CN112839407A - 线性led驱动系统及驱动方法 - Google Patents

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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，当输入电压小于预设电压时参考信号保持在第一电平，大于预设电压时由第一电平逐渐降低至第二电平，并在输入电压回落至预设电压时重新上升且不大于第一电平；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：
Figure BDA0002264668890000011
其中，VLED为LED导通电压，VIN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VIN，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VIN超过LED正向压降VLED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，VIN-VLED就是恒流控制管上的电压；输入电压VIN越高，系统的效率Eff就越低。
现有技术中通过检测输入电压VIN来控制输出电流ILED，当输入电压VIN过高时相应降低输出电流ILED，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VIN有尖峰干扰或者不稳定，就会影响到输出电流ILED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所述LED模块的输出端，获取第一检测信号，基于所述第一检测信号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预设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预设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预设电压时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第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，将所述参考信号与第二检测信号进行比较，输出端连接所述第一功率开关管的控制端，进而调整流经所述LED模块的电流，以使得所述第二检测信号等于所述参考信号；
其中，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压。
可选地，所述参考信号产生模块包括采样单元、设定电压产生单元及比较单元；所述采样单元连接所述LED模块的输出端，对所述LED模块的负极电压进行采样，得到采样电压；所述设定电压产生单元输出设定电压；所述比较单元的输入端分别连接所述采样单元及所述设定电压产生单元的输出端，将所述采样电压与所述设定电压进行比较，得到所述控制信号，以控制所述参考信号的电平升降。
更可选地，所述设定电压产生单元包括设定电压产生电路及第一设置电阻；所述第一设置电阻的一端连接所述设定电压产生电路，另一端接地；所述设定电压产生电路基于所述第一设置电阻输出对应的设定电压。
更可选地，所述设定电压产生单元包括第一跨导运算放大器、第一补偿电路及第一电容；所述第一跨导运算放大器的输入端分别连接所述第二检测信号及第一预设值，输出端连接所述第一补偿电路；所述第一电容的一端连接所述第一补偿电路，另一端接地；所述第一补偿电路的输出端输出所述设定电压。
更可选地，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、第二参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，所述第一电流源及所述第二电流源的使能端分别连接所述控制信号及其反信号；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，所述第一参考电压基于第一参考电压产生单元产生，所述第一参考电压产生单元包括第二跨导运算放大器、第二补偿电路及第三电容；所述第二跨导运算放大器的输入端分别连接所述第二检测信号及第二预设值，输出端连接所述第二补偿电路；所述第三电容的一端连接所述第二补偿电路，另一端接地；所述第二补偿电路输出所述第一参考电压。
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驱动系统还包括第四电容及第一电阻，所述第四电容及所述第一电阻分别并联于所述LED模块的两端，所述第四电容为所述线性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：
检测LED模块的负极电压，基于所述LED模块的负极电压产生相应的参考信号并调整流经所述LED模块的电流；
当输入电压小于预设电压时，所述参考信号保持在第一电平；当所述输入电压大于所述预设电压时，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预设电压时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；
其中，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压。
可选地，将电流检测信号与预设值进行比较，通过所述电流检测信号大于所述预设值的时间长短判定所述输入电压的峰值，基于所述输入电压的峰值通过环路调节所述预设电压的值或所述第一电平的值。
可选地，所述预设电压或所述第一电平的值为固定值。
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上升至预设电压时降低LED电流直至最低值并在输入电压回落至预设电压时升高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值，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通过电流检测信号调整LED电流上升、下降的节点，进而获得恒定可控的输出电流。
4、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进行调整，使得系统性能得到优化。
5、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。
6、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驱动系统的再一种结构示意图。
图7显示为本发明的线性LED驱动方法的一种原理示意图。
图8显示为本发明的线性LED驱动方法的另一种原理示意图。
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 采样单元
222 设定电压产生单元
222a 设定电压产生电路
222b 第一补偿电路
223 比较单元
23 参考信号产生模块
231 电流源设置单元
232 第二参考电压产生单元
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 第一参考电压产生单元
241 第二补偿电路
25 运算放大模块
26 整流模块
27 工作电压产生模块
28 泄流模块
29 相角检测模块
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8。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25。
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26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LED模块的输出端，获取第一检测信号Vcs1，基于所述第一检测信号Vcs1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包括采样单元221、设定电压产生单元222及比较单元223。所述采样单元221连接所述LED模块的输出端，对所述LED模块的负极电压进行采样，得到采样电压。所述设定电压产生单元222输出设定电压Vset。所述比较单元223的输入端分别连接所述采样单元221及所述设定电压产生单元222的输出端，将所述采样电压与所述设定电压Vset进行比较，得到所述控制信号Ctl_ref，以控制所述参考信号的电平升降。
更具体地，所述采样单元221包括第三电阻R3及第四电阻R4，所述第三电阻R3及所述第四电阻R4串联后连接于所述LED模块的负极与地之间，通过分压获得所述LED模块负极电压的采样电压。在实际使用中，任意可对所述LED模块的负极电压进行采样的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。
更具体地，作为本发明的一种实现方式，所述设定电压产生单元222包括设定电压产生电路222a及第一设置电阻Rset1。所述第一设置电阻Rset1的一端连接所述设定电压产生电路222a，另一端接地。所述设定电压产生电路222a基于所述第一设置电阻Rset1输出对应的设定电压Vset。在本实施例中，所述设定电压可通过外部电阻(第一设置电阻Rset1)进行调整，电阻值不同所述设定电压的值也不相同；在实际使用中，可在电路内部固定设置所述设定电压Vset的值，在此不一一赘述。
更具体地，在本实施例中，所述比较单元223采用比较器实现。所述比较单元223的正相输入端连接所述采样电压，反相输入端连接所述设定电压Vset，当所述采样电压小于所述设定电压Vset时所述比较单元223输出低电平，当所述采样电压大于所述设定电压Vset时所述比较单元223输出高电平。
需要说明的是，所述比较单元223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。
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小于预设电压时所述参考信号Vref保持在第一电平，当所述输入电压Vin_ac大于所述预设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回落至所述预设电压时所述参考信号重新上升且不大于第一电平。
需要说明的是，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压VLED，所述预设电压等于VLED+Vout，其中，Vout为所述采样电压等于所述设定电压Vset值时所述LED模块的负极电压值，所述预设电压的值可根据需要通过调整所述设定电压Vset进行设置。
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、第二参考电压产生单元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的反信号(通过反相器not获得)，所述第二电流源I2的使能端连接所述控制信号Ctl_ref；在本实施例中，当所述控制信号Ctl_ref为低电平时，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为高电平时，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。
需要说明的是，所述第一电流源I1及所述第二电流源I2的使能端连接信号的极性可互换，通过增加反相器即可实现，不以本实施例为限。
具体地，作为本发明的一种实现方式，所述第一参考电压RefH基于第一参考电压产生单元24产生。所述第一参考电压产生单元24包括第二跨导运算放大器OP2、第二补偿电路241及第三电容C3。所述第二跨导运算放大器OP2的输入端分别连接第二检测信号Vcs2(所述第一功率开关管Q1与所述电流检测模块21的连接节点输出的信号)及第二预设值Ref2，输出端连接所述第二补偿电路241；在本实施例中，所述第二跨导运算放大器OP2的正相输入端连接所述第二预设值Ref2，反相输入端连接所述第二检测信号Vcs2。所述第三电容C3的一端连接所述第二补偿电路241，另一端接地。所述第二补偿电路241输出所述第一参考电压RefH。
需要说明的是，所述第一参考电压RefH可在电路内部固定设置，不以本实施例为限。
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，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25的输入端分别连接所述参考信号Vref及所述第二检测信号Vcs2，输出端连接所述第一功率开关管Q1的控制端，进而调整流经所述LED模块的电流，以使得所述第二检测信号Vcs2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25的正相输入端连接所述参考信号Vref，反相输入端连接所述第二检测信号Vcs2，通过环路调整使得所述第二检测信号Vcs2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还包括第四电容C4及第一电阻R1，所述第四电容C4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27，通过所述第四电容C4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、第三电容C3、第一设置电阻Rset1、第二设置电阻Rset2、第三设置电阻Rset3、第四电容C4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。所述第三电容C3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驱动系统中的设定电压Vset通过电流检测信号(即第二检测信号Vcs2)调整，且所述第一参考电压RefH为固定值。
如图4所示，所述参考信号控制模块22包括采样单元221、设定电压产生单元222及比较单元223。
具体地，作为本发明的一种实现方式，所述设定电压产生单元222包括第一跨导运算放大器OP1、第一补偿电路222b及第一电容C1。所述第一跨导运算放大器OP1的输入端分别连接所述第二检测信号Vcs2及第一预设值Ref1，输出端连接所述第一补偿电路222b；在本实施例中，所述第一跨导运算放大器OP1的正相输入端连接所述第一预设值Ref1，反相输入端连接所述第二检测信号Vcs2。所述第一电容C1的一端连接所述第一补偿电路222b，另一端接地。所述第一补偿电路222b的输出端输出所述设定电压Vset。
需要说明的是，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。
其它结构及与原理与实施例一相同，在此不一一赘述。
实施例三
如图5所示，本实施例提供一种线性LED驱动系统，与实施例一的不同之处在于，所述线性LED驱动系统还包括泄流模块28。
具体地，所述泄流模块28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28泄放。在本实施例中，所述泄流模块28包括二极管D1、第二功率开关管Q2、运算放大器OP3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OP3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OP3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。
需要说明的是，所述泄流模块28也适用于实施例二所述的线性LED驱动系统，在此不一一赘述。
实施例四
如图6所示，本实施例提供一种线性LED驱动系统，与实施例三的不同之处在于，所述线性LED驱动系统还包括相角检测模块29。
具体地，所述相角检测模块29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29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二预设值Ref2，所述调光相位角的切相角度越大，所述第二预设值Ref2越小。同时，所述相角检测模块29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。
需要说明的是，所述泄流模块28也适用于实施例二所述的线性LED驱动系统，如图4所示，此时，所述相角检测模块29基于所述调光相位角调整所述第一预设值Ref1，所述调光相位角的切相角度越大，所述第一预设值Ref1越小。
实施例五
如图7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：
检测LED模块的负极电压，基于所述LED模块的负极电压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小于预设电压时，所述参考信号Vref保持在第一电平；当所述输入电压Vin_ac大于所述预设电压时，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回落至所述预设电压时所述参考信号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；
其中，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压。
具体地，如图3及图7所示，交流输入电压AC整流后通过工作电压产生模块27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模块两端的第四电容C4仍有残余电压能够给所述工作电压产生模块27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为第四电容C4的放电电阻。
具体地，如图3及图7所示，系统正常工作后，所述运算放大模块25控制所述第一功率开关管Q1打开，所述LED模块的负极产生第一检测信号Vcs1，在采样电阻Rcs上产生第二检测信号Vcs2(电流检测信号)，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，所述第一检测信号Vcs1为零，流过所述LED模块的电流为零，因此，所述第一检测信号Vcs1的采样电压小于所述设定电压Vset，所述比较单元223输出的控制信号Ctl_ref为低电平；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7中t0～t1、t4～t5、t11～t12时间段所示。
具体地，如图3及图7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且小于所述预设电压时，(所述预设电压等于VLED+Vout，其中，Vout为所述采样电压等于所述设定电压Vset值时所述LED模块的负极电压值)，所述LED模块开始有电流流过。此时，所述采样电压小于所述设定电压Vset，所述控制信号Ctl_ref为低电平，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7中t1～t2、t5～t6、t12～t13时间段所示。
具体地，如图3及图7所示，所述输入电压Vin_ac持续升高，当所述输入电压Vin_ac大于所述预设电压时，所述所述采样电压大于所述设定电压Vset，所述控制信号Ctl_ref为高电平，所述第一电流源I1关断，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第一恒流源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7中t6～t7、t13～t14时间段所示。
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上电压下降的斜率。在本实施例中，流经所述第一恒流源I1的电流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。流经所述第一恒流源I1的电流还可内部固定，在此不一一赘述。
具体地，如图3及图7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，以减小高输入电压时的导通损耗，提高系统效率，如图7中t7～t8、t14～t15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7所示，所述输入电压Vin_ac达到峰值后开始下降，当所述输入电压Vin_ac回落至所述设定电压(VLED+Vout)时，所述采样电压小于所述设定电压Vset，所述控制信号Ctl_ref为低电平，所述第一电流源I1导通，所述第二恒流源I2被关断，所述第一电流源I1为所述第二电容C2充电，所述第二电容C2上的电压VC2从零开始线性上升(上升的速度由流经所述第二恒流源I2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，线性上升，流经所述LED模块的电流ILED也随之线性上升，如图7中t8～t9、t15～t16时间段所示。
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上电压上升的斜率。在本实施例中，流经所述第二恒流源I2的电流通过外部电阻进行设置。流经所述第二恒流源I2的电流还可内部固定，在此不一一赘述。
具体地，如图3及图7所示，随着所述输入电压Vin_ac下降，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至零。所述采样电压小于所述设定电压Vset，所述控制信号Ctl_ref为低电平，所述第一电流源I1导通，所述第二恒流源I2被关断，所述第一电流源I1继续为所述第二电容C2充电，直至充电至所述第一参考电压RefH，一个工频周期结束，如图7中t9～t10，t16～t17时间段所示。
需要说明的是，在本实施例中，所述第一参考电压RefH基于所述第二检测信号Vcs2通过环路调节动态调整。具体地，将所述第二检测信号Vcs2与第二预设值Ref2进行比较，当所述第二检测信号Vcs2大于所述第二预设值Ref2时输出低电平，所述第二补偿电路241基于所述第三电容C3对所述第二跨导运算放大器OP2输出的信号进行积分，所述第二检测信号Vcs2大于所述第二预设值Ref2的时间越长，表示所述输入电压Vin_ac的峰值越大，所述第二补偿电路241输出的信号COMP的电平越高，进而控制所述第一参考电压RefH的值越大。在实际使用中，所述第一参考电压RefH可内部固定，在此不一一赘述。
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可由所述第二跨导运算放大器OP2、所述第二补偿电路241通过所述第三电容C3的积分作用保持恒定，实现恒流控制功能。
由图7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。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二预设值Ref2，所述调光相位角的切相角度越大，所述第二预设值Ref2越小，以使得所述第一参考电压RefH越小。
实施例六
如图8所示，本实施例提供一种线性LED驱动方法，与实施例五的不同之处在于，所述线性LED驱动方法基于实施例二的线性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。
具体地，本实施例中的所述第一参考电压RefH为内部固定值，因此，所述第二电容C2上的电压VC2的最大值固定，流经所述LED模块的电流ILED的峰值也固定。
具体地，本实施例中的所述设定电压Vset通过环路调节动态调整。具体地，将所述第二检测信号Vcs2与第一预设值Ref1进行比较，当所述第二检测信号Vcs2大于所述第一预设值Ref1时输出低电平，所述第一补偿电路222b基于所述第三电容C3对所述第一跨导运算放大器OP1输出的信号进行积分，所述第二检测信号Vcs2大于所述第一预设值Ref1的时间越长，表示所述输入电压Vin_ac的峰值越大，所述第一补偿电路222b输出的信号COMP的电平越低，进而控制所述设定电压Vset越小，即所述预设电压(VLED+Vout)越小，所述参考信号Vref下降的时间点越早、上升的时间点越晚，以减小高输入电压时的导通损耗，提高系统效率。
其他原理与实施例五相同，在此不一一赘述。
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所述LED模块的输出端，获取第一检测信号，基于所述第一检测信号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预设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预设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预设电压时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第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，将所述参考信号与第二检测信号进行比较，输出端连接所述第一功率开关管的控制端，进而调整流经所述LED模块的电流，以使得所述第二检测信号等于所述参考信号。检测LED模块的负极电压，基于所述LED模块的负极电压产生相应的参考信号并调整流经所述LED模块的电流；当输入电压小于预设电压时，所述参考信号保持在第一电平；当所述输入电压大于所述预设电压时，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预设电压时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。其中，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压。本发明的线性LED驱动系统及驱动方法中LED输出电流不再与输入电压相关，从而避免了输入电压尖峰干扰及不稳定造成的闪烁；LED电流下降斜率可由外部电阻设置调整，使系统性能得到优化；LED最小导通电流可以设置，能够配合Bleed模块做可控硅调光应用；控制结构简单，外围控制电路可以最简化。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所述LED模块的输出端，获取第一检测信号，基于所述第一检测信号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预设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预设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预设电压时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第一功率开关管及所述电流检测模块的连接节点，将所述参考信号与第二检测信号进行比较，输出端连接所述第一功率开关管的控制端，进而调整流经所述LED模块的电流，以使得所述第二检测信号等于所述参考信号；
其中，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压。
2.根据权利要求1所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述参考信号产生模块包括采样单元、设定电压产生单元及比较单元；所述采样单元连接所述LED模块的输出端，对所述LED模块的负极电压进行采样，得到采样电压；所述设定电压产生单元输出设定电压；所述比较单元的输入端分别连接所述采样单元及所述设定电压产生单元的输出端，将所述采样电压与所述设定电压进行比较，得到所述控制信号，以控制所述参考信号的电平升降。
3.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述设定电压产生单元包括设定电压产生电路及第一设置电阻；所述第一设置电阻的一端连接所述设定电压产生电路，另一端接地；所述设定电压产生电路基于所述第一设置电阻输出对应的设定电压。
4.根据权利要求2所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述设定电压产生单元包括第一跨导运算放大器、第一补偿电路及第一电容；所述第一跨导运算放大器的输入端分别连接所述第二检测信号及第一预设值，输出端连接所述第一补偿电路；所述第一电容的一端连接所述第一补偿电路，另一端接地；所述第一补偿电路的输出端输出所述设定电压。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的线性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、第二参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，所述第一电流源及所述第二电流源的使能端分别连接所述控制信号及其反信号；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。
6.根据权利要求5所述的线性LED驱动系统，其特征在于：所述第一参考电压基于第一参考电压产生单元产生，所述第一参考电压产生单元包括第二跨导运算放大器、第二补偿电路及第三电容；所述第二跨导运算放大器的输入端分别连接所述第二检测信号及第二预设值，输出端连接所述第二补偿电路；所述第三电容的一端连接所述第二补偿电路，另一端接地；所述第二补偿电路输出所述第一参考电压。
7.根据权利要求5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5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驱动系统还包括第四电容及第一电阻，所述第四电容及所述第一电阻分别并联于所述LED模块的两端，所述第四电容为所述线性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：
检测LED模块的负极电压，基于所述LED模块的负极电压产生相应的参考信号并调整流经所述LED模块的电流；
当输入电压小于预设电压时，所述参考信号保持在第一电平；当所述输入电压大于所述预设电压时，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预设电压时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；
其中，所述预设电压大于所述LED模块的导通电压。
14.根据权利要求13所述的线性LED驱动方法，其特征在于：将电流检测信号与预设值进行比较，通过所述电流检测信号大于所述预设值的时间长短判定所述输入电压的峰值，基于所述输入电压的峰值通过环路调节所述预设电压的值或所述第一电平的值。
15.根据权利要求13所述的线性LED驱动方法，其特征在于：所述预设电压或所述第一电平的值为固定值。
16.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。
17.根据权利要求16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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