CN211406369U - 一种安防led背光控制电路和芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种安防LED背光控制电路和芯片，包括：光强检测单元分别与第二比较单元的第一输入端和电压控制电压输出器的第一输入端连接；第二比较单元的第二输入端接入内部基准电压，第二比较单元的输出端分别与电压控制电压输出器的第二输入端和第一比较单元的使能输入端连接；电压控制电压输出器的第一输出端与控制单元连接，电压控制电压输出器的第二输出端输出回滞电压至第一比较单元的第一输入端；第一比较单元的第二输入端与采样单元连接，第一比较单元的输出端与开关元件的第一端连接；采样单元与开关元件的第二端连接，开关元件的第三端与背光源连接。本实用新型在不增设控制器前提下实现背光回滞控制，降低背光回滞控制成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED背光控制技术领域，尤指一种安防LED背光控制电路和芯片。
背景技术
随着社会的不断发展进步，居民安全越来越受到重视，当今社会上最重要的就是对用户的安全防范，在乡镇城市中的各个位置大规模设置了安防LED设备，一定程度上抑制了安防事件中处理效率的问题。
安防LED设备在现实生活中越来越多，在白天黑夜转换或光强光弱转换过程中，安防LED设备的背光的可靠运行越来越重要。安防LED 设备的普及，导致对安防LED设备的成本有很高的要求。现有技术的 LED驱动控制电路如图1所示，参考图2所示，现有技术的背光控制方案要么对光强变化回滞控制没有可配置作用，要么需要额外增加MCU等复杂的控制器，导致背光控制电路复杂，硬件成本大大增高，从而导致现有技术中的背光控制方案很难推广应用。
因此，如何在不增设复杂的控制器的前提下，能够在光强变化情景下实现LED背光回滞控制，且降低LED背光回滞控制的成本是亟需解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种安防LED背光控制电路和芯片，实现在不增设复杂的控制器的前提下，能够在光强变化情景下实现LED背光回滞控制，且降低LED背光回滞控制的成本。
本实用新型提供的技术方案如下：
本实用新型提供一种安防LED背光控制电路，包括：背光源、光强检测单元、采样单元、控制单元、开关元件、第一比较单元、第二比较单元和电压控制电压输出器；
所述光强检测单元分别与所述第二比较单元的第一输入端和所述电压控制电压输出器的第一输入端连接；
所述第二比较单元的第二输入端接入内部基准电压，所述第二比较单元的输出端分别与所述电压控制电压输出器的第二输入端和所述第一比较单元的使能输入端连接；
所述电压控制电压输出器的第一输出端与所述控制单元连接，所述电压控制电压输出器的第二输出端输出回滞电压，所述第一比较单元的第一输入端接入所述回滞电压；
所述第一比较单元的第二输入端与所述采样单元连接，所述第一比较单元的输出端与所述开关元件的第一端连接；
所述采样单元与所述开关元件的第二端连接，所述开关元件的第三端与所述背光源连接。
进一步的，所述背光源包括若干个发光二极管；
前置发光二极管的正极接入第一供电电源，后置发光二极管的负极与所述开关元件的第三端通过第一引脚连接，所述前置发光二极管与所述后置发光二极管之间依次顺序连接若干个发光二极管；
所述采样单元包括采样电阻，所述控制单元包括配置电阻；
所述光强检测单元包括光敏电阻和分压电阻，所述光敏电阻的第一端接入所述第一供电电源，所述光敏电阻的第二端与所述分压电阻连接后接地。
进一步的，所述开关元件包括第一N型MOS管，所述第一比较单元包括跨导放大器，所述第二比较单元包括比较器；
所述开关元件的第一端、第二端和第三端分别是所述第一N型MOS 管的栅极、源级和漏极；
所述第一比较单元的第一输入端、第二输入端和输出端分别是所述跨导放大器的正相输入端、反相输入端和输出端；
所述第二比较单元的第一输入端、第二输入端和输出端分别是所述比较器的正相输入端、反相输入端和输出端；
所述第一N型MOS管的栅极与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一N型MOS管的漏极与所述第一引脚的第二端连接，所述第一引脚的第一端与所述后置发光二极管的负极连接，所述第一N型MOS管的源级与第二引脚的第一端连接，所述第二引脚的第二端与所述采样电阻连接后接地；
所述跨导放大器的正相输入端接入所述电压控制电压输出器的第二输出端输出的所述回滞电压，所述跨导放大器的反相输入端接入所述采样电阻传递至所述第二引脚处的第一采样电压；
所述比较器的正相输入端接入所述内部基准电压，所述比较器的反相输入端与所述电压控制电压输出器的第一输入端连接，且所述比较器的反相输入端与第三引脚的第二端连接，所述第三引脚的第一端分别与所述光敏电阻的第二端、所述分压电阻的第一端连接后接地；
所述电压控制电压输出器的第一输出端与第四引脚的第二端连接，所述第四引脚的第一端与所述配置电阻连接后接地，所述电压控制电压输出器的第一输入端与所述第三引脚的第二端连接。
进一步的，所述电压控制电压输出器包括：第二供电电源、N型MOS 管、P型MOS管、储能电容，分流电阻，第一反相器和电流镜像模块；
所述第二供电电源与第一电流源的取电端连接；
所述第一反相器的输入端与所述比较器的输出端连接；
第二P型MOS管与第二N型MOS管共栅极，所述第二P型MOS 管的源极与所述第一电流源的输出端连接；第一电流镜像模块包括第一电流源，第二电流镜像模块包括第二电流源；
所述第二P型MOS管的栅极与所述第一反相器的输出端连接，所述第二P型MOS管的漏极与第一储能电容的上基板连接，第一储能电容的下基板接地；
所述第二N型MOS管的漏极分别与所述第二P型MOS管的漏极、所述第一储能电容的上基板和第三N型MOS管的栅极连接，所述第二N 型MOS管的源极接地；
所述第三N型MOS管的漏极分别与所述第三引脚的第二端和所述比较器的反相输入端连接，所述第三N型MOS管的源极分别与所述第四引脚的第二端、第二电流源的取电端连接；
所述第二电流源的输出端分别与分流电阻的第一端、第一储能电容的上基板连接，所述分流电阻的第二端、第二储能电容的下基板分别接地，所述第二电流镜像模块镜像输出所述回滞电压。
进一步的，所述第一电流镜像模块还包括：P型MOS管；
第三P型MOS管的源极和第四P型MOS管的源极接入所述第二供电电源，所述第四P型MOS管的漏极与所述第四P型MOS管的栅极短接，所述第三P型MOS管和第四P型MOS管共栅极；
所述第三P型MOS管的漏极与所述第二P型MOS管的源极连接；
所述第四P型MOS管的漏极与第一基准电流源连接后接地，且镜像输出所述第一基准电流。
进一步的，所述第二电流镜像模块还包括：P型MOS管；
第五P型MOS管的源极分别与所述第三N型MOS管的源极和所述第四引脚的第一端连接，所述第五P型MOS管的漏极与所述第五P型 MOS管的栅极短接，所述第五P型MOS管与第六P型MOS管共栅极；
所述第六P型MOS管的源极与所述第三N型MOS管的源极连接，所述第六P型MOS管的漏极分别与所述分流电阻的第二端、所述第二储能电容的下基板连接；
所述第五P型MOS管的漏极与第二基准电流源连接后接地，且镜像输出所述第二基准电流。
本实用新型还提供一种芯片，包括如所述的安防LED背光控制电路。
本实用新型还提供一种安防LED背光控制实现方法，应用于如所述的安防LED背光控制电路，包括步骤：
通过第三引脚触发第二比较单元产生ENCHIP使能信号，以使能电压控制电压输出器和跨导放大器开始工作；
调整配置电阻的电阻大小，以调整所述电压控制电压输出器输出的回滞电压和软启动时间；所述软启动时间由一级时间控制参数和二级时间控制参数决定；
根据回滞电压和软启动时间控制背光源的发光状态，使得背光源的亮度递进式变化。
通过本实用新型提供的一种安防LED背光控制电路和芯片，能够在不增设复杂的控制器的前提下，能够在光强变化情景下实现LED背光回滞控制，且降低LED背光回滞控制的成本。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种安防LED 背光控制电路和芯片的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本实用新型一种安防LED背光控制电路的一个实施例的结构示意图；
图2是传统的安防LED背光驱动控制器及系统的电路图；
图3是传统的安防LED背光驱动控制器及系统的电压电流波形图；
图4是本实用新型一种安防LED背光控制电路的一个实施例的结构示意图；
图5是本实用新型一种安防LED背光控制电路的电压电流波形图；
图6是本实用新型一种安防LED背光控制电路的一个实施例的结构示意图；
图7是本实用新型一种安防LED背光控制电路的一个实施例的结构示意图；
图8是本实用新型一种安防LED背光控制逻辑示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
本实用新型的一个实施例，如图1所示，一种安防LED背光控制电路，包括：
背光源、光强检测单元、采样单元、控制单元、开关元件、第一比较单元、第二比较单元和电压控制电压输出器；
所述光强检测单元分别与所述第二比较单元的第一输入端和所述电压控制电压输出器的第一输入端连接；
所述第二比较单元的第二输入端接入内部基准电压，所述第二比较单元的输出端分别与所述电压控制电压输出器的第二输入端和所述第一比较单元的使能输入端连接；
所述电压控制电压输出器的第一输出端与所述控制单元连接，所述电压控制电压输出器的第二输出端输出回滞电压，所述第一比较单元的第一输入端接入所述回滞电压；
所述第一比较单元的第二输入端与所述采样单元连接，所述第一比较单元的输出端与所述开关元件的第一端连接；
所述采样单元与所述开关元件的第二端连接，所述开关元件的第三端与所述背光源连接。
具体的，内部基准电压为安防LED背光控制电路外接的基准产生电路进行基准输出的电压。
进一步的，所述背光源包括若干个发光二极管；
前置发光二极管的正极接入第一供电电源，后置发光二极管的负极与所述开关元件的第三端通过第一引脚(LEDN)连接，所述前置发光二极管与所述后置发光二极管之间依次顺序连接若干个发光二极管；
所述采样单元包括采样电阻(RCS)，所述控制单元包括配置电阻 (R2)；
所述光强检测单元包括光敏电阻和分压电阻，所述光敏电阻的第一端接入所述第一供电电源，所述光敏电阻(R_photo)的第二端与所述分压电阻(R1)连接后接地。
进一步的，所述开关元件包括第一N型MOS管(NM1)，所述第一比较单元包括跨导放大器(OTA1)，所述第二比较单元包括比较器；
所述开关元件的第一端、第二端和第三端分别是所述第一N型MOS 管(NM1)的栅极、源级和漏极；
所述第一比较单元的第一输入端、第二输入端和输出端分别是所述跨导放大器的正相输入端、反相输入端和输出端；
所述第二比较单元的第一输入端、第二输入端和输出端分别是所述比较器的正相输入端、反相输入端和输出端；
所述第一N型MOS管(NM1)的栅极与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一N型MOS管(NM1)的漏极与所述第一引脚的第二端连接，所述第一引脚的第一端与所述后置发光二极管的负极连接，所述第一N型MOS管(NM1)的源级与第二引脚(VCS)的第一端连接，所述第二引脚的第二端与所述采样电阻连接后接地；
所述跨导放大器的正相输入端接入所述电压控制电压输出器 (VCVS)的第二输出端输出的所述回滞电压，所述跨导放大器的反相输入端接入所述采样电阻传递至所述第二引脚处的第一采样电压；
所述比较器(COMP1)的正相输入端接入所述内部基准电压，所述比较器的反相输入端与所述电压控制电压输出器的第一输入端(81)连接，且所述比较器的反相输入端与第三引脚(ENN)的第二端连接，所述第三引脚的第一端分别与所述光敏电阻的第二端、所述分压电阻(R1) 的第一端连接后接地；
所述电压控制电压输出器的第一输出端(82)与第四引脚(FBHY) 的第二端连接，所述第四引脚的第一端与所述配置电阻连接后接地，所述电压控制电压输出器的第一输入端(81)与所述第三引脚的第二端连接。
具体的，本实施例中，包括第一N型MOS管(NM1)、跨导放大器(OTA1)、比较器(COMP1)、电压控制电压输出器(VCVS)。开关元件是第一N型 MOS管(NM1)时，第一N型MOS管(NM1)的漏极用于输入背光源的负极 (也可以是后置发光二极管的负极)所输出的电流，第一N型MOS管(NM1) 的源极接采样电阻，通过采样电阻检测采样输出电流，并将采样电阻所采样得到的输出电流反馈到跨导放大器(OTA1)的反相输入端，第一N型MOS管 (NM1)的栅极接到跨导放大器(OTA1)的输出端。跨导放大器(OTA1) 的正相输入端接电压控制电压输出器(VCVS)的第二输出端，使得电压控制电压输出器(VCVS)的第二输出端输出的回滞电压输入至至跨导放大器 (OTA1)的正相输入端。跨导放大器(OTA1)的使能输入端接比较器(COMP1)的输出端。
电压控制电压输出器(VCVS)的第一输出端(82)与第四引脚(FBHY) 连接，电压控制电压输出器(VCVS)的第一输入端(81)与第三引脚(ENN) 的第二端连接。比较器(COMP1)的反相输入端与第三引脚(ENN)的第二端连接，比较器的正相输入端接入电压基准，比较器(COMP1)的输出端分别与跨导放大器(OTA1)的使能输入端和电压控制电压输出器(VCVS)的第二输入端连接，第三引脚(ENN)接光敏电阻R_photo和R1的分压输出。
本实施例中的这种电路结构，能够在不增设复杂的控制器、MCU的前提下，在光强变化情景下实现LED背光回滞控制，且降低LED背光回滞控制的成本。相对于额外增设MCU通过数字方式实现背光控制的方案而言，本实施例不仅仅能够节省额外增设控制器进行数字控制LED背光回滞的成本，而且布线结构简单，还能够在系统开启或系统关闭时亮度出现突变的时候，智能化进行背光回滞控制，使得能够缓慢地、递进式的增加背光亮度(或者缓慢地、递进式的减弱背光亮度)，避免背光亮度陡升(或者陡降)，背光亮度的回滞控制使得图像成像质量大大提升。
进一步的，所述电压控制电压输出器包括：第二供电电源、N型MOS 管、P型MOS管、储能电容，分流电阻，第一反相器和电流镜像模块，第一电流镜像模块包括第一电流源，第二电流镜像模块包括第二电流源；
所述第二供电电源与第一电流源的取电端连接；
所述第一反相器(INV1)的输入端与所述比较器的输出端连接；
第二P型MOS管与第二N型MOS管共栅极，所述第二P型MOS 管的源极与所述第一电流源的输出端连接；
所述第二P型MOS管的栅极与所述第一反相器(INV1)的输出端连接，所述第二P型MOS管的漏极与第一储能电容(C1)的上基板连接，第一储能电容(C1)的下基板接地；
所述第二N型MOS管的漏极分别与所述第二P型MOS管的漏极、所述第一储能电容的上基板和第三N型MOS管的栅极连接，所述第二N 型MOS管的源极接地；
所述第三N型MOS管的漏极分别与所述第三引脚的第二端和所述比较器的反相输入端连接，所述第三N型MOS管的源极分别与所述第四引脚的第二端、第二电流源的取电端连接；
所述第二电流源的输出端分别与分流电阻(R3)的第一端、第一储能电容的上基板连接，所述分流电阻的第二端、第二储能电容(C2)的下基板分别接地，所述第二电流镜像模块镜像输出所述回滞电压。
进一步的，所述第一电流镜像模块还包括：P型MOS管；
第三P型MOS管的源极和第四P型MOS管的源极接入所述第二供电电源，所述第四P型MOS管的漏极与所述第四P型MOS管的栅极短接，所述第三P型MOS管和第四P型MOS管共栅极；
所述第三P型MOS管的漏极与所述第二P型MOS管的源极连接；
所述第四P型MOS管的漏极与第一基准电流源(I4)连接后接地，且镜像输出所述第一基准电流。
进一步的，所述第二电流镜像模块还包括：P型MOS管；
第五P型MOS管的源极分别与所述第三N型MOS管的源极和所述第四引脚的第一端连接，所述第五P型MOS管的漏极与所述第五P型 MOS管的栅极短接，所述第五P型MOS管与第六P型MOS管共栅极；
所述第六P型MOS管的源极与所述第三N型MOS管的源极连接，所述第六P型MOS管的漏极分别与所述分流电阻的第二端、所述第二储能电容的下基板连接；
所述第五P型MOS管的漏极与第二基准电流源(I3)连接后接地，且镜像输出所述第二基准电流。
具体的，光敏电阻和分压电阻对第一供电电源进行分压输出到第三引脚。光敏电阻是光场强(明亮)则电阻小，反之，光场弱(黑暗)则电阻大，光敏电阻的阻值是个随外界光场强度变化而线性变化的值。第二N型MOS管和采样电阻共同作用于确定LED负载即背光源的电流大小。两个电流源即第一电流源(I1)和第二电流源(I2)，各自有取电和输出，其中第一电流源(I1) 从内部供电电源(系统内部产生的低于5.5V的低压电源)即第二供电电源(VDD)取电输出到第二P型MOS管的源级。第二电流源(I2)从第四引脚 (FBHY)和第三N型MOS管的源级取电输出到分流电阻(R3)，并且第二电流源(I2)从第四引脚(FBHY)和第三N型MOS管的源级取电输出到第二储能电容(C2)进行储能。
第一反相器(INV1)的输入端接入比较器(COMP1)输出的ENCHIP使能信号，经过第一反相器(INV1)将ENCHIP使能信号进行反相处理后将处理后信号输入至第二P型MOS管的栅极和第二N型MOS管的栅极。
第二N型MOS管的源级接地，第二N型MOS管的栅极分别与第一反相器的输出端、第二P型MOS管的栅极连接，第二N型MOS管的漏极分别与第一储能电容(C1)的上基板、第二P型MOS管的漏极和第三N型MOS 管的栅极连接，第一储能电容(C1)的下基板接地。
第三N型MOS管的源极分别与第四引脚(FBHY)的第二端和第二电流源(I2)的取电端连接，第三N型MOS管的栅极分别与第二P型MOS管的漏极、第二N型MOS管的漏极和第一储能电容(C1)的上基板连接，第三N型MOS管的漏极与第三引脚(ENN)的第二端连接。分流电阻(R3)的第一端与第二电流源的输出端、第二储能电容(C2)的上基板连接，分流电阻 (R3)的第二端接地，第二储能电容(C2)的下基板接地。上述安防LED 背光控制电路的具体工作流程为：
(1)、光敏电阻与分压电阻对第一供电电源(VCC)进行分压，如果光敏电阻感应到外界光强低于一定的预设值，第三引脚处产生模拟信号，使得比较器比较其反相输入端接入的待比较电压和内部基准电压之间的大小，此时的待比较电压为光敏电阻和分压电阻进行分压后产生的分压电压，以及由第四引脚接配置电阻得到对应的配置电压的和值(即此时的待比较电压＝分压电压+配置电压)。当比较器的反相输入端接入的待比较电压高于内部基准电压时，此时光敏电阻的阻值符合下列公式(1)：
R_photo_1＝[RR1/(RR1+RR2)]*[(vcc-VREF1)/VREF1]
(1)
其中，R_photo_1为比较器的反相输入端接入的待比较电压高于内部基准电压时光敏电阻的阻值，RR1为分压电阻的阻值，RR2为配置电阻的阻值，vcc 为第一供电电源的电压值。
同时，当比较器的反相输入端接入的待比较电压高于内部基准电压时，比较器(COMP1)的输出端输出的ENCHIP使能信号为低电位，从而电压控制电压输出器(VCVS)停止工作，跨导放大器(OTA1)也停止工作，同时关闭第一N型MOS管(NM1)即第一N型MOS管(NM1)从导通状态切换至关闭状态没有电流流过背光源。
(2)、光敏电阻与分压电阻对第一供电电源(VCC)进行分压，如果光敏电阻感应到外界光强低于一定的预设值，第三引脚处产生模拟信号，使得比较器比较其反相输入端接入的待比较电压和内部基准电压之间的大小，此时的待比较电压为光敏电阻和分压电阻进行分压后产生的分压电压。当比较器的反相输入端接入的待比较电压低于内部基准电压时，比较器(COMP1) 的输出端输出的ENCHIP使能信号为高电位，从而使能电压控制电压输出器 (VCVS)开始工作，同时使能跨导放大器(OTA1)开始工作，即：当比较器的反相输入端接入的待比较电压低于内部基准电压时，电压控制电压输出器(VCVS)开始工作的同时，比较器的反相输入端输出ENCHIP使能信号，并使能第一电流源从内部供电电源(系统内部产生的低于5.5V的低压电源) 即第二供电电源(VDD)取电至第二P型MOS管的源级，从而通过第一电流源、第二P型MOS管、第二N型MOS管对第一储能电容(C1)进行充电。此外，比较器的反相输入端输出的ENCHIP使能信号使能控制第二电流源从第四引脚(FBHY)和第三N型MOS管的源级取电，第二电流源取电后对第二储能电容(C2)进行充电，并将第二电流源取电产生的电压通过第四引脚(FBHY)传递至配置电阻(R2)，从而控制第二电流源开始对第二储能电容(C2)进行充电，同时控制第二电流源取电产生的电压输出到分流电阻(R3) 后，通过分流电阻进行分流后输出输入至跨导放大器(OTA1)的正相输入端的回滞电压。当比较器的反相输入端接入的待比较电压低于内部基准电压时，此时光敏电阻的阻值符合下列公式(2)：
R_photo_2＝[RR1*RR2/(RR1+RR2)]*[(vcc-VREF1)/VREF1] (2)
其中，R_photo_2为光敏电阻的比较器的反相输入端接入的待比较电压低于内部基准电压时的阻值，RR1为分压电阻的阻值，RR2为配置电阻的阻值，vcc为第一供电电源的电压值。
由于当电压控制电压输出器(VCVS)开始工作时，外界光强的回滞强度对应于光敏电阻的回滞强度，因为根据上述公式(1)和公式(2)可以计算得到光敏电阻的回滞符合下列公式(3)，即：
R_photo_hy＝(R_photo_1)－(R_photo_2)
＝[(RR1 2)/(RR1+RR2)]*[(VCC-VREF1)/VREF1]
(3)
其中，R_photo_hy为光敏电阻的回滞大小，RR1为分压电阻的阻值，RR2为配置电阻的阻值，vcc为第一供电电源的电压值。
因此，在光敏电阻与分压电阻对第一供电电源(VCC)进行分压后，比较器的反相输入端所接入的待比较电压低于内部基准电压时，可以通过配置分压电阻和配置电阻的阻值大小，从而根据合适阻值大小的配置分压电阻和配置电阻共同作用调节外界光强的回滞强度，提高了系统可自由配置性和安全工作区域可自由配置性。
此外，由于背光源亮度随着回滞电压的变化而变化，而电压控制电压输出器(VCVS)输出的回滞电压(VREF2)的电压值随着时间的变化而变化， II2随第三N型MOS管(NM3)的栅极电压Vg_NM3改变而改变，即Vg_NM3＝Δt*II1/CC1是随时间变化而变化的，此外，第三N型MOS管(NM3)的源漏电流Ids_NM3符合下列公式(4)，因此，回滞电压符合下列公式(5)：
Ids_NM3＝K*(Vgs_NM3-Vth_NM3)2＝IR2+II3＝VFBHY/RR2+II3
(4)
VREF2＝[K*(Δt*II1/CC1-Vth_NM3)2-VFBHY/RR2]/CC2 (5)
其中，Δt为软启动时间，II2为第二电流源从第四引脚(FBHY)和第三 N型MOS管的源级进行取电的取电电流值，II1为第一电流源从内部供电电源(系统内部产生的低于5.5V的低压电源)即第二供电电源(VDD)进行取电的取电电流值，RR2为配置电阻的阻值，RR3为分流电阻的阻值，CC1为第一储能电容的容值大小，CC2为第二储能电容的容值大小，vcc为第一供电电源的电压值，K为时间控制常数，Vgs_nm3为第三N型MOS管(NM3) 的栅源电压，Vth_NM3为第三N型MOS管(NM3)阈值电压，IR2为流经配置电阻的电流值，II3为第二基准电流源的电流大小，VFBHY为第四引脚 (FBHY)处的电压值。
因此，本实用新型在光敏电阻与分压电阻对第一供电电源(VCC)进行分压后，比较器的反相输入端所接入的待比较电压低于内部基准电压时，可以通过配置分流电阻和配置电阻的阻值大小，从而根据配置分流电阻和配置电阻共同作用完成背光强度在启动或关闭时的渐变可配置过程。
综上所述，可以得知，本实用新型在光敏电阻与分压电阻对第一供电电源(VCC)进行分压后，比较器的反相输入端所接入的待比较电压低于内部基准电压时时，使能跨导放大器(OTA1)和电压控制电压输出器(VCVS) 开始工作，可以通过设定第四引脚所连接的配置电阻的阻值大小来配置调节系统光强回滞和LED亮度渐变时间，从而配置外界光强的回滞强度，提高了系统可自由配置性和安全工作区域可自由配置性的同时，实现背光强度在启动或关闭时渐变可配置的目的。本实施例中第四引脚所连接的配置电阻配置系统光强回滞和背光源光强渐变时间是通过电压控制电压输出器(VCVS)协助完成的。
本实用新型实施例中，当在光敏电阻与分压电阻对第一供电电源(VCC) 进行分压后，比较器的反相输入端所接入的待比较电压低于内部基准电压时，比较器(COMP1)输出的ENCHIP使能信号为高电位，使能跨导放大器(OTA1) 和电压控制电压输出器(VCVS)。系统根据电压控制电压输出器(VCVS)输出的回滞电压的大小，以及下列公式(6)能够确定流过背光源的电流大小：
ILED＝VREF2÷RRCS
(6)
其中，ILED为流过背光源的电流大小，VREF2为回滞电压，RRCS为采样电阻的阻值大小。
本实用新型实施例中，背光源分别与第一供电电源(VCC)和第一N型 MOS管(NM1)的漏极，第二引脚与采样电阻的上端连接，采样电阻的下端接地。
本实用新型实施例中，上述第一N型MOS管(NM1)的栅极与第一N 型MOS管(NM1)的源极间的电压差小于第一N型MOS管(NM1)的导通阈值VTH_N时，此第一N型MOS管关闭，反之，第一N型MOS管(NM1) 的栅极与第一N型MOS管(NM1)的源极间的电压差大于第一N型MOS管(NM1)的导通阈值VTH_N时，此第一N型MOS管(NM1)导通。上述实施例中，第一电流源和第二电流源均为电流镜或结型场效应晶体管(JFET)。
图2为传统的安防LED背光驱动控制器及系统电路图。请参阅图2，这种安防LED背光驱动控制器包括：光敏电阻1、分压电阻2、ENN引脚端3、固定回滞比较器4、跨导放大器7、功率管5、LEDN引脚端6、LED负载10、 VCS引脚端8、对地的采样电阻17。一般来说，如图2，MCU横流驱动控制系统对使能输入的回滞比较器4的回滞电压是固定的，导致系统因为使能输入范围出现变化时，MCU不能根据实际情况及时灵活调整，从而使系统出现画面光照强度不能根据不同条件准确的去调整，同时MCU数字控制性，使能输入的回滞比较器4输出至跨导放大器7的使能端口(EN)的使能信号不能使得跨导放大器7对其正相输入端输入的VREF2进行调整，导致传统的安防 LED背光驱动控制器及系统电路图不能灵活的启动时间配置控制，从而传统的安防LED背光驱动控制器及系统电路图不能根据应用环境灵活配置LED负载的光强渐变过程。
相对于图2所示的传统的安防LED背光驱动控制器及系统电路图而言，本实用新型系统通过第四引脚及其连接的配置电阻作为控制电压控制电压输出器(VCVS)的因素调整电压控制电压输出器(VCVS)产生的回滞电压的电压值大小，从而灵活设置系统的使能回滞值，同时灵活控制在启动或关闭时流经背光源的电流变化快慢。详细来说，第一N型MOS管(NM1)连通背光源到采样电阻RCS再到地的功率通路，因此，对于第一N型MOS管 (NM1)的控制尤为重要，其决定了背光源的电流控制及LED光强度的控制。本实用新型通过对第一N型MOS管(NM1)的控制，实现自由对系统开关过程中背光强度渐变的控制，为系统安全可靠运行提供了保障。
详细来说，通过光敏电阻感应外界光自然光的强度，对芯片进行使能控制，对自然光的变化范围需要根据不同应用环境配置出最优化的控制方案，以确定系统安全可靠的运行。本实用新型通过配置与第四引脚连接的配置电阻的阻值大小来配置设定系统的开关和背光源光强渐变过程，在几乎不增加系统开发成本的前提下，大大提高了系统运行的安全性和可靠性。
详细来说，如果光敏电阻感应到外界光强低于一定的预设值，通过光敏电阻取电，此时分压电阻与配置电阻并联，从而改变第三引脚(ENN)的电位，以使得第三引脚(ENN)产生一个模拟信号，使得比较器(COMP1)比较其反相输入端接入的待比较电压和内部基准电压之间的大小，当待比较电压低于内部基准电压时，此时比较器(COMP1)产生ENCHIP使能信号使能系统中的电压控制电压输出器(VCVS)和跨导放大器(OTA1)开始工作，同时，在第三引脚(ENN)产生作用于第四引脚(FBHY)和配置电阻的电压 VFBHY_R2＝IR2*R_photo，同时软启动VREF2的建立时间t＝R2*C2*(VFBHY/VREF2)。在本实用新型中通过对第四引脚(FBHY)处的电压值VFBHY进行模拟运算产生回滞电压，回滞电压作用在跨导放大器(OTA1)的同相输入端。因为第三引脚处的回滞电压可以人为自主配置，同时因为与第四引脚连接的配置电阻的阻值大小可以人为设定，则流向跨导放大器(OTA1)的正相输入端，由电压控制电压输出器(VCVS)产生的回滞电压也能够随着配置电阻的阻值变化而变化，即电压控制电压输出器(VCVS)产生的回滞电压的建立时间可以人为设定。在本实用新型中通过由第三引脚(ENN)增加电流，以控制第三N 型MOS管(NM3)处的电压值，从而提升流经配置电阻的电流。
通过第三引脚触发第二比较单元产生ENCHIP使能信号，以使能电压控制电压输出器和跨导放大器开始工作。调整配置电阻的电阻大小，以调整电压控制电压输出器输出的回滞电压和软启动时间；软启动时间由一级时间控制参数和二级时间控制参数决定。根据回滞电压和软启动时间控制背光源的发光状态，使得背光源的亮度递进式变化。
具体的，如图8所示，如果光敏电阻感应到外界光强低于一定的预设值，第三引脚(ENN)产生一个模拟信号使得比较器(COMP1)比较其反相输入端接入的待比较电压和内部基准电压之间的大小，当待比较电压低于内部基准电压时，此时比较器(COMP1)产生ENCHIP使能信号使能系统中的电压控制电压输出器(VCVS)和跨导放大器(OTA1)开始工作。然后，根据一级时间控制参数控制流过第三N型MOS管(NM3)的电流从而能够下拉ENN 的电位，产生带时间控制常数的回滞电压。因为流过NM3的电流是具有时间控制常数的变化量，同时第二基准电流源镜像后对配置电阻和第二储能电容进行充电，产生二级时间控制常数控制电压控制电压输出器(VCVS)产生回滞电压。其中，一级时间控制参数等于CC1/II1。二级时间控制常数符合下列公式(7)：
CC2/(II2-VREF2/RR3) (7)
其中，II2为第二电流源从第四引脚(FBHY)和第三N型MOS管的源级进行取电的取电电流值，II1为第一电流源从内部供电电源(系统内部产生的低于5.5V的低压电源)即第二供电电源(VDD)进行取电的取电电流值， RR3为分流电阻的阻值，CC1为第一储能电容的容值大小，CC2为第二储能电容的容值大小。
详细来说，通过光敏电阻取电，此时分压电阻与配置电阻并联，从而改变第三引脚(ENN)的电位，使得第三引脚(ENN)产生一个模拟信号，以使得使得比较器(COMP1)比较其反相输入端接入的待比较电压和内部基准电压之间的大小，当待比较电压低于内部基准电压时，此时比较器(COMP1) 产生ENCHIP使能信号。由于第一电流源的电流值固定，第一储能电容的容值大小固定，能够计算得到一级时间控制参数等于CC1/II1。当通过第一电流源、第二P型MOS管、第二N型MOS管对第一储能电容(C1)进行充电后，使得第三N型MOS管(NM3)的栅源电压达到自身的阈值电压Vth_NM3，从而导致第三N型MOS管(NM3)导通，且电流流向第四引脚(FBHY)以及第二电流源(I2)。
依上所述，第三N型MOS管(NM3)导通，由于第二电流源的电流值固定，第二储能电容的容值大小固定，且分流电阻的电阻值大小固定，能够计算得到二级时间控制参数等于CC2/(II2-VREF2/RR3)。由于第三N型 MOS管(NM3)导通，从而使得第二电流源从第三N型MOS管的源级和第四引脚(FBHY)进行取电，第二电流源取电后对第二储能电容(C2)进行充电，第二储能电容(C2)充电后电压达到回滞电压(VREF2)后，能够确定第四引脚(FBHY)的输出电流为V_FBHY/RR2。
综上所述，本实用新型利用第四引脚(FBHY)连接的配置电阻，及内部的电压控制电压输出器(VCVS)作用于光敏电阻和分压电阻的分压，从而在第三引脚(ENN)产生电压，使系统在更宽的可配置的回滞电压范围内工作，提高了系统背光的可靠性。同时根据二级时间控制常数以及配置电阻，对电压控制电压输出器(VCVS)产生输出的回滞电压进行调整，这样流过LED 负载的电流的建立时间具有时间可配置特点，从而提高系统可靠性，智能化进行背光回滞控制，使得能够缓慢地、递进式的增加背光亮度(或者缓慢地、递进式的减弱背光亮度)，避免背光亮度陡升(或者陡降)，背光亮度的回滞控制使得图像成像质量大大提升。
以上所述仅为本实用新型的较佳可实施例，凡依本实用新型申请专利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
本实用新型的一个实施例，一种芯片，集成有上述安防LED背光控制电路。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种安防LED背光控制电路，其特征在于，包括：
背光源、光强检测单元、采样单元、控制单元、开关元件、第一比较单元、第二比较单元和电压控制电压输出器；
所述光强检测单元分别与所述第二比较单元的第一输入端和所述电压控制电压输出器的第一输入端连接；
所述第二比较单元的第二输入端接入内部基准电压，所述第二比较单元的输出端分别与所述电压控制电压输出器的第二输入端和所述第一比较单元的使能输入端连接；
所述电压控制电压输出器的第一输出端与所述控制单元连接，所述电压控制电压输出器的第二输出端输出回滞电压，所述第一比较单元的第一输入端接入所述回滞电压；
所述第一比较单元的第二输入端与所述采样单元连接，所述第一比较单元的输出端与所述开关元件的第一端连接；
所述采样单元与所述开关元件的第二端连接，所述开关元件的第三端与所述背光源连接。
2.根据权利要求1所述的安防LED背光控制电路，其特征在于：
所述背光源包括若干个发光二极管；
前置发光二极管的正极接入第一供电电源，后置发光二极管的负极与所述开关元件的第三端通过第一引脚连接，所述前置发光二极管与所述后置发光二极管之间依次顺序连接若干个发光二极管；
所述采样单元包括采样电阻，所述控制单元包括配置电阻；
所述光强检测单元包括光敏电阻和分压电阻，所述光敏电阻的第一端接入所述第一供电电源，所述光敏电阻的第二端与所述分压电阻连接后接地。
3.根据权利要求2所述的安防LED背光控制电路，其特征在于：
所述开关元件包括第一N型MOS管，所述第一比较单元包括跨导放大器，所述第二比较单元包括比较器；
所述开关元件的第一端、第二端和第三端分别是所述第一N型MOS管的栅极、源级和漏极；
所述第一比较单元的第一输入端、第二输入端和输出端分别是所述跨导放大器的正相输入端、反相输入端和输出端；
所述第二比较单元的第一输入端、第二输入端和输出端分别是所述比较器的正相输入端、反相输入端和输出端；
所述第一N型MOS管的栅极与所述跨导放大器的输出端连接，所述第一N型MOS管的漏极与所述第一引脚的第二端连接，所述第一引脚的第一端与所述后置发光二极管的负极连接，所述第一N型MOS管的源级与第二引脚的第一端连接，所述第二引脚的第二端与所述采样电阻连接后接地；
所述跨导放大器的正相输入端接入所述电压控制电压输出器的第二输出端输出的所述回滞电压，所述跨导放大器的反相输入端接入所述采样电阻传递至所述第二引脚处的第一采样电压；
所述比较器的正相输入端接入所述内部基准电压，所述比较器的反相输入端与所述电压控制电压输出器的第一输入端连接，且所述比较器的反相输入端与第三引脚的第二端连接，所述第三引脚的第一端分别与所述光敏电阻的第二端、所述分压电阻的第一端连接后接地；
所述电压控制电压输出器的第一输出端与第四引脚的第二端连接，所述第四引脚的第一端与所述配置电阻连接后接地，所述电压控制电压输出器的第一输入端与所述第三引脚的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的安防LED背光控制电路，其特征在于，所述电压控制电压输出器包括：第二供电电源、N型MOS管、P型MOS管、储能电容，分流电阻，第一反相器和电流镜像模块；
所述第二供电电源与第一电流源的取电端连接；
所述第一反相器的输入端与所述比较器的输出端连接；
第二P型MOS管与第二N型MOS管共栅极，所述第二P型MOS管的源极与所述第一电流源的输出端连接；第一电流镜像模块包括第一电流源，第二电流镜像模块包括第二电流源；
所述第二P型MOS管的栅极与所述第一反相器的输出端连接，所述第二P型MOS管的漏极与第一储能电容的上基板连接，第一储能电容的下基板接地；
所述第二N型MOS管的漏极分别与所述第二P型MOS管的漏极、所述第一储能电容的上基板和第三N型MOS管的栅极连接，所述第二N型MOS管的源极接地；
所述第三N型MOS管的漏极分别与所述第三引脚的第二端和所述比较器的反相输入端连接，所述第三N型MOS管的源极分别与所述第四引脚的第二端、第二电流源的取电端连接；
所述第二电流源的输出端分别与分流电阻的第一端、第一储能电容的上基板连接，所述分流电阻的第二端、第二储能电容的下基板分别接地，所述第二电流镜像模块镜像输出所述回滞电压。
5.根据权利要求4所述的安防LED背光控制电路，其特征在于，所述第一电流镜像模块还包括：P型MOS管；
第三P型MOS管的源极和第四P型MOS管的源极接入所述第二供电电源，所述第四P型MOS管的漏极与所述第四P型MOS管的栅极短接，所述第三P型MOS管和第四P型MOS管共栅极；
所述第三P型MOS管的漏极与所述第二P型MOS管的源极连接；
所述第四P型MOS管的漏极与第一基准电流源连接后接地，且镜像输出所述第一基准电流。
6.根据权利要求4所述的安防LED背光控制电路，其特征在于，所述第二电流镜像模块还包括：P型MOS管；
第五P型MOS管的源极分别与所述第三N型MOS管的源极和所述第四引脚的第一端连接，所述第五P型MOS管的漏极与所述第五P型MOS管的栅极短接，所述第五P型MOS管与第六P型MOS管共栅极；
所述第六P型MOS管的源极与所述第三N型MOS管的源极连接，所述第六P型MOS管的漏极分别与所述分流电阻的第二端、所述第二储能电容的下基板连接；
所述第五P型MOS管的漏极与第二基准电流源连接后接地，且镜像输出所述第二基准电流。
7.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的安防LED背光控制电路。
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| CN201922472988.2U CN211406369U (zh) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 一种安防led背光控制电路和芯片 |
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