CN104254181B - 一种多通道led阵列驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多通道LED阵列驱动电路，包括：BUCK驱动电路；相互并联的LED通道阵列，连接到BUCK驱动电路上，并由BUCK驱动电路驱动；反馈控制电路，其输入端连接到LED通道阵列，输出端连接到BUCK驱动电路的控制输入端，用于产生反馈控制信号以控制BUCK驱动电路的工作。本发明的实施例中的电路把传统的BUCK模式驱动电路与恒流模式下的驱动电路相结合，采用电压模式控制BUCK变换器，该电压型开关调节控制系统是单环反馈的自动控制系统，该方式简单，稳定，也可以保证很好的稳压精度。

Description

一种多通道LED阵列驱动电路

技术领域

本发明涉及LED的电源驱动电路，尤其是涉及一种多通道LED阵列驱动电路。

背景技术

LED作为未来的绿色环保光源已经得到了广泛的认同。其使用耗电量低、使用寿命长、应用范围广阔、使用方法简便、成本低廉、基本不对周围环境造成破坏性影响等优点，使其在很多的电子产品及生活工作领域得到广泛的应用。

LED驱动器既可以使用用BUCK电路驱动外接的并联负载LED的设计方式。BUCK电路指的是降压斩波电路，在现有的DC-DC电路中，主要采用LM2576或类似的专用功率IC芯片，这样的电路使用简单，但成本很高，输入电压和输出电流受到限制，无法实现多路LED的驱动。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够降低多个LED并联工作时的功耗、并且保证各个LED工作电流一致的多通道LED阵列驱动电路。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种多通道LED阵列驱动电路，其特征在于，包括：BUCK驱动电路；LED通道阵列，所述LED通道阵列包括至少两个LED支路，每个LED支路包括串联的至少两个LED，所述至少两个LED支路相互并联，并且连接到所述BUCK驱动电路上，并由所述BUCK驱动电路驱动；反馈控制电路，所述反馈控制电路的输入端连接到所述LED通道阵列，所述反馈控制电路的输出端连接到所述BUCK驱动电路的控制输入端，用于产生反馈控制信号以控制所述BUCK驱动电路的工作。

本发明的一个实施例中，每个所述LED支路包括串联的LED阵列和采样电阻，所述LED阵列与所述采样电阻串联。

本发明的一个实施例中，所述至少两个LED支路中的相邻两个LED支路之间设有电压跟随器，所述电压跟随器的输入端连接到所述相邻两个LED支路中的一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间，所述电压跟随器的输出端连接到所述相邻两个LED支路中的另一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间。

本发明的一个实施例中，所述反馈控制电路的输入端连接到所述至少两个LED支路中的一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间。

本发明的一个实施例中，所述反馈控制电路包括第二运算放大器、比较器和误差放大补偿电路，其中：所述第二运算放大器的反相输入端连接到所述反馈控制电路的输入端，所述第二运算放大器的同相输入端连接到参考电压；所述误差放大补偿电路的一端连接到所述反馈控制电路的所述输入端，另一端连接到所述比较器的第一输入端；所述比较器的所述第一输入端连接到所述第二运算放大器的输出端，所述比较器的第二输入端连接到斜坡发生器，所述比较器的输出端连接到所述反馈控制电路的输出端。

本发明的一个实施例中，所述BUCK驱动电路包括电源、第一MOS管和第二MOS管，其中：所述第一MOS管的漏极连接到所述电源，所述第一MOS管的栅极通过反相器连接到所述第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极通过电感连接到所述LED通道阵列；所述第二MOS管的漏极连接到所述第一MOS管的所述源极。

本发明的一个实施例中，所述反馈控制电路的所述输出端连接到所述第一MOS管的栅极。

本发明的一个实施例中，所述电压跟随器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一输入端通过第二电阻连接到所述电压跟随器的所述输入端，所述第一运算放大器的第二输入端通过第三电阻连接到所述第一运算放大器的输出端并连接到所述电压跟随器的输出端，所述第一运算放大器的第一控制输入端连接到系统电源，所述第一运算放大器的第二控制输入端接地。

本发明的一个实施例中，所述第二电阻与所述第三电阻的阻值相等。

本发明的实施例中的电路中，把BUCK驱动电路与电压跟随器结合，通道1与通道2、通道2与通道3……通道n-1与通道n之间通过电压跟随器相级联,Rn3与Rn4的阻值相等，保证了M1点与M2、M3……Mn点电压的一致性，保证了每条通道电压、电流的一致性，能够并联多个发光二极管，而且降低了电路功耗。

而且，本发明的实施例中的电路把传统的BUCK模式驱动电路与恒流模式下的驱动电路相结合，PWM输入是由通道1中二极管 D1n与第一采样电阻R11之间节点M1通过误差放大器补偿电路和比较器控制。本发明的实施例中采用电压模式控制BUCK变换器，该电压型开关调节控制系统是单环反馈的自动控制系统，该方式简单，稳定，也可以保证很好的稳压精度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的多通道LED阵列驱动电路的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的LED通道阵列的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的多通道LED阵列驱动电路的详细结构。

如图1所示，本发明的一个实施例，一种多通道LED阵列驱动电路可以包括BUCK驱动电路、LED通道阵列和反馈控制电路。

如图1所示，本发明的一个实施例中，该BUCK电路包括电源VDD、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2。

如图1所示，第一MOS管Q1的漏极连接到电源的正极，第一MOS管的源极通过电感L连接到LED通道阵列的第一端（例如，图1中的位于上方的端），第一MOS管的栅极通过反相器连接到第二晶体管Q2的栅极。

第二晶体管Q2的漏极连接到第一晶体管Q1的源极，即，第二晶体管Q2的漏极也通过前述的相同的电感L连接到LED通道阵列的第一端，第二晶体管Q2的源极接地。

该BUCK驱动电路第一电阻Rs和电容C，该第一电阻Rs一端连接到LED通道阵列的第一端，另一端通过电容C接地，即，第一电阻Rs和电容C相互串联后连接在LED通道阵列的第一端与地之间。

LED通道阵列包括至少两个LED支路（图1中的通道1至通道n），每个LED支路包括至少两个LED（例如，图1中的通道1中的D11、D12、……D1n，或者通道n中的Dn1、Dn2、……、Dnn，等等），该至少两个LED支路相互并联，并且连接到该BUCK驱动电路上（例如，如前文所述，LED通道阵列的第一端连接到BUCK电路的电感L和电阻Rs），并由该BUCK驱动电路驱动。

图2进一步地示意性地图示了本发明一个实施例的LED通道阵列的结构。如图1和图2所示，该至少两个LED支路中的每个LED支路包括串联的LED阵列（例如，图1中的通道1中的D11、D12、……D1n，或者通道n中的Dn1、Dn2、……、Dnn，等等）和采样电阻（例如，图1中的通道1的R11，或者通道n的Rn1，等等），该串联的LED阵列中包括至少两个相互串联的LED。在每个LED支路中，LED阵列与采样电阻串联。

如前文所述，LED通道阵列的第一端连接到BUCK驱动电路。本发明的一个实施例中，如图1所示，LED通道阵列的第二端（即，与第一端相反的端部）接地。

如图1所示，本发明的一个实施例中，该LED通道阵列中的各个LED可以是相同的LED，例如，可以型号、功率等等都相同。

本发明的一个实施例中，该LED通道阵列中的至少两个LED支路中的相邻两个LED支路之间设有电压跟随器，该电压跟随器的一端连接到该相邻两个LED支路中的一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间（例如，图1中的M1处，等等，或者图2中的Mi处、M(n-1)处，等等），另一端连接到该相邻两个LED支路中的另一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间（例如，图1中的Mn处，等等，或者图2中的M(i+1)处、Mn处，等等）。

如图1和图2所示，每个电压跟随器包括第一运算放大器，该第一运算放大器的第一输入端通过第二电阻（例如，图1中的Rn3，图2中的Ri3、R(n-1)3等等）连接到该电压跟随器的输入端，第一运算放大器的第二输入端通过第三电阻（例如，图1中的Rn4，图2中的Ri4、R(n-1)4等等）连接到第一运算放大器的输出端并连接到所述电压跟随器的输出端（即，第一运算放大器的输出端即为该电压跟随器的输出端），第一运算放大器的第一控制端连接到系统电源Vdd，第一运算放大器的第二控制端接地。其中，每个电压跟随器的输入端连接到相邻两个LED支路中的一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间，输出端连接到该相邻两个LED支路中的另一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间。

如图1所示，本发明的一个实施例中，反馈控制电路的输入端连接到前述的LED通道阵列，反馈控制电路的输出端连接到前述的BUCK驱动电路的控制输入端，用于产生反馈控制信号以控制该BUCK驱动电路的工作。

本发明的一个实施例中，反馈控制电路的输入端连接到LED通道阵列的该至少两个LED支路中的一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间（例如，图1中的M1、Mn处，等等，或者图2中的Mi、M(i+1)、Mn处，等等）。

例如，如图1所示，反馈控制电路包括第二运算放大器10、比较器12和误差放大补偿电路Comp。第二运算放大器10的反相输入端连接到该反馈控制电路的输入端（即，第二运算放大器10的反相输入端即为该反馈控制电路的输入端），第二运算放大器10的同相输入端连接到参考电压Vref。

误差放大补偿电路Comp一端连接到该反馈控制电路的输入端，另一端连接到比较器12的第一输入端。

比较器12的第一输入端还连接到第二运算放大器的输出端。并且，比较器12的第二输入端连接到斜坡发生器，比较器12的输出端连接到该反馈控制电路的输出端（即，比较器12的输出端即为该反馈控制电路的输出端）。

本发明的一个实施例中，该反馈控制电路的输出端连接到BUCK驱动电路中的第一MOS管Q1的栅极。此时，第一MOS管Q1的栅极作为BUCK驱动电路的控制输入端（例如，点M0处）。

本发明的实施例中，反馈控制电路的输出端（即比较器12的输出端）输出PWM波，用于控制BUCK驱动电路的工作，也就是点M0作为BUCK驱动电路的PWM输入端。

本发明的前述实施例中，BUCK驱动电路中，采用NMOS作为BUCK驱动电路的开关，当第一MOS管Q1导通而第二MOS管Q2关闭时，有如图1中的箭头所示的正向电流流过电感L，电流线性增加，在LED支路上流过电流I。BUCK驱动电路的两端输出电压为V0，极性上正下负，给负载（即LED通道阵列）供电并使电容处于充电状态。当第一MOS管Q1关闭而第二MOS管Q2导通时，由于电感L的磁场将改变电感L两端的电压极性，以保持其电流不变。负载的LED通道阵列两端的电压仍是上正下负，电容放电，维持LED的正常工作。

LED通道阵列中，多通道的LED支路并联，由前端的BUCK驱动电路驱动，通道i(1≤i≤n)的Mi节点和通道i+1的M（i+1）节点通过一个电压跟随器相连，通道i+1的M（i+1）节点和通道i+2的M（i+2）节点通过同样的电压跟随器相连，各个通道间通过电压跟随器级联，保证了M1点与M2点……Mn点电压的一致性，同时每条通道的采样电阻反馈到前端的BUCK驱动电路。

图1的实施例中，采样电阻R1采的信号经过反馈控制电路，与设定的参考信号Vref比较，并且通过误差放大补偿电路Comp和比较器12，通过输入电压与斜坡波Slope比较，产生PWM波来控制BUCK驱动电路中的第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的关断，从而使得流过后端负载的电流稳定，保证了发光二极管稳定的工作。

本发明的一个实施例中，电路的工作原理可以如下。

(1)第一MOS管Q1的栅极通过反相器与第二MOS管Q2相连，同时在M0节点接入反馈控制电路的PWM输入，当PWM波为高电平时，Q1导通，Q2关闭，正向电流流过电感线圈L，电流线性增加,在D11、 D12……Dnn上流过电流I，两端输出电压V0，极性上正下负，给负载供电并使电容处于充电状态。

(2) 当PWM波为低电平时，Q1关闭，Q2导通，由于电感的磁场将改变电感L两端的电压极性，以保持其电流不变。负载D11、 D12……Dnn两端的电压仍是上正下负，电容放电，维持LED的正常工作。

(3) 该电路中，BUCK驱动电路与电压跟随器结合，通道1与通道2、通道2与通道3……通道n-1与通道n之间通过电压跟随器相级联,Rn3与Rn4的阻值可以相等，保证了M1点与M2、M3……Mn点电压的一致性，保证了每条通道电压、电流的一致性，保证发光二极管工作稳定性。

本发明的实施例的电路中，采用了同步BUCK拓扑结构，而且采用了MOSFET替代了常规的续流二极管，降低了导通功耗，从而降低了电路整体的功耗。

此外，本发明的实施例中的电路把BUCK驱动电路与电压跟随器结合，通道1与通道2、通道2与通道3……通道n-1与通道n之间通过电压跟随器相级联,Rn3与Rn4的阻值相等，保证了M1点与M2、M3……Mn点电压的一致性，保证了每条通道电压、电流的一致性，能够并联多个发光二极管，而且降低了电路功耗。

而且，本发明的实施例中的电路把传统的BUCK模式驱动电路与恒流模式下的驱动电路相结合，PWM输入是由通道1中二极管 D1n与第一采样电阻R11之间节点M1通过误差放大器补偿电路和比较器控制。本发明的实施例中采用电压模式控制BUCK变换器，该电压型开关调节控制系统是单环反馈的自动控制系统，该方式简单，稳定，也可以保证很好的稳压精度。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (7)

1.一种多通道LED阵列驱动电路，其特征在于，包括：

BUCK驱动电路；

LED通道阵列，所述LED通道阵列包括至少两个LED支路，每个LED支路包括串联的至少两个LED，所述至少两个LED支路相互并联，并且连接到所述BUCK驱动电路上，并由所述BUCK驱动电路驱动；

反馈控制电路，所述反馈控制电路的输入端连接到所述LED通道阵列，所述反馈控制电路的输出端连接到所述BUCK驱动电路的控制输入端，用于产生反馈控制信号以控制所述BUCK驱动电路的工作；

其中：

每个所述LED支路包括串联的LED阵列和采样电阻，所述LED阵列与所述采样电阻串联；

第i个LED支路与第i+1个LED支路之间通过电压跟随器相级联，所述电压跟随器的输入端连接到第所述第i个LED支路的LED阵列与采样电阻之间，所述电压跟随器的输出端连接到所述第i+1个LED支路的LED阵列与采样电阻之间，其中，i为整数。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：所述反馈控制电路的输入端连接到所述至少两个LED支路中的一个LED支路的LED阵列与采样电阻之间。

3.如权利要求1至2中任意一项所述的电路，其特征在于：所述反馈控制电路包括第二运算放大器、比较器和误差放大补偿电路，其中：

所述第二运算放大器的反相输入端连接到所述反馈控制电路的输入端，所述

第二运算放大器的同相输入端连接到参考电压；

所述误差放大补偿电路的一端连接到所述反馈控制电路的输入端，另一端连接到所述比较器的第一输入端；

所述比较器的第一输入端连接到所述第二运算放大器的输出端，所述比较器的第二输入端连接到斜坡发生器，所述比较器的输出端连接到所述反馈控制电路的输出端。

4.如权利要求1至2中任意一项所述的电路，其特征在于：所述BUCK驱动电路包括电源、第一MOS管和第二MOS管，其中：

所述第一MOS管的漏极连接到所述电源，所述第一MOS管的栅极通过反

相器连接到所述第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极通过电感连接到所述LED通道阵列；

所述第二MOS管的漏极连接到所述第一MOS管的源极。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于：所述反馈控制电路的输出端连接到所述第一MOS管的栅极。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压跟随器包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的第一输入端通过第二电阻连接到所述电压跟随器的输入端，所述第一运算放大器的第二输入端通过第三电阻连接到所述第一运算放大器的输出端并连接到所述电压跟随器的输出端，所述第一运算放大器的第一控制输入端连接到系统电源，所述第一运算放大器的第二控制输入端接地。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于：所述第二电阻与所述第三电阻的阻值相等。