CN102573242B - 一种呼吸灯驱动电路及呼吸灯驱动芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于集成电路领域，提供了一种呼吸灯驱动电路及呼吸灯驱动芯片，所述驱动电路包括：电源单元，用于提供多路不同恒流源，其输入端与外部电源电压连接；开关单元，用于分别控制多路恒流源，连接于电源单元与呼吸灯之间；控制单元，用于控制开关单元的通路选择，进而对恒流源进行加权控制的，其输入端与外部时序电路连接，其多个输出端对应与开关单元的多个控制端连接。本发明实施例通过控制受控开关分时闭合实现对多路恒流源的加权组合控制，使呼吸灯电流线性变化，该驱动电路结构简单，有利于集成，芯片面积小，对集成电路制造工艺要求低、成本低，并且该驱动电流线性度高，变化范围恒定，不随负载、电源电压的变化而变化。

Description

一种呼吸灯驱动电路及呼吸灯驱动芯片
技术领域
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种呼吸灯驱动电路及呼吸灯驱动芯片。
背景技术
呼吸灯是指通过微电脑控制灯光实现由亮到暗的逐渐变化的一种照明显示装置，利用其良好的视觉装饰效果被广泛用于数码产品、电脑、音响以及汽车等各个领域，目前对于呼吸灯的驱动通常采用以下方式：
一、使用积分器原理控制开关管的导通电流实现驱动；
图1示出了现有基于积分器原理实现的呼吸灯驱动电路的结构，包括第一误差放大器EA1、第二误差放大器EA2、第一开关管T1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7；
电阻R1的一端与电源电压连接，电阻R1的另一端与第一开关管的输入端连接，电阻R1的另一端同时通过电阻R2与第一误差放大器E1的正向输入端连接，第一误差放大器E1的正向输入端与第二误差放大器E2的反向输入端连接，第一误差放大器E1的反向输入端通过电容C1与第一误差放大器E1的输出端连接，第一误差放大器E1的输出端与第一开关管T1的控制端连接，第一次误差放大器E1的输出端同时通过电阻R4与第二误差放大器E2的正向输入端连接，第二误差放大器E2的正向输入端通过电阻R6与第二误差放大器E2的输出端连接，第二误差放大器E2的输出端通过电阻R5与第一误差放大器E1的反向输入端连接，第二误差放大器E2的反向输入端通过电阻R3接地，第一开关管T1的输出端为该驱动电路1的高电位输出端与LED的阳极连接，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端为该驱动电路1的低电位输出端与LED的阴极连接。
其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6及第二误差放大器EA2组成矩形波发生电路，第二误差放大器EA2的输出作为由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电容C1及第一误差放大器EA1组成的积分运算电路的输入，第一误差放大器EA1的输出三角波变化的电压，以调制三极管T1的基极电压，从而达到调制LED电流渐变的效果。
但是，该方案由于使用过多的分立器件，不利于生产装配，可靠性差、成本高，并且由于使用大量的电阻和大容值电容，集成电路产品的面积较大。
二、利用PWM信号调节开关的导通时间实现驱动；
图2示出了现有基于PWM信号控制实现的呼吸灯驱动电路的结构，包括PWM信号发生器21、可控开关K以及恒流源I；
恒流源I的一端与电源电压连接，恒流源I的另一端与可控开关K的输入端连接，可控开关K的控制端与PWM信号发生器21的输出端连接，可控开关K的输出端与LED的阳极连接，LED的阴极接地。
其中，通过PWM信号发生器21控制输出如图3所示的脉冲时间在1%至100%之间变化的PWM信号进而控制可控开关K的导通时间，使恒流源I对LED的驱动电流变化以实现呼吸式驱动LED，PWM信号的脉冲。
但是，由于PWM信号发生器的结构复杂，使得驱动电路结构复杂、规模大，对集成电路的制造工艺要求高，并且芯片面积大，成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种呼吸灯驱动电路，旨在解决现有呼吸灯驱动电路可靠性差，面积大，成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种呼吸灯驱动电路，所述驱动电路包括：
提供多路不同恒流源的电源单元，所述电源单元的输入端与外部电源电压连接；
分别控制所述电源单元的多路恒流源的开关单元，所述开关单元的多个输入端分别与所述电源单元的多个输出端连接，所述开关单元的输出端与呼吸灯的输入端连接，所述呼吸灯的输出端接地；
控制所述开关单元的通路选择，进而对恒流源进行加权控制的控制单元，所述控制单元的输入端与外部时序电路连接，所述控制单元的多个输出端对应与所述开关单元的多个控制端连接；
所述控制单元包括第一触发器至第n+1触发器和第一多路选择器至第n多路选择器；
所述第一触发器的输入端为所述控制单元的输入端，第二触发器的输入端与所述第一触发器的反向输出端连接，所述第n+1触发器的输入端与第n触发器的反向输出端连接，所述第n+1触发器的反向输出端同时与所述第一多路选择器至第n多路选择器的选通控制端连接，所述第一触发器至第n触发器的正向输出端、反向输出端分别对应与所述第一多路选择器至第n多路选择器的第一通路输入端、第二通路输入端连接，所述第一多路选择器至第n多路选择器的输出端分别为所述控制单元的多个输出端，所述n为大于或等于2的整数；
所述电源单元包括多个恒流源，所述恒流源的值为电流权重与基本电流的乘积，所述电流权重成几何指数增加的方式设定。
更进一步地，所述恒流源的数目为7，所述基本电流为80至100微安。
更进一步地，七个所述恒流源的电流权重分别为1，2，4，8，16，32，64。
更进一步地，所述受控开关为开关管或晶闸管。
本发明实施例的另一目的在于提供一种包括上述驱动电路的呼吸灯驱动芯片。
本发明实施例通过控制受控开关分时闭合实现对多路恒流源的加权组合控制，使呼吸灯电流线性变化，该驱动电路结构简单，有利于集成，芯片面积小，对集成电路制造工艺要求低、成本低，并且该驱动电流线性度高，变化范围恒定，不随负载、电源电压的变化而变化。
附图说明
图1为现有基于积分器原理实现的呼吸灯驱动电路的结构图；
图2为现有基于PWM信号控制实现的呼吸灯驱动电路的结构图；
图3为PWM信号发生器输出的变化的PWM波形图；
图4为本发明一实施例提供的呼吸灯驱动电路的结构图；
图5为本发明一实施例提供的呼吸灯驱动电路的示例电路结构图；
图6为本发明一实施例提供的呼吸灯驱动电路的四路加权控制信号波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例通过控制受控开关分时闭合实现对多路恒流源的加权组合控制，驱动呼吸灯电流线性变化，该电路结构简单，可靠性高，面积小，有利于集成，成本低。
图4示出了本发明一实施例提供的呼吸灯驱动电路的结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
作为本发明一实施例提供的呼吸灯驱动电路4可封装于多种呼吸灯驱动芯片中，该呼吸灯驱动电路4包括：
提供多路不同恒流源的电源单元41，电源单元41的输入端与外部电源40电压连接；
分别控制电源单元41的多路恒流源的开关单元42，开关单元42的多个输入端分别与电源单元41的多个输出端连接，开关单元42的输出端与呼吸灯44的输入端连接，呼吸灯45的输出端接地；
由生成的控制信号控制开关单元42的通路选择，进而对恒流源进行加权控制的控制单元43，控制单元43的输入端与外部时序电路45连接，控制单元43的多个输出端对应与开关单元42的多个控制端连接。
本发明实施例通过控制受控开关分时闭合实现对多路恒流源的加权组合控制，使呼吸灯电流线性变化，该驱动电路结构简单，有利于集成，芯片面积小，对集成电路制造工艺要求低、成本低，并且该驱动电流线性度高，变化范围恒定，不随负载、电源电压的变化而变化。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。
图5示出了本发明一实施例提供的呼吸灯驱动电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
作为本发明一实施例，电源单元41包括多个恒流源I1、I2...In，该恒流源的值为电流权重与基本电流的乘积，该恒流源I1、I2...In的电流权重可以按照几何指数增加的方式设定，依次为：20I、21I…2n-1I，而基本电流I以及恒流源数目n可以通过实际测试获得。
优选地，当n为7，I为80～100微安时，可以使显示效果与成本的获得最佳平衡点，此时七个恒流源I1、I2...I7的电流权重分别为1，2，4，8，16，32，64。
开关单元42包括多个受控开关K1、K2…Kn，该受控开关的数量与恒流源的数量相等。
作为本发明一实施例，该受控开关K1、K2…Kn均可以采用MOS管、双极型三极管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor）或晶闸管（Thyristor）等开关管实现，也均可以采用可控硅（SCR，Silicon ControlledRectifier）或可关断晶闸管（GTO，Gate Turn-Off Thyristor）等晶闸管实现。以适用于集成电路的设计。
优选地，受控开关K1、K2…Kn可以采用N型MOS管实现，N型MOS管的漏极为受控开关的输入端，N型MOS管的源极为受控开关的输出端，N型MOS管的栅极为受控开关的控制端。
控制单元43包括n+1个触发器Q1至Qn+1和n个多路选择器MUX1至MUXn，其中第一触发器Q1的输入端为控制单元43的输入端与外部时序电路45连接，第二触发器Q2的输入端与第一触发器Q1的反向输出端
Figure GDA0000493295160000065
连接，依次，第n+1触发器Qn+1的输入端与第n触发器Qn的反向输出端
Figure GDA0000493295160000066
连接，第n+1触发器Qn+1的反向输出端同时与第一多路选择器MUX1至第n多路选择器MUXn的选通控制端S连接，第一触发器Q1至第n触发器Qn的正向输出端Q和反向输出端
Figure GDA0000493295160000068
分别对应与第一多路选择器MUX1至第n多路选择器MUXn的第一通路输入端A、第二通路输入端B连接，第一多路选择器MUX1至第n多路选择器MUXn的输出端O1至On为控制单元43的多个输出端，此处n为大于或等于2的整数。
优选地，该触发器Q1至Qn+1为T型触发器TF1至TFn+1，呼吸灯44为LED。
在本发明实施例中，时钟信号CLK每通过一个T型触发器后信号周期延迟为原来的两倍，频率变为原来的二分之一，以四路加权控制为例，参见图6，时钟信号CLK的初始状态为低电平，频率为f，T型触发器TF1上升沿触发，当时钟信号CLK从低电平跳变到高电平时，T型触发器TF1的正向输出端输出的控制信号S1翻转为高电平，并且当时钟信号CLK再次从低电平跳变到高电平时，控制信号S1翻转为低电平，由此，控制信号S1的频率为
Figure GDA0000493295160000061
f，由于T型触发器TF1的反向输出端与T型触发器TF2的输入端连接，因此当控制信号S1处于下降沿时，T型触发器TF2的正向输出端输出的控制信号S2进行翻转，频率为
Figure GDA0000493295160000062
f，当控制信号S2处于下降沿时，T型触发器TF3的正向输出端输出的控制信号S3进行翻转，频率为
Figure GDA0000493295160000063
f，控制信号S3处于下降沿时，T型触发器TF4的正向输出端输出的控制信号S4进行翻转，频率为
Figure GDA0000493295160000064
f，由此，信号S1至信号S4通过四个多路选择器MUX1至MUX4的输出端O1至O4依次输出0000至1111的四位16阶变化的脉冲控制信号，该控制信号对应控制受控开关K1至K4通断，以实现恒流源I1至I4的选通，进而实现LED中电流ILED的加权，其信号变化参见图6，ILED从0线性变化到最高值15I，此时T型触发器TF5的反向输出端通过四个多路选择器对控制信号进行反向，再依次变化为0，完成一个周期T的呼吸灯驱动电流控制，呼吸灯中驱动电流ILED的公式表示为：ILED=(K120+K221+K322+......+KN2N-1)I，其中K1至KN为受控开关K1至Kn在一定时段的通断状态值，取1或0，例如，当受控开关Kn导通时对应的状态值KN为1，反之，当受控开关Kn断开时对应的状态值KN为0，I为第一恒流源I1中的电流。
从上式可以看出，ILED的大小可以根据K1、K2…KN状态值的不同组合呈现2N阶变化，从暗逐渐变化到亮，再从亮逐渐变化到暗，从而实现驱动LED电流呼吸变化的目的。
本发明实施例通过控制受控开关分时闭合实现对多路恒流源的加权组合控制，使呼吸灯电流线性变化，该驱动电路结构简单，可以避免采用分离器件实现，有利于集成，芯片面积小，对集成电路制造工艺要求低、成本低，并且该驱动电流线性度高，变化范围恒定，不随负载、电源电压的变化而变化。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种呼吸灯驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：
电源单元，所述电源单元的输入端与外部电源电压连接，用于提供多路不同恒流源；
开关单元，所述开关单元的多个输入端分别与所述电源单元的多个输出端连接，所述开关单元的输出端与呼吸灯的输入端连接，所述呼吸灯的输出端接地，用于分别控制多路所述恒流源；
控制单元，所述控制单元的输入端与外部时序电路连接，所述控制单元的多个输出端对应与所述开关单元的多个控制端连接，用于控制所述开关单元的通路选择，进而对恒流源进行加权控制的；
所述控制单元包括第一触发器至第n+1触发器和第一多路选择器至第n多路选择器；
所述第一触发器的输入端为所述控制单元的输入端，第二触发器的输入端与所述第一触发器的反向输出端连接，所述第n+1触发器的输入端与第n触发器的反向输出端连接，所述第n+1触发器的反向输出端同时与所述第一多路选择器至第n多路选择器的选通控制端连接，所述第一触发器至第n触发器的正向输出端、反向输出端分别对应与所述第一多路选择器至第n多路选择器的第一通路输入端、第二通路输入端连接，所述第一多路选择器至第n多路选择器的输出端分别为所述控制单元的多个输出端，所述n为大于或等于2的整数；
所述电源单元包括多个恒流源，所述恒流源的值为电流权重与基本电流的乘积，所述电流权重成几何指数增加的方式设定。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述恒流源的数目为7，所述基本电流为80至100微安。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，七个所述恒流源的电流权重分别为1，2，4，8，16，32，64。
4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述开关单元包括多个受控开关，所述受控开关的数量与所述恒流源数量相等。
5.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述受控开关为开关管或晶闸管。
6.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述受控开关为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述受控开关的输入端，所述N型MOS管的源极为所述受控开关的输出端，所述N型MOS管的栅极为所述受控开关的控制端。
7.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述触发器为T型触发器。
8.一种呼吸灯驱动芯片，其特征在于，所述芯片中的呼吸灯驱动电路为如权利要求1至7任一项所述的驱动电路。
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Effective date of registration: 20150216

Address after: 523808, building 3, building 4, building 308, innovation and Technology Park, Songshan hi tech Industrial Development Zone, Songshan Lake, Guangdong, Dongguan

Patentee after: Dongguan hi tech Microelectronics Co., Ltd.

Address before: 518000, room 7016, Tian ha IC Industrial Park, No. 115 art road, Nanshan District, Guangdong, Shenzhen

Patentee before: Shenzhen Cortech Co., Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20140618

Termination date: 20180217