CN117354990A - 一种led灯的驱动电路及内窥镜光源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LED灯的驱动电路及内窥镜光源，涉及内窥镜领域，该驱动电路包括直流‑直流变换模块、包括N个并联连接的线性功率器件的线性驱动模块及控制模块，控制模块根据期望电流对N个线性功率器件进行控制，以使线性驱动模块输出期望电流，从而实现对LED灯的驱动。本申请中采用N个线性功率器件并联的方式，使得并联后的输出端可以输出较大的驱动电流，进而可以实现对大电流LED灯的驱动，此外，线性功率器件的输出电流的纹波较小且精度较高，因此，将其应用于内窥镜光源中，可以实现高亮发光，且不会对内窥镜中图像传感器采集的图像的质量造成不利影响。

Description

一种LED灯的驱动电路及内窥镜光源

技术领域

本申请涉及内窥镜技术领域，特别涉及一种LED灯的驱动电路及内窥镜光源。

背景技术

医用内窥镜的镜头前端设有图像传感器及照明窗口，用于对人体内部进行观测，以实现对人体的检查或治疗。具体地，内窥镜在使用时将前端(含有图像传感器的一端)插入患者体内，同时驱动光源发光，通过光纤导入前端进行照明，并通过图像传感器采集患者体内的图像。目前市面上常见的光源为LED(light emitting diode，发光二极管)灯，由于LED灯为电流驱动型器件，因此驱动电流的大小直接影响LED灯发光的强弱，驱动电流的纹波直接影响LED灯发光是否平稳，驱动电流的精度直接影响内窥镜成像的一致性。

当前，为了实现高亮发光，期望能够以大电流(例如，30A或以上)驱动LED灯。而现有技术中通常采用DC-DC(DC-DC converter，直流/直流转换)模块驱动LED灯，使用此方式虽然可以实现大电流驱动，但是驱动电流的精度较低以及驱动电流的纹波较大，容易导致图像传感器采集到的图像出现异常，一致性较差，影响医生判断。

发明内容

本申请的目的是提供一种LED灯的驱动电路及内窥镜光源，采用N个线性功率器件并联的方式，使得并联后的输出端可以输出较大的驱动电流，进而可以实现对大电流LED灯的驱动，此外，线性功率器件的输出电流的纹波较小且精度较高，因此，将其应用于内窥镜光源中，可以实现高亮发光，且不会对内窥镜中图像传感器采集的图像的质量造成不利影响。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种LED灯的驱动电路，包括：

直流-直流变换模块，其用于输出目标电压；

线性驱动模块，其包括N个并联连接的线性功率器件，每一所述线性功率器件均包括输入端、输出端和控制端，N个所述线性功率器件的输入端相互连接以构成所述线性驱动模块的输入端，N个所述线性功率器件的输出端相互连接以构成所述线性驱动模块的输出端，所述线性驱动模块的输入端与所述直流-直流变换模块的输出端连接，所述线性驱动模块的输出端与所述LED灯连接，N为大于1的整数；

控制模块，其包括第一输出端，所述第一输出端分别与N个所述线性功率器件的控制端连接，用于根据期望电流分别对N个所述线性功率器件进行控制，以使所述线性驱动模块的输出端输出所述期望电流，以驱动所述LED灯。

可选地，所述控制模块还包括第二输出端，所述第二输出端与所述直流-直流变换模块的控制端连接；

所述控制模块还用于：

根据所述期望电流控制所述直流-直流变换模块输出所述目标电压。

可选地，所述直流-直流变换模块包括：

DC-DC电路，其输入端用于与电源的输出端连接，以接收所述电源输出的第一电压，其控制端与所述控制模块的第二输出端连接，以根据所述控制模块的控制信号将所述第一电压转换为所述目标电压，其输出端为所述直流-直流变换模块的输出端。

可选地，所述直流-直流变换模块还包括：

电压检测电路，其输入端与所述DC-DC电路的输出端连接，用于检测所述DC-DC电路的当前输出电压；

电压反馈控制电路，其输入端与所述电压检测电路的输出端连接，其输出端与所述DC-DC电路的控制端连接，用于根据所述当前输出电压与所述目标电压的差值对所述DC-DC电路的输出电压进行闭环调节，使所述DC-DC电路的输出电压稳定在所述目标电压。

可选地，还包括：

压差检测模块，其输入端分别与所述线性功率器件的输入端和输出端连接，其输出端和所述控制模块连接，用于检测所述线性功率器件的输入端和输出端之间的压差，并将所述压差反馈给所述控制模块；

则，所述控制模块还用于：

根据所述压差控制所述直流-直流变换模块调整所输出的电压，以使所述线性功率器件的输入端和输出端之间的压差维持在预设范围内。

可选地，所述预设范围为0.1V～1V。

可选地，所述线性功率器件为MOS管。

可选地，N个所述线性功率器件的输出电流相等。

可选地，所述线性驱动模块还包括：

与N个所述线性功率器件的输出端一一对应连接的N个电流检测电路，各个所述电流检测电路用于检测与自身对应的所述线性功率器件的当前输出电流；

与N个所述电流检测电路的输出端一一对应连接的N个电流反馈控制电路，各个所述电流反馈控制电路的输出端与对应的所述线性功率器件的控制端连接，用于根据所述当前输出电流和所述期望电流的1/N的差值对所述线性功率器件的输出电流进行闭环调节，以使所述输出电流稳定在所述期望电流的1/N。

可选地，所述根据所述期望电流控制所述直流-直流变换模块输出所述目标电压，包括：

根据所述期望电流确定所述目标电压，并控制所述直流-直流变换模块的输出电压在预设时间段内由预设电压逐步增大至所述目标电压。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种内窥镜光源，包括LED灯及上述所述的LED灯的驱动电路，所述驱动电路的输出端与所述LED灯连接。。

本申请提供的LED灯的驱动电路及内窥镜光源的有益效果在于：

该驱动电路包括直流-直流变换模块、线性驱动模块及控制模块，其中，线性驱动模块包括N个并联连接的线性功率器件，控制模块根据期望电流对N个线性功率器件进行控制，以使N个线性功率器件的并联后的输出端(即，线性驱动模块的输出端)输出期望电流，从而实现对LED灯的驱动。本申请中采用N个线性功率器件并联的方式，使得并联后的输出端可以输出较大的驱动电流，进而可以实现对大电流LED灯的驱动，此外，线性功率器件的输出电流的纹波较小且精度较高，因此，将其应用于内窥镜光源中，可以实现高亮发光，且不会对内窥镜中图像传感器采集的图像的质量造成不利影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种LED灯的驱动电路的结构框图；

图2为本申请提供的一种LED灯的驱动电路的具体实现示例图；

图3为本申请提供的一种内窥镜光源的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种LED等的驱动电路及内窥镜光源，采用N个线性功率器件并联的方式，使得并联后的输出端可以输出较大的驱动电流，进而可以实现对大电流LED灯的驱动，此外，线性功率器件的输出电流的纹波较小且精度较高，因此，将其应用于内窥镜光源中，可以实现高亮发光，且不会对内窥镜中图像传感器采集的图像的质量造成不利影响。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请提供的一种LED灯的驱动电路的结构框图，该驱动电路包括：

直流-直流变换模块11，其用于输出目标电压；

线性驱动模块10，其包括N个并联连接的线性功率器件12，每一线性功率器件12均包括输入端、输出端和控制端，N个线性功率器件12的输入端相互连接以构成线性驱动模块10的输入端，N个线性功率器件12的输出端相互连接以构成线性驱动模块10的输出端，线性驱动模块10的输入端与直流-直流变换模块的输出端连接，线性驱动模块10的输出端与LED灯连接，N为大于1的整数；

控制模块13，其包括第一输出端，第一输出端分别与N个线性功率器件12的控制端连接，用于根据期望电流分别对N个线性功率器件12进行控制，以使线性驱动模块10的输出端输出期望电流，以驱动LED灯。

本申请的设计思路为：使用输出纹波较小且精度较高的器件对LED灯进行驱动，以减小输出的驱动电流的纹波，以及提高驱动电流的精度，进而使LED灯被可靠的驱动，亮度稳定。

具体地，申请人考虑到线性功率器件输出的电流的精度较高且纹波较小，因此可以作为驱动LED灯的器件，但是由于使用单个线性功率器件对LED灯进行驱动时，若流经该线性功率器件的电流过大，则其发热大，而发热集中到一点，容易烧毁，因此，单个线性功率器件只能实现小电流驱动，无法实现大电流驱动。因此，本申请中选用了N个并联连接的线性功率器件12构成线性驱动模块10，而N个线性功率器件12并联后的输出端(即，线性驱动模块10的输出端)输出的电流值是各个线性功率器件12输出电流值的叠加，因此，可以实现对LED灯的大电流驱动。

具体地，驱动电路的具体工作原理为：根据需要驱动的LED灯的型号确定期望电流，然后控制模块13根据期望电流控制并联的N个线性功率器件12的输出端输出期望电流，以驱动LED灯，其具体控制方式可以但不限于为闭环控制，以使并联后的输出端稳定的输出期望电流，实现对LED灯的可靠控制。

通过上述技术方案可见，本申请通过直流-直流变换模块11输出目标电压值以驱动线性驱动模块10中的N个线性功率器件12，并通过控制模块13对N个线性功率器件12进行控制，以输出期望电流，不仅能够实现大电流驱动，还可以输出精度较高且纹波较小的驱动电流。

请参照图2，图2为本申请提供的一种LED灯的驱动电路的具体实现示例图。

作为一种可选的实施例，线性功率器件12可以为MOS管。

具体地，N个MOS管的输入端相互连接，并作为线性驱动模块10的输入端，N个MOS管的输出端相互连接，作为线性驱动模块10的输出端，MOS管的栅极为线性功率器件12的控制端。

进一步的，本实施例旨在提供一种线性功率器件12的具体实现方式，可以但不限于为MOS管，此时控制模块13具体用于根据期望电流对MOS管的栅极进行控制，以控制各个MOS管的导通程度，使得N个MOS管并联后的输出端输出上述期望电流。

当然，线性功率器件12的具体实现不限于MOS管，也可以是其他的实现方式，本申请在此不作限定。

作为一种可选的实施例，MOS管为NMOS管时，NMOS管的漏极为MOS管的输入端，NMOS的源极为MOS管的输出端。

作为一种可选的实施例，MOS管为PMOS管时，PMOS管的源极为MOS管的输入端，NMOS的漏极为MOS管的输出端。

可见，在线性功率器件12的具体实现方式为MOS管时，PMOS和NMOS均可以实现此功能，具体连接方式如上，本申请在此不再赘述。

进一步地，考虑到在线性功率器件12的输入端和输出端之间的压差较大时，线性功率器件12的功耗较大，容易导致线性功率器件12发热较严重，影响线性功率器件12的性能及寿命。

因此，在本实施例中，线性驱动模块10还可以包括：

压差检测模块27，其输入端分别与线性功率器件12的输入端和输出端连接，其输出端和控制模块13连接，用于检测线性功率器件12的输入端和输出端之间的压差，并将压差反馈给控制模块；

则，控制模块13还用于：

根据压差控制直流-直流变换模块11调整所输出的电压，以使线性功率器件12的输入端和输出端之间的压差维持在预设范围内。

在该实施例中，通过设置用于检测线性功率器件12的输入端和输出端之间的压差的压差检测模块27，并使控制模块13根据线性功率器件12的输入端和输出端之间的压差调整直流-直流变换模块11输出的电压，以使得直流-直流变换模块11驱动N个线性功率器件12的同时，还控制线性功率器件12的压差在预设范围内，进而可以减小线性功率器件12的功耗，避免线性功率器件12发热严重，可提高线性功率器件12的性能，以及延长线性功率器件12的寿命。

其中，压差对应的预设范围可以但不限于为0.1～1V，当然，也可以是其他的实现方式，本申请在此不在限定。

进一步地，考虑到N个线性功率器件12输出的电流若不均衡的话，极有可能会导致输出电流较大的线性功率器件12的功耗较大，发热较严重，容易损坏，亦即，N个线性功率器件12的输出电流不均衡的话可能会导致N个线性功率器件12的寿命相差较大。

因此，在本实施例中，可以使N个线性功率器件12的输出电流相等。

具体地，本申请中的控制模块13还控制N个线性功率器件12的输出电流相等，使得N个线性功率器件12的工作状态相同，避免出现局部功耗较大的情况。其中，在线性功率器件12的具体实现方式为MOS管时，控制模块13控制N个MOS管的输出电流相同的方式可以为控制N个MOS管的导通程度相同。

其中，为了进一步保证N个线性功率器件12的输出电流相等，作为一种可选的实施例，线性驱动模块10还可以包括：

与N个线性功率器件12的输出端一一对应连接的N个电流检测电路25，各个电流检测电路25用于检测与自身对应的线性功率器件12的当前输出电流；

与N个电流检测电路25的输出端一一对应连接的N个电流反馈控制电路26，各个电流反馈控制电路26的输出端与对应的线性功率器件12的控制端连接，用于根据当前输出电流和期望电流的1/N的差值对线性功率器件12的输出电流进行闭环调节，以使输出电流稳定在期望电流的1/N。

本实施例中，每个线性功率器件12均对应有独立的电流检测电路25和独立电流反馈控制电路26，可以使得N个线性功率器件12并联后每个线性功率器件12输出的电流均衡，避免部分线性功率器件12功耗过大。

具体的，电流检测电路25检测和自身对应的线性功率器件12的当前输出电流，电流反馈控制电路26基于期望电流的1/N以及当前输出电流的差值对线性功率器件12的输出电流进行闭环调节，使得线性功率器件12的输出电流稳定在期望电流的1/N，则N个线性功率器件12并联后的输出端即可输出期望电流，即可实现对LED灯的可靠驱动，且可使N个线性功率器件12的功耗均衡。

其中，本实施例中的电流检测电路25可以但不限于是通过采样电阻的方式实现的，电流反馈控制电路26的具体实现方式可以但不限于是通过误差放大器实现的。

当然，具体实现方式不限于上述举例，也可以是其他的实现方式，本申请在此不再限定。

此外，可以理解的是，在本实施例中，主要通过电流反馈控制电路26对线性功率器件12进行控制，因此，控制模块13的第一输出端具体是通过电流反馈控制电路26与线性功率器件12的控制端连接，由此，电流反馈控制电路26可以根据控制模块13输出的控制信号确定所述期望电流。

作为一种可选的实施例，控制模块13还包括第二输出端，第二输出端与直流-直流变换模块11的控制端连接；

控制模块13还用于：

根据期望电流控制直流-直流变换模块11输出目标电压。

在本实施例中，上述直流-直流变换模块11的输出电压受控制模块13控制，此时，由于直流-直流变换模块11的输出电压可调，因此，通过调节直流-直流变换模块11的输出电压可以调节线性驱动模块10输出的驱动电流，进而使得LED灯的亮度可调。此外，在目标电压可调时，也可以使得本申请中的驱动电路可以适用于更多种类型的LED灯，拓宽本申请中驱动电路的使用场景。

作为一种可选的实施例，直流-直流变换模块11包括：

DC-DC电路22，其输入端用于与电源21的输出端连接，以接收电源输出的第一电压，其控制端与控制模块13的第二输出端连接，以根据控制模块13的控制信号将第一电压转换为目标电压，其输出端为直流-直流变换模块11的输出端。

进一步的，直流-直流变换模块11的具体实现方式可以但不限于为包括用于与电源21连接的DC-DC电路22，具体地，电源21用于输出固定的第一电压，第一电压为固定的直流电源，DC-DC电路22用于根据控制模块13的控制将第一电压转换为目标电压。

其中，第一电压可以高于目标电压，也可以低于目标电压，具体根据期望电流的大小及控制模块13的控制而定，本申请在此不在限定。

当然，直流-直流变换模块11的具体实现方式还可以是其他的实现方式，本申请在此不作限定。

作为一种可选的实施例，直流-直流变换模块11还包括：

电压检测电路23，其输入端与DC-DC电路的输出端连接，用于检测DC-DC电路的当前输出电压；

电压反馈控制电路24，其输入端与电压检测电路23的输出端连接，其输出端与DC-DC电路的控制端连接，用于根据当前输出电压与目标电压的差值对DC-DC电路的输出电压进行闭环调节，使DC-DC电路的输出电压稳定在目标电压。

进一步的，本实施例旨在提供一种对DC-DC电路22进行控制的具体实现方式，其中，为DC-DC电路22设定了对应的电压检测电路23和电压反馈控制电路24，电流反馈控制电路24的输入端还与控制模块13的第二输出端连接，用于接收控制模块输出的电压控制信号，并根据此电压控制信号确定目标电压。具体的，电压检测电路23检测DC-DC电路22的当前输出电压，电压反馈控制电路24基于目标电压以及当前输出电压的差值对DC-DC电路22的输出电压进行闭环调节，使得直流-直流变换模块11的输出电压稳定在目标电压。

其中，本实施例中的电压检测电路23可以但不限于是通过采样电阻的方式实现的，电压反馈控制电路24的具体实现方式可以但不限于是通过误差放大器实现的。

当然，具体实现方式不限于上述举例，也可以是其他的实现方式，本申请在此不再限定。

作为一种可选的实施例，控制模块13根据期望电流控制直流-直流变换模块11输出目标电压，包括：

根据期望电流确定目标电压，并控制直流-直流变换模块11的输出电压在预设时间段内由预设电压逐步增大至目标电压。

具体地，考虑到将直流-直流变换模块11的输出电压直接输出至目标电压时，N个线性功率器件12突然由大电压驱动，可能会导致线性功率器件12损坏。并且，驱动电路直接输出大电流以驱动LED灯，还可能会烧毁LED灯。

因此，本申请中通过控制模块13的控制使得直流-直流变换模块11的输出电压在预设时间段内由预设电压逐步增大至目标电压，从而使得N个线性功率器件12的驱动电压也逐步增大，实现对驱动电路的软启动，进而避免在上电过程中烧毁LED灯。

其中，预设电压可以是零或者是其他预设的最低电压(具体可以为：对应用于驱动LED灯的最小驱动电流的电压值)，此外，对于预设时间段的具体实现方式，本申请在此不作限定。

请参照图3，图3为本申请提供的一种内窥镜光源的结构框图，该内窥镜光源包括LED灯及上述LED灯的驱动电路，驱动电路的输出端与LED灯的驱动端连接。

具体地，内窥镜光源中可以但不限于包括多个LED灯以及和多个LED灯一一对应的多个LED灯的驱动电路，每个LED灯的驱动电路驱动一个LED灯。在内镜光源中，各LED灯的驱动电路可复用同一控制模块，该控制模块具体可以但不限于为内镜光源中的处理器。对于内窥镜光源的其他介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种LED灯的驱动电路，其特征在于，包括：

直流-直流变换模块，其用于输出目标电压；

线性驱动模块，其包括N个并联连接的线性功率器件，每一所述线性功率器件均包括输入端、输出端和控制端，N个所述线性功率器件的输入端相互连接以构成所述线性驱动模块的输入端，N个所述线性功率器件的输出端相互连接以构成所述线性驱动模块的输出端，所述线性驱动模块的输入端与所述直流-直流变换模块的输出端连接，所述线性驱动模块的输出端与所述LED灯连接，N为大于1的整数；

控制模块，其包括第一输出端，所述第一输出端分别与N个所述线性功率器件的控制端连接，用于根据期望电流分别对N个所述线性功率器件进行控制，以使所述线性驱动模块的输出端输出所述期望电流，以驱动所述LED灯。

2.如权利要求1所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述控制模块还包括第二输出端，所述第二输出端与所述直流-直流变换模块的控制端连接；

所述控制模块还用于：

根据所述期望电流控制所述直流-直流变换模块输出所述目标电压。

3.如权利要求2所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述直流-直流变换模块包括：

DC-DC电路，其输入端用于与电源的输出端连接，以接收所述电源输出的第一电压，其控制端与所述控制模块的第二输出端连接，以根据所述控制模块的控制信号将所述第一电压转换为所述目标电压，其输出端为所述直流-直流变换模块的输出端。

4.如权利要求3所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述直流-直流变换模块还包括：

电压检测电路，其输入端与所述DC-DC电路的输出端连接，用于检测所述DC-DC电路的当前输出电压；

电压反馈控制电路，其输入端与所述电压检测电路的输出端连接，其输出端与所述DC-DC电路的控制端连接，用于根据所述当前输出电压与所述目标电压的差值对所述DC-DC电路的输出电压进行闭环调节，使所述DC-DC电路的输出电压稳定在所述目标电压。

5.如权利要求2所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，还包括：

压差检测模块，其输入端分别与所述线性功率器件的输入端和输出端连接，其输出端和所述控制模块连接，用于检测所述线性功率器件的输入端和输出端之间的压差，并将所述压差反馈给所述控制模块；

则，所述控制模块还用于：

根据所述压差控制所述直流-直流变换模块调整所输出的电压，以使所述线性功率器件的输入端和输出端之间的压差维持在预设范围内。

6.如权利要求5所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述预设范围为0.1V～1V。

7.如权利要求1所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述线性功率器件为MOS管。

8.如权利要求1-7任一项所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，N个所述线性功率器件的输出电流相等。

9.如权利要求8所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述线性驱动模块还包括：

与N个所述线性功率器件的输出端一一对应连接的N个电流检测电路，各个所述电流检测电路用于检测与自身对应的所述线性功率器件的当前输出电流；

与N个所述电流检测电路的输出端一一对应连接的N个电流反馈控制电路，各个所述电流反馈控制电路的输出端与对应的所述线性功率器件的控制端连接，用于根据所述当前输出电流和所述期望电流的1/N的差值对所述线性功率器件的输出电流进行闭环调节，以使所述输出电流稳定在所述期望电流的1/N。

10.如权利要求2-7任一项所述的LED灯的驱动电路，其特征在于，所述根据所述期望电流控制所述直流-直流变换模块输出所述目标电压，包括：

根据所述期望电流确定所述目标电压，并控制所述直流-直流变换模块的输出电压在预设时间段内由预设电压逐步增大至所述目标电压。

11.一种内窥镜光源，其特征在于，包括LED灯及如权利要求1-10任一项所述的LED灯的驱动电路，所述驱动电路的输出端与所述LED灯连接。