CN105007657A - 基于开关控制led调光调色温的驱动芯片及驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于开关控制LED调光调色温的驱动芯片，所述驱动芯片包括参考电压产生电路，传输门阵列，传输门，电压比较电路、译码电路及记忆电容，所述参考电压产生电路的输出端连接所述传输门阵列的一端，所述传输门阵列的另一端连接所述传输门的一端，所述传输门的另一端连接所述电压比较电路的输入端及记忆电容，所述电压比较电路的输出端连接所述译码电路的输入端，所述译码电路的输出端连接所述传输门阵列的控制端。该芯片的调光调色温功能不依赖外部MCU、无线遥控或其它调光器等控制单元，简化了系统的外围应用，降低了系统的成本，可以有效促进LED灯具在调光调色温系统上的推广。
Description
技术领域
本发明属于LED驱动控制技术领域，尤其涉及一种基于开关控制LED调光调色温的驱动芯片。
背景技术
LED 以其高效、节能、环保及寿命长等优点受到越来越多的关注，LED 灯具作为一种新型绿色光源逐步取代了传统的荧光灯。在照明领域中，由于应用场合的需要，对LED灯光的颜色及亮度提出了不同的要求。比如在商业娱乐、办公等公共场所，不同区域对灯光色温及亮度需求就不同，即使是同一个功能区域，在不同的时间段也存在着不同的亮度及色温需要。针对这种需要，市面上已出现了基于MCU控制，基于无线遥控器控制或基于其它外置调光器控制的各种调光调色温系统方案。但上述各种系统方案，外围结构复杂，实现成本普遍较高，不利于LED调光调色温灯具的推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于开关控制LED调光调色温的驱动芯片，旨在解决各种调光调色温系统方案复杂度较高，成本较高的问题。
本发明是这样实现的，一种基于开关控制LED调光调色温的驱动芯片，所述驱动芯片包括参考电压产生电路，传输门阵列，传输门，电压比较电路、译码电路及记忆电容。所述参考电压产生电路的输出端连接所述传输门阵列的一端，所述传输门阵列的另一端连接所述传输门，所述传输门的另一端连接所述电压比较电路的输入和记忆电容，所述电压比较电路的输出端连接所述译码电路的输入端，所述译码电路的输出端连接所述传输门阵列的控制端，所述记忆电容的一端连接所述传输门的一端及电压比较电路的输入端；所述参考电压产生电路，利用负反馈环路和芯片内部的基准电压，来产生不同的参考电压值输出给电压比较电路及记忆电容；传输门阵列，用于在每次系统上电后选通一路电压参考值给记忆电容；电压比较电路，用于将参考电压产生电路输出的电压值与记忆电容记录的电压进行比较，将比较的结果记录存储后输出给译码电路；译码电路，用于处理电压比较电路输出的信号，根据信号判断芯片的上电次数，输出相应的状态信号选择输出端信号通道并控制传输门阵列的选通；记忆电容，用于记录每次芯片上电后由传输门阵列选通得到的一路参考电压值。
本发明的进一步技术方案是：所述记忆电容的断电与再次上电的时间间隔应小于所述记忆电容的完整放电时间。
本发明的进一步技术方案是：所述参考电压产生电路包括误差放大器EA、MOS管P1、电阻分压模块，所述电阻分压模块的输入端分别连接所述MOS管P1的源极及误差放大器EA的正输入，所述误差放大器EA的输出端连接所述MOS管P1的栅极。。
本发明的进一步技术方案是：所述传输门阵列包括多个并行连接的单个传输门，所述单个传输门的个数与负载循环状态的次数相等。
本发明的进一步技术方案是：所述电压比较电路包括多个比较单元，多个所述比较单元并行连接，所述比较单元包括比较器及存储器，所述比较器的输出端连接所述存储器的输入端，所述比较单元的个数为负载循环状态的次数减1。
本发明的进一步技术方案是：所述译码电路的输出通道个数与负载循环状态的次数相等。
本发明的另一目的在于提供一种基于驱动芯片的驱动电路，所述驱动电路包括开关K1、整流模块、第一模块、第二模块、LED灯串1、LED灯串2及驱动芯片，所述开关K1的一端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端连接所述驱动芯片的输入端，所述驱动芯片的输出端分别连接所述第一模块的输入端及第二模块的输入端，所述第一模块的输出端连接所述LED灯串1，所述第二模块的输出端连接所述LED灯串2，所述开关K1的另一端连接市电。
本发明的进一步技术方案是：所述整流模块包括整流桥、电容C1、电阻RST及电容C2，所述整流桥的输出端分别连接所述电容C1的一端及电阻RST的一端，所述电阻RST的另一端连接所述驱动芯片的VCC脚，所述电阻RST的另一端经所述电容C2接地，所述电容C1的另一端接地。
本发明的进一步技术方案是：所述第一模块与所述第二模块的结构相同，其包括MOS管M1、二极管D1、电感L1、电阻R1L及电容C1L，所述MOS管M1的栅极连接所述驱动芯片的GATE1脚，所述MOS管M1的源极连接所述驱动芯片的OUT1脚，所述MOS管M1的漏极分别连接所述电感L1的一端及二极管D1的阳极，所述电感L1的另一端分别连接所述电阻R1L的一端、电容C1L的一端及LED灯串1的一端，所述LED灯串1的另一端分别连接电容C1的另一端、电阻R1L的另一端、二极管D1的阴极及LED灯串2的一端。
本发明的进一步技术方案是：该驱动电路还包括电阻RCS1、电阻ROVP1、电容C3、电阻ROVP2及电阻RCS2，所述驱动芯片的CS1脚经电阻RCS1接地，所述驱动芯片的ROVP1脚经电阻ROVP1接地，所述驱动芯片的CAP脚经电容C3接地，所述驱动芯片的ROVP2经电阻ROVP2接地，所述驱动芯片的CS2脚经电阻RCS2接地，所述驱动芯片的GND脚接地，所述驱动芯片的MODE脚接地四种循环状态或悬空三种循环状态。
本发明的有益效果是：该芯片的调光调色温不依赖外部MCU、无线遥控或其它调光器等控制单元，简化了系统的外围应用，降低了系统的成本，可以有效促进LED灯具在调光调色温系统上的推广。
附图说明
图1是本发明实施例提供的驱动芯片的集成电路原理图；
图2是本发明实施例提供的系统上电与输出状态信号示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于驱动芯片的驱动电路原理图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的基于开关控制LED调光调色温的驱动芯片，所述驱动芯片包括参考电压产生电路，传输门阵列，传输门，电压比较电路、译码电路及记忆电容，所述参考电压产生电路的输出端连接所述传输门阵列的一端，所述传输门阵列的另一端连接所述传输门的一端，所述传输门的另一端连接所述电压比较电路的输入端及记忆电容，所述电压比较电路的输出端连接所述译码电路的输入端，所述译码电路的输出端连接所述传输门阵列的控制端，所述参考电压产生电路，利用负反馈环路和芯片内部的基准电压，来产生不同的参考电压值输出给电压比较电路及记忆电容；传输门阵列，用于在每次系统上电后选通一路电压参考值给记忆电容；电压比较电路，用于将参考电压产生电路输出的电压值与记忆电容记录的电压进行比较，将比较的结果记录存储后输出给译码电路；译码电路，用于处理电压比较电路输出的信号，根据信号判断芯片的上电次数，输出相应的状态信号选择输出端信号通道并控制传输门阵列的选通；记忆电容，用于记录每次芯片上电后由传输门阵列选通得到的一路参考电压值。
该芯片的调光调色温不依赖外部MCU、无线遥控或其它调光器等控制单元，简化了系统的外围应用，降低了系统的成本，可以有效促进LED灯具在调光调色温系统上的推广。
所述记忆电容的断电与再次上电的时间间隔应小于所述记忆电容的完整放电时间。
根据权利要求2所述的驱动芯片，其特征在于，所述参考电压产生电路包括误差放大器EA、MOS管P1、电阻分压模块，所述电阻分压模块的输入端分别连接所述MOS管P1的源极及误差放大器EA的正输入，所述误差放大器EA的输出端连接所述MOS管P1的栅极。所述电阻分压模块接MOS管P1的漏极，误差放大器EA的输入及所述传输门阵列的一端。
所述传输门阵列包括多个并行连接的单个传输门，所述单个传输门的个数与负载循环状态的次数相等。传输门的个数根据需要设定的循环状态来决定，即，当循环状态数为N时，需要N个并行的传输门。传输门阵列的控制端与译码器的输出相接。图1所示的传输门阵列TG1到TG4在每次芯片上电后，只有一个是导通的（因为控制传输门导通的是由译码电路输出的状态控制信号S1到S4，这四个信号在每次芯片上电后只有一个是“1”电平，其余三个都是“0”电平）。所以V1到V4这四个参考电压在每次上电时，只有其中一个可以通过传输门传到记忆电容C3上面。
所述电压比较电路包括多个比较单元，多个所述比较单元并行连接，所述比较单元包括比较器及存储器，所述比较器的输出端连接所述存储器的输入端，所述比较单元的个数为负载循环状态的次数减1。
所述译码电路的输出通道个数与负载循环状态的次数相等。
图3示出了本发明的另一目的在于提供一种基于驱动芯片的驱动电路，所述驱动电路包括开关K1、整流模块、第一模块、第二模块、LED灯串1、LED灯串2及驱动芯片，所述开关K1的一端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端连接所述驱动芯片的输入端，所述驱动芯片的输出端分别连接所述第一模块的输入端及第二模块的输入端，所述第一模块的输出端连接所述LED灯串1，所述第二模块的输出端连接所述LED灯串2，所述开关K1的另一端连接市电。
所述整流模块包括整流桥、电容C1、电阻RST及电容C2，所述整流桥的输出端分别连接所述电容C1的一端及电阻RST的一端，所述电阻RST的另一端连接所述驱动芯片的VCC脚，所述电阻RST的另一端经所述电容C2接地，所述电容C1的另一端接地。
所述第一模块与所述第二模块的结构相同，其包括MOS管M1、二极管D1、电感L1、电阻R1L及电容C1L，所述MOS管M1的栅极连接所述驱动芯片的GATE1脚，所述MOS管M1的源极连接所述驱动芯片的OUT1脚，所述MOS管M1的漏极分别连接所述电感L1的一端及二极管D1的阳极，所述电感L1的另一端分别连接所述电阻R1L的一端、电容C1L的一端及LED灯串1的一端，所述LED灯串1的另一端分别连接电容C1的另一端、电阻R1L的另一端、二极管D1的阴极及LED灯串2的一端。
该驱动电路还包括电阻RCS1、电阻ROVP1、电容C3、电阻ROVP2及电阻RCS2，所述驱动芯片的CS1脚经电阻RCS1接地，所述驱动芯片的ROVP1脚经电阻ROVP1接地，所述驱动芯片的CAP脚经电容C3接地，所述驱动芯片的ROVP2经电阻ROVP2接地，所述驱动芯片的CS2脚经电阻RCS2接地，所述驱动芯片的GND脚接地，所述驱动芯片的MODE脚接地四种循环状态或悬空三种循环状态。在MODE脚接地时，芯片在S1到S4这四个状态下循环；如果MODE脚接高电平时,没有S4这个状态,芯片只在S1到S3这三个状态下循环。
集成电路在生产制作过程中会附带形成寄生PN结。这些PN结都是处于反向偏置的状态，并不会影响芯片电路的正常工作。当芯片或系统下电后（即不给芯片或系统提供电源时），芯片内各个节点的电荷都会通过反向PN结漏电消失掉，对外表现出来的现象就是下电后节点电压逐渐降低。本发明就是利用反偏PN结自动漏电的这个特点，设计出记忆节点处的电压赋值电路，记忆节点处的电压比较电路以及编译码电路来判断芯片或系统的上下电次数，再结合双通道的LED恒流驱动架构，即可实现LED灯具的调光调色温功能。
图1中VBG是芯片内部的基准电压。EA误差放大器，P1（MOS管）和电阻分压模块共同构成参考电压产生电路，它能产生V1 、V2、V3、V4，VC1，VC2，VC3等不同的电压值。TG1、TG2、TG3、TG4为四个传输门，它们分别由状态信号S4、S1、S2、S3来控制传输门的开与关。VCC_ON表示芯片系统上电的信号，当系统上电时，VCC_ON为“1”电平，传输门TG0导通，系统下电时，VCC_ON为“0”电平，TG0关闭。VC1、VC2、VC3为三个判断比较电压，用于和记忆节点处的电压作比较，比较的结果记录在存储器里，经过译码电路的处理后，可以判断芯片的上电次数，并输出相应的状态信号S1、S2、S3、S4来表征芯片的上电次数。即S1为“1”电平时，表示芯片系统是第一次上电，S2为“1”电平时，表示芯片系统是第二次上电，依次类推。该模块的具体工作原理说明如下：当芯片第一次上电时，记忆节点处几乎没有电荷储存，故该处节点电压很低，它与VC1、VC2、VC3比较后输出000信号，经过译码电路处理，使S1信号翻转为“1”电平（S2、S3、S4仍然保持低电平）。S1变为“1”电平后，使得TG2导通，于是记忆节点处的电容C3被充电到V2，并在系统工作期间一直维持该电平。当芯片下电后，VCC_ON信号变为低电平，将TG0关闭。芯片系统下电的这段时间，由于记忆节点处的反偏PN结漏电，导致该处电压V2会随时间逐渐下降。如果在记忆时间内，芯片再次上电，该处的电压与VC1、VC2、VC3比较后输出另外一组编码，经过译码电路处理后，使得S2信号翻转为“1”电平（S1、S3、S4保持低电平），使得TG3导通，于是记忆节点处的电容C3被充电到V3 。芯片如此反复上下电，就可以依次产生S1、S2、S3、S4、S1这样循环的状态信号，如图2所示。在图2中，UVLO_COMP信号为高电平时表示系统上电，UVLO_COMP信号为低电平时，表示系统下电。系统每上电一次，UVLO-COMP变为高电平，S1、S2、S3、S4这四个状态信号就有一个变为高电平。将这4个状态信号应用在双通道的LED恒流驱动系统上，便可以实现LED灯具调光调色温的效果。由于芯片内部记忆节点处的寄生电容很小，其保存的电荷在很短的时间内会漏电消失掉，导致状态记忆失效，故可以对芯片引出一个管脚，采用外接电容来存储电荷，从而延长芯片的开关状态记忆时间。
将电容记忆模块植入一款双通道的非隔离降压型LED恒流驱动芯片内，即可实现LED灯具的调光调色温方案，见图3。方案上的元器件说明如下：交流市电通过开关和整流桥后给两串LED灯供电，灯串1为白冷光珠，灯串2为黄暖光珠；C1为母线电容；RST为启动电阻；C2为启动电容；C3为开关状态存储记忆电容；C1L、C2L为负载电容，R1L、R2L为假负载电阻；L1、L2为电感；D1、D2为续流二极管；M1、M2为两个通道的高压功率管（可集成芯片内部）；RCS1、RCS2为限流电阻，可以单独设置通过每一路灯串的电流大小；ROVP1、ROVP2为过压保护设定电阻，可以设定过压保护的电压值，也可以集成在芯片内部。
系统的上电次数可以通过芯片内置的电容记忆模块来实现，见图3。比如，系统第一次上电后，译码模块输出状态控制信号S1为高电平，控制芯片内的通道一工作，于是灯串1发出白冷光；系统第二次上电，译码模块输出状态控制信号S2为高电平，控制芯片内的通道二工作，于是灯串2发出黄暖光，；系统第三次上电，译码模块输出状态控制信号S3为高电平，控制芯片内的通道一、通道二同时工作，于是灯串1和灯串2全亮，发出混合光色；系统第四次上电，译码模块输出状态控制信号S4为高电平，控制芯片内的通道一、通道二工作的同时，再结合PWM调光，或模拟调光，可以让灯串1和灯串2产生另外一种亮度，即实现了调光的目的。
以上所述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 (10)
1.一种基于开关控制LED调光调色温的驱动芯片，其特征在于，所述驱动芯片包括参考电压产生电路，传输门阵列，传输门，电压比较电路、译码电路及记忆电容，所述参考电压产生电路的输出端连接所述传输门阵列的一端，所述传输门阵列的另一端连接所述传输门的一端，所述传输门的另一端连接所述电压比较电路的输入端及记忆电容，所述电压比较电路的输出端连接所述译码电路的输入端，所述译码电路的输出端连接所述传输门阵列的控制端，所述参考电压产生电路，利用负反馈环路和芯片内部的基准电压，来产生不同的参考电压值输出给电压比较电路及记忆电容；传输门阵列，用于在每次系统上电后选通一路电压参考值给记忆电容；电压比较电路，用于将参考电压产生电路输出的电压值与记忆电容记录的电压进行比较，将比较的结果记录存储后输出给译码电路；译码电路，用于处理电压比较电路输出的信号，根据信号判断芯片的上电次数，输出相应的状态信号选择输出端信号通道并控制传输门阵列的选通；记忆电容，用于记录每次芯片上电后由传输门阵列选通得到的一路参考电压值。
2.根据权利要求1所述的驱动芯片，其特征在于，所述记忆电容的断电与再次上电的时间间隔应小于所述记忆电容的完整放电时间。
3.根据权利要求2所述的驱动芯片，其特征在于，所述参考电压产生电路包括误差放大器EA、MOS管P1、电阻分压模块，所述电阻分压模块的输入端分别连接所述MOS管P1的源极及误差放大器EA的正输入，所述误差放大器EA的输出端连接所述MOS管P1的栅极。
4.根据权利要求3所述的驱动芯片，其特征在于，所述传输门阵列包括多个并行连接的单个传输门，所述单个传输门的个数与负载循环状态的次数相等。
5.根据权利要求4所述的驱动芯片，其特征在于，所述电压比较电路包括多个比较单元，多个所述比较单元并行连接，所述比较单元包括比较器及存储器，所述比较器的输出端连接所述存储器的输入端，所述比较单元的个数为负载循环状态的次数减1。
6.根据权利要求5所述的驱动芯片，其特征在于，所述译码电路的输出通道个数与负载循环状态的次数相等。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述驱动芯片的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括开关K1、整流模块、第一模块、第二模块、LED灯串1、LED灯串2及权利要求1-6任一项所述的驱动芯片，所述开关K1的一端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出端连接所述驱动芯片的输入端，所述驱动芯片的输出端分别连接所述第一模块的输入端及第二模块的输入端，所述第一模块的输出端连接所述LED灯串1，所述第二模块的输出端连接所述LED灯串2，所述开关K1的另一端连接市电。
8.根据权利要求7所述的驱动芯片，其特征在于，所述整流模块包括整流桥、电容C1、电阻RST及电容C2，所述整流桥的输出端分别连接所述电容C1的一端及电阻RST的一端，所述电阻RST的另一端连接所述驱动芯片的VCC脚，所述电阻RST的另一端经所述电容C2接地，所述电容C1的另一端接地。
9.根据权利要求8所述的驱动芯片，其特征在于，所述第一模块与所述第二模块的结构相同，其包括MOS管M1、二极管D1、电感L1、电阻R1L及电容C1L，所述MOS管M1的栅极连接所述驱动芯片的GATE1脚，所述MOS管M1的源极连接所述驱动芯片的OUT1脚，所述MOS管M1的漏极分别连接所述电感L1的一端及二极管D1的阳极，所述电感L1的另一端分别连接所述电阻R1L的一端、电容C1L的一端及LED灯串1的一端，所述LED灯串1的另一端分别连接电容C1的另一端、电阻R1L的另一端、二极管D1的阴极及LED灯串2的一端。
10.根据权利要求9所述的驱动芯片，其特征在于，该驱动电路还包括电阻RCS1、电阻ROVP1、电容C3、电阻ROVP2及电阻RCS2，所述驱动芯片的CS1脚经电阻RCS1接地，所述驱动芯片的ROVP1脚经电阻ROVP1接地，所述驱动芯片的CAP脚经电容C3接地，所述驱动芯片的ROVP2经电阻ROVP2接地，所述驱动芯片的CS2脚经电阻RCS2接地，所述驱动芯片的GND脚接地，所述驱动芯片的MODE脚接地四种循环状态或悬空三种循环状态。
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