CN202958016U

CN202958016U - 用于驱动器的pwm调光电路及包含该pwm调光电路的驱动器

Info

Publication number: CN202958016U
Application number: CN 201220329648
Authority: CN
Inventors: 蒋春军; 刘亚平; 戴雪维; 何俊男
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Osram Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2022-07-06

Abstract

本实用新型提供了用于驱动器的PWM调光电路及包含该PWM调光电路的驱动器，其中驱动器包括具有电流采样端的控制器，其特征在于该PWM调光电路包括幅值调整单元（101）、电压跟随器（102）以及电流产生单元（103），其中所述幅值调整单元（101）接收PWM调光信号（DIM）并且将所述PWM调光信号（DIM）调整为线性电压信号（S1）；所述电压跟随器（102）接收所述线性电压信号（S 1）并输出相同的线性电压信号（S2）；所述电流产生单元（103）将所述线性电压信号（S2）转换为调光电流信号（I1）并将所述调光电流信号（I1）输入至所述电流采样端（IDAJ）。这种PWM调光电路能够实现连续工作模式的PWM调光功能，并且在进行PWM调光时没有噪声产生而且也不会出现输出电流的过冲从而实现平滑的电流改变。

Description

用于驱动器的PWM调光电路及包含该PWM调光电路的驱动器

技术领域

本实用新型涉及PWM（脉宽调制）调光技术，更具体地，涉及一种用于驱动器的PWM调光电路及包含该PWM调光电路的驱动器。

背景技术

目前，调光技术主要有三种，即：模拟调光、数字调光及PWM调光。市面上很多LED驱动器都能够支持其中一种或多种调光技术。PWM调光方式是一种利用简单的数字脉冲反复开关LED驱动器的调光技术。用户的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节LED的亮度。

具体地，传统PWM调光电路如图1所示，PWM信号施加至图1中右侧的DIM端并借助于电阻R7和R8以及开关元件Q2调整为具有预定幅值的PWM信号而输入到DC-DC控制IC U3的调光端（DIM 6），当输入信号为低时，会将IC的调光端DIM 6接到接地端GND 4，此时IC停止工作，没有电流流过LED，而当输入信号为高时，IC能够动作，从而有电流流过LED，如此来通过IC实现LED的调光。

上述调光电路的不足之处在于，首先，控制模式是不连续的工作模式，即，当PWM电压超过阈值时，IC U3工作，从而有电流流过LED，而在阈值之下时，其停止工作，使得没有电流流过LED，由此使得LED是处于快速开关状态，如果工作频率很低，则人眼会感到LED闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象，工作频率应当高于100Hz，最好为200Hz以上。并且由于控制模式是不连续的工作模式，使得输出电流中可能会出现电流过冲现象。

另外，还存在调光引起的噪声问题，尽管200Hz以上人眼无法察觉，但是200Hz到20kHz都是人耳听觉的范围，这时候就有可能会听到丝丝的声音。解决这个问题有两种方法：一是将开关的频率提高到20kHz以上，跳出人耳听觉的范围，但是频率过高也会引起一些问题，因为各种寄生参数的影响，会使脉冲波形（前后沿）发生畸变，而使得调光精度低下；另一种是找出产生噪声的器件而加以处理。实际上，主要的噪声产生器件是为了减小电流纹波在输出端添加的电容器C3，这是因为电容器通常由具有高的介电常数的陶瓷制成，这种电容器通常具有压电特性，在200Hz脉冲的作用下就会产生机械振动而发出声音，因此需要昂贵的具有高耐压的钽电容来替代，使得成本增加。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的一个目的在于提供一种用于驱动器的PWM调光电路，这种PWM调光电路能够实现连续工作模式的PWM调光功能，并且在进行PWM调光时没有噪声产生而且也不会出现输出电流的过冲从而实现平滑的电流改变。

根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路，所述驱动器包括具有电流采样端的控制器，其特征在于，包括幅值调整单元、电压跟随器以及电流产生单元，其中所述幅值调整单元接收PWM调光信号并且将所述PWM调光信号调整为线性电压信号；所述电压跟随器接收所述线性电压信号并输出相同的线性电压信号；所述电流产生单元将所述线性电压信号转换为调光电流信号并将所述调光电流信号输入至所述电流采样端。

本实用新型的构思在于，改变了传统驱动器中通过在DC-DC控制IC的调光端（DIM 6）施加PWM信号来对LED进行调光，而是通过利用PWM控制信号改变输入至DC-DC控制IC的电流采样端的电流来实现调光功能的。具体地，我们采用幅值调整单元接收PWM调光信号并且根据PWM占空比将PWM调光信号调整为线性电压信号，然后通过电流产生单元将线性电压信号转换为调光电流信号并将该调光电流信号输入至电流采样端，从而使得输入至电流采样端的电流是电流基准和该调光电流信号二者之和，而该调光电流信号随着线性电压信号的变化而变化，使得最终输入电流采样端的电流是变化的，从而实现PWM调光功能。

另外，由于在本实用新型的PWM调光电路中，调光电流信号是利用线性电压信号（即，DC电压信号）产生的，因此，可以实现电流的连续变化，从而能够使得实现连续工作模式下的调光功能。

另外，由于是通过连续改变的电流来实现调光，因此不存在由于频率的高低所引起的LED闪烁和噪声问题，并且在输出电流也不会产生过冲和纹波。

此外，可以通过调整电流产生单元（例如，电阻）来设置输出电流的变化范围。

在根据本实用新型的一个优选实施方案中，所述幅值调整单元包括晶体管和滤波电路，所述滤波电路包括彼此串联的第一电阻和第一电容，所述晶体管的控制电极接收所述PWM调光信号并且所述晶体管的工作电极连接至所述第一电阻，其参考电极接地。利用该晶体管可以将PWM调光信号转变为具有预定幅值的PWM信号，从而在使用时施加了幅值过大的PWM调光信号时起到对驱动器中的各个元件保护的作用，并且提供了期望的PWM信号。利用包括第一电阻和第一电容的滤波电路实现了将PWM信号滤波为线性电压信号，而且由于仅包括一个电阻和一个电容，使得结构简单化。

在根据本实用新型的一个优选实施方案中，所述电压跟随器为运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接于所述第一电阻与所述第一电容之间，所述运算放大器的异相输入端连接至所述运算放大器的输出端。该电压跟随器能够提供很高的输入阻抗和极小的输出阻抗，即，利用该电压跟随器起到了将电压跟随器的前一级与电压跟随器的后一级隔离的作用，使得从电流产生元件看，其前一级仅仅是具有极小电阻的电压源，从而提高了调光的精度。

在根据本实用新型的一个优选实施方案中，所述电流产生单元为电阻器，所述电阻器的一端连接至所述电压跟随器的输出端，所述电阻器的另一端连接至所述电流采样端。通过采用电阻器来根据线性电压信号的变化改变输入至电流采样端的电流的大小，其设计简单且易于操作。

在根据本实用新型的一个优选实施方案中，还包括稳压单元，所述稳压单元包括连接于所述驱动器的电压输入端与所述晶体管的工作电极之间的第二电阻以及连接于所述第二电阻与地之间的稳压二极管。采取该稳压单元，能够确保为电流产生元件提供一个稳定的线性电压，从而确保了调光的精度。

在根据本实用新型的一个优选实施方案中，还包括连接于所述晶体管的控制电极与所述晶体管的工作电极之间的第三电阻。利用该第三电阻，可以在接收PWM调光信号的端子是悬空时，仍能够提供电流至电流采样端，进一步确保了此时LED仍能够工作。

在根据本实用新型的一个优选实施方案中，所述晶体管是PNP型三极管，所述晶体管（T3）的基极接收所述PWM调光信号（DIM）并且所述晶体管（T3）的发射极连接至所述第一电阻（R174），其集电极接地。采用PNP型三极管作为所述晶体管，设计简单且易于实现。

本实用新型的另一个目的在于提供一种驱动器，包括上述PWM调光电路中的任一种。由于上述PWM调光电路能够实现连续工作模式下的调光，因此，该驱动器能够将LED驱动为工作在连续模式下，而不会产生闪烁和噪声的现象。

在根据本实用新型的另一个优选实施方案中，所述驱动器中的基准电流产生单元的一端连接于所述电流产生单元与所述电流采样端之间，其另一端接地。采样此构造，能够改变电流采样端所接收到的电流，使得DC-DC控制IC可根据电流采样端的电流来输出电流给LED。

在根据本实用新型的另一个优选实施方案中，所述基准电流产生单元产生的电流信号与所述电流产生单元产生的电流信号叠加地输入至所述电流采样端。采样此构造，为电流采样端提供了利用基准电流产生单元产生的基准电流与利用电流产生单元产生的电流之和，从而电流采样端所接收到的电流是依赖于电流产生单元产生的电流的，使得能够通过控制电流产生单元产生的电流来控制输入至DC-DC控制IC的电流采样端的电流，从而控制流入至LED的电流。

根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路能够实现连续工作模式的PWM调光功能并且在进行PWM调光时没有噪声产生而且也不会出现输出电流的过冲从而实现平滑的电流改变。另外，具有本实用新型的PWM调光电路的驱动器即使在频率低于100Hz时也能够将LED驱动为无闪烁现象，并且在工作频率为200Hz以上时也不会有噪声和输出电流过冲现象。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本实用新型。这些附图图解了本实用新型的实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1a是示出了现有技术的PWM调光电路的电路图；以及图1b是示出了利用现有技术的PWM调光电路进行调光时PWM调光信号与输出电流的波形图；

图2是示出了根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路的第一实施例的框图

图3和图4均是示出了根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路的第一实施例的电路图，其中图3未给出LED的连接。

图5a和图5b分别是示出了根据本实用新型的PWM调光电路在PWM调光信号的占空比为50%时的线性PWM电压信号和占空比为19.92%时的线性PWM电压信号的波形图。

图6a示出了根据本实用新型的PWM调光电路在进行从0%至100%调光时PWM调光信号、线性电压信号以及输出电流，图6b示出了在进行从100%至0%调光时线性电压信号以及输出电流的波形图。

图7a示出了根据本实用新型的PWM调光电路在进行至50%调光时线性电压信号以及输出电流，图7b示出了在进行至30%调光时线性电压信号以及输出电流的波形图。

具体实施方式

图2是示出了根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路的第一实施例的框图。如图2所示，PWM调光电路10包括幅值调整单元101，其接收PWM调光信号DIM并且将PWM调光信号DIM调整为线性电压信号S1；电压跟随器102；其连接至幅值调整单元101以接收线性电压信号S1并输出与线性电压信号S1相同的线性电压信号S2；以及电流产生单元103，其连接至电压跟随器102以接收线性电压信号S2并将线性电压信号S2转换为调光电流信号I1，并且电流产生单元103连接至控制器20的电流采样端IDAJ以将调光电流信号I1输入至电流采样端IDAJ。

以下将参照图3和图4详细地描述图2中的PWM调光电路10的各个部分。

图3和图4均是示出了根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路的第一实施例的电路图。如图3和图4所示，幅值调整单元101包括三极管T3和滤波电路1011，其中滤波电路1011包括彼此串联连接的电阻R174和电容C155，三极管T3的基极接收PWM调光信号DIM，用于控制三极管T3的通断以产生具有预定幅值的电压信号，并且其发射极连接至电阻R175，其集电极接地。另外，彼此串联连接的电阻R174和电容C155组成一个滤波器，用于将三极管T3的发射极的具有预定幅值的电压信号转换为直流电压信号。

电压跟随器102使用运算放大器LM2904，该运算放大器的同相输入端连接于电阻R174与电容C155之间，其异相输入端连接至其输出端，该运算放大器LM2904提供很好的输入阻抗以及极小的输出阻抗，使得该运算放大器的输出端输出的电压与输入至该运算放大器的电压基本相同，并且起到将运算放大器前一级与运算放大器的后一级隔离的作用，使得从电流产生元件看，其前一级仅仅是具有极小电阻的电压源，从而提高了调光的精度。

电流产生单元103为电阻器R175，其一端连接至运算放大器LM2904的输出端，其另一端连接至控制器20中的DC-DC控制IC U3的电流采样端IDAJ。

可选地，PWM调光电路10还包括稳压单元104，其包括连接于驱动器的电压输入端Vin+与三极管T3的发射极之间的电阻R5以及连接于电阻R5与地之间的稳压二极管D6。其中，电阻R5与稳压二极管D6确保了输入至运算放大器LM2904的同相输入端的电压是恒定的，该电压由所选取的稳压管D6决定，例如，为5V，从而防止在电压输入端的电压Vin过大时运算放大器被损坏。

可选地，PWM调光电路10还包括连接于三极管T3的基极与三极管T3的发射极之间的电阻R8。该电阻R8能够确保在DIM端悬空时，为T3的基极提供一个电压来保证T3处于截止状态，从而仍能够提供电流至电流采样端，确保了此时LED仍能够工作，这在稍后将进行详细描述。

现在，我们将再次参照图3和图4来描述PWM调光电路10的工作。

首先，向三极管T3的基极施加PWM调光信号DIM，当PWM调光信号DIM为高时，三极管T3截止，从而在三极管T3的发射极一端产生具有预定幅值的PWM信号。应当注意，该PWM信号的预定幅值由稳压二极管D6决定。然后，该具有预定幅值的PWM信号经电阻R174和电容C155的滤波作用转换为线性直流电压信号S1并施加至运算放大器LM2904的同相输入端；之后线性直流电压信号S1经运算放大器LM2904的输出后变为与S1相同的线性电压信号S2（在图3中还由PWM电压V_PWM表示）；而当PWM调光信号DIM为低时，三极管T3导通，此时三极管T3将电阻R174和电容器C155短路，从而在运算放大器LM2904的同相输入端未施加有电压，使得运算放大器的输出端处的PWM电压V_PWM也为低；当DIM端悬空时，由于电阻R8为T3的基极提供一个电压，而使得T3处于截止状态，该情况与PWM调光信号DIM为高时相同，在此就不再赘述。

进一步地，该电压V_PWM被反馈至DC-DC控制IC U3的电流采样端IDAJ，以改变流过IC U3的电流采样端IDAJ的电流，从而控制IC U3的输出电流，例如，流过电流采样端IDAJ的电流被表示为如下：

I=（1.255-V_PWM）/R173+1.255/（R1//R6）（式子1）

由此可以得到流过电流采样端IDAJ的电流与V_PWM的电压是线性关系。另外，通过调整R173可以设置输出电流的变化范围。调整R1和R6的值改变最小的输出电流值。

因此，由于V_PWM是线性电压，因此可实现I连续变化，从而能够实现连续工作模式下的调光功能。

另外，由于电流I线性变化，从而使得输出电流线性变化，而不会出现纹波和过冲。而由于不会出现电流的纹波，使得不再需要添加陶瓷电容器来减小电流纹波，从而不会有噪声产生，如稍后描述的图5a和图5b、图6a和图6b以及图7a和图7b所示。此外，由于不需要再添加陶瓷电容器，使得可降低成本。

图5a和图5b分别是示出了根据本实用新型的PWM调光电路在PWM调光信号的占空比为50%时的线性PWM电压信号和占空比为19.92%时的线性PWM电压信号的波形图。图6a示出了根据本实用新型的PWM调光电路在进行从0%至100%调光时PWM调光信号、线性电压信号以及输出电流，图6b示出了在进行从100%至0%调光时线性电压信号以及输出电流的波形图。图7a示出了根据本实用新型的PWM调光电路在进行至50%调光时线性电压信号以及输出电流，图7b示出了在进行至30%调光时线性电压信号以及输出电流的波形图。

如图5a所示，在施加的PWM调光信号DIM是幅值为2.8V、占空比为50%的PWM信号时，在运算放大器的输出端输出的PWM电压V_PWM为直流的1.418V（V=2.8*0.5）。另外，如图5b所示，在施加的PWM调光信号DIM是幅值为2.8V、占空比为19.92%的PWM信号时，在运算放大器的输出端输出的PWM电压V_PWM为直流的1.418V（V=2.8*0.1992）。

如图6a和6b所示，在进行从0%至100%以及从100%至0%调光时，尽管施加的是高频的PWM调光信号DIM，但在运算放大器的输出端输出的是连续线性变化的电压信号V_PWM以及向LED输出连续线性变化的电流信号。电流变化是平滑的而没有过冲。

如图7a和图7b所示，在进行至50%以及至30%调光时，PWM电压V_PWM和输出电流均是恒定的。

综上所述可见，采用本实用新型的PWM调光电路，实现了连续工作模式的调光，并且在输出电流端不会产生过冲和纹波。然而，在现有技术的方法中，如图2所示，电流是处于不连续模式下的并且电流的纹波非常高（如图2b所示）。并且在输出电流出现过冲。

因此，在驱动器中使用本实用新型的PWM调光电路可以实现连续工作模式的PWM调光功能并且在进行PWM调光时没有噪声产生而且也不会出现输出电流的过冲从而实现平滑的电流改变。

在根据本实用新型的用于驱动器的PWM调光电路的第二实施例中，利用同样也能够提供低输出阻抗的三极管代替运算放大器来作为电压跟随器，由于三极管的代替对于本领域技术人员来说是显而易见的，在此不再给出其详细电路图及详细的描述。

另外，可以将上述实施例中的PWM调光电路应用于LED驱动器中，以与LED驱动器中的控制器协作来进行调光。由于上述PWM调光电路能够实现连续工作模式下的调光，因此，该驱动器能够将LED驱动为工作在连续模式下，而不会产生闪烁和噪声的现象。

此外，在该驱动器中，由彼此并联连接的电阻R1和R6组成的基准电流产生单元30的一端连接于PWM调光电路10与控制器20的电流采样端IDAJ之间，其另一端接地。并且由并联电阻R1和R6产生的电流信号（式子（1）中的1.255/（R1//R6））与所述电流产生单元产生的电流信号（式子（1）中的（1.255-V_PWM）/R173）叠加地输入至电流采样端IDAJ。由于V_PWM为线性电压信号，因此，输入至电流采样端IDAJ的电流I是线性变化的，因此该驱动器能够将LED驱动为工作在连续模式下，而不会产生闪烁和噪声的现象。并且可以通过调整R173来设定输出电流的变化范围，以及可以通过调整R1和R6的值来改变最小的输出电流值。因此，本实用新型的驱动器能够实现更精确的调光。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于驱动器（1）的PWM调光电路，所述驱动器（1）包括具有电流采样端（IDAJ）的控制器（20），其特征在于，包括幅值调整单元（101）、电压跟随器（102）以及电流产生单元（103），其中所述幅值调整单元（101）接收PWM调光信号（DIM）并且将所述PWM调光信号（DIM）调整为线性电压信号（S1）；所述电压跟随器（102）接收所述线性电压信号（S1）并输出相同的线性电压信号（S2）；所述电流产生单元（103）将所述线性电压信号（S2）转换为调光电流信号（I1）并将所述调光电流信号（I1）输入至所述电流采样端（IDAJ）。

2.根据权利要求1所述的PWM调光电路，其特征在于，所述幅值调整单元（101）包括晶体管（T3）和滤波电路（1011），所述滤波电路（1011）包括彼此串联的第一电阻（R174）和第一电容（C155），所述晶体管（T3）的控制电极接收所述PWM调光信号（DIM）并且所述晶体管（T3）的工作电极连接至所述第一电阻（R174），其参考电极接地。

3.根据权利要求2所述的PWM调光电路，其特征在于，所述电压跟随器（102）为运算放大器（LM2904），所述运算放大器（LM2904）的同相输入端连接于所述第一电阻（R174）与所述第一电容（C155）之间，所述运算放大器（LM2904）的异相输入端连接至所述运算放大器（LM2904）的输出端。

4.根据权利要求2所述的PWM调光电路，其特征在于，所述电流产生单元（103）为电阻器（R173），所述电阻器（R173）的一端连接至所述电压跟随器（102）的输出端，所述电阻器（R173）的另一端连接至所述电流采样端（IDAJ）。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的PWM调光电路，其特征在于，还包括稳压单元（104），所述稳压单元（104）包括连接于所述驱动器（1）的电压输入端（Vin+）与所述晶体管（T3）的工作电极之间的第二电阻（R5）以及连接于所述第二电阻（R5）与地之间的稳压二极管（D6）。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的PWM调光电路，其特征在于，还包括连接于所述晶体管（T3）的控制电极与所述晶体管（T3）的工作电极之间的第三电阻（R8）。

7.根据权利要求2所述的PWM调光电路，其特征在于，所述晶体管（T3）是PNP型三极管,所述晶体管（T3）的基极接收所述PWM调光信号（DIM）并且所述晶体管（T3）的发射极连接至所述第一电阻（R174），其集电极接地。

8.一种驱动器（1），包括根据权利要求1-7中任一项所述的PWM调光电路。

9.根据权利要求8所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器（1）中的基准电流产生单元（30）的一端连接于所述电流产生单元（103）与所述电流采样端（IDAJ）之间，其另一端接地。

10.根据权利要求9所述的驱动器，其特征在于，所述基准电流产生单元（30）产生的电流信号与所述电流产生单元（103）产生的电流信号叠加地输入至所述电流采样端（IDAJ）。