述。

综上所述，本发明提供一种LED驱动系统、去纹波电路及方法，包括电压输入模块，LED负载，功率开关管，采样电阻及去纹波电路；其中，所述去纹波电路包括对所述负载的输出端电压进行采样的采样模块，根据所述采样模块输出的采样信号产生对应基准信号的基准信号产生模块，基于所述第一基准信号及所述第二基准信号产生直流的补偿信号的低通滤波模块，根据所述补偿信号产生控制所述负载输出电流的驱动信号的驱动模块。检测负载输出端电压，基于负载输出端的检测电压产生相应的基准信号，当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，基于所述第一基准信号增大所述补偿信号；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，基于所述第二基准信号减小所述补偿信号；通过低通滤波将所述补偿信号转化为直流信号，基于所述补偿信号对所述负载的输出电流进行调整以实现去纹波控制；其中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压。本发明的LED驱动系统、去纹波电路及方法采用数字低通滤波做滤波补偿，无需外部电容，能够有效简化外围电路、降低系统成本；进一步，可做成三个管脚的封装，无需任何额外器件即可实现去纹波功能，使得外围电路及成本最简化。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 (17)

1.一种去纹波电路，其特征在于，所述去纹波电路至少包括：

采样模块，连接于负载的输出端，用于对所述负载的输出端电压进行采样；

基准信号产生模块，连接于所述采样模块的输出端，用于根据所述采样模块输出的采样信号产生对应基准信号，当所述采样信号大于第一参考电压时所述基准信号产生模块输出第一基准信号，当所述采样信号小于第二参考电压时所述基准信号产生模块输出第二基准信号，其中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压；

低通滤波模块，连接于所述基准信号产生模块的输出端，基于所述第一基准信号及所述第二基准信号产生直流的补偿信号；当所述采样信号大于所述第一参考电压时基于所述第一基准信号增大所述补偿信号，当所述采样信号小于所述第二参考电压时基于所述第二基准信号减小所述补偿信号；

驱动模块，连接于所述低通滤波模块的输出端，根据所述补偿信号产生控制所述负载输出电流的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的去纹波电路，其特征在于：所述基准信号产生模块包括第一比较器、第二比较器、第一开关、第二开关、第一电阻及第二电阻；

所述第一比较器的正相输入端连接所述采样模块的输出端、反相输入端连接所述第一参考电压、输出端控制所述第一开关；

所述第二比较器的反相输入端连接所述采样模块的输出端、正相输入端连接所述第二参考电压、输出端控制所述第二开关；

所述第一开关的输入端连接第三参考电压、输出端连接所述第一电阻后接地，所述第一开关的输出端输出所述第一基准信号；

所述第二开关的输入端连接第三参考电压、输出端连接所述第二电阻后接地，所述第二开关的输出端输出所述第二基准信号。

3.根据权利要求1所述的去纹波电路，其特征在于：所述低通滤波模块包括加减法器、第三开关、第四开关、第一电容及第二电容；

所述第三开关的输入端连接所述低通滤波模块的输出端、输出端连接所述第一电容的上极板，用于对所述低通滤波模块的输出信号进行采样；所述第一电容的下极板接地；

所述加减法器的第一加法输入端连接所述第三开关的输出端、第二加法输入端接收所述第一基准信号、减法输入端接收所述第二基准信号，用于进行加减法运算；

所述第四开关的输入端连接所述加减法器的输出端、输出端作为所述低通滤波模块的输出端，用于对所述加减法器的输出信号进行采样；

所述第二电容的上极板连接所述第四开关的输出端、下极板接地；

其中，所述第三开关与所述第四开关的控制信号极性相反。

4.根据权利要求3所述的去纹波电路，其特征在于：所述加减法器包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻及第一运算放大器；

所述第三电阻的一端作为所述加减法器的第一加法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；

所述第四电阻的一端作为所述加减法器的第二加法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的正相输入端；

所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器的正相输入端、另一端接地；

所述第六电阻的一端作为所述加减法器的减法输入端、另一端连接所述第一运算放大器的反相输入端；

所述第七电阻的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端、另一端连接所述第一运算放大器的输出端。

5.根据权利要求3所述的去纹波电路，其特征在于：所述加减法器还包括高频采样单元及反相器；所述高频采样单元用于产生方波信号；所述反相器连接于所述高频采样单元的输出端，用于产生所述高频采样单元输出信号的反信号。

6.根据权利要求3所述的去纹波电路，其特征在于：所述第一电容与所述第二电容的容值为pF级。

7.根据权利要求3所述的去纹波电路，其特征在于：所述低通滤波模块还包括连接于所述第三开关的输出端与所述加减法器的第一加法输入端之间的第一跟随器，连接于所述第一基准信号与所述加减法器的第二加法输入端之间的第二跟随器，连接于所述第二基准信号与所述加减法器的减法输入端之间的第三跟随器，以及连接于所述第四开关的输出端与所述低通滤波模块的输出端之间的第四跟随器，各跟随器用于隔离信号。

8.根据权利要求1所述的去纹波电路，其特征在于：所述驱动模块包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正相输入端连接所述补偿信号、反相输入端连接所述负载的采样电流、输出端连接所述负载的输出电流控制端。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的去纹波电路，其特征在于：所述去纹波电路还包括连接于所述低通滤波模块输出端与地之间的电流控制模块，及连接于所述低通滤波模块输出端与地之间的电压控制模块；所述电流控制模块包括第一电阻串，通过分压调整所述驱动模块的输入信号；所述电压控制模块包括第二电阻串，通过分压产生所述第一参考电压及所述第二参考电压。

10.一种LED驱动系统，其特征在于，所述LED驱动系统至少包括：

电压输入模块，用于提供输入电压；

LED负载，连接于所述电压输入模块的输出端；

功率开关管，连接于所述LED负载的输出端，用于控制流过所述LED负载的电流；

采样电阻，连接于所述功率开关管的输出端，用于对流过所述LED负载的电流行采样；

如权利要求1～9任意一项所述的去纹波电路，其中，所述采样模块连接所述LED负载的输出端，所述驱动模块的输出端连接所述功率开关管的控制端，用于对所述LED负载的输出电流进行去纹波控制。

11.根据权利要求10所述的LED驱动系统，其特征在于：所述去纹波电路还包括连接于所述电压输入模块输出端的工作电压产生模块，将所述输入电压转化为直流电源，进而为所述去纹波电路中的各模块供电。

12.一种去纹波方法，其特征在于，所述去纹波方法至少包括：

检测负载输出端电压，基于负载输出端的检测电压产生相应的基准信号，当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，基于第一基准信号增大补偿信号；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，基于第二基准信号减小所述补偿信号；通过低通滤波将所述补偿信号转化为直流信号，基于所述补偿信号对所述负载的输出电流进行调整以实现去纹波控制；

其中，所述第一参考电压大于所述第二参考电压。

13.根据权利要求12所述的去纹波方法，其特征在于：当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，所述第一基准信号被置为第三参考电压，所述第二基准信号为零；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，所述第一基准信号为零，所述第二基准信号被置为所述第三参考电压。

14.根据权利要求12所述的去纹波方法，其特征在于：对所述补偿信号进行滤波的方法包括：

将上次滤波输出值反馈至加减法器的第一加法输入端，将当前的所述第一基准信号输入所述加减法器的第二加法输入端，将当前的所述第二基准信号输入所述加减法器的减法输入端，通过所述加减法器进行加法运算后输出当前滤波输出值，以所述当前滤波输出值作为补偿信号。

15.根据权利要求12～14任意一项所述的去纹波方法，其特征在于：所述补偿信号满足如下关系式：

V_o(n)＝K1(V1-K2*V2)+V_o(n-1)，

其中，V_o(n)为当前滤波输出值，V1为所述第一基准信号，V2为所述第二基准信号，K1为第一调整比例系数，K2为第二调整比例系数，V_o(n-1)为上次滤波输出值。

16.根据权利要求15所述的去纹波方法，其特征在于：当所述负载输出端的检测电压大于第一参考电压时，所述补偿信号每隔一个采样周期增加第一调整量；当所述负载输出端的检测电压小于第二参考电压时，所述补偿信号每隔一个采样周期减小第二调整量；

其中，ΔV1＝K1*V1，ΔV2＝K1*K2*V2，ΔV1为第一调整量，ΔV2为第二调整量。

17.根据权利要求12所述的去纹波方法，其特征在于：通过所述补偿信号的分压得到所述第一参考电压及所述第二参考电压；通过对所述补偿信号分压控制所述负载输出电流的驱动信号的电流。

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