CN113597053B - Led驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种LED驱动电路，包括模拟驱动器、电源输出电路，以及连接在模拟驱动器和电源输出电路之间的控制电路，电源输出电路包括多个电源输出支路，各个电源输出支路分别用于输出不同的电压信号，控制电路包括两个输入端，其中一个输入端与模拟驱动器连接，另一输入端与各个电源输出支路连接，控制电路的输出端用于连接负载，控制电路的两个输入端分别用于接收模拟驱动器的驱动信号和各个电源输出支路输出的电压信号，并确定与所述驱动信号大小匹配的目标电压信号，并将该目标电压信号对应的电源输出支路作为当前的工作电路。本设计限制了该LED驱动电路的最大电压，从而大大提高了效率，为通信、照明兼顾的LED系统设计提供了可能。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及LED驱动电路。

背景技术

现有的高速LED驱动(也就是电-光调制)分为线性驱动和开关驱动两种。开关驱动，即在开关状态下的MOS管/BJT管控制灯珠上瞬时电压，或者控制灯珠-电阻串的瞬时电压。典型的例子是在数字IO输出口连接LED，这种电路的缺点是只有开启和关闭两种状态，很难实现精确的电压电流控制，并且一个驱动+一颗灯珠只能携带一个比特的信息，无法做高阶调制和模拟调制。

线性驱动一般使用在线性状态的晶体管/放大器精确控制LED的电压/电流。经典例子是使用射频功放或者推挽电路驱动。缺点是效率低下，发热大。除此之外，这种电路在大功率时容易遇到非线性失真，这种情况下只能提高电源电压，导致效率进一步降低、发热进一步加大，功耗升高和可靠性降低。

发明内容

鉴于上述状况，有必要针对现有技术中的LED驱动电路无法实现精确的电压电流控制以及高驱动效率的问题，提供一种LED驱动电路。

一种LED驱动电路，包括模拟驱动器、电源输出电路，以及连接在所述模拟驱动器和所述电源输出电路之间的控制电路，所述电源输出电路包括多个电源输出支路，各个所述电源输出支路分别用于输出不同的电压信号，所述控制电路包括两个输入端，其中一个输入端与所述模拟驱动器连接，另一输入端与各个所述电源输出支路连接，所述控制电路的输出端用于连接负载，所述控制电路的两个输入端分别用于接收所述模拟驱动器的驱动信号和各个所述电源输出支路输出的电压信号，并确定与所述驱动信号大小匹配的目标电压信号，并将该目标电压信号对应的电源输出支路作为当前的工作电路。

进一步的，上述LED驱动电路，其中，所述控制电路包括串联连接的多个控制器件，多个所述控制器件与多个电源输出支路一一对应，所述控制器件包括第一输入端、第二输入端和输出端，每个所述控制器件的第一输入端均连接所述模拟驱动器的输出端，每个所述控制器件的第二输入端连接一所述电源输出支路，且所述控制器件与所述电源输出支路的连接节点与上一所述控制器件的输出端连接，沿着所述控制电路的电流流向方向上，各个所述电源输出支路的输出电压依次减小，其中，

当当前控制器件的第一输入端的电压大于或等于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压时，所述控制器件完全导通；

当所述当前控制器件的第一输入端的电压小于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压，且小于其输出端连接的电源输出支路输出的电压时，所述当前控制器件断开；

当所述当前控制器件的第一输入端的电压小于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压，且大于或等于其输出端连接的电源输出支路输出的电压时，所述当前控制器件为线性状态，此时所述当前控制器件连接的电源输出支路输出电流。

进一步的，上述LED驱动电路，其中，所述控制器件为晶体管或者由多个晶体管组成的复合晶体管。

进一步的，上述LED驱动电路，其中，所述控制器件采用NPN型三极管，所述控制器件的第一输入端、第二输入端和输出端分别为三极管的基极、集电极和发射极。

进一步的，上述LED驱动电路，其中，所述电源输出支路包括一单向导电器件，所述单向导电器件的正极与电源连接，负极与所述控制电路连接。

进一步的，上述LED驱动电路，其中，单向导电器件采用肖特基二极管。

进一步的，上述LED驱动电路，还包括连接在所述模拟驱动器与所述控制电路之间的数模转换器和放大器。

进一步的，上述LED驱动电路，还包括电源模块，各个所述电源输出支路与所述电源模块连接。

进一步的，上述LED驱动电路，其中，电源模块为一多输出的开关电源，所述开关电源的各个输出端分别与各个所述电源输出支路连接；

或者，所述电源模块为多个独立的开关电源的组合，各个所述开关电源分别与各个所述电源输出支路连接。

本发明中的LED区段电路包括模拟驱动器和控制电路，以及多个电源输出支路，各个电源输出支路分别输出不同的电压信号，通过控制电路接收模拟驱动器输出的驱动信号和各个电源输出支路输出的电压信号，实现高阶调制和模拟调制。并且，比较该驱动信号和各个电压信号，以确定与该驱动信号匹配的电压信号，通过该匹配的电压信号对应的电源输出支路输出电流，即通过控制电路分配各个电源输出支路输瞬间供给负载的电流。本设计限制了该LED驱动电路的最大电压，从而大大提高了效率，为通信、照明兼顾的LED系统设计提供了可能。

附图说明

图1为本发明实施例中的LED驱动电路的结构框图；

图2为本发明实施例中LED驱动电路的结构示意图。

主要元件符号说明

模拟驱动器10电源输出电路20控制电路30电源输出支路21负载40三极管Q1，Q2，Q3，Q4单向导电器件D1

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本发明实施例中的LED驱动电路，包括模拟驱动器10、电源输出电路20，以及连接在模拟驱动器10和电源输出电路20之间的控制电路30。该电源输出电路20包括多个电源输出支路21，各个电源输出支路21分别用于输出不同的电压信号。该控制电路30包括两个输入端，其中一个输入端与模拟驱动器10连接，另一输入端与各个电源输出支路21连接。该控制电路30的输出端用于连接负载，该负载例如为LED，其可以是单只LED或者多只LED与电阻的串并联结构。

该模拟驱动器10输出的驱动信号可以为电压信号，该模拟驱动器根据用户的调制信号输出不同的驱动信号，以控制负载中输入的电压和电流。具体实施时，该模拟驱动器10输出的驱动信号可以通过数模转换器转换，以及放大器放大后输出至控制电路30。

该控制电路30的用于接收模拟驱动器10的驱动信号和各个电源输出支路21输出的电压信号，并确定与驱动信号大小匹配的目标电压信号，并将该目标电压信号对应的电源输出支路21作为负载的电流输出电路。

可以理解的，各个电源输出支路21的数量与该模拟驱动器10设置的驱动信号的数量对应，各个电源输出支路21的输出电压的大小根据模拟驱动器10输出的各个驱动信号的大小来确定。

进一步的，该LED驱动电路还包括电源模块，各个电源输出支路与所述电源模块连接。电源模块为一多输出的开关电源，开关电源的各个输出端分别与各个电源输出支路连接；或者，该电源模块为多个独立的开关电源的组合，各个开关电源分别与各个电源输出支路连接。

该控制电路30包括串联连接的多个控制器件，多个控制器件与多个电源输出支路一一对应。该控制器件包括第一输入端、第二输入端和输出端，每个控制器件的第一输入端均连接模拟驱动器的输出端，每个控制器件的第二输入端连接一个电源输出支路，且该控制器件与电源输出支路的连接节点与上一控制器件的输出端连接。沿着控制电路的电流流向方向上，连接在该控制电路上的各个电源输出支路的输出电压依次减小，例如，依次为8V、6V、4V和2V。

当当前控制器件的第一输入端的电压大于或等于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压时，所述控制器件完全导通；

当当前控制器件的第一输入端的电压小于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压，且小于其输出端连接的电源输出支路输出的电压时，当前控制器件断开；

当当前控制器件的第一输入端的电压小于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压，且大于或等于其输出端连接的电源输出支路输出的电压时，当前控制器件为线性状态，此时当前控制器件连接的电源输出支路输出电流。

进一步的，该电源输出支路21包括单向导电器件D1，该单向导电器件D1的正极与电源连接，负极与控制器件连接。为了减少压降和增大响应速度，该单向导电器件一般为二极管，优选为肖特基二极管。

该控制器件可以采用晶体管或者由多个晶体管组成的复合晶体管。如图2中所示，在实际应用中，该控制器件为PNP型三极管，以三极管来说，各个三极管的基极均与模拟驱动器的输出端连接，各个三极管的集电极分别与各个电源输出支路连接，沿着控制电路的电流流向方向上，第一个三极管的发射连接第二个三极管的集电极，第二个三极管的发射极连接第三个三极管的集电极，以此类推直至最后一个三极管，而最后一个三极管的发射极与负载连接。

对于NPN型三极管组成的电路，三极管从下到上，依次标记为Q1至Qn。任何一瞬间，Qk处于线性状态，那么Q1至Qk-1一定处于完全开通状态，而Qk+1至Qn一定处于关断状态。所以申请可以根据模拟驱动器输出的驱动信号大小输出自动选择匹配的电源输出电压，即选择可用的电源中电压最低的电源，从而能获得最高的效率。

以图2中的电路结构为例来说，从上之下各个电源输出支路输出电压依次为8V、6V、4V和2V为例，从上至下三极管分别为Q4、Q3、Q2和Q1。当模拟驱动器10输出至各三极管中的电压为5V时，三极管Q4的基极电压为5V，集电极电压等于其接入的电源输出支路输出电压，即5V，发射极电压其接入的电源输出支路输出电压，即6V，因此，该三极管Q4为断开状态；三极管Q3的基极电压为5V，由于三极管Q4关断，集电极电压等于其接入的电源输出支路的电压，即6V，而其发射极的电压等于5V，因此Q3处于线性状态；三极管Q2的基极电压为5V，集电极电压等于三极管Q3的发射极电压5V，三极管Q2的发射极电压等于5V，因此，Q2处于完全导通的状态；三极管Q1的基极电压为5V，集电极电压等于三极管Q2的发射极电压5V，三极管Q2的发射极电压等于5V，因此，三极管Q2处于完全导通的状态。由于三极管Q2和Q1处于导通状态，因此，与三极管Q2和Q1连接的电源输出支路不输出电流，并且三极管Q4处于断开状态，因此与其连接的电源输出支路也不输出电流。因此，该电路中，只有6V的电源输出支路输出电流。

根据放大器原理，在放大器件和负载串联时，电路中线性放大器某瞬间的效率取决于其电压和负载电压的比。放大器两端(如三极管的集电极-发射极)电压差绝对值越大，瞬间效率就越低。

在本实施例中，电路在某一瞬间仅有一个三极管处于半开状态，也只有一个电源输出支路在输出电流。放大器的输出电压仅仅比电源电压低一点，三极管的集电极-发射级的电压绝对值非常小。而当前输出电流的电源与系统总电源之间的效率可以做到90％以上。这意味着，如果增加电源输出支路的数量，整个电路功耗可以更多的用于LED发光，而不是耗散在三极管上。理想情况下，只要三极管足够多，驱动LED的效率就会等于开关电源效率，其效率大大提高。

本实施例使用多个开关型稳压电源电路分别输出若干电压，使用若干三极管(双极型晶体管)或场效应晶体管串联分配各个电源瞬间供给LED的电流。本设计限制了每个晶体管的最大电压，从而大大提高了效率。为通信、照明兼顾的LED系统设计提供了可能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括模拟驱动器、电源输出电路，以及连接在所述模拟驱动器和所述电源输出电路之间的控制电路，所述电源输出电路包括多个电源输出支路，各个所述电源输出支路分别用于输出不同的电压信号，所述控制电路包括两个输入端，其中一个输入端与所述模拟驱动器连接，另一输入端与各个所述电源输出支路连接，所述控制电路的输出端用于连接负载，所述控制电路的两个输入端分别用于接收所述模拟驱动器的驱动信号和各个所述电源输出支路输出的电压信号，并确定与所述驱动信号大小匹配的目标电压信号，并将该目标电压信号对应的电源输出支路作为当前的工作电路，所述控制电路包括串联连接的多个控制器件，多个所述控制器件与多个电源输出支路一一对应，所述控制器件包括第一输入端、第二输入端和输出端，每个所述控制器件的第一输入端均连接所述模拟驱动器的输出端，每个所述控制器件的第二输入端连接一所述电源输出支路，且所述控制器件与所述电源输出支路的连接节点与上一所述控制器件的输出端连接，沿着所述控制电路的电流流向方向上，各个所述电源输出支路的输出电压依次减小，其中，

当当前控制器件的第一输入端的电压大于或等于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压时，所述控制器件完全导通；

当所述当前控制器件的第一输入端的电压小于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压，且小于其输出端连接的电源输出支路输出的电压时，所述当前控制器件断开；

当所述当前控制器件的第一输入端的电压小于其第二输入端连接的电源输出支路输出的电压，且大于或等于其输出端连接的电源输出支路输出的电压时，所述当前控制器件为线性状态，此时所述当前控制器件连接的电源输出支路输出电流。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制器件为晶体管或者由多个晶体管组成的复合晶体管。

3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述控制器件采用NPN型三极管，所述控制器件的第一输入端、第二输入端和输出端分别为三极管的基极、集电极和发射极。

4.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电源输出支路包括一单向导电器件，所述单向导电器件的正极与电源连接，负极与所述控制电路连接。

5.如权利要求4所述的LED驱动电路，其特征在于，单向导电器件采用肖特基二极管。

6.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括连接在所述模拟驱动器与所述控制电路之间的数模转换器和放大器。

7.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，还包括电源模块，各个所述电源输出支路与所述电源模块连接。

8.如权利要求7所述的LED驱动电路，其特征在于，电源模块为一多输出的开关电源，所述开关电源的各个输出端分别与各个所述电源输出支路连接；

或者，所述电源模块为多个独立的开关电源的组合，各个所述开关电源分别与各个所述电源输出支路连接。

Images