CN202514136U

CN202514136U - 一种可调光的led驱动芯片及驱动电路

Info

Publication number: CN202514136U
Application number: CN2012201288991U
Authority: CN
Inventors: 孙邦伍; 李鸽; 张海波; 王兆明; 尹文娇
Original assignee: NANJING GUANYA POWER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NANJING GUANYA POWER EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-30

Abstract

本实用新型公开了一种可调光的LED驱动芯片及驱动电路，属于驱动芯片和驱动电路领域。一种可调光的LED驱动芯片，包括反馈引脚、电压输出引脚、接地引脚、开关管引脚、调光控制引脚、电源电压输入引脚、开关管、逻辑驱动模块、保护电路模块、调光数字控制模块、误差放大器、PWM比较器、带隙基准电压模块。本实用新型采用数字调光方式，通过数字调光控制信号来调节PWM调制信号，采用分段式的调光方式，解决传统PWM调光模式下的EMI问题，有效的提高了驱动电源的效率。选用不同bit的模数转换器，可实现不同精度的LED调光方式。本实用新型实现全功率调节，解决了峰值电流控制模式下对主电路及工作模式的要求。

Description

一种可调光的LED驱动芯片及驱动电路

技术领域

本实用新型属于驱动芯片和驱动电路领域，具体而言属于一种可调光的LED驱动芯片及驱动电路。

背景技术

LED以其高效、节能、环保及寿命长等优点受到越来越多的关注。应用于多种场合中，在工业控制领域，因环境，个人需求等因素，对LED亮度的需求也因情况而异。在照明领域中，因场合需要，对LED光的颜色或亮度也提出了一定的要求。因此，LED调光技术成为LED行业越来越受重视的环节。

现阶段，LED调光技术主要有模拟调光、可控硅调光、PWM调光。模拟调光结构简单，不会引入潜在的EMI，但控制精度差，很难达到理想的控制效果。可控硅调光工作效率高，性能稳定，但是如果维持电流不够，就会使得导通角不稳定，输出波形不均匀，产生振颤和尖峰，LED会出现闪烁的情况。PWM调光在LED调光技术应用中越来越广泛，因其应用简单，效率高，精度高，且调光效果好，稳定，不会产生色谱偏移，在大范围内调光，也不会发生闪烁现象。但是传统的PWM调光通过调节模拟PWM信号调节LED的亮度，因而会带来EMI问题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对传统的PWM调光方式的不足，提供一种数字控制PWM调光的LED驱动芯片和驱动电路。

为了实现上述目标，本实用新型采用的技术方案是：一种可调光的LED驱动芯片，包括：反馈引脚，用于输入外部LED负载电流采样信号；电压输出引脚，用于输出驱动电流；接地引脚，用于驱动芯片接地；开关管引脚，用于连接外部电感；调光控制引脚，用于输入数字调光控制信号；电源电压输入引脚，用于输入驱动芯片的工作电源；开关管，用于控制所述电压输出引脚的芯片内部连接端与所述开关管引脚的芯片内部连接端之间导通或关断；逻辑驱动模块，用于控制开关管，输出驱动信号到开关管的控制端；保护电路模块，用于驱动芯片的保护包括过压保护、过温保护、短路保护，输出保护信号到逻辑驱动模块；调光数字控制模块，包括内部逻辑电路、计时器、计数器和数模转换器，所述调光控制引脚的内部连接端连接到内部逻辑电路，内部逻辑电路控制计时器和计数器，计时器输出到计数器，计数器输出到数模转换器，数模转换器输出调光信号；误差放大器，用于电压外环控制，所述反馈引脚的内部连接端输入外部LED负载电流采样信号到误差放大器，所述调光数字控制模块输出的调光信号输入到误差放大器；PWM比较器，用于电流内环控制和PWM调制，所述误差放大器的输出端连接到PWM比较器的输入端，PWM比较器另一输入端接入采样电感电流信号，PWM比较器输出调制信号到逻辑驱动模块；带隙基准电压模块，用于提供驱动芯片内部的基准电压。

上述的技术方案还可以进一步优化为：所述数模转换器为4bit的数模转换器。

一种可调光LED驱动电路，其技术方案为：包括上述技术方案中的可调光的LED驱动芯片，还包括电感、电容、采样电阻、续流二极管、LED负载；其中电感连接在所述LED驱动芯片的开关管引脚和电源电压输入引脚之间，电源电压输入引脚同时连接到电源正端，所述LED驱动芯片的电压输出引脚连接到续流二极管的正端，续流二极管的负端连接到LED负载的正端，LED负载的负端通过采样电阻接地，电容与LED负载和采样电阻串联的电路并联，所述LED驱动芯片的反馈引脚连接到LED负载的负端，所述LED驱动芯片的接地引脚接地，所述LED驱动芯片的调光控制引脚接入数字调光控制信号。

上述技术方案中，调光数字控制模块，采用数字控制方式，同时作为电压外环控制电路的给定信号。数模转换器可选用2bit，3bit，4bit等不同要求的模块，可根据实际要求选择。4bit的数模转换器精度要高于2bit的数模转换器，若选用4bit的数模转换器可进行16级调节，选用2bit的数模转换器可进行4级调节。调光数字控制模块的数模转换器将数字信号转换模拟信号，模拟信号作为调光数字控制模块的输出信号。

上述技术方案中，该LED驱动芯片为双环控制策略，电压外环控制，电流内环控制。电压外环为误差放大器，根据LED负载恒压特性，通过采样电阻电流的大小得到采样电压，作为反馈引脚的输入信号，与调光数字控制模块的输出信号通过误差放大器产生输出信号。电流内环为PWM比较器，同时负责PWM调制，采用平均电流控制方式，将误差放大器的输出信号作为电流控制电路的参考给定，PWM比较器接收采样电感电流信号，输出调制信号。

上述技术方案中，采取数字控制PWM调光方式，保持周期不变，控制开关管的导通和关断时间，调节PWM调制信号的占空比，保持驱动LED的电流保持不变，从而实现LED的调光。通过PWM调光方式不会发生LED颜色改变或不稳定的现象。

上述技术方案中，逻辑驱动模块包含多个与非门及RS触发器，接收保护信号如过压保护信号、过温保护信号、短路保护信号以及调制信号。逻辑驱动电路输出为高平信号时，开关管导通，逻辑驱动电路输出为低平信号时，开关管关断。

上述技术方案中，带隙基准电压模块，产生不随电压源和温度改变的基准电压，为调光数字控制模块、保护电路提供基准电压。

上述技术方案中，保护电路模块在LED驱动芯片出现过压，过温等状态时，通过逻辑驱动模块断开开关管，进入保护状态。

本实用新型的有益效果为：本实用新型采用数字调光方式，通过数字调光控制信号来调节PWM调制信号，提供了一种高精度、低损耗的可调光的LED驱动电源。本实用新型采用分段式的调光方式，解决传统PWM调光模式下的EMI问题，有效的提高了驱动电源的效率。通过调光数字控制模块中计时器的步长对LED进行调光，根据实际需求的不同，选用不同bit的模数转换器，可实现不同精度的LED调光方式。该可调光的LED驱动芯片可对LED从大到小，或是从小到大调光。同时，相对于传统的峰值电流控制方式，本实用新型采用平均电流控制方式，使得主电路可工作在DCM模式下，实现全功率调节，解决了峰值电流控制模式下对主电路及工作模式的要求。

附图说明

图1为可调光LED驱动芯片外部引脚图。其中FB为反馈引脚，VOUT为电压输出引脚，GND为接地引脚，SW为开关管引脚，ISET为调光控制引脚，VIN为电源电压输入引脚。

图2 为可调光LED驱动芯片原理图。

图3为Boost电路原理图。

图4为数字调光控制模块原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，可调光的LED驱动芯片包括六个引脚，分别为反馈引脚FB，电压输出引脚VOUT，接地引脚GND，开关管引脚SW，调光控制引脚ISET，电源电压输入引脚VIN。

Boost电路连接方式如图3所示，开关管开通时，电感、功率开关管及输入端构成回路。开关管关断后，电感、续流二极管续流与LED负载构成回路。Boost电路经过一定时间的调节后，由于电感的作用，电路达到稳态，输出电流恒定。LED负载采用恒流驱动方式。Boost电路可工作在DCM模式，则开关管为软开通，减小开关损耗及开关管的电压应力。

如图2所示，本实用新型采用Boost主电路结构，电感连接在LED驱动芯片的开关管引脚和电源电压输入引脚之间，电源电压输入引脚同时连接到电源正端，通过内部调节产生内部所需电压；LED驱动芯片的电压输出引脚连接到续流二极管的正端，续流二极管的负端连接到LED负载的正端，LED负载的负端通过采样电阻接地，电容与LED负载和采样电阻串联的电路并联，LED驱动芯片的反馈引脚连接到LED负载的负端，LED驱动芯片的接地引脚接地，LED驱动芯片的调光控制引脚接入数字调光控制信号。

如图4所示，调光数字控制模块包括计时器、计数器、内部逻辑电路及数模转换器，内部逻辑电路协调计时器和计数器，控制计时器的步长，将计时器输出信号送入计数器，计数器进行加1或者减1运算，最后送入模数转换器，输出调光信号。当调光控制引脚ISET端电位为低电平时，数字调光控制被禁止，LED亮度为全亮度，即100%状态；调光控制引脚ISET端电位为高电平时，对LED亮度进行数字控制。该PWM调光的LED驱动芯片可实现多级调光，取决于模数转换器位数的选择。若选用4bit的数模转换器，则可实现16级调光。

将调光数字控制模块产生的调光信号作为电压环的给定信号，与反馈引脚FB输入信号比较，送入误差放大器。误差放大器进行调节的环节为电压控制环节。将误差放大器产生的输出信号作为PWM比较器的给定信号，PWM比较器接收误差放大器的输出信号和采样电感电流信号，输出调制信号。通过改变数字调光控制信号，进而改变误差放大器输出信号，从而改变调制信号，调节PWM调制的脉冲宽度，改变占空比，达到调光目的。

保护电路模块提供过压保护、过温保护、短路保护。过压保护时，将输出电压反馈至保护电路，与带隙基准电压模块产生的基准电压比较，若输出电压高于基准电压，则保护电路模块输出过压保护信号。若芯片内部温度超过设定值，则保护电路模块输出过温保护信号。

保护信号、调制信号送入到逻辑驱动模块。逻辑驱动模块由一系列的与非门和驱动电路组成，通过送出高低电平控制开关管的通断。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本实用新型的。在不脱离本实用新型之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本实用新型之保护范围。因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims

1.一种可调光的LED驱动芯片，其特征在于，包括：

反馈引脚，用于输入外部LED负载电流采样信号；

电压输出引脚，用于输出驱动电流；

接地引脚，用于驱动芯片接地；

开关管引脚，用于连接外部电感；

调光控制引脚，用于输入数字调光控制信号；

电源电压输入引脚，用于输入驱动芯片的工作电源；

开关管，用于控制所述电压输出引脚的芯片内部连接端与所述开关管引脚的芯片内部连接端之间导通或关断；

逻辑驱动模块，用于控制开关管，输出驱动信号到开关管的控制端；

保护电路模块，用于驱动芯片的保护包括过压保护、过温保护、短路保护，输出保护信号到逻辑驱动模块；

调光数字控制模块，包括内部逻辑电路、计时器、计数器和数模转换器，所述调光控制引脚的内部连接端连接到内部逻辑电路，内部逻辑电路控制计时器和计数器，计时器输出到计数器，计数器输出到数模转换器，数模转换器输出调光信号；

误差放大器，用于电压外环控制，所述反馈引脚的内部连接端输入外部LED负载电流采样信号到误差放大器，所述调光数字控制模块输出的调光信号输入到误差放大器；

PWM比较器，用于电流内环控制和PWM调制，所述误差放大器的输出端连接到PWM比较器的输入端，PWM比较器另一输入端接入采样电感电流信号，PWM比较器输出调制信号到逻辑驱动模块；

带隙基准电压模块，用于提供驱动芯片内部的基准电压。

2.根据权利要求1所述的可调光的LED驱动芯片，其特征在于：所述数模转换器为4bit的数模转换器。

3.一种可调光的LED驱动电路，其特征在于：包括如权利要求1或2所述的可调光的LED驱动芯片，还包括电感、电容、采样电阻、续流二极管、LED负载；其中电感连接在所述LED驱动芯片的开关管引脚和电源电压输入引脚之间，电源电压输入引脚同时连接到电源正端，所述LED驱动芯片的电压输出引脚连接到续流二极管的正端，续流二极管的负端连接到LED负载的正端，LED负载的负端通过采样电阻接地，电容与LED负载和采样电阻串联的电路并联，所述LED驱动芯片的反馈引脚连接到LED负载的负端，所述LED驱动芯片的接地引脚接地，所述LED驱动芯片的调光控制引脚接入数字调光控制信号。