LED驱动器、驱动电路及驱动方法与流程

led驱动器、驱动电路及驱动方法
技术领域
1.本技术涉及集成电路设计领域，尤其涉及led驱动器、驱动电路及驱动方法。


背景技术：

2.led照明作为一种绿色环保的新生代照明技术正在被越来越广泛的应用，由于led工作时需保持驱动电流的稳定，led的驱动是led照明技术中的重要环节。现有led照明驱动技术中，采用恒流输出的开关电源技术是一种广泛应用的驱动技术，设计优良的开关电源驱动电路可为led提供稳定的驱动电流，并可提供方便的控制功能。随着电路技术、器件和封装的进步，也使得开关电源驱动电路，尤其是小功率驱动电路变得较为精简。
3.近年来，作为一种替代驱动方案，线性驱动电路开始得到越来越广泛的应用。不同于开关电源电路，线性驱动电路直接由运放和晶体管组成的低压差恒流源电路直接驱动led，免去了开关电源中使用的功率开关、电感、电容等器件。此外，由于驱动电路中没有高频开关的存在，驱动电路电磁干扰问题及相关的元器件也可以省略，使得整个驱动电路方案十分精简，成本大大降低，驱动电路的寿命也大为增加。尽管线性驱动电路与开关电源电路相比在驱动效率、工作电压范围、对输入输出电压匹配要求严格等方面有一些逊色，但由于其精简的电路结构和成本优势，仍使其在某些应用中具有不少的吸引力。但目前的线性驱动电路无法达到较高的功率因数(pf)，同时也具有较高的总谐波失真(thd)。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种led驱动器、驱动电路及驱动方法，本技术驱动电路达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。
5.为解决上述技术问题，本技术的第一方面提供了一种led驱动电路，包括：电压转换模块、led灯串、基准电压信号生成模块以及恒流驱动模块；所述led灯串包括n个串联的led灯段，第一个所述led灯段的阳极连接所述电压转换模块的输出端；所述基准电压信号生成模块的输入端与所述电压转换模块的输出端连接，所述恒流驱动模块的输入端连接到所述基准电压信号生成模块的输出端，所述恒流驱动模块的n个驱动输出端与n个所述led灯段一一对应，每个所述驱动输出端连接于对应的所述led灯段的阴极；所述电压转换模块用于将输入电压信号转换为驱动电压信号；所述基准电压信号生成模块用于根据所述驱动电压信号对应生成形成驱动电流信号的基准电压信号；所述恒流驱动模块用于根据所述基准电压信号生成各所述led灯段的驱动电流信号，并将各所述驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个所述led灯段依次导通或关断。
6.本技术的第二方面提供了一种led驱动器，包括上述led驱动电路。
7.本技术的第三方面提供了一种led驱动方法，该led驱动方法应用于led驱动电路，所述led驱动电路包括：电压转换模块、led灯串、基准电压信号生成模块以及恒流驱动模块；所述led灯串包括n个串联的led灯段，第一个所述led灯段的阳极连接所述电压转换模块的输出端；所述基准电压信号生成模块的输入端与所述电压转换模块的输出端连接，所
述恒流驱动模块的输入端连接到所述基准电压信号生成模块的输出端，所述恒流驱动模块的n个驱动输出端与n个所述led灯段一一对应，每个所述驱动输出端连接于对应的所述led灯段的阴极；该led驱动方法包括：所述电压转换模块将输入电压信号转换为驱动电压信号；基准电压信号生成模块根据所述驱动电压信号对应生成形成驱动电流信号的基准电压信号；所述恒流驱动模块根据所述基准电压信号生成各所述led灯段的驱动电流信号，并将各所述驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个所述led灯段依次导通或关断。
8.在第一方面的实施例中，n个所述led灯段的驱动电流信号组合形成半正弦波电流信号。
9.在第一方面的实施例中，所述驱动电压信号和所述基准电压信号均为半正弦波电压信号，所述驱动电压信号和所述基准电压信号的频率相同。
10.在第一方面的实施例中，所述基准电压信号生成模块包括依次连接的输入电压采样电路、参考电压生成电路和基准电压信号生成电路，其中所述输入电压采样电路的输入端与所述电压转换模块的输出端连接，所述基准电压信号生成电路与所述恒流驱动模块的输入端连接；所述输入电压采样电路用于根据所述驱动电压信号分压输入信号获取所述分压输入信号的峰值电压；所述参考电压生成电路用于生成与所述峰值电压成反比例的参考电压；所述基准电压信号生成电路用于根据所述参考电压和所述分压输入信号生成所述基准电压信号。
11.在第一方面的实施例中，还包括调光控制电路，所述调光控制电路的输入端与所述参考电压生成电路的输出端连接，所述调光控制电路的输出端与所述基准电压信号生成电路的输入端连接，所述调光控制电路用于对所述参考电压生成电路产生的参考电压至基准电压信号生成电路进行通断控制。
12.在第一方面的实施例中，还包括采样电阻，所述采样电阻的一端与所述恒流驱动模块的输出端连接，所述采样电阻的另一端接地。
13.在第一方面的实施例中，还包括补偿电容，所述补偿电容的一端与所述基准电压信号生成电路的输入端连接，所述补偿电容的另一端接地。
14.在第一方面的实施例中，还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述电压转换模块的输出正极端连接，所述滤波电容的第二端连接所述电压转换模块的输出负极端并接地。
15.在第一方面的实施例中，所述恒流驱动模块包括基准电压信号切换电路和多段恒流驱动电路，所述多段恒流驱动电路包括n个恒流驱动单元，n个所述恒流驱动单元的n个输出端形成所述恒流驱动模块的n个所述驱动输出端；
16.所述基准电压信号切换电路的输入端与所述基准电压信号生成电路的输出端连接，所述基准电压信号切换电路包括n个分段参考电压输出端，n个所述分段参考电压输出端分别与所述多段恒流驱动电路的n个输入端一一对应连接；所述基准电压信号切换电路用于根据所述基准电压信号提供n个参考驱动电压信号；
17.所述多段恒流驱动电路用于根据所述n个所述参考驱动电压信号生成各所述led灯段的驱动电流信号并将各所述驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个所述led灯段依次导通或关断。
18.在第一方面的实施例中，所述基准电压信号切换电路包括电压缓冲器和开关网
络，所述电压缓冲器的输入端与所述基准电压信号生成电路的输出端连接，所述电压缓冲器包括3个分段电压输出端，3个所述分段电压输出端与所述开关网络的3个分段电压输入端一一对应连接，所述开关网络的n个电压输出端与所述多段恒流驱动电路的n个输入端一一对应连接；所述电压缓冲器用于根据所述基准电压信号生成3个分段电压信号，其中3个所述分段电压信号至少包括第一分段电压信号与所述基准电压信号相同且相邻两个分段电压信号之间在同一时刻的电压差值为预设偏置电压值；所述开关网络用于根据所述多段恒流驱动电路发送的分配指令将3个所述分段电压信号可切换地分配至所述开关网络的n个电压输出端。
19.在第三方面的实施例中，n个所述led灯段的驱动电流信号组合形成半正弦波电流信号。
20.在第三方面的实施例中，所述驱动电压信号和所述基准电压信号均为半正弦波电压信号，所述驱动电压信号与所述基准电压信号的频率相同，所述驱动电压信号与所述基准电压信号的幅值不同。
21.在第三方面的实施例中，所述恒流驱动模块包括基准电压信号切换电路和多段恒流驱动电路所述基准电压信号切换电路包括电压缓冲器和开关网络；所述所述恒流驱动模块根据所述基准电压信号生成各所述led灯段的驱动电流信号，并将各所述驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个所述led灯段依次导通或关断，具体包括：
22.所述电压缓冲器根据所述基准电压信号获取3个分段电压信号，其中3个所述分段电压信号至少包括第一分段电压信号与所述基准电压信号相同且相邻两个分段电压信号之间在同一时刻的电压差值为预设偏置电压值；
23.所述开关网络根据所述多段恒流驱动电路的分配指令将3个所述分段电压信号可切换地分配至所述开关网络的n个电压输出端形成n个参考驱动电压信号；
24.所述多段恒流驱动电路根据n个所述参考驱动电压信号生成各所述led灯段的驱动电流信号并将各所述驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个所述led灯段依次导通或关断。
25.本技术驱动电路产生的与输入电压成反比例的参考电压，保证输入电压变化时保持输入功率可保持稳定不变，而其产生的平均值与参考电压相等的基准电压信号，保证输入驱动电流信号跟随基准电压信号变化，从而保证整个交流周期输入电流跟随输入电压变化，使得驱动电路达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。
附图说明
26.图1显示为本技术第一实施例的led驱动电路的结构示意图；
27.图2显示为本技术第二实施例的led驱动电路的结构示意图；
28.图3展示为本技术第二实施例包括调光控制电路的led驱动电路的结构示意图；
29.图4展示为本技术第三实施例的led驱动电路的结构示意图；
30.图5展示为本技术第三实施例的分压输入信号和直流电压信号的波形图；
31.图6展示为本技术第三实施例的分压输入信号、基准电压信号和平均参考电压信号的波形图；
32.图7展示为本技术第三实施例的整个交流周期内各个电压电流信号及分配指令信
号的波形图；
33.图8是根据本技术第五实施例的led驱动方法的流程示意图。
具体实施方式
34.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施例，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技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施例加以实施或应用系统，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用系统，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.下面以附图为参考，针对本技术的实施例进行详细说明，以便本技术所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本技术可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。
36.为了明确说明本技术，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。
37.在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
38.当说某器件在另一器件“之上”时，这可以是直接在另一器件之上，但也可以在其之间伴随着其它器件。当对照地说某器件“直接”在另一器件“之上”时，其之间不伴随其它器件。
39.虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等描述。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
40.此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本技术。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。
41.表示“下”、“上”等相对空间的术语可以为了更容易地说明在附图中图示的一器件相对于另一器件的关系而使用。这种术语是指，不仅是在附图中所指的意义，还包括使用中的装置的其它意义或作业。例如，如果翻转附图中的装置，曾说明为在其它器件“下”的某器件则说明为在其它器件“上”。因此，所谓“下”的示例性术语，全部包括上与下方。装置可以旋转90
°
或其它角度，代表相对空间的术语也据此来解释。另外，本技术中任何电路参数名
称首字母大写与小写表示同一变量，并不存在区分意义，例如vref与vref指示同一物理变量，不做区分。
42.虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本技术所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。
43.本技术的第一实施例涉及一种led驱动电路。具体结构如图1所示，该led驱动电路包括电压转换模块100、基准电压信号生成模块200、恒流驱动模块300以及led灯串400。电压转换模块100的输出端与基准电压信号生成模块200的输入端连接，基准电压信号生成模块200的输出端与恒流驱动模块300的输入端连接。led灯串400包括n个串联的led灯段(灯段401、灯段402
…
灯段40n)，第一个led灯段401的阳极连接电压转换模块100的输出端。恒流驱动模块300包括n个驱动输出端(out1
‑
out n)，且该n个驱动输出端与n个串联的led灯段一一对应，每个驱动输出端连接于对应的led灯段的阴极。
44.电压转换模块100用于将输入电压信号ac转换为驱动电压信号vbulk，其中一路驱动电压信号vbulk为led灯串400提供工作电压，另一路驱动电压信号vbulk加载到基准电压信号生成模块200，基准电压信号生成模块200根据驱动电压信号vbulk生成基准电压信号vref_cs，恒流驱动模块300根据基准电压信号vref_cs生成驱动各个led灯段(灯段401、灯段402
…
灯段40n)的对应驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)，通过n个驱动输出端将各驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)输入到对应的led灯段，以控制n个led灯段依次导通或关断。
45.具体地，在图1所示的优选实施例中，输入电压信号为交流电源，基准电压信号生成模块200对驱动电压信号vbulk进行采样，根据驱动电压信号vbulk产生一个与输入电压成反比例的参考电压，继而产生一个平均值与参考电压相等的基准电压信号vref_cs，用于输出到恒流驱动模块300生成与驱动电压信号vref_cs对应的各驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)。各驱动电流信号输入到对应的led灯段，由此控制n个led灯段依次导通或关断，其中n个led灯段的驱动电流信号组合形成半正弦波电流信号。
46.基准电压信号生成模块200产生的与输入电压成反比例的参考电压，保证输入电压变化时保持输入功率可保持稳定不变，而其产生的平均值与参考电压相等的基准电压信号vref_cs，保证驱动电流信号跟随基准电压信号vref_cs变化，从而保证整个交流周期输入电流跟随输入电压变化，使得驱动电路达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。在优选实施例中，基准电压信号生成模块200可通过除法电路产生一个与输入电压成反比例的参考电压，继而通过乘法电路和跨导放大器组成的负反馈环路产生一个平均值与参考电压相等的基准电压信号vref_cs，但可理解，以上实现方式仅为举例说明。
47.本技术的第二实施例涉及一种led驱动电路。第二实施例是在第一实施例的基础上做的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施例方式中，具体提供了一种基准电压信号生成模块200和恒流驱动模块300的实现方式，如图2所示，基准电压信号生成模块200进一步包括输入电压采样电路201、参考电压生成电路202和基准电压信号生成电路203。输入电压采样电路201的输入端形成基准电压信号生成模块200的输入端，基准电压信号生成电路203的输出端形成基准电压信号生成模块200的输出端。恒流驱动模块300进一步包括基准电压信号切换电路301和多段恒流驱动电路302。基准电压信号切换电路301的输入端形成
恒流驱动模块300的输入端，多段恒流驱动电路302的输出端形成恒流驱动模块300的输出端。
48.输入电压采样电路201的输入端与电压转换模块100的输出端连接，输入电压采样电路201、参考电压生成电路202和基准电压信号生成电路203依次连接，基准电压信号生成电路203的输出端与恒流驱动模块300的基准电压信号切换电路301的输入端连接。基准电压信号切换电路301的输出端与多段恒流驱动电路302的输入端连接。
49.输入电压采样电路201对输入的驱动电压信号vbulk的分压输入信号进行采样，并生成一个与分压输入信号成比例的直流电压，用来判断输入信号的大小。具体地，输入电压采样电路201既可以对分压输入信号采样获取分压输入信号的平均值，也可以获取分压输入信号的峰值，以此根据分压输入信号的平均值或峰值大小来判断分压输入信号大小。
50.参考电压生成电路202接收输入电压采样电路201的直流电压，并生成一个与直流电压成反比例的参考电压，以此实现在输入电压变化时保持输入功率恒定的目的。基准电压信号生成电路203接收参考电压生成电路202的参考电压，根据参考电压及分压输入信号生成基准电压信号vref_cs。基准电压信号vref_cs的平均值与参考电压的平均值相等。在优选实施例中，驱动电压信号vbulk的分压输入信号为半正弦波电压，基准电压信号vref_cs为与驱动电压信号vbulk的分压输入信号成比例的半正弦波电压，且频率相同。
51.在一些实施例中，如图3所示，在参考电压生成电路202和基准电压信号生成电路203间还包括调光控制电路204，调光控制电路204的输入端与参考电压生成电路202的输出端连接，调光控制电路204的输出端与基准电压信号生成电路203的输入端连接。调光控制电路204对参考电压生成电路202产生的参考电压至基准电压信号生成电路203进行通断控制。具体地，调光控制电路204接收外部输入的脉冲宽度调制pwm控制信号并输出一对互补的逻辑信号，实现对参考电压的pwm控制。通过pwm控制信号使得在一个逻辑电平状态时，允许参考电压加载到基准电压信号生成电路203。在另一个逻辑电平状态时，阻断基准电压加载到基准电压信号生成电路203，使得加载到基准电压信号生成电路203的电压为0，这样加载到基准电压信号生成电路203的参考电压vrefo与pwm控制信号的占空比有关系，从而实现精确的pwm调光控制。
52.如图2和图3所示，基准电压信号切换电路301的输入端与基准电压信号生成电路203的输出端连接。基准电压信号切换电路301包括n个分段参考电压输出端，基准电压信号切换电路301的n个分段参考电压输出端分别与多段恒流驱动电路302的n个输入端一一对应连接。
53.基准电压信号切换电路301根据基准电压信号vref_cs提供n个参考驱动电压信号(vref1
‑
vref1n)至多段恒流驱动电路302，生成各led灯段的驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)，并将各驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)输入到对应的led灯段，以控制n个led灯段依次导通或关断。
54.具体地，多段恒流驱动电路进一步包括n个恒流驱动单元，n个恒流驱动单元是输出端形成多段恒流驱动电路302的n个驱动输出端，基准电压信号切换电路301根据基准电压信号vref_cs以及各路恒流驱动单元的开通状态，产生n个参考驱动电压信号(vref1
‑
vref1n)至多段恒流驱动电路302的各个恒流驱动单元，生成对应各led灯段的驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)。多段恒流驱动电路302可根据n个参考驱动电压信号(vref1
‑
vref1n)在
半个交流周期内组合成为与基准电压信号vref_cs相同的电压信号，从而保证n个led灯段的驱动电流信号(iout1
‑
ioutn)组合形成半正弦波电流信号，使得该半正弦波电流信号跟随驱动电压信号vbulk变化，从而使得该led驱动电路能够达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。
55.本技术的第三实施例涉及一种led驱动电路。第三实施例是在第一实施例和第二实施例的基础上做的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施例方式中，具体提供了一种led驱动电路的实现方式，如图4所示，本实施例led驱动电路包含了更具体的元器件结构。在图4所示优选实施例中，电压转换模块100的输入端(ac1和ac2)接入交流电压，电压转换模块100输出端(dc 和dc
‑
)的dc 输出驱动电压信号vbulk，并与led灯串400连接，dc
‑
接地。驱动电压信号vbulk为led灯串400提供工作电压。
56.具体地，电压转换模块100的输出端dc 连接led灯串400的第一个led灯段led1的阳极。led灯串400由多个串联的led灯段(led1
‑
ledn)组成。led1的阴极连接led2的阳极和多段恒流驱动电路302的第一个恒流驱动单元的驱动电流信号输出端out1，其他led依次如led1连接，最后一个ledn的阴极连接第n个恒流驱动单元的驱动电流信号输出端outn。
57.在一些实施例中，驱动电压信号vbulk电压值偏大无法直接与驱动电路连接，驱动电路需前置一个分压网络，对驱动电压信号vbulk进行分压。在图4所示优选实施例中，电阻r1和r2组成一个分压网络，对驱动电压信号vbulk进行分压。分压得到的分压输入信号vin输入至输入电压采样电路201的输入端。具体地，输入电压采样电路201由运算放大器i110、mos管m110、电容c110和电阻r110组成。其中运算放大器i110的同相输入端与分压输入信号输入端连接，以接收分压输入信号vin，反相输入端与输入电压采样电路201的输出端连接，以接收输出端的直流电压vindc。运算放大器i110的输出端接mos管m110的栅极，mos管m110的漏极连接内部电源vdd，m110的源极接输入电压采样电路201的输出端。电容c110为采样保持电容，电容c110的第一端接输入电压采样电路201的输出端，电容c110第二端接地。电阻r110为放电电阻，电阻r110与电容c110并联。在图4所示优选实施例中，当分压输入信号vin为半正弦波电压时，输入电压采样电路201的输出端的直流电压vindc输出如图4所示半正弦波电压的峰值电压。但可理解，直流电压vindc也可以是分压输入信号vin的平均值。
58.参考电压生成电路202的第一输入端与输入电压采样电路201的输出端连接，以接收输入电压采样电路201输出端的直流电压vindc，第二输入端连接一固定参考电压vref，参考电压生成电路202的输出端与调光控制电路204的输入端连接，以将参考电压生成电路202输出的参考电压vrefo发送至调光控制电路204。在图4所示优选实施例中，参考电压生成电路202由乘法电路i120和运算放大器i121组成，乘法电路i120的第一输入端形成参考电压生成电路202的输入端，以接收直流电压vindc。乘法电路i120的第二输入端连接运算放大器i121的输出端和参考电压生成电路202的输出端(即参考电压vrefo)，乘法电路i120的输出端连接运算放大器i121的反向输入端，运算放大器i121的同相输入端连接参考电压生成电路202的第二输入端(即固定参考电压vref)。
59.参考电压生成电路202的作用是产生一个与输入端直流电压vindc成反比例的基准电压，从而实现在输入电压变化时维持输入功率恒定的目的。设乘法电路i120的乘法系数为k120，运算放大器i121的增益为a121，参考电压生成电路202的输出端vrefo为：
[0060][0061]
由于a121*k120*vindc远大于1，因此vrefo可近似为：
[0062][0063]
但可理解，本实施参考电压生成电路202仅为举例的一种实现方式，除采用本实施例方式外，还可以采用例如分段线性方式，以达到同样技术效果。
[0064]
调光控制电路204设于参考电压生成电路202和基准电压信号生成电路203之间，调光控制电路204由输入缓冲器i15和两个mos管m11和m12组成。输入缓冲器i15的输入端连接pwm控制信号，输入缓冲器i15的第一输出端连接mos管m11的栅极，输入缓冲器i15的第二输出端连接mos管m12的栅极，mos管m11的漏极连接参考电压生成电路202的输出端(即参考电压vrefo)，mos管m11的源极连接mos管m12的漏极并接到基准电压信号生成电路203的输入端(即平均参考电压avg_vref)，mos管m12的源极接地。输入缓冲器i15接收输入的pwm控制信号并输出一对互补的逻辑信号控制mos管m11和m12，实现对参考电压vrefo的pwm控制。具体地，当pwm控制信号为高电平时，m11打开，m12关断，参考电压vrefo信号输入至基准电压信号生成电路203的输入端avg_vref；当pwm控制信号为低电平时，基准电压信号生成电路203的输入端avg_vref无法接收参考电压vrefo，因此avg_vref为0。设pwm控制信号占空比为dpwm，则avg_vref可表示为：
[0065][0066]
基准电压信号生成电路203的第一输入端连接分压输入信号vin，第二输入端接avg_vref。基准电压信号生成电路203的第一输出端接comp，第二输出端输出基准电压信号vref_cs。在图4所示的优选实施例中，基准电压信号生成电路203由乘法电路i160和跨导放大器i161组成。乘法电路i160的第一输入端连接分压输入信号vin，乘法电路i160的第二输入端连接comp和跨导放大器i161的输出端，跨导放大器i161的同相输入端接avg_vref，反相输入端接乘法电路i160的输出端。在正常工作时，由于跨导放大器i161的高增益，使得基准电压信号vref_cs的平均值近似于avg_vref的平均值。在图4优选实施例中，驱动电路还包括外部电容c1，在电容c1的滤波作用下，可将经pwm控制的avg_vref信号滤波成直流信号，从而避免了pwm调光频闪。设乘法电路i160的乘法系数为k160，分压输入信号vin的半正弦波电压信号方程为vin(t)＝vinm*sinωt，则基准电压信号vref_cs可表示为：
[0067]
vref_cs(t)＝k160*comp*vinm*sinωt
[0068]
由于跨导放大器i161的高增益，在稳定状态下i161的同相输入端的平均电压近似等于反向输入端的平均电压，即平均值<vref_cs>＝<avg_vref>，将上式vref_cs(t)＝k160*comp*vinm*sinωt代入，可得：
[0069]
<avg_vref>＝k160*comp*<vin>
[0070]
由此可得，
[0071]
将上式代入vref_cs(t)＝k160*comp*vinm*sinωt，可得
[0072][0073]
由此可见，在分压输入信号vin和pwm控制信号不变条件下，vin的峰值电压vinm保持不变，平均电压<vin>保持不变，因此基准电压信号vref_cs为与分压输入信号vin成比例的半正弦波电压信号，且平均值为avg_vref。图6中展示了vin、vref_cs以及avg_vref的波形图。
[0074]
基准电压信号切换电路301的输入端与基准电压信号生成电路203的输出端连接，以接收基准电压信号vref_cs。具体地，基准电压信号切换电路301包括电压缓冲器i131和开关网络i130，基准电压信号切换电路301的输入端形成电压缓冲器i131的输入端，电压缓冲器i131包括第一输出端、第二输出端和第三输出端，分别形成三个分段电压信号v1、v2和v3。电压缓冲器i131的三个输出端分别连接开关网络i130的三个电压输入端。开关网络i130的n个参考驱动电压输出端提供参考驱动电压信号(vref1
‑
vrefn)，n个参考驱动电压输出端形成基准电压信号切换电路301的n个电压输出端。开关网络i130包括来自多段恒流驱动电路302的n个状态输入端，n个状态输入端与多段恒流驱动电路302的n个状态输出端连接，开关网络i130根据n个状态输入端输入的分配指令(s1
‑
sn)来将调整vref1
‑
vrefn大小。
[0075]
基准电压信号切换电路301的n个电压输出端与多段恒流驱动电路302的n个恒流驱动单元的输入端一一对应连接，以将参考驱动电压信号(vref1
‑
vref1n)分别发送至多段恒流驱动电路302的n个恒流驱动单元的输入端。具体地，恒流驱动单元包括一个运算放大器和nmos管，每一路恒流驱动单元的运算放大器的同相输入端接对应的参考驱动电压信号，反向输入端与一采样电阻rcs连接，运算放大器的输出端连接nmos管的栅极，各个恒流驱动单元的运算放大器的状态输出端形成多段恒流驱动电路302的n个状态输出端，并对应连接开关网络i130的状态输入端(s1
‑
sn)，各恒流驱动单元的nmos管的漏极对应连接各驱动电流信号的输出端(out1
‑
outn)。
[0076]
开关网络i130根据n个状态输入端输入的分配指令来调整vref1
‑
vrefn大小。具体地，电压缓冲器i131根据基准电压信号vref_cs输出三个分段电压信号v1、v2和v3至开关网络i130，其中v1＝vref_cs，v2＝vref_cs voffset，v3＝vref_cs
‑
voffset，其中voffset为预设偏置电压值；开关网络i130根据n个状态输入端输入的分配指令将三个分段电压信号可切换地分配至开关网络i130的n个电压输出端，其中包括同个分段电压信号分配至多个电压输出端。分配指令(s1
‑
sn)包括逻辑信号1和0，以表示多段恒流驱动电路中的各个恒流驱动单元的开通和关断，当某一路恒流驱动单元开通时，其对应的逻辑信号由一个状态翻转为另一个状态(即在0和1之间发生翻转)。在n＝3的优选实施例中，基准电压信号切换电路301包括3个电压输出端，以分别输出参考驱动电压信号vref1、vref2和vref3至多段恒流驱动电路302的3个恒流驱动单元的输入端，3个恒流驱动单元分别输出驱动电流信号。
[0077]
开关网络i130根据3个状态输入端输入的分配指令(s1、s2、s3)调整vref1、vref2和vref3大小。具体地，设(s1、s2、s3)在m1
‑
m3未流经电路情况下的初始状态为(1、1、1)，表示led1、led2和led3都处于关断状态。
[0078]
当led1由关断转换为导通，led2、led3关断时，s1由1变为0，(s1、s2、s3)的变换为(0、1、1)，开关网络i130根据分配指令(0、1、1)将v1分配至vref1，v2分配至vref2和vref3，
即v1＝vref1，v2＝vref2＝vref3。在该状态下，由于此时驱动电压信号vbulk大小不足以使led2和led3导通，与led1对应的恒流驱动单元输出驱动电流信号iout1流经led1且大小跟随基准电压信号vref_cs变化，驱动电流信号out1经m1流至rcs，驱动电流信号iout1的电流大小为：
[0079][0080]
当led1、led2导通，led3关断时，s2由1变为0，(s1、s2、s3)的变换为(0、0、1)，开关网络i130根据分配指令(0、0、1)将v1分配至vref2，v2分配至vref3，v3分配至vref1，即v1＝vref2，v2＝vref3，v3＝vref1。在该状态下，由于多段恒流驱动电路302的作用，与led1对应的输出端out1将自动关断，同时vbulk大小不足以使led3导通，与led1对应的恒流驱动单元输出驱动电流信号iout2流经led1和led2且大小跟随基准电压信号vref_cs变化。驱动电流信号iout2经led1和led2流至rcs，驱动电流信号iout2的电流大小为：
[0081][0082]
当led1、led2、led3导通时，s3由1变为0，(s1、s2、s3)的变换为(0、0、0)，开关网络i130根据分配指令(0、0、0)将v1分配至vref3，v3分配至vref1和vref2，即v1＝vref3，v3＝vref1＝vref2。在该状态下，由于多段恒流驱动电路302的作用，分别与led1和led2对应的输出端out1和out2将自动关断，驱动电流信号iout3流经led1、led2和led3且大小跟随基准电压信号vref_cs变化。驱动电流信号iout3经led1、led2和led3流至rcs，驱动电流信号iout3的电流大小为：
[0083][0084]
整个交流周期内，从驱动电压到接地之间的电流为
[0085][0086]
设led1、led2和led3的导通电压为vled1、vled2和vled3，图7中展示了vled1
‑
vled3、vbulk、ivbulk、vref_cs、vref1
‑
vref3、s1
‑
s3、iout1
‑
iout 3和cs在整个半正弦周期的波形图，在整个半正弦周期，驱动电流信号随着驱动电压信号vbulk变化，led1、led2和led3根据组合电压自动切换导通状态，且任何组合段导通时流经led灯串的驱动电流信号均跟随驱动电压信号vref_cs变化，从而保证整个交流周期内电流跟随电压变化，使得驱动电路达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。
[0087]
在图4所示优选实施例中，设输入交流电压为vin_rms，pwm控制信号的占空比为dpwm，驱动电压信号vbulk为：
[0088]
经电阻r1、r2分压后分压输入信号vin为：
[0089][0090]
经输入电压采样电路201、参考电压生成电路202、调光控制电路204和基准电压信号生成电路203处理后,产生的基准电压信号的平均值为：
[0091][0092]
从驱动电压到接地之间的电流的平均值为：
[0093][0094]
可见交流输入功率平均值可表示为：
[0095][0096]
由上式可知，在外部参数不变的情况下，输入功率不受输入电压影响，在很宽的输入范围内可保证输入功率稳定。本发明主要应用于led照明驱动集成电路设计，特别是交流输入的高功率因数led分段线性驱动芯片的设计，采用本发明提及的电路结构，可极大提高led分段线性驱动芯片及组成的驱动电路的综合性能。
[0097]
本技术的第四实施例提供了一种led驱动器，包括上述led驱动电路。本技术驱动器提供的led驱动电路保证整个交流周期内电流跟随电压变化，使得驱动电路达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。
[0098]
本技术的第五实施例涉及一种led驱动方法，在本实施例中，led驱动电路包括：电压转换模块、led灯串、基准电压信号生成模块以及恒流驱动模块；led灯串包括n个串联的led灯段，第一个led灯段的阳极连接电压转换模块的输出端；基准电压信号生成模块的输入端与电压转换模块的输出端连接，恒流驱动模块的输入端连接到基准电压信号生成模块的输出端，恒流驱动模块的n个驱动输出端与n个led灯段一一对应，每个驱动输出端连接于对应的led灯段的阴极；电压转换模块用于将输入电压信号转换为驱动电压信号；基准电压信号生成模块用于根据驱动电压信号对应生成形成驱动电流信号的基准电压信号；恒流驱动模块用于根据基准电压信号生成各led灯段的驱动电流信号，并将各驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个led灯段依次导通或关断。
[0099]
以下内容是对本实施例的led驱动方法的实现细节进行具体的说明，仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。该led驱动方法具体实现流程如图8所示，包括以下步骤：
[0100]
步骤401：电压转换模块将输入电压信号转换为驱动电压信号。
[0101]
具体地，在本优选实施例中，输入电压信号为交流电源，电压转换模块将输入的交流电源转换为驱动电压信号，其中驱动电压信号为半正弦波电压信号。
[0102]
步骤402：基准电压信号生成模块根据驱动电压信号对应生成形成驱动电流信号的基准电压信号。
[0103]
具体地，基准电压信号生成模块对驱动电压信号进行采样，根据驱动电压信号产生一个与输入电压成反比例的参考电压，继而产生一个平均值与参考电压相等的基准电压信号，其中基准电压信号为半正弦波电压信号，基准电压信号为与驱动电压信号成比例的
半正弦波电压。
[0104]
步骤403：恒流驱动模块根据基准电压信号生成各led灯段的驱动电流信号，并将各驱动电流信号输入到对应的led灯段，以控制n个led灯段依次导通或关断。
[0105]
具体地，恒流驱动模块根据基准电压信号获取3个分段电压信号，其中3个分段电压信号包括第一分段电压信号v1、第一分段电压信号v2和第一分段电压信号v3，第一分段电压信号v1与基准电压信号相同，且相邻两个分段电压信号之间在同一时刻的电压差值为预设偏置电压值voffset，例如可设v1＝基准电压信号vref_cs，v2＝vref_cs voffset和v3＝vref_cs
‑
voffset。恒流驱动模块根据分配指令将3个分段电压信号可切换地分配形成n个参考驱动电压信号(vref1
‑
vref1n)。其中分配指令包括逻辑信号1和0，以表示多段恒流驱动电路中的各个恒流驱动单元的开通和关断，具体例如在n＝3的优选实施例中，当第一路恒流驱动单元(即led1)开通时，其对应的逻辑信号由一个状态翻转为另一个状态(即在0和1之间发生翻转)，此时将第一分段电压信号v1分配至第1个参考驱动电压信号vref1，另一分段电压信号v2分配至剩下的参考驱动电压信号vref1和vref2。在该状态下，由于此时驱动电压信号大小不足以使后面的led导通，与led1对应的恒流驱动单元输出驱动电流信号流经led1且大小跟随基准电压信号变化。
[0106]
依次地，当第2路恒流驱动单元开通(即led2)开通时，此时将v1分配至第2个参考驱动电压信号vref2，另一分段电压信号v2分配至第3个参考驱动电压信号vref3，v3分配至第1个参考驱动电压信号vref1。在该状态下，由于此时驱动电压信号大小不足以使后面的led3导通，与led2对应的恒流驱动单元输出驱动电流信号流经led1和led2且大小跟随基准电压信号变化。同理，当led1、led2、led3导通时，与led3对应的恒流驱动单元输出驱动电流信号流经led1、led2和led3且大小跟随基准电压信号变化。
[0107]
恒流驱动模块通过n个参考驱动电压信号对应生成各led灯段的驱动电流信号，将各驱动电流信号输入到对应的led灯段，各驱动电流信号可以控制n个led灯段依次导通或关断。且在整个半正弦周期，驱动电流信号随着驱动电压信号变化，led1
‑
ledn根据组合电压自动切换导通状态，且任何组合段导通时流经led灯串的驱动电流信号均跟随驱动电压信号变化，从而保证整个交流周期内电流跟随电压变化，使得驱动电路达到较高的功率因数，同时具有较低的总谐波失真。
[0108]
上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。