CN112804786A - Led驱动电路及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LED驱动电路及其控制电路，控制电路包括电流检测电路、误差放大器、补偿电路、参考信号生成电路、驱动信号生成电路以及充放电单元，充放电单元在闪光模式下和正常模式下向补偿电路提供额外的充电信号和放电信号，增大补偿电容的充放电电流，减小补偿电容的充放电时间，同时调整振荡器的输出频率，在提高芯片的闪光响应速度的同时保证整个系统的带宽不发生变化，保持系统的稳定性。

Description

LED驱动电路及其控制电路

技术领域

本发明涉及LED驱动技术领域，更具体地，涉及一种LED驱动电路及其控制电路。

背景技术

随着技术的发展，对手机等电子产品的集成度和多样化的需求越来越高。例如现在越来越多的用户倾向于使用手机的前置摄像头进行自拍，通常前置摄像头不配备有补光功能，因此在黑暗环境中拍摄时，会出现曝光不足导致照片不清晰的现象。为了提高在黑暗环境下的自拍效果，一种方案是在手机屏幕上端设置前置闪光灯，但是在手机屏幕上设置前置闪光灯，一方面会增加闪光灯和相应的外围元器件，提高手机成本；另一方面会降低手机的屏占比。另一种方案是使用屏幕进行补光，通过屏幕上的背光模组和背光驱动芯片实现瞬时的高亮度显示以便提供足够的自拍补光亮度。

现有的屏幕补光技术的不足之处在于：为了提高整个背光显示系统的稳定性，现有的背光驱动芯片的带宽通常都比较低，导致在屏幕补光时驱动芯片的响应受到系统带宽的影响，补光响应速度比较慢。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种LED驱动电路及其控制电路，在保证系统稳定性的同时可提高电路的补光响应速度。

根据本发明的一方面，提供了一种LED驱动电路的控制电路，所述LED驱动电路包括彼此连接的功率开关管和电感，所述控制电路提供驱动信号控制所述功率开关管的导通和关断，使得所述电感充电和放电，从而向负载提供输出电流，所述控制电路包括：电流检测电路，用于检测流经所述功率开关管的电流以获得电流采样信号；误差放大器，用于根据所述LED驱动电路的反馈信号和参考信号之间的电压差生成误差信号；补偿电路，用于根据所述误差信号生成节点电压信号；参考信号生成电路，根据模式信号调节所述参考信号的电压值；驱动信号生成电路，用于根据所述节点电压信号和所述电流采样信号产生驱动信号，所述驱动信号用于控制所述功率开关管的导通和关断，其中，所述控制电路还包括：充放电单元，用于根据所述模式信号向所述补偿电路提供充电/放电信号。

优选地，所述充放电单元包括：第一脉冲生成模块，用于在检测到所述模式信号的上升沿时生成第一脉冲信号；充电模块，用于根据所述第一脉冲信号向所述补偿电路提供充电信号；第二脉冲生成模块，用于在检测到所述模块信号的下降沿时生成第二脉冲信号；以及放电模块，用于根据所述第二脉冲信号向所述补偿电路提供放电信号。

优选地，所述充电模块包括串联连接于电源电压和所述误差放大器输出端之间的第一电流源和第一开关管，其中，所述第一开关管的控制端用于接收所述第一脉冲信号。

优选地，所述放电模块包括串联连接于所述误差放大器输出端与地之间的第二电流源和第二开关管，其中，所述第二开关管的控制端用于接收所述第二脉冲信号。

优选地，所述控制电路还包括：振荡器，用于生成振荡信号；以及斜坡发生器，用于根据所述振荡信号生成斜坡补偿信号，并根据所述斜坡补偿信号对所述电流采样信号进行补偿，其中，所述振荡器被配置为根据所述模式信号的电平状态调节所述振荡信号。

优选地，当所述模式信号为低电平时，所述振荡器输出第一振荡信号，以及当所述模式信号为高电平时，所述振荡器输出第二振荡信号，其中，所述第二振荡信号的频率为所述第一振荡信号的频率的N倍，N为大于1的整数。

优选地，所述振荡器包括：电流生成模块，根据所述模式信号输出相应的充电电流；振荡电容，第一端与所述电流生成模块相连，第二端接地，用于根据所述充电电流得到斜坡电压；比较器，用于将所述斜坡电压与一基准电压进行比较，以输出比较信号；单脉冲模块，用于根据所述比较信号输出所述振荡信号；以及第三开关管，第一端与所述振荡电容的第一端连接，第二端接地，控制端与所述单脉冲模块的输出端连接，其中，所述电流生成模块用于根据所述模式信号的电平状态输出不同的充电电流，以调节所述振荡信号的频率。

优选地，所述电流生成模块包括第三电流源、第四电流源以及第四开关管，所述第三电流源和所述第四开关管用于提供电源电压至所述振荡电容的第一电流路径，所述第四电流源用于提供所述电源电压至所述振荡电容的第二电流路径，其中，当所述模式信号为低电平时，所述第四开关管关断，以及当所述模式信号为高电平时，所述第四开关管导通。

优选地，所述第三电流源用于产生第一充电电流，所述第四电流源用于产生第二充电电流，其中，所述第一充电电流为所述第二充电电流的(N-1)倍，N为大于1的整数。

根据本发明的另一方面，提供了一种LED驱动电路，包括上述的控制电路。

本发明实施例的LED驱动电路及其控制电路具有以下有益效果。

控制电路还包括充放电单元，充放电单元在闪光模式下和正常模式下向补偿电路提供额外的充电信号和放电信号，增大补偿电容的充放电电流，减小补偿电容的充放电时间，从而提高电路对闪光模式的响应速度。

进一步的，充放电单元提供的充放电信号不受系统带宽的影响，因此本发明实施例控制电路对闪光模式响应时间也不受系统带宽的限制，可有效提高控制电路对闪光模式的响应速度。此外由于整个闪光时间非常短暂，因此该改进对控制电路的稳定性不会造成影响。

在进一步的实施例中，本发明实施例的控制电路中的振荡器还被配置为在闪光模式下增大输出的振荡信号的频率，在进一步提高芯片的闪光响应速度的同时保证整个系统的带宽不发生变化，保持系统的稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图；

图2示出图1中的充放电单元的结构示意图；

图3示出根据本发明实施例的充放电单元的输出示意图；

图4示出图1中的振荡器的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在本申请中，功率开关管是工作开关模式以提供电流路径的晶体管，包括选自金属氧化物半导体场效应管、绝缘栅双极晶体管和双极晶体管中的一种。功率开关管的第一端和第二端分别是电流路径上的高电位端和低电位端，控制端用于接收驱动信号以控制开关管的导通和关断。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出根据本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图。该LED驱动电路100包括主电路和控制电路110。主电路包括输入电容Cin、电感L1、功率开关管Mn、续流二极管D1、采样电阻Rcs以及输出电容Cout。控制电路110用于控制主电路中的功率开关管Mn的导通和关断，使得电感L1充电和放电，从而向负载提供输出电流。控制电路110例如封装成芯片IC1。在该实施例中，主电路中的功率开关管Mn也封装在芯片IC1中。

在主电路中，输入电容Cin的第一端用于接收直流输入电压Vbat，输入电容Cin用于对直流输入电压Vbat进行滤波，以获得平滑的直流电压。输入电容Cin的第二端接地。

进一步的，电感L1、功率开关管Mn和采样电阻Rcs依次串联在输入电容Cin第一端和地之间。在该实施例中，功率开关管Mn为N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。

进一步的，续流二极管D1的阴极连接于电感L1和功率开关管Mn的漏极之间，续流二极管D1的阳极连接至输出电容Cout的第一端，输出电容Cout的第二端接地。输出电容Cout用于向负载提供直流输出电压Vout。

进一步的，本实施例的负载例如为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯，所述LED灯的阴极连接至输出电容Cout的第一端，LED灯的阳极通过反馈电阻Rfb接地。更进一步的，本实施例的负载为WLED(White LED，白色发光二极管)灯。

进一步的，在本申请中的术语“LED灯”例如是多个LED串联连接形成的LED灯串。如果多个LED形成LED灯串，则在LED灯串中前一个LED的阴极连接至下一个LED的阳极。LED灯的阳极指LED灯串中第一个LED灯的阳极，LED灯的阴极指LED灯串中最后一个LED灯的阴极。

控制电路110包括驱动信号生成电路111、电流检测电路112、误差放大器113、充放电单元114、补偿电路115以及参考信号生成电路116。

电流检测电路112例如通过误差放大器实现，误差放大器的同相输入端连接至功率开关管Mn和采样电阻Rcs的中间节点，反相输入端连接至采样电阻Rcs的另一端，从而获得与流经功率开关管Mn的电感电流相对应的电流检测信号Isen。

误差放大器113的反相输入端连接至LED灯与反馈电阻Rfb的中间节点，从而获得与流经LED灯的输出电流相对应的反馈信号FB。误差放大器113的正相输入端连接至参考信号生成电路116以接收参考信号Vref。误差放大器113根据反馈信号FB和参考信号Vref之间的电压差获得二者之间的误差信号。

补偿电路115用于根据所述误差信号生成节点电压信号Vc。进一步的，补偿电路115包括串联连接于误差放大器113的输出端与地之间的补偿电阻Rc和补偿电容Cc。误差放大器113用于根据得到的误差信号向补偿电容Cc提供充电或者放电电流，假设误差放大器113的跨导为GM，则在充放电过程中，充放电电流为：

Ie＝GM×(Vref-Vfb)

在本实施例中，当模式信号Strobe为高电平时，控制电路110需要进入闪光模式，使得流过LED灯的电流为正常工作时的N倍(其中，N为大于1的整数)，当模式信号Strobe为低电平时，控制电路110需要退出闪光模式，使得流过LED灯的电流为正常工作时的电流。

进一步的，误差放大器113得到的误差信号表征了流过LED灯的电流值的大小，因此控制电路110工作在闪光模式时误差放大器113输出的误差信号Ve应该为控制电路110工作在正常模式时误差放大器113输出的误差信号Ve的N倍。

由上式可以看出补偿电容Cc的充放电时间与误差放大器113的跨导GM有关，而为了保证系统的稳定性，控制电路110中误差放大器113的跨导GM一般都比较小，这导致补偿电容的充放电时间比较长，降低了电路对闪光模式的响应速度。

为了解决上述可知电路对闪光模式的响应速度慢的问题，本发明实施例的控制电路还包括充放电单元114，充放电单元114用于根据模式信号Strobe向补偿电路115提供充电/放电信号。进一步的，充放电单元114在模式信号为高电平时向补偿电路115提供充电信号，增加了误差放大器对补偿电容充电时的充电电流，减小补偿电容的充电时间；充放电单元114还在模式信号为低电平时向补偿电路115提供放电信号，增加了补偿电容的放电电流，减小补偿电容的放电时间。

图2示出图1中充放电单元的电路示意图。作为一个非限制性的例子，充放电单元114包括第一脉冲生成模块1141、充电模块1142、第二脉冲生成模块1143、以及放电模块1144。第一脉冲生成模块1141用于在检测到模式信号Strobe时生成第一脉冲信号pulse1(例如为50ns)，充电模块1142根据所述第一脉冲信号pulse1向所述补偿电路115提供充电信号。第二脉冲生成模块1143用于在检测到模式信号Strobe的下降沿时生成第二脉冲信号pulse2(例如为50ns)，放电模块1144根据所述第二脉冲信号pulse2向补偿电路115提供放电信号。

进一步的，充电模块1142包括串联连接在电源电压VDD和误差放大器113的输出端之间的电流源I1和开关管M1，开关管M1的控制端用于接收第一脉冲信号pulse1。其中，开关管M1例如为PMOS管(Positive channel Metal Oxide Semiconductor，P型金属氧化物半导体管)，当检测到模式信号的上升沿时，第一脉冲生成模块1141生成第一脉冲信号pulse1，开关管M1导通，电源电压VDD经电流源I1对补偿电路115进行充电，节点电压信号Vc的电压升高。

放电模块1144包括串联连接在误差放大器113的输出端和地之间的电流源I2和开关管M2，开关管M2的控制端用于接收第二脉冲信号pulse2。其中，开关管M2例如为NMOS管(Negative channel Metal Oxide Semiconductor，N型金属氧化物半导体管)，当检测到模式信号的下降沿时，第二脉冲生成模块1143生成第二脉冲信号pulse2，开关管M2导通，补偿网络115经电流源I2对地放电，节点电压信号Vc的电压下降。

图3示出根据本发明实施例的充放电单元的输出示意图。在图3中，模式信号Strobe为具有高低电平的方波信号，第一脉冲信号pulse1为负脉冲信号，脉冲宽度例如为50ns，第二脉冲信号pulse2为正脉冲信号，脉冲宽度例如为50ns。Vc1表示本发明实施例的节点电压信号的波形图，Vc2表示现有技术的节点电压信号的波形图。T11表示闪光模式下本发明实施例的节点电压信号Vc1被升高到预设电压的时间，T12表示正常模式下本发明实施例的节点电压信号Vc1从预设电压减小到正常电压的时间。T21表示闪光模式下现有技术的节点电压信号Vc2被升高到预设电压的时间，T22表示正常模式下现有技术的节点电压信号Vc2从预设电压减小到正常电压的时间。如图3所示，经过本发明实施例中的节点电压信号的充电时间T11和放电时间T12都小于现有技术的节点电压信号的充电时间T21和放电时间T22。

综上，本实施例的控制电路通过电流源对补偿电路提供充电/放电信号，等效增大了补偿电容Cc的充放电电流，减小补偿电容的充放电时间，提高了电路对闪光模式的响应速度。并且由于整个充放电时间非常短暂，因此不会影响整个系统的稳定性。

继续参考图1，驱动信号生成电路111用于根据所述电流检测信号Isen和节点电压信号Vc生成驱动信号，所述驱动信号用于控制所述功率开关管Mn的导通和关断。其中，驱动信号生成电路111包括：PWM比较器1102和驱动器1101。PWM比较器1102用于根据所述电流采样信号Isen和所述节点电压信号Vc生成具有一定占空比的PWM信号。驱动器1101用于根据所述PWM信号生成所述驱动信号。

参考信号生成电路116用于根据亮度控制信号Ctrl和模式信号Strobe生成所述参考信号Vref。参考信号生成电路116包括PWM延时控制模块1103、模式控制模块1104以及关断模块1105。PWM延时控制模块1103用于根据所述亮度控制信号Ctrl生成PWM控制信号。模式控制模块1104用于根据所述PWM控制信号和所述模式信号Strobe生成所述参考信号Vref。进一步的，所述模式控制模块1104为1x/nx模式选择器，当模式信号Strobe处于低电平时，所述模式控制器1104输出参考信号Vref，控制电路110工作在正常模式下；当所述模式信号Strobe处于高电平时，所述模式控制器1104输出N倍的参考信号Vref，控制电路110工作在闪光模式下。关断模块1105用于在亮度控制信号Ctrl维持于低电平状态达到预设时间时提供关断信号。

进一步的，控制电路110还包括振荡器117和斜坡发生器118，振荡器117用于生成振荡信号OSC，斜坡发生器118用于根据所述振荡信号OSC生成斜坡补偿信号，并根据所述斜坡补偿信号对所述电流采样信号Isen进行补偿。

在进一步的实施例中，振荡器117还被配置为根据模式信号Strobe的电平状态调节输出的振荡信号OSC，例如当模式信号Strobe为低电平时，振荡器117输出第一振荡信号，当模式信号为高电平时，振荡器117输出第二振荡信号，第二振荡信号的频率为第一振荡信号的频率的N倍，N为大于1的整数。

在进一步的实施例中，振荡器117在闪光模式下增大输出的振荡信号的频率，从而进一步提高电路对闪光模式的响应速度。

图4示出图1中振荡器的电路示意图。如图4所示，振荡器117包括电流生成模块1171、振荡电容C1、比较器1172、单脉冲模块1173以及开关管M3。电流生成模块1171用于根据模式信号Strobe输出相应的充电电流。振荡电容C1的第一端与电流生成模块1171相连，第二端接地，振荡电容C1用于根据接收到的充电电流得到斜坡电压。比较器1172的正相输入端与振荡电容C1的第一端连接以接收所述斜坡电压，反相输入端用于接收一基准电压REF。比较器1172用于将斜坡电压与基准电压REF进行比较，以输出比较信号。单脉冲模块1173根据所述比较信号得到振荡信号OSC。开关管M3的第一端与振荡电容C1的第一端连接，第二端接地，开关管M3的控制端与单脉冲模块1173的输出端连接以接收振荡信号OSC。开关管M3例如为NMOS管，当振荡信号OSC为高电平时，开关管M3导通，提供振荡电容C1的上极板至地的放电路径。此外，电流生成模块1171用于响应模式信号Strobe中的高电平，来增大输出至振荡电容C1的充电电流，以增大振荡信号OSC的频率。

进一步的，电流生成模块1171包括电流源I3和I4以及开关管M4。电流源I3和开关管M4串联连接于电源电压VDD与振荡电容C1的第一端之间，用于提供电源电压VDD至振荡电容C1的第一电流路径。电流源I4连接在电源电压VDD与振荡电容C1的第一端之间，用于提供电源电压VDD至振荡电容C1的第二电流路径。

在本实施例中，电流源I3用于提供第一充电电流，电流源I4用于提供第二充电电流，其中，第一充电电流是第二充电电流的(N-1)倍(其中，N为大于1的整数)。当开关管M4关断时，由电流源I4向振荡电容C1提供充电电流；当开关管M4导通时，由电流源I3和电流源I4同时向振荡电容C1提供充电电流，从而增大振荡电容的充电电流。又因为振荡信号OSC的频率与振荡电容C1的充电电流成正比，因此闪光模式下振荡信号OSC的频率为正常模式下振荡信号OSC的频率的N倍。

进一步的，在一种实施例中，开关管M4例如选自PMOS管(如图2中所示的结构)，开关管M4的控制端还连接一反相器以接收模式信号Strobe的反相信号。当模式信号Strobe为低电平时，开关管M4关断；当模式信号Strobe为高电平时，开关管M4导通。在本发明其他实施例中，开关管M4也可选自NMOS管，开关管M4的控制端用于接收模式信号Strobe，当模式信号Strobe为低电平时，开关管M4关断；当模式信号Strobe为高电平时，开关管M4导通。

综上所述，本发明实施例的LED驱动电路及其控制电路还包括充放电单元，充放电单元在闪光模式下和正常模式下向补偿电路提供额外的充电信号和放电信号，增大补偿电容的充放电电流，减小补偿电容的充放电时间，从而提高电路对闪光模式的响应速度。

进一步的，充放电单元提供的充放电信号不受系统带宽的影响，因此本发明实施例控制电路对闪光模式响应时间也不受系统带宽的限制，可有效提高控制电路对闪光模式的响应速度。此外由于整个闪光时间非常短暂，因此该改进对控制电路的稳定性不会造成影响。

在进一步的实施例中，本发明实施例的控制电路中的振荡器还被配置为在闪光模式下增大输出的振荡信号的频率，在提高芯片的闪光响应速度的同时保证整个系统的带宽不发生变化，保持系统的稳定性。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种LED驱动电路的控制电路，所述LED驱动电路包括彼此连接的功率开关管和电感，所述控制电路提供驱动信号控制所述功率开关管的导通和关断，使得所述电感充电和放电，从而向负载提供输出电流，所述控制电路包括：

电流检测电路，用于检测流经所述功率开关管的电流以获得电流采样信号；

误差放大器，用于根据所述LED驱动电路的反馈信号和参考信号之间的电压差生成误差信号；

补偿电路，用于根据所述误差信号生成节点电压信号；

参考信号生成电路，根据模式信号调节所述参考信号的电压值；

驱动信号生成电路，用于根据所述节点电压信号和所述电流采样信号产生驱动信号，所述驱动信号用于控制所述功率开关管的导通和关断，

其中，所述控制电路还包括：

充放电单元，用于根据所述模式信号向所述补偿电路提供充电/放电信号。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述充放电单元包括：

第一脉冲生成模块，用于在检测到所述模式信号的上升沿时生成第一脉冲信号；

充电模块，用于根据所述第一脉冲信号向所述补偿电路提供充电信号；

第二脉冲生成模块，用于在检测到所述模块信号的下降沿时生成第二脉冲信号；以及

放电模块，用于根据所述第二脉冲信号向所述补偿电路提供放电信号。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述充电模块包括串联连接于电源电压和所述误差放大器输出端之间的第一电流源和第一开关管，

其中，所述第一开关管的控制端用于接收所述第一脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述放电模块包括串联连接于所述误差放大器输出端与地之间的第二电流源和第二开关管，

其中，所述第二开关管的控制端用于接收所述第二脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：

振荡器，用于生成振荡信号；以及

斜坡发生器，用于根据所述振荡信号生成斜坡补偿信号，并根据所述斜坡补偿信号对所述电流采样信号进行补偿，

其中，所述振荡器被配置为根据所述模式信号的电平状态调节所述振荡信号。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，当所述模式信号为低电平时，所述振荡器输出第一振荡信号，以及当所述模式信号为高电平时，所述振荡器输出第二振荡信号，

其中，所述第二振荡信号的频率为所述第一振荡信号的频率的N倍，N为大于1的整数。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述振荡器包括：

电流生成模块，根据所述模式信号输出相应的充电电流；

振荡电容，第一端与所述电流生成模块相连，第二端接地，用于根据所述充电电流得到斜坡电压；

比较器，用于将所述斜坡电压与一基准电压进行比较，以输出比较信号；

单脉冲模块，用于根据所述比较信号输出所述振荡信号；以及

第三开关管，第一端与所述振荡电容的第一端连接，第二端接地，控制端与所述单脉冲模块的输出端连接，

其中，所述电流生成模块用于根据所述模式信号的电平状态输出不同的充电电流，以调节所述振荡信号的频率。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述电流生成模块包括第三电流源、第四电流源以及第四开关管，

所述第三电流源和所述第四开关管用于提供电源电压至所述振荡电容的第一电流路径，

所述第四电流源用于提供所述电源电压至所述振荡电容的第二电流路径，

其中，当所述模式信号为低电平时，所述第四开关管关断，以及当所述模式信号为高电平时，所述第四开关管导通。

9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述第三电流源用于产生第一充电电流，所述第四电流源用于产生第二充电电流，

其中，所述第一充电电流为所述第二充电电流的(N-1)倍，N为大于1的整数。

10.一种LED驱动电路，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的控制电路。

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