CN1290469A

CN1290469A - 驱动发光二极管的电路和方法

Info

Publication number: CN1290469A
Application number: CN98811847A
Authority: CN
Inventors: 洪圣杓
Original assignee: DAYSUN ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: DAYSUN ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2001-04-04
Also published as: KR19990062405A; WO1999029142A1

Abstract

提供一种驱动发光二极管的电路,包括:在发光二极管被导通时输送逐渐增加的软导通电流的软导通时间驱动器,在刚刚软导通时间之后输送具有与最后阶段的软导通电流相同水平的正常导通电流的正常导通时间驱动器,在刚刚正常导通时间之后输送从正常导通电流的水平逐渐降低的软截止电流的软截止驱动器,和根据从软导通时间驱动器、正常导通时间驱动器和软截止时间驱动器输送的电流驱动发光二极管逐渐亮起来的发光二极管驱动器。

Description

驱动发光二极管的电路和方法

本发明涉及驱动发光二极管的电路和方法，特别是，本发明涉及驱动发光二极管的电路和方法，可以在发光二极管被导通或截止时驱动发光二极管平缓地发光或变暗，使发光二极管的导通或截止适宜于视觉。

由于发光二极管的功耗低、产生的热量少、它的结构小而紧凑、和可以用低压DC电源操作，因此发光二极管被用做各种电子和电气设备中的指示器。近年来，已经研制了高亮度的发光二极管，并且被广泛地用做公路上的警告指示灯。特别是，由于电线难以设置在露天大气中，因此设置在露天大气中、如在公路上的警告指示灯或指示器接收太阳能作为其驱动能量。这样，该器件利用功耗很低的发光二极管作为其光源。在整个工业领域中被广泛使用的、用于AC灯和指示器的发光二极管，利用在P-N半导体结中的电子-空穴复合产生的光。因而，与灯丝型电灯相比，它反应快。

通常，发光二极管通过导通／截止开关方法而被导通／截止，因此在它被打开之后，立刻就可以达到最大亮度，并且在关闭之后会立刻被截止。因而，虽然发光二极管用于指示器是很满意的，但是当被用做在露天大气中的夜间警告指示灯时，由于它瞬间打开／关闭，使司机的眼睛疲劳。在几十个发光二极管同时打开／关闭，或为了通过增加其比电灯低的亮度而提高警告指示灯的指示功能而采用高亮度发光二极管时，这个问题是很严重的。

此外，太阳能警告指示灯被设计成在其导通／截止循环内使导通时间的负载在10-20％范围内达到最小，以便使功耗最小，从而在夜间充分消耗在白天所充的能量。这样，闪烁很快并且导通时间很短，结果减小了对以80-100km速度开车的司机的警告功能。而且，在灯丝型电灯用做公路上的警告指示灯时，因为它具有导通／截止循环的平缓边缘倾斜度，因此不会使司机的眼睛疲劳。但是，如图1所示，发光二极管具有瞬间导通／截止的陡峭边缘倾斜度，因此产生视觉应力。这会使司机感觉心神不安，容易发生事故。

因而，本发明的驱动发光二极管的电路和方法，基本上消除了由于现有技术的限制和缺点产生的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供驱动发光二极管的电路和方法，在发光二极管被导通时驱动发光二极管逐渐亮起来，在被截止时逐渐变暗。

本发明的另一目的是提供驱动发光二极管的电路和方法，可以保证充分的导通时间周期，使发光二极管具有优异的指示功能。

为实现本发明的目的，提供驱动发光二极管的电路，包括：软导通时间驱动器，在发光二极管导通时输送逐渐增加的软导通电流；正常导通时间驱动器，在刚刚软导通时间之后输送具有与最后阶段的软导通电流相同水平的正常导通电流；软截止驱动器，在刚刚正常导通时间之后输送从正常导通电流的水平逐渐降低的软截止电流；和发光二极管驱动器，根据从软导通时间驱动器、正常导通时间驱动器和软截止时间驱动器输送的电流，驱动发光二极管逐渐变亮和变暗。

还提供驱动发光二极管的方法，包括以下步骤：在发光二极管被导通时输送逐渐增加的软导通电流，使发光二极管逐渐亮起来，在刚刚软导通时间之后输送具有与最后阶段的软导通电流相同水平的正常导通电流，保持发光二极管的亮度在均匀水平，和在刚刚正常导通时间之后输送从正常导通电流的水平逐渐减小的软截止电流，使发光二极管逐渐变暗。

应该明白，前述一般性的描述和下面的详细介绍是举例性的和示意性的，并作为对所要求保护的本发明的进一步说明。

所包括的附图用于帮助进一步理解本发明并结合在一起构成本说明书的一部分，附表示本发明的实施例并与文字说明一起用于解释本发明的原理：

附图中：

图1是说明常规发光二极管的导通／截止的波形图；

图2是说明本发明的发光二极管的驱动的波形图；

图3是根据本发明优选实施例的发光二极管驱动电路的方框图；

图4A-4E是表示构成图3的驱动电路的部分的输出信号之间的时间关系的时序图；

图5-8是说明根据本发明优选实施例的驱动发光二极管的方法的流程图；

图9是表示软导通时间驱动信号的脉冲波形和发光二极管的亮度之间的关系的时序图；

图10是根据本发明另一实施例的发光二极管驱动电路的方框图；

图11是表示导通时间驱动信号的脉冲波形和发光二极管的亮度之间的关系图；

图12和13是说明根据本发明另一实施例的驱动发光二极管的方法的流程图。

下面参考附图详细介绍本发明的优选实施例，附图中示出了本发明的例子。

图2是说明根据本发明的发光二极管的导通／截止的波形图。参见图2，发光二极管驱动信号的边缘具有平缓的倾斜度以容许发光二极管被平缓地导通／截止。图3是根据本发明优选实施例的发光二极管驱动电路的方框图，图4A-4E是表示构成图3的驱动电路的部分的输出信号之间的时间关系的时序图。参见图3，该驱动电路包括发光二极管10、导通控制器20、截止控制器30、和驱动器40。

导通控制器20包括：软导通时间驱动器22，在发光二极管被导通时输送逐渐增加的软导通电流(具有如图4B所示的波形)；正常导通时间驱动器24，在刚刚软导通时间周期之后输送与最后阶段的软导通电流相同水平的正常导通电流(具有如图4C所示的波形)；和软截止时间驱动器26，在刚刚正常导通时间周期之后输送从正常导通电流的水平逐渐减小的软截止电流(具有如图4D所示的波形)。截止控制器30产生开关驱动信号(具有如图4A所示的波形)，从而只在发光二极管被截止时即只在截止时间周期期间驱动开关50切断输送给导通控制器20的电源电压(Vcc)。驱动器40包括：用于限制从软导通时间驱动器22、正常导通时间驱动器24和软截止时间驱动器26输送的电流的电阻器R1、R2和R3；电容器C1和晶体管Q1。晶体管Q1转换驱动发光二极管10，根据通过电阻器R1、R2和R3输送的电流使其平缓地亮起来和变暗，如图4E所示。导通和截止控制器20和30可以由模拟电路、微控制器或微处理器构成。

图5-8是表示用于由微控制器或微处理器构成的导通和截止控制器20和30的控制程序的流程图。首先，系统执行图5的主程序。具体地说，在给它输送电源时该系统启动，在寄存器A中设置导通时间(TON)，在寄存器B中设置截止时间(TOFF)(100)。然后，依次执行软导通时间(TSON)驱动信号输出例行程序(200)、正常导通时间(TNON)驱动信号输出例行程序(300)、和软截止时间(TSOFF)驱动信号输出例行程序(400)。当完成导通时间的周期时，输出截止时间驱动信号并且寄存器B的值被减少(500)。检查寄存器B的值是否为0(600)，重复步骤500和600，直到寄存器B的值为0为止。当该值为0时，重复步骤100以使发光二极管导通。

图6是表示软导通时间驱动信号输出例行程序200的细节的流程图。参见图6，在寄存器C中设置软导通时间(TSON)，在寄存器E中设置启动负载率X(202)。在寄存器E中设置增加／减少时间(T)(204)，参考寄存器E输出具有负载率X的60Hz脉冲信号(206)。接着，减少寄存器D的值(208)，并检查该值是否为0(210)。在步骤210，输出具有负载率X的驱动脉冲，直到该值为0为止，即在T期间输出该驱动脉冲。当在步骤210中寄存器D的值为0时，例如给寄存器E的值加上10并将结果重新设置在寄存器E中(212)，并从寄存器C的值中减去T，将结果重新设置在寄存器C中(214)。然后，检查寄存器C的值是否为零(216)，在它为零时进行步骤204，但在不为零时回到主程序。因此，如图9所示，在软导通时间期间的每个T内输出其脉冲宽度被调制、其负载率被增加10的软导通时间驱动信号，由此具有其电流值被分阶段地增加的信号波形。

图7是表示正常导通时间驱动信号输出例行程序300的细节的流程图。参见图7，首先，从寄存器A的值减去软导通时间，并将结果重新设置在寄存器A中(302)。然后，在寄存器C中设置正常导通时间(TNON)(304)并输出具有最后设置在在寄存器E中的负载率的60Hz脉冲信号(306)。减少寄存器C的值(308)，并检查其是否为零(310)。在该值不为零时执行步骤306，为零时回到主程序。因而，正常导通时间驱动信号具有其负载率在正常导通时间周期期间是均匀的脉冲信号。

图8是表示软截止时间驱动信号输出例行程序400的细节的流程图。参见图8，从寄存器A的值减去正常导通时间并将结果重新设置在寄存器A中(402)。接着，在寄存器C中设置软截止时间(TSOFF)(404)，在寄存器D中设置增加／减少时间(T)，从寄存器E的值中减去10并将结果重新设置在寄存器E中(406)。参考寄存器E输出具有负载率E-10的60Hz脉冲信号(408)。减少寄存器D的值(410)，并检查该值是否为零(412)。在步骤412中，输出具有负载率E-10的驱动脉冲，直到寄存器D的值为0，即在T期间输出该驱动脉冲。当在步骤412中寄存器D的值为0时，从寄存器C的值中减去T并将结果重新设置在寄存器C中(414)。随后，检查寄存器C的值是否为零(416)，在不为零时进行步骤406，在为零时回到主程序。

因而，与图9所示的软导通时间驱动信号相反，在软截止时间期间在每个T内输出其脉冲宽度被调制和其负载率被减少10的软截止时间驱动信号，由此具有其电流值被分阶段地减少的信号波形。虽然在前述实施例中发光二极管由脉冲宽度调制控制，但也可以是，微控制器利用程序产生其水平随着时间的流逝逐渐增加或减少的数字值，输出对应该数字值的模拟信号，并根据该模拟信号驱动发光二极管。

图10是根据本发明另一实施例的发光二极管驱动电路的方框图。参见图10，发光二极管驱动电路包括：电池700、太阳能电池710、复位电路720、驱动器730、模式选择器740和控制器750。电池700由可充电二次电池构成并用从太阳能电池710产生的并通过反向电流抑制二极管D1输送的电流充电。复位电路720由电阻器R1、R2和R3、电容器C1和C2、二极管D1和D2、晶体管Q1和复位开关SW1构成。当给复位电路720提供比预定电平高的太阳能电池710的输出电压时，该输出电压使晶体管Q1导通，给控制器750的复位端施加低电平信号，容许控制器750保持复位状态。相反，当太阳能电池710的输出电压比预定电平低时，在电池700被充电的电压输送到构成驱动电路的每个部分作为其操作电压。在复位开关SW1被打开时，低电平信号施加于控制器750的复位端，保持其复位状态。在没有从太阳能电池710输送电压时或输送启动操作电压但复位开关SW1被关闭时，在电容器C2的充电期间低电平信号通过电阻器R3和电容器C2施加于控制器750的复位端，开始复位控制器750。

驱动器730由电阻器R4、R5、R6和R7、晶体管Q2和Q3、和发光二极管LED构成。驱动器730从电池700接收其操作电压，并响应从控制器750输送的驱动脉冲信号，驱动发光二极管LED导通／截止。模式选择器740由六个开关构成，根据开关的导通／截止组合，选择2⁶(=64)个导通／截止次数之一和每分钟闪烁次数的数量。控制器750由一个芯片4-位微控制器构成，按照由模式选择器74选择的闪烁模式输出发光二极管脉冲驱动信号。控制器750的控制程序由导通时间模块752、截止时间模块754、控制模式时间表(table)756、和正弦波曲线表758构成。导通时间模块752由上升时间例行程序RT、顶端时间例行程序TT和下降时间例行程序FT构成。

参见图11，驱动脉冲信号被脉宽调制以使施加于发光二极管的电流信号以-90到270度的正弦波曲线流过。控制器750包括正弦波曲线表758以输出按如图11所示的正弦波曲线流过的电流信号，并参考图758产生被脉宽控制的驱动脉冲信号。导通时间(TON)被粗分为上升时间(RT)、顶端时间(TT)和下降时间(FT)。因为根据控制器750的驱动脉冲信号提供驱动电流，发光二极管LED被导通，其亮度对应所示的正弦波。

具体地说，发光二极管LED被导通，在启动阶段逐渐变亮，在下一阶段保持最大亮度，然后逐渐变暗，最后截止。上升时间、顶端时间和下降时间是根据由模式选择器740选择的64个模式之一确定的。导通时间越短，驱动脉冲信号的频率越低，导通时间越长，驱动脉冲信号的频率越高。该频率最好在180Hz-452Hz的范围内确定。其宽度被控制在上升或下降时间周期内的脉冲的数量取决于导通时间周期。例如，步骤的数字在31、36、42、51、63、85、127或255变化。随着导通时间变短，步骤数减少，随着导通时间变长，步骤数增加。

图12和13是说明根据本发明优选实施例的驱动发光二极管的方法的流程图。在夜间模式中，太阳能电池710的输出电压变低，并将控制器750的复位端的状态从LOW改变为HIGH，使其开始复位。在控制器750开始复位时，启动系统(800)。控制器750读取模式选择器740的开关状态(802)，并读取根据读取的控制模式设置的时间表756的对应时间信息(804)。根据读取的时间表的对应时间信息重复执行上升时间(806)、顶端时间(808)、下降时间(810)和截止时间(812)。

参见图13，在上升时间例行程序中，读取对应正弦波曲线的参考表758(820)，参照被读取的参考表758确定驱动脉冲的HIGH周期的脉宽，设置发光二极管的导通模式(822)，并且HIGH周期被在一个循环期间所给的脉宽延迟(824)。相应地，在HIGH期间驱动器730的晶体管Q2和Q3被导通，给发光二极管LED提供电流。使它导通。完成HIGH周期的延迟之后，设置发光二极管截止模式(826)，并在一个循环过程中在不是截止时间的时间周期延迟LOW周期(820)。相应地，在LOW周期期间驱动器730的晶体管Q2和Q3被截止以切断提供给发光二极管LED的电流，由此使其截止。如上所述，当完成一个循环的导通／截止控制时，上升时间计数器的值减少1(830)，并检查该值是否为0(832)。在该值不为0时重复步骤820，在该值为0时完成上升时间例行程序。

即，在上升时间例行程序中，在作为由选择的控制模式读取的上升时间表所给的步骤数字的周期期间，每个循环的HIGH周期的脉宽参考所给的正弦波曲线逐渐增加，控制发光二极管LED对应正弦波曲线平缓地亮起来。由于驱动脉冲信号具有180Hz-452Hz的频率，所以使用者可用视觉感觉到发光二极管逐渐变亮。在与用于上述上升时间例行程序相同的模式中进行顶端时间例行程序和下降时间例行程序。但是，在顶端时间例行程序中，对于每个循环来说脉宽的负载率为100％，顶端时间的周期改变。在下降时间例行程序中，与上升时间例行程序相反，脉宽的负载率逐渐减少以控制发光二极管缓慢地变暗。

如上所述，根据本发明，发光二极管在被导通时的软导通模式中逐渐亮起来，并在截止时的软截止模式中逐渐变暗。防止发光二极管在被导通或截止时瞬时变亮或变暗，使它平缓地被导通／截止，消除了视觉应力。因此，可以软指示如公路上的警告指示灯等器件中的发光二极管的变亮和变暗，与灯丝式电灯相同。

显然，本领域技术人员在不脱离本发明的实质或范围的情况下可以对本发明的驱动发光二极管的电路和方法做出各种修改和改变。因此，本发明应该应该覆盖落入所附权利要求书的范围内的该发明的修改和改变以及它们的等效性。

Claims

1、一种驱动发光二极管的电路，包括：

软导通时间驱动器，在发光二极管被导通时输送逐渐增加的软导通电流；

正常导通时间驱动器，在刚刚软导通时间之后输送具有与最后阶段的软导通电流相同水平的正常导通电流；

软截止驱动器，在刚刚正常导通时间之后输送从正常导通电流的水平逐渐降低的软截止电流；和

发光二极管驱动器，根据从软导通时间驱动器、正常导通时间驱动器和软截止时间驱动器输送的电流，驱动发光二极管逐渐亮起来。

2、根据权利要求1的电路，其中软导通时间驱动器产生具有能获得视觉滞后的频率的脉冲信号，该脉冲信号的脉宽被控制以随着时间的流逝而增加，由此逐渐增加其电流值。

3、根据权利要求1的电路，其中软截止时间驱动器产生具有能获得视觉滞后的频率的脉冲信号，该脉冲信号的脉宽被控制以随着时间的流逝而减小，由此逐渐减少其电流值。

4、一种驱动发光二极管的电路，包括：

软截止时间驱动器，输送从软导通电流的峰值逐渐减少的软截止电流；和

发光二极管驱动器，根据从软导通时间驱动器和软截止时间驱动器输送的电流，驱动发光二极管逐渐变亮和变暗。

5、一种驱动发光二极管的方法，包括以下步骤：

在发光二极管被导通时输送逐渐增加的软导通电流，使发光二极管逐渐亮起来；

在刚刚软导通时间之后输送具有与最后阶段的软导通电流相同水平的正常导通电流，保持发光二极管的亮度在均匀水平；和

在刚刚正常导通时间之后输送从正常导通电流的水平逐渐减小的软截止电流，使发光二极管逐渐变暗。

6、一种驱动发光二极管的方法，包括以下步骤：

在发光二极管被导通时输送逐渐增加的软导通电流，使发光二极管逐渐亮起来；和

输送从软导通电流的峰值逐渐减少的软截止电流，使发光二极管平缓地变暗。

7、一种驱动发光二极管的电路，包括：

用于将太阳能转换成电能的太阳能电池；

用由太阳能电池产生的电能充电的电池；

复位电路，在太阳能电池产生电能时产生复位信号，并在太阳能电池没有产生电能时取消复位状态；

根据驱动脉冲信号驱动发光二极管的驱动器；

用于选择发光二极管的导通／截止循环和导通／截止时间的模式选择器；和

控制器，在太阳能电池产生电能时根据复位信号保持复位状态，并在太阳能电池没有产生电能时产生被脉宽控制的驱动脉冲信号，响应于根据由电池产生的操作电压被模式选择器选择的发光二极管的导通／截止循环和导通／截止时间，在发光二极管被导通时使发光二极管逐渐亮起来，在被截止时逐渐变暗。

8、根据权利要求7的电路，其中脉宽控制遵循-90到270度的正弦波曲线。

9、根据权利要求7的电路，其中驱动脉冲信号的频率根据导通时间在180Hz到452Hz的范围内变化。