CN113853041B - 基于脉冲宽度调制的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，比较器包括输入VS信号的正向输入端和输入Vref信号的反向输入端；第一与非门输入端分别输入Q1信号与Q2信号，第二与非门输入端分别连接第一与非门的输出端以及比较器的输出端；第一反相器输入端连接第二与非门的输出端；D触发器控制链包括至少一个D触发器，D触发器控制链的输入端分别连接第一反相器的输出端和clear端；第二反相器输入端连接D触发器控制链的输出端；第三或非门输入端分别连接第二反相器的输出端以及输入PWM信号，其输出端en连接功率场效应管的Gate端。

Description

基于脉冲宽度调制的LED驱动电路

技术领域

本发明涉及发光二极管驱动技术领域，尤其涉及一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路。

背景技术

在发光二极管驱动中，脉冲宽度调制PWM转模拟调光技术已经很成熟，芯片检测PWM占空比，系统按照PWM占空比大小对应的调节LED灯珠平均电流大小，如图1所示的现有技术中，当PWM信号为100％占空比，即PWM信号为逻辑高电平时，灯珠平均电流为最大，亮度为100％；当PWM信号为80％占空比，即PWM信号为80％逻辑高电平时，灯珠平均电流为100％占空比时的80％，亮度为80％；当PWM信号为50％占空比时，即PWM信号为50％逻辑高电平，灯珠平均电流为100％占空比时的50％，亮度为50％；当PWM信号为0占空比时，即PWM信号为逻辑低电平，灯珠微亮，亮度大于0％，调光效果如图2所示。

当PWM占空比为0时，也就是PWM端口电压恒定为逻辑低时，现有技术中的PowermosGate端被置于高电位，Powermos没有关断，而此时Powermos漏端(D端)通过灯珠连接到高电位，导致LED灯珠处于微亮闪烁状态，无法完全关断；因此关于现有技术中存在的技术缺陷，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，克服了现有的LED灯珠处于微亮闪烁状态，无法完全关断，能够可控地实现完全关断。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路包括，

比较器，其包括输入VS信号的正向输入端和输入Vref信号的反向输入端；

第一与非门，其输入端分别输入Q1信号与Q2信号；

第二与非门，其输入端分别连接所述第一与非门的输出端以及比较器的输出端；

第一反相器，其输入端连接所述第二与非门的输出端；

Digital电路，

其包括，

第三反相器，其输入端输入PWM信号，

RC单元，其包括电容和电阻，

第四反相器，其输入端输入PWM信号，输出端连接所述RC单元，

反相器链，其包括偶数个串联的反相器，所述反相器链的输入端连接所述RC单元，

第一或非门，其输入端分别连接第三反相器的输出端以及所述反相器链的输出端，

第五反相器，其输入端连接所述第一或非门的输出端，

第二或非门，其输入端分别连接所述反相器链以及输入PWM信号，

第六反相器，其输入端连接所述第二或非门的输出端，

第三与非门，其输入端分别连接所述第五反相器的输出端以及第六反相器的输出端，其输出端为clear端，

D触发器控制链，其包括至少一个D触发器，所述D触发器控制链的输入端分别连接第一反相器的输出端和所述clear端；

第二反相器，其输入端连接所述D触发器控制链的输出端；

第三或非门，其输入端分别连接所述第二反相器的输出端以及输入PWM信号，其输出端en连接功率场效应管的Gate端。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，当PWM信号为恒高或者占空比信号时，第三或非门输出逻辑低电平，功率场效应管正常工作；当PWM信号为恒低时，第三或非门输出逻辑高电平以将功率场效应管Gate端拉低，功率场效应管被关断。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，当PWM信号为占空比信号时，PWM信号经过digital电路逻辑运算后，输出到所述clear端，clear端将D触发器控制链不断地清零使得D触发器控制链保持逻辑低电平输出，所述输出端en保持逻辑低电平。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，当PWM信号恒为逻辑低电平时，PWM信号经过digital电路逻辑运算后在clear端输出恒定逻辑低电平，经过至少两个时钟周期之后，D触发器控制链输出逻辑高电平，输出端en翻转为逻辑高电平，同时D触发器控制链锁定其clk端使得输出端en输出保持逻辑高电平。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，所述D触发器控制链的正向输出端输出Q2信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，PWM信号经过所述RC单元转为与PWM信号同频反向且有延时的信号以在clear端转为沿触发信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，所述D触发器控制链包括多个串联的D触发器。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，所述VS信号为市电电压采样信号，Vref信号为基准信号，PWM信号为微控制单元输出信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，所述输出端en经由开关SE连接功率场效应管的Gate端。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路中，在VS的预定周期内，若PWM信号为调节占空比的数字信号，输出端en输出逻辑低电平，开关SW断开，功率场效应管正常工作，依据占空比调节LED亮度；若PWM信号恒为逻辑高电平，输出端en输出逻辑低电平，开关SW断开，功率场效应管正常工作，芯片满功率输出，LED 100％亮度；若PWM信号恒为逻辑低电平，连续两个VS预定周期内，D触发器控制链未检测到PWM信号，输出端en输出逻辑高电平，开关SW闭合，强制将功率场效应管栅关断，LED灯珠完全关断。

在上述技术方案中，本发明提供的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，具有以下有益效果：本发明所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路不影响PWM正常调光的基础上，改善了PWM 0占空比条件下，LED灯珠微亮的问题，方案可控地实现关断且简便可行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的PWM转模拟调光电路的结构示意图；

图2是现有技术PWM转模拟调光电路的调光效果示意图；

图3是基于脉冲宽度调制的LED驱动电路一个实施例的PWM转模拟调光电路示意图；

图4是基于脉冲宽度调制的LED驱动电路一个实施例的电路示意图；

图5是基于脉冲宽度调制的LED驱动电路一个实施例的Digital电路的结构示意图；

图6是基于脉冲宽度调制的LED驱动电路一个实施例的调光效果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图6，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中，如图3至图6所示，基于脉冲宽度调制的LED驱动电路包括，

比较器1，其包括输入VS信号的正向输入端和输入Vref信号的反向输入端；

第一与非门2，其输入端分别输入Q1信号与Q2信号；

第二与非门3，其输入端分别连接所述第一与非门2的输出端以及比较器1的输出端；

第一反相器4，其输入端连接所述第二与非门3的输出端；

Digital电路10，其包括，

第三反相器6，其输入端输入PWM信号，

RC单元11，其包括电容和电阻，

第四反相器7，其输入端输入PWM信号，输出端连接所述RC单元11，第四反相器7和RC单元11构成RC网络，将经过所述RC网络的PWM信号转为与PWM信号同频反向且有延时的信号以在clear端转为沿触发信号，

反相器链12，其包括偶数个串联的反相器，所述反相器链12的输入端连接所述RC单元11，

第一或非门13，其输入端分别连接第三反相器6的输出端以及所述反相器链12的输出端，

第五反相器8，其输入端连接所述第一或非门13的输出端，

第二或非门14，其输入端分别连接所述反相器链12以及输入PWM信号，

第六反相器9，其输入端连接所述第二或非门14的输出端，

第三与非门16，其输入端分别连接所述第五反相器8的输出端以及第六反相器9的输出端，其输出端为clear端，

D触发器控制链17，其包括至少一个D触发器，所述D触发器控制链17的输入端分别连接第一反相器4的输出端和所述clear端；

第二反相器5，其输入端连接所述D触发器控制链17的输出端；

第三或非门15，其输入端分别连接所述第二反相器5的输出端以及输入PWM信号，其输出端en连接功率场效应管的Gate端。

Digital电路，用于将PWM信号转为沿触发信号clear，传输到D触发器链，控制D触发器的链的清零与否。

PWM信号检测功能模块，用于在Clk下降沿检测PWM信号沿，最终决定en端口信号逻辑电平高低；

数字链模块，用于将经过RC网络处理的PWM信号转为沿触发信号。

RC网络，用于将经过所述RC网络的PWM信号转为与PWM信号同频反向且有延时的信号以在clear端转为沿触发信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，当PWM信号为恒高或者占空比信号时，第三或非门15输出逻辑低电平，功率场效应管正常工作；当PWM信号为恒低时，第三或非门15输出逻辑高电平以将功率场效应管Gate端拉低，功率场效应管被关断。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，当PWM信号恒为逻辑高电平时，经过第三或非门逻辑15运算之后，所述输出端en保持逻辑低电平。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，当PWM信号为占空比信号时，PWM信号经过Digital电路10逻辑运算后，输出到所述clear端，clear端将D触发器控制链17不断地清零使得D触发器控制链17保持逻辑低电平输出，所述输出端en保持逻辑低电平。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，当PWM信号恒为逻辑低电平时，PWM信号经过Digital电路10逻辑运算后在clear端输出恒定逻辑低电平，经过至少两个时钟周期之后，D触发器控制链17输出逻辑高电平，输出端en翻转为逻辑高电平，同时D触发器控制链17锁定其clk端使得输出端en输出保持逻辑高电平。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，所述D触发器控制链17的正向输出端输出Q2信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，PWM信号经过所述RC单元11转为与PWM信号同频反向且有延时的信号以在clear端转为沿触发信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，所述D触发器控制链17包括多个串联的D触发器。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，所述VS信号为市电电压采样信号，Vref信号为基准信号，PWM信号为微控制单元输出信号。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，所述输出端en经由开关SE连接功率场效应管的Gate端。

所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路的优选实施例中，在VS的预定周期内，若PWM信号为调节占空比的数字信号，输出端en输出逻辑低电平，开关SW断开，功率场效应管正常工作，依据占空比调节LED亮度；若PWM信号恒为逻辑高电平，输出端en输出逻辑低电平，开关SW断开，功率场效应管正常工作，芯片满功率输出，LED 100％亮度；若PWM信号恒为逻辑低电平，连续两个VS预定周期内，D触发器控制链17未检测到PWM信号，输出端en输出逻辑高电平，开关SW闭合，强制将功率场效应管栅关断，LED灯珠完全关断。

在一个实施例中，基于脉冲宽度调制的LED驱动电路包括比较器1、Digital电路10、D触发器控制链17、两个与非门、两个反相器与或非门；所述比较器1正向输入端输入VS信号，反向输入端输入Vref信号，Digital电路10输入PWM信号，第一与非门2输入Q1与Q2(D触发器正向输出端)，第一与非门2输出端与第一反相器4输入端分别连接第二与非门3，第二与非门3的输出端连接第一反相器4，所述Digital电路10与第一反相器4的输出端分别与D触发器控制链17连接，所述D触发器控制链17的输出端与第二反相器5连接，所述第二反相器5的输出端与或非门连接，或非门输入PWM信号，或非门输出EN信号。当PWM为恒高或者占空比调光时候，输出端EN输出逻辑低电平，功率场效应管Powermos正常工作；当PWM为恒低时候，输出端EN输出逻辑高电平，将Powermos Gate端拉低，Powermos被关断。

在一个实施例中，当有PWM信号，且恒为逻辑高时，经过或非门逻辑运算之后，EN输出高低电平；当PWM信号为占空比信号时，PWM信号经过digital模块逻辑运算后，输出到D触发器clear端口，clear会将D触发器不断地清零，所以D触发器链保持逻辑低电平输出，因此en端保持逻辑低电平；当PWM信号恒为逻辑低电平时候，PWM信号经过digital模块逻辑运算后，在clear端口输出恒定逻辑低电平，经过两个时钟周期之后(也可是多个时钟周期)，D触发器链输出逻辑高，en翻转为逻辑高，同时D触发器链将clk端口锁定，en输出保持逻辑高。

在一个实施例中，Digital电路10包括反相器、电阻、电容、与非门及由反向器组成的反相器链12，Digital电路10工作原理：PWM信号经过RC单元11后，转为与PWM同频反向且有延时的信号，最终在clear端转为一个沿触发信号，即只要digital网络检测到PWM上升沿或者下降沿信号，clear端就会有电平转换信号；若PWM恒为逻辑高电平，clear输出恒定高；若PWM恒为逻辑低电平，clear输出恒定低；

图4所示，其中D触发器链可以是一个D触发器，也可以是多个D触发器串联，本文中以两个D触发器为例；图5中Digital电路10中反相器链12可以是多个(偶数个)反相器串联，PWM信号通过Digital电路10转为沿触发信号；VS为市电电压采样信号，Vref为基准信号，PWM为MCU输出信号，输出端en输出的为功率管控制信号，en为逻辑高时，功率管强制关断，en为逻辑低时，功率管正常工作。

在VS的两个周期中，若PWM信号为0％＜占空比＜100％的数字信号，此时en输出逻辑低信号，SW开关断开，功率管正常工作，芯片依据PWM占空比大小对应的调节LED亮度；若PWM信号恒为逻辑高电平，en输出逻辑低信号，SW开关断开，功率管正常工作，芯片满功率输出，LED 100％亮度；若PWM信号恒为逻辑低电平，连续两个VS周期内，D触发器链未检测到PWM信号，en输出逻辑高信号，SW开关闭合，强制将功率管栅关断，LED灯珠完全关断，芯片处于待机状态。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，其特征在于，其包括：

比较器，其包括输入VS信号的正向输入端和输入Vref信号的反向输入端；

第一与非门，其输入端分别输入Q1信号与Q2信号；

第二与非门，其输入端分别连接所述第一与非门的输出端以及比较器的输出端；

第一反相器，其输入端连接所述第二与非门的输出端；

Digital电路，其包括：

第三反相器，其输入端输入PWM信号，

RC单元，其包括电容和电阻，

第四反相器，其输入端输入PWM信号，输出端连接所述RC单元，

反相器链，其包括偶数个串联的反相器，所述反相器链的输入端连接所述RC单元，

第一或非门，其输入端分别连接第三反相器的输出端以及所述反相器链的输出端，

第五反相器，其输入端连接所述第一或非门的输出端，

第二或非门，其输入端分别连接所述反相器链以及输入PWM信号，

第六反相器，其输入端连接所述第二或非门的输出端，

第三与非门，其输入端分别连接所述第五反相器的输出端以及第六反相器的输出端，其输出端为Clear端；

D触发器控制链，其包括：

串联的第一D触发器和第二D触发器，其中，

第一D触发器的Clk端连接第一反相器的输出端，且第一D触发器的正向输出端输出的信号为Q1信号，

第二D触发器的Clk端连接第一D触发器的正向输出端，且第二D触发器的正向输出端输出的信号为Q2信号，

每个D触发器的Clear端，均连接第三与非门的Clear端，每个D触发器的负向输出端，均连接该D触发器的D端；

第二反相器，其输入端连接所述第二D触发器的正向输出端；

第三或非门，其输入端分别连接所述第二反相器的输出端以及输入PWM信号，其输出端en连接功率场效应管的Gate端, 所述VS信号为市电电压采样信号，Vref信号为基准信号，PWM信号为微控制单元输出信号，所述输出端en经由开关SW连接功率场效应管的Gate端，在VS的预定周期内，若PWM信号为调节占空比的数字信号，输出端en输出逻辑低电平，开关SW断开，功率场效应管正常工作，依据占空比调节LED亮度；若PWM信号恒为逻辑高电平，输出端en输出逻辑低电平，开关SW断开，功率场效应管正常工作，芯片满功率输出，LED 100%亮度；若PWM信号恒为逻辑低电平，连续两个VS预定周期内，D触发器控制链未检测到PWM信号，输出端en输出逻辑高电平，开关SW闭合，强制将功率场效应管栅关断，LED灯珠完全关断。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，其特征在于，当PWM信号为恒高或者占空比信号时，第三或非门输出逻辑低电平，功率场效应管正常工作；当PWM信号为恒低时，第三或非门输出逻辑高电平以将功率场效应管 Gate端拉低，功率场效应管被关断。

3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，其特征在于，当PWM信号为占空比信号时，PWM信号经过Digital电路逻辑运算后，输出到所述第三与非门的Clear端，第三与非门的Clear端将D触发器控制链不断地清零使得D触发器控制链保持逻辑低电平输出，所述第三或非门的输出端en保持逻辑低电平。

4.根据权利要求2所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，其特征在于，当PWM信号恒为逻辑低电平时，PWM信号经过Digital电路逻辑运算后在第三与非门的Clear端输出恒定逻辑低电平，经过至少两个时钟周期之后，D触发器控制链输出逻辑高电平，所述第三或非门的输出端en翻转为逻辑高电平，同时D触发器控制链锁定其Clk端使得所述第三或非门的输出端en输出保持逻辑高电平。

5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲宽度调制的LED驱动电路，其特征在于，PWM信号经过所述RC单元转为与PWM信号同频反向且有延时的信号以在所述第三与非门的Clear端转为沿触发信号。

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