CN201450631U - 带随机频率抖动的led驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种带随机频率抖动的LED驱动器。它包括一个由LED供电电路1和LED驱动芯片2连接构成的LED自振荡式恒流驱动器，主要特点是增加了一个随机序列产生电路3，通过该电路产生的随机码来改变驱动芯片中脉宽信号产生器的上、下阈值，从而随机改变脉宽信号的频率，实现了频率抖动。该频率抖动是随机变化的，使得噪声能量分散，真正做到了频谱的分散，达到了比已有技术更好的抑制电磁干扰的效果。同时，本实用新型是利用驱动芯片中自身的脉宽调节信号PWM反馈控制产生频率抖动，无需外加频率源，方法简单，便于集成，节约成本。

Description

带随机频率抖动的LED驱动器

技术领域

本实用新型涉及一种LED驱动器，尤其涉及一种带随机频率抖动的LED驱动器。

背景技术

在LED驱动器中，由于较高的dv/dt和di/dt、电路中存在的寄生电感和电容，其自身产生的电磁干扰信号会占用很宽的频带和较强的幅度，如果控制不当会通过传导和辐射的方式对周围设备产生电磁干扰，污染电磁环境，成为一个很强的电磁干扰源。这些干扰随着开关频率的提高。输出功率的增大会显著的增强，对电子设备的正常工作构成潜在的威胁。

形成电磁干扰的三个条件是干扰源、耦合途径、受扰设备。因此常用的抑制电磁干扰的方法主要有减小漏感和分布电容，或是增加滤波元器件，这些方法可以有效的抑制电磁干扰，但增大了系统的体积和成本，降低了系统的效率。

一般在电磁干扰测试结果中可以发现，在开关管的开关时刻通常容易超过电磁干扰限值，而在其它频率点上往往具有较大的裕量。因此人们又从另一角度开发新的抑制电磁干扰技术，即频率抖动技术。频率抖动技术是指LED驱动器的工作频率并非固定不变，而是周期性的变化，假设基波频率变化幅值为±Δf，二次谐波为±2Δf，…，n次谐波为±nΔf，可见谐波次数越高，频率分散越大，这样噪声谐波频率分散，噪声能量得以分散、减小，在整个频带上满足了幅值裕量，从而满足电磁兼容性要求。实现频率抖动技术的电路集成在内部，高效可靠，无需增加外围电路体积并能节省外围元器件的成本，也不会给系统效率带来影响。虽然这种工作频率周期性的变化达到了一定抑制电磁干扰源的效果，但是它并不是最好的，如果工作频率的变化是随机的，就更可以使得噪声能量分散，真正做到了频谱的分散，其抑制电磁干扰源效果会更好。

实用新型的内容

本实用新型的目的是针对已有技术中的问题，提供一种改进的带随机频率抖动的LED驱动器，使其工作频率的变化是随机的，达到更好地抑制电磁干扰源的效果。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

它包括一个由LED供电电路和LED驱动芯片连接构成的LED自振荡式恒流驱动器，所述的驱动芯片中包括一个串接在LED供电电路中的功率开关和一个脉宽信号产生器，所述的该脉宽信号产生器设有上阈值和下阈值输入端，其输出端与功率开关的控制端相接，其改进之处是：增设一个随机序列产生电路，该随机序列产生电路包括一个由10级D触发器连接构成的移位寄存器，该移位寄存器的时钟端与脉宽信号产生器的输出反馈信号端相接，该移位寄存器的末级和第3级的并行输出端通过一个异或门与该移位寄存器的输入端相接，该移位寄存器的第1级和第2级的两位并行输出端通过一个二/四译码器送出第一组四位随机码S1、S2、S3、S4，该移位寄存器的第9级和第10级的两位并行输出端通过另一个二/四译码器输出第二组四位随机码S5、S6、S7、S8；所述脉宽信号产生器的上阈值输入端通过一个精密电阻分压器分成四个不同的阈值输入端V11、V12、V13、V14，该四个不同的阈值输入端分别串接一个电子开关后并接在上阈值输入端上，所述随机序列产生电路的第一组四位随机码的输出端S1、S2、S3、S4分别与串接在该四个不同阈值输入支路上电子开关S1’、S2’、S3’、S4’的控制端对应相接；所述脉宽信号产生器的下阈值输入端也通过一个精密电阻分压器分成四个不同的阈值输入端V21、V22、V23、V24，该四个不同的阈值输入端分别串接一个电子开关并接在下阈值输入端上，所述随机序列产生电路的第二组四位随机码的输出端S5、S6、S7、S8分别与串接在该四个不同阈值输入支路上电子开关S5’、S6’、S7’、S8’的控制端对应相接.

本实用新型进一步改进的技术方案如下：

所述的随机序列产生电路集成在驱动芯片中。

通过上述技术方案可以看出，本实用新型通过随机序列产生电路产生的随机码来改变脉宽信号产生器的上、下阈值的大小，从而随机改变脉宽调节信号产生器输出的信号频率，实现了频率抖动。该频率抖动不是周期性变化的，而是随机变化的，这更使得噪声能量分散，真正做到了频谱的分散，达到了比已有技术更好的抑制电磁干扰的效果。同时，本实用新型是利用驱动芯片中自身的脉宽调节信号PWM反馈控制产生频率抖动，无需外加频率源，方法简单，便于集成，节约成本。

附图说明

图1、本实用新型的电路原理图。

图2、随机序列产生电路的原理图。

图3、已有LED驱动器的电路原理图。

具体实施方式

参见图3，本实用新型的频率抖动是在图中所示已有LED驱动器的基础上改进的，该驱动器是一个由LED供电电路1和LED驱动芯片2连接构成的LED自振荡式恒流驱动器。所述的驱动芯片2中包括一个接在LED供电电路中的功率开关2-1和一个脉宽信号产生器2-2，该脉宽信号产生器由一个比较器2-2构成，LED供电电路中由电流采样电阻输出的电流采样信号送入该比较器的负输入端，比较器的正输入端设有上阈值V1(115mV)和下阈值(85mV)两个输入端，并通过比较器的输出反馈信号控制该两个阈值的输入，比较器的输出端与功率开关的控制端相接。其工作原理是：Vin上电时，电感L和电流采样电阻R的初始电流为零，LED中的电流也为零，这时，比较器2-2的输出为高，功率开关2-1导通，则Vin输出的电流通过采样电阻R、LED、电感L和功率开关2-1流到地形成回路，回路中电流上升的斜率由Vin、电感L、LED的压降决定，在R上产生一个压差VCSN，当(Vin-VCSN)＞V1时，比较器2-2的输出变低，功率开关2-1关断，这时，电感L通过续流二极管D、电流采样电阻R继续为LED供电，则回路中电流以另一个斜率流过，当(Vin-VCSN)＜V2时，功率开关2-1重新打开，这样使得在LED上的平均电流Iavg为：

$\mathrm{Iavg}=\frac{V1+V2}{2*\mathrm{Rs}}---\left(1\right)$

驱动芯片的工作频率为：

因为电感L充电时间：

$\mathrm{Ton}=\frac{L\×\mathrm{\ΔI}}{\mathrm{Vin}-\mathrm{Vled}-\mathrm{Iavg}\×(\mathrm{Rs}+\mathrm{drL}+\mathrm{Rsw})}---\left(2\right)$

又因为电感L放电时间：

$\mathrm{Toff}=\frac{L\×\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{Vled}+\mathrm{Vd}+\mathrm{Iavg}(\mathrm{Rs}+\mathrm{drL})}---\left(3\right)$

(1)、(2)、(3)式中：L为电感值(H)、drL为电感寄生阻抗(Ω)、Rs为限流电阻阻值(Ω)、Iavg为LED平均电流(A)、ΔI为电感纹波电流峰峰值(A){设置为0.3 x Iavg}、Vin为输入电压(V)、Vled为总的LED导通压降(V)、Rsw为开关管导通阻抗(Ω)、Vd为续流二极管正向导通压降(V)；

所以驱动芯片的工作频率为：

$f=\frac{1}{T}=\frac{1}{\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff}}=\frac{(\mathrm{Vin}-\mathrm{Vled}-\mathrm{Iavg}\×(\mathrm{Rs}+\mathrm{drL}+\mathrm{Rsw}))\×(\mathrm{Vled}+\mathrm{Vd}+\mathrm{Iavg}(\mathrm{Rs}+\mathrm{drL}))}{L\×\mathrm{\ΔI}\×(\mathrm{Vin}+\mathrm{Vd}-\mathrm{Iavg}\×\mathrm{Rsw})}$

从该频率公式中可以看到，当LED外部器件确定下来后，芯片的工作频率也就稳定下来了，可以通过改变ΔI即电感纹波电流来改变系统的工作频率，而ΔI又可以通过调节比较器2-2的上下门限阈值来改变，从而改变系统工作频率，将频谱分散开来。

参见图1、2，本实用新型是这样实现的：增设一个随机序列产生电路3，该随机序列产生电路包括一个由10级D触发器3-1连接构成的移位寄存器，该移位寄存器的时钟端clk与脉宽信号产生器的输出反馈信号端相接，该移位寄存器的末级输出端与第3级输出端通过一个异或门3-2与该移位寄存器的总输入端相接，取该移位寄存器的第1级和第2级的两位并行输出端通过一个二/四译码器3-3送出第一组四位随机码S1、S2、S3、S4，取该移位寄存器的第9级和第10级的并行输出端通过另一个二/四译码器3-4送出第二组四位随机码S5、S6、S7、S8。该随机序列产生器可以在它的一个计数循环周期内产生2¹⁰个不按次序递进的随机码，做到了相对的随机性。所述比较器2-2的上阈值输入端通过一个精密电阻分压器分成四个不同的阈值V11、V12、V13、V14输入端(每个阈值相差1mV)，该四个不同的阈值输入端分别通过一个电子开关并接在上阈值V1的输入端A点上，所述随机序列产生电路的第一组四位随机码的输出端S1、S2、S3、S4分别与该四个不同阈值输入支路上电子开关S1’、S2’、S3’、S4’的控制端对应相接；同样，所述比较器产生器2-2的下阈值输入端也通过一个精密电阻分压器分成四个不同的阈值V21、V22、V23、V24输入，该四个不同的阈值输入端分别通过一个电子开关并接在下阈值输入端B点上，所述随机序列产生电路第二组四位随机码的输出端S5、S6、S7、S8分别与该四个不同阈值输入支路上电子开关S5’、S6’、S7，、S8’的控制端对应相接。

工作原理是：参见图1，随机序列产生电路3根据比较器2-2输出脉宽信号的占空比节拍交替产生第一和第二组随机四位码。当比较器2-2输出高电平时，电子开关Sa闭合，同时，随机序列产生电路所产生第一组随机四位码S1、S2、S3、S4加到电子开关S1’、S2’、S3’、S4’的控制端上，则该随机选通一个上分压阈值输入，即随机改变了上阈值；同理，当比较器2-2输出低电平时，电子开关Sb闭合，第二组随机四位码S5、S6、S7、S8加到电子开关S5’、S6’、S7’、S8’的控制端上，即随机改变了下阈值，从而改变了系统工作频率，将频谱分散开来。

为了不增加电路体积，所述的随机序列产生电路3最好集成在驱动芯片2中。

Claims (2)

1.一种带随机频率抖动的LED驱动器，它包括一个由LED供电电路(1)和LED驱动芯片(2)连接构成的LED自振荡式恒流驱动器，所述的驱动芯片中包括一个串接在LED供电电路中的功率开关和一个脉宽信号产生器(2-2)，所述的该脉宽信号产生器设有上阈值和下阈值输入端，其输出端与功率开关的控制端相接，其特征是：

A、增设一个随机序列产生电路(3)，该随机序列产生电路包括一个由10级D触发器(3-1)连接构成的移位寄存器，该移位寄存器的时钟端与脉宽信号产生器(2-2)的输出反馈信号端相接，该移位寄存器的末级和第3级的并行输出端通过一个异或门(3-2)与该移位寄存器的输入端相接，该移位寄存器的第1级和第2级的两位并行输出端通过一个二/四译码器(3-3)输出第一组四位随机码S1、S2、S3、S4，该移位寄存器的第9级和第10级的两位并行输出端通过另一个二/四译码器(3-4)输出第二组四位随机码S5、S6、S7、S8；

B、所述脉宽信号产生器(2-2)的上阈值输入端通过一个精密电阻分压器分成四个不同的阈值输入端V11、V12、V13、V14，该四个不同的阈值输入端分别串接一个电子开关后并接在上阈值输入端(A)上，所述随机序列产生电路的第一组四位随机码的输出端S1、S2、S3、S4分别与串接在该四个不同阈值输入支路上电子开关S1’、S2’、S3’、S4’的控制端对应相接；

C、所述脉宽信号产生器(2-2)的下阈值输入端也通过一个精密电阻分压器分成四个不同的阈值输入端V21、V22、V23、V24，该四个不同的阈值输入端分别串接一个电子开关并接在下阈值输入端(B)上，所述随机序列产生电路的第二组四位随机码的输出端S5、S6、S7、S8分别与串接在该四个不同阈值输入支路上电子开关S5’、S6’、S7’、S8’的控制端对应相接。

2.根据权利要求1所述的带随机频率抖动的LED驱动器，其特征是：所述的随机序列产生电路(3)集成在驱动芯片(2)中。

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