CN207505173U - 控制器、开关装置、led驱动系统及led控制芯片 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种控制器、开关装置、LED驱动系统及LED控制芯片，其中，所述开关装置包括开关单元和控制器；控制器连接开关单元，其中所述开关单元用于连接在输入源与谐振装置之间，包括：检测单元用于自所述开关单元获取用于反映谐振装置内电流变化的第一电信号和获取用于反映输入源所提供电压变化的第二电信号，当检测到基于所述第一电信号而设置的开关单元的断开时刻时输出第一检测信号，以及当检测到基于所述第二电信号的变化而设置所述开关单元的导通时刻时输出第二检测信号；控制单元连接所述检测单元，用于基于所接收的第一检测信号和第二检测信号控制所连接的开关单元导通或断开。本申请有效提高了驱动系统的功率输出效率。

Description

控制器、开关装置、LED驱动系统及LED控制芯片

技术领域

本申请涉及LED驱动领域，尤其涉及一种控制器、开关装置、所适用的LED驱动系统及LED控制芯片。

背景技术

LED(发光二极管)由于具有工作电压很低、工作电流很小、抗冲击和抗震性能好、可靠性高寿命长、易于调光等多种特性，在照明、装置、显示、指示等多个领域广泛应用。然而LED器件对驱动电源具有近乎苛刻的要求，例如为了确保LED在应用中反映出相应的特性，LED驱动电源需在效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容等方面具有非常高的要求。

为了向LED负载提供具有高功率因数的恒流供电，LED驱动电源采用借助谐振装置的振荡而输出恒流电流的驱动方式。目前常见的LED驱动电源根据谐振装置的不同工作模式包含：基于BCM(临界连续电流工作模式)的开关装置或基于DCM(断续电流工作模式)的开关装置等。这些开关装置通过外围电路连接谐振装置，并致力于通过对谐振装置的检测而有效利用谐振提供符合高功率因数指标的恒流输出。

事实上，提高功率因数可通过改进开关装置而实现，同时技术人员希望利用半导体集成技术尽量减小开关装置的损耗和尺寸。故而，针对开关装置的研究日益深入。如图1所示，其描述了一种LED驱动系统的电路简化示意图，其中开关装置911和谐振装置912之间通过采样电阻RFBL和RFBH采集谐振装置中的电信号，并通过检测该电信号的谷值控制基于栅极驱动的开关装置911的导通和断开。在上述一类的开关装置中，由于谐振装置的振荡周期不必然与供电波动周期相关联，导致整个驱动系统的功率输出效率不高。

实用新型内容

本申请提供一种控制器、开关装置、所适用的LED驱动系统及LED控制芯片，用于解决驱动系统的功率输出效率不高问题。

为实现上述目的及其他目的，本申请在第一方面提供一种控制器，用于连接开关单元，其中所述开关单元用于连接在输入源与谐振装置之间，包括：检测单元，用于自所述开关单元获取用于反映谐振装置内电流变化的第一电信号和获取用于反映输入源所提供电压变化的第二电信号，当检测到基于所述第一电信号而设置的开关单元的断开时刻时输出第一检测信号，以及当检测到基于所述第二电信号的变化而设置所述开关单元的导通时刻时输出第二检测信号；控制单元，连接所述检测单元，用于基于所接收的第一检测信号和第二检测信号控制所连接的开关单元导通或断开。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述检测单元包括：退磁开始检测模块，连接在开关单元的采样端与控制单元之间，用于当检测到所述开关单元导通时，基于自所述采样端采集的第一电信号开始进行充磁计时，并在充磁计时结束时输出第一检测信号。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述退磁开始检测模块包括：参考电压生成电路，，用于通过检测所述第一电信号确定所述谐振装置的平均输出电流所对应的电压，并基于所确定的电压确定一参考电压；信号生成电路，与所述控制单元相连，用于当检测到所述开关单元导通时，生成一斜坡电信号；比较电路，与所述参考电压生成电路和信号生成电路相连，用于比较所述斜坡电信号的电压和所述参考电压，并在所述斜坡电信号的电压达到参考电压时输出第一检测信号。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述参考电压生成电路包括跨导积分器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端连接所述采样端，所述第二输入端连接一基准参考电压源，所述输出端用于连接一外部低通滤波单元。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述信号生成电路包括斜坡信号发生器，具有控制端和输出端，所述控制端连接所述控制单元，所述输出端连接所述比较电路。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述检测单元包括：退磁结束检测模块，与连接在所述开关单元的驱动端和控制单元之间，用于比较自所述驱动端采集的第二电信号与预设谷值电压阈值，并当所述第二电信号的电压达到所述谷值电压阈值时输出第二检测信号。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述谷值电压阈值为基于所述开关单元中寄生电容释放所设置的阈值电压。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述控制单元包括：控制模块，用于基于所接收的第一检测信号输出使所述开关单元导通的开关控制信号以及基于所接收的第二检测信号输出使所述开关单元断开的开关控制信号；驱动模块，与所述控制模块相连，用于将所接收的开关控制信号转换成对应的开关驱动信号以驱动所连接的开关单元。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述控制器还包括：延迟单元，用于当检测到所述开关单元断开时在一延时时长内维持断开状态。

在所述第一方面的某些实施方式中，所述检测单元自所述开关单元的源极获取第一电信号以及自所述开关单元的栅极获取第二电信号。

本申请在第二方面提供一种开关装置，包括：开关单元，用于连接在输入源与谐振装置之间；以及如上任一所述的控制器，与所述开关单元相连，用于通过检测流经所述开关单元的第一电信号和第二电信号对开关单元进行导通或断开控制。

在所述第二方面的某些实施方式中，所述开关单元包括基于栅极驱动的功率管；所述控制器自所述功率管的源极获取第一电信号，以及自所述功率管的栅极获取第二电信号。

本申请在第三方面提供一种LED驱动系统，包括：交直流转换装置，用于将交流电转换成直流并输出；谐振装置，用于基于受控的振荡向LED负载提供恒流供电；如上所述的开关装置，连接在所述交直流转换装置和谐振装置之间的通路上，用于基于所获取的第一电信号和第二电信号控制所述通路导通或断开；其中，所述第一电信号用于反映谐振装置内电流变化，所述第二电信号用于反映输入源所提供电压变化。

在所述第三方面的某些实施方式中，还包括低通滤波单元，与所述开关装置中的检测单元相连。

本申请在第六方面提供一种LED控制芯片，包括：如上任一所述的控制器，用于通过检测流经所连接的开关单元的第一电信号和第二电信号对所述开关单元进行导通或断开控制。

在所述第六方面的某些实施方式中，LED控制芯片还包括所述开关单元。

本申请所提供的控制器、开关装置、所适用的LED驱动系统及LED控制芯片，自开关单元的采样端采集用于反映谐振装置内电流变化的第一电信号，以及自开关单元的驱动端采集用于反映输入源所提供电压变化的第二电信号，再通过检测第一电信号和第二电信号控制谐振装置的振荡过程，能最大化利用输入源的波形变化，实现对大功率负载提供具有高功率因数的驱动电路。

附图说明

图1为相关技术中LED驱动系统在一实施方式中的电路简化示意图。

图2为本申请开关装置中开关单元在一种实施方式中的简化电路结构示意图。

图3为本申请开关装置中控制器在一种实施方式中的结构示意图。

图4为本申请开关装置中退磁起始检测模块在一种实施方式中的简化电路结构示意图。

图5为图4中RAMP、COMP和Off_pulse各端的波形图。

图6为本申请中开关装置在输入源提供的Vin信号变化下电路中各端电信号的波形图。

图7为本申请开关装置中退磁结束检测模块在一种实施方式中的简化电路结构示意图。

图8为本申请开关装置在又一种实施方式中的结构示意图。

图9为本申请开关装置在另一种实施方式中的结构示意图。

图10为图9结构中包含延时控制信号的各端波形图。

图11为本申请LED控制芯片在一种实施方式中的芯片封装示意图。

图12为本申请LED控制芯片在又一种实施方式中的芯片封装示意图。

图13为本申请LED系统在一种实施方式中的简化电路示意图。

图14为本申请开关控制方法在一种实施方式中的流程图。

需要说明的是，图6和10中Vin为输入源所输出电压信号的包络波形图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，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申请的其他优点与功效。本申请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，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

采用图1的控制器虽然能够调整谐振装置的振荡过程，但由于其不必然与输入的电流波动周期相关，导致谐振装置所输出的恒流电压稳定性差。因此，本申请提供一种开关装置、开关控制方法及适用的LED驱动。

需要说明的是，本申请所提供的开关装置技术方案不仅用于LED驱动系统中，还可以应用于其他包含开关装置的电路系统，如用于仪器仪表、医疗设备、空气净化设备中等。其中，所述开关装置可被集成为一种芯片、或由电子器件封装在如PCB板的载体上。

本申请中所述开关装置可通过控制向谐振装置的供电来控制其振荡过程，其中，开关装置中包含控制器和开关单元。所述开关单元需接入谐振装置的供电线路以受控导通或断开该线路。控制器则用于控制开关单元的通断。

其中，所述开关单元包含受控开关器件。所述受控开关器件的数量可以为一个或多个。所述受控开关器件可以是一个基于栅极驱动的功率管，或者由多个功率管级联构成。例如，请参阅图2，其显示为开关单元的一种简化电路结构示意图。功率管Q1为栅极驱动，其栅极连接控制器11的输出端，源极用于连接谐振装置3，漏极用于连接输入源2。其中，所述输入源2包含市电和交直流转换装置。

为了更有效利用输入源的供电以驱动负载，请参阅图3，其显示为本申请提供的控制器在一实施方式中的结构框架示意图。所述控制器包含检测单元111和控制单元112。

所述检测单元111用于自所述开关单元12获取用于反映谐振装置3内电流变化的第一电信号和获取用于反映输入源2所提供电流变化的第二电信号，当检测到基于所述第一电信号而设置的开关单元12的断开时刻时输出第一检测信号，以及当检测到基于所述第二电信号的变化而设置所述开关单元12的导通时刻时输出第二检测信号。

在此，所述检测单元111可通过分别采集开关单元12与谐振装置3、开关单元12与输入源2的连接节点获取所述第一电信号和第二电信号。在一些实施方式中，所述检测单元111 连接开关单元12的采样端和开关单元12中功率管的驱动端，以便分别获取第一电信号和第二电信号。例如，如图2所示，控制器11连接开关单元12中功率管Q1的源极以获取第一电信号，控制器11连接开关单元12中功率管Q1的栅极以获取第二电信号。

其中，由于所述第一电信号采自开关单元的与谐振装置相连的采样端，故而第一电信号反映出谐振装置中电流或电压变化。所控制器可基于第一电信号控制开关单元断开。其中，所述控制器和谐振装置之间通过采样电路相连，所述采样电路包括采样电阻。在一些实施方式中，所述控制器内置有采样电阻且采样电阻的一端连接采样端，或谐振装置中内置有采样电阻且控制器的采样端连接该采样电阻，再或者控制器的采样端通过外置的采样电阻连接谐振装置。

另外，由于开关单元接入输入源，故而从开关单元上还能获取用于反映输入源所提供的电压变化的第二电信号。以包含有功率管的开关单元为例，由于功率管的漏栅极之间具有寄生电容，因此，输入源的电压变化通过寄生电容反映在作为驱动端的栅极上。故而采集栅极上的第二电信号也能够反映出输入源所提供的电压或电流变化。

所述检测单元可单独设置用于检测开关断开及导通时刻的检测条件，当符合相应条件时控制开关单元导通或断开。所述检测单元还可以基于开关单元当前的导通状态或断开状态仅对其中一个电信号进行检测。例如开关单元处于导通状态期间，所述检测单元仅检测第一电信号以便于输出第一检测信号。例如开关单元处于断开状态期间，所述检测单元仅检测第二电信号以便于输出第二检测信号。

在一些实施方式中，所述检测单元既单独检测所获取的每个电信号还彼此协同以便于准确地对开关单元进行控制。

其中，为控制开关单元导通，所述检测单元包括退磁开始检测模块，连接在开关单元的采样端与控制单元之间，用于当检测到所述开关单元导通时，基于自所述采样端采集的第一电信号开始进行充磁计时，并在充磁计时结束时输出第一检测信号。

请参阅图4，其显示为所述退磁起始检测模块在一实施方式中的简化电路示意图，所述退磁起始检测模块包括：参考电压生成电路412。

所述参考电压生成电路412与所述采样端CS相连，用于通过检测确定一参考电压。其中，所述参考电压生成电路412包括跨导积分器。所述跨导积分器通过将所述第一电信号与一参考电压阈值之间的误差进行放大及积分处理得到所述参考电压。

例如，所述参考电压生成电路412中的跨导积分器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端连接所述采样端CS，所述第二输入端连接一基准参考电压源，所述输出端COMP输出所述参考电压。其中，由于所述第一电信号呈基本线性变化，所输出的参考电压基本稳定。所述输出端还用于连接一外部低通滤波单元使得所输出的参考电压Vcomp较为稳定。

例如，如图4所示，跨导积分器Gm的负向输入端(即第一输入端)连接功率管Q2的源极(即采样端CS)，Gm的正向输入端(即第二输入端)与一基准电压源相连以始终接收电压VREF，输出端COMP输出所述参考电压Vcomp。其中所述基准电压源可与所述开关装置集成在一起或通过芯片引脚相连。

如图4所示，所述退磁起始检测模块还包括信号生成电路411和比较电路415。

其中，所述信号生成电路411与所述控制单元413相连，用于当检测到所述开关单元42 导通时，生成一斜坡电信号。在此，所述信号生成电路411的控制端可连接在所述控制单元 412与开关单元42之间，如连接在功率管的驱动端(GATE端)，以接收使开关单元42导通的控制信号。例如，所述信号生成电路411中包含功率管A1(未予图示)，功率管A1的驱动端连接功率管Q1的驱动端，当功率管A1在接收到导通的控制信号时，控制所述信号生成电路411中的斜坡信号发生器生成斜坡信号。其中所述斜坡信号发生器可以是包含电容的电路，利用电容充电所需要的时长自开关单元42导通时开始计时，在充电期间电容电压线性上升并将电容电压输出至比较电路。所述斜坡信号发生器的输出端输出RAMP信号至比较电路。

所述比较电路415与所述参考电压生成电路412和信号生成电路411相连，用于比较所述斜坡电信号的电压和所述参考电压，并在所述斜坡电信号的电压达到参考电压时输出第一检测信号。

以图4为例，并请参阅图5，其显示为RAMP、COMP和Off_pulse(比较电路的输出信号)各端的波形图。信号生成电路中的斜坡信号(RAMP信号)被输送至比较电路的正向输入端，同时Vcomp或基于Vcomp的分压电压被输送至比较电路的负向输入端，比较电路在 RAMP信号电压低于Vcomp电压(或Vcomp的分压)时，输出低电平，当RAMP信号电压达到甚至高于Vcomp电压(或Vcomp的分压)时，输出高电平。其中，在图4示例中，所述比较电路415的Off_pulse端所输出的高电平即为第一检测信号，其说明Vramp电压已达到Vcomp电压(或Vcomp的分压)。所述控制单元413基于所接收的第一检测信号输出使开关单元断开的控制信号。

所述信号生成电路还包括泄放电路(未予图示)。所述泄放电路的控制端可与斜坡信号发生器的输出端共用。例如，泄放电路包括接地的受控开关(如功率管A2)并与斜坡信号发生器中的电容并联，其中功率管A2与功率管A1反向通断。所述控制单元基于所接收的第一检测信号输出使开关单元断开的控制信号还输出到所述信号生成电路的控制端。如功率管A2 的栅极。在接收到断开的控制信号时，功率管A2导通并泄放掉斜坡信号发生器中电容所充电荷，使得斜坡信号发生器所输出的Vramp电压降低，当Vramp小于Vcomp电压(或Vcomp 的分压)，所述比较电路所输出的Off_pulse信号电压自高电平转为低电平，控制单元由于未收到第二检测信号，故而仍然控制开关单元保持断开状态。

为控制开关单元导通，所述检测单元包括：退磁结束检测模块，与连接在所述开关单元的驱动端和控制单元之间，用于比较自所述驱动端采集的第二电信号与预设谷值电压阈值，并当所述第二电信号的电压达到所述谷值电压阈值时输出第二检测信号。其中，谷值电压阈值可略高于或略低于接地电压。对于包含半导体器件的开关单元来说，例如包含功率管的开关单元，当开关单元中电压变化时，寄生电容随之充电或放电。所述退磁结束检测模块可通过检测第二电信号中因寄生电容的放电所产生的下探尖峰来确定开关单元的导通时刻。对应的，所述谷值电压阈值为基于所述开关单元中寄生电容释放所设置的阈值电压。

请参阅图6，其显示了开关单元随着输入源电压自高变低的短暂时段，寄生电容放电而在第二电信号GATE中产生的下探尖峰波形图。所述退磁结束检测模块通过比较所接收的第二电信号是否达到谷值电压阈值，若是，则输出第二检测信号，反之则不予输出。例如，请参阅图7，其显示为开关装置中退磁结束检测模块的简化电路图。所述退磁结束检测模块包含比较器512，比较器512的负向输入端连接功率管Q1的GATE端以接收所述第二电信号，其正向输入端连接一基准电压源以维持谷值电压阈值zcd_ref。参看图6和7，在开关单元52导通期间，功率管Q1的栅极电压为高，则第二电信号的电压始终高于谷值电压阈值zcd_ref，比较器始终输出低电平。当输入源2提供的Vin电压由高变低时，功率管栅漏极之间的寄生电容放电，使得栅极电压在随Vin降低为低电平的初始瞬时期间继续下探，以产生所述下探尖峰，此时，所述比较器512比较第二电信号的电压小于等于谷值电压阈值zcd_ref，并输出 ZCD为脉冲信号(或者为高电平)的第二检测信号。控制单元513根据第二检测信号控制开关单元52导通。

所述控制单元用于基于所接收的第一检测信号和第二检测信号向所述第二驱动端输出用于驱动所述开关单元的控制信号。

当控制单元接收到表示退磁开始时刻的第一检测信号时，向与开关单元相连的第二驱动端输出断开的控制信号，以及当控制单元接收到表示退磁结束时刻的第二检测信号时，向所述开关单元输出导通的控制信号。其中，导通和断开的控制信号可以是脉冲信号或使能信号。例如，结合图2和3所示，所述开关单元12包含功率管Q1，所述控制信号为使能信号，即持续的电平信号，并从所述功率管Q1的驱动端(Gate端)输入。当控制信号为低电平时，功率管Q1的栅源之间压差不满足导通电压，功率管Q1的漏源极断开，则所述开关单元12无供电输出。当控制信号为高电平时，功率管Q1的漏源极导通，则输入源2所提供的电流通过所述开关单元输送至谐振装置3。

在此，所述控制单元可由包含逻辑器件的电路组成，其中，所述逻辑器件包括但不限于：模拟逻辑器件和数字逻辑器件。其中，所述模拟逻辑器件用于处理模拟电信号的器件，其包括但不限于：比较器、与门、或门等；所述数字逻辑器件用于处理由脉冲信号表示数字信号的器件，其包括但不限于：触发器、门电路、锁存器、选择器等。所述控制单元通过两个端口分别接收第一检测信号和第二检测信号，并利用逻辑配置表对所接收的信号进行逻辑处理，再基于处理结果输出导通或断开的控制信号。

在一些实施方式中，所述控制单元包含控制模块和驱动模块。

所述控制模块连接检测单元，用于基于所接收的第一检测信号输出使所述开关单元断开的开关控制信号，以及基于所接收的第二检测信号输出使所述开关单元导通的开关控制信号。

其中，请参见图8，其显示为开关装置在又一种实施方式中的结构示意图。所述控制模块613包含两个输入端，其中一个输入端连接退磁起始检测模块611，用于接收第一检测信号；另一个输入端连接退磁结束检测模块612，用于接收第二检测信号。控制模块613为基于所述第一检测信号和第二检测信号的波形、信号组合而配置的逻辑电路。例如，如图8，控制模块613包含触发器，触发器的复位端(R端)可直接或通过触发器的外围电路连接退磁起始检测模块611和退磁结束检测模块612，用以接收第一检测信号；触发器的置位端(S端)可直接或通过触发器的外围电路连接检测单元，用以接收第二检测信号。所述第一检测信号和第二检测信号举例为脉冲信号。当R端接收到脉冲信号且S端为低电平信号时，基于触发器内部的逻辑组合，触发器输出断开的开关控制信号；当S端接收到脉冲信号且R端为低电平信号时，基于触发器内部的逻辑组合，触发器输出导通的开关控制信号。对于包含功率管的开关单元62来说，所述开关控制信号需经由所述驱动模块614输出至开关单元62。

所述驱动模块614连接所述控制模块613，如图8所示，其用于将所接收的开关控制信号转换成对应的开关驱动信号以驱动所连接的开关单元62。在此，所述驱动模块614可用来将开关控制信号放大，且输出具备一定驱动能力的电流以驱动开关单元62中的功率管。所述驱动模块614的输出端连接开关单元62中功率管Q1的栅极，使得功率管Q1被导通后输入源向谐振装置提供能量。

在一些实施方式中，由于输入源在自低电平变为高电平后的一瞬时期间内易产生电压波动，这使得对应的第二电信号也将输出电压波动，波动的电压叠加上寄生电容的电压变化可能导致退磁结束检测模块误产生第二检测信号。为防止退磁结束检测模块的误触发，所述控制器还包括：延时单元。

所述延时单元用于当检测到所述开关单元断开时在一延时时长内维持断开状态。

为此，所述延时单元可与检测模块的输出端相连、或者接收第一检测信号，以确定所述开关单元断开，并在检测到开关单元断开时，启动以延时计时，当延时计时期间，控制单元始终不予输出导通控制信号，当延时计时结束后，控制单元基于所接收的第二检测信号导通开关单元。其中，所述延时单元所延时长小于控制器断开开关单元至输入源所提供的电压自高降低的时长。

在一些实施方式中，所述延迟单元可对开关单元的断开控制信号有效，锁存该断开控制信号一延时时长并向所述检测单元输出相应的延时控制信号。对应地，所述退磁结束检测模块在该延时控制信号存续期间无论第二电信号的电压是否降至谷值电压阈值均不予输出第二检测信号，直至所述延时控制信号消失。

在又一些实施方式中，请参阅图9，其显示为包含延时单元的开关装置的结构示意图。所述延迟单元714可连接在控制模块713和驱动模块715之间，并以控制模块713输出的断开控制信号有效，当收到断开控制信号时锁存该信号一延时时长，该锁存的延时控制信号输出至驱动模块，所述驱动模块715中包含逻辑电路用以在该延时控制信号存续期间无论控制模块是否输出导通控制信号均不予驱动开关单元导通，直至所述延时控制信号消失。

以图9为例，本申请所提供的开关装置的内部电路包含CS采样端、COMP端、ZCD端、OFF_PULSE端、和GATE端，其中，退磁起始检测模块711和退磁结束检测模块712分别与CS采样端和GATE端连接用以接收第一电信号和第二电信号，并分别通过OFF_PULSE 端和ZCD端输出第一检测信号和第二检测信号；控制模块713分别接收所述第一检测信号和第二检测信号并输出开关控制信号；驱动模块715与所述控制模块713相连用于放大开关控制信号以驱动后级电路。与所述控制器相连且受所述控制器控制的开关单元72举例包含基于栅极(GATE端)驱动的开关电路。

以图9为例，并参阅图10，其中，图10显示为包含延时控制信号Strong_pd波形的各端波形示意图。现以T1至T2时间段为例来描述开关装置的工作过程。当控制器导通开关单元 72(对应T1时刻)时，CS端受谐振装置3充磁影响产生电压升高的电信号，控制器中的退磁起始检测模块711采集CS端的第一电信号CS输入至参考电压生成电路，其中参考电压生成电路中的跨导积分器，由跨导积分器对第一电信号CS与电压Vref的误差电压放大并积分处理后大，自COMP端输出Vcomp电压；与此同时，退磁起始检测模块711中的信号生成电路在控制器导通开关单元时开始产生一斜坡信号，该斜坡信号的电压Vramp和电压Vcomp 分别输出至比较电路的正向输入端和负向输入端，当Vramp电压达到Vcomp电压时，比较电路的输出端(OFF_PULSE端)输出高电平(即第一检测信号)。由于导通开关单元，退磁结束检测模块712所接收的第二电信号GATE的电压始终高于谷值电压阈值Vzcd_ref，故而退磁结束检测模块712输出端(ZCD端)在开关单元72导通期间始终输出低电平，控制单元中的控制模块713在复位端(如R端)接收高电平且置位端接收低电平时自输出端(如Q 端)输出断开的开关控制信号(GATE_ON信号)，控制单元中的驱动模块715将该GATE_ON 信号由高到低输出至开关单元72中的功率管Q1的栅极，使得功率管Q2的栅极(GATE端) 电压降低，从而导致功率管Q1断开。第一电信号CS据此随谐振装置电能的释放过程(即退磁过程)而产生电压降低的波形。

在退磁的初始瞬时期间，为防止输入源Vin在高电平期间产生抖动，延时单元714基于断开控制信号强制驱动模块不予导通功率管Q1，直至延时计时结束。

在退磁期间，一方面，当退磁起始检测模块711接收到功率管Q2栅极的断开控制信号时，其中信号生成电路复位斜坡信号使得RAMP端的Vramp电压低于Vcomp电压， OFF_PULSE端向控制单元的复位端输出低电平。另一方面，受功率管Q1栅漏极寄生电容放电影响，第二电信号GATE在开关单元72断开后的一瞬时延时产生下探的电压变化，退磁结束检测模块检测第二电信号GATE低于谷值电压阈值Vzcd_ref，从而输出高电平(即第二检测信号)。控制单元中的控制模块713在复位端(如R端)接收低电平且置位端接收高电平时自输出端(如Q端)输出导通的开关控制信号(GATE_ON信号由低到高)，控制单元中的驱动模块将该GATE_ON信号放大至可驱动开关单元72中的功率管Q2的栅极(GATE端) 并通过功率管Q2导通功率管Q1，如此导通输入源2至谐振装置3之间的供电路径，第一电信号CS据此随谐振装置3电能的存储过程(即充磁过程)而产生电压升高的波形。所述控制器重复充磁和退磁过程，以便于谐振装置3向负载提供恒流供电。

以所述控制器被配置在LED驱动系统中为例，本申请可提供一种包含所述控制器的LED 控制芯片。所述LED控制芯片包含与外部电路连接的引脚。其中，所述控制器可被单独封装或与其他电路(如基准电压源等)封装在一LED控制芯片中并外接所述开关单元。请参阅图 11，其显示为LED控制芯片在一种实施方式中的封装示意图。所述LED控制芯片包含COMP 引脚、CS引脚、GATE引脚、VCC引脚、和GND引脚。其中，COMP引脚用于连接低通滤波单元，便于确保控制器中的Vcomp基本稳定。CS引脚与谐振装置和开关单元衔接处相连以获取第一电信号。GATE引脚连接开关单元中功率管Q1的栅极，用于对开关单元进行导通及断开控制；GATE引脚还提供第二电信号。VCC引脚连接外部供电电源或外部电容，用于为LED控制芯片供电和基准电压源提供稳定电压。GND引脚用于接地。

在一些实施方式中，开关单元中的功率管Q1可被集成在LED控制芯片中。请参阅图12，其显示为LED控制芯片在又一实施方式中的封装示意图。所述LED控制芯片包含COMP引脚、CS引脚、VCC引脚、DRAIN引脚和GND引脚。其中，COMP引脚用于连接低通滤波单元，便于确保控制器中的Vcomp基本稳定。CS引脚与谐振装置和开关单元衔接处相连以获取第一电信号。VCC引脚连接外部供电电源或外部电容，用于为LED控制芯片供电和基准电压源提供稳定电压；VCC引脚还可以连接开关单元中功率管Q1的栅极以提供稳定电压。 GND引脚用于接地。DRAIN引脚用于连接输入源。第二电信号由芯片内部功率管Q1的GATE 端采集。

本申请还提供的一种采用上述开关装置而设计的LED驱动系统。请参考图13，其显示为所述LED驱动系统在一实施方式中的结构示意图。所述LED驱动系统包括：交直流转换装置81、开关装置82、和谐振装置83。

所述交直流转换装置81用于将交流电转换成直流。其中，所述交直流转换装置81可接入市电。所述LED驱动系统可根据输入源的电压和工频频率选择控制器中各器件的参数。所述交直流转换装置81包括：与输入源相接的整流桥电路和低通滤波电路。例如，如图13所示，二极管D2、D3、D4和D5构成整流桥电路，在整流桥电路的输出端和地端之间设有包含电容C1的低通滤波电路。

所述谐振装置83用于基于受控的能量变化向LED负载提供恒流供电。其中，所述谐振装置83包含LC振荡器及其外围电路，该外围电路包含与开关装置采样端相连的采样电阻。其中，所述LC振荡器的电感和电容的参数可基于市电工频频率、市电电压、输出电压和电流规格、充磁时长、退磁时长而确定。例如，谐振装置83处于临界连续电流工作模式下，谐振装置83的充磁时间在某一固定的市电电压有效值和固定的输出电压规格下基本保持不变，以此使得整个LED驱动系统在临界连续电流工作模式下具有高功率因数。

所述开关装置82与所述交直流转换装置81和谐振装置83相连，用于基于检测自所述采样端采集的第一电信号和自所述第一驱动端采集的第二电信号来控制所述通路导通或断开。例如，所述开关装置的简化电路图可参见图4、5、6、7、9、11及其对应描述。

以图13为例，所述LED驱动系统驱动LED负载的工作过程如下：交直流转换装置81将市电转换为准方形波并输出至开关装置82，初始时开关装置82导通并向谐振装置83充磁，开关装置82采集功率管Q1的CS端的第一电信号，以及GATE端的第二电信号。其中，开关装置82中的退磁起始检测模块根据开关装置的导通控制信号产生一斜坡电信号，并根据第一电信号生成对应斜坡电信号的参考电压Vcomp，所述退磁起始检测模块基于斜坡电信号自初始电压升至参考电压Vcomp所花费的时长进行充磁计时。开关装置中的退磁结束检测模块根据第二电信号始终大于谷值电压阈值Vzcd_ref而不予输出第二检测信号。当退磁起始检测模块的充磁计时结束，即Vramp大于等于Vcomp时，输出第一检测信号至开关装置中的控制单元，由控制单元控制开关装置82中的开关单元断开，使得谐振装置82开始退磁操作。当退磁操作开始时，受开关装置82中的断开控制信号指示，斜坡信号复位使得退磁起始检测模块未输出第一检测信号；与此同时，GATE端电压下探至Vzcd_ref，当退磁结束检测模块判断GATE端电压低于Vzcd_ref时，退磁结束检测模块向控制单元输出第二检测信号，所述控制单元据此控制开关装置中的开关单元导通，谐振装置进入充磁操作。

所述LED驱动系统还包括低通滤波单元，与所述开关装置中的检测单元相连。

其中，所述低通滤波单元为包含电容的电路，其中，所述电容与检测单元中的退磁起始检测模块相连。例如，如图13所示，所述低通滤波单元中的电容Ccomp连接控制器的COMP 端。所述低通滤波单元用于减少Vcomp电压的变动，使得RAMP信号自初始值升到Vcomp电压所花费的时长基本维持不变，即充磁时长基本不变，如此在临界连续电流工作模式下得到高功率因数。

本申请还提供一种开关控制方法。所述开关控制方法可以由所述开关装置来执行，或者由可执行所述开关控制方法中各步骤的装置执行。

请参阅图14，其显示为所述开关控制方法在一实施方式中的流程图。所述开关控制方法包括：步骤S110、S120。

在步骤S110中，自开关单元获取第一电信号和第二电信号；其中，所述第一电信号用于反映谐振装置内电流变化，所述第二电信号用于反映输入源所提供电压变化。

在此，可从与谐振装置相连的开关单元的任一端检测流经所述谐振装置的电流，以得到所述第一电信号。在一些实施方式中，获取所述第一电信号的方式可采集自所述开关单元置与谐振装置相连的采样端予以获取。例如，将开关单元的采样端通过采样电阻接入谐振装置与开关单元之间的电路节点处，以获取所述第一电信号。其中，谐振装置和开关单元之间可设置采样电路，所述谐振装置中电流或电压变化可藉由所述采样电阻一侧的第一电信号反射出来。其中，所述采样电路包含采样电阻。所述采样电阻可内置在控制器的退磁检测单元中，或内置在谐振装置中，再或位于退磁检测单元和谐振装置之间的通路上。

所述第二电信号采集自开关单元内部。所述驱动端为开关单元中开关器件的驱动端，例如，图2所示，所述第一驱动端为功率管Q1的栅极。由于功率管Q1的栅漏极之间存在寄生电容，导致漏极所接收的电压变化时，栅极所接收的第二电信号电压也随之变化并叠加寄生电容的电压变化。故而当输入源所提供的电压变化时，通过采集栅极的第二电信号能够更容易地得到变化更突显的电压变化，进而能够更准确地控制开关单元导通，实现谐振装置的写真过程与输入源的电压变化匹配的目的。

在步骤S120中，基于所述第一电信号设置开关单元的断开时刻，并在达到所述断开时刻时断开所述开关单元；以及基于所述第二电信号的变化设置所述开关单元的导通时刻，并在达到所述导通时刻时导通所述开关单元。

在此，当检测到开关装置导通时意味着电流流向所述谐振装置，谐振装置中的电感开始充磁，即开关装置由断开状态转入导通状态的时刻为所述谐振装置的充磁起始时刻。所述开关装置断开可通过检测开关装置中的开关控制信号或检测第一检测信号的电压而确定。

其中，所述基于第一电信号设置开关单元的断开时刻的步骤可采用以下步骤来执行：当检测到所述开关单元导通时开始计时一斜坡电压达到一参考电压的时长，并将所述斜坡电压达到所述参考电压的时刻控制所述开关单元断开；其中，所述参考电压为经检测所述第一电信号得到的电压。

在此，所述斜坡信号被输送至比较电路与一参考电压Vcomp进行比较，斜坡信号的电压 Vramp自初始值上升至该参考电压Vcomp所花费的时长即为谐振装置的充磁时长。当Vramp 升至Vcomp时，设定谐振装置充磁结束即可进入退磁操作，故而，控制所述开关装置断开。例如，利用比较电路比较Vramp和Vcomp，当Vramp大于等于Vcomp时控制所述开关装置断开。

在此，Vcomp电压是基于所述第一电信号输入一跨导积分器而产生的电压。例如，所获取的流经谐振装置的第一电信号(CS电信号)被输送至参考电压生成电路以输出Vcomp电压。例如，所述参考电压生成电路包含跨导积分器，其正向输入端接收一参考电压Vref，负向输入端接收所述第一电信号，则所述跨导积分器输出Vcomp电压作为参考电压。其中，参考电压Vref为基准电压源所提供，该基准电压源可专门提供所述参考电压Vref，或基于芯片供电电压VCC分压而得到。

基于所述第二电信号的变化设置所述开关单元的导通时刻的步骤可采用以下步骤来执行：比较所述第二电信号与预设谷值电压阈值，并当所述第二电信号的电压达到所述谷值电压阈值时确定为所述开关单元的导通时刻。

在此，如图9和10所示，开关装置中的驱动端在向谐振装置充磁期间(即开关装置导通期间)，受功率管Q1导通影响，第二电信号维持低高电平。在谐振装置退磁期间(即开关装置断开期间)，检测经整形的输入电源Vin的电压波形变化，当Vin出现下跳变时，功率管Q1的栅极GATE端输出下跳沿并下探至谷值电压阈值Vzcd_ref时，第二电信号的电压小于等于所述谷值电压阈值，则设定退磁结束时刻并控制开关装置导通。

对于包含半导体器件的开关装置，如图9和10所示的利用功率管Q1作为开关器件的开关装置来说，当开关装置断开的起始瞬间期间，输入源的电压波动会影响功率管Q1栅极电压波动，从而导致第二电信号出现下探变化，为防止该下探变化所对应的电压触发开关装置误导通，所述方法在检测退磁结束期间，还包括当断开所述开关装置时延时检测所述第二电信号的步骤。

当开关装置断开时，锁存对应的断开控制信号一延时时长。在该延时时长存续期间无论第二电信号的电压是否降至谷值电压阈值均不予输出第二检测信号，直至所述延时计时结束。其中，所述延时计时时长小于输入源的高电平持续时长。

所述开关控制方法通过设置外部谐振装置的退磁过程用于实现对与所述谐振装置相连的开关装置进行通断控制，如此实现谐振装置的持续或断续振荡，以向负载提供恒流供电。

当谐振装置所接的负载为LED负载时，本申请再提供一种LED驱动方法，以实现LED负载的恒流供电。所述LED驱动方法用于利用谐振装置对LED负载进行恒流供电的驱动系统。

所述LED驱动方法通过执行开关控制方法各步骤，当确定退磁开始时刻时，控制与所述谐振装置连接的开关装置断开，使得谐振装置中的电感进入退磁操作，谐振装置向LED负载输出恒流供电。当确定退磁结束时刻时，可控制开关装置导通，使得谐振装置中的电感进入充磁操作。如此基于所述开关装置的导通及断开对谐振装置的振荡控制驱动LED负载工作。

本申请虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本申请技术方案的保护范围。

Claims (16)

1.一种控制器，用于连接开关单元，其中所述开关单元用于连接在输入源与谐振装置之间，其特征在于，包括：

检测单元，用于自所述开关单元获取用于反映谐振装置内电流变化的第一电信号和获取用于反映输入源所提供电压变化的第二电信号，当检测到基于所述第一电信号而设置的开关单元的断开时刻时输出第一检测信号，以及当检测到基于所述第二电信号的变化而设置所述开关单元的导通时刻时输出第二检测信号；

控制单元，连接所述检测单元，用于基于所接收的第一检测信号和第二检测信号控制所连接的开关单元导通或断开。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述检测单元包括：

退磁开始检测模块，连接在开关单元的采样端与控制单元之间，用于当检测到所述开关单元导通时，基于自所述采样端采集的第一电信号开始进行充磁计时，并在充磁计时结束时输出第一检测信号。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述退磁开始检测模块包括：

参考电压生成电路，，用于通过检测所述第一电信号确定一参考电压；

信号生成电路，与所述控制单元相连，用于当检测到所述开关单元导通时，生成一斜坡电信号；

比较电路，与所述参考电压生成电路和信号生成电路相连，用于比较所述斜坡电信号的电压和所述参考电压，并在所述斜坡电信号的电压达到参考电压时输出第一检测信号。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述参考电压生成电路包括跨导积分器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端连接所述采样端，所述第二输入端连接一基准参考电压源，所述输出端输出所述参考电压；其中，所述输出端还用于连接一外部低通滤波单元。

5.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述信号生成电路包括斜坡信号发生器，具有控制端和输出端，所述控制端连接所述控制单元，所述输出端连接所述比较电路。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述检测单元包括：退磁结束检测模块，与连接在所述开关单元的驱动端和控制单元之间，用于比较自所述驱动端采集的第二电信号与预设谷值电压阈值，并当所述第二电信号的电压达到所述谷值电压阈值时输出第二检测信号。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述谷值电压阈值为基于所述开关单元中寄生电容释放所设置的阈值电压。

8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制单元包括：

控制模块，用于基于所接收的第一检测信号输出使所述开关单元导通的开关控制信号以及基于所接收的第二检测信号输出使所述开关单元断开的开关控制信号；

驱动模块，与所述控制模块相连，用于将所接收的开关控制信号转换成对应的开关驱动信号以驱动所连接的开关单元。

9.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：延迟单元，用于当检测到所述开关单元断开时在一延时时长内维持断开状态。

10.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述检测单元自所述开关单元的源极获取第一电信号以及自所述开关单元的栅极获取第二电信号。

11.一种开关装置，其特征在于，包括：

开关单元，用于连接在输入源与谐振装置之间；以及

如权利要求1-10中任一所述的控制器，与所述开关单元相连，用于通过检测流经所述开关单元的第一电信号和第二电信号对开关单元进行导通或断开控制。

12.根据权利要求11所述的开关装置，其特征在于，所述开关单元包括基于栅极驱动的功率管；所述控制器自所述功率管的源极获取第一电信号，以及自所述功率管的栅极获取第二电信号。

13.一种LED驱动系统，其特征在于，包括：

交直流转换装置，用于将交流电转换成直流并输出；

谐振装置，用于基于受控的振荡向LED负载提供恒流供电；

如权利要求11-12中任一所述的开关装置，连接在所述交直流转换装置和谐振装置之间的通路上，用于基于所获取的第一电信号和第二电信号控制所述通路导通或断开；其中，所述第一电信号用于反映谐振装置内电流变化，所述第二电信号用于反映输入源所提供电压变化。

14.根据权利要求13所述的LED驱动系统，其特征在于，还包括低通滤波单元，与所述开关装置中的检测单元相连。

15.一种LED控制芯片，其特征在于，包括：

如权利要求1-10中任一所述的控制器，用于通过检测流经所连接的开关单元的第一电信号和第二电信号对所述开关单元进行导通或断开控制。

16.根据权利要求15所述的LED控制芯片，其特征在于，还包括所述开关单元。