CN112788812A - 线性led驱动系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性LED驱动系统及驱动方法，包括：LED模块正极连接输入电压，负极经第一功率开关管、电流检测模块接地；参考信号控制模块得到控制信号；参考信号产生模块接收控制信号，当输入电压小于LED导通电压时参考信号保持在第一电平，当输入电压大于LED导通电压且未达到峰值电压时由第一电平降低至第二电平，并在输入电压回落至LED导通电压前重新上升；运算放大模块连接参考信号及电流检测信号，输出端连接第一功率开关管的控制端。本发明提高系统效率；无需检测输入电压，避免电网影响；系统优化；适于可控硅调光应用；结构简单，外围控制系统可以实现最简化。

Description

线性LED驱动系统及驱动方法

技术领域

本发明涉及LED驱动领域，特别是涉及一种线性LED驱动系统及驱动方法。

背景技术

通常情况下，单段线性LED驱动中整体的效率由LED导通电压与输入电压决定，满足：

其中，V_LED为LED导通电压，V_IN为输入电压。

如图1所示为常见的单段线性LED驱动结构1，交流输入电压AC IN经过整流模块11转化为输入电压V_IN，串联LED的正极连接于整流模块11的输出端，串联LED的负极连接恒流控制芯片12，恒流控制芯片12的采样端经由采样电阻13接地，可调电容和电阻模块14并联于整流模块11的两端。由于串联LED数目是固定的，因此在输入电压V_IN超过LED正向压降V_LED时多余的电压由LED下方的恒流控制管(设置于恒流控制芯片12中，图中未显示)承担，V_IN-V_LED就是恒流控制管上的电压；输入电压V_IN越高，系统的效率Eff就越低。

现有技术中通过检测输入电压V_IN来控制输出电流I_LED，当输入电压V_IN过高时相应降低输出电流I_LED，从而减小高压时的导通损耗，并且通过环路来恒定输出电流，保持输出功率恒定。如图2所示，由于市电电网经常会受到外界影响，工作波形不是一个稳定的正弦波，因此在检测输入电压过高时相应降低输出电流，如果此时输入电压V_IN有尖峰干扰或者不稳定，就会影响到输出电流I_LED的值，从而影响环路控制，造成LED闪烁。

因此，如何在确保提高LED驱动系统效率的同时避免电网对控制信号的影响、提高LED发光稳定性，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线性LED驱动系统及驱动方法，用于解决现有技术中高效率LED驱动系统易受电网影响，导致LED发光不稳定等问题。

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

LED模块、第一功率开关管、电流检测模块、参考信号控制模块、参考信号产生模块及运算放大模块；

所述LED模块的正极连接输入电压，负极经由所述第一功率开关管及所述电流检测模块接地；

所述参考信号控制模块连接于所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，获取电流检测信号，基于所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间得到相应的调整参考信号的控制信号；

所述参考信号产生模块连接于所述参考信号控制模块的输出端，基于所述参考信号控制模块输出的控制信号调整所述参考信号的电平；当所述输入电压小于所述LED模块的导通电压时所述参考信号保持在第一电平，当所述输入电压大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时所述参考信号由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压回落至所述LED模块的导通电压前所述参考信号重新上升且不大于第一电平；

所述运算放大模块的输入端分别连接所述参考信号及所述电流检测信号，输出端连接所述第一功率开关管的控制端，调整流经所述LED模块的电流，以使得所述电流检测信号等于所述参考信号。

可选地，所述参考信号控制模块包括比较单元、第一延迟单元、第二延迟单元、第一延迟时间设定单元、第二延迟时间设定单元及或逻辑单元；所述比较单元的输入端连接所述电流检测信号，将所述电流检测信号分别与第一预设值及第二预设值进行比较，并输出比较结果；所述第一延迟单元连接于所述比较单元的输出端，当所述电流检测信号大于所述第二预设值时将所述比较结果的反信号延迟后输出；所述第一延迟单元连接于所述比较单元的输出端，当所述电流检测信号大于所述第二预设值时将所述比较结果延迟后输出；所述第一延迟时间设定单元连接所述第一延迟单元，对所述第一延迟单元的延迟时间进行设定；所述第二延迟时间设定单元连接所述第二延迟单元，对所述第二延迟单元的延迟时间进行设定；所述或逻辑单元的输入端分别连接所述第一延迟单元及所述第二延迟单元，输出所述控制信号；其中，所述第一预设值小于所述第二预设值。

更可选地，所述比较单元包括第一比较器、第二比较器及触发器，所述第一比较器的输入端分别连接所述电流检测信号及所述第一预设值，所述第一比较器的输出端连接所述触发器的复位端；所述第二比较器的输入端分别连接所述电流检测信号及所述第二预设值，所述第二比较器的输出端连接所述触发器的时钟端；所述触发器的数据端连接高电平信号。

更可选地，所述第一延迟时间设定单元包括第一设置电阻，所述第一设置电阻的一端连接所述第一延迟单元，另一端接地。

更可选地，所述第二延迟时间设定单元包括跨导运算放大器、补偿电路及第一电容；所述跨导运算放大器的输入端分别连接所述电流检测信号及第三预设值，输出端连接所述补偿电路；所述第一电容的一端连接所述补偿电路，另一端接地；所述补偿电路的输出端连接所述第二延迟单元。

可选地，所述参考信号产生模块包括第一电流源、第二电流源、电流源设置单元、第二电容、参考电压产生单元及加法器；所述第一电流源的一端连接第一参考电压，另一端经由所述第二电流源接地，所述第一电流源的使能端连接所述控制信号，所述第二电流源的使能端连接所述控制信号的反信号；所述电流源设置单元连接所述第一电流源及所述第二电流源的控制端，控制流经所述第一电流源及所述第二电流源的电流大小；所述第二电容的一端连接所述第一电流源与所述第二电流源的连接节点，另一端接地；所述参考电压产生单元产生第二参考电压，所述第二参考电压限制流经所述LED模块的最小电流；所述加法器的输入端分别连接所述第一电流源与所述第二电流源的连接节点及所述第二参考电压，将所述第二电容上的电压与所述第二参考电压求和得到所述参考信号。

更可选地，所述参考信号产生模块还包括电流变化速度设定单元，所述电流变化速度设定单元包括第二设置电阻，所述第二设置电阻的一端连接所述电流源设置单元，另一端接地。

更可选地，所述参考信号产生模块还包括最小电流设定单元，所述最小电流设定单元包括第三设置电阻，所述第三设置电阻的一端连接所述参考电压产生单元，另一端接地。

可选地，所述线性LED驱动系统还包括第三电容及第一电阻，所述第三电容及所述第一电阻分别并联于所述LED模块的两端，所述第三电容为所述线性LED驱动系统中各模块供电。

可选地，所述线性LED驱动系统还包括泄流模块，所述泄流模块的一端连接于所述LED模块的正极，另一端连接所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，当所述LED模块未导通时，所述输入电压产生的电流从所述泄流模块泄放。

更可选地，所述泄流模块包括二极管、第二功率开关管、运算放大器及第二电阻，所述二极管的正极连接所述输入电压，负极连接所述LED模块的正极；所述第二功率开关管的一端连接所述二极管的正极，另一端经由所述第二电阻连接所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点；所述运算放大器的输入端分别连接所述第二功率开关管与所述第二电阻的连接节点以及与流经所述LED模块的最小电流对应的参考电压，输出端连接所述第二功率开关管的控制端。

更可选地，所述线性LED驱动系统还包括相角检测模块，所述相角检测模块连接所述二极管的正极，用于检测调光相位角，并基于所述调光相位角调整流经所述LED模块的峰值电流及平均电流，并在检测到所述调光相位角后控制所述泄流模块工作。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性LED驱动方法，所述线性LED驱动方法至少包括：

获取电流检测信号，基于所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间产生相应的参考信号并调整流经所述LED模块的电流；

当输入电压小于所述LED模块的导通电压时，所述参考信号保持在第一电平，没有电流流过所述LED模块；当所述输入电压大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时，所述参考信号由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压回落至所述LED模块的导通电压前所述参考信号重新上升且不大于第一电平；流过所述LED模块的电流基于所述参考信号的电平变化从最大电流逐渐减小至最小电流后再上升，直至所述LED模块不导通。

可选地，当所述LED模块未导通时，所述输入电压产生的电流被泄放。

更可选地，检测调光相位角，基于所述调光相位角调整流经所述LED模块的峰值电流及平均电流，并在检测到所述调光相位角后控制电流泄放。

如上所述，本发明的线性LED驱动系统及驱动方法，具有以下有益效果：

1、本发明的线性LED驱动系统及驱动方法在输入电压达到峰值前将LED电流降到最低值并在最低值维持一段时间后升高LED电流，从而减小高压时的导通损耗，提高系统效率；无需检测输入电压，避免电网影响。

2、本发明的线性LED驱动系统及驱动方法通过电流检测信号调整峰值电流的保持时间，或通过外部电阻控制峰值电流的保持时间，进而获得恒定可控的输出电流。

3、本发明的线性LED驱动系统及驱动方法中LED电流的下降斜率可通过外部电阻或电流检测信号进行调整，使得系统性能得到优化。

4、本发明的线性LED驱动系统及驱动方法中流经LED的最小电流可通过外部电阻设置，能够配合泄流模块实现可控硅调光应用。

5、本发明的线性LED驱动系统的结构简单，外围控制系统可以实现最简化。

附图说明

图1显示为现有技术中的单段线性LED驱动结构示意图。

图2显示为现有技术中提高系统效率的原理示意图。

图3显示为本发明的线性LED驱动系统的一种结构示意图。

图4显示为本发明的线性LED驱动系统的另一种结构示意图。

图5显示为本发明的线性LED驱动系统的又一种结构示意图。

图6显示为本发明的线性LED驱动方法的原理示意图。

图7显示为本发明的线性LED驱动方法增加调光引用的原理示意图。

元件标号说明

1 单段线性LED驱动结构

11 整流模块

12 恒流控制芯片

13 采样电阻

14 可调电容和电阻模块

2 线性LED驱动系统

21 电流检测模块

22 参考信号控制模块

221 比较单元

221a 触发器

222 第一延迟单元

223 第二延迟单元

224 第一延迟时间设定单元

225 第二延迟时间设定单元

225a 补偿电路

23 参考信号产生模块

231 电流源设置单元

232 参考电压产生单元

233 加法器

234 电流变化速度设定单元

235 最小电流设定单元

24 运算放大模块

25 整流模块

26 工作电压产生模块

27 泄流模块

28 相角检测模块

281 检测控制单元

282 分压单元

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3～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3所示，本实施例提供一种线性LED驱动系统2，所述线性LED驱动系统2包括：

LED模块、第一功率开关管Q1、电流检测模块21、参考信号控制模块22、参考信号产生模块23及运算放大模块24。

如图3所示，所述LED模块的正极连接输入电压Vin_ac，负极经由所述第一功率开关管Q1及所述电流检测模块21接地。

具体地，在本实施例中，交流输入电压AC经由整流模块25输出所述输入电压Vin_ac，在实际应用中，任意可获得母线电压的电流结构均适用，不以本实施例为限。

具体地，所述LED模块包括多个依次串联、并联或串并联的LED灯，可根据实际需要进行设置，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述第一功率开关管Q1采用NMOS器件，其中，所述第一功率开关管Q1的漏极连接所述LED模块的负极，源极连接所述电流检测模块21，栅极作为所述第一功率开关管Q1的控制端。在实际使用中，可根据需要设定所述第一功率开关管Q1的器件类型，并对逻辑做相应的调整，不以本实施例为限。

具体地，所述电流检测模块21的一端连接所述第一功率开关管Q1，另一端接地，用于检测流经所述LED模块的电流。在本实施例中，所述电流检测模块21采用采样电阻Rcs实现；在实际使用中，可根据需要设置所述电流检测模块21，不以本实施例为限。

如图3所示，所述参考信号控制模块22连接于所述第一功率开关管Q1及所述电流检测模块21的连接节点，获取电流检测信号Vcs，基于所述电流检测信号Vcs的数值及所述电流检测信号大于设定值(与第三预设值Ref有关)的时间得到相应的调整参考信号Vref的控制信号Ctl_ref。

具体地，所述参考信号控制模块22包括比较单元221、第一延迟单元222、第二延迟单元223、第一延迟时间设定单元224、第二延迟时间设定单元225及或逻辑单元226。所述比较单元221的输入端连接所述电流检测信号Vcs，将所述电流检测信号Vcs分别与第一预设值Low及第二预设值High进行比较，并输出比较结果。所述第一延迟单元222连接于所述比较单元221的输出端，当所述电流检测信号Vcs大于所述第二预设值High时将所述比较结果的反信号延迟后输出。所述第二延迟单元223连接于所述比较单元221的输出端，当所述电流检测信号Vcs大于所述第二预设值High时将所述比较结果延迟后输出。所述第一延迟时间设定单元224连接所述第一延迟单元222，对所述第一延迟单元222的延迟时间进行设定。所述第二延迟时间设定单元225连接所述第二延迟单元223，对所述第二延迟单元223的延迟时间进行设定。所述或逻辑单元225的输入端分别连接所述第一延迟单元222及所述第二延迟单元223，输出所述控制信号Ctl_ref；其中，所述第一预设值Low小于所述第二预设值High。

更具体地，在本实施例中，所述比较单元221包括第一比较器CMP1、第二比较器CMP2及触发器221a。所述第一比较器CMP1的输入端分别连接所述电流检测信号Vcs及所述第一预设值Low，所述第一比较器CMP1的输出端连接所述触发器221a的复位端，在本实施例中，所述第一比较器CMP1的正相输入端连接所述电流检测信号Vcs，反相输入端连接所述第一预设值Low，当所述电流检测信号Vcs小于所述第一预设值Low时输出低电平，当所述电流检测信号Vcs大于所述第一预设值Low时输出高电平。所述第二比较器CMP2的输入端分别连接所述电流检测信号Vcs及所述第二预设值High，所述第二比较器CMP2的输出端连接所述触发器221a的时钟端，在本实施例中，所述第二比较器CMP2的正相输入端连接所述电流检测信号Vcs，反相输入端连接所述第二预设值High，当所述电流检测信号Vcs小于所述第二预设值High时输出低电平，当所述电流检测信号Vcs大于所述第二预设值High时输出高电平。在本实施中，所述触发器221a采用D触发器，所述触发器221a的数据端连接高电平信号，复位端连接所述第一比较器CMP1的输出端，时钟端连接所述第二比较器CMP2的输出端，输出端输出比较结果；当所述电流检测信号Vcs小于所述第一预设值Low时，所述触发器221a输出低电平；当所述电流检测信号Vcs大于所述第二预设值High时，所述触发器221a输出高电平。

需要说明的是，所述第一比较器CMP1(及所述第二比较器CMP2)的输入信号与对应输入端的极性，以及输出信号的极性可通过增加反相器进行调整，具体使用中连接关系即极性可实现与本发明相同的逻辑即可，不以本实施例为限；同时本发明中其他具有器件输入端的连接关系及极性也可根据实际需求进行调整，在此不一一赘述。

更具体地，所述第一延迟单元222连接于所述比较单元221的输出端，在本实施例中，所述第一延迟单元222包括逻辑控制电路及延迟电路(图中均未显示)，所述逻辑控制电路基于需要对逻辑进行调整，所述延迟电路对接收到的信号进行延迟。在本实施例中，所述第一延迟单元222对下降沿进行延迟，当所述比较单元221输出低电平时，所述第一延迟单元222对其进行反相后直接输出高电平；当所述比较单元221输出高电平时，所述第一延迟单元222对其进行反相后再经过延迟输出低电平。

需要说明的是，所述第一延迟单元222的内部电路可根据需要进行设定；本实施例中，逻辑控制电路及延迟电路处理信号的先后顺序也可以互换；不以本实施例为限。

更具体地，所述第二延迟单元223连接于所述比较单元221的输出端，所述第二延迟单元223对上升沿进行延迟，当所述比较单元221输出低电平时，所述第一延迟单元222直接输出低电平；当所述比较单元221输出高电平时，所述第一延迟单元222经过延迟输出高电平。

更具体地，所述第一延迟时间设定单元224包括第一设置电阻Rset1，所述第一设置电阻Rset1的一端连接所述第一延迟单元222，另一端接地。

更具体地，所述第二延迟时间设定单元225包括跨导运算放大器OP1、补偿电路225a及第一电容C1。所述跨导运算放大器OP1的输入端分别连接所述电流检测信号Vcs及第三预设值Ref，输出端连接所述补偿电路225a；在本实施例中，所述跨导运算放大器OP1的正相输入端连接所述第三预设值Ref，反相输入端连接所述电流检测信号Vcs，当所述电流检测信号Vcs小于所述第三预设值Ref时输出高电平；当所述电流检测信号Vcs大于所述第三预设值Ref时输出低电平。所述第一电容C1的一端连接所述补偿电路225a，另一端接地，所述补偿电路225a的输出端连接所述第二延迟单元223，所述补偿电路225a基于所述第一电容C1对所述跨导运算放大器OP1输出的信号进行积分，所述电流检测信号Vcs大于所述第三预设值Ref的时间越长，所述补偿电路223a输出的电平越高，进而控制延迟时间越长(由此可在所述输入电压Vin_ac的峰值比较大的情况下将流经所述LED模块的最小电流时间延长)。

需要说明的是，所述第一延迟单元222及所述第二延迟单元223的延迟时间可内部固定，可通过外部电阻设置、也可通过延迟时间设定单元进行动态调整，在此不一一赘述。

更具体地，在本实施例中，所述或逻辑单元226采用或门实现，在实际使用中可实现或逻辑即可，不限于具体电路结构。

如图3所示，所述参考信号产生模块23连接于所述参考信号控制模块22的输出端，基于所述参考信号控制模块22输出的控制信号Ctl_ref调整所述参考信号Vref的电平；当所述输入电压Vin_ac小于所述LED模块的导通电压VLED时所述参考信号Vref保持在第一电平，当所述输入电压Vin_ac大于所述LED模块的导通电压VLED且未达到峰值电压时所述参考信号Vref由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压Vin_ac回落至所述LED模块的导通电压VLED前所述参考信号重新上升且不大于第一电平。

具体地，所述参考信号产生模块23包括第一电流源I1、第二电流源I2、电流源设置单元231、第二电容C2、参考电压产生单元232及加法器233。所述第一电流源I1的一端连接第一参考电压RefH，另一端经由所述第二电流源I2接地，所述第一电流源I1的使能端连接所述控制信号Ctl_ref，所述第二电流源I2的使能端连接所述控制信号Ctl_ref的反信号(通过反相器not获得)；在本实施例中，当所述控制信号Ctl_ref为高电平时，所述第一电流源I1导通，所述第二电流源I2不导通；当所述控制信号Ctl_ref为低电平时，所述第一电流源I1断开，所述第二电流源I2导通。所述电流源设置单元231连接所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的控制端，控制流经所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流大小，以此确定所述第二电容C2上电压的上升及下降速度。所述第二电容C2的一端连接所述第一电流源I1与所述第二电流源I2的连接节点，另一端接地。所述参考电压产生单元232产生第二参考电压RefL，所述第二参考电压RefL限制流经所述LED模块的最小电流Imin。所述加法器233的输入端分别连接所述第一电流源I1与所述第二电流源I2的连接节点及所述第二参考电压RefL，将所述第二电容C2上的电压与所述第二参考电压RefL求和得到所述参考信号Vref。

作为本发明的另一种实现方式，所述参考信号产生模块23还包括电流变化速度设定单元234，所述电流变化速度设定单元234包括第二设置电阻Rset2，所述第二设置电阻Rset2的一端连接所述电流源设置单元231，另一端接地。通过选用不同阻值的电阻，得到不同的电流，进而使得所述第二电容C2上电压的上升和下降速度不同；流经所述第一电流源I1的电流越大，所述第二电容C2上电压的上升速度越快；流经所述第二电流源I2的电流越大，所述第二电容C2上电压的下降速度越快。

需要说明的是，流经所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的电流大小可内部固定，也可以通过所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间进行调整，电路结构与所述第二延迟时间设定单元类似，在此不一一赘述。

作为本发明的另一种实现方式，所述参考信号产生模块23还包括最小电流设定单元235，所述最小电流设定单元235包括第三设置电阻Rset3，所述第三设置电阻Rset3的一端连接所述参考电压产生单元232，另一端接地。通过选用不同阻值的电阻，得到不同的第二参考电压RefL，进而使得适于实际需求的流经所述LED模块的最小电流。

需要说明的是，所述第二参考电压RefL的值也可以内部固定，在此不一一赘述。

如图3所示，所述运算放大模块24的输入端分别连接所述参考信号Vref及所述电流检测信号Vcs，输出端连接所述第一功率开关管Q1的控制端，调整流经所述LED模块的电流，以使得所述电流检测信号Vcs等于所述参考信号Vref。

具体地，在本实施例中，所述运算放大模块24的正相输入端连接所述电流检测信号Vcs，反相输入端连接所述参考信号Vref，通过环路调整使得所述电流检测信号Vcs等于所述参考信号Vref。

作为本发明的一种实现方式，所述线性LED驱动系统2还包括第三电容C3及第一电阻R1，所述第三电容C3及所述第一电阻R1分别并联于所述LED模块的两端，所述LED模块的正极连接工作电压产生模块26，通过所述第三电容C3供电为所述线性LED驱动系统2中各模块提供工作电压。

需要说明的是，在本实施例中，LED模块、电流检测模块21、第一电容C1、第一设置电阻Rset1、第二设置电阻Rset2、第三设置电阻Rset3、第三电容C3及第一电阻R1设置于芯片外，其它器件集成于芯片内部；在实际使用中，可根据需要对器件的位置进行设置，不以本实施例为限。所述第一电容C1也可以通过数字滤波器技术集成到芯片内部，简化外围设计。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种线性LED驱动系统，与实施例一的不同之处在于，所述线性LED驱动系统还包括泄流模块27。

具体地，所述泄流模块27的一端连接于所述LED模块的正极，另一端连接所述第一功率开关管Q1及所述电流检测模块21的连接节点，当所述LED模块未导通时，所述输入电压Vin_ac产生的电流从所述泄流模块27泄放。在本实施例中，所述泄流模块27包括二极管D1、第二功率开关管Q2、运算放大器OP2及第二电阻R2。

更具体地，所述二极管D1的正极连接所述输入电压Vin_ac，负极连接所述LED模块的正极。

更具体地，所述第二功率开关管Q2的一端连接所述二极管D1的正极，另一端经由所述第二电阻R2连接所述第一功率开关管Q1及所述电流检测模块21的连接节点。在本实施例中，所述第二功率开关管Q2采用NMOS器件，其中，所述第二功率开关管Q2的漏极连接所述二极管D1的正极，源极连接所述第二电阻R2，栅极作为所述第二功率开关管Q2的控制端。在实际使用中，可根据需要设定所述第二功率开关管Q2的器件类型，并对逻辑做相应的调整，不以本实施例为限。

更具体地，所述运算放大器OP2的输入端分别连接所述第二功率开关管Q2与所述第二电阻R2的连接节点以及与流经所述LED模块的最小电流对应的参考电压(在本实施例中，对应实施例一中的所述第二参考电压RefL)，输出端连接所述第二功率开关管Q2的控制端。在本实施例中，所述运算放大器OP2的反相输入端连接所述第二功率开关管Q2的源极，正相输入端连接所述第二参考电压RefL，输出端连接所述第二功率开关管Q2的栅极。

需要说明的是，在本实施例中，二极管D1及第二电阻R2也设置于芯片外部。

实施例三

如图5所示，本实施例提供一种线性LED驱动系统，与实施例二的不同之处在于，所述线性LED驱动系统还包括相角检测模块28。

具体地，所述相角检测模块28连接所述二极管D1的正极，用于检测调光相位角，并基于所述调光相位角调整流经所述LED模块的峰值电流及平均电流，并在检测到所述调光相位角后控制所述泄流模块26工作。

更具体地，所述相角检测模块28包括检测控制单元281及分压单元282。所述检测控制单元281连接所述二极管D1的正极，对所述输入电压Vin_ac进行检测，以判断可控硅的调光相位角，并基于所述调光相位角调整所述第一参考电压RefH、所述第三预设值Ref，并通过所述分压单元282对所述第一参考电压RefH的分压调整所述第二预设值High。所述调光相位角的角度越大，所述第一参考电压RefH越小，所述第三预设值Ref越小，所述第二预设值High越小。同时，所述检测控制单元281还输出一泄流控制信号，当检测到所述调光相位角后(即有可控硅接入电路)控制所述泄流模块26工作，否则所述泄流模块26不工作，以此进一步优化可控硅调光性能。

实施例四

如图6所示，本实施例提供一种线性LED驱动方法，在本实施例中，所述线性LED驱动方法基于实施例一的线性LED驱动系统实现，在实际使用中，任意可实现本发明线性LED驱动方法的电路结构、软件代码均适用，不以本实施例为限。所述线性LED驱动方法包括：

获取电流检测信号Vcs，基于所述电流检测信号Vcs的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间产生相应的参考信号Vref并调整流经所述LED模块的电流；

当输入电压Vin_ac小于所述LED模块的导通电压VLED时，所述参考信号Vref保持在第一电平，没有电流流过所述LED模块；当所述输入电压Vin_ac大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时，所述参考信号Vref由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压Vin_ac回落至所述LED模块的导通电压VLED前所述参考信号Vref重新上升且不大于第一电平；流过所述LED模块的电流基于所述参考信号Vref的电平变化从最大电流IClamp逐渐减小至最小电流Imin后再上升，直至所述LED模块不导通。

具体地，如图3及图6所示，交流输入电压AC整流后通过工作电压产生模块26给系统内部供电，输入电压Vin_ac低于所述LED模块的导通电压VLED时，所述LED模块不导通，但是并联在LED模块两端的第三电容C3仍有残余电压能够给所述工作电压产生模块26供电，使得输入电压Vin_ac谷底时系统仍能正常工作，第一电阻R1为第三电容C3的放电电阻。

具体地，如图3及图6所示，系统正常工作后，所述运算放大模块24控制所述第一功率开关管Q1打开，在采样电阻Rcs上产生相应的电流检测信号Vcs，当所述输入电压Vin_ac低于所述LED模块的正向导通电压VLED时，流过所述LED模块的电流为零(小于ILow)，因此，所述电流检测信号Vcs小于所述第一预设值Low(ILow为第一预设值Low对应的电流)，所述第一比较器CMP1输出低电平，所述触发器221a的输出端Q输出低电平(被清零)，所述第一延迟单元222输出第一延迟信号Delay1为高电平，所述第二延迟单元223输出第二延迟信号Delay2为低电平，经过或逻辑后输出的控制信号Ctl_ref为高电平；所述第一电流源I1导通，所述第二恒流源I2被关断，所述第二电容C2上的电压VC2即为所述第一参考电压RefH，所述加法器233输出的参考信号Vref满足：Vref＝RefH+RefL，如图6中t0～t1、t6～t7、t13～t14时间段所示。

具体地，如图3及图6所示，随着所述输入电压Vin_ac逐渐升高至大于所述LED模块的正向导通电压VLED后，所述LED模块开始有电流流过。当流经所述LED模块的电流ILED大于IHigh时(所述电流检测信号Vcs大于所述第二预设值High，IHigh为第二预设值High对应的电流)，所述第一比较器CMP1及所述第二比较器CMP2均输出高电平，所述触发器221a的输出端Q输出高电平(被触发)，所述第一延迟信号Delay1在第一延迟时间thold1内仍保持为高电平，所述第二延迟信号Delay2在第二延迟时间thold2内仍保持为低电平，所述或逻辑单元226输出两个电平的或值，在第一延迟时间thold1内，流经所述LED模块的电流ILED被钳位在最大电流Iclamp＝(RefH+RefL)/Rcs，如图6中t1～t3、t7～t8，t14～t15时间段所示。

具体地，如图3及图6所示，当经过第一延迟时间thold1后，所述第一延迟信号Delay1跳变为低电平，如果thold2<thold1，第二延迟时间thold2时间后所述第二延迟信号Delay2跳变为高电平，所述或逻辑单元226在所述第一延迟时间thold1到后，由于所述第二延迟信号Delay2的作用仍然输出高电平，所述第二电容C2上的电压VC2保持在所述第一参考电压RefH，见图6中t3～t4时间段；如果thold2>thold1，第一延迟时间thold1时间后所述第一恒流源I1断开，所述第二恒流源I2导通，所述第二电容C2通过所述第二恒流源I2放电，所述第二电容C2上的电压VC2线性下降(下降的速度由流经所述恒流源I1的电流大小决定)，所述加法器233输出的参考信号Vref满足：Vref＝VC1+RefL，线性下降，流经所述LED模块的电流ILED也随之线性下降，如图6中t8～t9、t15～t16时间段所示。

需要说明的是，所述第一延迟时间thold1可通过外部电阻设定，也可以内部固定。作为本发明的一种实现方式，如图6所示，在不同的工频周期，所述第一延迟时间thold1保持固定不变。

需要说明的是，作为本发明的一种实现方式，如图6所示，在不同的工频周期，可基于输入电压Vin_ac的峰值设置所述第二延迟时间thold2，输入电压Vin_ac的峰值越大，所述延迟时间越长。所述第二延迟时间thold2可通过外部电阻设定，也可以内部固定，或通过所述电流检测信号Vcs动态调整。在本实施例中，所述第二延迟时间thold2基于所述电流检测信号Vcs动态调整，当所述电流检测信号Vcs大于所述第三预设值Ref时输出低电平，所述补偿电路223a基于所述第一电容C1对所述跨导运算放大器OP1输出的信号进行积分，所述电流检测信号Vcs大于所述第三预设值Ref的时间越长，表示所述输入电压Vin_ac的峰值越大，所述补偿电路223a输出的信号COMP的电平越高，进而控制延迟时间越长。

需要说明的是，流经所述第一恒流源I1的电流大小决定了所述第二电容C2上电压上升的斜率，作为本发明的一种实现方式，在不同的工频周期，可基于输入电压Vin_ac的峰值设置电流上升速度，输入电压Vin_ac的峰值越大，上升速度越慢。流经所述第一恒流源I1的电流可通过外部电阻设定，也可以内部固定，或通过所述电流检测信号Vcs动态调整。

需要说明的是，流经所述第二恒流源I2的电流大小决定了所述第二电容C2上电压下降的斜率，作为本发明的一种实现方式，在不同的工频周期，可基于输入电压Vin_ac的峰值设置电流下降速度，输入电压Vin_ac的峰值越大，下降速度越快。流经所述第二恒流源I2的电流可通过外部电阻设定，也可以内部固定，或通过所述电流检测信号Vcs动态调整。在本实施例中，通过外部电阻进行设置。流经所述LED模块的电流ILED的下降斜率设定可以使其在输入电压Vin_ac达到峰值前降到最低值Imin，从而减小高压时的导通损耗，提高系统效率。

具体地，如图3及图6所示，当所述第二电容C2上的电压VC2下降到零后，所述参考电压Vref保持为所述第二参考电压RefL不变，从而使流过所述LED模块的电流ILED达到一个最小值Imin并维持不变，如图6中t9～t10、t16～t17时间段所示。

需要说明的是，流经所述LED模块的最小电流Imin可通过调整所述第二参考电压RefL的值进行设置，所述第二参考电压RefL通过外部电阻设定，也可以内部固定，本实施例中，通过外部电阻设定，提高整个系统的灵活性及适用范围。

具体地，如图3及图6所示，当经过第二延迟时间thold2后，所述第二延迟信号Delay2跳变为高电平，所述第一恒流源I1导通，并对所述第二电容C2进行充电，所述第二恒流源I2关断，所述第二电容C2上的电压VC2线性上升，所述加法器233输出的参考信号Vref满足：Vref＝VC1+RefL，线性上升，输出LED电流也随之线性上升，直到所述第二电容C2上的电压VC2达到最高值RefH为止，如图6中t10～t11，t17～t18时间段所示。

具体地，如图3及图6所示，随着所述输入电压Vin_ac下降，在所述输入电压Vin_ac小于所述LED模块的导通电压VLED之前，若所述第二电容C2上的电压VC2充电至最高值RefH则保持最高值，若未充电至最高值则停止充电。当所述输入电压Vin_ac小于所述LED模块的导通电压VLED时，流经所述LED模块的电流急剧下降，当流经所述LED模块的电流ILED降到ILow以下后，所述第一比较器CMP1清零所述触发器221a，输出信号Q跳变为低电平，所述第一延迟信号Delay1输出高电平，所述第二延迟信号Delay2输出低电平，所述或逻辑单元226输出高电平，所述参考信号Vref重新变为RefH+RefL，直到一个工频周期结束，如图6中t4～t5，t11～t12，t18～t19时间段所示。

需要说明的是，在本实施例中，所述第一设定值Low及所述第二设定值High为芯片内部设定，一般满足High<VrefH+VrefL，Low<VrefL。

需要说明的是，在本实施例中，整个工频周期内流经LED模块的电流ILED可由所述跨导运算放大器OP1、所述补偿电路223a通过所述第一电容C1的积分作用保持恒定，实现恒流控制功能；同时，所述补偿电路223a的输出电压最终决定了所述第二延迟单元223的延迟时间，即峰值电流Iclamp保持的时间；从而实现输入电压Vin_ac变化时LED输出电流能够恒定，根据需要设置合理的RefH和RefL可以得到比较高的系统效率。

由图6可知，本发明正常工作状态下，输出电流(即ILED)的变化只和时间相关，不再与输入电压Vin_ac相关，即使输入电压Vin_ac有再大的干扰也不会影响到输出电流，输出电流稳定性大大提高。

作为本发明的一种实现方式，当所述LED模块未导通时，所述输入电压Vin产生的电流被泄放。具体地，当所述LED模块未导通时所述第二功率开关管Q2导通，电流通过所述第二功率开关管Q2、所述第二电阻R2及所述采样电阻Rcs到地，以配合可控硅调光模块工作。

作为本发明的另一种实现方式，进一步检测调光相位角，基于所述调光相位角调整流经所述LED模块的峰值电流及平均电流，并在检测到所述调光相位角后控制电流泄放。如图7所示，当不存在可控硅调光器时，输入电压Vin_ac从0°～180°，当所述LED模块未导通时无需泄放，提高系统效率；当存在可控硅调光器时，输入电压Vin_ac部分相位角没有输出，此时，所述当所述LED模块未导通时进行泄放，且根据调光相位角的大小调整所述第一参考电压RefH、所述第三预设值Ref及所述第二预设值High，所述调光相位角的角度越大，所述第一参考电压RefH越小，所述第三预设值Ref越小，所述第二预设值High越小。

综上所述，本发明提供一种线性LED驱动系统及驱动方法，包括：LED模块、第一功率开关管、电流检测模块、参考信号控制模块、参考信号产生模块及运算放大模块；所述LED模块的正极连接输入电压，负极经由所述第一功率开关管及所述电流检测模块接地；所述参考信号控制模块连接于所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，获取电流检测信号，基于所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间得到相应的调整参考信号的控制信号；所述参考信号产生模块连接于所述参考信号控制模块的输出端，基于所述参考信号控制模块输出的控制信号调整所述参考信号的电平；当所述输入电压小于所述LED模块的导通电压时所述参考信号保持在第一电平，当所述输入电压大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时所述参考信号由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压回落至所述LED模块的导通电压前所述参考信号重新上升且不大于第一电平；所述运算放大模块的输入端分别连接所述参考信号及所述电流检测信号，输出端连接所述第一功率开关管的控制端，调整流经所述LED模块的电流，以使得所述电流检测信号等于所述参考信号。获取电流检测信号，基于所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间产生相应的参考信号并调整流经所述LED模块的电流；当输入电压小于所述LED模块的导通电压时，所述参考信号保持在第一电平，没有电流流过所述LED模块；当所述输入电压大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时，所述参考信号由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压回落至所述LED模块的导通电压前所述参考信号重新上升且不大于第一电平；流过所述LED模块的电流基于所述参考信号的电平变化从最大电流逐渐减小至最小电流后再上升，直至所述LED模块不导通。本发明的线性LED驱动系统及驱动方法在输入电压达到峰值前将LED电流降到最低值，从而减小高压时的导通损耗，提高系统效率；无需检测输入电压，避免电网影响；通过电流检测信号调整峰值电流的保持时间，或通过外部电阻控制峰值电流的保持时间，进而获得恒定可控的输出电流；LED电流的下降斜率可通过外部电阻或电流检测信号进行调整，使得系统性能得到优化；流经LED的最小电流可通过外部电阻设置，能够配合泄流模块实现可控硅调光应用；结构简单，外围控制系统可以实现最简化。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 (15)

1.一种线性LED驱动系统，其特征在于，所述线性LED驱动系统至少包括：

LED模块、第一功率开关管、电流检测模块、参考信号控制模块、参考信号产生模块及运算放大模块；

所述LED模块的正极连接输入电压，负极经由所述第一功率开关管及所述电流检测模块接地；

所述参考信号控制模块连接于所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，获取电流检测信号，基于所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间得到相应的调整参考信号的控制信号；

所述参考信号产生模块连接于所述参考信号控制模块的输出端，基于所述参考信号控制模块输出的控制信号调整所述参考信号的电平；当所述输入电压小于所述LED模块的导通电压时所述参考信号保持在第一电平，当所述输入电压大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时所述参考信号由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压回落至所述LED模块的导通电压前所述参考信号重新上升且不大于第一电平；

所述运算放大模块的输入端分别连接所述参考信号及所述电流检测信号，输出端连接所述第一功率开关管的控制端，调整流经所述LED模块的电流，以使得所述电流检测信号等于所述参考信号。

2.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述参考信号控制模块包括比较单元、第一延迟单元、第二延迟单元、第一延迟时间设定单元、第二延迟时间设定单元及或逻辑单元；所述比较单元的输入端连接所述电流检测信号，将所述电流检测信号分别与第一预设值及第二预设值进行比较，并输出比较结果；所述第一延迟单元连接于所述比较单元的输出端，当所述电流检测信号大于所述第二预设值时将所述比较结果的反信号延迟后输出；所述第二延迟单元连接于所述比较单元的输出端，当所述电流检测信号大于所述第二预设值时将所述比较结果延迟后输出；所述第一延迟时间设定单元连接所述第一延迟单元，对所述第一延迟单元的延迟时间进行设定；所述第二延迟时间设定单元连接所述第二延迟单元，对所述第二延迟单元的延迟时间进行设定；所述或逻辑单元的输入端分别连接所述第一延迟单元及所述第二延迟单元，输出所述控制信号；其中，所述第一预设值小于所述第二预设值。

3.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述比较单元包括第一比较器、第二比较器及触发器，所述第一比较器的输入端分别连接所述电流检测信号及所述第一预设值，所述第一比较器的输出端连接所述触发器的复位端；所述第二比较器的输入端分别连接所述电流检测信号及所述第二预设值，所述第二比较器的输出端连接所述触发器的时钟端；所述触发器的数据端连接高电平信号。

4.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述第一延迟时间设定单元包括第一设置电阻，所述第一设置电阻的一端连接所述第一延迟单元，另一端接地。

5.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述第二延迟时间设定单元包括跨导运算放大器、补偿电路及第一电容；所述跨导运算放大器的输入端分别连接所述电流检测信号及第三预设值，输出端连接所述补偿电路；所述第一电容的一端连接所述补偿电路，另一端接地；所述补偿电路的输出端连接所述第二延迟单元。

6.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述参考信号产生模块包括第一电流源、第二电流源、电流源设置单元、第二电容、参考电压产生单元及加法器；所述第一电流源的一端连接第一参考电压，另一端经由所述第二电流源接地，所述第一电流源的使能端连接所述控制信号，所述第二电流源的使能端连接所述控制信号的反信号；所述电流源设置单元连接所述第一电流源及所述第二电流源的控制端，控制流经所述第一电流源及所述第二电流源的电流大小；所述第二电容的一端连接所述第一电流源与所述第二电流源的连接节点，另一端接地；所述参考电压产生单元产生第二参考电压，所述第二参考电压限制流经所述LED模块的最小电流；所述加法器的输入端分别连接所述第一电流源与所述第二电流源的连接节点及所述第二参考电压，将所述第二电容上的电压与所述第二参考电压求和得到所述参考信号。

7.根据权利要求6所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述参考信号产生模块还包括电流变化速度设定单元，所述电流变化速度设定单元包括第二设置电阻，所述第二设置电阻的一端连接所述电流源设置单元，另一端接地。

8.根据权利要求6所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述参考信号产生模块还包括最小电流设定单元，所述最小电流设定单元包括第三设置电阻，所述第三设置电阻的一端连接所述参考电压产生单元，另一端接地。

9.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述线性LED驱动系统还包括第三电容及第一电阻，所述第三电容及所述第一电阻分别并联于所述LED模块的两端，所述第三电容为所述线性LED驱动系统中各模块供电。

10.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述线性LED驱动系统还包括泄流模块，所述泄流模块的一端连接于所述LED模块的正极，另一端连接所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，当所述LED模块未导通时，所述输入电压产生的电流从所述泄流模块泄放。

11.根据权利要求10所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述泄流模块包括二极管、第二功率开关管、运算放大器及第二电阻，所述二极管的正极连接所述输入电压，负极连接所述LED模块的正极；所述第二功率开关管的一端连接所述二极管的正极，另一端经由所述第二电阻连接所述第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点；所述运算放大器的输入端分别连接所述第二功率开关管与所述第二电阻的连接节点以及与流经所述LED模块的最小电流对应的参考电压，输出端连接所述第二功率开关管的控制端。

12.根据权利要求10或11所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述线性LED驱动系统还包括相角检测模块，所述相角检测模块连接所述二极管的正极，用于检测调光相位角，并基于所述调光相位角调整流经所述LED模块的峰值电流及平均电流，并在检测到所述调光相位角后控制所述泄流模块工作。

13.一种线性LED驱动方法，其特征在于，所述线性LED驱动方法至少包括：

获取电流检测信号，基于所述电流检测信号的数值及所述电流检测信号大于设定值的时间产生相应的参考信号并调整流经所述LED模块的电流；

当输入电压小于所述LED模块的导通电压时，所述参考信号保持在第一电平，没有电流流过所述LED模块；当所述输入电压大于所述LED模块的导通电压且未达到峰值电压时，所述参考信号由第一电平逐渐降低至第二电平，并在所述输入电压回落至所述LED模块的导通电压前所述参考信号重新上升且不大于第一电平；流过所述LED模块的电流基于所述参考信号的电平变化从最大电流逐渐减小至最小电流后再上升，直至所述LED模块不导通。

14.根据权利要求13所述的线性LED驱动方法，其特征在于：当所述LED模块未导通时，所述输入电压产生的电流被泄放。

15.根据权利要求14所述的线性LED驱动方法，其特征在于：检测调光相位角，基于所述调光相位角调整流经所述LED模块的峰值电流及平均电流，并在检测到所述调光相位角后控制电流泄放。

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