《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》是矽力傑半導體技術（杭州）有限公司於2016年9月6日申請的專利，該專利的公布號為CN106341923A，授權公布日為2017年1月18日，發明人是王建新、陳惠強。
《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》公開了一種控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路。根據該公開的控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路，通過控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，也即，以使得電流與整流輸出信號的變化趨勢相反或相同。在兩者變化趨勢相同時，可以使得當功率電晶體承受較大的壓降的時間內，其電流值是較小的，因此，可以減小功率電晶體功率損耗。在兩者的變化趨勢相同時，可以提高線形LED驅動電路的功率因數。
2020年7月14日，《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路
- 申請人：矽力傑半導體技術（杭州）有限公司
- 申請日：2016年9月6日
- 申請號：2016108087784
- 公布號：CN106341923A
- 公布日：2017年1月18日
- 發明人：王建新、陳惠強
- 地址：浙江省杭州市文三路90號東部軟體園科技大廈A1501室
- Int. Cl.：H05B33/08(2006.01)I
- 代理機構：北京睿派智慧財產權代理事務所
- 代理人：劉鋒、劉熔
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在2016年9月之前帶有LED負載的照明系統中，為保證LED支路的電流均衡，通常在支路中串聯一個線性調節器（LDO）來調節流過LED燈負載的電流。2016年9月之前的技術中LED的恆流控制電路方案如圖1所示，在該示例中，輸入交流電壓經過整流橋DB1整流後輸出直流電壓信號給電解電容EC1，電解電容EC1的兩端電壓供給LED燈負載和功率電晶體Q。Ref為表征LED電流平均值的電壓信號，通過檢測採樣電阻RSEN上的電流，然後將檢測的電流值和Ref電壓進行誤差比較，根據誤差結果控制功率電晶體Q的線性度，以此控制LED的電流為恆定值。
但這種方式的最大缺點在於由於功率電晶體中的電流大致與LED的電流相等，在這樣大的電流下，電阻RSEN和功率電晶體Q的導通電阻功率損耗很大，導致系統的功耗大，效率低。
發明內容
專利目的
《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》提供一種控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路，通過驅動電壓調節電路調節功率電晶體上的電流，以使得在工作過程中功率電晶體上的電流可以跟隨母線電壓變化，與功率電晶體兩端電壓反向變化，從而減小採樣電阻和開關導通電阻的功耗，提高系統效率。
技術方案
《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》技術方案如下：
第一方面，提供一種線性LED驅動電路，包括：功率電晶體，串聯於交流電源的整流輸出和LED負載之間；以及，控制電路，用於控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以降低所述功率電晶體的功耗或提高所述線性LED驅動電路的功率因數。
優選地，所述線性LED驅動電路還包括：電容，與所述LED負載並聯。
優選地，所述控制電路控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
優選地，所述控制電路包括：控制信號調節電路，用於根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
優選地，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
優選地，所述控制信號調節電路包括：分壓電阻網路，接收所述整流輸出電壓，經分壓後獲得第一分壓信號；第一電壓轉換電路，接收所述第一分壓信號，經電壓轉換後獲得與所述整流輸出電壓成反比例或正比例的第一電壓信號。
優選地，所述控制信號調節電路還包括：第二電壓轉換電路，與所述第一電壓轉換電路串聯，接收所述補償電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述補償電壓信號成正比例的第二電壓信號，其中，所述第一電壓轉換電路和所述第二電壓轉換電路的串聯電路的一端輸出疊加信號；或者，所述控制信號調節電路將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加後輸出疊加信號。
優選地，所述疊加信號作為驅動電壓控制所述功率電晶體。
優選地，所述控制信號調節電路還包括：第三電壓轉換電路，接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；第一誤差放大器，第一輸入端接收所述疊加信號，第二輸入端接收所述第三電壓信號，輸出所述驅動電壓。
優選地，所述控制電路還包括：反饋比較電路，接收表征流過功率電晶體的電流的採樣電壓信號和參考電壓信號，並據此產生所述補償電壓信號，其中，所述參考電壓信號表征LED負載的驅動電流期望值。
優選地，所述反饋比較電路包括：第二誤差放大器，第一輸入端接收所述採樣電壓信號，第二輸入端接收所述參考電壓信號，輸出端輸出所述補償電壓信號；補償電容，連線在第二誤差放大器的輸出端。
優選地，所述整流輸出電壓為正弦半波直流電壓信號。
第二方面，提供一種線性LED驅動電路的控制電路，用於控制連線於整流輸出和LED負載之間的功率電晶體，所述控制電路包括：控制信號調節電路，用於根據整流輸出電壓控制功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以降低所述功率電晶體的功耗或提高所述線性LED驅動電路的功率因數。
優選地，所述控制信號調節電路控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
優選地，所述控制信號調節電路根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
優選地，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
優選地，所述控制信號調節電路包括：分壓電阻網路，接收所述整流輸出電壓，經分壓後獲得第一分壓信號；第一電壓轉換電路，接收所述第一分壓信號，經電壓轉換後獲得與所述整流輸出電壓成反比例或正比例的第一電壓信號。
優選地，所述控制信號調節電路還包括：第二電壓轉換電路，與所述第一電壓轉換電路串聯，接收所述補償電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述補償電壓信號成正比例的第二電壓信號，其中，所述第一電壓轉換電路和所述第二電壓轉換電路的串聯電路的一端輸出疊加信號；或者，所述控制信號調節電路將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加後輸出疊加信號。
優選地，所述疊加信號作為驅動電壓控制所述功率電晶體。
優選地，所述控制信號調節電路還包括：第三電壓轉換電路，接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；第一誤差放大器，第一輸入端接收所述疊加信號，第二輸入端接收所述第三電壓信號，輸出所述驅動電壓。
優選地，所述控制電路還包括：反饋比較電路，接收表征流過功率電晶體的電流的採樣電壓信號和參考電壓信號，並據此產生所述補償電壓信號，其中，所述參考電壓信號表征LED負載的驅動電流期望值。
優選地，所述反饋比較電路包括：第二誤差放大器，第一輸入端接收所述採樣電壓信號，第二輸入端接收所述參考電壓信號，輸出端輸出所述補償電壓信號；補償電容，連線在第二誤差放大器的輸出端。
優選地，所述整流輸出電壓為正弦半波直流電壓信號。
第三方面，提供一種線性LED驅動電路的控制方法，所述線性LED驅動電路包括串聯於交流電源的整流輸出和LED負載之間的功率電晶體，所述控制方法包括：控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以降低所述功率電晶體的功耗或提高所述線性LED驅動電路的功率因數。
優選地，控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
優選地，根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
優選地，根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓包括：產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
優選地，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述第二電壓信號疊加獲取所述驅動電壓；或這，將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加獲取所述驅動電壓。
優選地，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述第二電壓信號疊加獲取疊加信號；接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；根據所述疊加信號與所述第三電壓信號的差值生成所述驅動電壓。
優選地，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加獲取疊加信號；接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；根據所述疊加信號與所述第三電壓信號的差值生成所述驅動電壓。
改善效果
《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》通過控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，也即，以使得電流與整流輸出信號的變化趨勢相反或相同。在兩者變化趨勢相同時，可以使得當功率電晶體承受較大的壓降的時間內，其電流值是較小的，因此，可以減小功率電晶體功率損耗。在兩者的變化趨勢相同時，可以提高線形LED驅動電路的功率因數。
附圖說明
圖1所示為2016年9月之前技術中的線性LED驅動電路的電路示意圖；
圖2所示為依據《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》的線性LED驅動電路的電路示意圖；
圖3所示為依據該發明的線性LED驅動電路的第一實施例的具體電路圖；
圖4所示為第一實施例的工作波形圖；
圖5所述為依據該發明的線性LED驅動電路的第二實施例的具體電路圖；
圖6所示為第二實施例的工作波形圖。
技術領域
《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》涉及電力電子技術，具體地，涉及開關電源技術領域，更具體地，涉及一種控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路。
權利要求
1.一種線性LED驅動電路，包括：功率電晶體，串聯於交流電源的整流輸出和LED負載之間；以及，控制電路，用於控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以降低所述功率電晶體的功耗或提高所述線性LED驅動電路的功率因數。
2.根據權利要求1所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述線性LED驅動電路還包括：電容，與所述LED負載並聯。
3.根據權利要求1所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制電路控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
4.根據權利要求3所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制電路包括：控制信號調節電路，用於根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
5.根據權利要求4所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
6.根據權利要求5所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路包括：分壓電阻網路，接收所述整流輸出電壓，經分壓後獲得第一分壓信號；第一電壓轉換電路，接收所述第一分壓信號，經電壓轉換後獲得與所述整流輸出電壓成反比例或正比例的第一電壓信號。
7.根據權利要求6所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路還包括：第二電壓轉換電路，與所述第一電壓轉換電路串聯，接收所述補償電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述補償電壓信號成正比例的第二電壓信號，其中，所述第一電壓轉換電路和所述第二電壓轉換電路的串聯電路的一端輸出疊加信號；或者，所述控制信號調節電路將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加後輸出疊加信號。
8.根據權利要求7所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述疊加信號作為驅動電壓控制所述功率電晶體。
9.根據權利要求7所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路還包括：第三電壓轉換電路，接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；第一誤差放大器，第一輸入端接收所述疊加信號，第二輸入端接收所述第三電壓信號，輸出所述驅動電壓。
10.根據權利要求4-9中任一項所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述控制電路還包括：反饋比較電路，接收表征流過功率電晶體的電流的採樣電壓信號和參考電壓信號，並據此產生所述補償電壓信號，其中，所述參考電壓信號表征LED負載的驅動電流期望值。
11.根據權利要求10所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述反饋比較電路包括：第二誤差放大器，第一輸入端接收所述採樣電壓信號，第二輸入端接收所述參考電壓信號，輸出端輸出所述補償電壓信號；補償電容，連線在第二誤差放大器的輸出端。
12.根據權利要求1-11中任一項所述的線性LED驅動電路，其特徵在於，所述整流輸出電壓為正弦半波直流電壓信號。
13.一種線性LED驅動電路的控制電路，用於控制連線於整流輸出和LED負載之間的功率電晶體，所述控制電路包括：控制信號調節電路，用於根據整流輸出電壓控制功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以降低所述功率電晶體的功耗或提高所述線性LED驅動電路的功率因數。
14.根據權利要求13所述的控制電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
15.根據權利要求14所述的控制電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
16.根據權利要求15所述的控制電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，所述控制信號調節電路產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
17.根據權利要求16所述的控制電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路包括：分壓電阻網路，接收所述整流輸出電壓，經分壓後獲得第一分壓信號；第一電壓轉換電路，接收所述第一分壓信號，經電壓轉換後獲得與所述整流輸出電壓成反比例或正比例的第一電壓信號。
18.根據權利要求17所述的控制電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路還包括：第二電壓轉換電路，與所述第一電壓轉換電路串聯，接收所述補償電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述補償電壓信號成正比例的第二電壓信號，其中，所述第一電壓轉換電路和所述第二電壓轉換電路的串聯電路的一端輸出疊加信號；或者，所述控制信號調節電路將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加後輸出疊加信號。
19.根據權利要求18所述的控制電路，其特徵在於，所述疊加信號作為驅動電壓控制所述功率電晶體。
20.根據權利要求18所述的控制電路，其特徵在於，所述控制信號調節電路還包括：第三電壓轉換電路，接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；第一誤差放大器，第一輸入端接收所述疊加信號，第二輸入端接收所述第三電壓信號，輸出所述驅動電壓。
21.根據權利要求13-20中任一項所述的控制電路，其特徵在於，所述控制電路還包括：反饋比較電路，接收表征流過功率電晶體的電流的採樣電壓信號和參考電壓信號，並據此產生所述補償電壓信號，其中，所述參考電壓信號表征LED負載的驅動電流期望值。
22.根據權利要求21所述的控制電路，其特徵在於，所述反饋比較電路包括：第二誤差放大器，第一輸入端接收所述採樣電壓信號，第二輸入端接收所述參考電壓信號，輸出端輸出所述補償電壓信號；補償電容，連線在第二誤差放大器的輸出端。
23.根據權利要求13-22中任一項所述的控制電路，其特徵在於，所述整流輸出電壓為正弦半波直流電壓信號。
24.一種線性LED驅動電路的控制方法，所述線性LED驅動電路包括串聯於交流電源的整流輸出和LED負載之間的功率電晶體，所述控制方法包括：控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以降低所述功率電晶體的功耗或提高所述線性LED驅動電路的功率因數。
25.根據權利要求24所述的控制方法，其特徵在於，控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
26.根據權利要求25所述的控制方法，其特徵在於，根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
27.根據權利要求26所述的控制方法，其特徵在於，根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓包括：產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
28.根據權利要求27所述的控制方法，其特徵在於，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述第二電壓信號疊加獲取所述驅動電壓；或這，將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加獲取所述驅動電壓。
29.根據權利要求27所述的控制方法，其特徵在於，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述第二電壓信號疊加獲取疊加信號；接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；根據所述疊加信號與所述第三電壓信號的差值生成所述驅動電壓。
30.根據權利要求27所述的控制方法，其特徵在於，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加獲取疊加信號；接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；根據所述疊加信號與所述第三電壓信號的差值生成所述驅動電壓。
實施方式
圖2所示為依據《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》的線性LED驅動電路的電路示意圖。如圖2所示，線性LED驅動電路中的整流橋DB1接收交流電壓ACIN。經整流後，輸出整流輸出電壓VBUS（也成為，母線電壓）。整流輸出電壓VBUS實際是線性LED驅動電路的輸入電壓，其通常為正弦半波直流電壓信號。
線性LED驅動電路1連線在整流橋DB1和LED負載之間，其輸出連線埠與LED負載連線。LED驅動電路1包括輸出電容Co和功率電晶體Q，輸出電容Co和LED負載並聯連線後與功率電晶體Q串聯連線。這裡，輸出電容Co和LED負載的公共連線端如圖2中輸出電容Co的正端接整流橋的輸出的整流輸出電壓VBUS。在圖2中，功率電晶體Q串聯在LED負載的陰極和整流橋DB1之間。可選地，功率電晶體Q也可以以其它方式與LED負載串聯，例如，串聯在整流橋DB1的輸出與LED負載的陽極之間。
功率電晶體Q由控制電路2控制。控制電路2控制功率電晶體Q的柵極的驅動電壓GATE，隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反，從而減小所述功率電晶體的功耗。可選地，在需要進行恆流輸出時，控制電路2還控制所述功率電晶體Q的驅動電壓GATE以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
圖2所示的實施方式中，控制電路2包括反饋比較電路21和控制信號調節電路22，所述反饋比較電路21接收表征流過功率電晶體的電流的採樣電壓信號Vs和參考電壓信號VREF，並據此產生補償電壓信號Vc。補償電壓信號Vc表征功率電晶體的電流和參考電壓信號之間的誤差信息。參考電壓信號VREF表征LED負載的驅動電流的期望值。這裡為期望值為一電流平均值。採樣電壓信號Vs還表征所述LED負載平均電流值。優選地，採樣電壓信號Vs串聯在驅動電流通路上的採樣電阻RSEN獲取。
控制信號調節電路22接收補償電壓信號Vc和整流輸出電壓VBUS，根據上述信號控制功率電晶體的驅動電壓GATE。
在一個可選實施方式中，控制信號調節電路22根據整流輸出電壓VBUS產生表征其信息的第一電壓信號，並根據述補償電壓信號和第一電壓信號產生驅動電壓GATE控制功率電晶體Q的驅動電壓GATE，從而控制流過功率電晶體Q的電流。
在另一個可選的實施方式中，控制信號調節電路22產生表征所述整流輸出電壓VBUS的第一電壓信號以及表征補償電壓信號Vc的第二電壓信號，並根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓GATE。
該實施方式中，第一電壓信號的幅度與整流輸出信號VBUS成正比例關係，並且所述第一電壓信號與整流輸出信號的極性相反。也就是說，第一電壓信號實質上與整流輸出信號VBUS成反比，兩者具有相反的變化趨勢。
由於驅動電壓GATE與第一電壓信號相關，因此，所述功率電晶體的電流與正弦半波直流電壓信號的變化變化趨勢相反，例如，該發明實施例中，在半個工頻周期內的前半個周期，流過功率電晶體Q的電流隨著整流輸出電壓VBUS的增大而減小，在半個工頻周期內的後半個周期，所述功率電晶體的電流隨著整流輸出電壓VBUS的減小而增大。這樣，在正弦半波直流電壓信號VBUS電壓變化的過程中，可以控制LED負載電流的大小，一方面可以使得LED負載電流的平均值滿足工作要求，另一方面可以在母線電壓較大時（此時，功率電晶體壓降較大）的情況下，減小流過功率電晶體Q的電流，以使得功率電晶體的功耗減小，從而提高效率。
下面參考圖3所示的第一實施例的電路圖和圖4所示的對應工作波形圖介紹該發明實施方式。該實施例中，所述反饋比較電路21包括採樣電阻RSEN、第二誤差放大器EA2和補償電容CCOMP。採樣電阻RSEN採樣流過功率電晶體Q的電流，以獲得表征流過功率電晶體的電流的採樣電壓信號Vs。第二誤差放大器EA2的同相輸入端接收採樣電壓信號Vs，反相輸入端接收參考電壓信號VREF，經誤差放大處理後產生誤差信號。誤差信號經過補償電容CCOMP補償後獲得補償電壓信號Vc。補償電容CCOMP為大電容，其以方便將誤差信號平均，另一方面可以濾除工頻紋波。
如圖3所示，所述控制信號調節電路22包括分壓電阻網路（串聯的電阻R1和R2）和第一電壓轉換電路，這裡，所述第一電壓轉換電路具體為第一壓控電壓源E1。分壓電阻網路連線在整理橋DB1的輸出連線埠，接收整流輸出信號VBUS，對其進行分壓後在電阻R1和電阻R2的公共端輸出第一分壓信號VBUS1。第一壓控電壓源E1接收第一分壓信號VBUS1，經電壓轉換後輸出與相對於整流輸出信號反向變化的第一電壓信號V1。優選地，第一電壓信號V1可以是與整流輸出電壓的正負極性相反、幅度值成正比例的信號。第一電壓信號V1的波形如圖4所示。在圖4中，t1至t2為半個工頻周期，在這過程中，所述第一電壓信號V1的波形變化趨勢與整流輸出信號VBUS相反。
該領域技術人員可知，第一電壓轉換電路不限於上述的壓控電壓源，還可以為其他能夠實現該功能的電路結構，例如由比例變換電路和正負方向變換電路構成的電路。
該實施方式中，所述控制信號調節電路22還包括第二電壓轉換電路，其優選為第二壓控電壓源E2。第二壓控電壓源E2接收補償電壓信號Vc，經電壓轉換後獲得與補償電壓信號成正比例的第二電壓信號V2。第二電壓信號V2與補償電壓信號Vc正負極性相同。一般，第二電壓信號V2設定為K*Vc，K為0至1之間的數值。
在圖3中，第二壓控電壓源E2與第一壓控電壓源E1串聯連線。具體地，第一壓控電壓源E1與第二壓控電壓源E2的正負端相互串聯連線，從而使得兩者輸出的第一電壓V1和第二電壓V2相互疊加從串聯電路的一端輸出。在該實施例中，該疊加信號被作為功率電晶體的驅動電壓GATE。
在另一實施方式中，所述第一壓控電源E1可以直接接收所述補償電壓信號Vc，所述補償電壓信號Vc與所述第一電壓信號V1之和作為所述驅動電壓GATE。補償信號Vc的波形如圖4所示，為基該平穩的直線，根據第一電壓信號V1的波形，可以獲得驅動電壓GATE的波形。
在該實施方式中，功率電晶體Q工作線上性狀態，因此驅動電壓GATE的波形直接決定功率電晶體的電流的波形，如圖4所示，流過功率電晶體的電流波形ISEN與驅動電壓GATE的波形相同，其與整流輸出電壓VBUS的變化趨勢相反。LED負載的工作電壓VLED波形如圖4所示，在上述過程中，當整流輸出電壓VBUS電壓低於LED負載電壓VLED時沒有輸出電流，當整流輸出電壓VBUS大於LED負載電壓VLED時，可以通過控制信號調節電路控制輸出電流的波形如圖4所示。上述控制方式可以使得在正路輸出電壓VBUS較大，從而導致功率電晶體壓降較大時，減小功率電晶體的電流，由此，降低功率電晶體Q的導通電阻的損耗。由於功率電晶體Q的電流波形的變化，會使得功率因數降低。但通過改變該實施方式方案中分壓電阻網路中電阻R1和R2的比例，可以調節第一電壓信號V1的波形，進而改變LED電流的波形，在提高效率和滿足功率因數之間取得平衡。
需要說明的是，該領域技術人員可知，根據該發明的思想，可以推知當控制第一電壓信號V1的波形與整流輸出信號VBUS波形變化趨勢一致時，則可以控制功率電晶體的電流與正弦半波直流電壓信號的變化趨勢相同，這時可以提高系統的功率因數，但功率電晶體的損耗會大。但凡在該發明思路中所作的修改和替換都在該發明的保護範圍之內。
進一步的，參考圖5所示的第二實施例的具體電路圖和圖6所示的對應工作波形圖。該實施例中的反饋比較電路與第一實施例均相同，在此不再贅述。所不同的是，該實施例中的控制信號調節電路22在上一實施例的基礎上進一步增加了第三電壓轉換電路，其優選為第三壓控電壓源E3。同時還增加了第一誤差放大器EA1。第三壓控電壓源E3接收採樣電壓信號Vs，經電壓轉換後獲得與採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號V3，第三電壓信號V3與採樣電壓信號Vs為正負極性相同。
第一誤差放大器EA1的同相輸入端接收所述補償電壓信號Vc與第一電壓信號V1相疊加的疊加信號或者第二電壓信號V2和第一電壓信號V1相疊加的疊加信號。這裡，根據圖3或圖5的電路結構，將疊加信號均記為VA。疊加信號VA的波形如圖6中所示，第二輸入端（反相輸入端）接收第三電壓信號V3。第一誤差放大器EA1由此可以輸出表征疊加信號VA和第三電壓信號V3誤差信息的驅動電壓GATE。驅動電壓GATE會控制功率電晶體Q的電流使得第三電壓信號V3跟隨疊加信號VA，也即，使得流過功率電晶體的電流相對於母線電壓VBUS反向變化，同時，保持流過功率電晶體的電流跟隨期望值變化。
第一誤差放大器EA1和第三電壓轉換電路形成了快速控制環路，其可以快速回響於功率電晶體電流的變化進行調節，從而進一步降低功率電晶體的功耗。
根據上述的控制可以看出，通過第一誤差放大器EA1的控制，使得功率電晶體Q的電流的波形始終與VA處的波形一致，可以避開功率電晶體在工作過程中的變化因數（例如溫度影響）導致LED電流控制不準確的問題。該實施例同樣具有上一實施例中的降低功率電晶體損耗，提高效率的有益效果。
在如上所述的實施例中，優選地，控制電路所包括的第一電壓轉換電路、第二電壓轉換電路、反饋比較電路的誤差放大器以及實施例二中涉及的第三電壓轉換電路和第一誤差放大器可以共同集成在積體電路中。同時，分壓電阻網路、補償電容以及採樣電阻作為外圍電路採用分立器件形成。
同時，該發明實施例還提供一種線性LED驅動電路的控制方法，所述線性LED驅動電路包括功率電晶體，包括以下步驟：接收外部交流電壓，經整流後輸出正弦半波直流電壓信號，所述正弦半波直流電壓用以給LED負載提供驅動電壓；接收所述正弦半波直流電壓信號，並根據所述正弦半波直流電壓信號產生表征其信息的第一電壓信號；接收所述補償電壓信號，並根據所述補償電壓信號和第一電壓信號產生驅動電壓控制功率電晶體的狀態，從而控制功率電晶體的電流，其中，所述補償電壓信號表征所述功率電晶體電流和參考電壓信號之間的誤差信息；其中，在半個工頻周期內，所述功率電晶體的電流與所述正弦半波直流電壓信號的變化趨勢相同或相反。
優選地，在半個工頻周期內，所述功率電晶體的電流與所述正弦半波直流電壓信號的變化趨勢相反。
優選地，所述正弦半波直流電壓信號經電壓轉換後獲得與其成正比例的第一電壓信號，並且所述第一電壓信號與所述正弦半波直流電壓信號的正負極性相反。
優選地，將所述第一電壓信號和所述補償電壓信號進行相加，以將相加後的信號作為所述驅動電壓。
優選地，所述補償電壓信號經電壓轉換後獲得與其成正比例的第二補償信號。
優選地，將所述第一電壓信號和第二補償信號進行相加，以將相加後的信號作為所述驅動電壓。
優選地，所述採樣電壓信號經電壓轉換後獲得與其成正比例的第二電壓信號，
將所述相加後的信號和所述第二電壓信號進行誤差運算，以獲得所述驅動電壓。
優選地，所述LED驅動電路包括輸出電容，所述輸出電容和LED負載並聯連線後與所述功率電晶體串聯連線。
同時，同時，該發明實施例還提供一種線性LED驅動電路的控制方法，所述線性LED驅動電路包括串聯於交流電源的整流輸出和LED負載之間的功率電晶體，所述控制方法包括：控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，以所述功率電晶體的功耗或所述功率電晶體的效率。
為了實現恆流輸出，所述方法還可以控制所述功率電晶體的驅動電壓以同時使得流過所述功率電晶體的電流的平均值跟隨期望值。
具體地，所述方法可以根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓；所述補償電壓信號表征流過所述功率電晶體的電流和所述期望值之間的誤差信息。
優選地，根據整流輸出電壓和補償電壓信號控制所述功率電晶體的驅動電壓包括：產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號以及表征補償電壓信號的第二電壓信號，並根據所述第一電壓信號和第二電壓信號產生所述驅動電壓；或者，產生表征所述整流輸出電壓的第一電壓信號，並將根據所述第一電壓信號和所述補償電壓信號產生所述驅動電壓。
優選地，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述第二電壓信號疊加獲取所述驅動電壓；或這，將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加獲取所述驅動電壓。
優選地，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述第二電壓信號疊加獲取疊加信號；接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；根據所述疊加信號與所述第三電壓信號的差值生成所述驅動電壓。
優選地，所述第一電壓信號與所述整流輸出電壓成反比例或正比例；所述產生所述驅動電壓包括：將所述第一電壓信號與所述補償電壓信號疊加獲取疊加信號；接收表征流過所述功率電晶體的電流的採樣電壓信號，經電壓轉換後獲得與所述採樣電壓信號成正比例的第三電壓信號；根據所述疊加信號與所述第三電壓信號的差值生成所述驅動電壓。
以上對依據該發明的優選實施例的恆流控制電路、控制方法及LED驅動電路進行了詳盡描述，根據該公開的控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路，通過控制所述功率電晶體的驅動電壓隨整流輸出電壓變化，使得流過所述功率電晶體的電流變化和所述功率電晶體兩端的電壓變化相反或相同，也即，以使得電流與整流輸出信號的變化趨勢相反或相同。在兩者變化趨勢相同時，可以使得當功率電晶體承受較大的壓降的時間內，其電流值是較小的，因此，可以減小功率電晶體功率損耗。在兩者的變化趨勢相同時，可以提高線形LED驅動電路的功率因數。該領域普通技術人員據此可以推知其他技術或者結構以及電路布局、元件等均可套用於所述實施例。
榮譽表彰
2020年7月14日，《控制電路、控制方法和套用其的線性LED驅動電路》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
