CN116723605B - 一种led电源的补偿电路以及led电源 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种LED电源的补偿电路以及LED电源，LED电源为电流模式下的恒流开关电源，包括跨导放大模块、限幅模块和有源RC补偿网络模块；跨导放大模块对电压反馈端的反馈电压VFB与参考电源的参考电压VREF进行差分放大，并转换为差分电流IVE输出；限幅模块的输入端对跨导放大模块的输出端的电压进行限幅；有源RC补偿网络模块中的RC网络模块将差分电流IVE转换为电压，第二差分输入模块检测RC网络模块的采样电压并通过有源负载模块输出的电流信号IOUT来调节RC网络模块的输入阻抗，进而调节电压VE来调整LED电源的电流，实现有源RC网的功能；该补偿电路简单，使用小尺寸、小容量可集成的电容、电阻、有源器件构建等效RC网络，可集成在LED电源芯片中，DC增益高。

Description

一种LED电源的补偿电路以及LED电源
技术领域
本申请涉及集成电路领域，尤其涉及一种LED电源的补偿电路以及LED电源。
背景技术
BUCK电路为一种降压型开关电源，其中PWM控制方式又可分为电压模式和电流模式，其中电流模式的控制方法可以使用低ESR、小体积的陶瓷电容作为输出电容，同时具有响应速度快等优势，特别适合用于高频率、小型化的产品中。而如今的电子产品，也越来越注重体验，小型化、轻便化也逐渐成为目前的主流。
LED产品通常需要恒流驱动，相比于其他的负载，LED的负载特性比较特殊，主要表现在其动态阻抗较小，相对于一般的恒压应用，功率级的极点频率较高，因此其补偿的频率也与常规恒压电路不同。
如图1所示，现有的LED驱动器包括LED电源、补偿电路以及LED电源的反馈控制电路，反馈控制电路包括逻辑控制器以及电压比较器COMP，LED电源为电流模式下的恒流开关电源，该开关电源为BUCK电路。由于开关电源存在负反馈系统，即存在反馈控制电路，故需要对其进行相位补偿，使用如图所示的补偿电路对开关电源进行相位补偿。补偿电路一般如图1所示的配置，包括跨导放大器Gm、电阻RCOMP、电容CHF和电容CCOMP，其中电阻RCOMP、电容CCOMP是必需的，CCOMP一般电容量较大，直接在芯片中集成需要浪费很大的面积，CHF一般电容量较小，典型值1pF～10pF，通常可以集成的芯片中，但CHF非必需。
补偿电路可以通过外置补偿和内置补偿两种方式设置。
电流模式控制下，外置补偿需要使用分立器件进行补偿，即电阻RCOMP、电容CCOMP和电容CHF设置为分立器件。该方法一方面开关电源需要外置引脚，对于一些封装体无法适用，一方面需要相对专业的知识进行补偿电路的设计，对设计人员有较大的要求，不利于产品的快速设计与验证，最后，外置补偿额外的器件增加了BOM成本。
内置补偿是通过常规的有源电容进行补偿，即电容CCOMP为有源电容。一般的有源电容精度不高，同时在补偿高频率的电流模式的LED驱动器时，往往不合适。原因是常规有源电容的容量都相对较大，在电流模式恒流LED驱动应用中，需要使用较大的输出电解电容CO1来配合较大的补偿电容才能使系统稳定，但这与小型化应用相悖，同时成本较高，瞬态响应较差。如果需要使用小型化的陶瓷电容，则内置的补偿电容要小于常规的有源电容大小，但还没有小到可以直接集成到芯片内步的地步。
发明内容
为了减少LED电源芯片的外围器件，提高LED驱动器的集成度，本发明提供一种LED电源的补偿电路以及LED电源。
为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种LED电源的补偿电路，所述LED电源为电流模式下的恒流开关电源，其特征在于，包括跨导放大模块、限幅模块和有源RC补偿网络模块；
跨导放大模块的输入端分别与负载LED的电压反馈端和参考电源连接，用于对电压反馈端的反馈电压VFB与参考电源的参考电压VREF进行差分放大，并转换为差分电流IVE输出；跨导放大模块的输出端的电压VE用于对LED电源的电流进行调整；
所述限幅模块的输入端与所述跨导放大模块的输出端连接，用于对跨导放大模块的输出端的电压进行限幅；
有源RC补偿网络模块包括RC网络模块、第二差分输入模块和有源负载；RC网络模块用于将跨导放大模块的输出端输出的差分电流IVE经限幅模块电压限幅后转换为电压信号；第二差分输入模块对RC网络模块输出的采样电压进行差分放大并输出到有源负载；有源负载用于为第二差分输入模块提供有源负载并输出电流信号IOUT来调节RC网络模块(130)的输入阻抗，进而调节电压VE来调整LED电源的电流。
可选的，跨导放大模块包括第一差分输入模块和跨导电流模块；第一差分输入模块与跨导电流模块连接，用于对输入的反馈电压VFB和参考电压VREF进行偏置抬升；跨导电流模块的输出端与所述限幅模块连接，用于对偏置抬升后的反馈电压VFB和参考电压VREF进行差分放大，并转换为差分电流IVE输出。可选的，所述第一差分输入模块包括偏置电流单元和电压抬升单元；所述偏置电流单元与所述电压抬升单元连接；所述偏置电流单元用于为电压抬升单元提供偏置电流；所述电压抬升单元用于对输入的反馈电压VFB和参考电压VREF进行抬升，并输出到跨导电流模块。
可选的，跨导电流模块包括跨导输入单元、电流拉取单元和电流输出单元；跨导输入单元用于将反馈电压VFB和参考电压VREF抬升后的电压进行放大并转换成电流；电流输出单元与跨导输入单元连接，用于对上述电流进行差分后输出；电流拉取单元与跨导输入单元连接，用于为跨导输入单元拉取额定电流。可选的限幅模块包括电压检测模块和钳位模块，所述电压检测模块与所述钳位模块连接，所述电压检测模块用于获取跨导放大模块的输出端的电压VE并控制钳位模块工作状态；钳位模块用于对跨导放大模块的输出端的电压VE进行钳位；所述钳位模块工作状态包括：开启工作状态或停止工作状态。
可选的，电压检测模块包括：耗尽型NMOS管DNM1和第八NMOS管NM8；
第八NMOS管NM8的栅极和漏极与所述跨导放大模块的输出端连接，第八NMOS管NM8的源极与耗尽型NMOS管DNM1的漏极连接，耗尽型NMOS管DNM1的栅极和源极接地，耗尽型NMOS管DNM1的漏极和第八NMOS管NM8的源极与钳位模块连接，通过耗尽型NMOS管DNM1和第八NMOS管NM8连接处的分压电压控制钳位模块的工作状态。
可选的，钳位模块包括：第六NMOS管NM6、第七NMOS管NM7、第九NMOS管NM9和第十NMOS管NM10；
第六NMOS管NM6的源极接地，第六NMOS管NM6的栅极与第二栅极电源连接，第二栅极电源用于提供栅极电压VNB；第六NMOS管NM6的漏极与第七NMOS管NM7的源极连接，第七NMOS管NM7的栅极与耗尽型NMOS管DNM1的漏极连接，耗尽型NMOS管DNM1的漏极电压控制第七NMOS管NM7的导通或断开；第七NMOS管NM7的漏极分别与第九NMOS管NM9的源极和第十NMOS管NM10的源极连接；第九NMOS管NM9的漏极和栅极与跨导放大模块的输出端连接；第十NMOS管NM10的漏极与电源VDD连接，第十NMOS管NM10的栅极与第三栅极电源连接，第三栅极电源提供电压Vclamp。
可选的，所述RC网络模块包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电阻R3以及第四电阻R4；第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电容C2依次连接，RC网络模块通过第一电容C1与第三电阻R3的连接处与限幅模块连接，第四电阻R4的两端与第二差分输入模块的输入端连接。可选的，所述第二差分输入模块包括：电流源I1和差分放大模块，电流源I1一端与电源VDD连接，另一端差分放大模块连接；差分放大模块输入端与所述第四电阻R4两端连接，用于检测第四电阻R4两端的电压差进行差分放大后输出到通过有源负载模块。可选的，有源负载包括：第二电流镜和第三CASCODE电流镜；第三CASCODE电流镜与第二差分输入模块的输出端连接，用于将第二差分输入模块的输出电压转换为电流信号IOUT，第二电流镜与第三电流镜连接，电流信号IOUT通过第二电流镜与第三电流镜其中一连接处输出到RC网络模块以调整RC网络模块电流；第二电流镜用于为第三CASCODE电流镜提供偏置电流。
另一方面，本发明还提供了一种LED电源，使用上述的补偿电路进行补偿。
综上所述，本发明包括如下有益的技术效果：
1、上述LED电源的补偿电路设置有源RC补偿网络模块，有源RC补偿网络模块通RC网络模块为差分电流IVE提供负载，将差分电流IVE转换为电压，第二差分输入模块检测RC网络模块的采样电压并通过有源负载模块输出的电流信号IOUT来调节RC网络模块的输入阻抗，进而调节电压VE来调整LED电源的电流，实现有源RC网络的功能；差分放大模块以及有源负载对信号进行有源差分放大输出，相当于对RC网络模块阻抗进行放大，增加了输出RC网络模块的阻抗，即相当于对RC网络模块的电容、电阻进行了放大，从而实现小尺寸、小容量可集成的电容、电阻、有源器件构建大阻抗等效RC网络，代替大尺寸、大容量难以集成的电容、电阻构建的RC网络进行LED电源补偿，从而可集成在LED电源芯片中，减少外围器件，并减小设计上的困难；
2、上述LED电源的补偿电路还设置限幅模块，限幅模块通过对跨导放大模块的输出端的电压进行限幅，避免跨导放大模块的输出端的电压过大，导致无法与后级其他电路相配合；同时通过电压检测模块控制钳位模块开启工作状态或停止工作状态，降低电流损耗；进一步，钳位模块在对跨导放大模块的输出端的电压小于第三栅极电源提供电压Vclamp时不拉取差分电流IVE，从而进一步降低差分电流IVE的损耗；
3、由于负载为恒流驱动的LED，一般要求对应的电流采样电压要低以减小功耗，跨导电流模块的第一差分输入模块的抬升单元对电压反馈端的反馈电压VFB与参考电源的参考电压VREF进行抬升，从而使反馈电压VFB与参考电压VREF满足后级电路正常工作的要求。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术LED驱动器结构示意图；
图2是本发明实施例中LED电源的补偿电路的连接示意图；
图3是本发明实施例中LED电源的补偿电路的伯德图。
附图标号说明：
补偿电路100；反馈控制电路200；跨导放大模块110；第一差分输入模块111；跨导电流模块112；限幅模块120；电压检测模块121；钳位模块122；有源RC补偿网络模块130；RC网络模块131；第二差分输入模块132；有源负载133。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
请参照图1-2所示，为本发明LED电源的补偿电路100的较佳实施例，包括跨导放大模块110、限幅模块120和有源RC补偿网络模块130。LED电源为电流模式下的恒流开关电源。
跨导放大模块110的输出端与限幅模块120的输入端连接，限幅模块120的输出端与有源RC补偿网络模块130的输入端连接。
跨导放大模块110的输入端分别与负载LED的电压反馈端和参考电源连接，用于对电压反馈端的反馈电压VFB与参考电源的参考电压VREF进行差分放大，并转换为差分电流IVE输出。所述限幅模块120的输入端与所述跨导放大模块110的输出端连接，用于对跨导放大模块110的输出端的电压VE进行限幅。跨导放大模块110的输出的电压VE用于对LED电源的电流进行调整。
跨导放大模块110的输出端与LED电源的反馈控制电路200连接，通过电压VE对LED电源的电流进行调整。
有源RC补偿网络模块130用于将电容和电阻构成的无源RC网络、以及有源器件构建等效有源RC网络以对电流模式下的LED电源进行补偿。
反馈控制电路200包括逻辑控制器以及比较器COMP，通过跨导放大模块110的输出端与比较器COMP正相输入端连接，经斜坡补偿过的锯齿波电压VSAW与比较器COMP反相输入端连接，跨导放大模块110的输出端的电压信号VE与经斜坡补偿过的锯齿波电压VSAW进行比较，比较器COMP输出端将比较结果输入逻辑控制器，对LED电源进行反馈控制。跨导放大模块110包括第一差分输入模块111和跨导电流模块112。第一差分输入模块111包括偏置电流单元和电压抬升单元。偏置电流单元与电压抬升单元连接。其中偏置电流单元用于为电压抬升单元提供偏置电流。电压抬升单元用于对输入的反馈电压VFB和参考电压VREF进行抬升，并输出到跨导电流模块112。
进一步的，偏置电流单元包括：第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2。电压抬升单元包括：第一三极管Q1和第二三极管Q2。
第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2的源极均与电源VDD连接。第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2的栅极均与第一栅极电源连接，第一栅极电源为第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2栅极提供栅极电压VPB1。第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2的漏极分别与第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极连接，第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2分别为第一三极管Q1和第二三极管Q2提供偏置电流。
进一步的，第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2为同类型以及同尺寸的PMOS，则第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2电流相等。
进一步的，第一三极管Q1和第二三极管Q2的集电极均接地，第一三极管Q1的基极与电压反馈端连接，输入反馈电压VFB，第二三极管Q2的基极与参考电源连接，输入参考电压VREF。第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极还分别与跨导电流模块112的第一放大输入端和第二放大输入端连接，分别用于抬升反馈电压VFB和参考电压VREF。
进一步的，第一三极管Q1和第二三极管Q2为同类型以及同尺寸的PNP型三极管，因此第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压Vbe相等，从而分别为反馈电压VFB和参考电压VREF抬升一个Vbe。
跨导电流模块112包括跨导输入单元、电流拉取单元和电流输出单元。跨导输入单元用于第一放大输入端和第二放大输入端的电压进行放大并分别转换成电流，即将反馈电压VFB和参考电压VREF抬升后的电压进行放大并转换成电流。电流输出单元与跨导输入单元连接，用于对上述电流进行差分后输出。电流拉取单元与跨导输入单元连接，用于为跨导输入单元拉取额定电流。
跨导输入单元包括第三三极管Q3和第四三极管Q4。
电流拉取单元包括第一NMOS管NM1。
电流输出单元包括第一电流镜、第一CASCODE电流镜和第二CASCODE电流镜。第一电流镜、第一CASCODE电流镜和第二CASCODE电流镜依次连接。第一CASCODE电流镜和第二CASCODE电流镜连接处作为跨导放大模块110的输出端，输出差分电流IVE。
第三三极管Q3的基极与第一三极管Q1的发射极连接，作为跨导输入单元的第一放大输入端，输入反馈电压VFB抬升一个Vbe后的电压值。第三三极管Q3的集电极与第一电流镜连接，第三三极管Q3的发射极第一NMOS管NM1的漏极连接。
第四三极管Q4的基极与第二三极管Q2的发射极连接，作为跨导输入单元的第二放大输入端，输入参考电压VREF抬升一个Vbe后的电压值。第四三极管Q4的集电极与第二CASCODE电流镜连接，第四三极管Q4的发射极与第一NMOS管NM1的漏极连接。
第一NMOS管NM1的源极接地，栅极与第二栅极电源连接，第二栅极电源用于提供栅极电压VNB，使第一NMOS管NM1拉取额定电流INM1。当LED电源工作稳定时，跨导输入单元的跨导增益Gm1为：
其中Vt为热电压，常温下约为26mV。
进一步的，第一电流镜包括：第三PMOS管PM3和第四PMOS管PM4。
进一步的，第三PMOS管PM3和第四PMOS管PM4的源极均电源VDD连接，第三PMOS管PM3和第四PMOS管PM4的栅极相互连接，第三PMOS管PM3的栅极还与第三PMOS管PM3的漏极、第三三极管Q3的集电极连接。第四PMOS管PM4的漏极与第一CASCODE电流镜连接。
进一步的，第一CASCODE电流镜包括：第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5和第一电阻R1。
第一CASCODE电流镜通过第一电阻R1的第一端与第四PMOS管PM4的漏极连接。
第一电阻R1的第二端与第四NMOS管NM4的漏极连接。
第四NMOS管NM4的栅极与第五NMOS管NM5的栅极以及第一电阻R1的第一端连接。第四NMOS管NM4的源极与第二NMOS管NM2的漏极连接。第二NMOS管NM2的栅极与第三NMOS管NM3的栅极以及第一电阻R1的第二端连接，第二NMOS管NM2的源极与第三NMOS管NM3的源极共同接地，第三NMOS管NM3的漏极与第五NMOS管NM5的源极连接，第五NMOS管NM5的漏极与第二CASCODE电流镜连接。
进一步的，第二CASCODE电流镜包括：第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8和第二电阻R2。
第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6的源极均电源VDD连接，第五PMOS管PM5的栅极与第六PMOS管PM6的栅极、第二电阻R2的第一端连接，第五PMOS管PM5的漏极与第七PMOS管PM7的源极连接。第七PMOS管PM7的栅极与第八PMOS管PM8的栅极、第二电阻R2的第二端连接。第八PMOS管PM8的源极与第六PMOS管PM6的漏极连接，第八PMOS管PM8的漏极与第二电阻R2的第一端连接。
第二CASCODE电流镜的第七PMOS管PM7的漏极与第一CASCODE电流镜的第五NMOS管NM5的漏极连接，连接处作为输出端，输出差分电流IVE。
由于第一电流镜对电流进行复制作用，因此流过第三三极管Q3集电极的电流IQ3与流过第四PMOS管PM4漏极电流相等。由于第一CASCODE电流镜对电流进行复制作用，因此流过第四PMOS管PM4漏极电流与流过第五NMOS管NM5漏极电流相同，即流过第五NMOS管NM5漏极电流等于电流IQ3。同时，由于第二CASCODE电流镜的作用，流过第四三极管Q4集电极的电流IQ4等于第七PMOS管PM7漏极电流。差分电流IVE的为：
IVE＝IQ4-IQ3 (2)
根据三极管集电极电流与其基极-发射极之间的电压差、跨导增益Gm1相关。第四三极管Q4和第三三极管Q3的发射极电压相等，基极电压分别为VREF+Vbe、VFB+Vbe，因此得出差分电流IVE的为：
IVE＝IQ4- IQ3＝(VREF+Vbe-Ve -(VFB+Vbe- Ve))*Gm1 ＝(VREF-VFB)*Gm1 (3)
其中，Ve为第四三极管Q4和第三三极管Q3的发射极电压。
进一步的，限幅模块120包括电压检测模块121和钳位模块122。电压检测模块121与钳位模块122连接。其中电压检测模块121用于获取跨导放大模块110的输出端的电压VE并控制钳位模块122工作状态；钳位模块122用于对跨导放大模块110的输出端的电压VE进行钳位。所述钳位模块122工作状态包括：开启工作状态或停止工作状态。
进一步的，电压检测模块121包括：耗尽型NMOS管DNM1和第八NMOS管NM8。第八NMOS管NM8的栅极和漏极与输出端连接，第八NMOS管NM8的源极与耗尽型NMOS管DNM1的漏极连接，耗尽型NMOS管DNM1的栅极和源极接地。耗尽型NMOS管DNM1栅极和源极接地，从而拉取电流，该电流流过第八NMOS管NM8的漏极和源极，从而获取输出端的电压，耗尽型NMOS管DNM1的漏极和第八NMOS管NM8的源极与钳位模块122连接，通过耗尽型NMOS管DNM1和第八NMOS管NM8连接处的电压控制钳位模块122的工作状态。
进一步的，钳位模块122包括：第六NMOS管NM6、第七NMOS管NM7、第九NMOS管NM9和第十NMOS管NM10。
第六NMOS管NM6的源极接地，第六NMOS管NM6的栅极与第二栅极电源连接，第二栅极电源用于提供栅极电压VNB。
第六NMOS管NM6的栅极与第一NMOS管NM1的栅极均与第二栅极电源连接，即第六NMOS管NM6的栅极与第一NMOS管NM1的栅极连接，因此第六NMOS管NM6和第一NMOS管NM1组成电流镜。
进一步的，第六NMOS管NM6的宽长比大于第一NMOS管NM1的宽长比。优选为：第六NMOS管NM6的宽长比与第一NMOS管NM1的宽长比的比值为1.2倍。
第六NMOS管NM6的漏极与第七NMOS管NM7的源极连接，第七NMOS管NM7的栅极与耗尽型NMOS管DNM1的漏极连接，耗尽型NMOS管DNM1的漏极电压控制第七NMOS管NM7的导通或断开。
第七NMOS管NM7的漏极分别与第九NMOS管NM9的源极和第十NMOS管NM10的源极连接。第九NMOS管NM9的漏极和栅极与跨导放大模块110的输出端连接。第十NMOS管NM10的漏极与电源VDD连接，第十NMOS管NM10的漏极与第三栅极电源连接，第三栅极电源提供电压Vclamp。
电压检测模块121获取跨导放大模块的输出端的电压VE，经耗尽型NMOS管DNM1分压电压控制第七NMOS管NM7的导通或断开，从而控制钳位模块122开启工作状态或停止工作状态。当输出端处电压低于第七NMOS管NM7的开启电压以及第八NMOS管NM8的开启电压总和时，第七NMOS管NM7的断开。当输出端处电压VE超过第七NMOS管NM7的开启电压和第八NMOS管NM8的开启电压总和时，第七NMOS管NM7的导通。
由于第六NMOS管NM6和第一NMOS管NM1组成电流镜，拉取大于等于电流INM1的额定电流，因此流过第九NMOS管NM9和第十NMOS管NM10的电流总和等于第六NMOS管NM6拉取的额定电流。
当输出端d的电压VE小于电压Vclamp时，同时输出端的电压VE大于等于第七NMOS管NM7的开启电压和第八NMOS管NM8的开启电压总和时，第七NMOS管NM7的导通，第十NMOS管NM10导通，第六NMOS管NM6拉取的电流几乎全部通过第十NMOS管NM10流过。
当输出端的电压VE小于电压Vclamp时，同时输出端的电压VE小于第七NMOS管NM7的开启电压和第八NMOS管NM8的开启电压总和时，第七NMOS管NM7的不导通，第六NMOS管NM6、第九NMOS管NM9和第十NMOS管NM10不导通。
当跨导放大模块110的输出端的电压VE小于电压Vclamp时，第七NMOS管NM7的导通或不导通情况下，为了避免跨导放大模块110的输入端失调电压过大，避免在输出端的电压VE正常时，流入限幅模块120的电流过大，将耗尽型NMOS管DNM1配置为拉取电流远小于INM1，典型值为nA级别，因此对跨导放大模块110的输出端的电流几乎无影响，即差分电流IVE几乎全部流入有源RC补偿网络模块130。
当输出端的电压VE大于电压Vclamp时，第十NMOS管NM10断开，第六NMOS管NM6拉取的电流几乎全部通过第九NMOS管NM9流过。由于第六NMOS管NM6的宽长比大于第一NMOS管NM1的宽长比，如果忽略电压Vclamp和第七NMOS管NM7的影响，则可以认为第六NMOS管NM6足以把输出端的电压拉低到接近0V，但由于电压Vclamp的存在，输出端的最高电压被钳位到略大于电压Vclamp的值，从而达到限幅的效果。
进一步的，有源RC补偿网络模块130包括RC网络模块131、第二差分输入模块132和有源负载133。RC网络模块131用于将跨导放大模块110的输出端输出的差分电流IVE经限幅模块120电压限幅后转换为电压信号。第二差分输入模块132与对RC网络模块131输出的采样电压进行差分放大并输出到有源负载133。有源负载133用于对第二差分输入模块132输出的电压转换为电流并输出补偿RC网络模块131，等效RC补偿网络，从而实现有源RC补偿功能。
有源RC补偿网络模块130包括RC网络模块131、第二差分输入模块132和有源负载133；RC网络模块131用于将跨导放大模块110的输出端输出的差分电流IVE经限幅模块120电压限幅后转换为电压信号；第二差分输入模块132与对RC网络模块131输出的采样电压进行差分放大并输出到有源负载133；有源负载133用于为第二差分输入模块132提供有源负载并输出电流信号IOUT来调节RC网络模块131的输入阻抗，进而调节电压VE来调整LED电源的电流，实现有源RC网络的功能。
进一步的，RC网络模块131包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电阻R3、第四电阻R4。其中第一电容C1、第二电容C2均为小尺寸和小容量电容，可小面积集成在芯片中。
进一步的，第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电容C2依次连接，RC网络模块131通过第一电容C1与第三电阻R3的连接处与限制模块120连接。第四电阻R4的两端与第二差分输入模块132的输入端连接。
具体地，第三电阻R3一端与限幅模块120的第九NMOS管NM9的漏极、第一电容C1的一端连接，另一端与第四电阻R4的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第四电阻R4的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端接地。进一步的，第二差分输入模块132包括：电流源I1和差分放大模块。
电流源I1一端与电源VDD连接，另一端差分放大模块连接。优选地。电流源I1采用PMOS管构成。
差分放大模块包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10。差分放大模块输入端与第四电阻R4两端连接，用于检测第四电阻R4两端的电压差进行差分放大后输出到通过有源负载(133)模块。
第五电阻R5一端与电流源I1连接，另一端与第九PMOS管PM9的源极连接，第九PMOS管PM9的栅极与RC网络模块131的第四电阻R4和第二电容C2的连接处连接，第九PMOS管PM9的漏极与有源负载133连接。
第六电阻R6一端与电流源I1连接，另一端与第十PMOS管PM10的源极连接，第十PMOS管PM10的栅极与RC网络模块131的第四电阻R4和第三电阻R3的连接处连接，第十PMOS管PM10的漏极与有源负载133连接。
第二差分输入模块132用于检测第四电阻R4两端的电压差并通过有源负载133输出端的电流信号IOUT来调整RC网络模块131的电流，从而调整流过R4的电流，实现有源RC网络的功能。具体地，有源RC补偿网络模块130中，RC网络模块131为差分电流IVE提供负载，将差分电流IVE信号转换为电压信号。第二差分输入模块132检测第四电阻R4两端的电压差并通过有源负载模块133输出的电流信号IOUT来调整RC网络模块131的电流，从而调整流过第四电阻R4的电流，来调节RC网络的输入阻抗，进而调节电压VE来调整LED电源的电流，实现有源RC网络的功能。
进一步的，第五电阻R5的阻值R5与第六电阻R6阻值R6相同，第九PMOS管PM9与第十PMOS管PM10为同类型、同尺寸的PMOS管，因此第五电阻R5、第六电阻R6、第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10组成差分输入端，其跨导Gm2为：
其中gm为第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10的跨导，其值可以由下式计算：
其中，I1为电流源I1的电流值，μp为空穴的迁移率，W为第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10的宽，L为第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10的长，Cox为第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10的单位面积的栅氧化层电容。由于gm受工艺影响较大，故第九PMOS管PM9和第十PMOS管PM10分别串联第五电阻R5与第六电阻R6，一方面可以减轻Gm2受gm的影响，另一方面增加跨导输入级的线性度。
进一步的，有源负载133包括：第二电流镜和第三CASCODE电流镜。第二电流镜和第三CASCODE电流镜连接，第三CASCODE电流镜与第二差分输入模块132的输出端连接，用于将第二差分输入模块132的输出电压转换为电流信号IOUT，第二电流镜与第三电流镜连接，电流信号IOUT通过第二电流镜与第三电流镜其中一连接处输出到RC网络模块131以调整RC网络模块131电流；第二电流镜用于为第三CASCODE电流镜提供偏置电流。
第二电流镜包括：第十一PMOS管PM11、第十二PMOS管PM12、第十三PMOS管PM13和第十四PMOS管PM14。
进一步的，第十三PMOS管PM13和第十四PMOS管PM14的源极均电源VDD连接，第十三PMOS管PM13和第十四PMOS管PM14的栅极相互连接并与第四栅极电源连接，第四栅极电源用于提供栅极电压VPB2，第十三PMOS管PM13的漏极与第十一PMOS管PM11的源极连接，第十四PMOS管PM14的漏极与第十二PMOS管PM12的源极连接，第十一PMOS管PM11和第十二PMOS管PM12的栅极相互连接并与第五栅极电源连接，第五栅极电源用于提供栅极电压VPB3。第十一PMOS管PM11的漏极和第十二PMOS管PM12的漏极与第三CASCODE电流镜连接。
第三CASCODE电流镜包括：第十一NMOS管NM11、第十二NMOS管NM12、第十三NMOS管NM13、第十四NMOS管NM14和第七电阻R7。
第三CASCODE电流镜通过第七电阻R7的第一端与第十二PMOS管PM12的漏极连接。
第七电阻R7的第二端与第十四NMOS管NM14的漏极连接。
第十四NMOS管NM14的栅极与第十三NMOS管NM13的栅极以及第七电阻R7的第一端连接，第十四NMOS管NM14的源极与第十二NMOS管NM12的漏极连接，第十四NMOS管NM14的漏极与第七电阻R7的第二端连接。第十二NMOS管NM12的栅极与第十一NMOS管NM11的栅极以及第七电阻R7的第二端连接，第十一NMOS管NM11的源极和第十二NMOS管NM12的源极共同接地，第十一NMOS管NM11的漏极与第十三NMOS管NM13的源极连接，第十三NMOS管NM13的漏极与第二电流镜的第十一PMOS管PM11的漏极连接。
第十三NMOS管NM13的源极与RC网络模块131的第九PMOS管PM9的漏极连接，第十三NMOS管NM13的漏极与RC网络模块131的第十PMOS管PM10的漏极连接。
第二电流镜和第三CASCODE电流镜可以增加该电路的输出阻抗，增加DC增益。
RC补充网络模块130中的除第一电容C1、第二电容C2、第三电阻R3、第四电阻R4外的电路可以看做为一个高输出阻抗的跨导放大器，第十一PMOS管PM11的漏极相当于该跨导放大器的输出端，第十PMOS管PM10的栅相当于反相输入端，第九PMOS管PM9的栅相当于同相输入端。
由小尺寸、小容量的第一电阻C1和第二电阻C2、以及第三电阻R3和第四电阻R4构成的RC网络模块131、第二差分输入模块132和有源负载133构建的RC补充网络模块130等效于一个大容量、高阻值的有源RC网络。
RC补充网络模块130等效的有源RC网络中的等效电阻RCOMP、电容CCOMP和电容CHF计算过程如下。
第四电阻R4、第二电容C2同该级的跨导放大器等效出的电阻Ract为(“//”表示并联)：
第四电阻R4、第二电容C2同该级的跨导放大器等效的电容Cact为：
故最后的补偿：
RCOMP＝R3+Ract (8)
CCOMP＝Cact (9)
CHF＝C1 (10)
因此，RC网络模块131通过第二差分输入模块132、有源负载133将阻抗进行放大，大大提高了输出增益。
如图3所示为LED电源的补偿电路的伯德(Bode)图，从图中可以看出，补偿电路的在频率大约小于100Hz时，DC增益大于70dB，增益较高，可以满足正常应用；另外，大约在10KHz附近存在一个零点，该零点为RCOMP与CCOMP生成，大约400KHz附近存在一个极点，该极点主要由CHF与RCOMP生成。从图3可以看出，这个Bode图与实际的现有技术的补偿电路使用跨导放大器加RC网络的效果基本一致。
本发明实施例还提供了一种LED电源，使用上述的补偿电路100进行补偿。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种LED电源的补偿电路(100)，所述LED电源为电流模式下的恒流开关电源，其特征在于，包括跨导放大模块(110)、限幅模块(120)和有源RC补偿网络模块(130)；
跨导放大模块(110)的输入端分别与负载LED的电压反馈端和参考电源连接，用于对电压反馈端的反馈电压VFB与参考电源的参考电压VREF进行差分放大，并转换为差分电流IVE输出；跨导放大模块(110)的输出端的电压VE用于对LED电源的电流进行调整；
所述限幅模块(120)的输入端与所述跨导放大模块(110)的输出端连接，用于对跨导放大模块(110)的输出端的电压进行限幅；
有源RC补偿网络模块(130)包括RC网络模块(131)、第二差分输入模块(132)和有源负载(133)；RC网络模块(131)用于将跨导放大模块(110)的输出端输出的差分电流IVE经限幅模块(120)电压限幅后转换为电压信号；第二差分输入模块(132)对RC网络模块(131)输出的采样电压进行差分放大并输出到有源负载(133)；有源负载(133)用于为第二差分输入模块(132)提供有源负载并输出电流信号IOUT来调节RC网络模块(131)的输入阻抗，进而调节电压VE来调整LED电源的电流。
2.如权利要求1所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，跨导放大模块(110)包括第一差分输入模块(111)和跨导电流模块(112)；第一差分输入模块(111)与跨导电流模块(112)连接，用于对输入的反馈电压VFB和参考电压VREF进行偏置抬升；跨导电流模块(112)的输出端与所述限幅模块(120)连接，用于对偏置抬升后的反馈电压VFB和参考电压VREF进行差分放大，并转换为差分电流IVE输出。
3.如权利要求2所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，所述第一差分输入模块(111)包括偏置电流单元和电压抬升单元；所述偏置电流单元与所述电压抬升单元连接；所述偏置电流单元用于为电压抬升单元提供偏置电流；所述电压抬升单元用于对输入的反馈电压VFB和参考电压VREF进行抬升，并输出到跨导电流模块(112)。
4.如权利要求3所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，跨导电流模块(112)包括跨导输入单元、电流拉取单元和电流输出单元；跨导输入单元用于将反馈电压VFB和参考电压VREF抬升后的电压进行放大并转换成电流；电流输出单元与跨导输入单元连接，用于对上述电流进行差分后输出；电流拉取单元与跨导输入单元连接，用于为跨导输入单元拉取额定电流。
5.如权利要求1所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，限幅模块(120)包括电压检测模块(121)和钳位模块(122)，所述电压检测模块(121)与所述钳位模块(122)连接，所述电压检测模块(121)用于获取跨导放大模块(110)的输出端的电压VE并控制钳位模块(122)工作状态；钳位模块(122)用于对跨导放大模块(110)的输出端的电压VE进行钳位；所述钳位模块(122)工作状态包括：开启工作状态或停止工作状态。
6.如权利要求5所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，电压检测模块(121)包括：耗尽型NMOS管DNM1和第八NMOS管NM8；
第八NMOS管NM8的栅极和漏极与所述跨导放大模块(110)的输出端连接，第八NMOS管NM8的源极与耗尽型NMOS管DNM1的漏极连接，耗尽型NMOS管DNM1的栅极和源极接地，耗尽型NMOS管DNM1的漏极和第八NMOS管NM8的源极与钳位模块(122)连接，通过耗尽型NMOS管DNM1和第八NMOS管NM8连接处的分压电压控制钳位模块(122)的工作状态。
7.如权利要求5所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，钳位模块(122)包括：第六NMOS管NM6、第七NMOS管NM7、第九NMOS管NM9和第十NMOS管NM10；
第六NMOS管NM6的源极接地，第六NMOS管NM6的栅极与第二栅极电源连接，第二栅极电源用于提供栅极电压VNB；第六NMOS管NM6的漏极与第七NMOS管NM7的源极连接，第七NMOS管NM7的栅极与耗尽型NMOS管DNM1的漏极连接，耗尽型NMOS管DNM1的漏极电压控制第七NMOS管NM7的导通或断开；第七NMOS管NM7的漏极分别与第九NMOS管NM9的源极和第十NMOS管NM10的源极连接；第九NMOS管NM9的漏极和栅极与跨导放大模块(110)的输出端连接；第十NMOS管NM10的漏极与电源VDD连接，第十NMOS管NM10的栅极与第三栅极电源连接，第三栅极电源提供电压Vclamp。
8.如权利要求1所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，所述RC网络模块(131)包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电阻R3以及第四电阻R4；第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4和第二电容C2依次连接，RC网络模块(131)通过第一电容C1与第三电阻R3的连接处与限幅模块(120)连接，第四电阻R4的两端与第二差分输入模块(132)的输入端连接。
9.如权利要求8所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，所述第二差分输入模块(132)包括：电流源I1和差分放大模块，电流源I1一端与电源VDD连接，另一端差分放大模块连接；差分放大模块输入端与所述第四电阻R4两端连接，用于检测第四电阻R4两端的电压差进行差分放大后输出到通过有源负载(133)模块。
10.如权利要求1所述的LED电源的补偿电路(100)，其特征在于，有源负载(133)包括：第二电流镜和第三CASCODE电流镜；第三CASCODE电流镜与第二差分输入模块(132)的输出端连接，用于将第二差分输入模块(132)的输出电压转换为电流信号IOUT，第二电流镜与第三电流镜连接，电流信号IOUT通过第二电流镜与第三电流镜其中一连接处输出到RC网络模块(131)以调整RC网络模块(131)电流；第二电流镜用于为第三CASCODE电流镜提供偏置电流。
11.一种LED电源，使用如权利要求1-10任一项所述的补偿电路(100)进行补偿。
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