CN111983418A - 一种led的pn结电压检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED的PN结电压检测系统，涉及电子电路领域，该系统包括LED工作通路、测量恒流源、测量控制开关、差分检测电路和ADC检测电路，测量恒流源的电流远小于所述待测LED的工作电流，测量恒流源的正极连接待LED的阴极、负极通过测量控制开关接地，在每个检测周期的测量时段，测量控制开关闭合并保持LED工作通路断开，ADC检测电路通过差分检测电路检测得到PN结电压，在工作时段LED工作通路正常工作，该系统根据LED的物理特性采用小电流的测量恒流源作为激励源，充分降低了工作电流的变化以及不同的应用环境带来的测量误差，可以在基本不影响LED正常使用的情况下准确测量LED的PN结电压。

Description

一种LED的PN结电压检测系统

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其是一种LED的PN结电压检测系统。

背景技术

近年来汽车内饰灯的应用越来越普遍，人们对车内氛围灯的颜色准确性要求越来越高，而由于发光二极管(LED)在发光时由于灯珠温度的变化会导致灯珠的亮度和颜色色坐标发生变化，导致目标混光颜色发生色偏，从而影响发光颜色准确性、影响整个内饰环境的氛围的渲染。

通过获取LED内部的温度参数可以解决上述温度导致的色偏问题，而本领域技术人员都知道的是，LED的物理特性符合二极管的负温度特性，即LED温度越高，PN结压降就会越低，所以通过测量LED的PN结电压就可以得出LED内部的温度参数，因而如何准确地测量LED的PN结电压就成为了解决上述问题的关键，目前还没有很好的解决方法。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种LED的PN结电压检测系统，本发明的技术方案如下：

一种LED的PN结电压检测系统，该系统包括LED工作通路、测量恒流源、测量控制开关、差分检测电路和ADC检测电路；LED工作通路包括待测LED、工作恒流源、工作控制开关和PWM控制电路，待测LED的阳极连接供电电源、阴极连接工作恒流源的正极，工作恒流源的负极通过工作控制开关接地，PWM控制电路控制工作控制开关的通断；测量恒流源的正极连接待测LED的阴极，测量恒流源的负极通过测量控制开关接地，测量恒流源的电流远小于待测LED的工作电流；

差分检测电路的两个差分输入端分别连接待测LED的阳极和阴极，差分检测电路的输出端连接ADC检测电路；

PN结电压检测系统按周期检测待测LED的PN结电压，每个检测周期内均包括测量时段和工作时段：

在测量时段开始时刻触发测量控制开关闭合并保持工作控制开关断开，ADC检测电路通过差分检测电路检测得到待测LED的PN结电压，直至测量时段的结束时刻时ADC检测电路停止检测并控制测量控制开关断开；

在工作时段的开始时刻，保持测量控制开关断开，PWM控制电路输出PWM波控制工作控制开关的通断，直至工作时段的结束时刻。

其进一步的技术方案为，每个检测周期从开始时刻到结束时刻依次包括测量时段、工作时段以及稳定时段，在稳定时段内保持测量控制开关和工作控制开关均断开，直至稳定时段结束后进入下一个检测周期。

其进一步的技术方案为，系统包括n路LED工作通路，n≥2，各路LED工作通路的结构均相同且连接同一个供电电源，则系统还包括第一多路选择器和第二多路选择器，差分检测电路通过第一多路选择器连接在各路LED工作通路中的待测LED两端，测量恒流源的正极通过第二多路选择器分别连接各路LED工作通路中的待测LED的阴极；

则PN结电压检测系统按照循环检测各路LED工作通路中的待测LED的PN结电压，每个检测循环包括n个检测周期，在每个检测周期的测量时段通过第一多路选择器和第二多路选择器依次选通其中一路LED工作通路并检测LED工作通路中的待测LED的PN结电压，每个检测循环的各个检测周期依次检测各路LED工作通路中的待测LED的PN结电压。

其进一步的技术方案为，在每个检测周期的工作时段内，n路LED工作通路中的PWM控制电路采用相位调节方式错位驱动对应的待测LED。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种LED的PN结电压检测系统，该系统根据LED的物理特性采用小电流的测量恒流源作为激励源，充分降低了工作电流的变化以及不同的应用环境带来的测量误差，可以在基本不影响LED正常使用的情况下准确测量LED的PN结电压。

另外，该系统在每个检测周期设置稳定时段，从而使得测量时段可以避开电源负载变化的时间区域采集LED PN结电压，避免由于负载变化带来的电源扰动，进一步提高PN结电压测量的准确性。

该系统还可以针对多LED进行采集，且对多个LED控制采用负载均衡策略避免对供电电源造成冲击而影响LED PN结电压采集的精度，进一步提高PN结电压测量的准确性。

附图说明

图1是本申请公开的PN结电压检测系统的一种电路结构图。

图2是图1所示电路结构的工作时序示意图。

图3是本申请公开的PN结电压检测系统的另一种电路结构图。

图4是图3所示电路结构的工作时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种LED的PN结电压检测系统，请参考图1，该系统包括LED工作通路、测量恒流源I_T、测量控制开关K_T、差分检测电路和ADC检测电路。LED工作通路包括待测LED、工作恒流源I_C、工作控制开关K_C和PWM控制电路，待测LED的阳极连接供电电源VCC、阴极连接工作恒流源I_C的正极，工作恒流源I_C的负极通过工作控制开关K_C接地，PWM控制电路控制工作控制开关K_C的通断，PWM控制电路可以采用现有常规的任意可以产生PWM波的电路，本申请对其具体电路结构不做限定。

测量恒流源I_T的正极连接待测LED的阴极，测量恒流源I_T的负极通过测量控制开关K_T接地，测量恒流源I_T的电流远小于待测LED的工作电流，比如LED的工作电流通常在30mA，则测量恒流源I_T的电流通常可以选用1mA或2mA左右。

差分检测电路的两个差分输入端分别连接待测LED的阳极和阴极，差分检测电路的输出端连接ADC检测电路。同时ADC检测电路的工作状态与测量控制开关K_T的工作状态相关，ADC检测电路开始检测或停止检测时会触发测量控制开关K_T的状态变更。

该PN结电压检测系统按周期检测待测LED的PN结电压，每个检测周期内均包括测量时段T0和工作时段T1，如图2所示，Period0和Period1分别为两个检测周期，该系统在每个检测周期内的工作过程相同，因此本申请以其中一个检测周期为例：

在测量时段T0开始时刻触发测量控制开关K_T闭合接通测量恒流源I_T，并保持工作控制开关K_C断开，ADC检测电路通过差分检测电路检测得到待测LED的PN结电压。在测量时段T0过程中，禁止工作控制开关K_C闭合，也即禁止工作恒流源I_C接通，避免LED主电流对PN结电压的测量结果的影响。直至测量时段T0的结束时刻时ADC检测电路停止检测并控制测量控制开关K_T断开以关闭测量恒流源I_T。

在工作时段T1的开始时刻，保持测量控制开关K_T断开，PWM控制电路输出PWM波控制工作控制开关K_C的通断，PWM控制电路可以根据自身的PWM调相功能调节PWM波的占空比从而实现对待测LED的亮度控制，直至工作时段T1的结束时刻。

在每个检测周期中，测量时段T0的时长通常小于工作时段T1，具体的时长配置可以根据需要自定义，该系统可以在基本不影响待测LED的正常使用的情况下测量PN结电压，而且在每个检测周期开始时刻，可以先进入测量时段T0再进入工作时段T1，也可以先进入工作时段T1、再进入测量时段T0。

进一步的，本申请设定在每个检测周期中先进入测量时段T0再进入工作时段T1，也即检测周期的开始时刻即为测量时段T0的开始时刻，测量时段T0的结束时刻即为工作时段T1的开始时刻。除此之外，每个检测周期还包括稳定时段T2，稳定时段T2的开始时刻即为工作时段T1的结束时刻，稳定时段T2的结束时刻即为该检测周期的结束时刻，同时也可以作为下一个检测周期的开始时刻，则每个检测周期从开始时刻到结束时刻依次包括测量时段T0、工作时段T1以及稳定时段T2，如图2所示。稳定时段T2的时长也通常小于工作时段T1，稳定时段T2的时长与测量时段T0的时长没有特定的大小关系，三个时段的时长可以根据实际需要自定义配置。在稳定时段T2内保持测量控制开关K_T和工作控制开关K_C均断开，此时待测LED处于无电流状态，给工作恒流源I_C留出稳定时间为下一个检测周期的PN结测量一个稳态环境，直至稳定时段T2结束后进入下一个检测周期后，下一个检测周期开始的测量时段T0会在一个稳态环境中测量PN结电压，避免因为负载的变动对PN结电压测量造成的测量误差。

图1和2示出了该系统单路检测情况的结构和时序图，该系统还可以兼容多路检测，则如图3所示，该系统包括n路LED工作通路，n≥2，各路LED工作通路的结构均相同且连接同一个供电电源VCC，如图3所示，LED₁、I_C1、K_C1和PWM控制电路1构成第一条LED工作通路，LED₂、I_C2、K_C2和PWM控制电路2构成第二条LED工作通路……LED_n、I_Cn、K_Cn和PWM控制电路n构成第n条LED工作通路，其他以此类推。则该系统还包括第一多路选择器和第二多路选择器，差分检测电路通过第一多路选择器连接在各路LED工作通路中的待测LED两端，具体的连接方式可以是：差分检测电路的一个差分输入端连接供电电源VCC也即连接各路LED工作通路中的待测LED的阳极，差分检测电路的另一个差分输入端连接第一多路选择器的输出端，第一多路选择器的各个输入端分别连接各路LED工作通路中的待测LED的阴极，当第一多路选择器选通不同的输入端时，差分检测电路连接至不同LED工作通路中的待测LED的两端。

测量恒流源I_T的正极通过第二多路选择器分别连接各路LED工作通路中的待测LED的阴极，也即第二多路选择器的各个输入端分别连接各路LED工作通路中的待测LED的阴极，第二多路选择器的输出端连接测量恒流源I_T的正极，当第二多路选择器选通不同的输入端时，测量恒流源I_T连接至不同LED工作通路中的待测LED的阴极。

则该PN结电压检测系统按照循环检测各路LED工作通路中的待测LED的PN结电压，每个检测循环包括n个检测周期，每个检测周期分别对应一路LED工作通路，也即在每个检测周期，通过第一多路选择器和第二多路选择器选通其中一路LED工作通路，两个多路选择器选通同一路LED工作通路，然后在该检测周期的测量时段T0，保持该路LED工作通路中的工作控制开关K_C断开，触发测量控制开关K_T闭合接通测量恒流源I_T测量该路LED工作通路中的待测LED的PN结电压。在该检测周期的工作时段T1，保持测量控制开关K_T断开，各路LED工作通路中的PWM控制电路分别独立控制各自所在通路中的对应的待测LED，直至工作时段T1的结束时刻。当配置有稳定时段T2时，测量控制开关K_T和各路LED工作通路中工作控制开关K_C均断开。每个检测循环的各个检测周期依次选通各路LED工作通路并检测各路LED工作通路中的待测LED的PN结电压。

进一步的，当包含多个待测LED时，本申请采用负载均衡策略，也即在每个检测周期的工作时段内，n路LED工作通路中的PWM控制电路采用相位调节方式错位驱动对应的待测LED，这种驱动方式可以减小瞬态负载，减小周期内瞬态电流的变化幅度，以减少对供电电源VCC造成的冲击，避免因此而影响PN结电压采集的精度。

比如在一个实际的例子中，以n＝3为例，该系统中包括三路LED工作通路，三路LED工作通路中依次包括LED₀(R通道)、LED₁(G通道)、LED₂(B通道)，则该系统的时序效果图如图4所示，Period表示检测周期，图4示出了一个检测循环包括的三个检测周期Period0、Period1、Period2的时序示意图。其检测过程为，首先选通LED₀所在通路，当Period0开始时刻在T0时段采集LED₀的PN结电压，采集完成后切换至选通LED₁所在通路并进入Period0的T1时段，在T1时段内三路LED工作通路中的PWM控制电路采用相位调节方式错位分别驱动三个LED，如图4示出了T1时段内三个LED的驱动过程的错位示意图，在T2时段内关闭所有通路使供电电源回归稳态。当Period0结束时开始Period1，当Period1开始时刻在T0时段采集LED₁的PN结电压，采集完成后切换至选通LED₂并进入Period1的T1时段，在T1时段内三路LED工作通路中的PWM控制电路采用相位调节方式错位分别驱动三个LED，在T2时段内关闭所有通路使供电电源回归稳态。当Period1结束时开始Period2，当Period2开始时刻在T0时段采集LED₂的PN结电压，采集完成后重新切换至选通LED₀并进入Period2的T1时段，在T1时段内三路LED工作通路中的PWM控制电路采用相位调节方式错位分别驱动三个LED，在T2时段内关闭所有通路使供电电源回归稳态，然后结束当前检测循环，进入下一次检测循环重复执行上述过程。

在每一个检测周期的T1时段，假设每路PWM波的占空比都为50％，每个LED的工作电流为30mA，若采用常规驱动方式，三个PWM波同相位驱动，则当三个PWM波为高电平，三个LED均在各自的PWM波控制下同时工作，此时电路总电流为90mA，三个PWM波变为低电平后，三个LED均停止工作，此时电路总电流变为0mA，电流在0mA和90mA之间变化、变化幅度较大，对VCC的冲击很大。而在采用本申请的错位驱动方式时，仅以图4所示的驱动过程为例，在T1时段开始的第一阶段，LED₀的PWM波为高电平，而LED₁和LED₂的PWM波均为低电平，此时电路中仅有LED₀工作、总电流为30mA；到了第二阶段，LED₀的PWM波仍为高电平、LED₁的PWM波也变为高电平，LED₂的PWM波仍为低电平，此时电路中LED₀和LED₁同时工作、总电流为60mA；到了第三阶段，LED₀的PWM波变为低电平，LED₁的PWM波仍然为高电平，LED₂的PWM波仍然为低电平，此时电路中仅有LED₁工作、总电流为30mA；到了第四阶段，LED₀的PWM波仍然为低电平，LED₁的PWM波仍然为高电平，LED₂的PWM波也变为高电平，此时电路中LED₁和LED₂同时工作、总电流为60mA；到了第五阶段，LED₀的PWM波仍然为低电平，LED₁的PWM波重新变为低电平，LED₂的PWM波仍然为高电平，此时电路中仅有LED₂工作、总电流为30mA，因此电路电流在30mA和60mA之间变化、变化幅度较小，电路中的总电流较为均衡，可以减少对供电电源VCC造成的冲击。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED的PN结电压检测系统，其特征在于，所述系统包括LED工作通路、测量恒流源、测量控制开关、差分检测电路和ADC检测电路；所述LED工作通路包括待测LED、工作恒流源、工作控制开关和PWM控制电路，所述待测LED的阳极连接供电电源、阴极连接所述工作恒流源的正极，所述工作恒流源的负极通过所述工作控制开关接地，所述PWM控制电路控制所述工作控制开关的通断；所述测量恒流源的正极连接所述待测LED的阴极，所述测量恒流源的负极通过所述测量控制开关接地，所述测量恒流源的电流远小于所述待测LED的工作电流；

所述差分检测电路的两个差分输入端分别连接所述待测LED的阳极和阴极，所述差分检测电路的输出端连接所述ADC检测电路；

所述PN结电压检测系统按周期检测所述待测LED的PN结电压，每个检测周期内均包括测量时段和工作时段：

在所述测量时段开始时刻触发所述测量控制开关闭合并保持所述工作控制开关断开，所述ADC检测电路通过所述差分检测电路检测得到所述待测LED的PN结电压，直至所述测量时段的结束时刻时所述ADC检测电路停止检测并控制所述测量控制开关断开；

在所述工作时段的开始时刻，保持所述测量控制开关断开，所述PWM控制电路输出PWM波控制所述工作控制开关的通断，直至所述工作时段的结束时刻。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述检测周期从开始时刻到结束时刻依次包括所述测量时段、所述工作时段以及稳定时段，在所述稳定时段内保持所述测量控制开关和所述工作控制开关均断开，直至所述稳定时段结束后进入下一个检测周期。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统包括n路所述LED工作通路，n≥2，各路LED工作通路的结构均相同且连接同一个所述供电电源，则所述系统还包括第一多路选择器和第二多路选择器，所述差分检测电路通过所述第一多路选择器连接在各路LED工作通路中的待测LED两端，所述测量恒流源的正极通过所述第二多路选择器分别连接各路LED工作通路中的待测LED的阴极；

则所述PN结电压检测系统按照循环检测各路LED工作通路中的待测LED的PN结电压，每个检测循环包括n个检测周期，在每个检测周期的测量时段通过所述第一多路选择器和第二多路选择器依次选通其中一路LED工作通路并检测所述LED工作通路中的待测LED的PN结电压，每个检测循环的各个检测周期依次检测各路LED工作通路中的待测LED的PN结电压。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在每个检测周期的工作时段内，n路LED工作通路中的PWM控制电路采用相位调节方式错位驱动对应的待测LED。

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