CN101605417B - 带调光的led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明是一种带调光的LED恒流驱动电路。它包括一个LED恒流供电电路、一个模拟量LED电流调节电路和一个数字量LED电流调节电路，改进点是数字量LED电流调节电路包括一个数字调光信号的脉宽测量电路和一个将该脉宽测量电路输出的脉宽计数值转换成模拟电压值的D/A转换器。本发明用脉宽测量电路和D/A转换器将数字调光的PWM信号转换成模拟信号，然后送入模拟调光输入端进行模拟量调光，从而使本电路的数字调光具有与模拟调光相同的调光效率，解决了数字调光效率低的问题。同时，通过进一步的改进，本发明还具有调光精度高的特点。

Description

带调光的LED恒流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种LED恒流驱动电路，具体地说，它是一种带调光的LED恒流驱动电路。

背景技术

在已有技术中，一种已有带调光的LED恒流驱动电路如图4所示，它主要由一个LED恒流供电电路1、一个模拟量LED电流调节电路2和数字量调光接口构成。该电路有模拟和数字两种调光工作模式。模拟量调光工作时，数字量调光输入端维持输入一个高电平，则与门U1打开，模拟调光输入端输入一个电压值，该电压值通过上、下阈值产生电路VR2、VR1分别输出上阈值和下阈值电压，它们分别作为比较器B、A的门限电压，在LED恒流供电电路1中设有一个电流采样电阻R，该电阻R上的采样电压分别送入比较器A、B的信号输入端，电源Vin上电时，电感L和采样电阻R上的电流为0，采样电压低于下阈值，比较器B输出为0、比较器A输出1，RS触发器U0的Q端输出高电平，则电流开关G导通，电源开始供电，电流升高，当采样电压大于上阈值时，比较器B输出1、比较器A输出0，RS触发器U0的Q端输出零电平，电流开关G断开，则电源Vin为LED供电的回路断开，这时，电感L存储的电能通过二极管D继续为LED供电，当回路中的电流下降到低于下阈值时，比较器A、B翻转，RS触发器U1随之翻转，其Q端输出高电平，则电流开关G导通，重新恢复电源Vin的供电，恢复供电后，由于电感L的存在，回路中的电流又会上升超过上阈值，重复上述动作，LED中始终流过一个不间断的恒定电流，使LED以一个预设的亮度而发光。调光时，需改变模拟调光输入端输入的电压值，从而改变上、下阈值，通过该上、下阈值的改变来控制LED中流过电流的大小，从而改变LED的亮度。数字调光工作时，模拟调光输入端输入一个固定的电压值，数字调光输入端输入一个脉宽调节(PWM)信号，两路信号通过与门U1叠加后送入电流开关G的控制端，电流开关G根据该信号的0、1变化导通与截止，则LED中流过一个方波电流，根据该方波电流的平均值，LED发出相应亮度。调光时，以PWM信号的最大平均值(即PWM信号的占空比为100％)为基准，通过减小PWM信号的占空比，LED中流过方波电流的平均值随之减小，从而改变LED的亮度。

根据测试，LED中的电流与其亮度之间有图3中的曲线关系，即当LED中的电流为不间断的恒定电流时，其亮度如曲线K，当流过LED的电流是方波电流时，其亮度如直线S。从图中两条曲线可以看出，既使流过LED中的恒定电流与流过LED中方波电流的平均值相同，LED的亮度也有Δm的差别。因此，在消耗能量相同的情况下，上述的数字调光比模拟调光的效率要低。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中的缺点，提供一种改进的带调光的LED恒流驱动电路，使数字调光具有与模拟调光相同高效率，其次是使改进的数字调光具有较好的调节精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

它包括一个LED恒流供电电路和一个模拟量LED电流调节电路，在所述的LED恒流供电电路中具有一个LED电流开关和一个LED电流采样单元，所述的模拟量LED电流调节电路包括一个上阈值产生电路和下阈值产生电路、比较器电路和脉宽调制电路，所述的上阈值和下阈值产生电路输出的上、下阈值电压分别作为比较器电路的门限电压送入比较器电路，所述LED电流采样单元输出的LED电流采样信号作为比较输入信号送入比较器电路，所述的脉宽调制电路将比较器电路输出的信号转换成一个相应占空比的脉冲信号，该脉冲信号用于控制所述LED电流开关的导通与截止，其特征是：它还具有一个数字量LED电流调节电路，该电路包括一个数字调光信号的脉宽测量电路和一个将该脉宽测量电路输出的脉宽计数值转换成模拟电压值的D/A转换器，所述D/A转换器的输出端接在模拟量LED电流调节电路的输入端上。

本发明进一步改进的技术方案如下：

所述的脉宽测量电路由时钟发生器和一个12位二进制计数器构成，所述时钟发生器的输出端与12位二进制计数器的时钟端相接，所述的D/A转换器由一个12-4096译码器、4096个电子开关及一个由4096个精密电阻串联构成的电阻分压器构成，所述的4096个电子开关的控制端与译码器的4096个输出端对应相接，其开关端的一端与电阻分压器4096个对应的分压点相接，其另一端并联在一起作为D/A转换的输出端与所述模拟量LED电流调节电路的输入端相接。

通过上技术方案可以看出，本发明用脉宽测量电路和D/A转换器将数字调光的PWM信号转换成模拟信号，然后送入模拟调光输入端进行模拟量调光，从而使本电路的数字调光具有与模拟调光相同的调光效率。在对PWM信号的脉宽测量中，本发明用时钟发生器产生一个高频脉冲，并用该高频脉冲对PWM信号的脉宽进行计数测量，然后再用D/A转换器将该计数值转换成一个相应电压值，送入模拟调光输入端进行调光。为了保证上述数字转换具有较高的转换精度，本发明在最大模拟调光电压(5V)确定的情况下，使用了12位二进制计数器，使其转换精度可以达到5/2¹²＝1.22mV。因此，本驱动电路的数字调光不仅效率高，且调光精度也高。

附图说明

图1、本发明的电路原理图。

图2、脉宽计数检测电路和D/A转换器的具体电路图。

图3、PWM信号转换的时序图。

图4、已有LED恒流驱动电路的原理图。

图5、已有LED恒流驱动电路的LED电流与亮度的曲线关系图。

具体实施方式

参见图1，本驱动电路包括一个LED恒流供电电路1、一个模拟量LED电流调节电路2和一个数字量LED电流调节电路3。

所述的LED恒流供电电路1具有一个由直流电源Vin、LED、储能电感L、电流采样单元和电流开关G串联构成的供电回路及并联在LED、储能电感L、电流采样单元串联段上的一个单向导通二极管D，其中电流采样单元可以采用一个采样电阻R，也可以采用一个互感器，所述的LED可以是一个LED灯或多个串联的LED灯，所述的电流开关G可以采用场效应管MOSFET等大功率开关管。

所述的模拟量LED电流调节电路2包括一个上阈值产生电路VR2和下阈值产生电路VR1、比较器电路和脉宽调制电路。其中上阈值产生电路和下阈值产生电路可以由一个电阻分压器构成，比较器电路由比较器A和比较器B构成，所述上、下阈值产生电路输出的上、下阈值电压分别作为比较器B和比较器A的门限电压送入比较器B的负输入端和比较器A的正输入端，LED恒流供电电路1中采样电阻R输出的LED电流采样信号分别送入比较器A的负输入端和比较器B的正输入端；所述的脉宽调制电路由一个RS触发器U0构成，它将比较器输出信号转换一个相应占空比的脉冲信号送至场效应管G的栅极。

上述LED恒流供电电路1和模拟量LED电流调节电路2的模拟调光的工作过程与图4中已有LED恒流驱动电路相同。

所述的数字量LED电流调节电路3包括一个脉宽测量电路和一个D/A转换器，当数字调光端送入一个PWM信号时，脉宽测量电路用计数的方式对该PWM信号的脉宽进行测量，它输出的计数值经过D/A转换而输出相应的模拟电压送入上述模拟量LED电流调节电路2，通过模拟量LED电流调节电路2进行调光。

如果所述的模拟量LED电流调节电路2限制输入的模拟调光电压的最大值是5V，为了具有较好的调光精度，脉宽测量电路选择一个12位二进制计数器对PWM信号的脉宽进行测量，因为，转换精度＝模拟信号最大值/2^{计数器宽度}，故在模拟信号最大值确定的情况下，选择12位二进制计数器，其转换精度可以达到5/2¹²＝1.22mV。具体实现的电路如图2所示。

参见图2，所述的脉宽测量电路由时钟发生器3-1和一个12位二进制计数器U2构成，所述的时钟发生器输出一个时钟信号OSC送给计数器U2，计数器U2用该时钟脉冲对PWM信号的脉宽进行计数测量；对于一个满量程(即占空比为100％)PWM信号来说，计数器U2将会输出4096个计数值，为了将4096个计数值转换为相应的电压值，本例先用12-4096译码器U3将12位计数输出转换成4096位计数输出，并且该译码器的4096个输出端通过4096个电子开关S0～S4095与一个由4096个精密电阻R0～R4095串联构成电阻分压器相接，即4096个电子开关的控制端与译码器的4096个输出端对应相接，电子开关的开关端一端与电阻分压器4096个对应的分压点相接，其另一端并联在一起作为转换输出端与所述模拟量LED电流调节电路2的输入端相接。所述电阻分压器每一个电阻上的压降是1.22mV，当译码器U3的输出端有对应的计数值输出时，相应位数上的电子开关导通，则在转换输出端Vidm上具有相应计数值×1.22mV的累加电压，例如：数字调光端送入一个占空比为50％的PWM信号，计数器U2将会输出一个2048的计数值，即在译码器对应2048位数的输出端上输出一个高电平，则对应的电子开关导通，同时在转换输出端Vidm上具有2048×1.22mV＝2.498V的累加电压，从而完成计数值与电压值的转换。上述转换的时序参见图3。

Claims (2)

1.一种带调光的LED恒流驱动电路，它包括一个LED恒流供电电路(1)和一个模拟量LED电流调节电路(2)，在所述的LED恒流供电电路(1)中具有一个LED电流开关(G)和一个LED电流采样单元(R)，所述的模拟量LED电流调节电路(2)包括一个上阈值产生电路(VR2)和下阈值产生电路(VR1)、比较器电路(B、A)和脉宽调制电路(U0)，所述的比较器电路由比较器A和比较器B构成，所述的上、下阈值产生电路输出的上、下阈值电压分别作为比较器B和比较器A的门限电压送入比较器B的负输入端和比较器A的正输入端，所述LED电流采样单元(R)输出的LED电流采样信号作为比较输入信号送入比较器电路(B、A)，所述的脉宽调制电路(U0)将比较器电路(B、A)输出的信号转换成一个相应占空比的脉冲信号，该脉冲信号用于控制所述LED电流开关(G)的导通与截止，其特征是：所述带调光的LED恒流驱动电路还具有一个数字量LED电流调节电路(3)，该电路包括一个数字调光信号的脉宽测量电路和一个将该脉宽测量电路输出的脉宽计数值转换成模拟电压值的D/A转换器，所述D/A转换器的输出端接在模拟量LED电流调节电路(2)的输入端。

2.根据权利要求1所述的带调光的LED恒流驱动电路，其特征是：所述的脉宽测量电路由时钟发生器(3-1)和一个12位二进制计数器(U2)构成，所述时钟发生器(3-1)的输出端与12位二进制计数器(U2)的时钟端相接，所述的D/A转换器由一个12-4096译码器(U3)、4096个电子开关(S0～S4095)及一个由4096个精密电阻(R0～R4095)串联构成的电阻分压器构成，所述的4096个电子开关(S0～S4095)的控制端与译码器(U3)的4096个输出端对应相接，所述4096个电子开关(S0～S4095)的开关端的一端与电阻分压器4096个对应的分压点相接，所述4096个电子开关(S0～S4095)的开关端的另一端并联在一起作为D/A转换的输出端与所述模拟量LED电流调节电路(2)的输入端相接。

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