CN201533429U - 一种led驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LED驱动控制装置，包括：数模转换模块，可编程逻辑模块和至少一个后级功能模块；其中所述数模转换模块电连接到所述至少一个后级功能模块的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；所述可编程逻辑模块电连接到所述数模转换模块的输出端以接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号；所述至少一个后级功能模块电连接到所述可编程逻辑模块的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。本实用新型的LED驱动控制装置选用可编程逻辑器件以及辅助元件来实现LED驱动控制，成本低、性价比高。

Description

一种LED驱动控制装置

技术领域

本实用新型涉及驱动控制领域，更具体地说，涉及一种LED驱动控制装置。

背景技术

发光二极管(LED)广泛应用于LED显示屏、LED照明、手机和液晶电视用LED背光源中。为了降低LED驱动电路成本，一般而言，LED以串联方式连接，然后接入驱动电路中。例如，LED驱动电路输出36伏可驱动由10颗LED组成的串联组，输出60伏可驱动由16颗LED组成的串联组，输出168伏可驱动由48颗LED组成的串联组。

目前，现有的LED驱动集成电路(简称IC)，驱动电压大多在60伏(简称低压)以下，只有部分LED驱动IC能够输出120伏(简称高压)以上。常规的LED驱动IC的典型应用电路如图1所示。以驱动3个LED串联组为例，VIN是输入电压，一般为12V或24V，经升压电路升至输出电压VOUT，输出电压VOUT是可变的，视每组中LED的个数而定，受集成电路的ISEN1、ISEN2、ISEN3引脚耐压所限，VOUT有一个最大值，一般为60V左右，由此限制了每串中的LED个数一般为16颗以内。

在照明LED光源、液晶电视用LED背光源应用中，大多采用多片高压LED驱动IC来驱动多个LED串，驱动成本相对较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的多片高压LED驱动IC来驱动多个LED串，驱动成本相对较高的缺陷，提供一种成本较低，性价比较高的LED驱动控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种LED驱动控制装置，包括：数模转换模块，可编程逻辑模块和至少一个后级功能模块；其中所述数模转换模块电连接到所述至少一个后级功能模块的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；

所述可编程逻辑模块电连接到所述数模转换模块的输出端以接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号；

所述至少一个后级功能模块电连接到所述可编程逻辑模块的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述控制信号包括输出电压控制信号和PWM控制信号。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述预设策略包括当所述数字采样信号大于预设值时，减小输出电压控制信号的占空比，控制输出电压减少；当所述数字采样信号小于预设值时，增大输出电压控制信号的占空比，控制输出电压增加。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述后级功能模块包括：采样电阻、第一晶体管、升压单元和LED串；其中，所述升压单元的电压输入端连接到输入电压、控制信号输入端接收所述输出电压控制信号、输出端连接到LED串的正极，所述第一晶体管的源极经采样电阻接地、漏极接收PWM控制信号、栅极连接到所述LED串的负极，所述采样电阻和所述第一晶体管的源极的连接点为所述后级功能模块的采样输出端。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述LED串的亮度与所述PWM控制信号的占空比成正比。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述升压单元包括：电感、二极管、第二晶体管、第一电阻和电容；其中所述电感的一端连接到电压输入端、另一端连接到所述二极管的阳极和所述第二晶体管的栅极，所述二极管的阴极连接到所述输出端和电容的正极，所述电容的负极接地，所述第二晶体管的源极经第一电阻接地，漏极控制信号输入端。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述第一晶体管和第二晶体管是N型MOS管，所述二极管是肖特基二极管。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述可编程逻辑模块通过SPI总线电连接到所述数模转换模块的输出端以接收所述数字采样信号。

在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述数模转换模块是多通道模数转换电路，每个通道通过可编程逻辑模块控制所有后级功能模块。

实施本实用新型的LED驱动控制装置，具有以下有益效果：

1、与现有的专用高压LED驱动IC相比，选用AD单片机以及辅助元件来实现LED驱动控制，成本更低、性价比更高，并且电路灵活、易于升级；

2、独立驱动每一个LED串，电路参数可独立调整，每一串的能量损耗可以做到最低，因而产品节能环保，且容易实现各LED串的电流平衡，确保每个LED串亮度的一致性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是常规LED驱动集成电路的典型应用电路图；

图2是本实用新型的驱动控制装置的第一实施例的原理框图；

图3是本实用新型的驱动控制装置的第二实施例的电路原理框图；

图4是本实用新型的驱动控制装置的第三实施例的后级功能模块的电路原理图。

具体实施方式

图2是本实用新型的驱动控制装置的第一实施例的原理框图。如图2所示，本实用新型的LED驱动控制装置，包括：数模转换模块100，可编程逻辑模块200和后级功能模块300。所述数模转换模块100电连接到所述后级功能模块300的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号。所述可编程逻辑模块200电连接到所述数模转换模块100的输出端以接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号。所述后级功能模块300电连接到所述可编程逻辑模块200的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。

图3是本实用新型的驱动控制装置的第二实施例的电路原理框图。如图3所示，所述数模转换模块100是多通道模数转换IC，如可采用8通道AD转换集成电路AD7949。在该实施例中，该驱动控制装置可包括多个后级功能模块31，32，...，3n。这些后级功能模块可以完全相同。所述可编程逻辑模块200可以是具有多组输出引脚的CPLD芯片。如图3所示，所述后级功能模块的电压输入端VIN分别接收输入电压。数模转换模块100通过多个ISEN1-n引脚分别从后级功能模块31，32，...，3n的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号。随后该数字信号通过SPI引脚经SPI总线传送到可编程逻辑模块200。该可编程逻辑模块200接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号。在本实施例中，所述控制信号包括输出电压控制信号和PWM控制信号。该输出电压控制信号分别通过引脚Gate1-n传送给后级功能模块31，32，...，3n。该PWM控制信号分别通过引脚PWM1-n传送给后级功能模块31，32，...，3n。。在本实施例中，所述预设策略包括当所述数字采样信号大于预设值时，减小输出电压控制信号的占空比，控制输出电压减少；当所述数字采样信号小于预设值时，增大输出电压控制信号的占空比，控制输出电压增加。在本实用新型的简化实施例中，该控制信号可只包括电压控制信号或PWM控制信号。根据本实用新型的教导，本领域技术人员可以按照实际情况设置控制信号的种类。

图4是本实用新型的驱动控制装置的第三实施例的后级功能模块的电路原理图。下面结合图4示出的实施例对本实用新型的驱动控制装置的工作原理进行说明。

如图4所示，本实用新型的后级功能模块包括采样电阻7、第一晶体管6、升压单元10和LED串8。所述升压单元10的电压输入端Vin连接到输入电压、控制信号输入端Gate接收所述输出电压控制信号、输出端VOUT连接到LED串8的正极，所述第一晶体管6的源极经采样电阻7接地、漏极接收PWM控制信号、栅极连接到所述LED串8的负极，所述采样电阻7和所述第一晶体管6的源极的连接点为所述后级功能模块300的采样输出端。所述升压单元10包括：电感1、二极管2、第二晶体管3、第一电阻4和电容5。所述电感1的一端连接到电压输入端Vin、另一端连接到所述二极管2的阳极和所述第二晶体管3的栅极，所述二极管2的阴极连接到所述输出端VOUT和电容5的正极，所述电容5的负极接地，所述第二晶体管3的源极经第一电阻4接地，漏极控制信号输入端Gate。

升压单元10在从控制信号输入端Gate接收所述输出电压控制信号的控制下，将从电压输入端Vin接收到的输入电压VIN在输出端(VOUT)升至设定输出电压。所述输出电压控制信号是一个频率为几百kHz的脉宽调制信号(PWM信号)。该设定输出电压略高于LED串的LED正向电压VF的总和。

电阻4是限流保护电阻。电阻7是采样电。采样电压经ISEN引脚输入至数模转换模块100。该数模转换模块100将采样电压(模拟值)转换成数字信号后从SPI引脚，通过SPI总线，传给CPLD模块200。CPLD模块200接收到该数字信号后根据以下策略来产生输出电压控制信号。升压单元10通过控制信号输入端Gate接收该输出电压控制信号从而控制输出电压。

当采样电压超过预设值V0(V0一般为0.2～1.5V)时，减少输出电压控制信号的占空比，使输出电压减少；反之，当采样电压低于预设值V0时，增加输出电压控制信号的占空比，使输出电压增加。经过以上策略控制后，采样电压在V0上下波动。

由于LED串8的平均亮度与PWM控制信号的占空比成正比，当PWM占空比为100％时，LED串亮度最高，当PWM占空比为0时，LED串不亮。电阻7的电阻值R决定了通过LED串的电流值ILED：ILED＝V0/R。

本领域技术人员知悉，CPLD模块是本实用新型的关键器件，CPLD内部电路可并行工作，其速度明显高于串行工作的MCU。CPLD模块通过SPI总线，从AD转换模块中获取各个后级功能模块中的采样电压，同时(即并行)输出多路输出电压控制信号控制各后级功能模块中的升压单元。CPLD模块的可用引脚(可用IO)，少则二十多个，多则一百多个，轻易实现十几通道的LED驱动电路来控制十几个LED串，而且一片CPLD的价格与只能驱动单个LED串的LED驱动IC相当，即使加上AD转换电路芯片，其价格也有明显优势。

由于每个后级功能模块的PWM控制信号相互独立，各个LED串的发光亮度也相互独立，各LED串的发光顺序(相位)也可独立控制，可以同时，也可以有序地错位，这一特点对液晶电视用LED背光源特别有用，可实现“背光源扫描技术”。

同样，由于各后级功能模块独立工作，独立调整各模块的参数，使每一后级功能模块的电能损耗设计到最低，相应地，产品的能效指标很高，做到节能环保。

本实用新型中，AD转换模块、CPLD芯片的工作电压为3，3～5V，后级功能模块中的元器件的耐压值为输出电压设定制，选取耐压值足够的元器件，即可获得一百多伏的高压驱动能力。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合或材料，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (9)

1.一种LED驱动控制装置，其特征在于，包括：数模转换模块(100)，可编程逻辑模块(200)和至少一个后级功能模块(300)；其中

所述数模转换模块(100)电连接到所述至少一个后级功能模块(300)的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；

所述可编程逻辑模块(200)电连接到所述数模转换模块(100)的输出端以接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号；

所述至少一个后级功能模块(300)电连接到所述可编程逻辑模块(200)的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。

2.根据权利要求1所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述控制信号包括输出电压控制信号和PWM控制信号。

3.根据权利要求2所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述预设策略包括当所述数字采样信号大于预设值时，减小输出电压控制信号的占空比，控制输出电压减少；当所述数字采样信号小于预设值时，增大输出电压控制信号的占空比，控制输出电压增加。

4.根据权利要求3所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述后级功能模块(300)包括：采样电阻(7)、第一晶体管(6)、升压单元(10)和LED串(8)；其中，所述升压单元(10)的电压输入端(Vin)连接到输入电压、控制信号输入端(Gate)接收所述输出电压控制信号、输出端(VOUT)连接到LED串(8)的正极，所述第一晶体管(6)的源极经采样电阻(7)接地、漏极接收PWM控制信号、栅极连接到所述LED串(8)的负极，所述采样电阻(7)和所述第一晶体管(6)的源极的连接点为所述后级功能模块(300)的采样输出端。

5.根据权利要求4所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述LED串(8)的亮度与所述PWM控制信号的占空比成正比。

6.根据权利要求4所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述升压单元(10)包括：电感(1)、二极管(2)、第二晶体管(3)、第一电阻(4)和电容(5)；其中所述电感(1)的一端连接到电压输入端(Vin)、另一端连接到所述二极管(2)的阳极和所述第二晶体管(3)的栅极，所述二极管(2)的阴极连接到所述输出端(VOUT)和电容(5)的正极，所述电容(5)的负极接地，所述第二晶体管(3)的源极经第一电阻(4)接地，漏极控制信号输入端(Gate)。

7.根据权利要求6所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述第一晶体管(6)和第二晶体管(3)是N型MOS管，所述二极管(2)是肖特基二极管。

8.根据权利要求7所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述可编程逻辑模块(200)通过SPI总线电连接到所述数模转换模块(100)的输出端以接收所述数字采样信号。

9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述数模转换模块(100)是多通道模数转换电路，每个通道通过可编程逻辑模块(200)控制所有后级功能模块(300)。

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