CN113966034A - 一种led系统 - Google Patents

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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Abstract

本发明提供一种LED系统，包括：LED模块，正极连接电源电压；所述LED模块包括至少一个LED灯珠，在所述LED灯珠的数量大于等于两个时，多个所述LED灯珠串联；电流设定模块，连接所述LED模块的负极，用于设定流经所述LED模块电流的大小；分压调节模块，连接于所述LED模块的负极和所述电流设定模块的输出端之间，用于根据电源电压的大小调节接入所述LED模块负极的分压电阻的数量。通过本发明提供的LED系统，解决了现有LED系统在电源电压变化范围很大时，随着电源电压升高，存在LED灯串或功率开关管M1功耗变大，从而导致LED灯串或功率开关管M1过热甚至烧毁的问题。

Description

一种LED系统
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，特别是涉及一种LED系统。
背景技术
现有LED系统的电路结构如图1所示，包括：输入滤波电容Cin、LED灯串、设定电阻RISET、电流放大器IAMP及功率开关管M1；其中，CE为系统的使能信号，用以控制开启或关断LED灯串，功率开关管M1始终处于导通状态，并通过设定电阻RISET和电流放大器IAMP为LED灯串提供恒定电流。
现有LED系统存在一个很大的问题，即在电源电压的变化范围很大时，随着电源电压的升高，LED灯串和功率开关管M1上的压差会发生变化，但由于流经LED灯串的电流恒定，压差的变化会导致LED灯串或功率开关管M1的功耗变大，从而导致LED灯串或功率开关管M1过热甚至烧毁。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED系统，用于解决现有的LED系统在电源电压变化范围很大时，随着电源电压升高，存在LED灯串或功率开关管M1功耗变大，导致LED灯串或功率开关管M1过热甚至烧毁的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED系统，所述LED系统包括：
LED模块，正极连接电源电压；所述LED模块包括至少一个LED灯珠，在所述LED灯珠的数量大于等于两个时，多个所述LED灯珠串联；
电流设定模块，连接所述LED模块的负极，用于设定流经所述LED模块电流的大小；
分压调节模块，连接于所述LED模块的负极和所述电流设定模块的输出端之间，用于根据电源电压的大小调节接入所述LED模块负极的分压电阻的数量。
可选地，所述电流设定模块包括：设定电阻、电流放大器及功率开关管，所述电流放大器的控制端接入使能信号，所述电流放大器的同相输入端接入基准电压，所述电流放大器的反相输入端接入设定电压并通过所述设定电阻接地，所述电流放大器的输出端连接所述功率开关管的控制端，所述功率开关管的第一连接端作为所述电流设定模块的输出端，所述功率开关管的第二连接端接地。
可选地，所述功率开关管包括NMOS管，其中，所述功率开关管的第一连接端为NMOS管的漏极，所述功率开关管的第二连接端为NMOS管的源极。
可选地，所述分压调节模块包括：
接入控制单元，连接于所述电源电压和地之间，用于采样电源电压以获取N个采样电压，将N个所述采样电压分别与基准电压进行比较，并在所述采样电压大于所述基准电压时产生接入控制信号；
电阻接入单元，连接所述接入控制单元的输出端，用于在所述接入控制信号的控制下，从(N+1)个分压电阻中选择接入所述LED模块负极的分压电阻的数量；
其中，N为大于等于1的正整数。
可选地，所述接入控制单元包括：(N+1)个采样电阻及N个比较器，(N+1)个所述采样电阻串联于所述电源电压和地之间并产生N个采样节点，N个所述比较器的控制端接入使能信号，N个所述比较器的同相输入端接入所述基准电压，N个所述比较器的反相输入端对应连接N个采样节点，N个所述比较器的输出端作为所述接入控制单元的输出端。
可选地，所述电阻接入单元包括：N个控制开关及(N+1)个分压电阻，(N+1)个所述分压电阻串联于所述LED模块的负极和所述电流设定模块的输出端之间并产生N个接入节点，N个所述控制开关的控制端对应连接N个所述比较器的输出端，N个所述控制开关的第一连接端对应连接N个接入节点，N个所述控制开关的第二连接端均连接所述电流设定模块的输出端。
可选地，所述控制开关包括NMOS管，其中，所述控制开关的第一连接端为NMOS管的漏极，所述控制开关的第二连接端为NMOS管的源极。
可选地，所述LED系统还包括：输入滤波电容，连接于所述电源电压和地之间。
可选地，所述LED系统还包括：基准产生模块，用于产生所述基准电压。
可选地，所述LED系统还包括：使能信号产生模块，用于产生所述使能信号。
如上所述，本发明的一种LED系统，通过检测电源电压的大小来选择在LED模块的负极接入不同数量的分压电阻，并以此来调节整个回路中的电压分配，利用接入的分压电阻来分担电源电压的升高部分，从而降低LED模块和功率开关管的功耗，避免LED模块和功率开关管因电源电压升高所造成的过热甚至烧毁；本发明在电源电压工作范围很宽时，可有效降低LED模块和功率开关管的功耗，保护元器件的同时，也提高了系统的可靠性和安全性。
附图说明
图1显示为现有LED系统的电路图。
图2显示为本发明LED系统的电路图。
图3显示为本发明LED系统划分为LED驱动芯片和外围电路时的示意图。
图4显示为本发明LED系统在N的取值为2时的电路图。
元件标号说明
100 LED模块
200 电流设定模块
300 分压调节模块
301 接入控制单元
302 电阻接入单元
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图2所示，本实施例提供一种LED系统，所述LED系统包括：LED模块100、电流设定模块200及分压调节模块300。
所述LED模块100的正极连接电源电压VDD；所述LED模块100包括至少一个LED灯珠，在所述LED灯珠的数量大于等于两个时，多个所述LED灯珠串联。
所述电流设定模块200连接所述LED模块100的负极，用于设定流经所述LED模块100的电流的大小。
具体的，所述电流设定模块200包括：设定电阻RISET、电流放大器IAMP及功率开关管M11，所述电流放大器IAMP的控制端接入使能信号CE，所述电流放大器IAMP的同相输入端接入基准电压VREF，所述电流放大器IAMP的反相输入端接入设定电压VISET并通过所述设定电阻RISET接地，所述电流放大器IAMP的输出端连接所述功率开关管M11的控制端，所述功率开关管M11的第一连接端作为所述电流设定模块200的输出端，所述功率开关管M11的第二连接端接地。可选地，所述功率开关管M11为NMOS管，其中，所述功率开关管M11的第一连接端为NMOS管的漏极，所述功率开关管M11的第二连接端为NMOS管的源极。本实施例中，流经所述LED模块100的电流满足公式：ILED＝(VISET/RISET)*N，其中，ILED为流经所述LED模块100的电流，VISET为设定电压，RISET为设定电阻的阻值，N为电流放大器的放大倍数。
所述分压调节模块300连接于所述LED模块100的负极和所述电流设定模块200的输出端之间，用于根据所述电源电压VDD的大小调节接入所述LED模块100负极的分压电阻的数量。
具体的，所述分压调节模块300包括：接入控制单元301及电阻接入单元302；所述接入控制单元301连接于所述电源电压VDD和地之间，用于采样电源电压VDD以获取N个采样电压V1-Vn，将N个所述采样电压V1-Vn分别与基准电压VREF进行比较，并在所述采样电压大于所述基准电压VREF时产生接入控制信号；所述电阻接入单元302连接所述接入控制单元301的输出端，用于在所述接入控制信号的控制下，从(N+1)个分压电阻中选择接入所述LED模块负极的分压电阻的数量；其中，N为大于等于1的正整数。
更具体的，所述接入控制单元301包括：(N+1)个采样电阻Rc1-Rc(n+1)及N个比较器CMP1-CMPn，(N+1)个所述采样电阻Rc1-Rc(n+1)串联于所述电源电压VDD和地之间并产生N个采样节点A1-An，N个所述比较器CMP1-CMPn的控制端接入使能信号CE，N个所述比较器CMP1-CMPn的同相输入端接入所述基准电压VREF，N个所述比较器CMP1-CMPn的反相输入端对应连接N个采样节点A1-An用以接入N个采样电压V1-Vn，N个所述比较器CMP1-CMPn的输出端作为所述接入控制单元301的输出端。所述电阻接入单元302包括：N个控制开关M21-M2n及(N+1)个分压电阻Rd1-Rd(n+1)，(N+1)个所述分压电阻Rd1-Rd(n+1)串联于所述LED模块100的负极和所述电流设定模块200的输出端之间并产生N个接入节点B1-Bn，N个所述控制开关M21-M2n的控制端对应连接N个所述比较器CMP1-CMPn的输出端用以接入所述接入控制信号，N个所述控制开关M21-M2n的第一连接端对应连接N个接入节点B1-Bn，N个所述控制开关M21-M2n的第二连接端均连接所述电流设定模块200的输出端。可选地，所述控制开关为NMOS管，其中，所述控制开关的第一连接端为NMOS管的漏极，所述控制开关的第二连接端为NMOS管的源极。
本实施例中，(N+1)个所述采样电阻Rc1-Rc(n+1)对所述电源电压VDD进行电阻分压，并在N个采样节点A1-An处产生N个采样电压V1-Vn；在所述使能信号CE有效时，N个所述比较器CMP1-CMPn开启，比较与之对应的采样电压和基准电压，并在采样电压小于基准电压时输出高电平，在采样电压大于基准电压时输出低电平用以作为接入控制信号。在所述比较器输出高电平时，与之对应的所述控制开关导通，并将与之对应的接入节点处的分压电阻短接至地；在所述比较器输出低电平时，与之对应的所述控制开关关断，并将与之对应的接入节点处的分压电阻接入至所述LED模块的负极。实际应用中，通过合理设计采样电阻及基准电压的值，即可实现随着电源电压VDD的逐渐升高，N个比较器CMP1-CMPn中输出低电平的个数(由低到高)逐渐增多，如本次是前(N-3)个比较器输出低电平，下次即是前(N-2)个比较器输出低电平；而分压电阻在本实施例中所起作用顾名思义即是分压，其能分担的电压值为流经LED模块100的电流与对应分压电阻的阻值的乘积，通过合理设计各分压电阻的阻值，即可实现利用分压电阻对电源电压的升高部分做逐级分压。
具体的，所述LED系统还包括：输入滤波电容Cin，连接于所述电源电压VDD和地之间，用于对所述电源电压VDD进行滤波处理。
具体的，所述LED系统还包括：基准产生模块(图中未示出)，用于产生所述基准电压VREF，以为所述电流放大器IAMP及N个所述比较器CMP1-CMPn提供基准电压VREF。本实施例中，所述基准产生模块可以为现有任一种能够产生基准电压的电路结构，这对本实施例没有影响。
具体的，所述LED系统还包括：使能信号产生模块(图中未示出)，用于产生所述使能信号，以控制所述电流放大器IAMP及N个所述比较器CMP1-CMPn的开启或关断，从而控制所述LED系统的开启或关断。本实施例中，所述使能信号产生模块可以为现有任一种能够产生使能信号的电路结构，这对本实施例没有影响。
需要注意的是，具体应用时，可将本实施例所述LED系统中的部分电路封装在同一芯片中以制成LED驱动芯片并做引脚引出，剩余部分则作为外围电路以和LED驱动芯片进行电路连接，在实现其原有功能的同时，还便于应用扩展，具体如图3所示。
下面请参阅图4，对本实施例所述LED系统的工作过程进行详细的说明；其中，N的取值为2。
在使能信号CE有效时，电流放大器IAMP及两个比较器CMP1、CMP2开启，从而控制LED系统开启；由设定电阻RISET、电流放大器IAMP及功率开关管M11构成的电流设定模块200为LED模块100提供固定电流，使流经LED模块100的电流恒定；电源电压VDD通过串联的采样电阻Rc1-Rc3到地，并在采样节点A1处产生采样电压V1，在采样节点A2处产生采样电压V2；
当电源电压VDD较低时，采样电压V1、V2均小于基准电压VREF，此时，比较器CMP1、CMP2均输出高电平，控制开关M21、M22均导通，使得分压电阻Rd2、Rd3均被短路，LED模块100的负极仅通过分压电阻Rd1及功率开关管M11连接到地，将该工作状态下满足LED模块100正常工作的最小电压记为VDD0；
其中，分压电阻Rd1的阻值需考虑整个系统应用条件下可能出现的最小电源电压和最大带载LED灯珠的数量，也即，当整个系统工作在最小电源电压下时，最小电源电压减去最大带载数量的LED灯珠的压差再减去功率开关管的有效驱动电压所得到的值，即为分压电阻Rd1两端的压差，该压差再除以流经LED的电流，即为分压电阻Rd1的阻值，而这样得到的分压电阻Rd1的取值不仅能够保证系统在最小电源电压条件下正常工作，同时还能适当的帮助LED模块和功率开关管分担功耗；
随着电源电压VDD的升高，采样电压V1大于基准电压VREF，采样电压V2小于基准电压VREF，此时，比较器CMP1输出低电平，比较器CMP2输出高电平，控制开关M21关断，控制开关M22导通，使得分压电阻Rd3被短路，LED模块100的负极通过分压电阻Rd1、分压电阻Rd2及功率开关管M11连接到地；将触发比较器CMP1输出变为低电平时的电源电压记为VDD1，分压电阻Rd2的作用就是分担电源电压VDD在该段升高的部分，即分压电阻Rd2两端分担的电压为(VDD1-VDD0)，其阻值则为(VDD1-VDD0)/ILED；
随着电源电压VDD的持续升高，采样电压V1、V2均大于基准电压VREF，此时，比较器CMP1、CMP2均输出低电平，控制开关M21、M22均关断，LED模块100的负极通过分压电阻Rd1、分压电阻Rd2、分压电阻Rd3及功率开关管M11连接到地；将触发比较器CMP2输出变为低电平时的电源电压记为VDD2，分压电阻Rd3的作用就是分担电源电压VDD在该段升高的部分，即分压电阻Rd3两端分担的电压为(VDD2-VDD1)，其阻值则为(VDD2-VDD1)/ILED；
本实施例所述的LED系统，通过检测电源电压VDD的大小，选择在LED模块的负极接入不同数量的分压电阻，利用接入的分压电阻来分担电源电压VDD的升高部分，从而降低LED模块和功率开关管的功耗，避免LED模块和功率开关管因电源电压升高所造成的过热甚至烧毁。
综上所述，本发明的一种LED系统，通过检测电源电压的大小来选择在LED模块的负极接入不同数量的分压电阻，并以此来调节整个回路中的电压分配，利用接入的分压电阻来分担电源电压的升高部分，从而降低LED模块和功率开关管的功耗，避免LED模块和功率开关管因电源电压升高所造成的过热甚至烧毁；本发明在电源电压工作范围很宽时，可有效降低LED模块和功率开关管的功耗，保护元器件的同时，也提高了系统的可靠性和安全性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LED系统，其特征在于，所述LED系统包括：
LED模块，正极连接电源电压；所述LED模块包括至少一个LED灯珠，在所述LED灯珠的数量大于等于两个时，多个所述LED灯珠串联；
电流设定模块，连接所述LED模块的负极，用于设定流经所述LED模块电流的大小；
分压调节模块，连接于所述LED模块的负极和所述电流设定模块的输出端之间，用于根据电源电压的大小调节接入所述LED模块负极的分压电阻的数量。
2.根据权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述电流设定模块包括：设定电阻、电流放大器及功率开关管，所述电流放大器的控制端接入使能信号，所述电流放大器的同相输入端接入基准电压，所述电流放大器的反相输入端接入设定电压并通过所述设定电阻接地，所述电流放大器的输出端连接所述功率开关管的控制端，所述功率开关管的第一连接端作为所述电流设定模块的输出端，所述功率开关管的第二连接端接地。
3.根据权利要求2所述的LED系统，其特征在于，所述功率开关管包括NMOS管，其中，所述功率开关管的第一连接端为NMOS管的漏极，所述功率开关管的第二连接端为NMOS管的源极。
4.根据权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述分压调节模块包括：
接入控制单元，连接于所述电源电压和地之间，用于采样电源电压以获取N个采样电压，将N个所述采样电压分别与基准电压进行比较，并在所述采样电压大于所述基准电压时产生接入控制信号；
电阻接入单元，连接所述接入控制单元的输出端，用于在所述接入控制信号的控制下，从(N+1)个分压电阻中选择接入所述LED模块负极的分压电阻的数量；
其中，N为大于等于1的正整数。
5.根据权利要求4所述的LED系统，其特征在于，所述接入控制单元包括：(N+1)个采样电阻及N个比较器，(N+1)个所述采样电阻串联于所述电源电压和地之间并产生N个采样节点，N个所述比较器的控制端接入使能信号，N个所述比较器的同相输入端接入所述基准电压，N个所述比较器的反相输入端对应连接N个采样节点，N个所述比较器的输出端作为所述接入控制单元的输出端。
6.根据权利要求5所述的LED系统，其特征在于，所述电阻接入单元包括：N个控制开关及(N+1)个分压电阻，(N+1)个所述分压电阻串联于所述LED模块的负极和所述电流设定模块的输出端之间并产生N个接入节点，N个所述控制开关的控制端对应连接N个所述比较器的输出端，N个所述控制开关的第一连接端对应连接N个接入节点，N个所述控制开关的第二连接端均连接所述电流设定模块的输出端。
7.根据权利要求6所述的LED系统，其特征在于，所述控制开关包括NMOS管，其中，所述控制开关的第一连接端为NMOS管的漏极，所述控制开关的第二连接端为NMOS管的源极。
8.根据权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述LED系统还包括：输入滤波电容，连接于所述电源电压和地之间。
9.根据权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述LED系统还包括：基准产生模块，用于产生所述基准电压。
10.根据权利要求1所述的LED，其特征在于，所述LED系统还包括：使能信号产生模块，用于产生所述使能信号。
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