CN105208726B - 一种抑制音频噪声的led调光电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制音频噪声的LED调光电路，包括驱动电路和开关电路，所述驱动电路包括退磁检测模块、连接所述退磁检测模块的逻辑电路、通过栅极连接所述逻辑电路的MOS管M1以及通过输出端连接所述逻辑电路输入端的比较器；所述开关电路包括同时连接所述MOS管M1源极和所述比较器输入端的采样电阻RSENSE、连接所述采样电阻RSENSE输入端的电感L、连接所述电感L输出端的电容COUT以及连接所述采样电阻RSENSE输出端和所述电容COUT输出端的二极管D1，所述电容COUT与LED灯并联；所述调光电路的等效开关频率为20KHZ~100KHZ之间。
Description
技术领域
本发明涉及LED调光电路，尤其涉及一种抑制音频噪声的LED调光电路。
背景技术
一般LED调光分为PWM数字调光和模拟调光。传统的PWM数字调光，通常利用一个低频的PWM信号来间歇性的使能和关断LED驱动电路，从而达到调光的目的。通常该频率的范围为200Hz～4kHz，但是200Hz～4kHz的调光频率会不可避免引入音频噪声。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制音频噪声的LED调光电路，当LED灯处于不同的亮度时，都不会出现噪声。
本发明的技术方案是一种抑制音频噪声的LED调光电路，包括驱动电路和开关电路，所述驱动电路包括退磁检测模块、连接所述退磁检测模块的逻辑电路、通过栅极连接所述逻辑电路的MOS管M1以及通过输出端连接所述逻辑电路输入端的比较器；所述开关电路包括同时连接所述MOS管M1源极和所述比较器输入端的采样电阻RSENSE、连接所述采样电阻RSENSE输入端的电感L、连接所述电感L输出端的电容COUT以及连接所述采样电阻RSENSE输出端和所述电容COUT输出端的二极管D1，所述电容COUT与LED灯并联；所述调光电路的等效开关频率为20KHZ～100KHZ之间。
无调光动作时，也就是LED灯电流为100％时，K1＝1，K2＝0。此时控制电感电流峰值的基准电压为VREF，所以电感电流峰值为：
式中，IPEAK为电感上的峰值电流大小；VREF为基准电压；RSENSE电感电流采样电阻。而LED灯电流等于电感电流的平均值，所以
式中，ILED_without_dimming为无调光动作时的LED灯亮度；IPEAK为电感上的峰值电流大小；VREF为基准电压；RSENSE电感电流采样电阻。
此时开关周期T满足下列公式：
式中，T为开关周期；IPEAK为电感上的峰值电流大小；VLED为LED灯上的压降；VIN为整流桥后的输出电压；L为电感大小。
选取相应的合适参数时，此时开关周期所对应的开关频率一般会大于20kHz，从而使得芯片在无调光动作时，无音频噪声。
DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和T1满足下列公式：
T1＝K1×T (2)
式中，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，T为开关周期。
结合公式(1)和公式(2)，所述LED灯的等效开关周期满足如下公式：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和，VIN为整流后的电压，VLED为LED灯两端的电压，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数。
当芯片有调光动作时，假定此时LED灯电流大小为X％，则我们需要动态地调节制电感电流峰值的基准电压VREF大小，同时在电感电流下降到0A后，人为地插于一段时间，最终使得电感电流的平均值为无调光动作时的X％，公式推导如下：
式中，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数；IPEAK为临界模式中电感的峰值限流；T为100％亮度时，所对应的开关周期；K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数；ILED_with_dimming为调光后的LED灯上的电流大小。
ILED_with_dimming＝X％×ILED_without_dimming (5)
式中，X为调光的程度，比如X＝50时，表示把LED灯电流调为原来的50％；ILED_without_dimming为无调光动作时的LED灯亮度，ILED_with_dimming为调光后的LED灯上的电流大小。
又由于
式中，ILED_without_dimming为无调光动作时的LED灯亮度，IPEAK为临界模式中电感的峰值。
所以，调光模式中，结合公式(4)、公式(5)和公式(6)，LED灯的亮度满足下列公式：
式中，X为调光的程度，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数。
结合公式(3)和公式(7)有：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，X为调光的程度，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，VIN为整流桥后的电压，VLED为LED灯两端的电压；结合等效开关频率的范围和公式(8)有：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，X为调光的程度，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，VIN为整流桥后的电压，VLED为LED灯两端的电压。
本技术方案中，调光后的开关周期和无调光动作时的周期一致，且开关频率一直保持在20KHZ～100KHZ之间，使得调光过程中没有噪音。
进一步地，所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接到所述电阻R3和电阻R2之间，所述比较器的反向输入端连接电阻R3的输入端。此时，K1＞1，K1满足下述公式：
式中，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，R1、R2和R3为分压电阻。
进一步地，所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接到所述电阻R3和电阻R2之间，所述比较器的反向输入端连接电阻R1的输入端。此时，0＜K1＜1，K1满足下述公式：
式中，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，R1和R2为分压电阻。
进一步地，逻辑电路分别通过开关S1和开关S2连接比较器的输入端，所述开关S1和开关S2串联，所述比较器的输入端通过电容C接地，开关S2接地。为了实现K2比例系数，可以在每一个周期的上升沿立刻，使能一路充电电流Icharge给电容充电，电容的初始电压设置为1.5V，在检测到电感退磁结束之前，该充电电流Icharge一直给电容充电。当检测到电感退磁结束后，给电容C充电的充电支路断开，同时使能一路放电电流给电容C放电，放电电流大小为Idischarge。通过控制充电电流Icharge和放电电流Idischarge的比例大小来最终实现比例系数K2。
进一步地，抑制音频噪声的LED调光电路还包括整流电路、连接该整流电路的滤波电路以及连接所述滤波电路的充电电路；所述整流电路由整流桥构成，所述整流桥中，二极管D4的输出端连接二极管D2的输入端，二极管D5的输出端连接二极管D3的输入端；滤波电路中电容CIN的输入端连接整流电路中二极管D2的输出端和二极管D3的输出端，电容CIN的输出端连接二极管D4和二极管D5的输入端；所述充电电路有电阻RSTART和电容CVCC构成，所述电阻RSTART连接电容CIN的输入端和电容CVCC的输入端，所述电容CVCC的输入端连接驱动电路，所述电容CVCC的输出端连接电感L的输入端。
进一步地，抑制音频噪声的LED调光电路还包括过压保护电路和补偿电路，所述过压保护电路通过电阻RoVP连接所述驱动电路和电感L的输入端；所述补偿电路由电阻RBOOT_STRAP和连接所述电阻RBOOT_STRAP输入端的二极管D6构成，所述二极管D6的输入端连接所述电感L的输出端，所述电阻RBOOT_STRAP的输出端连接所述驱动电路。
有益效果：调光后的开关周期和无调光动作时的周期一致，且开关频率一直保持在20KHZ～100KHZ之间，使得调光过程中没有噪音。
附图说明
图1是本发明一种实施例的电路结构示意图；
图2是本发明另一种实施例的电路结构示意图；
图3是本发明另一种实施例的基本工作原理图；
图4是本发明另一种实施例电感电流的波形图；
图5是本发明另一种实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
结合图3，一种抑制音频噪声的LED调光电路，包括驱动电路和开关电路，所述驱动电路包括退磁检测模块、连接所述退磁检测模块的逻辑电路、通过栅极连接所述逻辑电路的MOS管M1以及通过输出端连接所述逻辑电路输入端的比较器；所述开关电路包括同时连接所述MOS管M1源极和所述比较器输入端的采样电阻RSENSE、连接所述采样电阻RSENSE输入端的电感L、连接所述电感L输出端的电容COUT以及连接所述采样电阻RSENSE输出端和所述电容COUT输出端的二极管D1，所述电容COUT与LED灯并联；所述调光电路的等效开关频率为20KHZ～100KHZ之间。
所述抑制音频噪声的LED调光电路还包括整流电路、连接该整流电路的滤波电路以及连接所述滤波电路的充电电路；所述整流电路由整流桥构成，所述整流桥中，二极管D4的输出端连接二极管D2的输入端，二极管D5的输出端连接二极管D3的输入端；滤波电路中电容CIN的输入端连接整流电路中二极管D2的输出端和二极管D3的输出端，电容CIN的输出端连接二极管D4和二极管D5的输入端；所述充电电路有电阻RSTART和电容CVCC构成，所述电阻RSTART连接电容CIN的输入端和电容CVCC的输入端，所述电容CVCC的输入端连接驱动电路，所述电容CVCC的输出端连接电感L的输入端。
所述抑制音频噪声的LED调光电路还包括过压保护电路和补偿电路，所述过压保护电路通过电阻ROVP连接所述驱动电路和电感L的输入端；所述补偿电路由电阻RBOOT_STRAP和连接所述电阻RBOOT_STRAP输入端的二极管D6构成，所述二极管D6的输入端连接所述电感L的输出端，所述电阻RBOOT_STRAP的输出端连接所述驱动电路。
无调光动作时，也就是LED灯电流为100％时，K1＝1，K2＝0。此时控制电感电流峰值的基准电压为VREF，所以电感电流峰值为：
式中，IPEAK为电感上的峰值电流大小；VREF为基准电压；RSENSE电感电流采样电阻。而LED灯电流等于电感电流的平均值，所以
式中，ILED_without_dimming为无调光动作时的LED灯亮度；IPEAK为电感上的峰值电流大小；VREF为基准电压；RSENSE电感电流采样电阻。
此时开关周期T满足下列公式：
式中，T为开关周期；IPEAK为电感上的峰值电流大小；VLED为LED灯上的压降；VIN为整流桥后的输出电压；L为电感大小。
选取相应的合适参数时，此时开关周期所对应的开关频率一般会大于20kHz，从而使得芯片在无调光动作时，无音频噪声。
DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和T1满足下列公式：
T1＝K1×T (2)
式中，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，T为开关周期。
结合公式(1)和公式(2)，所述LED灯的等效开关周期满足如下公式：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和，VIN为整流后的电压，VLED为LED灯两端的电压，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数。
当芯片有调光动作时，假定此时LED灯电流大小为X％，则我们需要动态地调节制电感电流峰值的基准电压VREF大小，同时在电感电流下降到0A后，人为地插于一段时间，最终使得电感电流的平均值为无调光动作时的X％，公式推导如下：
式中，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数；IPEAK为临界模式中电感的峰值限流；T为100％亮度时，所对应的开关周期；K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数；ILED_with_dimming为调光后的LED灯上的电流大小。
ILED_with_dimming＝X％×ILED_without_dimming (5)
式中，X为调光的程度，比如X＝50时，表示把LED灯电流调为原来的50％；ILED_without_dimming为无调光动作时的LED灯亮度，ILED_with_dimming为调光后的LED灯上的电流大小。
又由于
式中，ILED_without_dimming为无调光动作时的LED灯亮度，IPEAK为临界模式中电感的峰值。
所以，调光模式中，结合公式(4)、公式(5)和公式(6)，LED灯的亮度满足下列公式：
式中，X为调光的程度，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数。
结合公式(3)和公式(7)有：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，X为调光的程度，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，VIN为整流桥后的电压，VLED为LED灯两端的电压；结合等效开关频率的范围和公式(8)有：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，X为调光的程度，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，VIN为整流桥后的电压，VLED为LED灯两端的电压。
本实施例中，调光后的开关周期和无调光动作时的周期一致，且开关频率一直保持在20KHZ～100KHZ之间，使得调光过程中没有噪音。
图4为恒流LED驱动芯片DCM调光模式的电感电流波形图，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和，调光插入时间满足公式：
Tdimming＝K2×T1
式中，Tdimming为插入的时间，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和。
结合图1，所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接到所述电阻R3和电阻R2之间，所述比较器的反向输入端连接电阻R3的输入端。此时，K1＞1，K1满足下述公式：
式中，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，R1、R2和R3为分压电阻。
结合图1，所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接到所述电阻R3和电阻R2之间，所述比较器的反向输入端连接电阻R1的输入端。此时，0＜K1＜1，K1满足下述公式：
式中，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，R1和R2为分压电阻。
结合图2，逻辑电路分别通过开关S1和开关S2连接比较器的输入端，所述开关S1和开关S2串联，所述比较器的输入端通过电容C接地，开关S2接地。为了实现K2比例系数，可以在每一个周期的上升沿立刻，使能一路充电电流Icharge给电容充电，电容的初始电压设置为1.5V，在检测到电感退磁结束之前，该充电电流Icharge一直给电容充电。当检测到电感退磁结束后，给电容C充电的充电支路断开，同时使能一路放电电流给电容C放电，放电电流大小为Idischarge。通过控制充电电流Icharge和放电电流Idischarge的比例大小来最终实现比例系数K2。
比例系数K2的推导过程如下：
假定充电阶段电容C上的电压变化量为ΔV，并且通过比较器监测使得放电阶段电容上的电压变化量同样为ΔV，所以有：
C×ΔV＝Icharge×T
C×ΔV＝Idischarge×K2×T
所以有：
式中，C为被充放电的电容大小；ΔV为电容上充电和放电时的电压变化量；Icharge为充电电流大小；Idischarge为放电电流大小；K2为充电电流与放电电流之比；T为充电时间大小。
结合图1和图5，所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极和逻辑电路，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接选择器，该选择器的输入端通过连接电阻R1到R3之间不同的点得到不同的输入电压；逻辑电路的输出端连接MOS管M1的栅极，逻辑电路的输入端还连接退磁检测模块。所述选择器根据调光信息的改变选择不同的基准电压，并将所选的基准电压加到所述比较器的输入端。所述退磁检测模块在退磁结束后根据调光信息的变化插入不同的等待时间，所述逻辑电路根据等待时间的变化控制MOS管M2的工作状态。
LED灯的四段调光中各段LED电流大小见表1：
| LED电流大小 | 比例系数K1 | 比例系数K2 | 调光后的周期 |
| 100％ | 1 | 0 | T |
| 50％ | 2/3 | 1/3 | (8/9)*T |
| 25％ | 1/2 | 1 | T |
| 11.1％ | 1/3 | 2 | T |
从上述表中数据可以看出，调光后的开关周期频率基本和无调光动作时的周期T一致。从而避免了调光动作所引入音频噪声的问题。在实际应用中，无调光动作时的周期T所对应的开关频率在40kHz～80kHz范围内。所以在上述的四段调光过程中，开关频率能始终保持在20kHz以上，最终能有效地避免音频噪声的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种抑制音频噪声的LED调光电路，包括驱动电路和开关电路，其特征在于：所述驱动电路包括退磁检测模块、连接所述退磁检测模块的逻辑电路、通过栅极连接所述逻辑电路的MOS管M1以及通过输出端连接所述逻辑电路输入端的比较器；所述开关电路包括同时连接所述MOS管M1源极和所述比较器输入端的采样电阻RSENSE、连接所述采样电阻RSENSE输入端的电感L、连接所述电感L输出端的电容COUT以及连接所述采样电阻RSENSE输出端和所述电容COUT输出端的二极管D1，所述电容COUT与LED灯并联；所述调光电路的等效开关频率为20KHZ～100KHZ之间，所述LED灯的等效开关周期满足如下公式：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，T1为DCM调光模式中电感电流上升时间和下降时间之和，VIN为整流后的电压，VLED为LED灯两端的电压，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数；调光模式中，LED灯的亮度满足下列公式：
式中，X为调光的程度，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，K2为DCM调光模式中所插入调光周期的比例系数；结合公式(1)和公式(2)有：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，X为调光的程度，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，VIN为整流桥后的电压，VLED为LED灯两端的电压；结合等效开关频率的范围和公式(3)有：
式中，Teffective为采用DCM调光模式后的等效开关周期大小，K1为DCM调光模式中设定峰值限流值的比例系数，X为调光的程度，IPEAK为临界模式中电感的峰值，L为电感大小，VIN为整流桥后的电压，VLED为LED灯两端的电压。
2.根据权利要求1所述的抑制音频噪声的LED调光电路，其特征在于：所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接到所述电阻R3和电阻R2之间，所述比较器的反向输入端连接电阻R3的输入端。
3.根据权利要求1所述的抑制音频噪声的LED调光电路，其特征在于：所述比较器的输出端连接MOS管M2的栅极，该MOS管M2的源极和电阻R3、电阻R2和电阻R1依次串联后接地，所述比较器的输入端连接到所述电阻R3和电阻R2之间，所述比较器的反向输入端连接电阻R1的输入端。
4.根据权利要求2或3所述的抑制音频噪声的LED调光电路，其特征在于：逻辑电路分别通过开关S1和开关S2连接比较器的输入端，所述开关S1和开关S2串联，所述比较器的输入端通过电容C接地，开关S2接地。
5.根据权利要求4所述的抑制音频噪声的LED调光电路，其特征在于：还包括整流电路、连接该整流电路的滤波电路以及连接所述滤波电路的充电电路；所述整流电路由整流桥构成，所述整流桥中，二极管D4的输出端连接二极管D2的输入端，二极管D5的输出端连接二极管D3的输入端；滤波电路中电容CIN的输入端连接整流电路中二极管D2的输出端和二极管D3的输出端，电容CIN的输出端连接二极管D4和二极管D5的输入端；所述充电电路有电阻RSTART和电容CVCC构成，所述电阻RSTART连接电容CIN的输入端和电容CVCC的输入端，所述电容CVCC的输入端连接驱动电路，所述电容CVCC的输出端连接电感L的输入端。
6.根据权利要求5所述的抑制音频噪声的LED调光电路，其特征在于：还包括过压保护电路和补偿电路，所述过压保护电路通过电阻ROVP连接所述驱动电路和电感L的输入端；所述补偿电路由电阻RBOOT_STRAP和连接所述电阻RBOOT_STRAP输入端的二极管D6构成，所述二极管D6的输入端连接所述电感L的输出端，所述电阻RBOOT_STRAP的输出端连接所述驱动电路。
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