CN201860494U - 具调光时序控制的发光二极管驱动电路 - Google Patents

具调光时序控制的发光二极管驱动电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种具调光时序控制的发光二极管(LED)驱动电路,用于接收具低频脉宽调制(PWM)形式且每一切换周期包括一导通期间和一截止期间的调光信号,以驱动LED灯串在导通期间发光并在截止期间不发光。LED驱动电路包括切换式电源转换器、PWM控制器、调光开关和调光时序控制电路。调光时序控制电路耦接调光开关的控制端和PWM控制器,用于接收调光信号,并控制在进入导通期间时调光开关先导通后PWM控制器才开始输出控制信号,而在进入截止期间时PWM控制器先停止输出控制信号后调光开关才开始截止,因此可消除PWM调光时输出电压和电流的过冲现象,避免缩短电路组件及LED灯串使用寿命。

Description

具调光时序控制的发光二极管驱动电路
技术领域
[0001] 本实用新型是关于一种发光二极管(Light-Emitting Diode,简称LED)驱动电 路,且特别是关于一种具调光时序控制的LED驱动电路。
背景技术
[0002] 图1为一种现有的LED驱动电路的电路图。请参见图1,LED驱动电路1用于驱动 LED灯串4,其中LED灯串4具有输入端41和输出端42,LED灯串4包括多个发光二极管 DLl〜DLn串联耦接于输入端41和输出端42之间,η为大于1的整数。LED驱动电路1包 括反激式(flyback)转换器11、反馈电路12和调光开关13。
[0003] 反激式转换器11包括变压器Tl、作为开关使用的晶体管Q1、整流二极管Dl和电 容器Cl,变压器Tl在其初级侧设有初级线圈Np且在其次级侧设有次级线圈Ns。反激式转 换器11用于根据具高频脉宽调制(Pulse-Width Modulation,简称PWM)形式的控制信号 CTRL控制晶体管Ql的切换,将直流输入电压Vin转换成直流输出电压Vout提供至LED灯 串4的输入端41,以提供LED灯串4所需工作电压。
[0004] 反馈电路12包括设在变压器Tl初级侧的参考线圈Na、整流二极管D2、电容器C2、 电阻器Rl和PWM控制器Ul。反馈电路12用于将参考线圈Na的感应电流(其与初级线圈 Np和次级线圈Ns的电流有关)通过整流二极管D2、电容器C2和电阻器Rl的整流滤波以 产生反馈信号FB输出到PWM控制器Ul的反馈端,PWM控制器Ul再根据反馈信号FB输出 控制信号CTRL以控制晶体管Ql的切换,使反激式转换器11提供的输出电压Vout达到稳 定。
[0005] 调光开关13包括作为开关使用的晶体管Q2。调光开关13的第一端(即晶体管 Q2的漏极端)耦接LED灯串4的输出端42,调光开关13的第二端(即晶体管Q2的源极 端)接地,调光开关13的控制端(即晶体管Q2的栅极端)接收具低频PWM形式的调光信 号DIM1。调光信号DIMl的每一切换周期T包括一导通期间Ton和一截止期间Toff,调光 信号DIMl的占空比(duty cycle)为导通期间Ton占切换周期T的比例,其中切换周期T 通常设计为固定不变。
[0006] 在导通期间Ton,调光开关13导通,LED灯串4会有电流通过而发光(亮)。在 截止期间Toff,调光开关13截止,LED灯串4没有电流通过而不发光(暗)。通过适当设 计切换周期T以利用人眼视觉暂留现象,让人眼不会感受到LED灯串4 一下亮一下暗而只 会感受到某一亮度,这个亮度与亮和暗的时间比例有关。因此,可通过改变调光信号DIMl 的占空比来改变人眼感受到LED灯串4的亮度,这种调光方式被称为PWM调光或突发模式 (burst mode)调光。
[0007] 现有的LED驱动电路1例如在调光开关13受到调光信号DIMl的控制开始截止时, 反激式转换器11的输出电流变为零,反馈电路12通过参考线圈Na无法感应出电流而使反 馈信号FB变最小,使PWM控制器Ul输出的控制信号CTRL的占空比变大,进而使输出电压 Vout快速升高,直到PWM控制器Ul检测到输出电压Vout过高而启动过压保护或调光开关13受到调光信号DIMl的控制开始导通时输出电压Vout才开始下降,因此输出电压Vout有 过冲(overshoot)现象发生,这会缩短电路组件及LED灯串4使用寿命。
实用新型内容
[0008] 因此,本实用新型的目的就是在提出一种具调光时序控制的LED驱动电路,可消 除PWM调光时输出电压和电流的过冲现象。
[0009] 本实用新型提出一种具调光时序控制的LED驱动电路,用于接收具低频PWM形式 且每一切换周期包括一导通期间和一截止期间的调光信号,以驱动LED灯串在导通期间发 光并在截止期间不发光。具调光时序控制的LED驱动电路包括切换式电源转换器、PWM控 制器、调光开关和调光时序控制电路。切换式电源转换器耦接LED灯串的输入端,用于在导 通期间根据具高频PWM形式的控制信号提供输出电压至LED灯串的输入端,并在截止期间 不提供输出电压。PWM控制器耦接切换式电源转换器,用于在导通期间输出控制信号,并在 截止期间停止输出控制信号。调光开关的第一端耦接LED灯串的输出端,调光开关的第二 端接地。调光时序控制电路耦接调光开关的控制端和PWM控制器,用于接收调光信号,并控 制在进入导通期间时调光开关先导通后PWM控制器才开始输出控制信号,而在进入截止期 间时PWM控制器先停止输出控制信号后调光开关才开始截止。
[0010] 在本实用新型的一实施例中,调光开关在其控制端接收逻辑高准位信号时导通, 并在其控制端接收逻辑低准位信号时截止。调光时序控制电路包括时间延迟电路、开关和 隔离电路。时间延迟电路的输入端接收调光信号。开关的第一端耦接供电电压和调光开关 的控制端,开关的第二端接地,开关的控制端耦接时间延迟电路的输出端,开关在其控制端 接收逻辑高准位信号时导通,并在其控制端接收逻辑低准位信号时截止。隔离电路的输入 端接收调光信号,隔离电路的输出端耦接PWM控制器的反馈端。
[0011] 在本实用新型的一实施例中,时间延迟电路包括第一电阻器、第二电阻器和电容 器。第一电阻器的第一端耦接时间延迟电路的输入端,第一电阻器的第二端耦接时间延迟 电路的输出端。第二电阻器的第一端耦接第一电阻器的第二端,第二电阻器的第二端接地。 电容器的第一端耦接第一电阻器的第二端,电容器的第二端接地。
[0012] 在本实用新型的一实施例中,开关包括NPN双极结型晶体管或N通道场效晶体管。
[0013] 在本实用新型的一实施例中,隔离电路包括光耦合器,光耦合器包括设在隔离电 路的输入端的发光组件和设在隔离电路的输出端的检光组件,其中发光组件包括发光二极 管,检光组件包括光敏晶体管。在另一实施例中,隔离电路包括隔离变压器,隔离变压器包 括设在隔离电路的输入端的初级线圈和设在隔离电路的输出端的次级线圈。
[0014] 本实用新型因采用调光时序控制电路在进入导通期间时控制调光开关导通后PWM 控制器才开始输出控制信号,并在进入截止期间时控制PWM控制器停止输出控制信号后调 光开关才开始截止,可消除PWM调光时输出电压和电流的过冲现象,避免缩短电路组件及 LED灯串使用寿命。
[0015] 为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举优选实 施例,并配合附图,作详细说明如下。附图说明
[0016] 图1为一种现有的LED驱动电路的电路图;
[0017] 图2为本实用新型的LED驱动电路的一实施例的电路图;
[0018] 图3为本实用新型的LED驱动电路的调光时序控制电路的一实施例的电路图;
[0019] 图4为本实用新型的LED驱动电路的调光时序控制电路的另一实施例的电路图。
[0020] 附图标记说明:1、2_LED驱动电路;11-反激式转换器;12-反馈电路;13-调光 开关;24、M’、M”_调光时序控制电路;31-时间延迟电路;311-时间延迟电路的输入端; 312-时间延迟电路的输出端;32-开关;321-开关的第一端;322-开关的第二端;323-开关 的控制端;33、43_隔离电路;331、431_隔离电路的输入端;332、432_隔离电路的输出端; 4-LED灯串;41-LED灯串的输入端;42-LED灯串的输出端;Cl〜C3-电容器;Dl、D2-整流 二极管;DLl〜DLn-发光二极管;Ql〜Q3-晶体管;Rl、Rcl〜Rc3_电阻器;Rbl-第一电阻 器;Rb2-第二电阻器;Tl-变压器;Na-变压器的参考线圈;Np-变压器的初级线圈;Ns-变 压器的次级线圈;T2-隔离变压器;Np,-隔离变压器的初级线圈;Ns’ -隔离变压器的次 级线圈;Ul-PWM控制器;U2-光耦合器;IR-光耦合器的发光二极管;PT-光耦合器的光敏 晶体管;VccU Vcc2-供电电压;Vin-输入电压;Vout-输出电压;CTRL-控制信号;DIMU DIM2-调光信号;T-调光信号的切换周期;Ton-调光信号的导通期间;Toff-调光信号的截 止期间;FB-反馈信号。
具体实施方式
[0021] 图2为本实用新型的LED驱动电路的一实施例的电路图。请参见图2,LED驱动电 路2用于接收具低频PWM形式且每一切换周期T包括一导通期间Ton和一截止期间TofT 的调光信号DIM2,以驱动LED灯串在导通期间Ton发光并在截止期间Toff不发光,以实现 PWM调光。在本实施例中,LED灯串以图1所示LED灯串4为例,但并非仅限于此。
[0022] LED驱动电路2包括切换式电源转换器、反馈电路、调光开关和调光时序控制电 路,其中反馈电路包括PWM控制器。在本实施例中,切换式电源转换器以图1所示反激式 转换器11为例,但并非仅限于此,例如可改成降压式(bulk)、升压式(boost)、升降压式 (bulk-boost)、正激式(forward)、半桥式或全桥式转换器等的切换式电源转换器。反馈电 路以图1所示采用初级侧控制的反馈电路12为例,但并非仅限于此,例如可改成采用次级 侧误差放大电路和光耦合器的反馈电路。调光开关以图1所示调光开关13为例,但并非仅 限于此。调光时序控制电路以图2所示调光时序控制电路M为例,但并非仅限于此。
[0023] 反激式转换器11、反馈电路12和调光开关13的组成组件和耦接关系在此不再赘 述,但调光开关13的控制端不再如图1所示直接接收调光信号,而改成通过调光时序控制 电路24接收调光信号DIM2。
[0024] 调光时序控制电路M耦接调光开关13的控制端和反馈电路12的PWM控制器Ul 的反馈端。调光时序控制电路M用于接收调光信号DIM2,并控制在进入导通期间Ton时, 调光开关13先导通后PWM控制器Ul才开始输出控制信号CTRL,而使反激式转换器11开始 提供输出电压Vout,而在进入截止期间Toff时,PWM控制器Ul先停止输出控制信号CTRL, 而使反激式转换器11停止提供输出电压Vout后调光开关13才开始截止。由于调光时序 控制电路M先使调光开关13导通而令LED灯串4的输出端42到地形成通路,然后再使反激式转换器11开始提供输出电压Vout,因此输出电流不会有过冲现象发生。另外,由于调 光时序控制电路M先使反激式转换器11停止提供输出电压Vout,然后才使调光开关13截 止而令LED灯串4的输出端42到地形成断路,因此输出电压Vout不会有过冲现象发生。
[0025] 图3为本实用新型的LED驱动电路的调光时序控制电路的一实施例的电路图。请 参见图3,调光时序控制电路24’包括时间延迟电路31、开关32和隔离电路33。时间延迟 电路31的输入端311接收调光信号DIM2,并将调光信号DIM2延迟一段时间后再从其输 出端312输出至调光开关13的控制端。在本实施例中,时间延迟电路31包括第一电阻器 诎1、第二电阻器诎2和电容器C3。第一电阻器的第一端耦接时间延迟电路31的输入 端311,第一电阻器Rbl的第二端耦接时间延迟电路31的输出端312。第二电阻器Rb2的 第一端耦接第一电阻器Rbl的第二端,第二电阻器Rb2的第二端接地。电容器C3的第一端 耦接第一电阻器Rbl的第二端,电容器C3的第二端接地。
[0026] 若调光开关13采用在其控制端接收逻辑高准位信号时导通,并在其控制端接收 逻辑低准位信号时截止的设计,且调光信号DIM2采用负逻辑设计,则开关32采用在其控制 端接收逻辑高准位信号时导通,并在其控制端接收逻辑低准位信号时截止的设计,例如开 关32可采用NPN双极结型晶体管Q3或N通道场效晶体管来实现。开关32的第一端321 (如 晶体管Q3的集电极端)通过电阻器Rcl耦接作为逻辑高准位信号的供电电压Vccl (如5V) 和调光开关13的控制端,开关32的第二端322 (如晶体管Q3的发射极端)耦接作为逻辑 低准位信号的地,开关32的控制端323(如晶体管Q3的基极端)耦接时间延迟电路31的 输出端312。
[0027] 隔离电路33的输入端331接收调光信号DIM2,隔离电路33的输出端332耦接PWM 控制器Ul的反馈端。在本实施例中,隔离电路33包括光耦合器U2和电阻器Rc2和Rc3。 光耦合器U2包括设在隔离电路33的输入端331的发光组件(如发光二极管IR)和设在隔 离电路33的输出端332的检光组件(如光敏晶体管PT)。
[0028] 在进入导通期间Ton时,调光信号DIM2为逻辑低准位信号,因时间延迟电路31的 电容器C3放电而延迟一段较短的时间才控制开关32截止,然后调光开关13的控制端因接 收到供电电压Vccl提供的逻辑高准位信号而导通。另外,调光信号DIM2为逻辑低准位信 号而无法提供发光二极管顶所需工作电压,发光二极管顶不会发光,使光敏晶体管PT因 检测不到光而截止,使隔离电路33的输出端332不会输出任何信号至PWM控制器U1,此时 PWM控制器Ul要自行从先前在截止期间Toff停止输出控制信号CTRL变为开始正常工作, 并输出控制信号CTRL需要一段较长的时间,因此实现了在进入导通期间Ton时调光开关13 先导通后PWM控制器Ul才开始输出控制信号CTRL。
[0029] 在进入截止期间Toff时,调光信号DIM2为逻辑高准位信号,因时间延迟电路31 的电容器C3充电而延迟一段时间才控制开关32导通,然后调光开关13的控制端因接收到 地提供的逻辑低准位信号而截止。另外,调光信号DIM2为逻辑高准位信号而可通过电阻器 Rc2提供发光二极管顶所需工作电压,发光二极管顶会发光,使光敏晶体管PT因检测到光 而导通,使供电电压Vcc2(如16V)通过电阻器Rc3产生大电流信号从隔离电路33的输出 端332输出到PWM控制器Ul的反馈端,造成PWM控制器Ul因过大的反馈信号FB而立刻停 止输出控制信号CTRL,因此实现了在进入截止期间Toff时PWM控制器Ul先停止输出控制 信号CTRL后调光开关13才开始截止。[0030] 图4为本实用新型的LED驱动电路的调光时序控制电路的另一实施例的电路图。 请参见图4,调光时序控制电路24”仅将图3所示调光时序控制电路M’中的光耦合器U2 以隔离变压器T2取代。隔离变压器T2包括设在隔离电路43的输入端431的初级线圈Np’ 和设在隔离电路43的输出端432的次级线圈Ns’。
[0031] 综上所述,本实用新型因采用调光时序控制电路对、24’或M”在进入导通期间 Ton时控制调光开关13导通后PWM控制器Ul才开始输出控制信号CTRL,并在进入截止期 间Toff时控制PWM控制器Ul停止输出控制信号CTRL后调光开关13才开始截止,可消除 PWM调光时输出电压和电流的过冲现象,避免缩短电路组件及LED灯串4使用寿命。
[0032] 虽然本实用新型已在上述优选实施例中公开,然其并非用于限定本实用新型,任 何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内,当可作少许修改与润饰,因此本 实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1. 一种具调光时序控制的发光二极管驱动电路,用于接收具低频脉宽调制形式且每一 切换周期包括一导通期间和一截止期间的一调光信号,以驱动一发光二极管灯串在该导通 期间发光并在该截止期间不发光,其特征在于,该具调光时序控制的发光二极管驱动电路 包括:一切换式电源转换器,耦接该发光二极管灯串的输入端,用于在该导通期间根据具高 频脉宽调制形式的一控制信号提供一输出电压至该发光二极管灯串的输入端,并在该截止 期间不提供该输出电压;一脉宽调制控制器,耦接该切换式电源转换器,用于在该导通期间输出该控制信号,并 在该截止期间停止输出该控制信号;一调光开关,该调光开关的第一端耦接该发光二极管灯串的输出端,该调光开关的第 二端接地;以及一调光时序控制电路,耦接该调光开关的控制端和该脉宽调制控制器,用于接收该调 光信号,并控制在进入该导通期间时该调光开关先导通后该脉宽调制控制器才开始输出该 控制信号,而在进入该截止期间时该脉宽调制控制器先停止输出该控制信号后该调光开关 才开始截止。
2.如权利要求1所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该调光 开关在其控制端接收逻辑高准位信号时导通,并在其控制端接收逻辑低准位信号时截止, 该调光时序控制电路包括:一时间延迟电路,该时间延迟电路的输入端接收该调光信号;一开关,该开关的第一端耦接一供电电压和该调光开关的控制端,该开关的第二端接 地,该开关的控制端耦接该时间延迟电路的输出端,该开关在其控制端接收逻辑高准位信 号时导通,并在其控制端接收逻辑低准位信号时截止;以及一隔离电路,该隔离电路的输入端接收该调光信号,该隔离电路的输出端耦接该脉宽 调制控制器的反馈端。
3.如权利要求2所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该时间 延迟电路包括:一第一电阻器,该第一电阻器的第一端耦接该时间延迟电路的输入端,该第一电阻器 的第二端耦接该时间延迟电路的输出端;一第二电阻器,该第二电阻器的第一端耦接该第一电阻器的第二端,该第二电阻器的 第二端接地;以及一电容器,该电容器的第一端耦接该第一电阻器的第二端,该电容器的第二端接地。
4.如权利要求2所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该开关 包括一 NPN双极结型晶体管。
5.如权利要求2所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该开关 包括一 N通道场效晶体管。
6.如权利要求2所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该隔离 电路包括一光耦合器,该光耦合器包括设在该隔离电路的输入端的一发光组件和设在该隔 离电路的输出端的一检光组件。
7.如权利要求6所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该发光组件包括一发光二极管。
8.如权利要求6所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该检光 组件包括一光敏晶体管。
9.如权利要求2所述的具调光时序控制的发光二极管驱动电路,其特征在于,该隔离 电路包括一隔离变压器,该隔离变压器包括设在该隔离电路的输入端的一初级线圈和设在 该隔离电路的输出端的一次级线圈。
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