TW202348081A - 開關電源系統及其控制晶片和控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一種開關電源系統及其控制晶片和控制方法。該開關電源系統包括電感和功率開關，該控制晶片被配置為：基於用於調節發光二極體的亮度的調光控制信號、用於表徵流過電感的電感電流的電流檢測信號、第一參考電壓，生成用於控制功率開關從導通狀態變為關斷狀態的關斷控制信號；基於調光控制信號、電流檢測信號、用於表徵電感的退磁情況的退磁檢測信號、以及第二參考電壓，生成用於控制功率開關從關斷狀態變為導通狀態的導通控制信號；以及基於關斷控制信號和導通控制信號，生成用於控制功率開關的導通與關斷的脈寬調變信號，其中，第一參考電壓用於控制開關電源系統的系統輸出電流的大小，第二參考電壓用於控制功率開關處於關斷狀態的持續時間。

Description

開關電源系統及其控制晶片和控制方法
本發明涉及電路領域，更具體地涉及一種開關電源系統及其控制晶片和控制方法。
開關電源又稱交換式電源、開關變換器，是電源供應器的一種。開關電源的功能是通過不同形式的架構(例如，返馳(fly-back)架構、降壓(BUCK)架構、或升壓(BOOST)架構等)將一個位準的電壓轉換為使用者端所需要的電壓或電流。
根據本發明實施例的用於開關電源系統的控制晶片，其中，該開關電源系統包括電感和功率開關，該控制晶片被配置為：基於用於調節發光二極體的亮度的調光控制信號、用於表徵流過電感的電感電流的電流檢測信號、以及第一參考電壓，生成用於控制功率開關從導通狀態變為關斷狀態的關斷控制信號；基於調光控制信號、電流檢測信號、用於表徵電感的退磁情況的退磁檢測信號、以及第二參考電壓，生成用於控制功率開關從關斷狀態變為導通狀態的導通控制信號；以及基於關斷控制信號和導通控制信號，生成用於控制功率開關的導通與關斷的脈寬調變信號，其中，第一參考電壓用於控制開關電源系統的系統輸出電流的大小，第二參考電壓用於控制功率開關處於關斷狀態的持續時間。
根據本發明實施例的用於開關電源系統的控制方法，其中，該開關電源系統包括電感和功率開關，該控制方法包括：基於用於調節發光二極體的亮度的調光控制信號、用於表徵流過電感的電感電流的電流檢測信號、以及第一參考電壓，生成用於控制功率開關從導通狀態變為關斷 狀態的關斷控制信號；基於調光控制信號、電流檢測信號、用於表徵電感的退磁情況的退磁檢測信號、以及第二參考電壓，生成用於控制功率開關從關斷狀態變為導通狀態的導通控制信號；以及基於關斷控制信號和導通控制信號，生成用於控制功率開關的導通與關斷的脈寬調變信號，其中，第一參考電壓用於控制開關電源系統的系統輸出電流的大小，第二參考電壓用於控制功率開關處於關斷狀態的持續時間。
根據本發明實施例的開關電源系統，包括以上所述的控制晶片。
100:開關電源系統
102:控制晶片
1022:低壓降穩壓器模組
1024:退磁檢測模組
1026:恒流控制模組
1028:驅動器模組
202:調光信號處理單元
204:取樣單元
206:誤差放大器
208:檢測單元
210:比較器
212:鉗位元單元
214:延遲信號產生單元
2144:補償信號處理電路
2146:比較器
216:數位單元
2162:電壓-電流轉換電路
BD1:整流器
C1:輸入電容
C2:輸出負載電容
C201,C202,C501:電容
CMP:補償控制信號
CS:電流檢測信號
CS_sen:電流放大信號
CS_smp:電流取樣信號
D1:二極體
DCM:斷續導通模式
Delay:時間延遲信號
Dem:退磁檢測信號
DIM:調光控制信號
Gate:閘極驅動信號
HV:引腳
Idim:調光參考電流
IL:電感電流
Iout:系統輸出電流
K201,K501,K502:開關
L1:電感
M303,M304,M305,M306:電流鏡
PWM:脈寬調變信號
PWM_off:關斷控制信號
PWM_on:導通控制信號
Q1:功率開關
R1:電流偵測電阻
R301,R302,R303,R501:電阻
Ramp:斜坡控制信號
Td:延遲時間
Tdem:電感L1處於退磁狀態的持續時間
Toff:功率開關Q1處於關斷狀態的持續時間
Ton:功率開關Q1處於導通狀態的持續時間
U301,U302,U501:放大器
U502:反相器
V1,V2,Vref:參考電壓
Vchop:經斬波參考電壓
Vd:延遲控制信號
Vdim:調光參考電壓
VIN:線電壓
從下面結合圖式對本發明的具體實施方式的描述中可以更好地理解本發明，其中：
圖1示出了根據本發明實施例的用於可調光LED照明的開關電源系統的示例電路圖。
圖2示出了圖1所示的恒流控制模組的示例電路圖。
圖3示出了圖2所示的補償信號處理電路的示例電路圖。
圖4示出了圖2所示的恒流控制模組中的多個信號的工作波形圖。
圖5示出了圖2所示的調光信號處理單元的示例電路圖。
圖6示出了圖2所示的數位單元的示例電路圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描 述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本發明造成不必要的模糊。
近年來，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)由於相對於傳統白熾燈、鹵素燈、或螢光燈等照明產品具有壽命長、成本低、和體積小等特點，被廣泛應用在社會生產生活的各個方面。LED自身的亮度主要受流過LED的電流控制，可以通過調節流過LED的電流來調節LED的亮度。
在用於LED照明的開關電源系統中，通過以脈寬調變(Pulse Width Modulation,PWM)斬波模式控制流過LED的電流來調節LED的亮度容易產生頻閃。為了防止頻閃發生，一般通過以連續變化的類比方式調節流過LED的電流來調節LED的亮度。然而，在實現LED低亮度照明的情況下，以類比方式對LED的亮度進行深度調節時，存在被檢測信號微弱不容易被檢測到的情況，並且用於LED照明的開關電源系統中的控制晶片的內部電路的輸入失調電壓會導致對LED的亮度存在調節深度不足的問題。
鑒於上述問題，提出了根據本發明實施例的開關電源系統及其控制晶片和控制方法，可以通過類比方式實現對LED的亮度的深度調節。
圖1示出了根據本發明實施例的用於可調光LED照明的開關電源系統100的示例電路圖。如圖1所示，開關電源系統100採用BUCK架構，並且包括整流器BD1、輸入電容C1、二極體D1、電感L1、輸出負載電容C2、功率開關Q1、電流偵測電阻R1、以及控制晶片102，其中：線電壓VIN經由控制晶片102的HV引腳為控制晶片102供電；控制晶片102基於用於調節LED的亮度的調光控制信號DIM和表徵流過電感L1的電感電流IL(圖中未示出)的電流檢測信號CS，輸出用於驅動功率開關Q1的導通和關斷的閘極驅動信號Gate。
如圖1所示，控制晶片102包括低壓降穩壓器(Low Dropout Regulator,LDO)模組1022、退磁檢測模組1024、恒流控制模組1026、以及驅動器模組1028，其中：低壓降穩壓器模組1022基於線電壓VIN為控 制晶片102的內部電路供電；退磁檢測模組1024基於閘極驅動信號Gate，生成表徵電感L1的退磁情況的退磁檢測信號Dem並將退磁檢測信號Dem輸出到恒流控制模組1026(應該理解的是，退磁檢測模組1024檢測電感L1的退磁情況的方式不限於此，退磁檢測模組1024也可以基於經由晶片引腳從外部接收的退磁檢測相關信號來生成退磁檢測信號Dem)；恒流控制模組1026基於參考電壓Vref、退磁檢測信號Dem、以及電流檢測信號CS，生成用於控制功率開關Q1的導通與關斷的脈寬調變信號PWM並將脈寬調變信號PWM輸出到驅動器模組1028；驅動器模組1028基於脈寬調變信號PWM，生成閘極驅動信號Gate並將閘極驅動信號Gate輸出到功率開關Q1的閘極。這裡，調光控制信號DIM可以是直流電壓信號也可以是脈寬調變脈衝信號，用於控制系統輸出電流Iout(即，流過LED的電流)的大小；退磁檢測信號Dem參與系統恒流控制和調光控制；電流檢測信號CS用於實現開關電源系統100的閉環恒流控制。
在圖1所示的開關電源系統100中，主要通過恒流控制模組1026來實現系統恒流控制和調光控制。圖2示出了圖1所示的恒流控制模組1026的示例電路圖。如圖2所示，恒流控制模組1026被配置為：基於調光控制信號DIM、電流檢測信號CS、以及參考電壓Vref，生成用於控制功率開關Q1從導通狀態變為關斷狀態的關斷控制信號PWM_off；基於調光控制信號DIM、電流檢測信號CS、退磁檢測信號Dem、以及參考電壓V1，生成用於控制功率開關Q1從關斷狀態變為導通狀態的導通控制信號PWM_on(圖中未示出)；以及基於關斷控制信號PWM_off和導通控制信號PWM_on，生成用於控制功率開關Q1的導通與關斷的脈寬調變信號PWM，其中，參考電壓Vref用於控制開關電源系統100的系統輸出電流Iout的大小，參考電壓V1用於控制功率開關Q1處於關斷狀態的持續時間。
如圖2所示，在一些實施例中，恒流控制模組1026包括調光信號處理單元202、取樣單元204、誤差放大器206、電容C201、檢測單元208、比較器210、鉗位元單元212、延遲信號產生單元214、以及數位 單元216，並且恒流控制模組1026的輸入信號包括調光控制信號DIM、電流檢測信號CS、退磁檢測信號Dem、以及參考電壓Vref、V1、V2，其中：調光信號處理單元202基於調光控制信號DIM和參考電壓Vref，生成調光參考電壓Vdim；取樣單元204和檢測單元208分別基於電流檢測信號CS，生成電流取樣信號CS_smp和電流放大信號CS_sen；誤差放大器206和電容C201兩者基於調光參考電壓Vdim和電流取樣信號CS_smp，生成補償控制信號CMP；鉗位元單元212基於補償控制信號CMP和參考電壓V2，生成鉗位元控制信號(圖中未示出)，其中，參考電壓V2用於補償控制信號CMP的下鉗位元；比較器210基於鉗位元控制信號和電流放大信號CS_sen，生成關斷控制信號PWM_off；延遲信號產生單元214基於調光參考電壓Vdim、補償控制信號CMP、退磁檢測信號Dem、以及參考電壓V1，生成時間延遲信號Delay；數位單元216基於退磁檢測信號Dem和時間延遲信號Delay生成導通控制信號PWM_on，並基於導通控制信號PWM_on和關斷控制信號PWM_off生成脈寬調變信號PWM。
在用於開關電源系統100的控制晶片102中，通過利用參考電壓V1來控制功率開關Q1處於關斷狀態的持續時間，可以避免由於控制晶片102的內部電路的輸入失調電壓導致的對LED的亮度調節深度不足的問題，並且通過利用參考電壓V2來對補償控制信號CMP進行下鉗位元可以避免以類比方式對LED的亮度進行深度調節時，被檢測信號微弱不容易被檢測到的情況的發生。
如圖2所示，在一些實施例中，調光信號處理單元202通過對調光控制信號DIM和參考電壓Vref進行運算，生成調光參考電壓Vdim並將調光參考電壓Vdim輸出到誤差放大器206用以控制系統輸出電流Iout的大小；取樣單元204通過對電流檢測信號CS進行取樣，生成電流取樣信號CS_smp並將電流取樣信號CS_smp輸出到誤差放大器206；誤差放大器206通過對調光參考電壓Vdim和電流取樣信號CS_smp進行誤差放大，生成誤差表徵信號(圖中未示出)；電容C201對誤差表徵信號進行積分， 生成補償控制信號CMP並將補償控制信號CMP輸出到鉗位元單元212；鉗位元單元212通過對補償控制信號CMP進行下鉗位元，生成鉗位元控制信號並將鉗位元控制信號輸出到比較器210，其中，補償控制信號CMP小於參考電壓V2時，補償控制信號CMP被鉗位元在V2電平；檢測單元208通過對電流檢測信號CS進行檢測放大，生成電流放大信號CS_sen並將電流放大信號輸出到比較器210；比較器210通過對鉗位元控制信號和電流放大信號CS_sen進行比較，生成關斷控制信號PWM_off並將關斷控制信號PWM_off輸出到數位單元216。這裡，需要說明的是，當補償控制信號CMP不小於參考電壓V2時，鉗位元控制信號即為補償控制信號CMP本身。
如圖2所示，在一些實施例中，延遲信號產生單元214包括電壓-電流轉換電路2142、補償信號處理電路2144、開關K201、比較器2146、以及電容C202，其中：電壓-電流轉換電路2162基於調光參考電壓Vdim，生成調光參考電流Idim；電容C202和開關K201二者基於退磁檢測信號Dem和調光參考電流Idim，生成斜坡控制信號Ramp；補償信號處理電路2144基於補償控制信號CMP和參考電壓V1，生成延遲控制信號Vd；比較器2146基於斜坡控制信號Ramp和延遲控制信號Vd，生成時間延遲信號Delay。例如，電壓-電流轉換電路2142通過將調光參考電壓Vdim進行電壓-電流轉換，生成調光參考電流Idim；電容C202與開關K201耦接，開關K201的接通與關斷受退磁檢測信號Dem的反相信號的控制(即，開關K201基於退磁檢測信號Dem控制調光參考電流Idim對電容C202的充電)；當退磁檢測信號Dem為邏輯低電平時，開關K201接通，調光參考電流Idim不對電容C202充電，電容C202上的電壓，即斜坡控制信號Ramp的電壓為0V；當退磁檢測信號Dem為邏輯高電平時，開關K201關斷，調光參考電流Idim對電容C202充電，電容C202上的電壓，即斜坡控制信號Ramp的電壓大於0V；補償信號處理電路2144通過對補償控制信號CMP的電壓和參考電壓V1進行運算，生成延遲控制信號Vd； 比較器2146通過對斜坡控制信號Ramp和延遲控制信號Vd進行比較，生成時間延遲信號Delay。
在圖2所示的恒流控制模組1026中，調光參考電壓Vdim的高低與系統輸出電流Iout的大小對應，即，當調光參考電壓Vdim高時，系統輸出電流Iout大；當調光參考電壓Vdim低時，系統輸出電流Iout小。補償控制信號CMP是誤差放大器206的輸出信號，補償控制信號CMP的電壓變化與調光參考電壓Vdim的變化方向相同。當調光參考電壓Vdim變高時，補償控制信號CMP的電壓變高，當調光參考電壓Vdim變低時，補償控制信號CMP的電壓變低。
圖2所示的恒流控制模組1026的工作過程隨著調光參考電壓Vdim(或補償控制信號CMP)的變化被分為三個階段：
當系統輸出電流Iout較大時，補償控制信號CMP的電壓大於參考電壓V1，開關電源系統100工作在准諧振(Quasi-Resonant,QR)模式，調光控制信號DIM通過控制流過電感L1的峰值電流來調節系統輸出電流Iout。在圖1所示的開關電源系統100中，電流檢測信號CS被用於表徵流過電感L1的電感電流IL，電流檢測信號CS的峰值電壓與流過電感L1的峰值電流對應，而電流檢測信號CS的峰值電壓受補償控制信號CMP的控制。時間延遲信號Delay由電容C202上的電壓，即斜坡控制信號Ramp和延遲控制信號Vd比較產生，因為補償控制信號CMP的電壓大於參考電壓V1，由補償信號處理電路2144產生的延遲控制信號Vd為0V，所以時間延遲信號Delay的延遲時間也為0，這就使開關電源系統100工作在QR模式。
當系統輸出電流Iout較小時，補償控制信號CMP的電壓大於參考電壓V2且小於參考電壓V1，開關電源系統100工作在斷續導通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)，調光控制信號DIM通過控制流過電感L1的峰值電流以及時間延遲信號Delay來調節系統輸出電流Iout。在圖2所示的恒流控制模組1026中，補償信號處理電路2144的運算控制 滿足等式1：
Vd=k×(V1-VCMP) <等式1>
其中，k是設計的固定係數。圖3示出了圖2所示的補償信號處理電路2144的示例電路圖，其中，電阻R301與R302的阻值為固定比值(圖3中設置R301=R302)，電流鏡M303和M304的鏡像電流比為1，電流鏡M305和M306的鏡像電流比也為1，這樣延遲控制信號Vd的電壓可以通過等式2得出：
Figure 111137370-A0101-12-0008-1
其中，R303/R301對應等式1中的k，是固定值。
也就是說，補償信號處理電路2144通過對補償控制信號CMP的電壓和參考電壓V1之間的差值進行縮放，生成延遲控制信號Vd。
當系統輸出電流Iout更小時，補償控制信號CMP的電壓等於參考電壓V2，開關電源系統100工作在斷續導通模式(DCM)，此時補償控制信號CMP被鉗位元單元212鉗位元在V2電平上不能調節系統輸出電流Iout，設置補償控制信號CMP的最低電壓的目的是控制在調光過程中流過電感L1的最小峰值電流，以確保控制相關的檢測信號能夠被檢測到。在這個階段，延遲控制信號Vd的電壓也被固定在k*V2，但隨著調光參考電壓Vdim變低，電壓-電流轉換電路2142基於調光參考電壓Vdim生成的調光參考電流Idim變小，如等式3所示：
Figure 111137370-A0101-12-0008-2
其中，Rdim是用於將調光參考電壓Vdim轉換為調光參考電流Idim的電壓-電流轉換電路2142的等效電阻值，對應於時間延遲信號Delay的延遲時間Td隨著調光參考電壓Vdim的減小而增加，從而可以實現更深程度的調光控制(即，可以更深程度地調節LED的亮度)。圖4示出了圖2所示的恒流控制模組1026中的多個信號的工作波形圖，其中Ton 表示功率開關Q1處於導通狀態的持續時間，Toff表示功率開關Q1處於關斷狀態的持續時間，Tdem表示電感L1處於退磁狀態的持續時間，Td表示功率開關Q1從關斷狀態變為導通狀態的時刻相對於電感L1結束退磁的時刻的延遲時間。
在圖1所示的開關電源系統100中，調光控制信號DIM既可以是類比電壓信號也可以PWM脈衝信號，對於深度調光應用，調光控制信號DIM通常為PWM脈衝信號，這樣便於用於可調光LED照明的開關電源系統中的控制晶片進行精確控制。
圖5示出了圖2所示的調光信號處理單元202的示例電路圖。如圖5所示，調光信號處理單元202包括放大器U501、開關K501和K502、電阻R501、電容C501、以及反相器U502，其中：放大器U501的正向輸入端與參考電壓Vref連接，放大器U501的負向輸入端和輸出端連接並構成緩衝器結構，放大器U501的輸出端與開關K501連接；開關K501一端連接放大器U501的輸出端，另一端連接開關K502和電阻R501；開關K501的控制信號是調光控制信號DIM，當調光控制信號DIM為邏輯高電平時，開關K501處於導通狀態，當調光控制信號DIM為邏輯低電平時，開關K501處於關斷狀態；開關K502一端與開關K501和電阻R501連接，一端與地連接；開關K502的控制信號是反相器U502對調光控制信號DIM進行反相後的輸出信號，當調光控制信號DIM為邏輯低電平時，開關K502處於導通狀態，當調光控制信號DIM為邏輯高電平時，開關K502處於關斷狀態；開關K501和K502在調光控制信號DIM的一個脈衝週期內交替導通；電阻R501一端連接開關K501和K502，一端連接電容C501和調光參考電壓Vdim；電容C501一端連接電阻R501和調光參考電壓Vdim，一端與地連接。在調光信號處理單元202中，通過利用調光控制信號DIM和其反相邏輯信號控制開關K501和K502的導通與關斷對參考電壓Vref進行斬波，生成經斬波參考電壓Vchop；通過利用電阻R501和電容C501共同構成的低通濾波器對經斬波參考電壓Vchop進行濾波，生成調光參考電 壓Vdim。換句話說，調光信號處理單元202通過將調光控制信號DIM的占空比與參考電壓Vref相乘來生成調光參考電壓Vdim，如等式4所示：
Vdim=Duty×Vref <等式4>
圖6示出了圖2所示的數位單元216的示例電路圖。如圖6所示，數位單元216可以基於關斷控制信號PWM_off、退磁檢測信號Dem、以及時間延遲信號Delay輸出脈寬調變信號PWM，以使圖2所示的恒流控制模組1026按照圖4所示的時序邏輯進行控制。
根據本發明實施例的用於開關電源系統的控制晶片和控制方法並不局限於採用BUCK架構的開關電源系統，對於採用其他架構，例如，fly-back、BOOST、BUCK-BOOST等的開關電源系統同樣適用，只需要將電流檢測信號CS及恒流控制模組的控制做相應調整即可。
本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。例如，特定實施例中所描述的演算法可以被修改，而系統體系結構並不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的範圍由所附請求項而非上述描述定義，並且，落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本發明的範圍之中。
100:開關電源系統
1026:恆流控制模組
202:調光信號處理單元
204:取樣單元
206:誤差放大器
208:檢測單元
210:比較器
212:鉗位元單元
214:延遲信號產生單元
2142:電壓-電流轉換電路
2144:補償信號處理
2146:比較器
216:數位單元
C201,C202:電容
CMP:補償控制信號
CS:電流檢測信號
CS_sen:電流放大信號
CS_smp:電流取樣信號
Delay:時間延遲信號
Dem:退磁檢測信號
DIM:調光控制信號
Idim:調光參考電流
K201:開關
PWM:脈寬調變
PWM_off:關斷控制信號
Ramp:斜坡控制信號
V1,V2:電壓
Vd:延遲控制信號
Vdim:調光參考電壓
Vref:關斷對參考電壓

Claims (21)

  1. 一種用於開關電源系統的控制晶片，其中，所述開關電源系統包括電感和功率開關，所述控制晶片被配置為：
    基於用於調節發光二極體的亮度的調光控制信號、用於表徵流過電感的電感電流的電流檢測信號、以及第一參考電壓，生成用於控制所述功率開關從導通狀態變為關斷狀態的關斷控制信號；
    基於所述調光控制信號、所述電流檢測信號、用於表徵所述電感的退磁情況的退磁檢測信號、以及第二參考電壓，生成用於控制所述功率開關從關斷狀態變為導通狀態的導通控制信號；以及
    基於所述關斷控制信號和所述導通控制信號，生成用於控制所述功率開關的導通與關斷的脈寬調變信號，其中
    所述第一參考電壓用於控制所述開關電源系統的系統輸出電流的大小，所述第二參考電壓用於控制所述功率開關處於關斷狀態的持續時間。
  2. 如請求項1所述的控制晶片，進一步被配置為：
    基於所述調光控制信號和所述第一參考電壓，生成調光參考電壓；
    基於所述電流檢測信號，生成電流取樣信號和電流放大信號；
    基於所述調光參考電壓和所述電流取樣信號，生成補償控制信號；
    基於所述補償控制信號和第三參考電壓，生成鉗位元控制信號，其中，所述第三參考電壓用於所述補償控制信號的下鉗位元；以及
    基於所述鉗位元控制信號和所述電流放大信號，生成所述關斷控制信號。
  3. 如請求項2所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過將所述調光控制信號的占空比與所述第一參考電壓相乘，生成所述調光參考電壓。
  4. 如請求項2所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過對所述電流檢測信號進行取樣，生成所述電流取樣信號；
    通過對所述電流取樣信號和所述調光參考電壓進行誤差放大，生成誤差表徵信號；
    通過對所述誤差放大信號進行積分，生成所述補償控制信號；
    通過利用所述第三參考電壓對所述補償控制信號進行下鉗位元，生成所述鉗位元控制信號。
  5. 如請求項2所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過對所述電流檢測信號進行檢測放大，生成所述電流放大信號；
    通過將所述電流放大信號和所述鉗位元控制信號進行比較，生成所述關斷控制信號。
  6. 如請求項2所述的控制晶片，進一步被配置為：
    基於所述調光參考電壓，生成調光參考電流；
    基於所述退磁檢測信號和所述調光參考電流，生成斜坡控制信號；
    基於所述補償控制信號和所述第二參考電壓，生成延遲控制信號；
    基於所述斜坡控制信號和所述延遲控制信號，生成時間延遲信號；
    基於所述時間延遲信號和所述退磁檢測信號，生成所述導通控制信號。
  7. 如請求項6所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過將所述調光參考電壓進行電壓-電流轉換，生成所述調光參考電流。
  8. 如請求項6所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過基於所述退磁檢測信號控制所述調光參考電流對電容進行充電，生成所述斜坡控制信號。
  9. 如請求項6所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過對所述補償控制信號的電壓和所述第二參考電壓之間的差值進行縮放，生成所述延遲控制信號。
  10. 如請求項6所述的控制晶片，進一步被配置為：
    通過對所述時間延遲信號和所述退磁檢測信號進行比較，生成所述導通控制信號。
  11. 一種用於開關電源系統的控制方法，其中，所述開關電 源系統包括電感和功率開關，所述控制方法包括：
    基於用於調節發光二極體的亮度的調光控制信號、用於表徵流過電感的電感電流的電流檢測信號、以及第一參考電壓，生成用於控制所述功率開關從導通狀態變為關斷狀態的關斷控制信號；
    基於所述調光控制信號、所述電流檢測信號、用於表徵所述電感的退磁情況的退磁檢測信號、以及第二參考電壓，生成用於控制功率開關從關斷狀態變為導通狀態的導通控制信號；以及
    基於所述關斷控制信號和所述導通控制信號，生成用於控制所述功率開關的導通與關斷的脈寬調變信號，其中
    所述第一參考電壓用於控制所述開關電源系統的系統輸出電流的大小，所述第二參考電壓用於控制所述功率開關處於關斷狀態的持續時間。
  12. 如請求項11所述的控制方法，其中，生成所述關斷控制信號的處理包括：
    基於所述調光控制信號和所述第一參考電壓，生成調光參考電壓；
    基於所述電流檢測信號，生成電流取樣信號和電流放大信號；
    基於所述調光參考電壓和所述電流取樣信號，生成補償控制信號；
    基於所述補償控制信號和第三參考電壓，生成鉗位元控制信號，其中，所述第三參考電壓用於所述補償控制信號的下鉗位元；以及
    基於所述鉗位元控制信號和所述電流放大信號，生成所述關斷控制信號。
  13. 如請求項12所述的控制方法，其中，通過將所述調光控制信號的占空比與所述第一參考電壓相乘來生成所述調光參考電壓。
  14. 如請求項12所述的控制方法，其中，生成所述關斷控制信號的處理還包括：
    通過對所述電流檢測信號進行取樣，生成所述電流取樣信號；
    通過對所述電流取樣信號和所述調光參考電壓進行誤差放大，生成誤差表徵信號；
    通過對所述誤差放大信號進行積分，生成所述補償控制信號；
    通過利用所述第三參考電壓對所述補償控制信號進行下鉗位元，生成所述鉗位元控制信號。
  15. 如請求項12所述的控制方法，其中，生成所述關斷控制信號的處理還包括：
    通過對所述電流檢測信號進行檢測放大，生成所述電流放大信號；
    通過將所述電流放大信號和所述鉗位元控制信號進行比較，生成所述關斷控制信號。
  16. 如請求項12所述的控制方法，其中，生成所述導通控制信號的處理包括：
    基於所述調光參考電壓，生成調光參考電流；
    基於所述退磁檢測信號和所述調光參考電流，生成斜坡控制信號；
    基於所述補償控制信號和所述第二參考電壓，生成延遲控制信號；
    基於所述斜坡控制信號和所述延遲控制信號，生成時間延遲信號；
    基於所述時間延遲信號和所述退磁檢測信號，生成所述導通控制信號。
  17. 如請求項16所述的控制方法，其中，通過將所述調光參考電壓進行電壓-電流轉換來生成所述調光參考電流。
  18. 如請求項16所述的控制方法，其中，通過基於所述退磁檢測信號控制所述調光參考電流對電容進行充電來生成所述斜坡控制信號。
  19. 如請求項16所述的控制方法，其中，通過對所述補償控制信號的電壓和所述第二參考電壓之間的差值進行縮放來生成所述延遲控制信號。
  20. 如請求項16所述的控制方法，其中，通過對所述時間延遲信號和所述退磁檢測信號進行比較來生成所述導通控制信號。
  21. 一種開關電源系統，包括請求項1至10中任一項所述的控制晶片。
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CN103428953B (zh) * 2012-05-17 2016-03-16 昂宝电子（上海）有限公司 用于利用系统控制器进行调光控制的系统和方法
CN104168697B (zh) * 2014-08-07 2017-02-01 深圳天源中芯半导体有限公司 用于led驱动电源开关分段调光的输出电流控制电路
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