CN213818277U - 恒流驱动电路与照明装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种恒流驱动电路与照明装置。相比恒流驱动电路的翻转电压完全随失调电压变化，导致在光源负载以较低亮度工作时，明显无法精细调光的问题，本申请提供的恒流驱动电路中，偏置线路提供偏置电压并连接于运放器的一个输入端，而控制单元一方面向运放器的一个输入端输出基准电压源，另一方面又获取对应光源负载导通瞬间的翻转电压，由于偏置线路的设置，使得恒流驱动电路的翻转电压不完全随失调电压变化，还是偏置电压的因变量，也就是由大小值可控的偏置电压减小失调电压对翻转电压的影响程度，提高了对光源负载的调光精细度。

Description

恒流驱动电路与照明装置

技术领域

本申请涉及照明技术领域，尤其涉及一种恒流驱动电路与照明装置。

背景技术

在照明装置中，如图1所示，线性恒流驱动电路可以包括运放器以及开关管，运放器的一个输入端连接基准电压源，通过调节基准电压源的基准值大小改变光源负载(LED)上的电流大小，实现对LED调光的目的。

然而，申请人发现在部分恒流驱动电路中，当LED以较小亮度工作时，明显不能对LED实现精细调光，起初以为是偶然性事件。在申请人经过一系列研究分析后发现，是由于运放器中存在失调电压引起的。理想情况下，运放器不存在失调电压时，光源负载导通的瞬间是运放器的两输入端的电压完全相等，即恒流驱动电路的翻转电压为零，翻转电压为光源负载导通瞬间对应的基准电压源的基准值。然而，当存在失调电压时，翻转电压的自变量是失调电压，且基准值越小时，失调电压对翻转电压的影响程度越明显。

发明内容

为解决恒流驱动电路中运放器的失调电压引起LED调光不够精确的问题，本申请提供一种恒流驱动电路与照明装置。

本申请提供的恒流驱动电路，用于驱动光源负载，包括控制单元、运放器和偏置线路；

所述运放器包括正输入端、负输入端和运放输出端；

所述控制单元具有电源输出端和采样端，所述电源输出端用于输出基准电压源、并连接所述正输入端或所述负输入端之一，所述采样端用于采样所述光源负载的导通情况；所述控制单元用于获取翻转电压，所述翻转电压为所述光源负载导通瞬间或熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值；

所述偏置线路用于提供偏置电压、并连接所述正输入端或所述负输入端之另一，以使所述偏置电压是所述翻转电压的自变量。

上述的恒流驱动电路，还包括开关管、第一驱动电阻和电流采样电阻；由接地端至光源负载之间依次串接有所述电流采样电阻和所述开关管,所述开关管包括控制端,所述第一驱动电阻的两端分别连接所述运放输出端和所述控制端。

上述的恒流驱动电路，所述开关管为MOS管，包括栅极、源极和漏极，所述栅极为所述控制端，所述电流采样电阻的两端分别连接所述漏极和接地端，所述源极连接所述光源负载的负极。

上述的恒流驱动电路，所述电压源输出端连接所述正输入端，所述偏置线路连接所述负输入端；所述采样端连接所述运放输出端或所述源极。

上述的恒流驱动电路，所述偏置线路包括偏压源、第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻连接于所述负输入端和所述漏极之间，所述第二分压电阻连接于所述负输入与所述偏压源之间。

上述的恒流驱动电路，所述偏置电压的绝对值大于所述运放器的失调电压的绝对值。

上述的恒流驱动电路，所述控制单元包括指令接收端，所述指令接收端用于接收外部信号指令，所述外部信号指令包括上电指令、启动指令或校准指令；所述控制单元根据所述外部信号指令控制所述电源输出端。

上述的恒流驱动电路，还包括第二驱动电阻和反馈器件，所述第二驱动电阻连接于所述电源输出端和所述正输入端之间，所述反馈器件连接于所述负输入端与所述运放输出端之间。

本申请提供一种照明装置，包括光源负载，以及如上任一项所述的恒流驱动电路。

本申请采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

相比恒流驱动电路的翻转电压完全随失调电压变化，导致在光源负载以较低亮度工作时，明显无法精细调光的问题，本申请提供的恒流驱动电路中，偏置线路提供偏置电压并连接于运放器的一个输入端，而控制单元一方面向运放器的一个输入端输出基准电压源，另一方面又获取对应光源负载导通瞬间的翻转电压，由于偏置线路的设置，使得恒流驱动电路的翻转电压不完全随失调电压变化，还是偏置电压的因变量，也就是由大小值可控的偏置电压减小失调电压对翻转电压的影响程度，提高了对光源负载的调光精细度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了一种恒流驱动电路的结构示意图；

图2示出了本申请实施例1中恒流驱动电路的一种结构示意图；

图3示出了本申请实施例1中恒流驱动电路的另一种结构示意图；

图4示出了本申请实施例3中恒流驱动电路的校准方法的流程图。

附图标记说明：

100’-恒流驱动电路；10’-控制单元；20’-运放器；30’-开关管；I_O’- 驱动电流；

100-恒流驱动电路；10-控制单元；20-运放器；30-偏置线路；Q1-开关管； R1-第一驱动电阻；R2-第二驱动电阻；R3-第一分压电阻；R4-反馈电阻；R5- 电流采样电阻；R6-第二分压电阻；C1-反馈电容；AD-采样端；SGND-接地端； I_O-驱动电流；V_MCU-基准电压源的基准值；V_offset-OP-失调电压；V_MCU-convert-翻转电压； V_偏-偏置电压。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在介绍本申请实施例之前，具体说明目前恒流驱动电路100’中运放器20’的失调电压V_offset-OP对光源负载调光精度的影响。图1示出了恒流驱动电路100’的示意图，包括用于产生基准电压源的控制单元10’、运放器20’、开关管30’、以及电流采样电阻R5。其中，开关管30’的源极连接光源负载的负极。在光源负载导通时，运放器20’处于平衡状态，也就是运放器20’的正输入端电压和负输入端电压相等，结合正输入端和负输入端之间的失调电压V_offset-OP，得到下式：

V_MCU＝R5·I_O+V_offset-OP (1)

由此可知，

其中，V_MCU为控制单元10’输出的基准电压源的基准值，R5为电流采样电阻，I_O’为流经电流采样电阻的电流，也就是光源负载的驱动电流，V_offset-OP为运放器的失调电压，失调电压可以为正值也可以为负值。流经光源负载的驱动电流越大，光源负载的亮度也就越高，反之亦然。因此，可以通过调整基准电压源的基准值，改变光源负载的驱动电流，实现调光目的，其中，基准电压源可以PWM波，通过调制PWM波的高电平的占空比改变其基准值，进而改变光源负载的驱动电流。

理想情况下，如果V_offset-OP为0，也就是运放器20’不存在失调电压时，无论如何调整亮度，流经光源负载的驱动电流I_O’与基准电压源的基准值V_MCU成比例关系，由此可以通过调整基准电压源的基准值V_MCU实现精确调光。

然而，如果V_offset-OP不为0，也就是运放器20’存在失调电压时，如果光源负载在较大的亮度范围内调光，基准电压源的基准值V_MCU设置的较大，则光源负载的驱动电流I_O’与基准电压源的基准值V_MCU大致成比例关系，通过调整基准电压源的基准值V_MCU能够实现调光目的，但精确度较差。可是，如果光源负载在较小的亮度范围内调光，此时，基准电压源的基准值V_MCU也设置的相对较小，例如 10mv到20mv之间，而V_offset-OP可以到7mv，则光源负载的驱动电流I_O’不仅受基准电压源的基准值V_MCU的影响，还明显受到V_offset-OP的影响，使得光源负载的驱动电流I_O’与基准值V_MCU的比例偏差大大增加，也就是显著地影响了光源负载的调光控制。因此，才会有申请人发现的在LED以较小亮度工作时，明显难以对 LED实现精细调光。

可以理解，在图1的光源负载导通的瞬间，也就是流经电流采样电阻R5 的电流为0，根据式(1)可知此时基准电压源的基准值V_MCU与失调电压V_offset-OP相等，也就是恒流驱动电路100’的翻转电压等于失调电压，换言之，图1中翻转电压完全由运放器20’失调电压V_offset-OP确定。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种恒流驱动电路以及照明装置。

实施例1

本申请实施例提供的恒流驱动电路100，如图2所示，包括控制单元10、运放器20和偏置线路30。其中，运放器20包括正输入端、负输入端和运放输出端，控制单元10包括电源输出端和采样端AD，电源输出端用于输出基准电压源、并连接正输入端或负输入端之一，采样端AD用于采样光源负载的导通情况。控制单元10基于光源负载的导通情况，以及其输出的基准电压源，获取恒流驱动电路100的翻转电压V_MCU-convert，具体的，翻转电压V_MCU-convert为光源负载导通瞬间或熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值V_MCU。偏置线路30用于提供偏置电压V_偏，并连接正输入端或负输入端至另一，也就是电源输出端和偏置线路 30两者之一连接正输入端，另一连接负输入端，偏置线路30提供的偏置电压V_偏可以改变恒流驱动电路100的翻转电压V_MCU-convert，使得翻转电压V_MCU-convert不完全随失调电压V_offset-OP变化，还是偏置电压V_偏的因变量，也就是由大小值可控的偏置电压V_偏减小失调电压V_offset-OP对翻转电压V_MCU-convert的影响程度，提高了对光源负载的调光精细度。因此，与图1相比，本申请实施例图2提供的恒流驱动电路100，可以减小失调电压V_offset-OP对翻转电压V_MCU-convert的影响，也就减小了失调电压V_offset-OP对光源负载的驱动电流I_O的影响，实现更为精确的调光目的。

本申请实施例中，控制单元10的电源输出端可以连接在运放器20的正输入端，对应的，偏置线路30连接于运放器20的负输入端，且本申请下面的具体实施例中均以这种连接方式为例进行介绍。当然，作为变形，控制单元10 的电源输出端可以连接运放器20的负输入端，偏置线路30则连接于正输入端，其他电子器件适应性调整连接关系，同样可以实现由偏置线路30提供的偏置电压V_偏抵消失调电压V_offset-OP对驱动电流I_O的显著影响，实现精确调光的目的。

应当理解，本申请实施例的偏置线路30所提供的偏置电压V_偏可以为恒定值，从而在整个调光过程中可以由基准电压源的基准值大小实现较为精确的调光。当然，在部分特殊情况下，可以将偏置电压V_偏设置为可变值，以适应调光需求或满足偏置电压V_偏抵消失调电压V_offset-OP的程度。

本申请实施例的恒流驱动电路100，还包括开关管Q1、第一驱动电阻R1 和电流采样电阻R5。从接地端SGND至光源负载之间可以依次串联电流采样电阻R5和开关管Q1，开关管Q1包括控制端，第一驱动电阻R1的两端分别连接于运放输出端和控制端上。也就是由运放输出端上的输出电平对开关管Q1的通断进行控制。其中，开关管Q1可以是MOS管，MOS管可以是N型MOS管。开关管Q1包括栅极、源极和漏极，显然栅极为控制端且连接第一驱动电阻R1。换言之，第一驱动电阻R1的两端分别连接运放输出端和栅极，电流采样电阻 R5的两端分别连接漏极和接地端SGND，用于采样流经光源负载的驱动电流I_O，源极连接光源负载的负极。其中，开关管Q1还可以是三极管。图2中，运放输出端输出的高电平时，开关管Q1的栅极为高电平，源极和漏极导通，光源负载与恒流驱动电路100导通，光源负载的驱动电流I_O经过源极、漏极后流经电流采样电阻R5。而且，光源负载导通前，源极的电压处于高电位，光源负载导通后，源极电压下降。

控制单元10的采样端AD为了采样到光源负载是否导通的情况，采样端AD 可以连接在运放输出端或源极。采样端AD连接运放输出端时，在采样到高电平时表明开关管Q1被导通，此时光源负载也被导通，因此，此刻控制单元10 所输出的基准电压源的基准值V_MCU的大小即为翻转电压V_MCU-convert的大小。作为另一种实施方式，如图3所示，采样端AD可以连接源极，用于采样源漏极之间的电压，在采样到源极上的电压超过预设电压时，表明光源负载被导通。

本申请实施例中，偏置线路30可以包括偏压源、第一分压电阻R3和第二分压电阻R6，第一分压电阻R3连接于负输入端和漏极之间，第二分压电阻R6 连接于负输入端与偏压源之间。偏压源的电压可以为3.3V或其他伏值，第一分压电阻R3和第二分压可以为固定电阻，使得偏置线路30提供恒定的偏置电压V_偏；当然，第一分压电阻R3和第二分压电阻R6可以为可调电阻，以调整偏置线路30所提供的偏置电压V_偏。

为了较明显地抵消失调电压V_offset-OP对驱动电流I_O的显著影响，偏置电压V_偏的绝对值应大于运放器20的失调电压V_offset-OP的绝对值。例如，运放器20的失调电压V_offset-OP一般在7mv以内，则偏置电压V_偏可以为1v或50mv等，以具体需求为准。偏置电压V_偏的绝对值比失调电压V_offset-OP的绝对值大的越多，失调电压V_offset-OP对驱动电流I_O所能引起的偏差就越小。然而，若图2中的偏置电压V_偏设置的过大，会导致基准电压源的基准值V_MCU比图1大的多，而增加恒流驱动电路 100的功耗。因此，通常情况下，偏置电压V_偏可以取一个合适的中间数据。

本申请实施例中，控制单元10包括指令接收端，用于接收外部信号指令，外部信号指令可以包括上电指令、启动指令或校准指令。控制单元10根据外部信号指令控制电源输出端。其中，上电指令是驱使控制单元10对运放器20 上电，启动指令是使得运放器20启动，校准指令则是对恒流驱动电路100进行校准。具体的，每次在光源负载未导通前，基准电压源的基准值V_MCU可以从0 开始，到光源负载导通这一时间段内，对恒流驱动电路100进行校准，使得光源负载的驱动电流I_O不会因失调电压V_offset-OP而无法精确调光的目的。换言之，采用本申请实施例的恒流驱动电路100，在每次恒流驱动电路100上电时、或开机启动时、或收到校准指令时都能够自行校准，也就是用户在使用过程中，每次开机或上电时恒流驱动电路100都进行自动校准。

本申请实施例的恒流驱动电路100，控制单元10可以为单片机或其他能够实现控制功能的控制器。恒流驱动电路100还包括第二驱动电阻R2和反馈器件，第二驱动电阻R2连接于电源输出端和正输入端之间，反馈器件包括相互串联的反馈电阻R4和反馈电容C1，反馈器件连接于负输入端和运放输出端之间。

以下结合图2，说明偏置线路30如何抵消失调电压V_offset-OP对驱动电流I_O的显著影响。

在图2中，当光源负载刚导通的瞬间，驱动电流I_O为0，此时电流采样电阻R5上的电压为0，而且运放器20的正输入端和负输入端的电压相等，由此得到下式：

V_偏+V_offset-OP＝V_MCU-convert (3)

其中，V_偏为偏置线路30提供至负输入端的偏置电压，V_offset-OP为运放器20 的失调电压，V_MCU-convert也就是翻转电压，即光源负载导通瞬间或熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值V_MCU。

在图2中，偏压源为3.3V，因此，

在光源负载导通后，此时，运放器20上负输入端的电压为：

而运放器20上正输入端的电压等于负输入端的电压，且由基准电压源的基准值V_MCU确定，因此得到下式：

由此，可知

以及

结合上述式(2)和式(8)，可知，在图1中，当控制单元10’输出的基准电压源的基准值越小时，驱动电流I_O’会因失调电压V_offset-OP而引起的偏差越显著，导致调光精确度越差；在图2中，控制单元10输出的基准电压源的基准值V_MCU较小时，由于偏置电压V_偏的设置，使得驱动电流I_O会因失调电压V_offset-OP而引起的偏差有限，从而降低失调电压V_offset-OP对调光精确度的影响。

实施例2

本申请实施例提供一种照明装置，照明装置包括光源负载，以及实施例1 的恒流驱动电路100，恒流驱动电路100为光源负载提供驱动电流I_O，使用实施例1的恒流驱动电路100，可以对光源负载更加精确地调光。

实施例3

本申请实施例提供一种恒流驱动电路的校准方法，可以将其应用于实施例 1中的恒流驱动电路，也可以应用于其它的恒流驱动电路中，具体的校准方法的执行主体可以是恒流驱动电路中的控制单元，如图4所示，包括以下步骤：

接收外部信令指令，所述外部指令信号包括上电指令、启动指令或校准指令中至少之一；

S402:获取校准指令。校准指令包括以下至少一种：上电指令、启动指令、重启指令或重校指令，也就恒流驱动电路在上电或启动时控制单元能够获取到校准指令，此时光源负载还没有开始工作。在光源负载正常工作过程中，也可以进行校准，例如收到重启指令或重校指令时控制单元开始执行校准步骤。

S404:根据所述校准指令，向运放器的正输入端或负输入之一输出基准电压源，所述基准电压源的基准值可调设置；所述运放器的正输入端或负输入端之另一连接用于提供偏置电压的偏置电路，所述运放器的输出端连接光源负载。例如，向运放器的正输入端输出基准电压源，运放器的负输入端连接提供偏置电压的偏置电路，运放器的输出端连接光源负载。

S406:根据所述光源负载的导通情况，确定所述恒流驱动电路的翻转电压，所述翻转电压为所述光源负载导通瞬间或熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值，等于所述偏置电压与所述运放器的失调电压之和。具体的，光源负载的导通情况可以由控制单元采样得到，具体采样运放器输出端的电压变化，或光源负载上的电压变化确定光源负载的导通情况。

S408:以所述翻转电压为调光校准值，根据外部调光指令确定所述基准电压源的目标值，所述目标值与所述调光校准值之差与所述光源负载的驱动电流呈正比。

本申请实施例中，基准电压源可以为PWM波且占空比可调设置，当然，基准电压源输出的可以是其他基准值可调的波形，此处不再赘述。

在基准电压源可以为PWM波时，S408中包括：获取基准比，基准比为PWM 波中与调光校准值对应的占空比；根据外部调光指令，确定基准电压源的目标占空比，目标占空比与基准比之差与光源负载的驱动电流呈正比。也就是说，根据光源负载的亮度需求确定其需要的驱动电流后，根据确定PWM波对应的目标占空比，从而使得目标占空比与基准比之差与光源负载的驱动电流呈正比，进而实现更精确调光的目的。

在S404中，向运放器的正输入端或负输入之一输出基准电压源包括：向所述运放器的正输入端输出的基准电压源的PWM的初始占空比为零且逐渐增大；或向所述运放器的正输入端输出的基准电压源的PWM的初始占空比为正值且逐渐增小。

对应的，在S406中，所述获取所述光源负载的导通情况，确定所述恒流驱动电路的翻转电压，所述翻转电压为所述光源负载导通瞬间或熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值，包括：

所述翻转电压为所述PWM波的初始占空比为零且逐渐增大过程中所述光源负载导通瞬间对应的基准电压源的基准值；或所述翻转电压为所述PWM波的初始占空比为正值且逐渐减小过程中所述光源负载熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值。

如上所提，校准指令包括上电指令、启动指令、重启指令或重校指令，在上电指令或启动指令下开始校准，则校准开始时光源负载的初始状态是熄灭的，因此，可以逐渐增加基准电压源的基准值，获得光源负载导通瞬间对应的基准电压源的基准值并记为翻转电压；在重启指令或重校指令下开始校准，则校准开始时光源负载的初始状态是导通工作的，因此，可以逐渐减小基准电压源的基准值，获得光源负载熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值并记为翻转电压。当然，对于运放器，参上述实施例可知，翻转电压等于偏置电压与运放器的失调电压之和。

采用本申请实施例的校准方法，在获取到校准指令后，调节恒流驱动电路在基准电压源的基准值，从而控制单元能够获取恒流驱动电路中的翻转电压，并根据翻转电压确定调光基准值，在后续调光过程，控制单元根据调光指令结合结合调光基准值，确定基准电压源的目标值，该目标值与调光校准值之差与光源负载的工作电流成正比，以实现调光目的。例如，调光指令指示要光源负载以50％的亮度工作，则控制单元结合光源负载需要的驱动电流后，以调光校准值为基准，计算得到基准电压源的目标值，使得目标值与调光校准值之差与光源负载的驱动电流成正比。

本申请上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种恒流驱动电路，用于驱动光源负载，其特征在于，包括控制单元、运放器和偏置线路；

所述运放器包括正输入端、负输入端和运放输出端；

所述控制单元具有电源输出端和采样端，所述电源输出端用于输出基准电压源、并连接所述正输入端或所述负输入端之一，所述采样端用于采样所述光源负载的导通情况；所述控制单元用于获取翻转电压，所述翻转电压为所述光源负载导通瞬间或熄灭瞬间对应的基准电压源的基准值；

所述偏置线路用于提供偏置电压、并连接所述正输入端或所述负输入端之另一，以使所述偏置电压是所述翻转电压的自变量。

2.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，还包括开关管、第一驱动电阻和电流采样电阻；由接地端至所述光源负载之间依次串接有所述电流采样电阻和所述开关管,所述开关管包括控制端,所述第一驱动电阻的两端分别连接所述运放输出端和所述控制端。

3.根据权利要求2所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述开关管为MOS管，包括栅极、源极和漏极，所述栅极为所述控制端，所述电流采样电阻的两端分别连接所述漏极和接地端，所述源极连接所述光源负载的负极。

4.根据权利要求3所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述电压源输出端连接所述正输入端，所述偏置线路连接所述负输入端；所述采样端连接所述运放输出端或所述源极。

5.根据权利要求3所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述偏置线路包括偏压源、第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻连接于所述负输入端和所述漏极之间，所述第二分压电阻连接于所述负输入与所述偏压源之间。

6.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述偏置电压的绝对值大于所述运放器的失调电压的绝对值。

7.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述控制单元包括指令接收端，所述指令接收端用于接收外部信号指令，所述外部信号指令包括上电指令、启动指令或校准指令；所述控制单元根据所述外部信号指令控制所述电源输出端。

8.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，还包括第二驱动电阻和反馈器件，所述第二驱动电阻连接于所述电源输出端和所述正输入端之间，所述反馈器件连接于所述负输入端与所述运放输出端之间。

9.一种照明装置，其特征在于，包括光源负载，以及如权利要求1-8中任一项所述的恒流驱动电路。

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