高精度平均电流采样的LED控制电路及控制方法与流程

本发明涉及led驱动，具体涉及一种高精度平均电流采样的led控制电路及控制方法。

背景技术：

1、led驱动的发展经历了恒压驱动模式，线性恒流驱动模式，开关电源恒流驱动模式等，其中以开关电源恒流驱动模式最受市场的青睐，其结构简单，具有良好的恒流特性及可靠度等特点。

2、led开关电源恒流驱动根据电阻的位置可以分为高端采样和低端采样两种模式，图1是常见的低端采样led驱动电路原理图。低端采样控制器的输入电压范围很宽，因其控制逻辑不受输入电压vin的影响，通常只需要低压工艺就可生产，因此相比于高端采样结构，其具有更低的生产成本和更高的适用性等特点。

3、在低端恒流驱动控制器中，通常先检测rcs的电压值vcs，vcs通过平均采样模块得到平均值vin再与内部产生的基准电压vref比较，当平均值vin与vref相等时，再通过控制模块关断外围功率mos管，从而实现led平均电流恒流控制的目的。需要注意的是，当drv处于低电平时，外围mos管关断，rcs上没有电压值，这时可以将vin赋值成vref，这样是不会影响整个周期的平均电流采样的。需要注意的是，该电路因其结构的特性，外围元器件和寄生电容cpar会影响其采样的精度。如图2所示，当led开始导通的时候，drv变成高电平，led的电流通过rcs采样转换成的电压vcs，在实际测量中可以发现，vcs波形并不是理想的梯形锯齿波，在图2所示的tleb这段时间内，vcs的波形会有明显的向上过冲，这个过程并不同步于led的电流波形，会影响采样精度。为了消除该因素，市面上的平均电流采样led控制器的通用做法是将tleb这段时间屏蔽掉，不做采样，这样虽然完成了采样，但是其采样精度是受到很大影响的。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高精度平均电流采样的led控制电路及控制方法，适用于led电流工作在连续导通模式的场景，旨在解决可以忽视vcs波形过冲与led电流波形不同步，导致led恒流驱动的精度受到影响的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种高精度平均电流采样的led控制电路，包括：采样时序控制器、积分器、比较器、采样放大器、逻辑控制器、关断时间控制模块和驱动电路；

4、vcs为用于采集流经led的输出电流的电阻rcs产生的采样电压，vref为基准电压；vcs和vref经过采样时序控制器产生信号vin，vin经过电阻r输入至积分器的反相端，积分器的输出端与反相端之间通过电容c连接，vin和vref经过积分器后产生信号vea，vcs经过采样放大器产生信号vcs2，vea和vcs2经过比较器得到信号rst，将rst送入逻辑控制器和驱动电路得到信号drv，drv控制mos管；

5、drv为周期信号，每个周期均包括ton时间段与toff时间段，且led的电流处于连续导通模式；

6、ton时间段开始时，drv为高电平且mos管导通，led的电流iled将会开始上升，电流流经rcs得到vcs，将vref和vcs进行减法积分运算得到vea，此时rst为高电平；随着导通时间的增加，iled的值和vcs都会上升，当经过一段时间，vcs上升到vcs平均值与vref相等，或iled平均值与vref/rcs相等时，rst将会翻转成低电平，经过逻辑控制器和驱动电路后，将drv变成低电平，ton时间段结束；

7、toff时间段开始时，drv为低电平且mos管关断，led的电流iled将会下降，由于mos关断，此时vcs＝0，vin置于vref，此时关断时间控制模块将提供一个固定的toff值，确保iled处于连续导通模式，经过固定的toff时间段后，drv重新进入ton时间段，变成高电平，重复上述循环；

8、其中，ton时间段依次包括tleb1时间段、tleb2时间段与ton1时间段，tleb1时间段等于tleb2时间段的时长等于时间tleb，tleb必须大于过冲时间，在tleb1时间段进行屏蔽，在tleb2时间段进行翻倍采样以补偿tleb1段的损失，在ton1段进行正常采样。

9、在其中一个实例中，采样时序控制器包括：电阻r1、电阻r2、电容c、信号控制开关ck1、信号控制开关ck2、信号控制开关ck3、tleb产生模块和时序逻辑模块；

10、drv经过tleb产生模块得到信号tleb，tleb与drv控制时序逻辑模块，时序逻辑模块与信号控制开关ck1、信号控制开关ck2以及信号控制开关ck3的开关控制端电连接，vref输入至积分器的正相端，vcs输入至信号控制开关ck2的输入端，信号控制开关ck1的输出端与信号控制开关ck2的输出端电连接产生信号vin，vin输入至信号控制开关ck3的输入端与电阻r1的第一端，信号控制开关ck3的输出端与电阻r1的第二端电连接，电阻r2的第一端与电阻r1的第一端电连接，电阻r2的第二端与电容c的第一端以及积分器的反相端电连接，电容c的第二端与积分器的输出端电连接，积分器的输出端产生信号vea；

11、drv为周期信号，每个周期均包括ton时间段与toff时间段，确保iled处于连续导通模式，ton时间段依次包括tleb1时间段、tleb2时间段与ton1时间段，其中，tleb1时间段等于tleb2时间段的时长等于tleb，tleb必须大于过冲时间，电阻r1＝电阻r2＝r/2；

12、信号控制开关ck1在tleb1时间段与toff时间段导通，在tleb2时间段与ton1时间段关断；信号控制开关ck2在tleb1时间段、tleb2时间段与toff时间段关断，在ton1时间段导通；信号控制开关ck3在tleb1时间段、ton1时间段与toff时间段关断，在tleb2时间段导通。

13、在其中一个实例中，采样时序控制器包括：电阻r、电容c、信号控制开关ck1、信号控制开关ck2、信号控制开关ck3、信号控制开关ck4、翻倍电路、tleb产生模块和时序逻辑模块；

14、drv经过tleb产生模块得到信号tleb，tleb与drv控制时序逻辑模块，时序逻辑模块与信号控制开关ck1、信号控制开关ck2、信号控制开关ck3以及信号控制开关ck4的开关控制端电连接，vref输入至积分器的正相端，vss输入至信号控制开关ck2的输入端，信号控制开关ck1的输入端与积分器的正相端电连接，vcs输入至翻倍电路模块与信号控制开关ck4的输入端，vcs经过翻倍电路模块得到两倍vcs，两倍vcs输入至信号控制开关ck3的输入端，信号控制开关ck1的输出端、信号控制开关ck2的输出端、信号控制开关ck3的输出端与信号控制开关ck4的输出端电连接产生信号vin，vin输入至电阻r的第一端电连接，电阻r2的第二端与电容c的第一端以及积分器的反相端电连接，电容c的第二端与积分器的输出端电连接，积分器的输出端产生信号vea；

15、drv为周期信号，每个周期均包括ton时间段与toff时间段，确保iled处于连续导通模式，ton时间段依次包括tleb1时间段、tleb2时间段与ton1时间段，其中，tleb1时间段等于tleb2时间段的时长等于tleb，tleb必须大于过冲时间；

16、信号控制开关ck1在tleb1时间段、tleb2时间段与ton1时间段关断，在toff时间段导通；信号控制开关ck2在tleb1时间段导通，在tleb2时间段、ton1时间段与toff时间段关断；信号控制开关ck3在tleb1时间段、ton1时间段与toff时间段关断，在tleb2时间段导通；信号控制开关ck4在tleb1时间段、tleb2时间段与toff时间段关断，在ton1时间段导通。

17、第二方面，本发明还提供了一种高精度平均电流采样的led控制方法，包括以下步骤：

18、drv为周期信号，每个周期均包括ton时间段与toff时间段，确保iled处于连续导通模式；

19、ton时间段开始时，drv为高电平且mos管导通，led的电流iled将会开始上升，电流流经rcs得到vcs，将vref和vcs进行减法积分运算得到vea，此时rst为高电平；随着导通时间的增加，iled的值和vcs都会上升，当经过一段时间，vcs上升到vcs平均值与vref相等，或iled平均值与vref/rcs相等时，rst将会翻转成低电平，经过逻辑控制器和驱动电路后，将drv变成低电平，ton时间段结束；

20、toff时间段开始时，drv为低电平且mos管关断，led的电流iled将会下降，由于mos管关断，此时vcs＝0，vin置于vref，此时关断时间控制模块将提供一个固定的toff值，经过固定的toff时间段后，drv重新进入ton时间段，变成高电平，重复上述循环。

21、作为其中一个实例，包括以下步骤：

22、在toff时间段，mos管关断，vcs＝0，设置vin(t)＝vref；

23、将ton时间段分3段时间进行积分，最后求和得到最终值，即ton＝tleb1+tleb2+ton1，且tleb1＝tleb2＝tleb，各个时间段的积分如下：

24、tleb1时间段：tleb1时间段为屏蔽段，设置积分器负输入端vin(t)＝vref，由积分器输出端vea的瞬态电压公式得出，这段时间积分为0；

25、tleb2时间段：tleb2时间段为翻倍补偿段，设置vin(t)＝vleb，其中，vleb为tleb1结束时vcs的值，由积分器输出端vea的瞬态电压公式可知，因此这段时间的积分面积s22为设置为(vref-vleb)*tleb，将这段时间积分翻倍得到2*(vref-vleb)*tleb2；因此这段时间积分面积s2＝2*s22，因tleb1＝tleb2，可知补偿tleb1时间段内未被积分的损失面积s21＝s22；

26、因此在tleb1+tleb2的时间段内，积分总和s2＝0+2*s22＝s21+s22＝s1，其中，s1为理论上在tleb1+tleb2时间段内对应的vref-vcs(t)的积分面积；

27、ton1时间段：ton1时间段为正常段，vin(t)＝vcs(t)，这段时间的积分值固定，由于tleb1+tleb2时间段内的积分总和不变，因此ton时间内积分总和不变。

28、作为其中一个实例，包括以下步骤：

29、在toff时间段，mos管关断，vcs＝0，设置vin(t)＝vref；

30、将ton时间段分3段时间进行积分，最后求和得到最终值，即ton＝tleb1+tleb2+ton1，且tleb1＝tleb2＝tleb，各个时间段的积分如下：

31、tleb1时间段：tleb1时间段为屏蔽段，设置积分器负输入端vin(t)＝0，由积分器输出端vea的瞬态电压公式得出，这段时间积分为vref*tleb；

32、tleb2时间段：tleb2时间段为翻倍补偿段，设置vin(t)＝2*vleb，其中vleb为tleb1结束时vcs的值，由积分器输出端vea的瞬态电压公式可知，这段时间积分结果为(vref-2vleb)*tleb；

33、因此在tleb1+tleb2的时间段内，积分总和为s3＝vref*tleb+(vref-2vleb)*tleb＝2*(vref-vleb)*tleb＝s1，其中，s1为理论上在tleb1+tleb2时间段内对应的vref-vcs(t)的积分面积；

34、ton1时间段：ton1时间段为正常段，vin(t)＝vcs(t)，这段时间的积分值固定，由于tleb1+tleb2时间段内的积分总和不变，因此ton时间内积分总和不变。

35、本发明所阐述的一种高精度平均电流采样的led控制电路及控制方法，其有益效果在于：

36、关断时间控制模块要保证led电流工作在连续导通模式，采样时序控制器设置ton＝tleb1+tleb2+ton1，tleb1＝tleb2＝tleb，在进行积分采样时，在tleb1时间段进行屏蔽，在tleb2时间段进行翻倍积分采样以补偿tleb1段的损失，在ton1段进行正常积分采样，通过上述积分采样控制方式，可以避免因过冲导致的采样误差，实现高精度采样和控制，电路结构实现简单，电压输入范围宽，适应性强，控制部分通过低压工艺即可实现，成本低。