CN104883780B - 多通道双模式数字控制led驱动电路及led灯 - Google Patents

多通道双模式数字控制led驱动电路及led灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多通道双模式数字控制LED驱动电路及LED灯，其中，所述驱动电路包括电流采样模块、比较检测模块、数字控制模块和恒流控制模块。所述驱动电路通过数字控制模块反馈调节负载的电压，恒流控制模块实时反馈调节负载的电流，实时对负载变化进行调整，实现了双模式配合工作，极大提高了响应速度，提高了输出电压和负载电流的精度，同时兼顾增强了系统稳定性，具有广泛的通用性。

Description

多通道双模式数字控制LED驱动电路及LED灯
技术领域
本发明涉及LED领域，特别涉及一种多通道双模式数字控制LED驱动电路及LED灯。
背景技术
现代社会中，能源与环保成为人类面对的主要问题。LED由于其高效、低耗、环保、体积小、寿命长等优点在照明领域日益受到重视。受其光学、电学特性限制，LED必须要辅以专用恒流驱动电路才可正常工作，因此LED驱动系统重要性不言自明。
在集成电路系统中，现有LED驱动系统多数采用单一模式控制的工作方式，通常采用电压模式或峰值电流模式工作，一般为电流采样—反馈—控制电路三部分。对于其中控制电路部分，通常为模拟方式，即通过采样信号同固定电压比较来控制占空比变化，进一步控制输出电压变化的过程。此类发明的主要缺点如下：一是工作模式单一，系统稳定性一般，从电流采样到反馈控制需完全经过系统调节过程，响应速度慢；二是控制电路多为简单比较过程，精度相对比较低，导致反馈后输出电压范围偏大，另外受工艺偏差、温度、湿度等环境因素影响，也会导致控制部分精度降低；三是系统的通用性较差，通常驱动系统专用的较多，实际应用中换条件应用、增减功能等难以实现。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多通道双模式数字控制LED驱动电路及LED灯，通过数字控制模块反馈调节负载的电压，恒流控制模块实时反馈调节负载的电流，实现了双模式工作，具有广泛的通用性。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种多通道双模式数字控制LED驱动电路，包括：电流采样模块、比较检测模块、数字控制模块和恒流控制模块；
所述电流采样模块将负载的电流信号转换为采样电压信号，并输出给比较检测模块和恒流控制模块；所述比较检测模块将采样电压同固定电压进行比较，根据比较结果产生高低电平信号输出至数字控制模块，同时产生一个动态变化的电压信号输出至恒流控制模块；所述数字控制模块根据比较检测模块输出的高低电平信号，对应输出上升或下降的输出信号依次给外部的升压控制模块和驱动模块，实现对负载的反馈调节；所述恒流控制模块根据采样电压，对比固定频率的锯齿波信号，实时产生占空比变化的开关信号，利用开关信号占空比变化控制其内部恒流驱动管的开关状态，实时反馈调节负载的电流。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述比较检测模块包括：
检测单元，用于对采样电压和固定电压进行比较放大，并将放大信号输出给比较单元，固定电压与采样电压的比值越大，输出的放大信号的电压越大；
比较单元，用于在检测单元输出的放大信号大于第一阈值电压时，第一输出端输出低电平、第二输出端输出高电平，在检测单元输出的放大信号小于第二阈值电压时，第一输出端输出高电平、第二输出端输出低电平，在检测单元输出的放大信号大于第二阈值电压、且小于第一阈值电压时，第一输出端和第二输出端输出低电平；
所述检测单元的输入端连接电流采样模块的输出端，所述检测单元连接比较单元，所述比较单元的第一输出端和第二输出端连接数字控制模块。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述数字控制模块包括：
逻辑单元，用于将比较单元的两个输出端的信号转化为八位逻辑控制信号，当比较单元的第一输出端输出低电平、第二输出端输出高电平时，八位逻辑控制信号从低到高在256位区间内逐位上升；当比较单元的第一输出端输出高电平、第二输出端输出低电平时，八位逻辑控制信号从高到低在256位区间内逐位下降；当比较单元的第一输出端输出低电平、第二输出端输出低电平时，八位逻辑控制信号保持不变；
电压控制单元，用于在八位逻辑控制信号每上升一位时，输出电压减小一个步进电压，在八位逻辑控制信号每下降一位时，输出电压增加一个步进电压；
所述逻辑单元的第一输入端连接比较单元的第一输出端，所述逻辑单元的第二输入端连接比较单元的第二输出端，所述逻辑单元通过电压控制单元连接外部升压控制模块。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述电压控制单元包括受八位逻辑控制信号控制的第一电流开关子单元、第二电流开关子单元、第三电流开关子单元、第四电流开关子单元、第五电流开关子单元、第六电流开关子单元、第七电流开关子单元、第八电流开关子单元、按二进制规则连接的电阻阵列和镜像电流子单元；
所述电阻阵列包括第一电阻串、第二电阻串、第三电阻串、第四电阻串、第五电阻串、第六电阻串、第七电阻串、第八电阻串、第九电阻串、第十电阻串、第十一电阻串、第十二电阻串、第十三电阻串、第十四电阻串和第十五电阻串；
所述电流开关子单元，用于根据八位逻辑控制信号中对应的逻辑控制信号，输出第一镜像电流给电阻阵列；
所述镜像电流子单元，用于输出第二镜像电流给电阻阵列；
外部供电端通过第一电流开关子单元连接第一电阻串的一端和第九电阻串的一端，所述第一电阻串的另一端接地；外部供电端通过第二电流开关子单元连接第九电阻串的另一端、第二电阻串的一端和第十电阻串的一端，所述第二电阻串的另一端接地；外部供电端通过第三电流开关子单元连接第十电阻串的另一端、第三电阻串的一端和第十一电阻串的一端，所述第三电阻串的另一端接地；外部供电端通过第四电流开关子单元连接第十一电阻串的另一端、第四电阻串的一端和第十二电阻串的一端，所述第四电阻串的另一端接地；外部供电端通过第五电流开关子单元连接第十二电阻串的另一端、第五电阻串的一端和第十三电阻串的一端，所述第五电阻串的另一端接地；外部供电端通过第六电流开关子单元连接第十三电阻串的另一端、第六电阻串的一端和第十四电阻串的一端，所述第六电阻串的另一端接地；外部供电端通过第七电流开关子单元连接第十四电阻串的另一端、第七电阻串的一端和第十五电阻串的一端，所述第七电阻串的另一端接地；外部供电端通过第八电流开关子单元和镜像电流子单元连接第十五电阻串的另一端和第八电阻串的一端，所述第八电阻串的另一端接地；所述第八电阻串的一端为电压控制单元的输出端、连接外部升压控制模块。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述电流采样模块包括第一电阻、第二电阻、第一MOS管和第二MOS管；所述第一电阻的一端连接负载，所述第一电阻的另一端连接第一MOS管的漏极，所述第一MOS管的源极通过第二电阻连接第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的漏极为电流采样模块的输出端，所述第二MOS管的栅极和源极接地。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述检测单元包括第一运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第三电阻、第四电阻、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管；所述第一运算放大器的反相输入端为检测单元的输入端、连接第二MOS管的漏极，所述第一运算放大器的正相输入端连接固定电压提供端，所述第一运算放大器的输出端连接第一电容的一端、第三MOS管的漏极、第二电容的一端和第四MOS管的栅极，所述第一电容的另一端通过第三电阻连接第三MOS管的源极、第五MOS管的漏极、第二电容的另一端、第四MOS管的源极和第六MOS管的漏极，所述第三MOS管的栅极连接使能信号，所述第五MOS管的漏极还连接第一运算放大器的反相输入端，所述第五MOS管的源极连接第一运算放大器的正相输入端、还通过第三电容接地，所述第五MOS管的栅极连接PWM反相信号提供端；所述第四MOS管的漏极通过第四电阻连接外部供电端，所述第四MOS管的源极为检测单元的输出端、连接比较单元的输入端和恒流控制模块；所述第六MOS管的源极接地。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述比较单元包括第一比较器、第二比较器、第一缓冲器和第二缓冲器；所述第一比较器的正相输入端连接第一阈值电压提供端，所述第一比较器的反相输入端和第二比较器的正相输入端连接第四MOS管的源极，所述第二比较器的反相输入端连接第二阈值电压提供端；所述第一比较器的输出端连接第一缓冲器的输入端，所述第一缓冲器的输出端为比较单元的第一输出端，所述第二比较器的输出端连接第二缓冲器的输入端，所述第二缓冲器的输出端为比较单元的第二输出端。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述第一电流开关子单元、第二电流开关子单元、第三电流开关子单元、第四电流开关子单元、第五电流开关子单元、第六电流开关子单元、第七电流开关子单元和第八电流开关子单元均相同；每个电流开关子单元均包括两个PMOS管和一个开关管；两个PMOS管为共源共栅偏置电流源结构：一个PMOS管的源极连接外部供电端、漏极连接另一个PMOS管的源极，另一个PMOS管的漏极连接开关管的源极；开关管的栅极对应连接逻辑单元的输出端，开关管的漏极为电流开关子单元的输出端、通过电阻串接地。
所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，所述恒流控制模块包括第三比较器和第二运算放大器，所述第三比较器的正相输入端连接检测单元的输出端，第三比较器的反相输入端连接LED驱动系统内部固有的低频锯齿波信号提供端，所述第三比较器的输出端连接第二运算放大器的电源负端，所述第二运算放大器的电源正端连接外部供电端VCC；所述第二运算放大器的正向输入端连接高电压信号提供端，所述第二运算放大器的反向输入端连接采样模块的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接负载。
一种LED灯，包括如上所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路。
相较于现有技术，本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路及LED灯，通过数字控制模块反馈调节负载的电压，恒流控制模块实时反馈调节负载的电流，实时对负载变化进行调整，实现了双模式配合工作，极大提高了响应速度，提高了输出电压和负载电流的精度，同时兼顾增强了系统稳定性，具有广泛的通用性。
附图说明
图1为本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路的结构框图；
图2为本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，电流采样模块和比较检测模块的电路图；
图3为本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，逻辑单元的电路图；
图4为本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，电压控制单元的电路图；
图5为本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路中，恒流控制模块的电路图；
图6为采用本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路的LED恒流驱动系统的电路图。
具体实施方式
本发明提供一种多通道双模式数字控制LED驱动电路及LED灯，通过数字控制模块和恒流控制模块实现了双模式配合工作，提高了输出电压和负载电流的精度。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路，包括：电流采样模块10、比较检测模块30、数字控制模块40和恒流控制模块20。
所述电流采样模块10将负载70的电流信号转换为采样电压信号，并输出给比较检测模块30和恒流控制模块40；所述比较检测模块30将采样电压同固定电压进行比较，根据比较结果产生高低电平信号输出至数字控制模块40，同时产生一个动态变化的电压信号输出至恒流控制模块20；所述数字控制模块40根据比较检测模块30输出的高低电平信号，对应输出上升或下降的输出信号依次给外部的升压控制模块50和驱动模块60，实现对负载的反馈调节；所述恒流控制模块20根据采样电压，对比固定频率的锯齿波信号，实时产生占空比变化的开关信号，利用开关信号占空比变化控制其内部恒流驱动管的开关状态，从而实时反馈调节负载的电流。
所述外部升压控制模块50用于对数字控制模块40输出的信号进行升压控制，并控制驱动模块60对负载70进行驱动和调节。
由此可知，本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路通过数字控制模块反馈调节负载的电压，恒流控制模块实时反馈调节负载的电流，实时对负载变化进行调整，实现了双模式配合工作，极大提高了响应速度，提高了输出电压和负载电流的精度，同时兼顾增强了系统稳定性，具有广泛的通用性。
进一步的，请参阅图2，所述电流采样模块10包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；所述第一电阻R1的一端连接负载70，所述第一电阻R1的另一端连接第一MOS管Q1的漏极，所述第一MOS管Q1的源极通过第二电阻R2连接第二MOS管Q2的漏极，所述第二MOS管Q2的漏极为电流采样模块10的输出端、输出采样电压VN，所述第二MOS管Q2的栅极和源极接地。所述第一MOS管Q1和第二MOS管Q2为NMOS管。所述第一MOS管Q1的栅极连接PWM信号提供端，接收PWM信号，当不需要调光时，第一MOS管Q1的栅极接收高电平信号使第一MOS管Q1处于常通状态。
所述电流采样模块10为平衡式采样结构，可有效的节省PCB板面积。第二电阻R2与第一电阻R1为大比例结构，其比例根据外部采样电流大小决定，一般外部电流是毫安（mA）级至百毫安（mA）级，第一电阻R1和第二电阻R2的电流一般为微安（uA）级，故第二电阻R2与第一电阻R1阻值的比例在几K：1至几百K：1之间，优选的，其比例为10000:1。即，第二电阻R2的阻值比第一电阻R1的阻值大得多，如此可以降低对采样信号的干扰。第一MOS管Q1为PWM信号开关管，LED驱动系统可根据需要加入PWM调光功能，PWM信号由第一MOS管Q1的栅极输入，如果将第一MOS管Q1的栅极信号设置为高电平则相当于取消了PWM调光功能，即，通过第一MOS管Q1可对LED进行调光。
所述比较检测模块30包括检测单元310和比较单元320。
所述检测单元310，用于对采样电压VN和固定电压VP进行比较放大，并将放大信号输出给比较单元320，固定电压VP与采样电压VN的比值越大，输出的放大信号的电压越大。本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路可以通过调整所述固定电压VP的大小，实现模拟调光的功能，即，调节固定电压VP的大小，可控制负载电流值的范围，实现模拟调光。
比较单元320，用于在检测单元310输出的放大信号Vo大于第一阈值电压VL时，第一输出端输出低电平、第二输出端输出高电平，在检测单元310输出的放大信号Vo小于第二阈值电压VH时，第一输出端输出高电平、第二输出端输出低电平，在检测单元310输出的放大信号Vo大于第二阈值电压VH、且小于第一阈值电压VL时，第一输出端和第二输出端输出低电平。所述比较单元320
所述检测单元310的输入端连接电流采样模块10的输出端，所述检测单元310连接比较单元320，所述比较单元320的第一输出端1和第二输出端2连接数字控制模块40。
具体的，所述检测单元310包括第一运算放大器U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3、第四电阻R4、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6；所述第一运算放大器U1的反相输入端为检测单元310的输入端、连接第二MOS管Q2的漏极，所述第一运算放大器U1的正相输入端连接固定电压提供端，所述第一运算放大器U1的输出端连接第一电容C1的一端、第三MOS管Q3的漏极、第二电容C2的一端和第四MOS管Q4的栅极，所述第一电容C1的另一端通过第三电阻R3连接第三MOS管Q3的源极、第五MOS管Q5的漏极、第二电容C2的另一端、第四MOS管Q4的源极和第六MOS管Q6的漏极，所述第三MOS管Q3的栅极连接使能信号EN，所述第五MOS管Q5的漏极还连接第一运算放大器U1的反相输入端，所述第五MOS管Q5的源极连接第一运算放大器U1的正相输入端、还通过第三电容C3接地，所述第五MOS管Q5的栅极连接PWM反相信号提供端；所述第四MOS管Q4的漏极通过第四电阻R4连接外部供电端VCC，所述第四MOS管Q4的源极为检测单元310的输出端、连接比较单元320的输入端和恒流控制模块20；所述第六MOS管Q6的源极接地。所述第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6为NMOS管。
所述固定电压VP由LED驱动系统设置，不需要调光时，可由系统内的低压差线性稳压器提供，当然，需要调光时，只需改变固定电压VP的大小即可。第一运算放大器U1、第四电阻R4、第四MOS管Q4和第六MOS管Q6组成两级运放结构。第一运算放大器U1为两级运放的第一级；第四电阻R4、第四MOS管Q4和第六MOS管Q6作为两级运放的第二级。第一电容C1、第二电容C2和第三电阻R3均作此两级运放的米勒补偿，加入补偿的好处是使运放在高频时性能更加稳定。第五MOS管Q5的栅极输入为PWM信号的反相信号PWM_inv，第五MOS管Q5的漏极和源极分别连接第一运算放大器U1的正相输入端和反相输入端，由于电路预留PWM调光功能，因此此处作用是当PWM调光信号关闭时，第五MOS管Q5导通，迫使固定电压VP与采样电压VN接近，防止PWM信号快速开关给输出信号带来信号扰动。两级运放的输出为第四MOS管Q4，第二级为源跟随器结构，因此输出信号Vo为电压信号，电压大小根据固定电压VP/采样电压VN的大小来决定。
所述比较单元320包括第一比较器U2、第二比较器U3、第一缓冲器U4和第二缓冲器U5；所述第一比较器U2的正相输入端连接第一阈值电压提供端，所述第一比较器U2的反相输入端和第二比较器U3的正相输入端连接第四MOS管Q4的源极，所述第二比较器U3的反相输入端连接第二阈值电压提供端；所述第一比较器U2的输出端连接第一缓冲器U4的输入端，所述第一缓冲器U4的输出端为比较单元320的第一输出端1、连接数字控制模块40，所述第二比较器U3的输出端连接第二缓冲器U5的输入端，所述第二缓冲器U5的输出端为比较单元320的第二输出端2、连接数字控制模块40。
经过所述第一比较器U2和第二比较器U3比较后的信号各自经一级缓冲再经逻辑综合产生高低电平信号，输出至数字控制模块40。由于检测单元310的输出信号Vo为电压信号，故设置第二阈值电压VH、第一阈值电压VL为高低窗口阈值电压（VH>VL），当固定电压VP>采样电压VN时，输出电压Vo>第二阈值电压VH，故比较单元320的第一输出端1输出低电平，第二输出端2输出高电平。当固定电压VP<采样电压VN时，输出电压Vo<第一阈值电压VL，故比较单元320的第一输出端1输出高电平，第二输出端2输出低电平。若VP接近或等于VN，根据共模分析，此时VL<Vo<VH，故比较单元320的第一输出端1和第二输出端2均输出低电平。由此可见，比较单元320的第一输出端1和第二输出端2的输出由VP和VN的关系来决定，第一输出端1和第二输出端2输出的信号同时会作为数字控制模块40的控制源信号。比较单元320的第一输出端1和第二输出端2输出的信号同VP/VN的关系可归纳为下表：
VP与VN关系 第一输出端1 第二输出端2
VP>VN 0 1
VP<VN 1 0
VP=VN 0 0
所述数字控制模块40包括：
逻辑单元410，用于将比较单元320的两个输出端的信号转化为八位逻辑控制信号，当比较单元320的第一输出端1输出低电平、第二输出端2输出高电平时，八位逻辑控制信号从低到高在256位区间内逐位上升；当比较单元320的第一输出端1输出高电平、第二输出端2输出低电平时，八位逻辑控制信号从高到低在256位区间内逐位下降；当比较单元320的第一输出端1输出低电平、第二输出端2输出低电平时，八位逻辑控制信号保持不变。所述逻辑单元410包括八个输出端，其输出的八个信号为Z1~Z8，每个输出端输出高电平或低电平，即，逻辑单元410的八个输出端输出的信号Z1~Z8构成了八位逻辑控制信号。八位逻辑控制信号由二进制表示，可组成256个不同的二进制数。所述逻辑单元410包括八个逻辑子单元LOGIC，所述逻辑子单元LOGIC的作用是将逻辑单元410两个输入端输入的信号进行逻辑综合，将输入信号综合为对应的八位逻辑控制信号，其内部结构由D触发器，RS锁存器等数字单元构成。
电压控制单元，用于在八位逻辑控制信号每上升一位时，输出电压减小一个步进电压Vstep，在八位逻辑控制信号每下降一位时，输出电压增加一个步进电压Vstep。
所述逻辑单元410的第一输入端1’连接比较单元320的第一输出端1，所述逻辑单元410的第二输入端2’连接比较单元320的第二输出端2，所述逻辑单元410通过电压控制单元连接外部升压控制模块。
由此可知，根据比较单元320输出的信号，在逻辑单元410和电压控制单元的共同作用下，可对负载70的电压进行调节，而且调节的范围分为256个区间，使得对负载70的调节变得极为精确和平稳。
请参阅图4，所述电压控制单元包括受八位逻辑控制信号控制的第一电流开关子单元421、第二电流开关子单元422、第三电流开关子单元423、第四电流开关子单元424、第五电流开关子单元425、第六电流开关子单元426、第七电流开关子单元427、第八电流开关子单元428、按二进制规则连接的电阻阵列和镜像电流子单元429。
所述电阻阵列包括第一电阻串430、第二电阻串431、第三电阻串432、第四电阻串433、第五电阻串434、第六电阻串435、第七电阻串436、第八电阻串437、第九电阻串438、第十电阻串439、第十一电阻串440、第十二电阻串441、第十三电阻串442、第十四电阻串443和第十五电阻串444；
所述电流开关子单元，用于根据八位逻辑控制信号中对应的逻辑控制信号，输出第一镜像电流I1给电阻阵列。
所述镜像电流子单元429，用于输出第二镜像电流I2给电阻阵列。
外部供电端VCC通过第一电流开关子单元421连接第一电阻串430的一端和第九电阻串438的一端，所述第一电阻串430的另一端接地；外部供电端VCC通过第二电流开关子单元422连接第九电阻串438的另一端、第二电阻串431的一端和第十电阻串439的一端，所述第二电阻串431的另一端接地；外部供电端VCC通过第三电流开关子单元423连接第十电阻串439的另一端、第三电阻串432的一端和第十一电阻串440的一端，所述第三电阻串432的另一端接地；外部供电端VCC通过第四电流开关子单元424连接第十一电阻串440的另一端、第四电阻串433的一端和第十二电阻串441的一端，所述第四电阻串433的另一端接地；外部供电端VCC通过第五电流开关子单元425连接第十二电阻串441的另一端、第五电阻串434的一端和第十三电阻串442的一端，所述第五电阻串434的另一端接地；外部供电端VCC通过第六电流开关子单元426连接第十三电阻串442的另一端、第六电阻串435的一端和第十四电阻串443的一端，所述第六电阻串435的另一端接地；外部供电端VCC通过第七电流开关子单元427连接第十四电阻串443的另一端、第七电阻串436的一端和第十五电阻串444的一端，所述第七电阻串436的另一端接地；外部供电端VCC通过第八电流开关子单元428和镜像电流子单元429连接第十五电阻串444的另一端和第八电阻串437的一端，所述第八电阻串437的另一端接地；所述第八电阻串437的一端为电压控制单元的输出端、连接外部升压控制模块50。
其中，所述第一电流开关子单元421、第二电流开关子单元422、第三电流开关子单元423、第四电流开关子单元424、第五电流开关子单元425、第六电流开关子单元426、第七电流开关子单元427、第八电流开关子单元428均相同且与第一电阻串430、第二电阻串431、第三电阻串432、第四电阻串433、第五电阻串434、第六电阻串435、第七电阻串436、第八电阻串437对应；每个电流开关子单元均包括两个PMOS管和一个开关管；两个PMOS管为共源共栅偏置电流源结构，一个PMOS管的源极连接外部供电端、漏极连接另一个PMOS管的源极，另一个PMOS管的漏极连接开关管的源极，开关管的栅极对应连接逻辑单元的输出端，开关管的漏极为电流开关子单元的输出端、通过对应的电阻串接地。八个电流开关子单元中的开关管的栅极对应与逻辑单元410八个输出端中的一个连接，即，八位逻辑控制信号控制八个电流开关子单元的通断，从而改变电压控制单元的输出电压。
所述镜像电流子单元429包括第七MOS管Q7和第八MOS管Q8。所述第七MOS管Q7和第八MOS管Q8为PMOS管，处于常通状态。
所述电阻阵列的电阻均相同，其中，第一电阻串430、第九电阻串438、第十电阻串439、第十一电阻串440、第十二电阻串441、第十三电阻串442、第十四电阻串443和第十五电阻串444包括两个串联的电阻，第二电阻串431、第三电阻串432、第四电阻串433、第五电阻串434、第六电阻串435、第七电阻串436和第八电阻串437包括四个串联的电阻。
八位逻辑控制信号由逻辑单元410产生，比较单元320的第一输出端1和第二输出端2的输出信号可控制逻辑单元410产生八位逻辑控制信号的状态，进而控制数字控制模块40输出电压VREF的上升和下降，且此过程实时可逆。
电流开关子单元的和其对应的电阻串组成单通道通路，其中，电流开关子单元的两个PMOS管为共源共栅偏置电流源结构，主要作用是将外部电流镜像为本通道电流I1，开关管则可以根据对应的八位逻辑控制信号中的一位的高低来确定是否导通。镜像电流子单元429为常通的通路，此路镜像的电流为I2，可通过设置第七MOS管Q7/第八MOS管Q8同电流开关子单元中的两个PMOS管的宽长比的比例来设置I2电流的大小。
当八位逻辑控制信号（Z1-Z8）皆为高电平时，所有通路均不导通，只有镜像电流子单元429的通路导通。由于电阻按照二进制规则设计，故数字控制模块40输出电压VREF可由镜像电流I2乘以电阻阵列的总阻值计算得出。以图4中第八电流开关子单元428控制的Y1和Y2支路为例，Y1支路的电压为，Y2支路的电压为，其中为第七电阻串上的电压值，而为第十五电阻串上的电压值。同理可得出其他七个电流开关子单元控制的支路的电压，即，数字控制模块40输出电压为 。由于八个电流开关子单元均断开，无第一镜像电流I1，故所有电阻上的电流均由第二镜像电流I2提供，此时VREF最小为Vmin。当八位逻辑控制信号（Z1-Z8）按八位二进制规则出现高低电平信号时，当有电流开关子单元导通时，即第一镜像电流I1按照对应的二进制规则叠加在对应的通道上，该通道上电阻上电流随之增加，故VREF也将随之增加。Z1-Z8每变化一位，VREF按Vstep步进一位，Vstep的值由第一镜像电流I1和电阻阵列中的电阻R的绝对值大小确定，第一镜像电流I1和电阻阵列中的电阻R绝对值越大则Vstep越大，反之越小，可以根据具体应用设置。当Z1-Z8全部为低电平时，8个电流开关子单元均导通，八通道的第一镜像电流I1均叠加进来，此时VREF最大为Vmax。VREF的范围由第一镜像电流I1、第二镜像电流I2和电阻阵列中的电阻R三个因素决定，实际应用中可根据需要做调整。
上段原理分析可以看到，八位逻辑控制信号控制第一镜像电流I1的叠加，从而影响VREF变化量。8个电流开关子单元的各个PMOS管的宽长比均设计相等，故各通道上的第一镜像电流I1趋于一致，所有电阻R均采用等比例设计，所有PMOS管和电阻R均严格匹配摆放，目的是使各通道变化趋势相同，该技术的优势是可以很大大程度降低工艺偏差、温度、湿度、应力等因素带来的影响。
下表列出VREF随Z1-Z8信号变化的结果：
八位逻辑控制信号 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 VREF
00000000 低 低 低 低 低 低 低 低 Vmax
00000001 高 低 低 低 低 低 低 低 Vmax-Vstep
00000010 低 高 低 低 低 低 低 低 Vmax-2Vstep
...... Vmax-nVstep
11111111 高 高 高 高 高 高 高 高 Vmin
由此可知，所述数字控制模块40的控制方式不同于传统的模拟控制方式，特点是电压控制精确，调节的步进电压的幅值和升降范围均可自由设定(根据I1和R绝对值大小设定)，可有效提高控制电压的精度，降低输出纹波。此部分控制模式采用电流开关控制电阻分压值的方法，由于电阻严格匹配和每通道电流镜像管尺寸严格匹配，故可将生产中的工艺偏差、温度、湿度等因素的影响降低很多。
请参阅图5，所述恒流控制模块20包括第三比较器U6和第二运算放大器U7，所述第三比较器U6的正相输入端连接检测单元310的输出端，第三比较器U6的反相输入端连接LED驱动系统内部固有的低频锯齿波信号Vramp提供端，所述第三比较器U6的输出端连接第二运算放大器U7的电源负端，所述第二运算放大器U7的电源正端连接外部供电端VCC；所述第二运算放大器U7的正向输入端连接高电压信号提供端（输入5V、4V等电压），所述第二运算放大器U7的反向输入端连接采样模块10的输出端，所述第二运算放大器U7的输出端连接负载70。
第三比较器U6比较采样电压Vo和系统内部固有的低频锯齿波信号Vramp后，产生占空比可调的方波输出信号，其中占空比由Vo的电压大小决定。第三比较器U6输出的信号控制第二运算放大器U7，第二运算放大器U7的工作状态设计为全通状态，即第二运算放大器U7的正相输入端输入为高电压信号（例如5V、4V等），反相输入端输入采样电压信号VN，其中，采样电压信号VN一般远远小于高电压信号，故第二运算放大器U7的输出端输出的信号Vled始终为高电平状态，恒流控制模块20通过第三比较器U6产生的占空比可调的方波信号控制输出信号Vled，从而控制Vled的占空比，利用占空比变化实现输出电流平均值的变化，达到控制负载电流的目的。
所述恒流控制模块20通过对采样电压信号与锯齿波进行对比，直接反馈至负载电流参与调节，实质是系统中的前馈环路，此种工作模式即双模式中的其一，由于不经过系统大环路反馈，故极大的提高了系统的响应速度。
综上所述，本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路，具有以下有益效果：
1.本发明采用双模式控制，整体大环路反馈采用峰值电流模式工作，小环路恒流控制部分加入前馈控制实时调节负载电流占空比，实时对负载变化进行调整，极大提高了响应速度；
2.本发明实现了八位数字式控制系统调节输出电压，提高输出电压精度，降低纹波，独特的电流控制电路可有效降低工艺偏差、温度等因素对系统的影响；
3.本发明多处电路预留可调节功能，通道数、PWM调光功能、数字调节步进电压大小、数字控制部分窗口电压大小等，实际应用中可根据需求设置，丰富了应用的灵活性。
图6为采用本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路的LED恒流驱动系统。外围功率驱动管Q、电感L1、续流二极管D1，充电电容C1组成经典升压结构，系统的负载是n串LED灯条（虚线表示省略的LED发光二极管），NMOS管NM51/NM52......NM5n为n串LED灯条的驱动管，R1'/R2'......Rn'为对应的n个采样电阻，下面仅以NMOS管NM51所在通路为例叙述系统工作过程：Isen1是负载电流采样信号，实时对负载电流进行采样，此信号输入至电流采样模块，大环路工作如下：采样信号经过比较检测模块后输出数字控制信号，该控制信号决定数字控制模块中的电压升降，后经外部升压控制模块和驱动模块，将采样得来的电流信号变化体现为驱动模块至驱动管的方波信号占空比变化，经过经典升压结构后，可以随时改变输出电压VOUT，当Isen1未达到设定值时，VOUT持续上升，当系统稳定时，VOUT处于动态平衡状态。小环路工作如下：负载电流采样信号传输至恒流控制模块，同系统内部固定频率的锯齿波信号比较，电流信号的变化会导致输出占空比的变化，此经调制后的信号再反馈至驱动管的栅极K1/K2......Zn，起到前馈的作用，提高了系统响应速度。
整个实施例中，虚线框部分为本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路，外围电路可根据实际应用增减通道数，另外对于PWM调光、模拟调光、数字控制模块调节精度等指标，也可根据需求增减，应用范围较广。本发明提供的多通道双模式数字控制LED驱动电路还适用于任何LED驱动的电子系统及恒流驱动系统。
基于上一实施例中的多通道双模式数字控制LED驱动电路，发明还提供一种LED灯，包括如上所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路。由于所述LED灯的工作原理和技术特征在上一实施例中已详细阐述，在此不再赘述。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，包括：电流采样模块、比较检测模块、数字控制模块和恒流控制模块；
所述电流采样模块将负载的电流信号转换为采样电压信号，并输出给比较检测模块和恒流控制模块；所述比较检测模块将采样电压同固定电压进行比较，根据比较结果产生高低电平信号输出至数字控制模块，同时产生一个动态变化的电压信号输出至恒流控制模块；所述数字控制模块根据比较检测模块输出的高低电平信号，对应输出上升或下降的输出信号依次给外部的升压控制模块和驱动模块，实现对负载的反馈调节；所述恒流控制模块根据采样电压，对比固定频率的锯齿波信号，实时产生占空比变化的开关信号，利用开关信号占空比变化控制其内部恒流驱动管的开关状态，实时反馈调节负载的电流；
所述比较检测模块包括：
检测单元，用于对采样电压和固定电压进行比较放大，并将放大信号输出给比较单元，固定电压与采样电压的比值越大，输出的放大信号的电压越大；
比较单元，用于在检测单元输出的放大信号大于第一阈值电压时，第一输出端输出低电平、第二输出端输出高电平，在检测单元输出的放大信号小于第二阈值电压时，第一输出端输出高电平、第二输出端输出低电平，在检测单元输出的放大信号大于第二阈值电压、且小于第一阈值电压时，第一输出端和第二输出端输出低电平；
所述检测单元的输入端连接电流采样模块的输出端，所述检测单元连接比较单元，所述比较单元的第一输出端和第二输出端连接数字控制模块。
2.根据权利要求1所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述数字控制模块包括：
逻辑单元，用于将比较单元的两个输出端的信号转化为八位逻辑控制信号，当比较单元的第一输出端输出低电平、第二输出端输出高电平时，八位逻辑控制信号从低到高在256位区间内逐位上升；当比较单元的第一输出端输出高电平、第二输出端输出低电平时，八位逻辑控制信号从高到低在256位区间内逐位下降；当比较单元的第一输出端输出低电平、第二输出端输出低电平时，八位逻辑控制信号保持不变；
电压控制单元，用于在八位逻辑控制信号每上升一位时，输出电压减小一个步进电压，在八位逻辑控制信号每下降一位时，输出电压增加一个步进电压；
所述逻辑单元的第一输入端连接比较单元的第一输出端，所述逻辑单元的第二输入端连接比较单元的第二输出端，所述逻辑单元通过电压控制单元连接外部升压控制模块。
3.根据权利要求2所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述电压控制单元包括受八位逻辑控制信号控制的第一电流开关子单元、第二电流开关子单元、第三电流开关子单元、第四电流开关子单元、第五电流开关子单元、第六电流开关子单元、第七电流开关子单元、第八电流开关子单元、按二进制规则连接的电阻阵列和镜像电流子单元；
所述电阻阵列包括第一电阻串、第二电阻串、第三电阻串、第四电阻串、第五电阻串、第六电阻串、第七电阻串、第八电阻串、第九电阻串、第十电阻串、第十一电阻串、第十二电阻串、第十三电阻串、第十四电阻串和第十五电阻串；
所述电流开关子单元，用于根据八位逻辑控制信号中对应的逻辑控制信号，输出第一镜像电流给电阻阵列；
所述镜像电流子单元，用于输出第二镜像电流给电阻阵列；
外部供电端通过第一电流开关子单元连接第一电阻串的一端和第九电阻串的一端，所述第一电阻串的另一端接地；外部供电端通过第二电流开关子单元连接第九电阻串的另一端、第二电阻串的一端和第十电阻串的一端，所述第二电阻串的另一端接地；外部供电端通过第三电流开关子单元连接第十电阻串的另一端、第三电阻串的一端和第十一电阻串的一端，所述第三电阻串的另一端接地；外部供电端通过第四电流开关子单元连接第十一电阻串的另一端、第四电阻串的一端和第十二电阻串的一端，所述第四电阻串的另一端接地；外部供电端通过第五电流开关子单元连接第十二电阻串的另一端、第五电阻串的一端和第十三电阻串的一端，所述第五电阻串的另一端接地；外部供电端通过第六电流开关子单元连接第十三电阻串的另一端、第六电阻串的一端和第十四电阻串的一端，所述第六电阻串的另一端接地；外部供电端通过第七电流开关子单元连接第十四电阻串的另一端、第七电阻串的一端和第十五电阻串的一端，所述第七电阻串的另一端接地；外部供电端通过第八电流开关子单元和镜像电流子单元连接第十五电阻串的另一端和第八电阻串的一端，所述第八电阻串的另一端接地；所述第八电阻串的一端为电压控制单元的输出端、连接外部升压控制模块。
4.根据权利要求3所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述电流采样模块包括第一电阻、第二电阻、第一MOS管和第二MOS管；所述第一电阻的一端连接负载，所述第一电阻的另一端连接第一MOS管的漏极，所述第一MOS管的源极通过第二电阻连接第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的漏极为电流采样模块的输出端，所述第二MOS管的栅极和源极接地。
5.根据权利要求4所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述检测单元包括第一运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第三电阻、第四电阻、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管；所述第一运算放大器的反相输入端为检测单元的输入端、连接第二MOS管的漏极，所述第一运算放大器的正相输入端连接固定电压提供端，所述第一运算放大器的输出端连接第一电容的一端、第三MOS管的漏极、第二电容的一端和第四MOS管的栅极，所述第一电容的另一端通过第三电阻连接第三MOS管的源极、第五MOS管的漏极、第二电容的另一端、第四MOS管的源极和第六MOS管的漏极，所述第三MOS管的栅极连接使能信号，所述第五MOS管的漏极还连接第一运算放大器的反相输入端，所述第五MOS管的源极连接第一运算放大器的正相输入端、还通过第三电容接地，所述第五MOS管的栅极连接PWM反相信号提供端；所述第四MOS管的漏极通过第四电阻连接外部供电端，所述第四MOS管的源极为检测单元的输出端、连接比较单元的输入端和恒流控制模块；所述第六MOS管的源极接地。
6.根据权利要求5所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器、第二比较器、第一缓冲器和第二缓冲器；所述第一比较器的正相输入端连接第一阈值电压提供端，所述第一比较器的反相输入端和第二比较器的正相输入端连接第四MOS管的源极，所述第二比较器的反相输入端连接第二阈值电压提供端；所述第一比较器的输出端连接第一缓冲器的输入端，所述第一缓冲器的输出端为比较单元的第一输出端，所述第二比较器的输出端连接第二缓冲器的输入端，所述第二缓冲器的输出端为比较单元的第二输出端。
7.根据权利要求6所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述第一电流开关子单元、第二电流开关子单元、第三电流开关子单元、第四电流开关子单元、第五电流开关子单元、第六电流开关子单元、第七电流开关子单元和第八电流开关子单元均相同；每个电流开关子单元均包括两个PMOS管和一个开关管；两个PMOS管为共源共栅偏置电流源结构：一个PMOS管的源极连接外部供电端、漏极连接另一个PMOS管的源极，另一个PMOS管的漏极连接开关管的源极；开关管的栅极对应连接逻辑单元的输出端，开关管的漏极为电流开关子单元的输出端、通过电阻串接地。
8.根据权利要求7所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路，其特征在于，所述恒流控制模块包括第三比较器和第二运算放大器，所述第三比较器的正相输入端连接检测单元的输出端，第三比较器的反相输入端连接LED驱动系统内部固有的低频锯齿波信号提供端，所述第三比较器的输出端连接第二运算放大器的电源负端，所述第二运算放大器的电源正端连接外部供电端VCC；所述第二运算放大器的正向输入端连接高电压信号提供端，所述第二运算放大器的反向输入端连接采样模块的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接负载。
9.一种LED灯，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的多通道双模式数字控制LED驱动电路。
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