CN203934078U - Led分段调光电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种LED分段调光电路,包括:一调光检测端,连接LED驱动芯片内的使能信号EN,用以检测由调光开关导致的系统掉电与上电;一电源产生电路,用以为LED分段调光电路内部的电路提供电源;电源产生电路的输出端连接环形计数器和译码器;一环形计数器,其输入端连接调光检测端,用以计算按调光开关的次数;一译码器,其输入端连接环形计数器,对环形计数器的输出信号进行译码,以控制选择电路的输出;一选择电路,其选择信号端连接译码器,输入端接各段基准电压,用以选择需要的基准电压作为输出。本实用新型适用范围广,可应用于隔离、非隔离、浮地、以及带PFC等多种架构的LED驱动电路。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED驱动电路,尤其是一种LED驱动电路中LED驱动芯片内部的分段调光电路。
背景技术
LED灯目前已广泛应用于照明领域,并因其独特的优势逐渐成为新一代的照明光源,人们对LED灯的工作模式也提出了要求,调光便是其中重要的一种。而在所有调光技术当中,分段调光是一种相对设计简单,成本低,操作方便且实用的技术。
图1为现有分段调光技术应用于LED驱动电路的原理图,101为交流电源,102、103、104、105为桥式整流电路,106为大的滤波电容(常见取值几个uF),与整流电路一起将交流电信号整流滤波,输出线电压;107、108为分压电阻,LED驱动芯片(下文简称芯片)引脚DIM通过这两个电阻采样线电压信息;109为小的滤波电容(nF级);110、111为启动电路;112为芯片;113为环路补偿电容;114为供电二极管,连接在辅助绕组与芯片电源引脚VIN之间;117为变压器,其中Np为原边绕组、Ns为次边绕组、NA为辅助绕组;115、116为辅助绕组采样分压电阻,与芯片引脚FB连接;118为功率管;119为采样电阻;120为续流二极管;121为输出电容;122为LED灯。
芯片内部设计有调光电路,调光电路连接引脚DIM,芯片通过检测引脚DIM电压信息的变化,来判断是否需要进行调光。图2为现有技术中的调光电路,201连接芯片引脚DIM,采样线电压信息;202为一基准;203为检测电路,通过检测引脚DIM的变化,来确定是否给环形计数器205输出时钟信号;204为时钟信号;205、206分别为环形计数器和译码电路,共同组成移位寄存器;208为选择电路;207为选择电路的n个基准电压;209为选择电路的输出,直接控制着LED输出电流大小。调光电路的核心模块为移位寄存器,系统每一次掉电上电,移位寄存器便输出下一个状态。系统掉电上电期间,整流桥后的线电压快速响应,同时引脚DIM通过分压电阻采样线电压信息,该引脚电压再与芯片内部基准电压比较,即可判断系统是否掉电上电。若判断出系统经历一次掉电上电,移位寄存器便能处理相关信号,使得控制输出电流的基准电压VREF1变为VREF2,从而实现LED的调光。
然而,该调光电路存在如下缺点:
第一,对于带PFC功能的应用方案,正常工作时,线电压呈半波波形,线电压的高低不能反映系统是否掉电上电,引脚DIM不能通过分压电阻采样线电压信息来判断系统是否掉电上电;
第二,对于浮地架构的应用方案,芯片的绝对电压随着功率管的开关在不断变化,芯片内部无法选定一个基准值与引脚DIM的采样信息进行比较来判断系统是否掉电上电,等等。
发明内容
本实用新型的目的在于克服充现有技术中存在的不足,提供一种LED分段调光电路,可应用于隔离、非隔离、浮地、以及带PFC等多种电路架构。
本实用新型提供的是可通用的分段调光电路,其结构简单,应用方案上仅需外接一个小电容,成本低,适用范围广,可应用于各种架构的LED驱动电路。
为了实现上述发明目的,本实用新型采用的技术方案是:
一种LED分段调光电路,包括:
一调光检测端,连接LED驱动芯片内的使能信号EN,用以检测由调光开关导致的系统掉电与上电;
一电源产生电路,用以为LED分段调光电路内部的电路提供电源;电源产生电路的输出端连接环形计数器和译码器;
一环形计数器,其输入端连接调光检测端,用以计算按调光开关的次数;
一译码器,其输入端连接环形计数器,对环形计数器的输出信号进行译码,以控制选择电路的输出;
一选择电路,其选择信号端连接译码器,输入端接各段基准电压,用以选择需要的基准电压作为输出。
上述调光检测端直接利用LED驱动芯片(下文简称芯片)内部的使能信号EN来反映系统的掉电与上电,调光开关按一次,势必导致系统产生一次掉电与上电,使能信号EN直接接环形计数器的时钟信号。
电源产生电路的输入端接芯片电源VIN以及芯片内部电源VDD,输出为环形计数器和译码器提供电源。应用时,电源产生电路的输出端单独作一引脚,并外挂电容。
与现有技术相比,本实用新型提出的LED分段调光电路,应用于LED驱动电路中,一方面其结构简单,在外围只需外接一个小电容即可,大大降低了成本;另一方面,适用范围广,该分段调光电路可用于各种LED驱动电路的架构中,使得该分段调光电路更具实用性。
附图说明
图1为现有技术下的分段调光LED驱动电路示意图。
图2为现有技术下分段调光电路的内部示意图。
图3为本实用新型第一实施例LED驱动电路的示意图。
图4为本实用新型的LED分段调光电路内部示意图。
图5为本实用新型的LED分段调光电路内部的电源产生电路示意图。
图6为本实用新型的LED分段调光电路内部的电源产生电路信号波形示意图。
图7为本实用新型的选择电路示意图。
图8为本实用新型的第二实施例LED驱动电路的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
为了解决现有技术存在的问题,本实用新型提出了一种应用于LED驱动电路的分段调光电路,一方面在外围只需一个小电容,大大降低了成本;另一方面,该分段调光电路可用于各种LED驱动电路的架构中,使得该分段调光电路更具实用性。本实用新型仅仅以示例的方式被应用于AC/DC开关电源变换器中,但是应当认识到本实用新型具有更加广阔的应用范围。
图3是本实用新型第一实施例LED驱动电路示意图,该电路为隔离型带PFC功能。301为交流电源;302~305为桥式整流器,306为小的滤波电容(如100nF),整流桥后的线电压为半波波形;309、310为芯片启动电路;311为LED驱动芯片(下文简称芯片);307为环路补偿电容,接在芯片COMP脚与GND脚之间;308为接在引脚V_DIM与GND之间的电容;317为变压器;313、314为分压电阻,连接芯片的反馈引脚FB;312为供电二极管;315为功率管,栅端接芯片DRV脚,源端与采样电阻及CS脚相连;316为采样电阻;318为续流二极管;319为输出滤波电容;320为输出LED。
对于该架构,整流桥后的线电压为半波波形,也就是说线电压本身就在0~ 之间变化,无法通过检测线电压的变化来判断系统是否掉电。本实用新型实施例提供了一种LED分段调光电路,能够很好地应对调光开关的变化实现输出LED的分段调光功能。图4是本实用新型所示出的分段调光电路的内部模块图,包括调光检测端401,这里直接用芯片内部使能EN来反映调光开关是否按下,按一次调光开关意味着系统一次掉电上电,系统掉电,芯片使能EN消失,系统上电,芯片使能EN为高电平,因此使能EN可作调光电路的时钟信号。电源产生电路402为移位寄存器(环形计数器和译码器)提供电源,这里称作调光电源V_DIM,将该电源信号V_DIM单独作一个引脚引出,并在该引脚外挂一电容至地,这样,系统掉电时,芯片电源VIN及芯片使能EN都消失后,调光电源V_DIM仍然可以维持一段时间,等到系统下一次上电时,芯片使能再次产生,环形计数器403计数到下一状态,译码器404也就相应给出下一状态的输出信号,该输出信号控制选择电路405输出哪一路基准电压406,基准电压406为基准电压405中V1、V2、……Vn中的一个,该基准电压的大小决定了LED的输出电流大小,每次按下调光开关后,选择电路都会选择一个基准电压VREF,因而实现了分段调光功能。使能EN由芯片内部的基准&使能模块产生。
图5是本实用新型所示出的LED分段调光电路内部的电源产生电路,包括电阻R502,PMOS管Q504,NMOS管Q505;电阻R502的一端和NMOS管Q505的漏端接LED驱动芯片的电源VIN;PMOS管Q504的栅端接LED驱动芯片内部电源VDD,漏端接LED驱动芯片的地引脚GND,衬底接源端;Q504的源端接电阻R502的另一端和NMOS管Q505的栅端;NMOS管Q505的衬底接LED驱动芯片的地引脚GND,源端作为引脚V_DIM,用于连接一个外挂于LED驱动芯片的引脚V_DIM和地引脚GND间的电容;NMOS管Q505的源端同时作为电源产生电路的输出端,供电给环形计数器和译码器。
其中501为芯片的电源VIN;R502为一高阻电阻,用以降低501、R502、Q504这一通路的电流;503为芯片内部电源VDD,由芯片内的基准&使能模块产生;Q504为一高压PMOS,用以抬高源端电压至(VDD+|VGSP|),衬底与源端相连;Q505为一高压NMOS,衬底与地(此处的地实际上指芯片的地引脚GND)相连;506为一芯片外置电容,外挂于引脚V_DIM与引脚GND之间;507为高压PMOS管Q504的源端(高压NMOS管Q505的栅端);508为引脚V_DIM,连接于高压NMOS管Q505源端与外置电容506之间,用以为环形计数器和译码器提供电源,具体数值为(VDD+|VGSP|-VGSN)。
系统上电后,芯片电源501缓慢上升,芯片内部电源VDD也跟随上升,当上升至一定值后,VDD稳定住,不再上升,而芯片电源501继续上升。这时,501、R502、Q504通路便存在电流,由于高阻电阻R502的限流作用,该漏电流可得到控制,高压PMOS管Q504的源端(高压NMOS管Q505栅端)507上升到VDD+|VGSP|后也稳定住,这时V_DIM引脚508的电压值可以计算得(VDD+|VGSP|-VGSN)。若某时刻系统开始掉电,芯片电源501以及芯片内部电源503(VDD)快速降至零电压,芯片内部绝大部分模块都停止工作,但是V_DIM引脚508由于外挂电容的存在,电压可以继续维持一段时间,具体时间长度可由电容506的大小来调节,也就是说,在芯片掉电的这段时间内,环形计数器和译码器仍能继续工作,并保存了相应状态,等到下一次系统上电时,环形计数器又可以输出下一个状态。这里需要注意的是,高压NMOS管Q505的衬底与芯片的地引脚GND相连,而不能与源端相连,原因在于,当系统掉电时,高压NMOS管Q505的漏端和栅端都变为低电平,防止源端电流倒灌入漏端而使源端迅速放电至零。
图6为本实用新型所示出的LED分段调光电路内部的电源产生电路的典型工作波形。系统上电,芯片电源VIN与芯片内部电源VDD上升,V_DIM引脚电压也上升;系统掉电,芯片电源VIN与芯片内部电源VDD迅速下降,V_DIM引脚电压能够维持一段时间,从而保证环形计数器与译码器在系统掉电后仍能够保持状态,直至系统下一次上电。
环形计数器可以根据分段调光的分段数来设计,例如,四段调光只需两个D触发器即可设计,八段调光需三个D触发器;译码器的设计只需保证环形计数器的每次时钟输出,译码器能输出一个高电平;然后用译码器输出的这个高电平来控制后续的选择电路,使得输出基准能够得到希望的值。选择电路可采用图7所示的电路,包括多个NOMS管,V1~Vn为各段基准电压,分别接各个NOMS管的漏极,各NMOS管的栅极作为选择信号端连接译码器,各NMOS管的源极接在一起作为输出端,用以输出一个需要的基准电压Vref。
基于本实用新型的LED分段调光电路,本实用新型的第一实施例的调光工作原理为:图3中,系统上电时,半波形的线电压通过309与310的RC电路对芯片充电,芯片电源VIN电压逐渐升高,同时芯片内部电源VDD与引脚V_DIM电压也逐渐升高,并稳定于某一值,引脚V_DIM为调光电路内部的环形计数器与译码器提供了电源,当芯片电源VIN升到芯片启动电压VIN_ON后,芯片使能信号EN产生,调光电路内部的环形计数器便得到第一次时钟信号,计数器的输出经译码器和选择电路处理后,得到第一个基准电压(该电压的大小直接控制输出电流),LED获得第一个亮度;某一时刻,调光开关按下,系统掉电,芯片电源VIN、芯片内部电源VDD、芯片使能EN信号迅速掉为零,然而引脚V_DIM电压由于外置电容308的存在会维持一段时间,从而保证环形计数器与译码器在系统掉电期间仍能保持内部状态;然后调光开关弹起,系统再次上电,芯片电源VIN、芯片内部电源VDD、芯片使能EN再次产生,环形计数器获得第二个时钟信号,并输出下一状态的信号,该信号经译码器和选择电路处理,得到第二个基准电压,输出LED得到第二个亮度;LED第n个亮度的工作原理以此类推,第n个亮度后,系统再来一次掉电上电,又会回到第一个亮度。
图8为本实用新型的第二实施例LED驱动电路示意图,采用非隔离浮地型架构,并带PFC功能。601为交流电源;602~605为桥式整流器,606为小的滤波电容(100nF,滤除高频杂波,但基本不会对50Hz交流电压进行平滑),整流桥后的线电压为半波波形;607、608为启动电路,为芯片电源VIN充电;609为COMP脚补偿电容;610为引脚V_DIM外挂电容;611为芯片内部框图;616为功率管,栅端接芯片的DRV引脚,源端接CS引脚和617采样电阻;618为电感,619为输出;620为续流二极管;621为输出滤波电容;612、613为分压电阻,与FB引脚相连;614、615为芯片供电。
对于浮地架构,芯片地GND与系统地隔离。功率管导通时,芯片GND电压接近于线电压,芯片内部的绝对电压甚至高于线电压;功率管关断时,芯片GND的电压接近于系统地,芯片内部的绝对电压远低于导通时。现有的调光检测电路无法通过检测线电压来判断系统的掉电与上电。本实用新型的分段调光电路能够适用于该架构。系统具体的调光工作原理可参照第一实施例。
以上所述仅为本实用新型的典型实施例而已,不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种LED分段调光电路,其特征在于,包括:
一调光检测端,连接LED驱动芯片内的使能信号EN,用以检测由调光开关导致的系统掉电与上电;
一电源产生电路,用以为LED分段调光电路内部的电路提供电源;电源产生电路的输出端连接环形计数器和译码器;
一环形计数器,其输入端连接调光检测端,用以计算按调光开关的次数;
一译码器,其输入端连接环形计数器,对环形计数器的输出信号进行译码,以控制选择电路的输出;
一选择电路,其选择信号端连接译码器,输入端接各段基准电压,用以选择需要的基准电压作为输出。
2.如权利要求1所述的LED分段调光电路,其特征在于:所述电源产生电路包括电阻R502,PMOS管Q504,NMOS管Q505;
电阻R502的一端和NMOS管Q505的漏端接LED驱动芯片的电源VIN;PMOS管Q504的栅端接LED驱动芯片内部电源VDD,漏端接LED驱动芯片的地引脚GND,衬底接源端;Q504的源端接电阻R502的另一端和NMOS管Q505的栅端;NMOS管Q505的衬底接LED驱动芯片的地引脚GND,源端作为引脚V_DIM,用于连接一个外挂于LED驱动芯片的引脚V_DIM和地引脚GND间的电容;
NMOS管Q505的源端同时作为电源产生电路的输出端,供电给环形计数器和译码器。
3.如权利要求1所述的LED分段调光电路,其特征在于:所述选择电路包括多个NOMS管,各个NOMS管的漏极分别接各段基准电压,各NMOS管的栅极作为选择信号端连接译码器,各NMOS管的源极接在一起作为输出端。
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