CN202524615U

CN202524615U - 发光二极管驱动装置

Info

Publication number: CN202524615U
Application number: CN2012201301604U
Authority: CN
Inventors: 布赖恩·史密斯; 刘成珺; 孙丽; 张梅; 沈凯
Original assignee: Emerson Process Management Flow Technologies Co Ltd
Current assignee: Emerson Process Management Flow Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-30

Abstract

提供一种发光二极管驱动装置。发光二极管驱动装置包括：输入单元，用于从驱动装置外部接收指示如何操作发光二极管的控制信号；控制单元，用于基于控制信号产生用于驱动发光二极管的驱动电流；输出单元，用于将所产生的驱动电流输出给发光二极管；其中，控制单元包括寄存器和电流产生单元，寄存器中存储有用于控制驱动电流的控制字段，控制字段基于控制信号进行设置；电流产生单元读取控制字段，并基于控制字段产生用于驱动发光二极管的驱动电流。

Description

发光二极管驱动装置

技术领域

本实用新型涉及发光二极管，尤其涉及一种发光二极管驱动装置。

背景技术

由于发光二极管(LED)具有节能、体积小、使用寿命长等优点，其被广泛应用于日常照明、显示器背光、袖珍键盘背光、状态指示灯等各个领域。在不同应用场合，对发光二极管的亮度有不同要求。在现有技术中，通常通过改变与发光二极管串联的电阻的大小来改变流经发光二极管的电流的大小，来调节发光二极管的发光强度。

此外，在现有技术中，一般采用555定时器提供给发光二极管需要的发光频率，并使用晶体管控制发光二极管的开关。

实用新型内容

然而，上面所述对发光二极管进行亮度调节的方法需要频繁更改与其串联的电阻，对PCB电路板有一定的损害，串联电阻周围的元器件温度也会受到影响，此外PCB长时间地在高温(315至426℃)下加工会带来很多潜在的问题。热损坏，如焊盘和引线翘曲、基板脱层、生白斑或起泡、变色等。

此外，使用555定时器给发光二极管提供需要的发光频率，以及使用晶体管控制发光二极管开关，增加了电路结构的复杂度，不利于使器件最小化。

考虑到上述问题，本实用新型的目的是提供一种无需通过更改与发光二极管串联的电阻来调节亮度，并且能够省略555定时器以使得电路结构更简单的发光二极管驱动装置和方法。

本实用新型的一个方面提供一种发光二极管驱动装置，包括：输入单元，用于从驱动装置外部接收指示如何操作发光二极管的控制信号；控制单元，用于基于控制信号产生用于驱动发光二极管的驱动电流；输出单元，用于将所产生的驱动电流输出给发光二极管；其中，控制单元包括寄存器和电流产生单元，寄存器中存储有用于控制要产生的驱动电流的控制字段，控制字段基于控制信号进行设置；电流产生单元读取控制字段，并基于控制字段产生用于驱动发光二极管的驱动电流。

在一个实施例中，电流产生单元包括脉宽调制控制器，脉宽调制控制器读取寄存器中存储的脉宽调制控制字段，并根据脉宽调制控制字段的内容对要产生的驱动电流进行脉宽调制。

在另一个实施例中，电流产生单元还包括电流控制器，电流控制器读取寄存器中存储的电流控制字段，并根据电流控制字段的内容控制要产生的驱动电流的幅值。

在一个实施例中，控制单元还包括内部振荡器，内部振荡器能够作为驱动装置中各单元的时钟信号源。

在一个实施例中，输入单元包括外部时钟信号输入单元，用于接收外部时钟信号，作为驱动装置中各单元的时钟信号源。

在一个实施例中，驱动装置中的各单元根据寄存器中存储的时钟控制字段选择使用内部振荡器还是外部时钟信号，作为驱动装置中各单元的时钟信号源。

在一个实施例中，输入单元包括串行接口单元，串行接口单元用于从驱动装置外部接收控制信号，并将控制信号转换为一定形式输出给寄存器。

在一个实施例中，输出单元包括并行输出通道，用于并行输出驱动发光二极管阵列的驱动电流。

在一个实施例中，每一个输出通道都对应于寄存器中的至少一个控制字段，基于相应的控制字段决定输出通道的接通/断开，以及输出驱动电流的幅值和脉宽调制的占空比。

在另一个实施例中，驱动装置可以用发光二极管驱动芯片实现。

在另一个实施例中，发光二极管驱动芯片是MAX6967AEE或ZXLD1350。

本实用新型的另一个方面提供一种驱动发光二极管的方法，包括：读取寄存器中预先存储的用于控制发光二极管的驱动电流的控制字段；基于所读取的控制字段产生发光二极管的驱动电流；将所产生的驱动电流输出到发光二极管。

应用本实用新型，简化了发光二极管的亮度调节，最大限度地保护了电路板，并且使得电路结构更加简单。

附图说明

参照下面结合附图对本实用新型的实施例的说明，会更加容易地理解本实用新型的以上和其它目的、特点和优点。在附图中，相同的或对应的技术特征或部件将采用相同或对应的附图标记来表示。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1是示意性示出根据本实用新型实施例的发光二极管驱动装置的结构的框图。

图2是示出根据本实用新型实施例的发光二极管驱动装置的结构的框图。

图3是示出根据本实用新型实施例的发光二极管驱动装置的结构的框图。

图4中示出根据本实用新型实施例的用于驱动发光二极管的方法的流程图。

图5是示出使用MAX6967AEE作为发光二极管驱动装置各个管脚的信号连接的电路图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本实用新型的实施例。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1是示意性示出根据本实用新型实施例的发光二极管驱动装置100的结构的框图。

如图1中所示，发光二极管驱动装置100包括：输入单元101、控制单元102以及输出单元103。其中，控制单元102包括电流产生单元11和寄存器12。下面对每一单元进行详细说明。

输入单元101从驱动装置100的外部接收指示如何操作发光二极管的控制信号。例如，在诸如袖珍键盘背光、状态指示灯等的控制系统中，在系统初始化过程中，根据需要，操作者可以直接经由输入单元101向驱动装置100写入指示发光二极管的开关定时、亮度改变、闪烁频率等的控制信号。可选择地，也可以由控制系统的主控单元，诸如CPU(未示出)，向输入单元101输入指示如何操作发光二极管的控制信号。上面所说的控制信号可以是串行信号，也可以是并行信号。在接收到该控制信号后，输入单元101可以在对信号进行形式转换后或原样将其输出到控制单元102。

控制单元102根据来自输入单元101的控制信号产生用于驱动一个或多个发光二极管的驱动电流。具体地，控制单元102包括电流产生单元11和寄存器12。在寄存器12的不同存储地址中，存储有用于控制要产生的驱动电流的幅值、脉冲频率等特性的控制字段。在控制单元102接收到来自输入单元101的控制信号时，基于该控制信号，对各个控制字段进行设置。

电流产生单元11读取寄存器12中存储的控制字段，并根据控制字段的设置，即控制字段中所表明的幅值、占空比等特性，产生用于驱动发光二极管(一个或多个，诸如发光二极管阵列)的驱动电流，并将其输出到输出单元103。

输出单元103将所产生的驱动电流输出给发光二极管，使得发光二极管以期望的亮度照明并以期望的频率闪烁，或根据所设置控制字段的内容实现其它效果。

图2是示出根据本实用新型实施例的发光二极管驱动装置200的结构的框图。在图2所示的实施例中，依据对发光二极管的操作的需要，电流产生单元11可以包括脉宽调制(PWM)控制器11a和/或电流控制器11b。脉宽调制控制器11a读取寄存器的相应存储部分中存储的脉宽调制控制字段，并根据该脉宽调制控制字段的内容对要产生的驱动电流进行脉宽调制。电流控制器11b读取寄存器的相应存储部分中存储的电流控制字段，并根据该电流控制字段的内容控制要产生的驱动电流的幅值。

脉宽调制控制器11a和电流控制器11b可以采用本领域已知的各种电路形式来搭建，或者采用专用芯片来实现。

在图2所示的实施例中，可以只对电流进行脉宽调制或幅值调整处理之一，然后将获得的驱动电流从输出单元103输出；也可以执行二者。例如，如图2所示，在脉宽调制控制器11a中对电流进行脉宽调制之后，将经脉宽调制的电流输入到电流控制器11b，以进一步进行幅值调整。然后，将最终获得的驱动电流从输出单元103输出。可选择地，也可以先对要产生的驱动电流进行幅值调整，然后在进行脉宽调制处理。

图3是示出根据本实用新型实施例的发光二极管驱动装置300的结构的框图。

如图3所示，在本实施例中，控制单元302还可以包括内部振荡器13。内部振荡器13能够作为驱动装置300中各单元的时钟信号源。

可选择地，或同时，在该实施例中，输入单元301可以包括外部时钟信号输入单元(EXCLK 301b)。外部时钟信号输入单元301b用于接收外部时钟信号，作为驱动装置300中各单元的时钟信号源。

驱动装置300中的各模块可以根据寄存器12的相应存储部分中存储的时钟控制字段选择使用内部振荡器作为驱动装置300中各单元的时钟信号源，还是使用外部时钟信号作为驱动装置300中各单元的时钟信号源。

此外，在图3中，还示出了包括于输入单元301中的串行接口单元301a。串行接口单元301a用于从驱动装置300外部接收指示如何操作发光二极管的控制信号，并将该控制信号转换为一定形式输出给控制单元302，具体地，输出给寄存器12，以对寄存器中的各个控制字段进行设置。

可选择地，或同时，代替串行接口单元301a，输入单元301可以包括用于并行接收指示如何操作发光二极管的控制信号的并行接口单元(未示出)。

此外，在一些实施例中，输出单元103可以包括并行输出通道，用于并行输出驱动发光二极管阵列的驱动电流。其中，从该并行输出通道中的每一个通道输出的驱动电流控制发光二极管阵列中一个发光二极管的开关、亮度以及闪烁频率。

在上述并行输出通道中，每一个输出通道都对应于寄存器12中的一个或更多个控制字段，基于相应的控制字段决定该输出通道的接通/断开，以及输出电流的幅值和脉宽调制的占空比。

在步骤S401中，读取寄存器中存储的用于控制发光二极管的驱动电流的控制字段。其中，不同的控制字段对应于不同的驱动电流输出通道，且对应于不同种类的电流特性，诸如，脉冲宽度、幅值大小等。

在步骤S402和S403中，基于所读取的控制字段产生发光二极管的驱动电流。具体地，在本实施例中，在步骤S402中，读取寄存器中的脉宽调制控制字段，并根据所读取的内容对发光二极管的驱动电流进行脉宽调制。接下来，在步骤S403中，读取寄存器中的电流控制字段，并根据所读取的内容控制经过脉宽调制的驱动电流的幅值。

当然，本实施例只是示例性的。也可以只对驱动电流进行脉宽调制和幅值调整之一，或者先对驱动电流进行幅值调整，再进行脉宽调制。当然，还可以对驱动电流进行其它处理。

在步骤S402和S403中产生发光二极管的驱动电流之后，在步骤S404中将其输出给发光二极管。当具有多个发光二极管时，以并行输出接口输出经处理的驱动电流。

值得注意的是：寄存器中的控制字段是基于设计需要预先设置的。例如，在使得发光二极管开始工作前，通过输入接口向寄存器写入各个控制字段的值。

如图1至3中所描述的驱动装置100至300可以用发光二极管驱动芯片来实现。发光二极管驱动芯片的型号诸如是MAX6967AEE或ZXLD1350。

以MAX6967AEE为例，图5是示出使用MAX6967AEE作为发光二极管驱动装置各个管脚的信号连接的电路图。

MAX6967AEE是一种10端口恒流LED驱动器，其具有I/O扩展器以及PWM亮度控制。MAX6967AEE以单独的8位PWM信号控制每一路输出的电流的占空比，以单独的1位信号模拟控制每一路输出电流为全值输出或者半值输出，并以全局的3位信号模拟控制输出电流的峰值。此外，当需要的电流值超过20mA，可以通过并联MAX6967AEE的两路输出的方式进行控制。MAX6967AEE调节的方式为软件设置寄存器参数从而修改占空比和电流峰值，以得到满意的电流数据。

在图5所示的实施例中，使用MAX6967AEE对发光二极管LED 1～8进行驱动。MAX6967AEE共具有16个管脚。其中，管脚1和2分别是串行接口的时钟(SCLK)输入端以及芯片使能端(CS)。管脚8是芯片的接地端，将其接地。管脚14是外部时钟输入端，可以在寄存器中的时钟控制字段设置为使用外部时钟源时为芯片的各模块提供时钟源。管脚15是串行输入端，用来输入驱动LED的控制信号。管脚16是芯片的供电端，连接+3.3V的电源。管脚3～7以及9～13(P0～P9)是MAX6967AEE的并行输出端，用于输出驱动电流，对LED 1～8进行驱动。MAX6967AEE驱动芯片能够支持26MHZ SPI串口数据输入，数据在SCLK时钟信号的上升沿从串口DIN输入到芯片内置的16位的移位寄存器中进行数据的处理和输出。

在本实施例中，在LED 1～8中，不同于LED 1～7用作指示灯，LED8用作背光，因而要求LED 8具有较强的亮度。因此，并联管脚9和10(P5和P6)，共同为LED 8提供驱动电流。

驱动芯片MAX6967AEE的PWM时钟频率功能可以实现外部频率输入，从而通过PWM信号控制发光二极管的闪烁频率。此外，与使用555定时器和晶体管的驱动电路相比，使用MAX6967AEE可以使发光二极管的调光亮度降至1％。从而，调光范围变为100∶1。此外，10个端口(P0～P9)输出的PWM时序可以随意错相排列，相位以45°为单位增量连续变化。这样使PWM负载电流在八个时间段内扩展分布，有助于使电源电流平坦，并降低RMS电流。

使用诸如MAX6967AEE或ZXLD1350的发光二极管驱动芯片，与之前利用555定时器给发光二极管提供需要的发光频率以及使用晶体管控制发光二极管开关相比，减小了电路结构的复杂度，简化电路结构，实现了器件的最小化。

在前面的说明书中参照特定实施例描述了本实用新型。然而本领域的普通技术人员理解，在不偏离如权利要求书限定的本实用新型的范围的前提下可以进行各种修改和改变。

Claims

1.一种发光二极管驱动装置，包括：

输入单元，用于从所述驱动装置外部接收指示如何操作发光二极管的控制信号；

控制单元，用于基于所述控制信号产生用于驱动所述发光二极管的驱动电流；

输出单元，用于将所产生的驱动电流输出给所述发光二极管；

其中，所述控制单元包括寄存器和电流产生单元，

所述寄存器中存储有用于控制要产生的所述驱动电流的控制字段，所述控制字段基于所述控制信号进行设置；

所述电流产生单元读取所述控制字段，并基于所述控制字段产生用于驱动所述发光二极管的驱动电流。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述电流产生单元包括脉宽调制控制器，所述脉宽调制控制器读取所述寄存器中存储的脉宽调制控制字段，并根据所述脉宽调制控制字段的内容对要产生的所述驱动电流进行脉宽调制。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述电流产生单元还包括电流控制器，所述电流控制器读取所述寄存器中存储的电流控制字段，并根据所述电流控制字段的内容控制要产生的所述驱动电流的幅值。

4.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述控制单元还包括内部振荡器，所述内部振荡器能够作为所述驱动装置中各单元的时钟信号源。

5.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述输入单元包括外部时钟信号输入单元，用于接收外部时钟信号，作为所述驱动装置中各单元的时钟信号源。

6.根据权利要求4或5所述的驱动装置，其中，所述驱动装置中的各单元根据所述寄存器中存储的时钟控制字段选择使用内部振荡器还是外部时钟信号，作为所述驱动装置中各单元的时钟信号源。

7.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述输入单元包括串行接口单元，所述串行接口单元用于从所述驱动装置外部接收所述控制信号，并将所述控制信号转换为一定形式输出给所述寄存器。

8.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述输出单元包括并行输出通道，用于并行输出驱动发光二极管阵列的驱动电流。

9.根据权利要求8所述的驱动装置，其中，每一个所述输出通道都对应于所述寄存器中的至少一个控制字段，基于相应的控制字段决定所述输出通道的接通/断开，以及输出驱动电流的幅值和脉宽调制的占空比。

10.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其中，所述驱动装置能够用发光二极管驱动芯片实现。

11.根据权利要求10所述的驱动装置，其中，所述发光二极管驱动芯片是MAX6967AEE或ZXLD1350。