CN111885781B - 线性led智能调光驱动电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性LED智能调光驱动电源，包括整流桥、功能模块M1、外置功率器件Q1、隔离二极管D1、电解电容Cd、充电电流的检测电阻R2、LED负载串和LED输出电流的检测电阻R1、储能电容Cc等。本发明还同时提供了利用上述线性LED智能调光驱动电源进行的线性LED智能调光驱动电源控制方法，功能模块M1内部迭代累加器以固定的充电电流和LED电流比例关系输出参考电压VCON参与来实现控制输入功率因数大于0.7；且，根据储能电解电容的输入功率与输出功率平衡的方法来保证输出LED电流为直流而使得输出LED光没有频闪。

Description

线性LED智能调光驱动电源及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种线性LED智能调光驱动电源控制方法。

背景技术

随着智能家居生活需求增加，在线性智能调光方面也有各种要求，比如，要求在市电输入条件下的输入功率因数大于0.7～0.9、输出LED光没有频闪、高效率的驱动电源、能够接受各种智能控制信号，也就是提供一个接受各种智能控制信号的接口。

对于上述这些要求，线性LED智能调光驱动电源需要控制市电输入电流以及输出电流，从而满足输入功率因数大于0.7和输出LED光没有频闪。同时线性LED智能调光驱动电源还需要提供一高效率的低压直流电压源VCC用于接受各种智能控制信号接口电路的工作。通常这低压直流电压源的最大输出电流在5mA左右。

但是目前的现有技术需要多级方案来满足上述要求。

发明内容

本发明要接近的技术问题是提供一种线性LED智能调光驱动电源控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种线性LED智能调光驱动电源，包括整流桥、功能模块M1、外置功率器件Q1、隔离二极管D1、电解电容Cd(储能电解电容Cd)、充电电流的检测电阻R2、LED负载串和LED输出电流的检测电阻R1、储能电容Cc；

市电供电到整流桥，整流桥的输出电压负端入地，整流桥的输出电压正端分别连接以下部件：功能块M1的HV_I引脚、功能块M1的HV_C引脚经过Rc电阻后、外置功率器件Q1的漏极；

外置功率器件Q1的栅极与功能块M1的HV_C引脚和电阻Rc相连；

外置功率器件Q1的源极与隔离二极管D1的正极相连；隔离二极管D1的负极与LED负载串的正端LED+和电解电容的正端相连；LED负载串的负端LED-与功能模块M1的LED-端相连；

调光模拟信号DIM(外部智能模块输出的调光模拟信号DIM)由功能块M1的DIM引脚输入；

功能模块M1内部设有迭代累加器和比较器；

检测电阻R2的设置方式为以下任一：

方式一、电解电容Cd的负端经检测电阻R2入地；电解电容Cd与充电电流检测电阻R2的连线与功能块M1的CSCAP引脚相连；功能模块M1的Cs端经检测电阻R1入地；检测电阻R1和检测电阻R2中流过的电流信息以电压形式反馈给功能模块M1；功能块M1的GND引脚与整流桥的输出电压负端入地相连；功能块M1的VCC引脚和功能块M1的GND引脚与储能电容Cc并联连接；

方式二、电解电容Cd的负端直接入地，整流桥负端分别与检测电阻R2的一端、以及功能块M1的CSCAP引脚相连，检测电阻R2的另一端分别与储能电容Cc负端、功能块M1的GND引脚以及功能模块M1的Cs端经检测电阻R1相连后入地；检测电阻R2中流过的电流是外置高端高压MOS流过的电流，是输出LED电流和储能电解电容Cd充电电流之和；对功能模块M1而言，检测电阻R2的反馈电压是一负电压，功能模块M1内部CSCAP引脚内部依靠还需要一个镜像电压转换电路来转换这检测电阻R2的反馈电压；

方式三、电解电容Cd的负端直接入地，检测电阻R2的一端与整流桥负端、储能电容Cc负端以及功能块M1的CSCAP引脚相连；检测电阻R2的另一端分别与功能块M1的GND引脚以及功能模块M1的Cs端经检测电阻R1相连后入地；检测电阻R2中流过的电流是外置高端高压MOS流过的电流，是输出LED电流和储能电解电容Cd充电电流之和；对功能模块M1而言，检测电阻R2的反馈电压是一负电压，功能模块M1内部CSCAP引脚内部还需要一个镜像电压转换电路来转换这检测电阻R2的反馈电压。

作为本发明的线性LED智能调光驱动电源的改进：外置功率器件Q1为功率MOS管。

作为本发明的线性LED智能调光驱动电源的进一步改进：

功能块M1包括比较器1模块、比较器2模块以及压控电流源I3或压控开关K；

比较器2模块为：将Vcc电压反馈与功能模块M1内部提供的预定最大电压值(内部最大参考电压)进行比较，其输出控制比较器1是否停止对Cc充电；

当为压控电流源I3时：

压控电流源I3的正端与HV_I引脚相连，压控电流源I3的负端与Vcc引脚相连；压控电流源I3的控制端与比较器1模块的输出相连；比较器1模块根据HV_I引脚提供的反馈信号、功能模块M1内部提供的预定电压值、比较器2模块提供的Vcc引脚输出电压反馈和功能模块M1内部提供的预定最大电压值来经比较器1模块控制压控电流源I3的控制端，使得压控电流源I3的输出电流对外接电容Cc何时充电或何时停止充电；压控电流源I3是单向电流方向从输入引脚HV_I到VCC引脚输出电流；

当为压控开关K时：

压控开关K是单向开关，压控开关K正端与HV_I引脚相连，压控开关K的负端与Vcc引脚相连；压控开关K流过的电流自压控开关K正端到压控开关K的负端。压控开关K的控制端与比较器1模块的输出相连；比较器1模块根据HV_I引脚提供的反馈信号、功能模块M1内部提供的预定电压值、比较器2模块提供的Vcc引脚输出电压反馈和功能模块M1内部提供的预定最大电压值来经比较器1模块控制压控开关K的控制端，使得压控开关K的输出电流对外接电容Cc何时充电或何时停止充电。

作为本发明的线性LED智能调光驱动电源的进一步改进：

功能块M1还包括谷值比较模块、累加器+DAC、误差放大器1、误差放大器2、压控电流源I1、压控电流源I2；

压控电流源I1的正端与LED-引脚以及与谷值比较模块的输入端相连，压控电流源I1的负端与Cs引脚相连；Cs引脚经检测电阻R1入地；压控电流源I1的控制端与误差放大器1模块输出相连；误差放大器1模块根据输入模拟DIM引脚电压信号和Cs引脚提供的反馈信号输出控制压控电流源I1的控制端，使得压控电流源I1的输出电流跟随输入DIM模拟电压变化；输出电流幅值是由DIM模拟电压和检测电阻R1决定；压控电流源I1的正端电压为谷值比较模块的输入信号电压；

针对谷值比较模块，压控电流源I1的正端电压与功能模块M1内部预定的周期斜坡V_Val窗函数相比较，经谷值比较模块内部的逻辑电路，在每一市电半周输出一个增加、减少或不变控制逻辑信号给累加器+DAC；由功能模块M1提供与市电半周相同周期的时钟给累加器+DAC；在每一市电半周，累加器+DAC根据谷值比较模块输出的一个增加、减少或不变控制信号使得累加器+DAC进行加1、减1或不做任何操作的迭代累加操作；累加器+DAC的输出电压VCON是误差放大器2的输入参考电压；

误差放大器2的反馈电压是经过CSCAP引脚、检测电阻R2的电压；误差放大器2的输出电压控制压控电流源I2；压控电流源I2的正端与HV_C引脚相连，压控电流源I2的负端入地；压控电流源I2的控制端是受控于误差放大器2模块输出；误差放大器2模块根据输入累加器+DAC的输出电压VCON和检测电阻R2的电压，来控制压控电流源I2的输出电流，使得检测电阻R2中流过的电流对应的检测电压是跟随累加器+DAC的输出电压变化；压控电流源I2的输出电流经HV_C引脚在外接电阻Rc上产生电压降而调节HV_C引脚电压，即外置功率器件Q1的栅极从而调节检测电阻R2中流过的电流，通过压控电流源I2的输出电流间接调节检测电阻R2中流过的电流。

本发明还同时提供了利用线性LED智能调光驱动电源进行的线性LED智能调光驱动电源控制方法：

在选择整流桥输出电压大于LED电压持续时间对应的脉宽是≥(大于或接近)市电周期的六分之一的LED电压条件下，根据输出LED电流大小，功能模块M1与外置功率器件Q1，储能电解电容Cd，检测电阻R2，隔离二极管D1，整流桥和市电构成的储能电解电容充电控制环路，功能模块M1内部迭代累加器以固定的充电电流和LED电流比例关系输出参考电压VCON参与来实现控制输入功率因数大于0.7。

作为本发明的线性LED智能调光驱动电源控制方法的改进：

功能模块M1的输出LED电流控制环路、对应外部输入LED调光控制模拟电压信号DIM来实现输出直流LED电流，输出LED光没有频闪。

作为本发明的线性LED智能调光驱动电源控制方法的进一步改进：

功能模块M1检测整流桥输出电压，从而实现功能模块M1根据整流桥输出电压，从整流桥输出电压中产生一高效率的低压直流电压源VCC。

采用本发明的技术方案，具有以下技术优势：

1、能分别控制合适的充电电流幅值和脉宽和输出LED电流比例，从而保证对应的输入功率因数大于0.7。

2、根据储能电解电容的输入功率与输出功率平衡的方法来保证输出LED电流为直流而使得输出LED光没有频闪，并且高系统效率。

3、功能模块M1可以根据整流桥输出电压，从整流桥输出电压中产生一高效率的低压直流电压源VCC为智能控制端口供电。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是线性LED智能调光驱动电源。

图2是图1中的功能模块M1的一种内部模块图。

图3是图1中的功能模块M1的一种内部模块图。

图4是图2、3中的功能模块M1内部预定的周期斜坡Vval窗函数随时间波形图，其周期是与输入市电频率的两倍。

图5是另一种线性LED智能调光驱动电源。

图6是又一种线性LED智能调光驱动电源。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种线性LED智能调光驱动电源，使用功率MOS管作为功率元件Q1(外置功率器件Q1)；如图1所述；

包括整流桥、功能模块M1、外置功率器件Q1、隔离二极管D1、储能电解电容Cd、充电电流的检测电阻R2、LED负载串和LED输出电流的检测电阻R1、储能电容Cc。

市电供电到整流桥，整流桥的输出电压负端入地，整流桥的输出电压正端分别连接以下部件：功能模块M1的HV_I引脚、功能模块M1的HV_C引脚经过Rc电阻后、外置功率器件Q1的漏极；

外置功率器件Q1的栅极与功能模块M1的HV_C引脚和电阻Rc相连；

外置功率器件Q1的源极与隔离二极管D1的正极相连；隔离二极管D1的负极与LED负载串的正端LED+和储能电解电容Cd的正端相连；储能电解电容Cd的负端经检测电阻R2入地；电解电容Cd与充电电流检测电阻R2的连线与功能模块M1的CSCAP引脚相连；LED负载串的负端LED-与功能模块M1的LED-端相连，功能模块M1的Cs端经检测电阻R1入地。R1和R2中流过的电流信息以电压形式反馈给功能模块M1。功能模块M1的GND引脚与整流桥的输出电压负端入地相连；功能模块M1的VCC引脚和功能模块M1的GND引脚与储能电容Cc并联连接。

外部智能模块输出的调光模拟信号DIM由功能模块M1的DIM引脚输入；

功能模块M1内部设有压控电流源I1、误差放大器1、压控电流源I2、误差放大器2、压控电流源I3或压控开关K、迭代累加器(累加器+DAC)和比较器等。

所述功能模块M1，具体如图2所示：

功能模块M1分别设有以下8个引脚：HV_C引脚、HV_I引脚、VCC引脚、DIM引脚、GND引脚、Cs引脚、CSCAP引脚、LED-引脚；

功能模块M1包括比较器1模块、比较器2模块和压控电流源I3；

压控电流源I3的正端与HV_I引脚相连，压控电流源I3的负端与Vcc引脚相连；压控电流源I3的控制端与比较器1模块的输出相连；比较器1模块根据HV_I引脚提供的反馈信号、功能模块M1内部提供的预定电压值(图2中的“预定值”)、比较器2模块提供的Vcc引脚输出电压反馈和功能模块M1内部提供的预定最大电压值来经比较器1模块控制压控电流源I3的控制端，使得压控电流源I3的输出电流对外接储能电容Cc何时充电或何时停止充电。

比较器2模块而言：Vcc引脚电压反馈给比较器2模块一输入，在功能模块M1模块中，内部最大值参考电压(图2中的“最大值”)是比较器2模块另一输入，比较器2模块将Vcc电压反馈与内部最大参考电压进行比较，其输出控制比较器1是否停止对外接储能电容Cc充电。

功能模块M1还包括谷值比较模块、周期斜坡V_Val窗函数、累加器+DAC、误差放大器1、误差放大器2、压控电流源I1、压控电流源I2；

压控电流源I1的正端与LED-引脚以及与谷值比较模块的输入端相连，压控电流源I1的负端与Cs引脚相连；Cs引脚经检测电阻R1入地(GND)。压控电流源I1流过的电流就是输出LED电流。压控电流源I1的控制端与误差放大器1模块输出相连；误差放大器1模块根据输入模拟DIM引脚电压信号和Cs引脚提供的反馈信号输出控制压控电流源I1的控制端，使得压控电流源I1的输出电流跟随输入DIM模拟电压变化；输出电流幅值(向LED负载提供输出电流幅值)是由DIM模拟电压和检测电阻R1决定。压控电流源I1的正端电压为谷值比较模块的输入信号电压；在谷值比较模块中，压控电流源I1的正端电压与预订周期斜坡V_Val窗函数(如图4所示)相比较，经谷值比较模块内部的逻辑电路，在每一市电半周输出一个增加、减少或不变控制逻辑信号给累加器+DAC。由功能模块M1提供与市电半周相同周期的时钟给累加器+DAC。在每一市电半周，累加器+DAC根据谷值比较模块输出的一个增加、减少或不变控制逻辑信号使得累加器+DAC进行加1、减1或不做任何操作的迭代累加操作。累加器+DAC的输出电压(VCON)是误差放大器2的输入参考电压。误差放大器2的反馈电压是经过CSCAP引脚、充电电流检测电阻R2的电压。误差放大器2的输出电压控制压控电流源I2；压控电流源I2的正端与HV_C引脚相连，压控电流源I2的负端入地(GND)；压控电流源I2的控制端是受控于误差放大器2模块输出；压控电流源I2的作用是间接控制外置功率器件Q1流过的电流，即：检测电阻R2流过的电流是外置功率器件Q1流过的电流与压控电流源I1流过电流之差，经检测电阻R2产生反馈电压。误差放大器2模块根据输入累加器+DAC的输出电压(VCON)和检测电阻R2的反馈电压，来控制压控电流源I2的输出电流，从而间接的控制外置功率器件Q1流过的电流，使得外置功率器件Q1流过的电流与压控电流源I1流过电流之差，经检测电阻R2产生反馈电压是跟随累加器+DAC的输出电压变化，即，检测电阻R2中流过的电流是由累加器+DAC的输出电压和检测电阻R2决定。正由于检测电阻R2中流过的电流与压控电流源I1流过电流有相关性，选择合适的电流流过检测电阻R2和压控电流源I1可以保证输入功率因数大于0.7成为可能。

功能模块M1完成如下功能(任务)：

任务一、输入功率因数大于0.7：功能模块M1与功率元件Q1(外置功率器件Q1)，储能电解电容Cd，检测电阻R2，隔离二极管D1，整流桥，和市电经功能模块M1的压控电流源I2构成储能电解电容Cd充电控制环路，并且控制储能电解电容Cd充电电流。为保证市电经整流桥，功率元件Q1，隔离二极管D1和检测电阻R2给储能电解电容Cd提供了足够合适的能量，调节储能电解电容Cd的输入功率是通过控制储能电解电容Cd充电脉冲电流的幅值和脉宽来完成。储能电解电容Cd充电脉冲电流的幅值是由功能模块M1内部迭代累加器(即，图2、图3中的累加器+DAC)输出参考电压VCON经功能模块M1的压控电流源I2以及检测电阻R2来调节完成的；充电脉冲电流的脉宽是由整流桥输出电压与储能电解电容Cd上电压的电压差决定的。由于对于DIM输入端模拟电压所给定的输出LED电流，经功能模块M1的压控电流源I2以及检测电阻R2能控制合适的充电电流幅值和脉宽，从而保证对应的输入功率因数大于0.7。在图1中，外置功率器件Q1流过的电流是储能电解电容Cd充电脉冲电流加输出LED电流。

即为完成上述任务一，功能模块M1与功率元件Q1，储能电解电容Cd，检测电阻R2，隔离二极管D1，整流桥和市电构成的储能电解电容充电控制环路、功能模块M1内部迭代累加器输出参考电压VCON参与完成这一任务。充电电流幅值是由VCON和检测电阻R2决定；充电电流的脉宽是由整流桥输出电压与储能电解电容上电压之差决定的；通常是考虑到效率和功率因素，首先选择LED电压，使得在全功率输入状态时，整流桥输出电压大于LED电压持续时间对应的脉宽是大于或接近市电周期的六分之一，显然这脉宽大于市电周期的六分之一，将可能增加功率因数到0.9，但降低系统的效率；反之这脉宽接近市电周期的六分之一，将可能使功率因数接近0.7～0.8，但保持系统比较高的效率。除了LED电压选择外，还需控制储能电解电容充电电流幅值与输出LED电流幅值的比例来达到控制功率因数大于0.7并保证输出LED电流是直流，输出LED光无频闪。

就图2的功能模块M1而言：

储能电解电容充电电流幅值调节实现过程如下：如图1所示，功能模块M1的HV_C引脚是与外置高端高压MOS的栅极相连，并经电阻Rc与整流桥正端相连。HV_C引脚中流过压控电流源I2的电流在电阻Rc产生压降，HV_C引脚中流过压控电流源I2的电流大小控制了HV_C引脚上电压低高从而控制外置高端高压MOS的栅极电压低高，也就是通过压控电流源I2电流的大小控制外置高端高压MOS的栅极电压低高。对于固定的输出LED电流而言，外置高端高压MOS的栅极电压高低控制了这电解电容的充电电流大小，也就是检测电阻R2流过的电流大小，即检测电阻R2的检测电压大小。由于压控电流源I2的输出电流经HV_C引脚在外接电阻Rc上产生电压降而调节HV_C引脚电压，即外置功率器件Q1的栅极从而调节检测电阻R2中流过的电流，通过压控电流源I2的输出电流间接调节检测电阻R2中流过的电流。这样误差放大器2模块根据输入累加器+DAC的输出电压(VCON)和检测电阻R2的电压经过压控电流源I2间接控制电解电容的充电电流大小。功能模块M1中累加器+DAC的输出电压(VCON)是由输出LED电流大小决定的。如图1所示，电解电容Cd正端与LED负载正端相连，LED负载负端与功能模块M1的LED-引脚相连。功能模块M1中压控电流源I1流过的电流是LED负载电流。这LED负载电流大小是由DIM引脚的输入模拟调光电压和检测电阻R1决定。这电解电容的充电电流大小是反映输入功率的大小。对给定的输出LED负载电流而言，如果电解电容的充电电流大了，即输入功率比输出功率大了，就在功能模块M1的LED-引脚上电压增加，这样就增加压控电流源I1上的耗散功率来平衡输入功率，也就是说，系统的输出功率是LED负载上功耗功率加上压控电流源I1上的耗散功率。压控电流源I1上的耗散功率大小是用功能模块M1的LED-引脚电压表征。显然，功能模块M1的LED-引脚电压越高，对应的压控电流源I1上的耗散功率越大。功能模块M1的迭代累加器就是根据功能模块M1的LED-引脚电压高低进行迭代调节，也就是说通过使得迭代累加器输出电压的变化来调节这电解电容Cd的充电电流大小，即调节相对输出功率的输入功率大小，直至使得功能模块M1的LED-引脚电压的谷值电压在预先设定窗内，使得系统效率尽可能高。为了达到高功率因数要求，除了选择合适LED负载电压外，还要控制额定电解电容Cd的充电电流幅值与额定输出LED电流的比例。显然这比例越高，对应电解电容上纹波就高，这样充电电流脉冲宽度越窄，功率因数越低但效率越高。而这比例低，对应电解电容上纹波就低，这样充电电流脉冲宽度宽，功率因数高，但由于持续充电时间长而效率低。但如果这比例进一步减小，输入功率将不足以提供所需要的输出功率，输入功率与输出功率平衡条件不成立。输出LED电流不是直流电流，输出LED光将有频闪。

任务二、输出直流LED电流，输出LED光没有频闪：输出LED电流控制环路是由功能模块M1与LED负载、储能电解电容Cd和LED输出电流经检测电阻R1构成，其输出LED电流大小是由LED-引脚连接的压控电流源I1控制。外部智能模块输出的调光模拟信号经DIM引脚输入端电压和Cs引脚的检测电阻R1控制压控电流源I1实现LED输出电流控制。

由于要求无频闪，电解电容Cd谷值电压V_{Cd_VAL}必须大于LED负载电压V_LED，并且要求输入输出功率平衡。根据电解电容Cd谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff来判断电解电容Cd谷值电压V_{Cd_VAL}是否大于LED负载电压V_LED。显然要求无频闪，V_Diff必须大于零。功能模块M1的LED-引脚电压就是电解电容Cd谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff，也就是说，LED-引脚电压反映输入功率大小。如果能够把LED-引脚电压控制在内部预定值周期斜坡V_Val窗函数内，就能保证输出LED电流是直流电流，输出LED光没有频闪，并且高效率。

为完成任务二，功能模块M1的输出LED电流控制环路、对应外部输入LED调光控制模拟电压信号DIM来完成这一任务。功能模块M1的输出LED电流控制环路根据外部输入LED调光控制模拟电压信号DIM和检测电阻R1决定输出LED电流大小。由于输出LED电流的变化，对应的电解电容Cd上的谷值电压也发生变化。由于无频闪要求，储能元件电解电容(Cd)上的电压必须一直控制大于LED工作电压V_LED，这使得输出LED电流I_LED是一直流电流而没有频闪。这样电解电容Cd充电电流的幅值电流是根据电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}比LED负载电压V_LED高低多少进行迭代累加调整迭代累加器输出参考电压VCON而决定。正是由于电解电容谷值电压V_{Cd_VAL}可以控制大于LED负载电压V_LED，即可以持续供电，使得LED电流无频闪成为可能。LED电流源上的电压是电解电容上电压减去LED负载电压V_LED。LED电流源上的电压提供了电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff，可以把这LED电流源上对应的电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff与预订周期斜坡V_Val窗函数相比较来迭代累加调整迭代累加器输出参考电压VCON，即为对应储能电解电容Cd充电电流幅值的参考电平；也就是说，在每一次对电解电容进行充电时刻，把这LED电流源上的电压的最小值V_Diff与预订周期斜坡V_Val窗函数进行比较决定后续储能电解电容Cd充电参考电平对应的参考电压VCON增加还是减少或不变化。当这LED电流源上的电压的最小值V_Diff比预订周期斜坡V_Val窗函数低时，增加迭代累加器输出参考电压VCON；当这LED电流源上的电压的最小值V_Diff比预订周期斜坡V_Val窗函数高时，减小迭代累加器输出参考电压VCON；当这LED电流源上的电压的最小值V_Diff在预订周期斜坡V_Val窗函数之间时，保持原迭代累加器输出参考电压VCON不变；这样可以使得这LED电流源上的电压的最小值V_Diff一直在预订周期斜坡V_Val窗函数之间，而保证LED电流无频闪，并且达到尽可能高的效率。电解电容充电电流的幅值由迭代累加调整迭代累加器输出参考电压VCON和检测电阻R2决定；对应的充电电流脉宽是由由整流桥输出电压与电解电容上电压之差决定的。电解电容上谷值电压反映相对输出功率而言市电经整流桥输入的功率。迭代累加器输出参考电压VCON是用于调节市电经整流桥输入的功率。显然输出LED电流电压反映主要输出功率，由输入输出功率平衡要求，整个系统可以根据输出LED电流电压反映的输出功率经过迭代累加调节输入平衡功率，即输入功率等于输出功率。

就图2的功能模块M1而言：

在功能模块M1中，LED-引脚电压与内部预定值周期斜坡V_Val窗函数的比较误差来迭代调节功能模块M1中的迭代累加器输出参考电压VCON。迭代累加器输出参考电压VCON作为储能电解电容Cd充电电流的幅值参考电平，储能电解电容Cd充电电流的幅值是由参考电平VCON和检测电阻R2决定的，参考电压VCON控制输入功率对应控制储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}大于和接近LED负载电压V_LED，在输入输出功率平衡要求下，迭代累加器输出参考电压VCON经过数次迭代调节进入稳态。

迭代调节的具体操作是：电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff，即LED-引脚电压本周期的最小值(即，对应谷值电压)与预先设定值周期斜坡V_Val窗函数经谷值比较器比较，如果LED-引脚电压本周期的最小值小于或者说在周期斜坡V_Val窗函数(如图4所示)的虚线之下，增加迭代累加器输出参考电压VCON；如果LED-引脚电压本周期的最小值(即，对应谷值电压)大于或者说在周期斜坡V_Val窗函数的实线之上，减小迭代累加器输出参考电压VCON；如果LED-引脚电压本周期的最小值(即，对应谷值电压)在设定范围值或者说在周期斜坡V_Val窗函数的实线和虚线之间，迭代累加器输出参考电压VCON保持原值不变；这样不断的比较和迭代调节参考电压VCON，以保证储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff，即，LED-引脚电压(即，对应谷值电压)在预先设定范围值或者说周期斜坡V_Val窗函数的实线和虚线之间。增加迭代累加器输出参考电压VCON，意味着增加储能电解电容Cd充电电流的幅值，这样使得储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}增加；反之，减小迭代累加器输出参考电压VCON，意味着降低电解储能电容充电电流的幅值，这样使得储能电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}降低；而保持迭代累加器输出参考电压VCON，意味着储能电解电容充电电流的幅值没有变化，这样使得储能电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}也维持不变。经过多次迭代，这调节的目标是控制储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff，即，LED-引脚电压(即，对应谷值电压)在预先设定范围值或者说周期斜坡V_Val窗函数的实线和虚线之间，而使得输入电流进入稳定值，输入功率也进入稳定值。

储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}受其输入充电电流幅值和脉宽以及输出LED电流影响。如果输出LED电流是一固定值，电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}仅仅受其输入充电电流幅值和脉宽影响；也就是说，市电的输入功率可以由储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}的高低来反映，即如果储能电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}高，反映相对输出功率而言，市电的输入功率高了；如果储能电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}低，反映相对输出功率而言，市电的输入功率低了。储能电解电容Cd的输出功率是由输出LED负载功率和输出LED电流源上的功耗构成。要使得输出无频闪，储能电解电容Cd的输出功率必须大于输出LED负载功率，要使得高效率，要求储能电解电容Cd的输出功率在输出LED电流源上的功耗尽可能小。由于要求无频闪，因此要求储能电解电Cd容谷值电压V_{Cd_VAL}必须大于LED负载电压V_LED，也就是说，储能电解电容Cd的输入功率必须时刻与其输出功率平衡才能保证储能电解电容Cd的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff在一个在预先设定范围值或者说周期斜坡V_Val窗函数之间。功能模块M1中内部迭代累加器输出参考电压VCON就是用于控制电解电容的输入功率与输出功率平衡，从而保证储能电解电容的谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff在一个周期斜坡V_Val窗函数之间。

显然对于任何外部输入的DIM引脚调光模拟信号电压，输出LED电流是由输入的DIM引脚调光模拟信号电压和检测电阻R1决定。由于要求无频闪，要求储能电解电容Cd谷值电压V_{Cd_VAL}必须大于LED负载电压V_LED，根据储能电解电容Cd谷值电压V_{Cd_VAL}和LED负载电压V_LED之差电压V_Diff与预先设定周期斜坡V_Val窗函数的差异进行迭代而产生合适的迭代累加器输出参考电压VCON，使得储能电解电容的输入功率与输出功率平衡。

任务三、输出高效率的低压直流电压供智能接口模块：功能模块M1根据整流桥输出电压，从整流桥输出电压中产生一高效率的低压直流电压源VCC。由于整流桥的输入是市电，整流桥的输出，即，功能模块M1的输入引脚HV_I上电压是输入市电的全波整流波形，即，从零增加到峰值，再由峰值下降到零。由于功能模块M1的输入引脚HV_I上电压这一特点，功能模块M1可以使得在其输入引脚HV_I电压低于内部预定值条件下经输入引脚HV_I对VCC引脚电容Cc(即，储能电容Cc)充电；而当其输入引脚HV_I电压高于内部预定值时停止对VCC引脚电容充电。如果VCC引脚电容Cc值足够大，VCC引脚电容Cc在充电时的储能可以在非充电期间对智能控制模块提供能量。在其输入引脚HV_I电压低于预定值对VCC引脚电容Cc充电时刻，虽然充电电流比较大，但预定值比较低，对应的充电电路的损耗就比较低；而在非充电期间，充电电流为零，仅仅由VCC引脚电容Cc提供能量。这样功能模块M1可以根据整流桥输出电压，从这整流桥输出电压中产生一高效率的低压直流电压源VCC。

为完成任务三，功能模块M1检测整流桥输出电压。当整流桥输出电压低于预定电压值，开启对储能电容Cc的充电环路，储能电容Cc快速存储能量。当整流桥输出电压高于预定电压值，关闭储能电容Cc的充电环路。在当整流桥输出电压高于预定电压值期间，储能电容Cc向系统提供能量。储能电容充电环路可以有多种方案实施，可以以开关充电方式，也可以电流源充电方式。开关充电由于内阻低，可以迅速对电容充电。电流源充电由于电流值大小限制，电容充电需要时间来保证。具体采用开关充电还是电流源充电可根据具体应用而定。

就图2的功能模块M1而言：

实现过程如下：在功能模块M1中，输入引脚HV_I电压与内部预定电压在比较器1进行比较，当输入引脚HV_I电压比内部预定电压低，比较器1开启功能模块M1中的压控电流源I3经VCC引脚对外置电容Cc充电模式；当输入引脚HV_I电压比内部预定电压高，比较器1关闭功能模块M1中的压控电流源I3经VCC引脚对外置电容Cc充电模式；压控电流源I3的电流幅值是预先设定的。在功能模块M1中的压控电流源I3经VCC引脚对外置电容Cc充电模式期间，比较器2把VCC引脚电压与内部预定的最大值电压进行比较。如果VCC引脚电压比内部预定的最大值电压高，比较器2通知比较器1并通过比较器1关闭功能模块M1中的压控电流源I3经VCC引脚对外置电容Cc充电模式。这样每个半周分别有两次对外置电容Cc充电；而在非充电模式期间，这外置电容Cc用充电期间的储能对本芯片和智能接口供电。显然这压控电流源I3是单向电流方向可以从输入引脚HV_I到VCC引脚输出电流。

实施例2、与实施例1的区别在于：功能模块M1如图3所示，即，图2中压控电流源I3改成了图3中的压控开关K。

功能模块M1包括比较器1模块、比较器2模块和压控开关K，该压控开关K带有导通电阻值，开关的尺寸决定其导通电阻值大小；压控开关K是单向开关，压控开关K正端与HV_I引脚相连，压控开关K的负端与Vcc引脚相连；压控开关K流过的电流自压控开关K正端到压控开关K的负端。相对实施例1中的压控电流源I3而言，压控开关K内电阻要小的多。

压控开关K的正端与HV_I引脚相连，压控开关K的负端与Vcc相连；压控开关K的控制端与比较器1模块输出相连；比较器1模块根据HV_I引脚提供的反馈信号、功能模块M1内部提供的预定电压值、比较器2模块监视Vcc引脚输出外接电容Cc充电控制情况并经过比较器1控制压控开关K的控制端，使得压控开关K的输出电流对外接电容Cc充电或停止充电。

比较器2模块为：将Vcc电压反馈与内部最大参考电压进行比较，其输出控制比较器1是否停止对Cc充电。具体而言，功能模块M1根据HV_I引脚电压，即整流桥输出电压与内部预定电压值在比较器1中比较，当整流桥输出电压比内部预定电压值低，比较器1控制压控开关K导通,HV_I引脚经压控开关K对Vcc引脚输出外接电容Cc充电。比较器2模块监视Vcc引脚输出外接电容Cc充电情况，当Vcc引脚电压比内部最大参考电压高时，比较器2输出信号给比较器1，经比较器1把压控开关K关断，比较器1和比较器2组合控制压控开关K对Vcc引脚输出外接电容Cc何时充电何时结束充电。

其余等同于实施例1。

实施例3、如图5所示。其与图1相比，检测电阻R2与整流桥负端相接，而储能电容Cc负端与检测电阻R2另一端相接。检测电阻R2中流过的电流是外置高端高压MOS流过的电流，是输出LED电流和储能电解电容Cd充电电流之和。对功能模块M1而言，检测电阻R2的反馈电压是一负电压，功能模块M1内部还需要一个镜像电压转换电路来转换这检测电阻R2的反馈电压，即把R2上的负电压经这镜像电压转换电路输出正电压。镜像电压转换电路在集成电路设计中是时常采用的，具体的就是在这镜像电压转换电路中产生一镜像电流Ijx经另外两个同值电阻R串联与R2的反馈电压串联相接，镜像电压转换电路调节这镜像电流Ijx使得这镜像电流Ijx在与R2相串联的电阻R上电压和为零，即Ijx*R+VR2＝0,这样这镜像电流Ijx在两个同值电阻R和R2的反馈电压相串联的总电压Vfk表达式是Vfk＝Ijx*R+Ijx*R+VR2，由于Ijx*R+VR2＝0，并且Ijx*R＝-VR2,Vfk＝-VR2；可见经镜像电压转换电路输出的电压Vfk是R2上电压取反，即把R2上的负电压转换成一正反馈电压。其余等同于实施例1。

实施施4、如图6所示，与图5相比检测电阻R2与整流桥负端和储能电容Cc负端相接，检测电阻R2中流过的电流是外置高端高压MOS流过的电流，是输出LED电流和储能电解电容Cd充电电流之和。对功能模块M1而言，检测电阻R2的反馈电压是一负电压，功能模块M1内部还需要一个镜像电压转换电路来转换这检测电阻R2的反馈电压。其余等同于实施例1。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.线性LED智能调光驱动电源，其特征是：包括整流桥、功能模块M1、外置功率器件Q1、隔离二极管D1、电解电容Cd、充电电流的检测电阻R2、LED负载串和LED输出电流的检测电阻R1、储能电容Cc；

市电供电到整流桥，整流桥的输出电压负端入地，整流桥的输出电压正端分别连接以下部件：功能块M1的HV_I引脚、功能块M1的HV_C引脚经过Rc电阻后、外置功率器件Q1的漏极；

外置功率器件Q1的栅极与功能块M1的HV_C引脚和电阻Rc相连；

外置功率器件Q1的源极与隔离二极管D1的正极相连；隔离二极管D1的负极与LED负载串的正端LED+和电解电容的正端相连；LED负载串的负端LED-与功能模块M1的LED-端相连；

调光模拟信号DIM由功能块M1的DIM引脚输入；

功能模块M1内部设有迭代累加器和比较器；

检测电阻R2的设置方式为以下任一：

方式一、电解电容Cd的负端经检测电阻R2入地；电解电容Cd与充电电流检测电阻R2的连线与功能块M1的CSCAP引脚相连；功能模块M1的Cs端经检测电阻R1入地；检测电阻R1和检测电阻R2中流过的电流信息以电压形式反馈给功能模块M1；功能块M1的GND引脚与整流桥的输出电压负端入地相连；功能块M1的VCC引脚和功能块M1的GND引脚与储能电容Cc并联连接；

方式二、电解电容Cd的负端直接入地，整流桥负端分别与检测电阻R2的一端、以及功能块M1的CSCAP引脚相连，检测电阻R2的另一端分别与储能电容Cc负端、功能块M1的GND引脚相连后入地，功能模块M1的Cs端经检测电阻R1接地；对功能模块M1而言，检测电阻R2的反馈电压是一负电压；

方式三、电解电容Cd的负端直接入地，检测电阻R2的一端与整流桥负端、储能电容Cc负端以及功能块M1的CSCAP引脚相连；检测电阻R2的另一端接地，功能模块M1的Cs端经检测电阻R1相连后入地；对功能模块M1而言，检测电阻R2的反馈电压是一负电压；

线性LED智能调光驱动电源控制方法是：

在选择整流桥输出电压大于LED电压持续时间对应的脉宽是≥市电周期的六分之一的LED电压条件下，根据输出LED电流大小，功能模块M1与外置功率器件Q1，储能电解电容Cd，检测电阻R2，隔离二极管D1，整流桥和市电构成的储能电解电容充电控制环路，功能模块M1内部迭代累加器以固定的充电电流和LED电流比例关系输出参考电压VCON参与来实现控制输入功率因数大于0.7。

2.根据权利要求1所述的线性LED智能调光驱动电源，其特征是：外置功率器件Q1为功率MOS管。

3.根据权利要求1或2所述的线性LED智能调光驱动电源，其特征是：

功能块M1包括比较器1模块、比较器2模块以及压控电流源I3或压控开关K；

比较器2模块为：将Vcc电压反馈与功能模块M1内部提供的预定最大电压值进行比较，其输出控制比较器1是否停止对Cc充电；

当为压控电流源I3时：

压控电流源I3的正端与HV_I引脚相连，压控电流源I3的负端与Vcc引脚相连；压控电流源I3的控制端与比较器1模块的输出相连；比较器1模块根据HV_I引脚提供的反馈信号、功能模块M1内部提供的预定电压值、比较器2模块提供的Vcc引脚输出电压反馈和功能模块M1内部提供的预定最大电压值来经比较器1模块控制压控电流源I3的控制端，使得压控电流源I3的输出电流对外接电容Cc何时充电或何时停止充电；压控电流源I3是单向电流方向从输入引脚HV_I到VCC引脚输出电流；

当为压控开关K时：

压控开关K是单向开关，压控开关K正端与HV_I引脚相连，压控开关K的负端与Vcc引脚相连；压控开关K流过的电流自压控开关K正端到压控开关K的负端；压控开关K的控制端与比较器1模块的输出相连；比较器1模块根据HV_I引脚提供的反馈信号、功能模块M1内部提供的预定电压值、比较器2模块提供的Vcc引脚输出电压反馈和功能模块M1内部提供的预定最大电压值来经比较器1模块控制压控开关K的控制端，使得压控开关K的输出电流对外接电容Cc何时充电或何时停止充电。

4.根据权利要求3所述的线性LED智能调光驱动电源，其特征是：

功能块M1还包括谷值比较模块、累加器+DAC、误差放大器1、误差放大器2、压控电流源I1、压控电流源I2；

压控电流源I1的正端与LED-引脚以及与谷值比较模块的输入端相连，压控电流源I1的负端与Cs引脚相连；Cs引脚经检测电阻R1入地；压控电流源I1的控制端与误差放大器1模块输出相连；误差放大器1模块根据输入模拟DIM引脚电压信号和Cs引脚提供的反馈信号输出控制信号至压控电流源I1的控制端，使得压控电流源I1的输出电流跟随输入DIM模拟电压变化；输出电流幅值是由DIM模拟电压和检测电阻R1决定；压控电流源I1的正端电压为谷值比较模块的输入信号电压；

针对谷值比较模块，压控电流源I1的正端电压与功能模块M1内部预定的周期斜坡V_Val窗函数相比较，经谷值比较模块内部的逻辑电路，在每一市电半周输出一个增加、减少或不变控制逻辑信号给累加器+DAC；由功能模块M1提供与市电半周相同周期的时钟给累加器+DAC；在每一市电半周，累加器+DAC根据谷值比较模块输出的一个增加、减少或不变控制信号使得累加器+DAC进行加1、减1或不做任何操作的迭代累加操作；累加器+DAC的输出电压VCON是误差放大器2的输入参考电压；

误差放大器2的反馈电压是经过CSCAP引脚、检测电阻R2的电压；误差放大器2的输出电压控制压控电流源I2；压控电流源I2的正端与HV_C引脚相连，压控电流源I2的负端入地；压控电流源I2的控制端是受控于误差放大器2模块输出；误差放大器2模块根据输入累加器+DAC的输出电压VCON和检测电阻R2的电压，来控制压控电流源I2的输出电流，使得检测电阻R2中流过的电流对应的检测电压是跟随累加器+DAC的输出电压变化；压控电流源I2的输出电流经HV_C引脚在外接电阻Rc上产生电压降而调节HV_C引脚电压，即外置功率器件Q1的栅极从而调节检测电阻R2中流过的电流，通过压控电流源I2的输出电流间接调节检测电阻R2中流过的电流。

5.根据权利要求4所述的线性LED智能调光驱动电源，其特征是：

功能模块M1的输出LED电流控制环路、对应外部输入LED调光控制模拟电压信号DIM来实现输出直流LED电流，输出LED光没有频闪。

6.根据权利要求5所述的线性LED智能调光驱动电源，其特征是：

功能模块M1检测整流桥输出电压，从而实现功能模块M1根据整流桥输出电压，从整流桥输出电压中产生一高效率的低压直流电压源VCC。

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