CN114615772A - 一种降压led控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降压LED控制系统及其控制方法，降压LED控制系统包括：降压LED开关变换结构和开关控制结构，降压LED开关变换结构的输入电容C_IN的阳极、二极管D的阴极、输出电容C_OUT的阳极和LED的阳极同时连接电压V_IN的正极，输入电容C_IN的阴极、采样电阻Rcs的输出端和电压V_IN的负极同时接地，输出电容C_OUT和LED的阴极同时连接电感L的输入端，电感L的输出端同时连接二极管D的阳极和功率开关管N的漏极，功率开关管N的源极连接采样电阻Rcs的输入端；开关控制结构包括采样端CS和PWM比较器，采样端CS用于采取采样电阻Rcs的电压和电流；PWM比较器用于根据电压和电流的变化控制功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对LED进行调光操作。

Description

一种降压LED控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及LED控制技术领域，具体涉及一种降压LED控制系统及其控制方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的发光器件。LED主要通过电子与空穴复合释放能量发光，其亮度与流过LED的电流成正比。LED具有节能、环保、响应速度快以及寿命长等特点。随着开关电源技术的发展，中大尺寸LED背光应用在各种领域，所采用的负载电流也从当初的几十毫安到如今的几安培规格，传统的驱动电路已经不足以为不断发展的LED背光供电。因此，在大尺寸LED背光应用中，对于驱动电路也有了更高的要求。

然而，现有的驱动电路存在以下技术问题：

1.直接用电阻RCS来检测输出电流，虽然可以满足精度上的要求，但是在电阻上将会产生比较多的额外功耗。

2.功率MOS管需要高压管，并且驱动功率管的高电平信号需要有电荷泵模块以及高压驱动管部件，这样会使芯片面积大大增加，增大成本。若使用PMOS功率管，也会增大芯片面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降压LED控制系统及其控制方法，以能够减小芯片面积、减少生产成本的同时提高生产效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种降压LED控制系统，所述降压LED控制系统包括：降压LED开关变换结构和开关控制结构，所述降压LED开关变换结构包括电压源V_IN、输入电容C_IN、输出电容C_OUT、LED、电感L、二极管D、功率开关管N和采样电阻Rcs，所述输入电容C_IN的正极、所述二极管D的阴极、所述输出电容C_OUT的正极和所述LED的阳极同时连接所述电压V_IN的正极，所述输入电容C_IN的负极、所述采样电阻Rcs的输出端和所述电压V_IN的负极同时接地，所述输出电容C_OUT的负极和所述LED的阴极同时连接所述电感L的输入端，所述电感L的输出端同时连接所述二极管D的阳极和所述功率开关管N的漏极，所述功率开关管N的源极连接所述采样电阻Rcs的输入端；

所述开关控制结构包括采样端CS和PWM比较器，所述采样端CS作为所述开关控制结构的输入端，并且，所述采样端CS连接于所述功率开关管N的源极和所述采样电阻Rcs的输入端之间，以用于采集所述采样电阻Rcs的电压和电流；

所述PWM比较器的输出端作为所述开关控制结构的输出端，并且，所述PWM比较器的输出端通过逻辑处理模块连接所述功率开关管N的栅极，以用于根据所述电压和所述电流的变化控制所述功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对所述LED进行调光操作。

可选择地，所述开关控制结构还包括开关管N2、钳位电路CS-LV、电流检测模块Current sense、第一RC滤波电路RC1、误差放大器gmEA、VSIGMA模块、VRBUF模块、开关管N1、第二RC滤波电路RC2、模拟调光端口HPWM、第一传输门TG1、第二传输门TG2、第三传输门TG3和波纹放大器gmRIP，所述采样端CS连接所述开关管N2的漏极，所述开关管N2的源极和所述钳位电路CS-LV的输入端同时连接所述电流检测模块Current sense的输入端，所述钳位电路CS-LV的输出端接地，所述第二传输门TG2的输入端、所述第三传输门TG3的输入端和电阻R_s的输入端同时连接电流检测模块Current sense的第一输出端，所述电流检测模块Current sense的第二输出端依次通过两个第一RC滤波电路RC1后，同时连接所述误差放大器gmEA的反相输入端VCSFB和所述PWM比较器的反相输入端，所述第二传输门TG2的输出端连接所述波纹放大器gmRIP的同相输入端，所述第三传输门TG3的输出端连接所述波纹放大器gmRIP的反相输入端，所述波纹放大器gmRIP的输出端VRIPPLE连接所述VSIGMA模块的负极；模拟调光端口HPWM分别通过非门连接所述第一传输门TG1的控制端和开关管N1的栅极，所述第一传输门TG1的输入端连接基准电压VREF，所述第一传输门TG1的输出端连接所述开关管N1的漏极，并且同时通过两个第二RC滤波电路RC2连接至所述VRBUF模块的同相输入端，所述VRBUF模块的输出端与其反相输入端同时连接所述误差放大器gmEA的同相输入端，并且所述VRBUF模块的输出端和所述误差放大器gmEA的输出端同时连接所述VSIGMA模块的正极，所述VSIGMA模块的输出端连接所述PWM比较器的同相输入端。

可选择地，所述VRBUF模块包括MOS管MP1、MOS管MP2、MOS管MP3、MOS管MP4、MOS管MP5、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MN3、电阻R和电容C，所述MOS管MP2的栅极作为所述VRBUF模块的同相输入端IN，其漏极同时连接所述MOS管MN2的漏极、电阻R的一端和MOS管MN3的栅极，所述电阻R的另一端连接所述电容C的一端，所述电容C的另一端、所述MOS管MP1的栅极、MOS管MN3的漏极和所述MOS管MP5的漏极同时连接以作为所述VRBUF模块的输出端OUT1，所述MOS管MN3的源极同时连接所述MOS管MN1的源极和所述MOS管MN2的源极，所述MOS管MN2的栅极同时连接所述MOS管MP1的漏极、所述MOS管MN1的栅极和漏极，所述MOS管MP1的源极、所述MOS管MP2的源极同时连接所述MOS管MP4的漏极，所述MOS管MP4的源极同时连接所述MOS管MP3的源极和所述MOS管MP5的源极，所述MOS管MP5的栅极、所述MOS管MP3的漏极、所述MOS管MP3的栅极和所述MOS管MP4的栅极同时连接输出偏置电流I_bias1。

可选择地，所述误差放大器gmEA包括MOS管MP6、MOS管MP7、MOS管MP8、MOS管MP9、MOS管MN4、MOS管MN5、MOS管MN6、MOS管MN7、电阻R1、电阻R2、电压比较器OP1、电压比较器OP2、斩波器Chopper1、斩波器Chopper2和接地电容C_OUT1，所述斩波器Chopper1的同相输入端作为所述放大器gmEA的同相输入端V_ref-ea同时连接所述VRBUF模块的输出端及其反相输入端，所述斩波器Chopper1的反相输入端同时连接所述电阻R1的一端和MOS管MN4的源极，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端同时连接所述MOS管MN5的源极、所述MOS管MN6的源极和所述斩波器Chopper2的反相输入端，所述MOS管MN5的栅极同时连接所述MOS管MN6的栅极和所述斩波器Chopper2的输出端，所述斩波器Chopper2的同相输入端作为所述放大器gmEA的反相输入端V_FB，所述MOS管MN5的漏极、所述电压比较器OP2的同相输入端、所述MOS管MP8的漏极和所述接地电容C_OUT3同时连接以作为所述放大器gmEA的输出端Vcomp，所述MOS管MN6的漏极和所述电压比较器OP2的反相输入端同时连接所述MOS管MN7的源极，所述电压比较器OP2的输出端连接所述MOS管MN7的栅极，所述MOS管MN7的漏极同时连接所述MOS管MP9的栅极和漏极，所述MOS管MP9的源极接地，所述MOS管MP8的栅极连接所述电压比较器OP1的输出端，其源极同时连接所述MOS管MP7的漏极和所述电压比较器OP1的反相输入端，所述电压比较器OP1的同相输入端同时连接所述MOS管MP6的栅极、MOS管MP6的漏极、所述MOS管MP7的栅极和所述MOS管MN4的漏极，所述MOS管MP6的源极连接所述MOS管MP7的源极。

可选择地，所述电压比较器OP1和电压比较器OP2构造为相同结构。

可选择地，所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2包括：

MOS管MP10～MP16和MOS管MN8～MN16，所述MOS管MN8的栅极作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的同相输入端INP1，所述MOS管MN9的栅极作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的反相输入端INN1，所述MOS管MN8的源极和所述MOS管MN9的源极同时连接所述MOS管MN12的漏极，所述MOS管MN8的漏极同时连接所述MOS管MP12的漏极和所述MOS管MP14的源极，所述MOS管MN9的漏极同时连接所述MOS管MP13的漏极和所述MOS管MP15的源极，所述MOS管MP12的栅极同时连接所述MOS管MP13的栅极、所述MOS管MP11的源极、所述MOS管MP10的栅极和漏极，所述MOS管MP12的源极同时连接所述MOS管MP10的源极、所述MOS管MP13的源极、所述MOS管MP16的漏极和所述MOS管MP16的源极，所述MOS管MP16的栅极、所述MOS管MP15的漏极和所述MOS管MN16的漏极同时连接以作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的输出端OUT2，所述MOS管MP15的栅极同时连接所述MOS管MP14的栅极、所述MOS管MP11的栅极、所述MOS管MP11的漏极和所述MOS管MN11的漏极，所述MOS管MP14的漏极同时连接所述MOS管MN15的漏极、所述MOS管MN15的栅极和所述MOS管MN16的栅极，所述MOS管MN15的源极同时连接所述MOS管MN13的漏极、所述MOS管MN13的栅极和所述MOS管MN14的栅极，所述MOS管MN14的源极同时连接所述MOS管MN13的源极、所述MOS管MN12的源极、所述MOS管MN11的源极和所述MOS管MN10的源极，所述MOS管MN16的源极连接所述MOS管MN14的漏极，所述MOS管MN12的栅极与所述MOS管MN11的栅极、所述MOS管MN10的栅极、所述MOS管MN10的漏极同时连接以接入偏置电流I_bias2。

可选择地，所述斩波器Chopper1和所述斩波器Chopper2构造为相同结构。

可选择地，所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2包括：

MOS管MP17～MP25、MOS管MN17～MN23、单刀双掷开关S1～S6以及输出电容C_OUT4，所述MOS管MP17的栅极连接单刀双掷开关S1的动端，所述单刀双掷开关S1的第一不动端连接所述单刀双掷开关S2的第一不动端，以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的同相输入端INP2，所述单刀双掷开关S1的第二不动端连接所述单刀双掷开关S2的第二不动端，以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的反相输入端INN2，所述单刀双掷开关S2的动端连接所述MOS管MP18的栅极，所述MOS管MP17的源极同时连接所述MOS管MP18的源极和所述MOS管MP21的漏极，所述MOS管MP17的漏极同时连接MOS管MN22的漏极、所述单刀双掷开关S3的第一不动端和所述单刀双掷开关S4的第一不动端，所述MOS管MN18的漏极同时连接所述MOS管MN23的漏极连接所述单刀双掷开关S3的第二不动端和所述单刀双掷开关S4的动端，所述单刀双掷开关S3的动端连接所述MOS管MN20的源极，所述单刀双掷开关S4的第二不动端连接所述MOS管MN21的源极，所述MOS管MN20的栅极同时连接所述MOS管MN21的栅极、所述MOS管MN19的栅极、所述MOS管MN19的漏极和所述MOS管MP20的漏极，所述MOS管MN20的漏极同时连接所述MOS管MP24的漏极、所述MOS管MP24的栅极和所述MOS管MP25的栅极，所述MOS管MP24的源极同时连接所述单刀双掷开关S5的第一不动端、所述单刀双掷开关S6的第一不动端、所述MOS管MP22的栅极和所述MOS管MP23的栅极，所述MOS管MP25的源极同时连接所述单刀双掷开关S6的动端和所述单刀双掷开关S5的第二不动端，所述MOS管MP25的漏极、所述MOS管MN21的漏极以及输出电容C_OUT4的一端连接以作为所述斩波器Chopper1和/或所述斩波器Chopper2的输出端OUT3，所述输出电容C_OUT4的另一端、所述MOS管MN23的源极、所述MOS管MN22的源极、所述MOS管MN19的源极、所述MOS管MN18的源极和所述MOS管MN17的源极同时连接，所述MOS管MP23源极、所述MOS管MP22的源极、所述MOS管MP21的源极、所述MOS管MP20的源极和所述MOS管MP19的源极同时连接，所述单刀双掷开关S5的动端连接所述MOS管MP22的漏极，所述单刀双掷开关S6的第二不动端连接所述MOS管MP23的漏极，所述MOS管MP21的栅极同时连接所述MOS管MP20的栅极、所述MOS管MP19的栅极、所述MOS管MP19的漏极和所述MOS管MN18的漏极，所述MOS管MN23的栅极、所述MOS管MN22的栅极、所述MOS管MN18的栅极、所述MOS管MN17的栅极和所述MOS管MN17的漏极同时连接以接入偏置电流I_bias3。

本发明还提供一种根据上述的降压LED控制系统的降压LED控制方法，所述降压LED控制方法包括：

获取所述采样电阻的电流数据和电压数据；

获取参考电压和参考电流；

对所述参考电压和参考电流进行调制处理，得到调制处理后的电压与电流；

根据所述调制处理后的电压与电流、所述电流数据和所述电压数据，得到输出电流和输出电压；

根据所述输出电压和所述输出电流，控制所述功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对所述LED进行调光操作。

可选择地，所述功率开关管N的导通时间为：

所述功率开关管N的关断时间T_OFF为：

其中，T_ON表示导通时间，D表示占空比，T表示周期，L表示电感，ΔI表示电感电流变化量，V_OUT表示输出电压，M表示调制电流，V_REF表示基准电压，R_CS表示采样电阻，I_LED表示负载电流，V_DIM表示V_REF经调光后的参考电压，V_IN表示输入电压。

本发明具有以下有益效果：

通过上述技术方案，即通过本发明所提供的降压LED控制系统及其控制方法：

1、由于无需对功率MOS管额外增加元器件，因此能够减小芯片面积，进而减少生产成本；

2、通过使功率开关管切换于导通和/或关断状态，能够减少采样电阻的额外功率损耗；

3、功率开关管通过其漏极同时连接采样电阻和地，因而不需要电荷泵就可驱动功率开关管处于导通和/或关断状态，进而能够提高降压效率；

附图说明

图1为本发明所提供的降压LED控制系统的降压LED开关变换结构的结构示意图；

图2为发明所提供的降压LED控制系统的开关控制结构的结构示意图；

图3为开关控制结构的VRBUF模块的结构示意图；

图4为开关控制结构的误差放大器gmEA的结构示意图；

图5为误差放大器gmEA的电压比较器OP1和/或电压比较器OP2的结构示意图；

图6为误差放大器gmEA的斩波器Chopper1和/或斩波器Chopper2的结构示意图；

图7为本发明所提供的降压LED控制系统的信号波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

本发明提供一种降压LED控制系统，参考图1和图2所示，所述降压LED控制系统包括：降压LED开关变换结构和开关控制结构，所述降压LED开关变换结构包括电压源V_IN、输入电容C_IN、输出电容C_OUT、LED、电感L、二极管D、功率开关管N和采样电阻Rcs，所述输入电容C_IN的正极、所述二极管D的阴极、所述输出电容C_OUT的正极和所述LED的阳极同时连接所述电压V_IN的正极，所述输入电容C_IN的负极、所述采样电阻Rcs的输出端和所述电压V_IN的负极同时接地，所述输出电容C_OUT的负极和所述LED的阴极同时连接所述电感L的输入端，所述电感L的输出端同时连接所述二极管D的阳极和所述功率开关管N的漏极，所述功率开关管N的源极连接所述采样电阻Rcs的输入端；

所述开关控制结构包括采样端CS和PWM比较器，所述采样端CS作为所述开关控制结构的输入端，并且，所述采样端CS连接于所述功率开关管N的源极和所述采样电阻Rcs的输入端之间，以用于采集所述采样电阻Rcs的电压和电流；

所述PWM比较器的输出端作为所述开关控制结构的输出端，并且，所述PWM比较器的输出端通过逻辑处理模块连接所述功率开关管N的栅极，以用于根据所述电压和所述电流的变化控制所述功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对所述LED进行调光操作。

具体地，对于电流调制M(M即为调光信号)输入时，当功率开关管N被开关控制单元模块打开时(开关控制单元模块通过检测电感电流降为零打开开关管)，电感L电流通过功率开关管N以及与功率开关管N串联采样电阻Rcs到地。开关导通时间由以下公式给出：

其中，T_ON为导通时间，D为占空比，T为周期，I_LED表示负载电流，V_DIM表示V_REF经调光后的参考电压。

当开关管被开关控制单元模块关断时(开关控制单元模块通过检测与开关管串联检测电阻的峰值电流来关断开关管)，电感通过二极管D续流。开关关断时间由以下公式给出：

对于不同调制电流M，降压LED架构工作频率由以下公式给出：

可选择地，参考图2所示，所述开关控制结构还包括开关管N2、钳位电路CS-LV、电流检测模块Current sense、第一RC滤波电路RC1、误差放大器gmEA、VSIGMA模块、VRBUF模块、开关管N1、第二RC滤波电路RC2、模拟调光端口HPWM、第一传输门TG1、第二传输门TG2、第三传输门TG3和波纹放大器gmRIP，所述采样端CS连接所述开关管N2的漏极，所述开关管N2的源极和所述钳位电路CS-LV的输入端同时连接所述电流检测模块Current sense的输入端，所述钳位电路CS-LV的输出端接地，所述第二传输门TG2的输入端、所述第三传输门TG3的输入端和电阻R_s的输入端同时连接电流检测模块Current sense的第一输出端，所述电流检测模块Current sense的第二输出端依次通过两个第一RC滤波电路RC1后，同时连接所述误差放大器gmEA的反相输入端VCSFB和所述PWM比较器的反相输入端，所述第二传输门TG2的输出端连接所述波纹放大器gmRIP的同相输入端，所述第三传输门TG3的输出端连接所述波纹放大器gmRIP的反相输入端，所述波纹放大器gmRIP的输出端VRIPPLE连接所述VSIGMA模块的负极；模拟调光端口HPWM分别通过非门连接所述第一传输门TG1的控制端和开关管N1的栅极，所述第一传输门TG1的输入端连接基准电压VREF，所述第一传输门TG1的输出端连接所述开关管N1的漏极，并且同时通过两个第二RC滤波电路RC2连接至所述VRBUF模块的同相输入端，所述VRBUF模块的输出端与其反相输入端同时连接所述误差放大器gmEA的同相输入端，并且所述VRBUF模块的输出端和所述误差放大器gmEA的输出端同时连接所述VSIGMA模块的正极，所述VSIGMA模块的输出端连接所述PWM比较器的同相输入端。

具体地，CS为采样端，采样端与功率开关管N漏极串联获取采样电阻Rcs上的电流；HPWM为模拟调光端口；VREF为基准源给出的基准电压；PWM信号用于控制开关管的导通与关断。LED电流由连接在引脚CS和GND之间的电流感应电阻感应。HPWM通过非门连接第一传输门TG1的控制端，同时连接开关管N1的栅端控制N1的导通；基准电压VREF连接至第一传输门TG1的输入端；第一传输门TG1的输出端接开关管N1的漏端，同时接两个RC滤波电路至VRBUF模块的同相输入端VDIM；VRBUF模块输出端接误差放大器gmEA的同向端口，同时接入PWM比较器的同相端；CS采样端通过开关管N2接入电流检测模块,同时接入由NMOS构成的低钳位CS-LV；电流检测模块Current sense通过检测放大输出接入两个RC滤波电路至误差放大器gmEA的反向端口VCSFB，同时接入第二传输门TG2的输入端、第三传输门TG3的输入端以及电阻RS；误差放大器EA的输出端接入PWM比较器的同相端；第二传输门TG2的输出端接入纹波放大器的同相端VP；第三传输门TG3的输出端接入纹波放大器的反相端VN；纹波放大器gmRIP的输出端接入PWM比较器的同相端；PWM比较器的同相端由VRBUF的输出端、误差放大器gmEA的输出端以及纹波放大器gmRIP的输出端求和得到，PWM比较器的反相端由电流检测模块Current sense经两个RC滤波电路得到，PWM比较器输出端PWM信号来控制功率开关管的打开与闭合。

参考电压VREF经HPWM(即电流调制M)调光后经过RC滤波输入至误差放大器gmEA的同相端，电流信号CS端经过电流采样模块经RC滤波输入至gmEA的反相端。PWM比较器同相端由直流偏置，gmEA的输出以及电流补偿端给出，反相端为CS引脚的感应电流，输出端通过驱动部件控制开关管打开与关闭。CS-LV为CS端的一个低钳位。gmRIP部件主要提供了一个电流补偿，防止亚谐波震荡。PWM同相端公式由下式给出：

V_SIGMA＝g_mEA(V_DIM-V_CSFB)R_EA+V_DIM-V_RIPPLE

可选择地，参考图3所示，所述VRBUF模块包括MOS管MP1、MOS管MP2、MOS管MP3、MOS管MP4、MOS管MP5、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MN3、电阻R和电容C，所述MOS管MP2的栅极作为所述VRBUF模块的同相输入端IN，其漏极同时连接所述MOS管MN2的漏极、电阻R的一端和MOS管MN3的栅极，所述电阻R的另一端连接所述电容C的一端，所述电容C的另一端、所述MOS管MP1的栅极、MOS管MN3的漏极和所述MOS管MP5的漏极同时连接以作为所述VRBUF模块的输出端OUT1，所述MOS管MN3的源极同时连接所述MOS管MN1的源极和所述MOS管MN2的源极，所述MOS管MN2的栅极同时连接所述MOS管MP1的漏极、所述MOS管MN1的栅极和漏极，所述MOS管MP1的源极、所述MOS管MP2的源极同时连接所述MOS管MP4的漏极，所述MOS管MP4的源极同时连接所述MOS管MP3的源极和所述MOS管MP5的源极，所述MOS管MP5的栅极、所述MOS管MP3的漏极、所述MOS管MP3的栅极和所述MOS管MP4的栅极同时连接输出偏置电流I_bias1。

可选择地，参考图4所示，所述误差放大器gmEA包括MOS管MP6、MOS管MP7、MOS管MP8、MOS管MP9、MOS管MN4、MOS管MN5、MOS管MN6、MOS管MN7、电阻R1、电阻R2、电压比较器OP1、电压比较器OP2、斩波器Chopper1、斩波器Chopper2和接地电容C_OUT1，所述斩波器Chopper1的同相输入端作为所述放大器gmEA的同相输入端V_ref-ea同时连接所述VRBUF模块的输出端及其反相输入端，所述斩波器Chopper1的反相输入端同时连接所述电阻R1的一端和MOS管MN4的源极，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端同时连接所述MOS管MN5的源极、所述MOS管MN6的源极和所述斩波器Chopper2的反相输入端，所述MOS管MN5的栅极同时连接所述MOS管MN6的栅极和所述斩波器Chopper2的输出端，所述斩波器Chopper2的同相输入端作为所述放大器gmEA的反相输入端V_FB，所述MOS管MN5的漏极、所述电压比较器OP2的同相输入端、所述MOS管MP8的漏极和所述接地电容C_OUT3同时连接以作为所述放大器gmEA的输出端Vcomp，所述MOS管MN6的漏极和所述电压比较器OP2的反相输入端同时连接所述MOS管MN7的源极，所述电压比较器OP2的输出端连接所述MOS管MN7的栅极，所述MOS管MN7的漏极同时连接所述MOS管MP9的栅极和漏极，所述MOS管MP9的源极接地，所述MOS管MP8的栅极连接所述电压比较器OP1的输出端，其源极同时连接所述MOS管MP7的漏极和所述电压比较器OP1的反相输入端，所述电压比较器OP1的同相输入端同时连接所述MOS管MP6的栅极、MOS管MP6的漏极、所述MOS管MP7的栅极和所述MOS管MN4的漏极，所述MOS管MP6的源极连接所述MOS管MP7的源极。

具体地，其中斩波器Chopper1和/或斩波器Chopper2为斩波运放，电压比较器OP1和MOS管MP8形成增益提升电路，增大EA的输出阻抗，并使MOS管MP6和MOS管MP7的漏端近似相等，减小失配；其中MOS管MN5与MOS管MN6管子尺寸比为1：MOS管MN6，MOS管MN7，MOS管MP9，电压比较器OP1主要为增大输出阻抗，减小静态功耗的作用；其中R1＝KR2。

可选择地，所述电压比较器OP1和电压比较器OP2构造为相同结构。

可选择地，参考图5所示，所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2包括：

MOS管MP10～MP16和MOS管MN8～MN16，所述MOS管MN8的栅极作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的同相输入端INP1，所述MOS管MN9的栅极作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的反相输入端INN1，所述MOS管MN8的源极和所述MOS管MN9的源极同时连接所述MOS管MN12的漏极，所述MOS管MN8的漏极同时连接所述MOS管MP12的漏极和所述MOS管MP14的源极，所述MOS管MN9的漏极同时连接所述MOS管MP13的漏极和所述MOS管MP15的源极，所述MOS管MP12的栅极同时连接所述MOS管MP13的栅极、所述MOS管MP11的源极、所述MOS管MP10的栅极和漏极，所述MOS管MP12的源极同时连接所述MOS管MP10的源极、所述MOS管MP13的源极、所述MOS管MP16的漏极和所述MOS管MP16的源极，所述MOS管MP16的栅极、所述MOS管MP15的漏极和所述MOS管MN16的漏极同时连接以作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的输出端OUT2，所述MOS管MP15的栅极同时连接所述MOS管MP14的栅极、所述MOS管MP11的栅极、所述MOS管MP11的漏极和所述MOS管MN11的漏极，所述MOS管MP14的漏极同时连接所述MOS管MN15的漏极、所述MOS管MN15的栅极和所述MOS管MN16的栅极，所述MOS管MN15的源极同时连接所述MOS管MN13的漏极、所述MOS管MN13的栅极和所述MOS管MN14的栅极，所述MOS管MN14的源极同时连接所述MOS管MN13的源极、所述MOS管MN12的源极、所述MOS管MN11的源极和所述MOS管MN10的源极，所述MOS管MN16的源极连接所述MOS管MN14的漏极，所述MOS管MN12的栅极与所述MOS管MN11的栅极、所述MOS管MN10的栅极、所述MOS管MN10的漏极同时连接以接入偏置电流I_bias2。

可选择地，所述斩波器Chopper1和所述斩波器Chopper2构造为相同结构。

可选择地，参考图6所示，所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2包括：

MOS管MP17～MP25、MOS管MN17～MP23、单刀双掷开关S1～S6以及输出电容C_OUT4，所述MOS管MP17的栅极连接单刀双掷开关S1的动端，所述单刀双掷开关S1的第一不动端连接所述单刀双掷开关S2的第一不动端，以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的同相输入端INP2，所述单刀双掷开关S1的第二不动端连接所述单刀双掷开关S2的第二不动端，以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的反相输入端INN2，所述单刀双掷开关S2的动端连接所述MOS管MP18的栅极，所述MOS管MP17的源极同时连接所述MOS管MP18的源极和所述MOS管MP21的漏极，所述MOS管MP17的漏极同时连接MOS管MN22的漏极、所述单刀双掷开关S3的第一不动端和所述单刀双掷开关S4的第一不动端，所述MOS管MN18的漏极同时连接所述MOS管MN23的漏极连接所述单刀双掷开关S3的第二不动端和所述单刀双掷开关S4的动端，所述单刀双掷开关S3的动端连接所述MOS管MN20的源极，所述单刀双掷开关S4的第二不动端连接所述MOS管MN21的源极，所述MOS管MN20的栅极同时连接所述MOS管MN21的栅极、所述MOS管MN19的栅极、所述MOS管MN19的漏极和所述MOS管MP20的漏极，所述MOS管MN20的漏极同时连接所述MOS管MP24的漏极、所述MOS管MP24的栅极和所述MOS管MP25的栅极，所述MOS管MP24的源极同时连接所述单刀双掷开关S5的第一不动端、所述单刀双掷开关S6的第一不动端、所述MOS管MP22的栅极和所述MOS管MP23的栅极，所述MOS管MP25的源极同时连接所述单刀双掷开关S6的动端和所述单刀双掷开关S5的第二不动端，所述MOS管MP25的漏极、所述MOS管MN21的漏极以及输出电容C_OUT4的一端连接以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的输出端OUT3，所述输出电容C_OUT4的另一端、所述MOS管MN23的源极、所述MOS管MN22的源极、所述MOS管MN19的源极、所述MOS管MN18的源极和所述MOS管MN17的源极同时连接，所述MOS管MP23源极、所述MOS管MP22的源极、所述MOS管MP21的源极、所述MOS管MP20的源极和所述MOS管MP19的源极同时连接，所述单刀双掷开关S5的动端连接所述MOS管MP22的漏极，所述单刀双掷开关S6的第二不动端连接所述MOS管MP23的漏极，所述MOS管MP21的栅极同时连接所述MOS管MP20的栅极、所述MOS管MP19的栅极、所述MOS管MP19的漏极和所述MOS管MN18的漏极，所述MOS管MN23的栅极、所述MOS管MN22的栅极、所述MOS管MN18的栅极、所述MOS管MN17的栅极和所述MOS管MN17的漏极同时连接以接入偏置电流I_bias3。

这里，所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2主要提供较低的失调电压，同时也极大地减少了

(闪烁)噪声。

参考图7所示，V_P信号由CS采样端的感应电流经过控制信号EN2得来，作为gmRIP部件的同相输入端；V_N信号由CS采样端的感应电流经过控制信号EN1得来，作为gmRIP部件的反相输入端；IL为电感电流信号；ZVS为零电压开关信号，通过检测主电感L消磁结束时产生高电平信号来打开开关管。开关控制单元主要通过对CS采样端连接的感应电阻的采样来进行恒流。

本发明还提供一种根据上述的降压LED控制系统的降压LED控制方法，所述降压LED控制方法包括：

获取所述采样电阻的电流数据和电压数据；

获取参考电压和参考电流；

对所述参考电压和参考电流进行调制处理，得到调制处理后的电压与电流；

根据所述调制处理后的电压与电流、所述电流数据和所述电压数据，得到输出电流和输出电压；

根据所述输出电压和所述输出电流，控制所述功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对所述LED进行调光操作。

可选择地，所述功率开关管N的导通时间为：

所述功率开关管N的关断时间T_OFF为：

其中，T_ON表示导通时间，D表示占空比，T表示周期，L表示电感，ΔI表示电感电流变化量，V_OUT表示输出电压，M表示调制电流，V_REF表示基准电压，R_CS表示采样电阻，I_LED表示负载电流，V_DIM表示V_REF经调光后的参考电压，V_IN表示输入电压。

本发明具有以下有益效果：

通过上述技术方案，即通过本发明所提供的降压LED控制系统及其控制方法：

1、由于无需对功率MOS管额外增加元器件，因此能够减小芯片面积，进而减少生产成本；

2、通过使功率开关管切换于导通和/或关断状态，能够减少采样电阻的额外功率损耗；

3、功率开关管通过其漏极同时连接采样电阻和地，因而不需要电荷泵就可驱动功率开关管处于导通和/或关断状态，进而能够提高降压效率；

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降压LED控制系统，其特征在于，所述降压LED控制系统包括：降压LED开关变换结构和开关控制结构，所述降压LED开关变换结构包括电压源V_IN、输入电容C_IN、输出电容C_OUT、LED、电感L、二极管D、功率开关管N和采样电阻Rcs，所述输入电容C_IN的正极、所述二极管D的阴极、所述输出电容C_OUT的正极和所述LED的阳极同时连接所述电压V_IN的正极，所述输入电容C_IN的负极、所述采样电阻Rcs的输出端和所述电压V_IN的负极同时接地，所述输出电容C_OUT的负极和所述LED的阴极同时连接所述电感L的输入端，所述电感L的输出端同时连接所述二极管D的阳极和所述功率开关管N的漏极，所述功率开关管N的源极连接所述采样电阻Rcs的输入端；

所述开关控制结构包括采样端CS和PWM比较器，所述采样端CS作为所述开关控制结构的输入端，并且，所述采样端CS连接于所述功率开关管N的源极和所述采样电阻Rcs的输入端之间，以用于采集所述采样电阻Rcs的电压和电流；

所述PWM比较器的输出端作为所述开关控制结构的输出端，并且，所述PWM比较器的输出端通过逻辑处理模块连接所述功率开关管N的栅极，以用于根据所述电压和所述电流的变化控制所述功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对所述LED进行调光操作。

2.根据权利要求1所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述开关控制结构还包括开关管N2、钳位电路CS-LV、电流检测模块Current sense、第一RC滤波电路RC1、误差放大器gmEA、VSIGMA模块、VRBUF模块、开关管N1、第二RC滤波电路RC2、模拟调光端口HPWM、第一传输门TG1、第二传输门TG2、第三传输门TG3和波纹放大器gmRIP，所述采样端CS连接所述开关管N2的漏极，所述开关管N2的源极和所述钳位电路CS-LV的输入端同时连接所述电流检测模块Current sense的输入端，所述钳位电路CS-LV的输出端接地，所述第二传输门TG2的输入端、所述第三传输门TG3的输入端和电阻R_s的输入端同时连接电流检测模块Currentsense的第一输出端，所述电流检测模块Current sense的第二输出端依次通过两个第一RC滤波电路RC1后，同时连接所述误差放大器gmEA的反相输入端VCSFB和所述PWM比较器的反相输入端，所述第二传输门TG2的输出端连接所述波纹放大器gmRIP的同相输入端，所述第三传输门TG3的输出端连接所述波纹放大器gmRIP的反相输入端，所述波纹放大器gmRIP的输出端VRIPPLE连接所述VSIGMA模块的负极；模拟调光端口HPWM分别通过非门连接所述第一传输门TG1的控制端和开关管N1的栅极，所述第一传输门TG1的输入端连接基准电压VREF，所述第一传输门TG1的输出端连接所述开关管N1的漏极，并且同时通过两个第二RC滤波电路RC2连接至所述VRBUF模块的同相输入端，所述VRBUF模块的输出端与其反相输入端同时连接所述误差放大器gmEA的同相输入端，并且所述VRBUF模块的输出端和所述误差放大器gmEA的输出端同时连接所述VSIGMA模块的正极，所述VSIGMA模块的输出端连接所述PWM比较器的同相输入端。

3.根据权利要求2所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述VRBUF模块包括MOS管MP1、MOS管MP2、MOS管MP3、MOS管MP4、MOS管MP5、MOS管MN1、MOS管MN2、MOS管MN3、电阻R和电容C，所述MOS管MP2的栅极作为所述VRBUF模块的同相输入端IN，其漏极同时连接所述MOS管MN2的漏极、电阻R的一端和MOS管MN3的栅极，所述电阻R的另一端连接所述电容C的一端，所述电容C的另一端、所述MOS管MP1的栅极、MOS管MN3的漏极和所述MOS管MP5的漏极同时连接以作为所述VRBUF模块的输出端OUT1，所述MOS管MN3的源极同时连接所述MOS管MN1的源极和所述MOS管MN2的源极，所述MOS管MN2的栅极同时连接所述MOS管MP1的漏极、所述MOS管MN1的栅极和漏极，所述MOS管MP1的源极、所述MOS管MP2的源极同时连接所述MOS管MP4的漏极，所述MOS管MP4的源极同时连接所述MOS管MP3的源极和所述MOS管MP5的源极，所述MOS管MP5的栅极、所述MOS管MP3的漏极、所述MOS管MP3的栅极和所述MOS管MP4的栅极同时连接输出偏置电流I_bias1。

4.根据权利要求2所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述误差放大器gmEA包括MOS管MP6、MOS管MP7、MOS管MP8、MOS管MP9、MOS管MN4、MOS管MN5、MOS管MN6、MOS管MN7、电阻R1、电阻R2、电压比较器OP1、电压比较器OP2、斩波器Chopper1、斩波器Chopper2和接地电容C_OUT1，所述斩波器Chopper1的同相输入端作为所述放大器gmEA的同相输入端V_ref-ea同时连接所述VRBUF模块的输出端及其反相输入端，所述斩波器Chopper1的反相输入端同时连接所述电阻R1的一端和MOS管MN4的源极，所述电阻R1的另一端连接所述电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端同时连接所述MOS管MN5的源极、所述MOS管MN6的源极和所述斩波器Chopper2的反相输入端，所述MOS管MN5的栅极同时连接所述MOS管MN6的栅极和所述斩波器Chopper2的输出端，所述斩波器Chopper2的同相输入端作为所述放大器gmEA的反相输入端V_FB，所述MOS管MN5的漏极、所述电压比较器OP2的同相输入端、所述MOS管MP8的漏极和所述接地电容C_OUT3同时连接以作为所述放大器gmEA的输出端Vcomp，所述MOS管MN6的漏极和所述电压比较器OP2的反相输入端同时连接所述MOS管MN7的源极，所述电压比较器OP2的输出端连接所述MOS管MN7的栅极，所述MOS管MN7的漏极同时连接所述MOS管MP9的栅极和漏极，所述MOS管MP9的源极接地，所述MOS管MP8的栅极连接所述电压比较器OP1的输出端，其源极同时连接所述MOS管MP7的漏极和所述电压比较器OP1的反相输入端，所述电压比较器OP1的同相输入端同时连接所述MOS管MP6的栅极、MOS管MP6的漏极、所述MOS管MP7的栅极和所述MOS管MN4的漏极，所述MOS管MP6的源极连接所述MOS管MP7的源极。

5.根据权利要求4所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述电压比较器OP1和电压比较器OP2构造为相同结构。

6.根据权利要求5所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2包括：

MOS管MP10～MP16和MOS管MN8～MN16，所述MOS管MN8的栅极作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的同相输入端INP1，所述MOS管MN9的栅极作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的反相输入端INN1，所述MOS管MN8的源极和所述MOS管MN9的源极同时连接所述MOS管MN12的漏极，所述MOS管MN8的漏极同时连接所述MOS管MP12的漏极和所述MOS管MP14的源极，所述MOS管MN9的漏极同时连接所述MOS管MP13的漏极和所述MOS管MP15的源极，所述MOS管MP12的栅极同时连接所述MOS管MP13的栅极、所述MOS管MP11的源极、所述MOS管MP10的栅极和漏极，所述MOS管MP12的源极同时连接所述MOS管MP10的源极、所述MOS管MP13的源极、所述MOS管MP16的漏极和所述MOS管MP16的源极，所述MOS管MP16的栅极、所述MOS管MP15的漏极和所述MOS管MN16的漏极同时连接以作为所述电压比较器OP1或所述电压比较器OP2的输出端OUT2，所述MOS管MP15的栅极同时连接所述MOS管MP14的栅极、所述MOS管MP11的栅极、所述MOS管MP11的漏极和所述MOS管MN11的漏极，所述MOS管MP14的漏极同时连接所述MOS管MN15的漏极、所述MOS管MN15的栅极和所述MOS管MN16的栅极，所述MOS管MN15的源极同时连接所述MOS管MN13的漏极、所述MOS管MN13的栅极和所述MOS管MN14的栅极，所述MOS管MN14的源极同时连接所述MOS管MN13的源极、所述MOS管MN12的源极、所述MOS管MN11的源极和所述MOS管MN10的源极，所述MOS管MN16的源极连接所述MOS管MN14的漏极，所述MOS管MN12的栅极与所述MOS管MN11的栅极、所述MOS管MN10的栅极、所述MOS管MN10的漏极同时连接以接入偏置电流I_bias2。

7.根据权利要求4所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述斩波器Chopper1和所述斩波器Chopper2构造为相同结构。

8.根据权利要求7所述的降压LED控制系统，其特征在于，所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2包括：

MOS管MP17～MP25、MOS管MN17～MN23、单刀双掷开关S1～S6以及输出电容C_OUT4，所述MOS管MP17的栅极连接单刀双掷开关S1的动端，所述单刀双掷开关S1的第一不动端连接所述单刀双掷开关S2的第一不动端，以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的同相输入端INP2，所述单刀双掷开关S1的第二不动端连接所述单刀双掷开关S2的第二不动端，以作为所述斩波器Chopper1或所述斩波器Chopper2的反相输入端INN2，所述单刀双掷开关S2的动端连接所述MOS管MP18的栅极，所述MOS管MP17的源极同时连接所述MOS管MP18的源极和所述MOS管MP21的漏极，所述MOS管MP17的漏极同时连接MOS管MN22的漏极、所述单刀双掷开关S3的第一不动端和所述单刀双掷开关S4的第一不动端，所述MOS管MN18的漏极同时连接所述MOS管MN23的漏极连接所述单刀双掷开关S3的第二不动端和所述单刀双掷开关S4的动端，所述单刀双掷开关S3的动端连接所述MOS管MN20的源极，所述单刀双掷开关S4的第二不动端连接所述MOS管MN21的源极，所述MOS管MN20的栅极同时连接所述MOS管MN21的栅极、所述MOS管MN19的栅极、所述MOS管MN19的漏极和所述MOS管MP20的漏极，所述MOS管MN20的漏极同时连接所述MOS管MP24的漏极、所述MOS管MP24的栅极和所述MOS管MP25的栅极，所述MOS管MP24的源极同时连接所述单刀双掷开关S5的第一不动端、所述单刀双掷开关S6的第一不动端、所述MOS管MP22的栅极和所述MOS管MP23的栅极，所述MOS管MP25的源极同时连接所述单刀双掷开关S6的动端和所述单刀双掷开关S5的第二不动端，所述MOS管MP25的漏极、所述MOS管MN21的漏极以及输出电容C_OUT4的一端连接以作为所述斩波器Chopper1和/或所述斩波器Chopper2的输出端OUT3，所述输出电容C_OUT4的另一端、所述MOS管MN23的源极、所述MOS管MN22的源极、所述MOS管MN19的源极、所述MOS管MN18的源极和所述MOS管MN17的源极同时连接，所述MOS管MP23源极、所述MOS管MP22的源极、所述MOS管MP21的源极、所述MOS管MP20的源极和所述MOS管MP19的源极同时连接，所述单刀双掷开关S5的动端连接所述MOS管MP22的漏极，所述单刀双掷开关S6的第二不动端连接所述MOS管MP23的漏极，所述MOS管MP21的栅极同时连接所述MOS管MP20的栅极、所述MOS管MP19的栅极、所述MOS管MP19的漏极和所述MOS管MN18的漏极，所述MOS管MN23的栅极、所述MOS管MN22的栅极、所述MOS管MN18的栅极、所述MOS管MN17的栅极和所述MOS管MN17的漏极同时连接以接入偏置电流I_bias3。

9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的降压LED控制系统的降压LED控制方法，其特征在于，所述降压LED控制方法包括：

获取所述采样电阻的电流数据和电压数据；

获取参考电压和参考电流；

对所述参考电压和参考电流进行调制处理，得到调制处理后的电压与电流；

根据所述调制处理后的电压与电流、所述电流数据和所述电压数据，得到输出电流和输出电压；

根据所述输出电压和所述输出电流，控制所述功率开关管N处于导通和/或关断状态，以对所述LED进行调光操作。

10.根据权利要求9所述的降压LED控制方法，其特征在于，所述功率开关管N的导通时间为：

所述功率开关管N的关断时间T_OFF为：

其中，T_ON表示导通时间，D表示占空比，T表示周期，L表示电感，ΔI表示电感电流变化量，V_OUT表示输出电压，M表示调制电流，V_REF表示基准电压，R_CS表示采样电阻，I_LED表示负载电流，V_DIM表示V_REF经调光后的参考电压，V_IN表示输入电压。

Images