[0001] 本发明涉及开关电源系统技术领域，具体而言，涉及一种LED驱动电路和调光系统。

[0002] 随着国家大力提倡绿色出行，绿色能源等，因此电动车，新型储能产业近几年高速发展。因成本低廉、结构简单，输出电压灵活，可设计为负压异步Buck‑Boost的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)驱动器广泛应用于工业照明、背光系统、汽车照明以及其它系统储能产品领域。通常在该类驱动器设计中，由于是通过驱动器外部二极管完成电感电流的续流，因此常在驱动器内部设计一个自举电压刷新管连接在功率开关的一端和驱动器参考地之间，用于对自举电压进行刷新。由于LED正负极回路存在寄生电感和寄生电容，因此LED正负极短路时会产生LC振荡，导致驱动器参考地电位变高进而导通驱动器集成电路产生衬底注入，严重时还将损坏与驱动器连接的外部调光控制器。

[0013] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0014] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或特点被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都是指同一实施例。动词“包括”和“具有”在本文中用作开放限制，其既不排除也不要求还存在未叙述特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。在整个文件中使用“一”或“一个”(即，单数形式)限定的元件，并不排除多个这个元件的可能。更进一步地，所描述的特征、结构或特点可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。除非另外指明，否则术语“连接”或“耦接”被用于指定可以是直接的或可以经由一个或多个其他元件的电路元件之间的电连接。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。当提及节点或端子的电压时，除非另外指示，否则认为该电压是该节点与参考电位(通常是地)之间的电压。

[0015] 下面参照图1至图4来描述根据本发明一些实施例提供的LED驱动电路和调光系统。

[0016] 图1示出了本发明的第一实施例。如图1所示的LED调光系统100包括LED驱动电路10。在一个实施例中，LED驱动电路10被示意为集成电路形式，包括输入管脚IN、开关管脚SW、调光管脚DIM、自举管脚BST、反馈管脚FB、第一接地管脚GND1、第二接地管脚GND2和第三接地管脚GND3。其中，输入管脚IN用于接收集成电路外部提供的输入电压信号VIN；开关管脚SW耦接集成电路外部的电感器L的一端和续流二极管D1的阴极；调光管脚DIM接收集成电路外部提供的调光信号Diming；集成电路外部的自举电容Cbst耦接在自举管脚BST和开关管脚SW之间；反馈管脚FB接收外部的反馈信号VFB，该反馈信号代表流过调光系统100中LED灯串的电流。第一接地管脚GND1连接到第一参考地电位VG1，该第一参考地电位VG1为调光信号Diming的参考地电位，在一个实施例中，该第一参考地电位VG1为零电位。第二接地管脚GND2和第三接地管脚GND3为驱动电路10内部电路的参考地电位，根据驱动电路10的应用场合不同，第二接地管脚GND2和第三接地管脚GND3具有不同的电位值，后续将结合电路具体描述。

[0017] LED驱动电路10内部包括功率开关管Q1、自举刷新开关管Q2和防注入开关管Q3。功率开关管Q1具有第一端、第二端和控制端，功率开关管Q1的第一端耦接输入管脚IN，功率开关管Q1的第二端耦接开关管脚SW，功率开关管Q1的控制端接收控制信号DR1。

[0018] 由于LED驱动电路10是通过外部续流二极管D1进行电感电流的续流，因此在其内部还设置了自举刷新开关管Q2用于为外部的自举电容Cbst进行电压刷新。电压刷新是指当自举电容Cbst两端的电压下降到一定值后，需要对自举电容Cbst进行充电，使其两端的电压恢复到期望的值。自举刷新开关管Q2具有第一端、第二端和控制端，自举刷新开关管Q2的第一端耦接开关管脚SW，自举刷新开关管Q2的第二端耦接第三接地管脚GND3，自举刷新开关管Q3的控制端端接收控制信号DR2。当功率开关管Q1断开后，自举刷新开关管Q2导通，一旦自举刷新开关管Q2导通，自举电容Cbst通过自举刷新开关Q2被充电刷新。需要说明，在一些实施例中，当功率开关管Q1断开后，自举刷新开关管Q2立刻导通。在又一些实施例中，当功率开关管Q1断开后，自举刷新开关管Q2也可以不立刻导通，而是根据自举电容Cbst两端的电压情况决定。例如，当功率开关管Q1断开后，如果自举电容Cbst两端的电压低于一个设定的自举电压刷新阈值，则自举刷新开关管Q2立刻导通用于刷新自举电容Cbst两端的电压；如果自举电容Cbst两端的电压依然高于自举电压刷新阈值，则自举刷新开关管Q2保持关断，直到自举电容Cbst两端的电压依然低于自举电压刷新阈值。

[0019] 防注入开关管Q3具有第一端、第二端和控制端，防注入开关管Q3的第一端耦接第二接地管脚GND2，防注入开关管Q3的第二端耦接第三接地管脚GND2，防注入开关管Q3的控制端耦接第一接地管脚GND1。

[0020] 在一个实施例中，为了对LED驱动电路10进行静电释放(Electro‑Static discharge，ESD)保护，通常其内部还包括第一静电保护二极管ESD1和第二静电保护二极管ESD2。第一静电保护二极管ESD1的阴极耦接第一接地管脚GND1，第一静电保护二极管ESD1的阳极耦接第三接地管脚GND3。第二静电保护二极管ESD2的阴极耦接调光管脚DIM，第二静电保护二极管ESD2的阳极耦接第一接地管脚GND1。

[0021] 在图1所示实施例中，驱动电路10还包括电平转换电路，电平转换电路耦接调光管脚DIM、第一接地管脚GND1和第二接地管脚GND2，电平转换电路将调光信号Diming的电平从第一值转换为第二值，其中第一值以第一参考地电压VG1为参考地电位，第二值以第三接地管脚GND3的电位(即第二参考地电压VG2)为参考地电位。

[0022] 在图1所示实施例中，LED调光系统100中的开关电路工作在负压Buck‑Boost模式。具体地，LED调光系统100在驱动电路10的外部还包括续流二极管D1、电容器Cout以及LED灯串。续流二极管D1的阳极电连接驱动电路10的第二接地管脚GND2，续流二极管D1的阴极耦接驱动电路10的开关管脚SW。电容器Cout的一端通过电感器L连接到开关管脚SW，电容器Cout的另一端电连接驱动电路10的第二接地管脚GND2，其中，电容器Cout和电感器L的公共端连接至第一参考地电位VG1。LED灯串的阳极连接至第一参考地电位VG1，LED灯串的阴极连接至驱动电路10的第二接地管脚GND2。驱动电路10的第三接地管脚GND3浮空。

[0023] 此外，在LED调光系统100的实施例中，还包括采样电阻Rs，采样电阻Rs耦接在LED灯串的阴极和第二接地管脚GND2之间，采样电阻Rs上的电压即为反馈信号VFB，代表流过LED灯串的电流。

[0024] 在图1所示实施例中，功率开关管Q1、自举刷新开关管Q2、防注入开关管Q3被示意为N型金属半导体场效应管(N‑type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，NMOSFET)，但本领域一般技术人员可以理解，功率开关管Q1、自举刷新开关管Q2、防注入开关管Q3还可以是其他合适类型的晶体管。在图1所示实施例中，功率开关管Q1、自举刷新开关管Q2、防注入开关管Q3各自的第一端即为NMOS的漏极，第二端即为NMOS的源极，控制端即为NMOS的栅极。

[0025] 在LED调光系统100正常工作期间，当功率开关管Q1导通时，电感器L上流过的电感电流线性上升，并点亮LED灯串，同时对电容器Cout充电；当功率开关管Q1关断时，电感器L上流过的电感电流线性下降，并通过续流二极管D1续流。此时，第二接地管脚GND2上的电位为第二参考地电位VG2，在此期间，第二参考地电位VG2为一个负压电位，示意为‑VOUT，其中VOUT为LED灯串工作时需要的电压值。在一个实施例中，驱动电路10中的控制电路通过控制功率开关管Q1的导通占空比可获得期望的VOUT值。一般地，功率开关管Q1的导通占空比越大，VOUT值越高。

[0026] 在驱动电路10内部，由于第二接地管脚GND2为负电压，第一接地管脚GND1为零电压，当第二接地管脚GND2和第一接地管脚GND1之间的压差大于防注入开关管Q3的导通阈值，防注入开关管Q3保持导通状态。

[0027] 在LED灯串发生短路时，由于LED灯串正负极回路之间存在寄生电感和寄生电容，回路将发生LC振荡，第二接地管脚GND2上将可能产生正向振铃。一旦第二接地管脚GND2上具有正向尖峰电压，第三接地管脚GND3上也具有正向电压，此时防注入开关管Q3的栅极电压小于其源极电压，即开关管Q3的栅源电压VGS为负，防注入开关管Q3被关断，因此驱动电路10内部几乎不会产生衬底注入电流。与此同时，第二接地管脚GND2上的正向尖峰电压也不能通过第一静电保护二极管ESD1和第二静电保护二极管ESD2到达调光管脚DIM，提供调光信号Diming的外部装置不会被损坏。

[0028] 相反，如果没有防注入开关管Q3，一旦驱动电路芯片的接地管脚(例如第三接地管脚GND3)出现正向尖峰电压时，该正向尖峰电压将通过第一静电保护二极管ESD1到达第一接地管脚GND1，形成衬底注入电流，该电流无法消除，只能通过外接补丁电路以减小该电流。如果尖峰电压过大，还将到达调光管脚DIM，造成提供调光信号Diming的外部装置损坏。

[0029] 图2示出了本发明的第二实施例，公开了又一个LED调光系统200的电路原理图。

[0030] 相比LED调光系统100，LED调光系统200中，其LED驱动电路20中进一步包括钳位电路。钳位电路耦接在防注入开关管Q2第二端和控制端之间，用于将防注入开关管Q2的第二端和控制端之间的电压钳位在第一电压值。第一电压值可根据选用的防注入开关管Q2的型号灵活设定，这里不做进一步限制。如果没有钳位电路，在一些情况下，当第二接地管脚GND2上的第二参考地电位VG2(负压)的绝对值过大时，将导致防注入开关管Q2的第二端和控制端之间的电压过大而损坏防注入开关管Q2。

[0031] 一般地，在图1和图2示意的实施例应用场景中，LED灯串上的电压大于防注入开关管Q3的导通阈值，如果在一些特殊应用场景中，LED灯串上的电压小于防注入开关管Q3的导通阈值时，可在LED驱动电路10的外部将第三接地管脚GND3和第二接地管脚GND2电连接，也即是将防注入开关管Q3短路，此时由于LED灯串上的电压很小，即使发生短路也不会形成大的尖峰电压引起大的电流注入。

[0032] 图3示出了本发明的第三实施例。在一些实施例中，LED驱动电路10还可以设置工作在Buck工作模式。如图3所示，当LED驱动电路10被配置为Buck模式时，输入管脚IN、开关管脚SW、调光管脚DIM、自举管脚BST、反馈管脚FB和第一接地管脚GND1的连接方式和图1所示实施例中的连接方式一样，这里不重复描述。而驱动电路10的第三接地管脚GND3不再浮空，而是和第二接地管脚GND2耦接在一起并连接到第一参考地电位VG1，即零电位。此外，在LED驱动电路10的外部，续流二极管D1和电容器Cout的连接关系不改变，而电容器Cout和电感器L的公共端连接至LED灯串的阳极，LED灯串的阴极连接至第一参考地电位VG1。

[0033] 在此应用场景下，防注入开关管Q3保持断开状态，当功率开关管Q1断开、自举刷新开关管Q3导通后，自举电容Cbst通过自举刷新开关管Q3和第三接地管脚GND3连接到第一参考地电位VG1，进而实现对其电压的刷新。

[0034] 图4所示为根据本发明一个实施例公开的LED驱动电路10或20制作为集成电路后的外形底部俯视图。在图4所示实施例中，示意了一种esop8封装的示意图，如图所示，集成电路10或20至少包括输入管脚IN、开关管脚SW、调光管脚DIM、自举管脚BST、反馈管脚FB、第一接地管脚GND1、第二接地管脚GND2以及第三接地管脚GND3。输入管脚IN、开关管脚SW、调光管脚DIM、自举管脚BST、反馈管脚FB、第一接地管脚GND1和第三接地管脚GND3分别位于集成电路左右两端，而第二接地管脚GND2可以包括集成电路的裸露焊盘，位于集成电路的底部。可以理解，图4集成电路10或20左下具有一个空白引脚，该引脚可根据集成电路10或20内部的功能设置成需要的类型，这里不做限定。同时，图4示意的集成电路10/20外形图仅为本发明一个具体实施例示意，在其他实施例中，集成电路10/20也可以具有其他数量的管脚以及其他合适的封装外形。

[0035] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。