CN101336027A - 调光降压式led驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种调光降压式发光二极管(LED)驱动装置，包括：主开关，控制流入LED的驱动电流；电流检测器，检测流入LED的驱动电流；电源电平确定单元，确定驱动电源的电平；调光电容器，用于调光控制；调光控制单元，根据电源电平确定信号和使能信号来控制调光电容器的充电和放电；复位电路单元，根据来自电流检测器的检测电压以及调光电容器的电压产生复位信号；脉冲发生单元，产生脉冲信号；以及锁存器，由脉冲发生单元的脉冲信号置位，并由复位电路单元的复位信号复位，以产生开关信号，并使用开关信号开启和关断主开关。

Description

调光降压式LED驱动装置
相关申请的交叉参考
本申请要求于2007年6月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2007-63096号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种调光降压式发光二极管(LED)驱动装置，并且更具体地，涉及一种能够通过在起动电源时逐渐增加驱动电源而在切断电源时逐渐降低驱动电源来实现LED的调光功能的调光降压式LED驱动装置。
背景技术
通常，由于发光二极管(LED)的应用技术的发展，LED驱动技术也逐渐得到发展。由于LED应用的扩展，LED驱动技术引起了更多的注意，该技术可以如同剧场中的照明设备一样通过逐渐开启和关断LED来实现LED中的调光功能。
为实现LED中的调光功能，诸如脉宽调制(PWM)集成电路(IC)的外部装置控制器或微型计算机在背景技术中得到应用。
如上所述，由于用于调光的单个IC(诸如外部装置控制器)被附加地用于LED的调光功能，所以整个装置的大小和功耗都会不令人满意地增加。
发明内容
本发明的一个方面提出了一种能够通过在起动电源时逐渐增加驱动电源而在切断电源时逐渐降低驱动电源来实现LED的调光功能的调光降压式LED驱动装置。
根据本发明的一方面，提供了一种调光降压式发光二极管(LED)驱动装置，包括：主开关，控制由驱动电源流入LED的驱动电流；电流检测器，检测流入LED的驱动电流；电源电平确定单元，确定驱动电源的电平；调光电容器，用于调光控制；调光控制单元，根据电源电平确定单元的电源电平确定信号和使能信号来控制调光电容器的充电和放电；复位电路单元，根据来自电流检测器的检测电压以及调光电容器的电压产生复位信号；脉冲发生单元，产生脉冲信号；以及锁存器，由脉冲发生单元的脉冲信号置位，并由复位电路单元的复位信号复位，以产生开关信号，并使用开关信号开启和关断主开关。
主开关可以是晶体管，其包括：第一端子，与LED连接；第二端子，连接至地；以及第三端子，连接至锁存器的输出端子。
如果驱动电源低于预置的参考电源电压，则电源电平确定单元可以向调光控制单元输出逻辑高电源电平确定信号，而如果驱动电源等于或高于预置的参考电源电压，则向调光控制单元输出逻辑低电源电平确定信号。
如果在使能状态下基于电源电平确定单元的电源电平确定信号和使能信号确定电源为正常，则调光控制单元可以控制调光电容器的充电，而如果在使能状态下基于电源电平确定单元的电源电平确定信号和使能信号确定电源为异常，则控制调光电容器的放电。
调光控制单元可以包括：稳压二极管，与调光电容器并联；电流源，连接至驱动电源；充电开关，连接在电流源与位于调光电容器和稳压二极管之间的连接点之间，以提供调光电容器的充电路径；电流吸收器，连接至地；放电开关，连接在连接点与电流吸收器之间以提供调光电容器的放电路径；开关控制逻辑电路，对使能信号和电源电平确定信号执行逻辑与运算，以将第一开关信号输出至充电开关并将从第一开关信号反相的第二开关信号输出至放电开关；以及比较器，如果调光电容器电压低于预置的第一参考电压，则输出软关断信号。
调光控制单元还可以包括次开关，其与稳压二极管并联，且根据电源电平确定信号而开启和关断。
开关控制逻辑电路可以包括：第一反相器，反转电源电平确定信号；与门，对使能信号和电源电平确定信号执行逻辑与运算以产生第一开关信号，并将第一开关信号输出至充电开关；以及第二反相器，反转与门的第一开关信号以产生第二开关信号，并将第二开关信号输出至放电开关。
如果来自电流检测器的检测电压高于调光电容器的电压或第二参考电压，则复位电路单元可以产生复位信号。
复位电路单元可以包括：第一比较器，包括从电流检测器接收检测电压的第一同相端子，接收调光电容器的电压的第一反相端子，以及比较调光电容器的电压与检测电压以输出第一比较结果信号的第一输出端子；第二比较器，包括从电流检测器接收检测电压的第二同相端子，接收第二参考电压的第二反相端子，以及将第二参考电压与检测电压进行比较以输出第二比较结果信号的第二输出端子；以及或门，对第一比较器的第一比较结果信号和第二比较器的第二比较结果信号执行逻辑或运算以将逻辑或运算的结果信号输出至锁存器的复位端子。
锁存器的开关信号具有从脉冲发生单元的脉冲信号的上升沿到复位信号的上升沿的脉冲宽度。
附图说明
本发明的上述和其他方面、特征和其他优点将会通过下文的详细描述连同附图而更清楚地得以理解，其中：
图1是示出了根据本发明实施例的调光降压式LED驱动装置的结构的示图；
图2是根据本发明实施例的调光控制器的电路图；以及
图3是根据本发明实施例的调光降压式LED驱动装置的时序图。
具体实施方式
下面将参照附图更为详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以不同的形式体现，并不应解释为限于本文阐述的实施例。更确切地，提供这些实施例以使本公开彻底和完全，并向那些本领域的普通技术人员充分传达本发明的范围。全文中，相同的参考数字表示相同的元件。
图1示出了根据本发明实施例的调光降压式发光二极管(LED)驱动装置的结构。
参照图1，根据本发明实施例的调光降压式LED驱动装置包括主开关10、电流检测器20、电源电平确定单元100、调光电容器Cdm、调光控制单元200、复位电路单元300、脉冲发生单元400、以及锁存器500。主开关10开启和关断由驱动电源Vdr流入LED的驱动电流。电流检测器20检测流入LED的驱动电流。电源电平确定单元100确定驱动电源Vdr的电平。调光电容器Cdm用于调光控制。调光控制单元200根据电源电平确定单元100的电源电平确定信号(下文中，还称作PL信号)PL和使能信号来控制调光电容器Cdm的充电和放电。复位电路单元300根据来自电流检测器20的检测电压Vd和调光电容器Cdm的电压Vcdm来产生复位信号。脉冲发生单元400产生脉冲信号。锁存器500由脉冲发生单元400的脉冲信号置位并由复位电路单元300的复位信号复位，以产生开关信号SS，并使用开关信号SS切换主开关10。
主开关10可以是晶体管，其包括：第一端子，连接至LED；第二端子，连接至地；以及第三端子，连接至锁存单元500的输出端子。特别地，晶体管可以是N沟道MOS晶体管，其中第一端子、第二端子和第三端子分别是漏极、源极和栅极。
如果驱动电源Vdr低于预置的参考电源电压，则电源电平确定单元100将逻辑高PL信号PL输出至调光控制单元200。否则，电源电平确定单元100将逻辑低PL信号PL输出至调光控制单元200。
如果在使能状态下基于电源电平确定单元100的PL信号PL和使能信号EN确定电源为正常，则调光控制单元200控制调光电容器Cdm的充电。同样，如果在使能状态下确定电源为异常，则调光控制单元200控制调光电容器Cdm的放电。
图1中，参考数字50表示用于保护LED的保护电路单元。保护电路单元50可以包括稳压二极管D1和线圈L。
图2是根据本发明实施例的调光控制单元200的电路图。参照图2，调光控制单元200包括稳压二极管D2、电流源IS1、充电开关SW21、电流吸收器IS2、放电开关SW22、开关控制逻辑电路210、和比较器220。稳压二极管D2与调光电容器Cdm并联。电流源IS1连接至驱动电源Vcc。充电开关SW21连接在电流源IS1与连接点NC1之间，从而提供调光电容器Cdm的充电路径，该连接点在调光电容器Cdm和稳压二极管D2之间。电流吸收器IS2连接至地。放电开关SW22连接在连接点NC1与电流吸收器IS2之间，因而提供调光电容器Cdm的放电路径。开关控制逻辑电路210对使能信号EN和PL信号PL的反转信号执行逻辑与运算，以将第一开关信号输出至充电开关SW21并将从第一开关信号反相的第二开关信号输出至放电开关SW22。比较器220在调光电容器Cdm的电压Vcdm低于预置的第一参考电压Vref1时输出软关断信号SSDN。
调光控制单元200还可以包括次开关Q2，其与稳压二极管D2并联，且根据PL信号PL开启和关断。
开关控制逻辑电路210包括：第一反相器INT1、与门AND1、和第二反相器INT2。第一反相器INT1反转PL信号PL。与门AND1对使能信号EN和PL信号PL的反转信号执行逻辑与运算以产生第一开关信号，并将第一开关信号输出至充电开关SW21。第二反相器INT2反转与门AND1的第一开关信号以产生第二开关信号，并将第二开关信号输出至放电开关SW22。
如果来自电流检测器20的检测电压Vd高于调光电容器Cdm的电压Vcdm或第二参考电压Vref2，则复位电路单元300产生复位信号。
特别地，复位电路单元300包括第一比较器310、第二比较器320、和或门330。第一比较器310包括从电流检测器20接收检测电压Vd的第一同相端子，接收调光电容器Cdm的电压Vcdm的第一反相端子，以及将调光电容器Cdm的电压Vcdm与检测电压Vd进行比较以输出第一比较结果信号CO1的第一输出端子。第二比较器320包括从电流检测器20接收检测电压Vd的第二同相端子，接收第二参考电压Vref2的第二反相端子，以及将第二参考电压Vref2与检测电压Vd进行比较以输出第二比较结果信号CO2的第二输出端子。或门330对第一比较器310的第一比较结果信号CO1和第二比较器320的第二比较结果信号CO2执行逻辑或运算以将或运算的结果信号输出至锁存器500的复位端子。
锁存器500的开关信号可以具有从脉冲发生单元400的脉冲信号的上升沿到复位信号的上升沿的脉冲宽度。
图3是根据本发明实施例的LED驱动装置的时序图。图3中，En表示使能信号，Vcdm表示调光电容器的电压，Sst表示置位信号，Srst表示复位信号，SS表示开关信号，Isr表示电流源IS1的电流，Isk表示电流吸收器IS2的电流，以及ILED表示流入LED的电流。
下面将参照附图更为详细地描述根据本发明实施例的操作和效果。将参照图1至3描述根据本发明实施例的调光降压式LED驱动装置的操作。图1中，当开启应用了根据本发明实施例的调光降压式LED驱动装置的系统时，提供驱动电源Vdr并同时输入使能信号EN。
然后，电源电平确定单元100确定驱动电源Vdr的电平以将电源电平确定信号(即，PL信号)PL输出至调光控制单元200。
例如，如果驱动电源Vdr低于预置的参考电源电压，则电源电平确定单元100将逻辑高PL信号PL输出至调光控制单元200。否则，电源电平确定单元100将逻辑低PL信号PL输出至调光控制单元200。
根据本发明实施例的调光电容器Cdm充电或放电，用于在调光控制单元200的控制下调光控制。
调光控制单元200根据电源电平确定单元100的PL信号PL和使能信号来控制调光电容器Cdm的充电和放电。因此，如图3所示，在调光控制单元200的控制下，以电压Vcdm对调光电容器Cdm充电或放电。
根据本发明实施例的驱动电源Vdr被提供到LED，因而驱动电流流入LED。这里，主开关10响应开关信号SS开启和关断由驱动电源Vdr流入LED的驱动电流。
在此操作中，根据本发明实施例的电流检测器20检测流入LED的驱动电流，并将检测结果输出至复位电路单元300。同样，根据本发明实施例的脉冲发生单元400产生脉冲信号。
参照图1至3，复位电路单元300根据来自电流检测器20的检测电压Vd和调光电容器Cdm的电压Vcdm产生复位信号Srst，并将复位信号Srst输出至锁存器500。
锁存器500由脉冲发生单元400的脉冲信号置位并由复位电路单元300的复位信号Srst复位，因而产生如图3所示的开关信号SS。锁存器500使用开关信号SS开启和关断主开关10。
假设主开关10是N沟道MOS晶体管，其包括：漏极，连接至LED；源极，连接至地；以及栅极，连接至锁存器500的输出端子，如果开关信号SS处于逻辑高电平，则在开关信号SS为逻辑高电平的一段时间内开启主开关10。与此相反，如果开关信号SS处于逻辑低电平，则在开关信号SS为逻辑低电平的一段时间内关断主开关10。
下文中，将详细描述调光控制单元200。如果在使能状态下基于电源电平确定单元100的PL信号PL和使能信号EN确定电源为正常，则调光控制单元200控制调光电容器Cdm的充电。如果在使能状态下确定电源为异常，则调光控制单元200控制调光电容器Cdm的放电。
参照图1和图2，调光控制单元200的开关控制逻辑电路210对使能信号EN和PL信号PL的反转信号执行逻辑与运算以将第一开关信号输出至充电开关SW21并将从第一开关信号反相的第二开关信号输出至放电开关SW22.
即，如果使能信号EN处于逻辑高电平而PL信号PL处于逻辑低电平，则充电开关SW21由第一开关信号开启而放电开关SW22关断。当充电开关SW21开启时，电流源IS1的电流Isr流入调光电容器Cdm，从而对调光电容器Cdm充电。由于稳压二极管D2，调光电容器Cdm的充电电压不会超过预定的电压电平。
与此相反，如果使能信号EN处于逻辑高电平而PL信号PL处于逻辑高电平，则放电开关SW22由第二开关信号开启，而充电开关SW21关断。当放电开关SW22开启时，随着电流吸收器IS2的电流Isk流至地，调光电容器Cdm的充电电压快速向地放电。
如图3所示，由于电流源IS1的电流Isr和电流吸收器IS2的电流Isk，LED被逐渐开启，保持在预定电平，然后逐渐关断。因此，LED如同剧场的照明设备一样可以被逐渐的开启和关断。
调光控制单元200的比较器220在调光电容器Cdm的电压Vcdm低于预置的第一参考电压Vref1时将软关断信号SSDN输出至电源电平确定单元100。
同样，如果调光控制单元200包括与稳压二极管D2并联的次开关Q2，则次开关Q2根据PL信号PL开启和关断，以使调光电容器Cdm的电压Vcdm可以更快速地放电。
下面将参照图1和图2更为详细地描述开关控制逻辑电路210。开关控制逻辑电路210的第一反相器INT1反转PL信号PL。开关控制逻辑电路210的与门AND1对使能信号EN和PL信号PL的反转信号执行逻辑与运算以产生第一开关信号，并将第一开关信号输出至充电开关SW21。
开关控制逻辑电路210的第二反相器INT2反转与门AND1的第一开关信号以产生第二开关信号，并将第二开关信号输出至放电开关SW22。
如果来自电流检测器20的检测电压Vd高于调光电容器Cdm的电压Vcdm或第二参考电压Vref2，则复位电路单元300产生复位信号。这将参照图1和图2进行描述。
参照图1和图2，复位电路单元300包括第一比较器310、第二比较器320以及或门330。第一比较器310将通过第一反相端子输入的调光电容器Cdm的电压Vcdm与通过第一同相端子输入的检测电压Vd进行比较，从而输出第一比较结果信号CO1。第二比较器320将通过第二反相端子输入的第一参考电压Vref1与通过第二同相端子输入的检测电压Vd进行比较，从而输出第二比较结果信号CO2。
复位电路单元300的或门330对第一比较器310的第一比较结果信号CO1和第二比较器320的第二比较结果信号CO2执行逻辑或运算，从而将逻辑或运算的结果信号输出至锁存器500的复位端子。
锁存器500的开关信号可以具有从脉冲发生器400的脉冲信号的上升沿到复位信号的上升沿的脉冲宽度。如图3所示，在源电流Isr流出时，锁存器500的输出信号的脉冲宽度逐渐增加，而在吸收器电流Isk流出时逐渐减小。
通过根据本发明实施例的调光控制单元200，可以在向调光电容器Cdm中充电所花的时间内逐渐开启LED。还可以在对调光电容器Cdm放电的时间内逐渐关断LED。因而，可以如同剧场的照明装置中一样逐渐地开启和关断LED。
根据本发明实施例的调光降压式LED驱动装置可以通过在开启电源时逐渐增加驱动电源并在关断电源时逐渐减小驱动电源来实现LED的调光功能。
虽然已经连同示例性实施例示出并描述了本发明，本领域的普通技术人员应理解，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下可以对这些实施例做出修改和改变。

Claims (10)

1.一种调光降压式发光二极管(LED)驱动装置，包括：
主开关，控制由驱动电源流入LED的驱动电流；
电流检测器，检测流入所述LED的驱动电流；
电源电平确定单元，确定所述驱动电源的电平；
调光电容器，用于调光控制；
调光控制单元，根据所述电源电平确定单元的电源电平确定信号和使能信号来控制所述调光电容器的充电和放电；
复位电路单元，根据来自所述电流检测器的检测电压以及所述调光电容器的电压产生复位信号；
脉冲发生单元，产生脉冲信号；以及
锁存器，由所述脉冲发生单元的脉冲信号置位，并由所述复位电路单元的所述复位信号复位，以产生开关信号，并使用所述开关信号开启和关断所述主开关。
2.根据权利要求1所述的调光降压式LED驱动装置，其中，所述主开关是晶体管，所述晶体管包括：第一端子，与所述LED连接；第二端子，连接至地；以及第三端子，连接至所述锁存器的输出端子。
3.根据权利要求1所述的调光降压式LED驱动装置，其中，在所述驱动电源低于预置的参考电源电压的情况下，所述电源电平确定单元将逻辑高电源电平确定信号输出至所述调光控制单元，在所述驱动电源等于或高于所述预置的参考电源电压的情况下，将逻辑低电源电平确定信号输出至所述调光控制单元。
4.根据权利要求1所述的调光降压式LED驱动装置，其中，在使能状态下基于所述电源电平确定单元的电源电平确定信号和使能信号来确定电源为正常的情况下，所述调光控制单元控制所述调光电容器的充电，在所述使能状态下基于所述电源电平确定单元的所述电源电平确定信号和所述使能信号来确定所述电源为异常的情况下，控制所述调光电容器的放电。
5.根据权利要求4所述的调光降压式LED驱动装置，其中，所述调光控制单元包括：
稳压二极管，与所述调光电容器并联；
电流源，连接至驱动电源；
充电开关，连接在所述电流源与位于所述调光电容器和所述稳压二极管之间的连接点之间，以提供所述调光电容器的充电路径；
电流吸收器，连接至地；
放电开关，连接在所述连接点与所述电流吸收器之间，以提供所述调光电容器的放电路径；
开关控制逻辑电路，对所述使能信号和所述电源电平确定信号执行逻辑与运算，以将第一开关信号输出至所述充电开关并将从所述第一开关信号反相而得到的第二开关信号输出至所述放电开关；以及
比较器，在所述调光电容器的电压低于预置的第一参考电压的情况下，所述比较器输出软关断信号。
6.根据权利要求5所述的调光降压式LED驱动装置，其中，所述调光控制单元还包括：次开关，其与所述稳压二极管并联，并根据所述电源电平确定信号开启和关断。
7.根据权利要求5所述的调光降压式LED驱动装置，其中，所述开关控制逻辑电路包括：
第一反相器，将所述电源电平确定信号反相；
与门，对所述使能信号和所述电源电平确定信号执行逻辑与运算以产生所述第一开关信号，并将所述第一开关信号输出至所述充电开关；以及
第二反相器，将所述与门的所述第一开关信号反相，以产生所述第二开关信号，并将所述第二开关信号输出至所述放电开关。
8.根据权利要求1所述的调光降压式LED驱动装置，其中，在来自所述电流检测器的检测电压高于所述调光电容器的电压或第二参考电压的情况下，所述复位电路单元产生复位信号。
9.根据权利要求8所述的调光降压式LED驱动装置，其中，所述复位电路单元包括：
第一比较器，包括：第一同相端子，接收来自所述电流检测器的所述检测电压；第一反相端子，接收所述调光电容器的电压；以及第一输出端子，将所述调光电容器的电压与所述检测电压进行比较，以输出第一比较结果信号；
第二比较器，包括：第二同相端子，接收来自所述电流检测器的所述检测电压；第二反相端子，接收所述第二参考电压；以及第二输出端子，将所述第二参考电压与所述检测电压进行比较，以输出第二比较结果信号；以及
或门，对所述第一比较器的所述第一比较结果信号和所述第二比较器的所述第二比较结果信号执行逻辑或运算，以将所述逻辑或运算的结果信号输出至所述锁存器的复位端子。
10.根据权利要求1所述的调光降压式LED驱动装置，其中，所述锁存器的所述开关信号具有从所述脉冲发生单元的脉冲信号的上升沿到所述复位信号的上升沿的脉冲宽度。
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