CN104780686A - 电源线边沿信号触发的移位装置及led驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源线边沿信号触发的移位装置及LED驱动器，该移位装置包括边沿触发移位单元、充电单元和初始化单元，充电单元根据电源线输入的边沿信号为边沿触发移位单元提供供电电平，且初始化单元根据供电电平对边沿触发移位单元进行初始化。LED驱动器包括电源线边沿信号触发的移位装置和用于根据电源线边沿信号触发的移位装置的移位结果驱动LED的驱动单元。本发明利用电源线边沿信号触发的移位装置，对电源线输入的边沿信号进行移位实现对驱动单元的控制进而驱动LED完成七彩发光，只需要一根电源线和地线，不需要额外信号线，有利于电路实现LED驱动器芯片。

Description

电源线边沿信号触发的移位装置及LED驱动器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种电源线边沿信号触发的移位装置及LED驱动器。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)广泛应用于建筑照明、汽车头尾灯、景观灯、节日灯等。LED具有效率高、方向性良好、色彩稳定性良好、可靠性高、寿命长，体积小以及环境安全性高等显著优点，尤其适合应用于景观照明、节日灯照明。红、绿、蓝三色LED通过控制装置可实现七彩色或者更多种颜色的控制，让LED灯具呈现出精彩多姿的绮丽景象，其中控制装置是LED装饰照明系统关键部分。

近年来基于DMX512协议、DALI协议、归零码协议的LED控制方法在LED装饰照明领域获得较广泛的应用，实现了LED控制系统的数字化，提高了LED控制系统的灵活度。

DMX512协议由美国剧场协会最早制定于1985年，物理层的设计采用RS-485收发器，总线用一对双绞线实现调光台与调光器连接。DALI是欧洲提出来的一种灯光控制总线方案，是用于照明系统控制的开放式异步串行数字通信协议，DALI系统采用主从式结构，系统最多可以连接64个从模块，每个从模块使用唯一的个体标识地址，该地址在系统初始化时设定，使用过程中根据需求可修改从模块的地址。目前也有采用归零码协议，在单根信号线上传输控制信号，通过设置红、绿、蓝LED的占空比实现多种颜色的控制。

现有的基于以上协议的控制装置可以通过控制红、绿、蓝三色LED占空比获得多种颜色效果，但都需要通过一根以上的信号线传递控制信号，不能通过电源线控制LED，不能应用到只有电源线、地线的产品场合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电源线边沿信号触发的移位装置及LED驱动器。

一种电源线边沿信号触发的移位装置，包括：

边沿触发移位单元，由电源线边沿信号触发进行移位，并输出移位结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿触发移位单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿触发移位单元进行初始化；

所述的边沿触发移位单元，包括至少两个串联的D触发器，以各个D触发器的输出端输出移位结果，其中：

第一个D触发器的触发端与最后一个D触发器的输出端连接，相邻两个D触发器中，后一个D触发器的触发端与前一个D触发器的输出端连接；

各个D触发器的复位端或置位端与初始化单元连接，时钟端与电源线连接。

本发明中通过初始化，可以对边沿触发移位单元置任意数，根据需要设定。对于边沿移位单元而言，其中的各个D触发器在初始时刻输出不同，移位才有意义，因此，所述边沿移位单元中至少有一个D触发器的复位端与初始化单元连接，至少有一个D触发器的置位端与初始化单元连接。对于各个D触发器，置“零”时，该D触发器的复位端与初始化单元连接，置位端接无效电平(若置位端低电平有效，则接高电平)；反之，置“1”时，该D触发器的置位端与初始化单元连接，复位端接无效电平。当电源线信号为高电平时，充电单元充电，当充电单元提供的电平达到高电平时，边沿触发移位单元和初始化单元上电成功。

为保证移位装置正常工作，边沿信号的低电平的持续时长必须小于充电单元的供电电平由高电平降低至低电平所需的时长。

未作特殊说明，本发明中的边沿触发移位单元(即边沿移位单元)的输出具有高低位之分。第一个D触发器是指边沿触发移位单元中最低位对应的D触发器，最后一个D触发器指边沿触发移位单元中最高位对应的D触发器。相邻两个D触发器中以相对低位的D触发器作为前一个，相对高位的D触发器作为后一个。

D触发器可以为上升沿计数，也可以为下降沿计数，根据需求选择。

D触发器的个数越多，边沿计数单元对应的计数范围越大。具体数量根据实际应用需求设定。作为优选，所述的边沿触发移位单元包括2～200个串联的D触发器。

所述的充电单元包括二极管，所述二极管的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过二极管的阴极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。

考虑到与COMS工艺的兼容性，作为优选，所述的充电单元包括NPN三极管，所述NPN三极管的集电极和基极连接后与电源线连接，发射极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过NPN三极管的发射极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。作为优选，所述的充电单元包括PNP三极管，所述PNP三极管的集电极和基极连接后通过一储能元件接地，发射极与电源线连接，所述的充电单元通过PNP三极管的集电极或基极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。

储能元件应理解为可以进行充放电的电子元件。作为优选，所述的储能元件为充电电容或MOS管。由于充电电容与传统的CMOS工艺不兼容，因此可以使用与CMOS工艺兼容性好的MOS管作为等效电容作为储能元件，便于集成，使用MOS管时，该MOS管的源极和漏极短接，形成等效电容。

通过二极管防止充电电容反向放电，防止边沿信号不稳使计数结果出现错误。NPN三极管和PNP三极管通过设定对应的连接方式，也可以形成一等效二极管，也可以起到防止反向充电的作用。

本发明还提供了一种LED驱动器，包括上述的电源线边沿信号触发的移位装置，以及用于根据电源线边沿信号触发的移位装置输出的移位结果驱动LED的驱动单元。

驱动单元可以根据驱动需要采用现有的LED驱动电路实现。

与现有技术相比，本发明中利用电源线边沿信号触发的移位装置，通过对电源线输入的边沿信号进行移位实现对驱动单元的控制进而驱动LED完成七彩发光，只需要一根电源线和地线，不需要额外的信号线，有利于实现LED驱动器的单片集成。

附图说明

图1为本实施例的LED驱动器的结构框图；

图2为本实施例的边沿移位单元的电路原理图；

图3为本实施例的充电单元的电路原理图；

图4为本实施例的初始化单元的电路原理图；

图5为本实施例的电源线边沿信号触发的移位装置的时序图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步详细描述。

如图1所示(虚线框所示部分)，本实施例的电源线边沿信号触发的移位装置，包括：

边沿触发移位单元，由电源线边沿信号触发进行移位，并输出移位结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿触发移位单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿触发移位单元进行初始化。

图2为本实施例的边沿触发移位单元，该边沿触发移位单元实际上为边沿移位单元，该边沿移位单元包括3个串联的D触发器，以各个D触发器的输出端输出移位结果。

本实施例中的D触发器为带低电平复位和带低电平置位的时钟上升沿触发D触发器，分别为第一D触发器F1、第二D触发器F2和第三D触发器F3，对应的正向输出端分别为Q1、Q2和Q3，对应的移位结果从低到高依次为Q1、Q2、Q3。

第一D触发器F1的触发端D1与最后一个D触发器F3的输出端Q3连接，相邻两个D触发器中，后一个D触发器的触发端与前一个D触发器的输出端连接，即第二D触发器F2的触发端D2与第一D触发器F1的输出端Q1连接，第三D触发器F3的触发端D3与第二D触发器F2的输出端Q2连接。

第一D触发器F1的置位端PRT1、第二D触发器F2的复位端RD2和第三D触发器F3的复位端RD3与初始化单元的输出端连接，通过初始化单元对D触发器进行初始置数，第一D触发器F1的复位端RD1、第二D触发器F2的置位端PRT2和第三D触发器F3的置位端PRT3连接充电单元的输出端(即连接高电平使输入为无效电平)。

时钟端(包括CK1、CK2和CK3)与电源线连接，对由电源线输入的边沿信号触发进行移位，输出移位结果。

图3为本实施例的充电单元的具体电路，包括二极管D，二极管D的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件C接地(本实施例中充电电容为源漏短接的MOS管等效电容，等效电容的大小为0.2μF)。整个充电单元通过二极管D的阴极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。

图4为初始化单元的电路原理图，包括四个MOS管，分别为p沟道MOS管T1、p沟道MOS管T2、n沟道MOS管T3和n沟道MOS管T4、第一反相器V1、第二反相器V2。具体连接关系如下：

MOS管T1的源极和漏极均连接至充电单元中二极管D1的阴极，栅极与MOS管T3的漏极连接，MOS管T3的栅极与MOS管T1的源极连接，MOS管T3源极接地。MOS管T2的栅极和源极分别与MOS管T1的栅极和源极连接，漏极串联一限流电阻R后(本实施例中限流电阻的大小为500Ω)，与MOS管T4的栅极连接，且MOS管T4的漏极和源极分别与MOS管T3的源极和地连接。

MOS管T4的栅极连接第一反相器V1输入端，第一反相器V1的输出端连接第二反相器V2输入端，第二反相器V2的输出端作为初始化单元的输出端，以向边沿触发移位单元输出初始化信号对各个D触发器进行初始化。

本实施例的电源线边沿信号触发的移位装置的工作原理如下：

当该移位装置未上电时，充电单元提供的供电电平为低电平，此时初始化单元和边沿触发移位单元供电不足，整个移位装置不能移位。

当移位装置上电时，且在边沿信号为高电平时，充电单元中的储能元件C被充电。在高电平持续时间足够长的情况下，供电电平由低电平翻转为高电平，初始化单元和边沿触发移位单元被正常供电。

此时，初始化单元中的MOS管T3导通，使MOS管T2导通，因此，充电单元可以通过限流电阻R对用作电容的MOS管T4充电。在对MOS管T4充电过程中，MOS管T4栅极的电压逐渐增大，当充电到达使得第二反相器V2输出的初始化信号由低电平翻转至高电平后完成初始化。

第二反相器V2的输出端与边沿触发移位单元中的各个D触发器的复位端或置位端连接，当第二反相器V2输出低电平时，各个D触发器初始化，即边沿移位单元输出初始值。

图5为本实施例中电源线输入的边沿信号、初始化单元输出的初始化信号，以及对应的移位结果(Q3Q2Q1)的时序示意图，其中移位结果为三个D触发器的正向输出端的输出信号。在电源上电后，在T时间第一D触发器F1置位为逻辑1，第二D触发器F2、第三D触发器F3清零，即在T时间将边沿移位单元输出的移位结果初始化为001。间隔T1时间在电源线边沿信号上升沿E1处，移位结果为010；间隔T2时间在电源线边沿信号上升沿E2处，移位结果为100；间隔T3时间，在电源线边沿信号上升沿E3处，移位结果为001，本实施例中电源线边沿信号上升沿之前的低电平时间Tlow为100ns。

为保证移位过程中，初始化单元和边沿触发移位单元能够正常供电，边沿信号中低电平的持续时长必须小于充电单元中储能元件C由高电平放电至低电平的放电时长。

此外，由于二极管的单向导通作用，放电时充电电容不会对电源线进行反向放电。

本实施例中未作特殊说明，高电平对应的电压幅值为3.0～5V，低电平小于1.0V。

电源线边沿信号触发的移位装置可用于控制LED的驱动单元实现彩色控制，如应用于红绿蓝三色LED彩灯控制，就可以只通过电源线发送边沿控制信号，实现七彩色的控制。

驱动时，所采用的LED驱动器如图1所示，包括上述的电源线边沿信号触发的移位装置，以及用于根据电源线边沿信号触发的移位装置的移位结果驱动LED的驱动单元。驱动单元可采用现有的LED驱动电路实现，保证采用的LED驱动单元的输入接口与移位装置的输出接口匹配。

本实施例的LED驱动器通过改变间隔时间T1、T2、T3就可以获得维持时间不同的红色、绿色、蓝色效果，即可实现对LED彩灯的颜色控制。例如：

间隔时间T1和T2共同维持一段较长时间(如维持1ms)，T3维持很短时间(如10us)，重复循环出现边沿信号E1、E2、E3，利用人眼的积分效应和驻留效应，可获得红色、绿色的混色效果；

间隔时间T1为很短时间(如10us)，T2和T3共同维持一段较长时间(如维持1ms)，重复循环出现边沿信号E1、E2、E3，利用人眼的积分效应和驻留效应，可获得绿色和蓝色的混色效果；

间隔时间T1和T3相同维持一段较长时间(如维持1ms)，T2为很短时间(如10us)，重复循环出现边沿信号E1、E2、E3，利用人眼的积分效应和驻留效应，可获得红色和蓝色的混色效果；

间隔时间T1、T2和T3共同维持一段较长时间(如维持1ms)，重复循环出现边沿信号E1、E2、E3，利用人眼的积分效应和驻留效应，可获得红色、绿色和蓝色的混色效果。

依此类推，通过合理设计T1、T2、T3的维持时间，还可以得到多种颜色效果。

本实施例的LED驱动器仅利用一根电源线输入边沿信号，通过对边沿信号进行移位，使控制驱动单元驱动完成LED的七彩色发光，不需要使用多于一根的信号线传递控制信号。

以上仅为本发明的较佳实施例，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，如：在电源线与边沿触发移位单元时钟端之间增加滤波电路、延迟电路或取反电路，将边沿触发移位单元实现为循环左移、循环右移、左移或右移结构。

Claims (7)

1.一种电源线边沿信号触发的移位装置，其特征在于，包括：

边沿触发移位单元，由电源线边沿信号触发进行移位，并输出移位结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿触发移位单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿触发移位单元进行初始化；

所述的边沿触发移位单元，包括至少两个串联的D触发器，以各个D触发器的输出端输出移位结果，其中：

第一个D触发器的触发端与最后一个D触发器的输出端连接，相邻两个D触发器中，后一个D触发器的触发端与前一个D触发器的输出端连接；

各个D触发器的复位端或置位端与初始化单元连接，时钟端与电源线连接。

2.如权利要求1所述的电源线边沿信号触发的移位装置，其特征在于，所述的边沿触发移位单元包括2～200个串联的D触发器。

3.如权利要求2所述的电源线边沿信号触发的移位装置，其特征在于，所述的充电单元包括二极管，所述二极管的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过二极管的阴极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。

4.如权利要求2所述的电源线边沿信号触发的移位装置，其特征在于，所述的充电单元包括NPN三极管，所述NPN三极管的集电极和基极连接后与电源线连接，发射极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过NPN三极管的发射极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。

5.如权利要求2所述的电源线边沿信号触发的移位装置，其特征在于，所述的充电单元包括PNP三极管，所述PNP三极管的集电极和基极连接后通过一储能元件接地，发射极与电源线连接，所述的充电单元通过PNP三极管的集电极或基极为边沿触发移位单元和初始化单元提供供电电平。

6.如权利要求3～5中任意一项权利要求所述的电源线边沿信号触发的移位装置，其特征在于，所述的储能元件为充电电容或MOS管。

7.一种LED驱动器，其特征在于，包括如权利要求1～6中任意一项权利要求所述的电源线边沿信号触发的移位装置，以及用于根据电源线边沿信号触发的移位装置输出的移位结果驱动LED的驱动单元。