集成電路積分模塊及led恆流驅動集成電路的製作方法
2024-02-19 11:02:15
集成電路積分模塊及led恆流驅動集成電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種集成電路積分模塊及包括該集成電路積分模塊的LED恆流驅動集成電路，該集成電路積分模塊包括跨導放大器、積分電容、濾波電路，將積分電容集成到晶片內部，由於受晶片面積及成本影響，需要降低積分電容容值，將跨導放大器內部的跨導值降低至2μS-4μS，可有效地使積分電容的容值從nF級降低至pF級；由於積分電容容值減小，積分電容兩端的紋波將增大，通過在跨導放大器輸入端與採樣信號之間增加濾波電路，可以有效地減小積分電容端電壓的波動範圍；由此，可以穩定的減小積分電容容值，即減小積分電容面積，達到將積分電容集成到集成電路內部的目的，簡化系統方案，降低生產成本。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及集成電路領域，尤其涉及一種集成電路積分模塊及LED恆流驅動集成 電路。 集成電路積分模塊及LED恆流驅動集成電路
【背景技術】
[0002] 目前，LED作為新型節能光源，具有光效高、環保、壽命長等特點，但為了獲得光效 率、電源效率、散熱和產品亮度等參數品質高的LED，使用時通常使用恆流驅動晶片驅動電 源。參照圖1及圖2，晶片通過採樣電感電流，利用內部誤差放大器進行誤差放大後，通過外 部積分電容進行積分，通過Comp端電壓控制功率管的導通時間，調整輸出電流。在應用中 需要外接積分電容，生產成本高。
[0003] 上述內容僅用於輔助理解本發明的技術方案，並不代表承認上述內容是現有技 術。
【發明內容】
[0004] 本發明的主要目的在於提供一種生產成本低，集成了低容值積分電容的集成電路 積分模塊。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供一種集成電路積分模塊，該集成電路積分模塊包括 用於將電壓採樣輸入信號轉化為電流信號的跨導放大器，用於對所述跨導放大器輸出的電 流信號進行積分運算的積分電容，用於對所述電壓採樣信號進行濾波處理的濾波電路；所 述跨導放大器的同相輸入端與集成電路基準源提供的第一基準電壓輸出端連接，反相輸入 端經濾波電路與採樣信號輸入端連接，輸出端與積分電容的一端連接，所述積分電容的另 一端接地，其中，所述跨導放大器的跨導值為2 μ S-4 μ S。
[0006] 優選地，所述濾波電路包括第一電容和第一電阻，所述第一電容的一端與所述跨 導放大器的反相輸入端連接，另一端接地；所述第一電阻的一端與採樣信號輸入端連接，另 一端與第一電容和反相輸入端的公共端連接。
[0007] 優選地，所述集成電路積分模塊還包括一用於減小積分電容輸出紋波的除法器， 所述除法器與所述跨導放大器的輸出端連接。
[0008] 優選地，所述集成電路積分模塊進一步包括一加法器，所述加法器的第一輸入端 與所述除法器的輸出端連接，所述加法器的第二輸入端與所述集成電路基準源提供的第二 基準輸出電壓端連接。
[0009] 優選地，所述集成電路積分模塊還包括一比較器，所述比較器的第一輸入端與採 樣信號輸入端連接，第二輸入端與加法器輸出信號端連接，比較處理後的輸出信號經集成 電路內部若干邏輯門後用於控制外部開關管的關閉時間。
[0010] 此外，為實現上述目的，本發明還提供一種LED恆流驅動集成電路，包括集成電路 的積分模塊；所述集成電路積分模塊包括用於將電壓採樣輸入信號轉化為電流信號的跨 導放大器，用於對所述跨導放大器輸出的電流信號進行積分運算的積分電容，用於對所述 電壓採樣信號進行濾波處理的濾波電路；所述跨導放大器的同相輸入端與集成電路基準 源提供的第一基準電壓輸出端連接，反相輸入端經濾波電路與採樣信號輸入端連接，輸出 端與積分電容的一端連接，所述積分電容的另一端接地，其中，所述跨導放大器的跨導值為 2 u S_4 u S〇 toon] 優選地，所述濾波電路包括第一電容和第一電阻，所述第一電容的一端與所述跨 導放大器的反相輸入端連接，另一端接地；所述第一電阻的一端與採樣信號輸入端連接，另 一端與第一電容和反相輸入端的公共端連接。
[0012] 優選地，所述集成電路積分模塊還包括一用於減小積分電容輸出紋波的除法器， 所述除法器與所述跨導放大器的輸出端連接。
[0013] 優選地，所述集成電路積分模塊進一步包括一加法器，所述加法器的第一輸入端 與所述除法器的輸出端連接，所述加法器的第二輸入端與所述集成電路基準源提供的第二 基準輸出電壓端連接。
[0014] 優選地，所述集成電路積分模塊還包括一比較器，所述比較器的第一輸入端與採 樣信號輸入端連接，第二輸入端與加法器輸出信號端連接，比較處理後的輸出信號經集成 電路內部若干邏輯門後用於控制外部開關管的關閉時間。
[0015] 本發明所提供的一種集成電路積分模塊及包括該集成電路積分模塊的LED恆流 驅動集成電路，該集成電路積分模塊包括集成跨導放大器、積分電容、濾波電路，將積分電 容集成到晶片內部，由於受晶片面積及成本影響，需要降低積分電容容值，因此將跨導放 大器內部的跨導值範圍從100 μ S-500 μ S調整至2 μ S-4 μ S，可有效地使積分電容的容值 從nF級降低至pF級；由於積分電容容值減小，相應的積分電容兩端的紋波將增大，通過在 跨導放大器反相輸入端與採樣信號輸入端之間增加濾波電路，可以對輸入端的採樣信號進 行有效衰減，衰減後的信號與第一基準電壓進行誤差放大後輸出的電流信號波動範圍將減 小，從而積分電容積分後的端電壓的波動範圍也相應縮小；由此，可以穩定的減小積分電 容容值，即減小積分電容面積，達到將低容值電容集成到集成電路內部的目的，簡化系統方 案，降低生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為現有技術中積分模塊電路原理圖；
[0017] 圖2為現有技術中LED恆流驅動集成電路系統方案示意圖；
[0018] 圖3為本發明集成電路積分模塊一實施例的功能模塊示意圖；
[0019] 圖4為本發明集成電路積分模塊一實施例的電路原理示意圖；
[0020] 圖5為本發明集成電路積分模塊一實施例的跨導放大器的內部原理示意圖。
[0021] 本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0022] 應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0023] 本發明提供一種集成電路積分模塊，參照圖3及圖4,在一實施例中，該集成電路 積分模塊包括用於將電壓採樣輸入信號轉化為電流信號的跨導放大器1，用於對跨導放大 器1輸出的電流信號進行積分運算的積分電容2,用於對所述電壓採樣信號進行濾波處理 的濾波電路3，所述跨導放大器1的同相輸入端與集成電路基準源4提供的第一基準電壓輸 出端連接，反相輸入端經濾波電路3與採樣信號輸入端連接，輸出端與積分電容2的一端連 接，所述積分電容2的另一端接地，其中，所述跨導放大器1的跨導值為2 μ S-4 μ S。
[0024] 在本實施例中，該集成電路積分模塊包括集成跨導放大器1、積分電容2、濾波電 路3,通過將跨導放大器內部的跨導值設定為2μ S_4y S，可以有效地降低積分電容2的容 值；並且通過在跨導放大器1反相輸入端與採樣信號輸入端增加濾波電路3,可以對輸入端 的採樣信號進行有效衰減，衰減後的信號與第一基準電壓進行誤差放大後輸出的電流信號 波動範圍將減小，從而積分電容2積分後的端電壓的波動範圍也相應縮小，從而穩定地降 低了積分電容2的容值，有利於積分電容2穩定地集成到集成電路內部。
[0025] 具體地，設定跨導放大器的跨導值為gm，則跨導放大器的輸出電流為
[0026] i (s) = gm Δ V (s)
[0027] 其中，Λ V (s) = Vref-VCi (s)
[0028] 則跨導放大器輸出端電壓： AF(s)gm
[0029] V(S)=--^
[0030] 跨導放大器輸出增益：
[0031] Μ,ωΝ^τΙ=^ ν ΔΓ(5) sc2
[0032] 根據以上推導，當跨導放大器輸出增益Av(s)不變時，降低跨導放大器的跨導值， 可以降低積分電容2 (即C2)的容值，根據集成電路面積的大小，gm值優選為2 μ S-4 μ S，此 時積分電容C2的容值可由原外接時的nF級降低至pF級，此時，積分電容C2的體積將相應 減小，可集成至集成電路內部，且集成電路的面積不會過大，從而降低成本。
[0033] 具體地，跨導放大器的內部結構圖參照圖5,設定W/L為各M0S管的溝道寬長比，則
[0034] M1、M2的溝道寬長比相同，M3、M4的溝道寬長比相同，且M3、M4的溝道寬長比為的 M1、M2的溝道寬長比Μ倍，M5、M6的溝道寬長比相同，M7、M8、M9的溝道寬長比相同，M10與 Mil溝道寬長比之間的比值與M12、M13溝道寬長比的比值相等且為一常數，M14、M15的溝 道寬長比相同，即
[0035] M* (ff/L)! = M* (ff/L) 2 = (ff/L) 3 = (W/L) 4
[0036] (ff/L) 5 = (W/L) 6
[0037] (ff/L) 7 = (W/L) 8 = (W/L) 9 {WIL)n _{WIL)u χτ _8] (WI L)w~ {WI L)n=
[0039] (ff/L) 14 = (ff/L) 15
[0040] 從而 IM5 = IM6
[0041] IM3= IM4
[0042] IM9 = IM8= In4 = Im7 = Ins
[0043] 由上得知：
[0044] VgsM14 = VgsM15
[0045] 又電阻兩端的電壓：
[0046] Va = Vp-VgsM14
[0047] Vb = Vn-VgsM15
[0048] Va-Vb = Vp-Vn
[0049] 從而流過電阻R的電流為：
[0050] IE = (Va-Vb) /R = (Vp-Vn) /R
[0051] 流過M10、M12的電流為：
[0052] I no - Ii3_Im8_Ir
[0053] 1112 - Im4_Im9+Ir
[0054] 流過M6、M10的電流為：
[0055] IM6 = N*IM1。
[0056] I in - N*IM12
[0057] 由此輸出電流：
[0058] lout = IM6-IM13 N* {Vp-Vn)
[0059] 即 /_ =-^-- j , n/ jr 、 2N
[0060] gm = lout / (Vp -Vn) =- R
[0061] 根據以上推導，可知，通過調節電阻R的阻值以及MOS管，M10, Mil，M12, M13的溝 道長寬比的值，可以調節gm值，我們可以通過在內部調節上述值，使得gm值降低，優選為 2 μ S-4 μ S，從而降低積分電容C2的容值。
[0062] 進一步地，所述濾波電路3包括第一電容C1和第一電阻R1，所述第一電容C1的一 端與所述跨導放大器1的反相輸入端連接，另一端接地；所述第一電阻C1的一端與採樣信 號輸入端連接，另一端與第一電容C1與反相輸入端的公共端連接。
[0063] 所述濾波電路3採用RC濾波電路，該濾波電路3包括第一電阻R1與第一電容C1， 通過將電壓採樣輸入信號VSP進行濾波處理後與第一基準電壓Vref進行差分放大，從而將 電壓米樣輸入信號VSP轉化為第一電容C1的端電壓VC1與Vref進行差分放大，使得輸入 波動變小，從而跨導放大器1的輸出波動相應減小。
[0064] 進一步地，所述集成電路積分模塊還包括一除法器5,所述除法器5與所述跨導放 大器1的輸出端連接。
[0065] 經過濾波處理後的積分電容2端電壓紋波已減小，但還不能滿足系統穩定性要 求，因此在積分電容2輸出端增加一除法器5,通過除法器5將積分電容2輸出電壓減小N 倍，從而積分電容2端電壓Vcomp的紋波也同時減小N倍，有效地減小了紋波幹擾。
[0066] 在本實施例中，除法器的降低倍率優選為10倍。
[0067] 進一步地，所述集成電路積分模塊進一步包括一加法器6,所述加法器6的第一輸 入端與所述除法器5的輸出端連接，所述加法器6的第二輸入端與所述集成電路基準源4 提供的第二基準輸出電壓端連接。
[0068] 由於積分電容2的輸出電壓Vcomp經除法器衰減後降低了 N倍，從而需相應的增 加加法器6將輸出電壓Vcomp的範圍增大至系統要求的範圍，從而才能與後續的器件配合 控制輸出恆流。
[0069] 進一步地，所述集成電路積分模塊還包括一比較器7,所述比較器7的第一輸入端 與採樣信號輸入端連接，第二輸入端與加法器6輸出信號端連接，比較處理後的輸出信號 經集成電路內部若干邏輯門後用於控制外部開關管的關閉時間。
[0070] 積分電容2的端電壓經紋波減小處理後作為輸入與原採樣信號VSP經比較器7進 行比較，比較器7的輸出作為控制信號控制開關管的關閉時間，從而可精準的達到恆流驅 動LED的目的。
[0071] 本發明集成電路積分模塊工作原理具體描述如下：
[0072] 該集成電路積分模塊包括跨導放大器1、積分電容2、濾波電路3、除法器5、加法 器6、比較器7,由於需要將積分電容2集成至上述積分模塊中，需降低積分電容2的容值， 即減小積分電容2的面積。通過原理分析，在保證跨導放大器1的增益不變的情況下，需相 應地將跨導放大器1的跨導值調整至2 μ S-4 μ S，從而使積分電容2的容值從nF級降低至 PF級；由於積分電容2的容值減小，相應的積分電容2兩端的紋波將增大，從而通過比較器 7對採樣信號及處理後的信號的比較調整後續開關管的關斷時間的精度將受影響，容易引 起誤判，影響整個集成電路的控制精度，從而影響包括該集成電路產品的穩定性。因此，在 積分模塊中增加了相應的降低紋波的措施：一、在跨導放大器1與採樣信號輸入之間增加 了濾波電路3,該濾波電路為RC濾波電路，包括第一電阻R1及第一電容C1，將原採樣輸入 信號VSP的變化轉化為C1兩端的電壓變化，在此過程中，第一電容C1的端電壓VC1與基準 電壓Vref通過跨導放大器1進行差分放大，使得跨導放大器1輸出的電流信號波動範圍減 小，從而積分電容2兩端的端電壓波動範圍相應減小，達到減小了紋波的效果；二、經過濾 波處理後輸出的信號紋波已經減小，但對於系統的穩定性要求還不夠，通過在跨導放大器1 的輸出端增加除法器5及加法器6,能夠進一步降低紋波大小，通過對積分電容2的端電壓 進行除法運算後輸出的Vrefl較原積分電容2的端電壓Vcomp降低了 N倍，在本實施例中， N優選為10,從而紋波也降低了 N倍，由於比較器7輸入端是對輸入採樣信號進行判斷，從 而根據採樣信號的範圍，在除法器5之後增加了一加法器6,用於調整對應的比較器7輸入 範圍；加法器的的另一路輸入信號由基準源4提供，具體在調整過程中，比較器7的參考電 壓Vref3的波動範圍，是由設定的外部電感電流決定，在設定除法器6的N值後，調整Vref2 的值，使得加法器輸出值Vref3滿足調整外部電感電流峰值的需求，通過比較器7控制外部 M0S管的開關，使得VSP的平均值與設定的基準電壓Vref相同，達到恆流的目的。
[0073] 本發明還提供一種LED恆流驅動集成電路，該LED恆流驅動集成電路包括上述集 成電路積分模塊，該LED恆流驅動集成電路的結構、工作原理以及所帶來的有益效果均參 照上述實施例，在此不再贅述。
[0074] 以上僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發 明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技 術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種集成電路積分模塊，其特徵在於，所述集成電路積分模塊包括用於將電壓採樣 輸入信號轉化為電流信號的跨導放大器，用於對所述跨導放大器輸出的電流信號進行積分 運算的積分電容，用於對所述電壓採樣信號進行濾波處理的濾波電路；所述跨導放大器的 同相輸入端與集成電路基準源提供的第一基準電壓輸出端連接，反相輸入端經濾波電路與 採樣信號輸入端連接，輸出端與積分電容的一端連接，所述積分電容的另一端接地，其中， 所述跨導放大器的跨導值為2 μ S-4 μ S。
2. 如權利要求1所述的集成電路積分模塊，其特徵在於，所述濾波電路包括第一電容 和第一電阻，所述第一電容的一端與所述跨導放大器的反相輸入端連接，另一端接地；所述 第一電阻的一端與採樣信號輸入端連接，另一端與第一電容和反相輸入端的公共端連接。
3. 如權利要求1所述的集成電路積分模塊，其特徵在於，所述集成電路積分模塊還包 括一用於減小積分電容輸出紋波的除法器，所述除法器與所述跨導放大器的輸出端連接。
4. 如權利要求3所述的集成電路積分模塊，其特徵在於，所述集成電路積分模塊進一 步包括一加法器，所述加法器的第一輸入端與所述除法器的輸出端連接，所述加法器的第 二輸入端與所述集成電路基準源提供的第二基準輸出電壓端連接。
5. 如權利要求4所述的集成電路積分模塊，其特徵在於，所述集成電路積分模塊還包 括一比較器，所述比較器的第一輸入端與米樣信號輸入端連接，第二輸入端與加法器輸出 信號端連接，比較處理後的輸出信號經集成電路內部若干邏輯門後用於控制外部開關管的 關閉時間。
6. -種LED恆流驅動集成電路，其特徵在於，包括集成電路積分模塊；所述集成電路 積分模塊包括用於將電壓採樣輸入信號轉化為電流信號的跨導放大器，用於對所述跨導放 大器輸出的電流信號進行積分運算的積分電容，用於對所述電壓採樣信號進行濾波處理的 濾波電路；所述跨導放大器的同相輸入端與集成電路基準源提供的第一基準電壓輸出端連 接，反相輸入端經濾波電路與採樣信號輸入端連接，輸出端與積分電容的一端連接，所述積 分電容的另一端接地，其中，所述跨導放大器的跨導值為2 μ S-4 μ S。
7. 如權利要求6所述的LED恆流驅動集成電路，其特徵在於，所述濾波電路包括第一 電容和第一電阻，所述第一電容的一端與所述跨導放大器的反相輸入端連接，另一端接地； 所述第一電阻的一端與採樣信號輸入端連接，另一端與第一電容和反相輸入端的公共端連 接。
8. 如權利要求6所述的LED恆流驅動集成電路，其特徵在於，所述集成電路積分模塊 還包括一用於減小積分電容輸出紋波的除法器，所述除法器與所述跨導放大器的輸出端連 接。
9. 如權利要求8所述的LED恆流驅動集成電路，其特徵在於，所述集成電路積分模塊進 一步包括一加法器，所述加法器的第一輸入端與所述除法器的輸出端連接，所述加法器的 第二輸入端與所述集成電路基準源提供的第二基準輸出電壓端連接。
10. 如權利要求9所述的LED恆流驅動集成電路，其特徵在於，所述集成電路積分模塊 還包括一比較器，所述比較器的第一輸入端與米樣信號輸入端連接，第二輸入端與加法器 輸出信號端連接，比較處理後的輸出信號經集成電路內部若干邏輯門後用於控制外部開關 管的關閉時間。
【文檔編號】H05B37/02GK203896568SQ201420325717
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】朱小安, 王銳君, 李學寧, 王強, 王成 申請人:深圳市安派電子有限公司