CN110650569B - 一种具有频率调制的led驱动芯片及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片及应用，调光电路的输入与DIM端连接，输出与恒流控制电路连接；恒流控制电路的输入还与CS端、COMP端连接，输出与逻辑控制电路连接；峰值电流检测电路的输入与CS端连接，输出与逻辑控制电路连接；过零电流检测电路的输出与频率调制电路连接；频率调制电路与DIM端连接，输出与逻辑控制电路连接；逻辑控制电路输出与MOS管驱动电路K5连接；MOS管驱动电路的输出接GATE端。其优点在于可以在过温补偿时检测LED负载电流的下降幅度并为之相应的降低开光频率，从而在过温补偿时避免过高的开光频率所带来的一系列副作用。

Description

一种具有频率调制的LED驱动芯片及应用
技术领域
本发明公开了一种具有频率调制的LED驱动芯片及应用。
背景技术
近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。现今由于LED照明的飞速发展，原来几十瓦的白炽灯，可在直接用几瓦的LED灯泡替代了，这样就可以节约大量的能源。
根据LED的负载特性，不能像普通白炽灯一样，直接用电压源供电，否则电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。为了稳定LED的工作电流，保证LED能正常可靠地工作，需要有一种可控恒流源来控制。开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率，具有体积小、稳定性好、效率高的特点，因此被广泛用于驱动LED负载，为使LED的发光亮度保持恒定，要求开关电源具有恒流输出的功能。开关型驱动方案具有体积小、稳定性好、效率高的特点，因此被广泛用于驱动LED负载。
LED照明设备在工作中会发出大量热量,由于一般灯泡的体积都较小,所以LED负载的温度会很快升高,高温会使LED的光效下降,寿命也会变短。所以对LED灯具而言，温度控制至关重要。随着LED驱动技术的发展，新型的LED驱动芯片具有面积小、外围简单的特点，经常与LED灯珠集成使用。这种应用环境对灯具的温度控制的电路方案和设计提出了新的要求：温度保护电路不能简单的过温保护状态下关断LED驱动电路，以免LED驱动电路的频繁关断和开启导致LED灯泡闪烁，为此新的过温补偿技术应运而生。与过温保护不同，过温补偿并不是简单的关断LED驱动电路，而是随着温度的升高不断的减小LED负载电流。这样既保护了LED灯具，有避免了闪烁问题。但由于在LED开关驱动电路里，开关频率和LED负载的电流成正比关系。过低的LED负载电流会导致过高的开关频率，从而导致严重的开关损耗和电磁干扰EMI问题。
升压式LED驱动方案的正常工作模式波形图如图1所示。当芯片由正常工作模式切换到调光模式后，随着输出电流的减小，电感峰值电流Im_pk也越来越小，工作频率会越来越大，从而造成严重的EMC和功率损耗问题，如图2所示。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种具有频率调制的LED驱动芯片及应用，可以在过温补偿时检测LED负载电流的下降幅度并为之相应的降低开光频率，从而在过温补偿时避免过高的开光频率所带来的一系列副作用；以克服现有技术中的缺陷。
本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：包括，恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4、MOS管驱动电路K5、调光电路K7和频率调制电路K8；且具有Vcc端、COMP端、DIM端、Gate端、CS端；调光电路K7的输入与DIM端连接，输出与恒流控制电路K1连接；调光电路K7从LED驱动芯片的DIM端接收到电压信号，输出电流信号Idim到恒流控制电路K1；恒流控制电路K1的输入还与CS端、COMP端连接，输出与逻辑控制电路K3连接；恒流控制电路K1输出信号norm_off；峰值电流检测电路K2的输入与CS端连接，输出与逻辑控制电路K3连接；峰值电流检测电路K2输出峰值电流到达信号Ipk_off；过零电流检测电路K4的输出与频率调制电路K8连接；过零电流检测电路K4输出电流过零信号zcd；频率调制电路K8与DIM端连接，且接入过零电流检测电路K4输出的电流过零信号zcd，输出与逻辑控制电路K3连接；频率调制电路K8改变zcd信号的延时来调制芯片的工作频率，并输出延时信号zcd_delay；逻辑控制电路K3输入信号峰值电流到达信号Ipk_off、信号恒流控制信号norm_off和延时信号zcd_delay，输出与MOS管驱动电路K5连接，输出信号MOS_ON；MOS管驱动电路K5的输出接GATE端、且MOS管驱动电路K5与过零电流检测电路K4的输入连接。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：频率调制电路K8包括：差分电流输出器G8、延时器td、电流源I9、电容Cd；差分电流输出器G8的正输入端接调光基准电压Vref_dim，负输入端接DIM端，输出端接延时器td的一个输入端；电流源I9的输入端接Vcc端，输出端接差分电流输出器G8的输出端；延时器td的另一个输入端接过零电流检测电路K4输出的电流过零信号zcd；延时器td的输出端与逻辑控制电路K3连接，输出zcd延时信号zcd_dealy；电容Cd的一端接延时器td的输出端，另一端接地。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：差分电流输出器G8包括：电阻R1、电阻R2、MOS管MP1、MOS管MP2、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MP3、MOS管MP4、MOS管MN3、MOS管MN4、MOS管MP5、MOS管MP6、MOS管MN5、MOS管MN6；电阻R1、电阻R2的一端与电流源I8的输出端连接；MOS管MP1的栅极接调光基准电压Vref_dim，源极接电阻R1的另一端，漏极接MOS管MN1的漏极；MOS管MN2的栅极接DIM端，源极接电阻R2的另一端，漏极接MOS管MN3的漏极。MOS管MN2的栅极为差分电流输出器G8的负输入端；MOS管MN1的栅极与MOS管MN2的栅极连接，源极接地。MOS管MN1的漏极与MOS管MN1的栅极连接；MOS管MN2的源极接地，漏极接MOS管MP3的漏极；MOS管MP3的栅极与MOS管MP4的栅极连接，源极与Vcc端连接。MOS管MP3的漏极与MOS管MP3的栅极连接；MOS管MP4的源极接与Vcc端连接。MOS管MP4的漏极与MOS管MN4的漏极连接；MOS管MN3的栅极与MOS管MN4的栅极连接，源极接地。MOS管MN3的漏极与MOS管MN3的栅极连接；MOS管MN4的源极接地；MOS管MP5的栅极与MOS管MP6的栅极连接，源极与Vcc端连接，漏极与MOS管MP4的漏极连接。MOS管MP5的漏极还与MOS管MP5的栅极连接；MOS管MP6的源极与Vcc端连接，漏极与MOS管MN5的漏极连接；MOS管MN5的栅极与MOS管MN6的栅极连接，源极接地。MOS管MN5的漏极与MOS管MN5的栅极连接；MOS管MN6的源极接地，漏极接电流源I8的输出端。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：其中，MOS管MP1和MOS管MP2是互相匹配的输入差分MOS管，其跨导值为gm；电阻R1和电阻R2是互相匹配的输入差分电阻，其阻值为Rin，且：
Figure GDA0003389172160000051
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：恒流控制电路K1包括：电流算法电路J1和环路关断信号生成电路J2；电流算法电路J1包括：控制开关S11、控制开关S12、储能电容Cs1、运算放大器G11、控制开关S13、控制开关S14、滤波电阻R15和滤波电容C16；控制开关S11的一端接CS端，另一端接运算放大器G11的正相输入端；控制开关S12的一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；储能电容Cs1一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；运算放大器G11的负相输入端接运算放大器G11的输出端；控制开关S13的一端接运算放大器G11的输出端，另一端分别接控制开关S14、滤波电阻R15的一端；控制开关S14的另一端接地；滤波电阻R15的另一端与环路关断信号生成电路J2连接；滤波电容C16的一端与环路关断信号生成电路J2连接，另一端接地。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：环路关断信号生成电路J2包括，电压跟随器G22、电阻R23、运算放大器EA2、运算放大器G23、电流源I2、电容C2；电压跟随器G22的正输入端与电流算法电路J1连接；电压跟随器G22的负输入端与电压跟随器G22的输出端连接；电阻R23的一端接电压跟随器G22的输出端连接，另一端与运算放大器EA2的负相输入端连接；运算放大器EA2的负相输入端与调光电路K7的输出连接；运算放大器EA2的正相输入端接恒流控制基准电压Vref_cc，输出端接COMP端；电流源I2的输入端接Vcc端，输出端接运算放大器G23的负相输入端；运算放大器G23的正相输入端接COMP端，输出恒流控制信号norm_off；电容C2的一端接运算放大器G23的负相输入端，另一端接地；运算放大器G23的输出端为恒流控制电路K1的输出端，输出信号norm_off。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：峰值电流检测电路K2包括运算放大器G2。运算放大器G2的正相输入端接峰值电流基准电压Vref_pk，负相输入端接CS端，输出端输出峰值电流到达信号Ipk_off。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：逻辑控制电路K3包括：与门单元OR和D触发器DFF；与门单元OR的一个输入端接恒流控制电路的输出信号norm_off，另一个输入端接峰值电流到达信号Ipk_off；与门单元OR输出端接D触发器DFF的R端；D触发器DFF的D端接Vcc端，CK端接zcd延时信号zcd_dealy；D触发器DFF的Q端作为输出端，输出信号MOS_ON，与MOS管驱动电路K5连接。
进一步，本发明提供一种具有频率调制的LED驱动芯片，还可以具有这样的特征：MOS管驱动电路K5包括：反相器INV51、MOS管MP51、MOS管MN51、电阻R51；反相器INV51的输入端接逻辑控制电路K5的输出连接，接入逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN51的栅极、MOS管MP51的栅极连接；MOS管MP51的源极与Vcc端连接；MOS管MN51的漏极和MOS管MP51的漏极连接，连接点与GATE端连接；电阻R51的一端接MOS管MN51源极，另一端接地。
另外，本发明提供一种升压式LED开关驱动电路，包括，整流桥、输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1、输出电容C3和上述具有频率调制的LED驱动芯片T1；交流输入ACin经整流桥的整流后一端输出直流电压Vin。输入电容C1的一端接直流电压Vin，另一端接地。充放电电感L1的一端接直流电压Vin，另一端接开关MOS管M1的漏极。LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin。储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地。外部电容C4一端接LED驱动芯片T1的COMP端，另一端接地。开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端，源极接LED驱动芯片T1的CS端。电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地。续流二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接LED负载D1的一端。LED负载D1的另一端接地。输出电容C3并联在LED负载D1的两端。LED驱动芯片T1的GND端接地。整流桥的另一个输出端接地。
附图说明
图1为升压式LED驱动方案正常工作模式波形图。
图2为升压式LED驱动方案工作频率过高波形图。
图3为实施例中的升压式LED开关驱动电路图。
图4为实施例中的LED驱动芯片的电路图。
图5为实施例中的电流算法电路J1的电路图。
图6为实施例中的环路关断信号生成电路J2的电路图。
图7为实施例中的峰值电流检测电路K2的电路图。
图8为实施例中的逻辑控制电路K3和MOS管驱动电路K5的电路图。
图9为实施例中的频率调制电路K8的电路图。
图10为实施例中的差分电流输出器G8的电路图。
图11为实施例中的频率调制后的波形图。
附图标记：
Im――电感L1的电流
Im_pk――电感L1峰值电流
Ton――电感L1充电时间
Tdis――电感L1放电时间
T――开关周期时间
MOS_ON――逻辑控制电路输出信号
Gate――MOS管M1栅极信号
zcd――电感电流过零信号
zcd_dealy――zcd延时信号
rst――逻辑控制电路内部复位信号
ACint――交流输入
Vin――输入整流电压
Id1――电感L1的放电电流
Iout――LED负载输出电流
Is――电感L1的充电电流
Idim――调光电路输出的电流信号
norm_off――恒流控制电路输出信号
Ipk_off――峰值电流到达信号
drn――MOS管M1的漏极
Vdim――外部调光控制电压
Vcal_avg――电流算法电路输出电流的电压信号
Vref_cc――恒流控制基准电压
Vref_pk――峰值电流基准电压
Vref_dim――调光基准电压
Vea――误差放大器EA2输入信号
Ib――电流源I9输出电流
Ig――差分电流输出器输出电流
Id――延时电路输入电流
It――电流源I8的电流值
Imp1――MOS管MP1的电流值
Imp2――MOS管MP2的电流值
Imp5――MOS管MP5的电流值
Ipu――MOS管MP4的电流值
Ipd――MOS管MN4的电流值
td――信号zcd到信号zcd_delay的延时长度
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
图3为实施例中的升压式LED开关驱动电路图。
如图3所示，一种升压式LED开关驱动电路，整流桥、输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1、输出电容C3和LED驱动芯片T1。LED驱动芯片T1具有HV端、Vcc端、COMP端、DIM端、Gate端、CS端、GND端。
交流输入ACin经整流桥的整流后一端输出直流电压Vin。输入电容C1的一端接直流电压Vin，另一端接地。充放电电感L1的一端接直流电压Vin，另一端接开关MOS管M1的漏极。LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin。储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地。外部电容C4一端接LED驱动芯片T1的COMP端，另一端接地。开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端，源极接LED驱动芯片T1的CS端。电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地。续流二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接LED负载D1的一端。LED负载D1的另一端接地。输出电容C3并联在LED负载D1的两端。LED驱动芯片T1的GND端接地DIM端接外部调光控制电压Vdim。整流桥的另一个输出端接地。
LED驱动芯片T1和外部元器件构成了一个升压式LED开关驱动电路用来给LED负载D1提供恒流输出。交流输入经整流后并经过输入电容C1滤波后，产生一个直流电压Vin用以给LED负载供电。COMP端接外部电容C4为恒流控制提供环路补偿。外置的开关MOS管M1的栅极由LED驱动芯片T1的Gate端驱动。
图4为实施例中的LED驱动芯片的电路图。
如图4所示，LED驱动芯片包括：恒流控制电路K1、峰值电流检测电路K2、逻辑控制电路K3、过零电流检测电路K4、MOS管驱动电路K5、低压供电电路K6、调光电路K7和频率调制电路K8。
低压供电电路K6从HV端输入高压，输出低压至Vcc端，并储能于外部电容C4以给LED驱动芯片内部的其他功能模块供电所有模块默认都连接Vcc端。
调光电路K7的输入与LED驱动芯片的DIM端连接，即接外部调光控制电压Vdim；输出与恒流控制电路K1连接。调光电路K7根据从LED驱动芯片的DIM端接收到电压信号，输出电流信号Idim到恒流控制电路K1。恒流控制电路K1的输入还与CS端、COMP端连接，输出与逻辑控制电路K3连接。恒流控制电路K1实现恒流输出，并输出信号norm_off。
峰值电流检测电路K2的输入与CS端连接，输出与逻辑控制电路K3连接。峰值电流检测电路K2检测和限制电感的峰值电流，并输出峰值电流到达信号Ipk_off。
过零电流检测电路K4的输出与频率调制电路K8连接。过零电流检测电路K4探测电感电流过零点，并输出电流过零信号zcd。
频率调制电路K8与DIM端连接，且接入过零电流检测电路K4输出的电流过零信号zcd，输出与逻辑控制电路K3连接。频率调制电路K8通过改变zcd信号的延时来调制芯片的工作频率，并输出延时信号zcd_delay。
逻辑控制电路K3输入信号峰值电流到达信号Ipk_off、信号恒流控制信号norm_off和延时信号zcd_delay，输出与MOS管驱动电路K5连接，输出信号MOS_ON。逻辑控制电路K3通过MOS管驱动电路K5来决定MOS管M1的开关状态以达到恒压输出的目的。MOS管驱动电路K5的输出接GATE端、且MOS管驱动电路K5与过零电流检测电路K4的输入连接。LED驱动芯片的GND端接地。
图5为实施例中的电流算法电路J1的电路图。
图6为实施例中的环路关断信号生成电路J2的电路图。
如图5和图6所示，恒流控制电路K1包括：电流算法电路J1和环路关断信号生成电路J2。
图5所示，电流算法电路J1包括：控制开关S11、控制开关S12、储能电容Cs1、运算放大器G11、控制开关S13、控制开关S14、滤波电阻R15和滤波电容C16。
控制开关S11的一端接CS端，另一端接运算放大器G11的正相输入端；控制开关S12的一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；储能电容Cs1一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；运算放大器G11的负相输入端接运算放大器G11的输出端；控制开关S13的一端接运算放大器G11的输出端，另一端分别接控制开关S14、滤波电阻R15的一端；控制开关S14的另一端接地；滤波电阻R15的另一端接输出信号Vcal-avg，即与环路关断信号生成电路J2连接；滤波电容C16的一端接输出信号Vcal-avg，另一端接地。
如图6所示，环路关断信号生成电路J2包括，电压跟随器G22、电阻R23、运算放大器EA2、运算放大器G23、电流源I2、电容C2。
电压跟随器G22的正输入端接输出信号Vcal-avg，即与电流算法电路J1连接。电压跟随器G22的负输入端与电压跟随器G22的输出端连接。电阻R23的一端接电压跟随器G22的输出端连接，另一端与运算放大器EA2的负相输入端连接。运算放大器EA2的负相输入端与调光电路K7的输出连接，即接入电流信号Idim。运算放大器EA2的正相输入端接恒流控制基准电压Vref_cc，输出端接COMP端；电流源I2的输入端接Vcc端，输出端接运算放大器G23的负相输入端；运算放大器G23的正相输入端接COMP端，输出恒流控制信号norm_off。电容C2的一端接运算放大器G23的负相输入端，另一端接地。运算放大器G23的输出端为恒流控制电路K1的输出端，输出信号norm_off。
图7为实施例中的峰值电流检测电路K2的电路图。
如图7所示，峰值电流检测电路K2包括运算放大器G2。运算放大器G2的正相输入端接峰值电流基准电压Vref_pk，负相输入端接CS端，输出端输出峰值电流到达信号Ipk_off。
图8为实施例中的逻辑控制电路K3和MOS管驱动电路K5的电路图。
如图8所示，逻辑控制电路K3包括：与门单元OR和D触发器DFF。
与门单元OR的一个输入端接恒流控制电路的输出信号norm_off，另一个输入端接峰值电流到达信号Ipk_off。与门单元OR输出端接D触发器DFF的R端；D触发器DFF的D端接Vcc端，CK端接zcd延时信号zcd_dealy。D触发器DFF的Q端作为输出端，输出信号MOS_ON，与MOS管驱动电路K5连接。
MOS管驱动电路K5包括：反相器INV51、MOS管MP51、MOS管MN51、电阻R51。
反相器INV51的输入端接逻辑控制电路K5的输出连接，即接入逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN51的栅极、MOS管MP51的栅极连接。MOS管MP51的源极与Vcc端连接。MOS管MN51的漏极和MOS管MP51的漏极连接，连接点与GATE端连接。电阻R51的一端接MOS管MN51源极，另一端接地。
图9为实施例中的频率调制电路K8的电路图。
如图9所示，频率调制电路K8包括：差分电流输出器G8、延时器td、电流源I9、电容Cd。
差分电流输出器G8的正输入端接调光基准电压Vref_dim，负输入端接DIM端，输出端接延时器td的一个输入端。电流源I9的输入端接Vcc端，输出端接差分电流输出器G8的输出端。延时器td的另一个输入端接过零电流检测电路K4输出的电流过零信号zcd。延时器td的输出端与逻辑控制电路K3连接，输出zcd延时信号zcd_dealy。电容Cd的一端接延时器td的输出端，另一端接地。
恒流控制电路K1由电流算法电路J1和环路关断信号生成电路J2构成。电流检测电阻Rs两端的电压Vcs被电流算法功能电路处理成可代表输出电流的电压信号Vcal_avg。Vcal_avg信号经过环路关断信号生成电路J2内部的电压跟随器G22后，与调光电路的输出电流通过调光电阻R23所产生的压降进行叠加产生信号Vea，然后送往误差放大器EA2进行环路闭合控制。峰值电流检测电路K2和恒流控制电路J1和J2的输出信号Ipk_off和norm_off进入逻辑控制电路K3，经与门单元OR运算后，产生复位信号rst，用来关断MOS管M1。频率调制电路K8则通过检测引脚DIM的电压Vdim(即外部调光控制电压)和调光基准电压Vref_dim的压差来生成电流Ig。电流Ig通过改变电流元I1流入延时电路的电流Id来改变信号zcd的延时td。该延时信号zcd_delay输出到逻辑控制电路作为MOS管M1的开启信号。因此，通过改变延时td，芯片的工作频率得到了调制。
图10为实施例中的差分电流输出器G8的电路图。
如图10所示，差分电流输出器G8包括：电阻R1、电阻R2、MOS管MP1、MOS管MP2、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MP3、MOS管MP4、MOS管MN3、MOS管MN4、MOS管MP5、MOS管MP6、MOS管MN5、MOS管MN6。
电阻R1、电阻R2的一端与电流源I8的输出端连接，电阻R1、电阻R2的该端即差分电流输出器G8的输出端。
MOS管MP1的栅极接调光基准电压Vref_dim，源极接电阻R1的另一端，漏极接MOS管MN1的漏极。MOS管MP1的栅极为差分电流输出器G8的正输入端。
MOS管MN2的栅极接DIM端，源极接电阻R2的另一端，漏极接MOS管MN3的漏极。MOS管MN2的栅极为差分电流输出器G8的负输入端。
MOS管MN1的栅极与MOS管MN2的栅极连接，源极接地。MOS管MN1的漏极与MOS管MN1的栅极连接。
MOS管MN2的源极接地，漏极接MOS管MP3的漏极。
MOS管MP3的栅极与MOS管MP4的栅极连接，源极与Vcc端连接。MOS管MP3的漏极与MOS管MP3的栅极连接。
MOS管MP4的源极接与Vcc端连接。MOS管MP4的漏极与MOS管MN4的漏极连接。
MOS管MN3的栅极与MOS管MN4的栅极连接，源极接地。MOS管MN3的漏极与MOS管MN3的栅极连接。
MOS管MN4的源极接地。
MOS管MP5的栅极与MOS管MP6的栅极连接，源极与Vcc端连接，漏极与MOS管MP4的漏极连接。MOS管MP5的漏极还与MOS管MP5的栅极连接。
MOS管MP6的源极与Vcc端连接，漏极与MOS管MN5的漏极连接。
MOS管MN5的栅极与MOS管MN6的栅极连接，源极接地。MOS管MN5的漏极与MOS管MN5的栅极连接。
MOS管MN6的源极接地，漏极也为差分电流输出器G8的输出端，接电流源I9的输出端。
MOS管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5、MP6为P型MOS管，MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6为N型MOS管。
差分电流输出器G8的工作原理：是根据两端的输入电压差产生输出电流。MOS管MP1和MOS管MP2是互相匹配的输入差分MOS管，其跨导值为gm。电阻R1和电阻R2是是互相匹配的输入差分电阻，其阻值为Rin，且满足下列条件：
Figure GDA0003389172160000171
作为优选：
Figure GDA0003389172160000172
即Rin大于
Figure GDA0003389172160000173
倍以上。
在此情况下，差分电路的总跨导gin为：
Figure GDA0003389172160000174
当引脚DIM的电压Vdim(即外部调光控制电压)和调光基准电压Vref_dim相等时，频率调制电路K8中的电流源I8的电流被平均分配给MP1和MP2，也就是：
Imp1＝Imp2；
由于MP3和MP4、MN1和MN2、MN3和MN4的尺寸都互相匹配，所以流过MN4和MP4的电流也等值，也就是
Ipu＝Ipd；
其中，Ipu为MOS管MP4的电流值，Ipd为MOS管MN4的电流值。
因此MP5的电流为0，由于MP5和MP6、MN5和MN5的尺寸都互相匹配，所以差分电流输出器的输出电流Ig为0。
当引脚DIM的电压Vdim大于调光基准电压Vref_dim时，频率调制电路K8中的电流源I8的电流被不平均分配给MP1和MP2，也就是：
Imp1＞Imp2；
相应的造成：
Ipu＞Ipd；
在此情况下，输出电流Ig也为0。
当引脚DIM的电压Vdim小于调光基准电压Vref_dim时，会导致以下结果
Imp1＞Imp2；Ipd＞Ipu
此时输出电流Ig的值为：
Figure GDA0003389172160000181
Ig的最大值为电流源I8的电流值It。
差分电流输出器将输出电流Ig传送到延时电路td中，造成延时电路的输入电流为Id＝Ib-Ig。延时电路的延时td的表达式为：
Figure GDA0003389172160000182
随着外部调光控制电压Vdim的减小，输出电流也减小，Ig却反而增大，导致td也增大，因此避免了芯片工作频率的减小，频率调制波形图如图11所示。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。任何不超出本发明实质精神范围的发明创造，非实质性的替换、变形或修改，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：包括，恒流控制电路(K1)、峰值电流检测电路(K2)、逻辑控制电路(K3)、过零电流检测电路(K4)、MOS管驱动电路(K5)、调光电路(K7)和频率调制电路(K8)；且具有Vcc端、COMP端、DIM端、Gate端、CS端；
调光电路(K7)的输入与DIM端连接，输出与恒流控制电路(K1)连接；调光电路(K7)从LED驱动芯片的DIM端接收到电压信号，输出电流信号Idim到恒流控制电路(K1)；
恒流控制电路(K1)的输入还与CS端、COMP端连接，输出与逻辑控制电路(K3)连接；恒流控制电路(K1)输出信号norm_off；
峰值电流检测电路(K2)的输入与CS端连接，输出与逻辑控制电路(K3)连接；峰值电流检测电路(K2)输出峰值电流到达信号Ipk_off；
过零电流检测电路(K4)的输出与频率调制电路(K8)连接；过零电流检测电路(K4)输出电流过零信号zcd；
频率调制电路(K8)与DIM端连接，且接入过零电流检测电路(K4)输出的电流过零信号zcd，输出与逻辑控制电路(K3)连接；频率调制电路(K8)改变zcd信号的延时来调制芯片的工作频率，并输出延时信号zcd_delay；
逻辑控制电路(K3)输入信号峰值电流到达信号Ipk_off、信号恒流控制信号norm_off和延时信号zcd_delay，输出与MOS管驱动电路(K5)连接，输出信号MOS_ON；
MOS管驱动电路(K5)的输出接GATE端、且MOS管驱动电路(K5)与过零电流检测电路(K4)的输入连接；
DIM端接外部调光控制电压Vdim。
2.如权利要求1所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，频率调制电路(K8)包括：差分电流输出器G8、延时器td、电流源I9、电容Cd；
差分电流输出器G8的正输入端接调光基准电压Vref_dim，负输入端接DIM端，输出端接延时器td的一个输入端；
电流源I9的输入端接Vcc端，输出端接差分电流输出器G8的输出端；
延时器td的另一个输入端接过零电流检测电路(K4)输出的电流过零信号zcd；延时器td的输出端与逻辑控制电路(K3)连接，输出zcd延时信号zcd_dealy；
电容Cd的一端接延时器td的输出端，另一端接地。
3.如权利要求2所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，差分电流输出器G8包括：电阻R1、电阻R2、MOS管MP1、MOS管MP2、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MP3、MOS管MP4、MOS管MN3、MOS管MN4、MOS管MP5、MOS管MP6、MOS管MN5、MOS管MN6；
电阻R1、电阻R2的一端与电流源I8的输出端连接；
MOS管MP1的栅极接调光基准电压Vref_dim，源极接电阻R1的另一端，漏极接MOS管MN1的漏极；
MOS管MN2的栅极接DIM端，源极接电阻R2的另一端，漏极接MOS管MN3的漏极；MOS管MN2的栅极为差分电流输出器G8的负输入端；
MOS管MN1的栅极与MOS管MN2的栅极连接，源极接地；MOS管MN1的漏极与MOS管MN1的栅极连接；
MOS管MN2的源极接地，漏极接MOS管MP3的漏极；
MOS管MP3的栅极与MOS管MP4的栅极连接，源极与Vcc端连接；MOS管MP3的漏极与MOS管MP3的栅极连接；
MOS管MP4的源极接与Vcc端连接；MOS管MP4的漏极与MOS管MN4的漏极连接；
MOS管MN3的栅极与MOS管MN4的栅极连接，源极接地；MOS管MN3的漏极与MOS管MN3的栅极连接；
MOS管MN4的源极接地；
MOS管MP5的栅极与MOS管MP6的栅极连接，源极与Vcc端连接，漏极与MOS管MP4的漏极连接；MOS管MP5的漏极还与MOS管MP5的栅极连接；
MOS管MP6的源极与Vcc端连接，漏极与MOS管MN5的漏极连接；
MOS管MN5的栅极与MOS管MN6的栅极连接，源极接地；MOS管MN5的漏极与MOS管MN5的栅极连接；
MOS管MN6的源极接地，漏极接电流源I8的输出端。
4.如权利要求3所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，MOS管MP1和MOS管MP2是互相匹配的输入差分MOS管，其跨导值为gm；电阻R1和电阻R2是互相匹配的输入差分电阻，其阻值为Rin，且：
Figure FDA0003389172150000041
5.如权利要求1所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，恒流控制电路(K1)包括：电流算法电路(J1)和环路关断信号生成电路(J2)；
电流算法电路(J1)包括：控制开关S11、控制开关S12、储能电容Cs1、运算放大器G11、控制开关S13、控制开关S14、滤波电阻R15和滤波电容C16；
控制开关S11的一端接CS端，另一端接运算放大器G11的正相输入端；控制开关S12的一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；储能电容Cs1一端接运算放大器G11的正相输入端，另一端接地；运算放大器G11的负相输入端接运算放大器G11的输出端；控制开关S13的一端接运算放大器G11的输出端，另一端分别接控制开关S14、滤波电阻R15的一端；控制开关S14的另一端接地；滤波电阻R15的另一端与环路关断信号生成电路(J2)连接；滤波电容C16的一端与环路关断信号生成电路(J2)连接，另一端接地。
6.如权利要求5所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，环路关断信号生成电路(J2)包括，电压跟随器G22、电阻R23、运算放大器EA2、运算放大器G23、电流源I2、电容C2；
电压跟随器G22的正输入端与电流算法电路(J1)连接；电压跟随器G22的负输入端与电压跟随器G22的输出端连接；电阻R23的一端接电压跟随器G22的输出端连接，另一端与运算放大器EA2的负相输入端连接；运算放大器EA2的负相输入端与调光电路(K7)的输出连接；运算放大器EA2的正相输入端接恒流控制基准电压Vref_cc，输出端接COMP端；电流源I2的输入端接Vcc端，输出端接运算放大器G23的负相输入端；运算放大器G23的正相输入端接COMP端，输出恒流控制信号norm_off；电容C2的一端接运算放大器G23的负相输入端，另一端接地；运算放大器G23的输出端为恒流控制电路(K1)的输出端，输出信号norm_off。
7.如权利要求1所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，峰值电流检测电路(K2)包括运算放大器G2；运算放大器G2的正相输入端接峰值电流基准电压Vref_pk，负相输入端接CS端，输出端输出峰值电流到达信号Ipk_off。
8.如权利要求1所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，逻辑控制电路(K3)包括：与门单元OR和D触发器DFF；
与门单元OR的一个输入端接恒流控制电路的输出信号norm_off，另一个输入端接峰值电流到达信号Ipk_off；与门单元OR输出端接D触发器DFF的R端；D触发器DFF的D端接Vcc端，CK端接zcd延时信号zcd_dealy；D触发器DFF的Q端作为输出端，输出信号MOS_ON，与MOS管驱动电路(K5)连接。
9.如权利要求1所述具有频率调制的LED驱动芯片，其特征在于：
其中，MOS管驱动电路(K5)包括：反相器INV51、MOS管MP51、MOS管MN51、电阻R51；
反相器INV51的输入端接逻辑控制电路(K5)的输出连接，接入逻辑控制信号MOS_ON，输出端与MOS管MN51的栅极、MOS管MP51的栅极连接；MOS管MP51的源极与Vcc端连接；MOS管MN51的漏极和MOS管MP51的漏极连接，连接点与GATE端连接；电阻R51的一端接MOS管MN51源极，另一端接地。
10.一种升压式LED开关驱动电路，其特征在于：
包括，整流桥、输入电容C1、储能电容C2、外部电容C4、充放电电感L1、续流二极管D2、开关MOS管M1、电流检测电阻Rs、LED负载D1、输出电容C3和如权利要求1至9中任意一项所述具有频率调制的LED驱动芯片T1；
交流输入ACin经整流桥的整流后一端输出直流电压Vin；输入电容C1的一端接直流电压Vin，另一端接地；充放电电感L1的一端接直流电压Vin，另一端接开关MOS管M1的漏极；LED驱动芯片T1的HV端接直流电压Vin；储能电容C2一端接LED驱动芯片T1的Vcc端，另一端接地；外部电容C4一端接LED驱动芯片T1的COMP端，另一端接地；开关MOS管M1的栅极接LED驱动芯片T1的Gate端，源极接LED驱动芯片T1的CS端；电流检测电阻Rs的一端接开关MOS管M1的源极，另一端接地；续流二极管D2的正极接开关MOS管M1的漏极，负极接LED负载D1的一端；LED负载D1的另一端接地；输出电容C3并联在LED负载D1的两端；LED驱动芯片T1的GND端接地。
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