CN108366457A - 电流可调的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流可调的LED驱动电路，市电经变压器降压输出给整流滤波单元，整流滤波单元输出给LED灯组供电，LED灯组负极依次连接MOS管Q4、采样电阻R6和反馈比较单元，实现LED驱动电路的恒流，反馈比较单元输出到PWM发生单元，PWM发生单元输出PWM波形信号到驱动单元，驱动单元提高驱动MOS管Q4的开关动作响应速度，PWM发生单元中控制器对串口来的外部电流调节命令进行处理，调整PWM发生单元输出PWM信号的频率实现LED灯组电流大小的调节。可以实现电流从无到设置最大值的范围内调节，提供的驱动单元电路能有效的加速MOS管关断时间、削减MOS管栅极波形的尖峰与毛刺，这样极大地提高了LED驱动电路的效率与稳定性。

Description

电流可调的LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种LED驱动技术，特别涉及一种电流可调的LED驱动电路。

背景技术

LED灯常用作液晶显示器的背光设计，在实际应用中由于需要对显示器的亮度进行调节，所以需要能够对电流进行调节的LED驱动电路。目前，各种LED驱动芯片被广泛使用，LED驱动芯片驱动电路存在一个缺点就是不能调节到很低的电流，对于一些显示要求很高的显示器要求来说有时会要求能实现很低的亮度，这就需要将LED驱动电路的电流调节到很低，本发明提出一种采用线性恒流反馈电路的方式来实现LED的驱动，对于线性恒流反馈电路，需要使用PWM来驱动MOS管开关实现恒流，在实际应用中往往会由于外部电源的干扰或者器件参数的影响使MOS管前级驱动波形出现尖峰与毛刺，并且如果使用的MOS管响应速度不是很好，PWM直接驱动MOS管会由于MOS关断速度慢影响驱动电路的效率，这种影响在使用高频PWM驱动MOS管的情况下更明显。在使用高频PWM驱动MOS管的时候，如果MOS管不能及时关断还会影响电路的稳定性，流过驱动电路的电流可能会波动较大，造成LED出现闪烁现象。

发明内容

本发明是针对电流可调的LED驱动存在的问题，提出了一种电流可调的LED驱动电路，电流能从无到设置最大可调的LED驱动电路，通过对MOS管前级驱动电路进行创新，加速MOS管关断时间，以及削减MOS管栅极驱动波形的尖峰与毛刺提高电路的效率。

本发明的技术方案为：一种电流可调的LED驱动电路，包括变压器、整流滤波单元、LED灯组、MOS管Q4、驱动单元、反馈比较单元和PWM发生单元，市电经变压器降压输出给整流滤波单元，整流滤波单元输出直流电源接LED灯组正极，给LED灯组供电，LED灯组由多个LED灯串并联而成，LED灯组负极连接MOS管Q4漏极，MOS管Q4源极通过采样电阻R6接反馈比较单元，MOS管Q4、采样电阻R6和反馈比较单元组成线性恒流反馈电路，实现LED驱动电路的恒流，反馈比较单元输出到PWM发生单元，PWM发生单元输出PWM波形信号到驱动单元，驱动单元提高PWM波形信号驱动MOS管Q4的开关动作响应速度，PWM发生单元中控制器对串口输入的外部电流调节命令进行处理，调整PWM发生单元输出PWM信号的频率实现LED灯组电流大小的调节。

所述PWM发生单元包括串口、控制器、晶体管Q1、电阻R1和电阻R2，反馈比较单元包括基准电源、运放U1和电阻R3、R4、R5，串口接收外部电流调节命令输出给控制器，控制器输出波形PWM_1串联电阻R1接晶体管Q1基极，晶体管Q1发射极接地，晶体管Q1集电极反向PWM_1成PWM_2到驱动单元，同时通过电阻R2接反馈比较单元的运放U1输出端，驱动单元输出接MOS管Q4栅极，MOS管Q4漏极连接LED灯组负极，LED灯组正极连接LED供电电源，MOS管源极连接采样电阻R6，采样电阻R6将流过LED灯组的电流转换为电压输出接反馈比较单元中运放U1的反向输入端，基准电源与地之间串联电阻R3和R4构成分压网络，运放U1的正向输入端接电阻R3和R4连接点，运放U1通过比较正反向输入端的电压调整给PWM发生单元的输出电压从而使LED灯组工作在恒流状态。

所述驱动单元包括晶体管Q2、Q3，电阻R7、R8、R9、R10，二极管D1、D2与电容C1、C2；电阻R7与电容C1并联，晶体管Q2基极连接电阻R7一端，其集电极接地，发射极连接电阻R10一端，电阻R7另一端连接晶体管Q1的集电极与二极管D1的正极，电阻R10的另一端连接二极管D2的正极与晶体管Q3的基极，二极管D2负极连接二极管D1的负极与电阻R8的一端，电阻R8另一端与MOS管Q4的栅极以及晶体管Q3的发射极相连接，二极管D1与D2的正极分别接电容C2两端,晶体管Q3的集电极接地，电阻R9作MOS管Q4栅极下拉电阻，其一端连接MOS管Q4的栅极，另一端接到到地。

本发明的有益效果在于：本发明电流可调的LED驱动电路，可以实现电流从无到设置最大值的范围内调节，这种调节是可以精细控制的，用户可以随时进行调整，实际应用起来很方便，同时，本发明提供的驱动单元电路能有效的加速MOS管关断时间、削减MOS管栅极波形的尖峰与毛刺，这样极大地提高了LED驱动电路的效率与稳定性。

附图说明

图1为本发明电流可调的LED驱动电路示意图；

图2为未加本发明驱动单元和加本发明驱动单元后的MOS管栅极波比较图。

具体实施方式

如图1所示电流可调的LED驱动电路示意图，包括变压器1、整流滤波单元2、LED灯组3、MOS管Q4、驱动单元4、反馈比较单元5和PWM发生单元6，市电经变压器1降压输出给整流滤波单元2，整流滤波单元输出直流电源接LED灯组3正极，给LED灯组3供电，LED灯组3由多个LED灯串并联而成，LED灯组3负极连接MOS管Q4漏极，MOS管Q4源极通过采样电阻R6接反馈比较单元5，MOS管Q4、采样电阻R6和反馈比较单元5组成线性恒流反馈电路，实现LED驱动电路的恒流，反馈比较单元5输出到PWM发生单元，PWM发生单元输出PWM_2波形信号到驱动单元4，驱动单元4提高PWM_2驱动MOS管Q4的开关动作响应速度。

PWM发生单元6包括串口、控制器、晶体管Q1、电阻R1和电阻R2，反馈比较单元5包括基准电源、运放U1和电阻R3、R4、R5，串口接收外部电流调节命令输出给控制器，控制器输出波形PWM_1串联电阻R1接晶体管Q1基极，晶体管Q1发射极接地，晶体管Q1集电极反向PWM1成PWM_2到驱动单元4，同时通过电阻R2接反馈比较单元5的运放U1输出端，驱动单元4输出接MOS管Q4栅极，MOS管Q4漏极连接LED灯组负极，LED灯组正极连接LED供电电源，MOS管源极连接采样电阻R6，采样电阻R6将流过LED灯组的电流转换为电压输出接反馈比较单元5中运放U1的反向输入端，基准电源与地之间串联电阻R3和R4构成分压网络，运放U1的正向输入端接电阻R3和R4连接点，运放U1通过比较正反向输入端的电压调整给PWM发生单元6的输出电压从而使LED灯组3工作在恒流状态，控制器对串口来的外部电流调节命令进行处理，调整PWM发生单元6输出PWM信号的频率实现LED灯组电流大小的调节。

驱动单元4包括晶体管Q2、Q3，电阻R7、R8、R9、R10，二极管D1、D2与电容C1、C2；电阻R7与电容C1并联，晶体管Q2基极连接电阻R7一端，其集电极接地，发射极连接电阻R10一端，电阻R7另一端连接晶体管Q1的集电极与二极管D1的正极，电阻R10的另一端连接二极管D2的正极与晶体管Q3的基极，二极管D2负极连接二极管D1的负极与电阻R8的一端，电阻R8另一端与MOS管Q4的栅极以及晶体管Q3的发射极相连接，二极管D1与D2的正极分别接电容C2两端,晶体管Q3的集电极接地，电阻R9作MOS管Q4栅极下拉电阻，其一端连接MOS管Q4的栅极，另一端接到到地；MOS管Q4的漏极与源极间并联电容C3。

晶体管Q1使用NPN型高速晶体管，晶体管Q2、Q3使用PNP型高速晶体管，电阻R2、R3、R4、R8使用精度不低于1％的薄膜电阻，采样电阻R6使用精度不低于0.5％的功率电阻。

反馈比较单元5、MOS管Q4、采样电阻R6组成线性恒流反馈电路实现LED驱动电路的恒流，运放正向输入端将电阻R3、R4分压基准电源的电压与反向输入端采集的反馈电压作比较，基于运放虚短特性其正反向输入端等电位，所以从采样电阻R6上采集到的电压值等于电阻R3、R4分压基准电源的电压。电阻R3、R4的阻值比例确定了流过LED灯组的电流的最大值，控制器通过改变输出PWM_1的占空比控制MOS管Q4开关的频率，从而实现电流调节的功能。

如果输出的PWM_1为高电平，晶体管Q1打开电流经Q1发射极流向地，输出到驱动单元4PWM_2为低电平，MOS管Q4无法被打开，从而LED灯组无电流流过，如果输出的PWM_1为低电平则输出到驱动单元4PWM_2为高电平，MOS管Q4一直处于打开的状态，LED灯组流过的电流处于最大值，其为运放U1正向输入端的电压值除以采样电阻R6的阻值，所以控制PWM_1输出的占空比就能使LED流过的电流在0至最大电流值范围内变化。由于PWM_1是使用控制器输出的，所以可以对PWM_1进行精细控制从而实现对LED驱动电路流过的电流进行精细调节，设置的串口通过向控制器发送命令的形式控制LED驱动电路实现电流调节，这样使用人员就可以很方便的实时调节LED驱动电路的电流。

由PWM发生单元6输出的PWM_2在上升沿时经二极管D1整流后给MOS管4栅极与源极电容Cgs充电，MOS管Q4导通，此时，由于电容C2和二极管D2的作用，晶体管Q3的基极与集电极电位相同，晶体管Q3无法打开被截止，同时，电容C1在PWM_2上升沿的时候可以加速截止Q2，电阻R8为晶体管提供偏置电压，稳定晶体管Q3。

当PWM_2反向处于下降沿时，由于二极管的单向导通特性，PWM_2经二极管D1到MOS管Q4的路径被切断。此时，反向电压使晶体管Q2快速导通，晶体管Q2的导通使得晶体管Q3能够导通，由于晶体管D2的作用，MOS管Q4栅极与源极间积聚的电荷没有回路进行泄放，只能通过晶体管Q3进行泄放，由于晶体管Q3导通后集电极和发射极有电流流过，所以其可以吸取大量栅源极电容上的电荷，从而极大的提高MOS管Q4的开关速度。同时由于二极管D1、D2的整流作用，MOS管Q4栅极驱动波形的尖峰被降低、毛刺被滤除，驱动波形更加整洁，波形的有效分量更多，提高了驱动电路的效率。

如图2所示未加本发明驱动单元和加本发明驱动单元后的MOS管栅极波比较图，其中未加驱动单元的MOS管栅极波形存在尖峰较大、毛刺较多的缺点，加过驱动单元的MOS管栅极波形尖峰较小、毛刺较少，波形有效分量值更多，最大的区别是未加驱动单元的MOS管栅极波形的关断速度明显慢于加过驱动单元的MOS管栅极波形，在实际应用过程中我们对于使用的电路测得的数据是为：未加驱动单元的MOS管栅极波形的下降沿关断时间是250ns,加过驱动单元的MOS管栅极波形的下降沿关断时间是150ns,可栅极关断时间减小了100ns。

Claims (3)

1.一种电流可调的LED驱动电路，其特征在于，包括变压器、整流滤波单元、LED灯组、MOS管Q4、驱动单元、反馈比较单元和PWM发生单元，市电经变压器降压输出给整流滤波单元，整流滤波单元输出直流电源接LED灯组正极，给LED灯组供电，LED灯组由多个LED灯串并联而成，LED灯组负极连接MOS管Q4漏极，MOS管Q4源极通过采样电阻R6接反馈比较单元，MOS管Q4、采样电阻R6和反馈比较单元组成线性恒流反馈电路，实现LED驱动电路的恒流，反馈比较单元输出到PWM发生单元，PWM发生单元输出PWM波形信号到驱动单元，驱动单元提高PWM波形信号驱动MOS管Q4的开关动作响应速度，PWM发生单元中控制器对串口输入的外部电流调节命令进行处理，调整PWM发生单元输出PWM信号的频率实现LED灯组电流大小的调节。

2.根据权利要求1所述电流可调的LED驱动电路，其特征在于，所述PWM发生单元包括串口、控制器、晶体管Q1、电阻R1和电阻R2，反馈比较单元包括基准电源、运放U1和电阻R3、R4、R5，串口接收外部电流调节命令输出给控制器，控制器输出波形PWM_1串联电阻R1接晶体管Q1基极，晶体管Q1发射极接地，晶体管Q1集电极反向PWM_1成PWM_2到驱动单元，同时通过电阻R2接反馈比较单元的运放U1输出端，驱动单元输出接MOS管Q4栅极，MOS管Q4漏极连接LED灯组负极，LED灯组正极连接LED供电电源，MOS管源极连接采样电阻R6，采样电阻R6将流过LED灯组的电流转换为电压输出接反馈比较单元中运放U1的反向输入端，基准电源与地之间串联电阻R3和R4构成分压网络，运放U1的正向输入端接电阻R3和R4连接点，运放U1通过比较正反向输入端的电压调整给PWM发生单元的输出电压从而使LED灯组工作在恒流状态。

3.根据权利要求1所述电流可调的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括晶体管Q2、Q3，电阻R7、R8、R9、R10，二极管D1、D2与电容C1、C2；电阻R7与电容C1并联，晶体管Q2基极连接电阻R7一端，其集电极接地，发射极连接电阻R10一端，电阻R7另一端连接晶体管Q1的集电极与二极管D1的正极，电阻R10的另一端连接二极管D2的正极与晶体管Q3的基极，二极管D2负极连接二极管D1的负极与电阻R8的一端，电阻R8另一端与MOS管Q4的栅极以及晶体管Q3的发射极相连接，二极管D1与D2的正极分别接电容C2两端,晶体管Q3的集电极接地，电阻R9作MOS管Q4栅极下拉电阻，其一端连接MOS管Q4的栅极，另一端接到到地。