一種pwm調光led驅動器及其驅動方法
2023-09-23 00:20:40
專利名稱：一種pwm調光led驅動器及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及電子電路，更具體地說，本發明涉及電子電路中發光二極體(Light Emitting Diode, LED)驅動電路以及相關的驅動方法。
背景技術：
LED因其尺寸小、高能效等優點，廣泛運用在各種場合，比如液晶顯示器背光以及一般照明等。在實際運用中，LED驅動器需提供一個可調節的電流信號來驅動LED。在LED 驅動器中，常採用脈寬調製(Pulse Width Modulation, PWM)調光方法調節LED的亮度，這樣，可由一個PWM調光信號控制LED驅動器的導通或關斷。通常，PWM調光信號和LED的輸入信號相互獨立，因此在實現PWM調光時至少需要三個端子，即輸入信號端子、調光信號端子和接地端子。但是，在一些諸如改進商用電冰箱的應用場合，只能提供兩個端子，因此，需要一種少於三個(比如兩個)輸入端子/導線的 PWM調光技術。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種只有兩個輸入端子的脈寬調製調光LED 驅動器及其驅動方法，可以使用在接線端子較少的場合。為解決上述問題，本發明提供了一種發光二極體驅動器，該驅動器包括兩個輸入端子，用於接收脈衝輸入信號；調光信號發生器，耦接至兩個輸入端子，基於脈衝輸入信號產生調光信號；功率轉換器，耦接在兩個輸入端子和調光信號發生器上，將脈衝輸入信號至少轉換為一個電流信號，驅動發光二極體，由調光信號控制該轉換能否進行。本發明所述的發光二極體驅動器，調光信號是一個脈寬調製信號，其脈衝寬度和頻率與所述脈衝輸入信號的脈衝寬度和頻率相同。本發明所述的發光二極體驅動器，進一步包括耦合在兩個輸入端子和功率轉換器之間的第一極性保護電路。本發明所述的發光二極體驅動器，該第一極性保護電路包括二極體或橋式電路。本發明所述的發光二極體驅動器，進一步包括耦合在兩個輸入端子和調光信號發生器之間的第二極性保護電路。本發明所述的發光二極體驅動器，該第二極性保護電路包括一個或兩個二極體。本發明所述的發光二極體驅動器，調光信號發生器包括分壓電阻器，所述分壓電阻器又包括第一電阻和第二電阻。本發明所述的發光二極體驅動器，調光信號發生器進一步包括與第一電阻並聯連接的電容。 本發明所述的發光二極體驅動器，調光信號發生器進一步包括與第二電阻並聯連接的二極體。本發明所述的發光二極體驅動器為一個開關模式直流-直流變換器，包括至少一個開關，在轉換不能進行時，關斷功率變換器。本發明所述的發光二極體驅動器利用至少一個基準值來調節所述電流信號；在不能轉換時，通過功率變換器改變用於調節至少一個電流信號的基準值。本發明還提供了一種發光二極體驅動器，其包括兩個輸入端子，接收脈衝輸入信號；一種調光信號產生裝置，基於所述接收的脈衝輸入信號產生調光信號；一種轉換裝置， 將所述接收的脈衝輸入信號轉換為至少一個電流信號，驅動發光二極體，並由調光信號控制所述轉換能否進行。本發明所述的發光二極體驅動器，調光信號是一個脈寬調製信號，該調光信號的脈衝寬度和頻率與脈衝輸入信號的脈衝寬度和頻率相同。本發明所述的發光二極體驅動器，進一步包括第一極性保護電路，耦合在一個輸入端子和轉換裝置之間；第二極性保護電路，耦合在另一個輸入端子和產生調光信號裝置之間。本發明所述的發光二極體驅動器，第一極性保護電路包括橋式電路，第二極性保護電路包括兩個二極體。本發明所述的發光二極體驅動器，產生調光信號的裝置包括一個分壓電阻器，耦接在兩個輸入端子，包括第一電阻和第二電阻；一個電容，與第一電阻並聯連接；一個二極體，與第二電阻並聯連接。本發明所述的發光二極體驅動器，在不能完成所述轉換時，通過轉換裝置改變基準值，該基準值至少調節一個電流信號。本發明還提供了一種驅動發光二極體的方法，包括接收脈衝輸入信號；將脈衝輸入信號轉換為電流信號驅動發光二極體；基於脈衝輸入信號產生調光信號；由調光信號控制所述脈衝輸入信號轉換與否。本發明所述的方法，產生調光信號包含產生一個脈寬調製信號，該脈寬調製信號脈衝寬度和和頻率與所述脈衝輸入信號的脈衝寬度和頻率相同。本發明所述的方法，實現所述轉換包括改變用於調節電流信號的基準值。本發明採用上述結構和/或方法，使脈寬調製信號直接來自於兩個輸入端子的脈衝輸入信號，從而減少了現有技術中的調光信號端子，以適用於接線端子較少的場合。
附圖作為說明書的一部分，對本發明實施例進行說明，並與實施例一起對本發明的原理進行解釋。為了更好的理解本發明，將根據以下附圖對本發明進行詳細描述。圖1所示為根據本發明一個實施例，採用PWM調光的LED驅動器框圖。圖2所示為根據本發明一個實施例，採用PWM調光的LED驅動器電路原理圖。圖3所示為圖2所示LED驅動器工作時的波形圖。
圖4所示為根據本發明的又一個PWM調光的LED驅動器電路原理圖。圖5所示為圖4中LED驅動電路所示集成電路的電路原理圖。圖6所示為根據本發明的另一個實施例，採用PWM調光的LED驅動器電路原理圖。圖7所示為根據本發明實施例，採用PWM調光技術驅動LED的流程圖。
具體實施例方式下面將根據採用PWM調光及相關方法的LED驅動器具體描述本發明實施例。為了更好理解本實施例，下文中闡述了大量細節。例如，在一些特定實施例中，本發明描述的PWM 調光碟機動只有兩個接線端子。LED驅動器可以包含(1)兩個接收脈衝輸入信號Vin的輸入端子，(2)耦接在兩個輸入端子上的調光信號發生器，在脈衝輸入信號Vin作用下產生一個調光信號DIM。( 3 )該LED驅動器還可以包含耦接在兩個輸入端和調光信號發生器上的功率變換器，將脈衝輸入信號Vin至少轉換為一個電流信號驅動LED，是否完成該轉換由調光信號DIM決定。本發明還有與下面描述實施例的結構、器件和步驟不同的其他實施例，因此， 本領域的技術人員應理解，在沒有圖1-圖7所示實施例的具體細節時，本發明同樣可以實施。圖1所示為根據本發明一個實施例，採用PWM調光的LED驅動器框圖。如圖1所示，LED驅動器包含兩個接收脈衝輸入信號Vin的端子A、B，同時還包含調光信號發生器101 和功率轉換器102。脈衝輸入信號Vin在一個電壓值(如+12V)和地(OV)之間交替變化，通過該脈衝輸入信號的脈衝寬度變化以控制調光強度。調光信號發生器101電耦接至兩個輸入端子A和B，接收脈衝輸入信號Vin並產生調光信號DIM。調光信號DIM的頻率及脈衝寬度和脈衝輸入信號Vin有關。在一個實施例中，調光信號發生器101包括一個分壓電阻器。因此調光信號DIM是一個PWM信號，其脈衝寬度及頻率和脈衝輸入信號Vin相似或相同(本領域技術人員可以理解的誤差或不同，只要能夠實現本發明中功能都可視為相同。下面所用同樣的表述，可照此理解)，同時，調光信號 DIM與脈衝輸入信號Vin是同步的。功率轉換器102與兩個輸入端子A、B以及調光信號發生器101耦接在一起，接收脈衝輸入信號Vin和調光信號DIM。功率轉換器102將脈衝輸入信號Vin轉換為電流信號 Iled,驅動LED，該轉換由調光信號DIM控制。由於調光信號DIM基於脈衝輸入信號Vin產生， 因此只需要兩個接線端子就可以實現PWM調光。功率轉換器102的結構可以採用降壓變換器(Buck)、升壓變換器(Boost)、降壓_升壓變換器(Buck-Boost)、反激變換器(Flyback)或其他合適的DC/DC拓撲結構。同時也可採用各種控制方法比如峰值電流控制、關斷時間控制、準諧振控制等。在這些實施例中，多個LED將串聯形成LED串，功率轉換器102將用於驅動一個或多個LED串。調光頻率的下限約為120Hz，低於人眼在連續光下可查覺的光脈動。調光的上限頻率由所需的最小對比率決定。在一個實施例中，功率轉換器102在調光信號為邏輯高時(或低輸入有效時的邏輯低)正常工作；在調光信號為邏輯低時(或低輸入有效時的邏輯高)，功率轉換器102關斷。在其他實施例中，功率轉換器102也可基於調光信號DIM其他合適的邏輯值工作。
圖2所示為根據本發明的 一個實施例，採用PWM調光的LED驅動器電路原理圖。如圖2所示，LED驅動器包含調光信號發生器201和功率轉換器202。調光信號發生器201包括分壓電阻器Rl和R2。調光信號DIM的頻率和脈衝寬度和脈衝輸入信號Vin相同。在一個實施例中，電容Cl並聯連接在電阻Rl兩端，可在脈衝輸入信號Vin的邊緣增強調光信號發生器201的靈敏性，因此LED驅動器的調光基本不會受脈衝輸入信號Vin切換率的影響。在一個實施例中，二極體D3 (例如齊納二極體)和二極體D4 (例如肖特基二極體) 並聯連接在電阻R2兩端，分別起穩壓和整形信號波形的作用。調光信號DIM的最大電壓為二極體D3的擊穿電壓，最小電壓約為0. 3V，即為二極體D4的導通壓降。在所示實施例中，功率轉換器202的拓撲為Buck結構，同時驅動串聯連接的4個 LED。功率變換器202包括輸入電容C2、開關Si、二極體D5、電感Li、輸入電容C3以及控制電路203。在一些實施例中二極體D5可由同步開關(未示出)代替。電流Imi流過LED燈， 並反饋回控制電路203，控制開關Sl的導通和關斷。當調光信號DIM為邏輯高時，控制電路203正常工作；當調光信號DIM為邏輯低時，開關Sl閉合。通過在開光Sl的柵極耦接一個與門或改變調節電流I·的基準值可實現該控制功能。在其他實施例中，功率變換器202 還可採用其他合適的拓撲結構。在大多數改進應用場合，由於並非所有導線都按顏色編碼，因此需要極性保護電路。在一個實施例中，第一極性保護電路204電耦接在輸入端和功率變換器202之間，第二極性保護電路205電耦接在輸入端和調光信號發生器201之間。而在其他一些應用場合， 也可省略極性保護電路204和205中的一個或全部。在一個實施例中，第一極性保護電路204包括二極體D2，電耦接在輸入端A和輸入電容C2之間；第二極性保護電路205包括二極體D1，電耦接在輸入端A和電阻Rl之間。 如果導線連接錯誤，比如輸入端B的電壓比輸入端A的電壓高，則沒有電流流入輸入端。此夕卜，當脈衝輸入信號為邏輯低時，電容C2不能通過輸入端放電。同時，由於調光信號此時也為邏輯低，功率變換器202不工作，電容C2負載很輕，因此可濾去功率變換器202的輸入電壓Vdd的全部或部分交流分量。圖3所示為圖2所示LED驅動器工作時的波形圖，調光信號DIM與脈衝輸入信號 Vin同步，並控制變換器的工作狀態。因此，電流信號Imi也是一個脈衝信號，其脈衝寬度和脈衝輸入信號Vin基本相同，同時可採用功率變換器202導通延時來對其進行相位補償。通常功率變換器102由集成電路和可選擇搭建的外部元器件組成。圖4所示為根據本發明的又一個PWM調光LED驅動器實施例，圖中調光信號發生器401、第一極性保護電路404以及第二極性保護電路405可以和圖2中所示一致或相似。功率變換器402則包括集成電路406、電容C2 C6、電阻R3 R6、二極體D5以及電感Li。同時，通過電阻R6採樣流過LED的電流Imi，並產生第一電流採樣信號Isenl。圖5所示為圖4中LED驅動器的集成電路406的電路原理圖。在所示實施例中， 採用定頻雙環峰值電流控制。誤差放大器AMPl通過引腳FB接收第一電流採樣信號Isenl， 同時將該信號與基準值REF1、REF2中的較小值比較，再輸出一個誤差放大信號。電阻Rsen 採樣流過開關Ml的電流，並通過電流採樣放大器AMP2產生第二電流採樣信號ISen2。斜坡發生器生成斜波補償信號，該斜波補償信號與第二電流採樣信號ISen2相加得到一個和信號，並送至比較器COMl，再與誤差放大器AMPl的輸出電壓相比較，最後比較器COMl的輸出送至RS觸發器FFl的復位端R。振蕩器生成一個時鐘信號CLK送至RS觸發器FFl的置位端S，最後RS觸發器FFl通過一個驅動模塊控制開關Ml的導通和關斷。該RS觸發器的置位端S上升沿有效，復位端R高電平有效。在其他實施例中，集成電路406也可採用其他合適的控制原理圖。
一個周期開始時，開關Ml關斷，第二電流採樣信號ISen2為0，誤差放大器AMPl的輸出電壓大於和信號，比較器COMl輸出邏輯低，在時鐘信號CLK的上升沿，RS觸發器FFl 置位，開關Ml導通，和信號以及第二電流採樣信號ISen2增大。當和信號大於誤差放大器 AMPl的輸出電壓時，RS觸發器FFl復位，開關Ml關斷，一個周期結束。每個周期重複該過程，調節電流Imi，同時限制流過開關Ml的電流。當調光信號DIM為邏輯高時，比如高於1. 4V (或者其他合適的電壓值)，基準信號 REF2大於基準信號REFl。集成電路406正常工作，電流Ι ΕΙ)調節至基準信號REFl。當調光信號DIM為邏輯低時，比如低於0. 6V，基準信號REF2由邏輯模塊置零，因此通過閉環控制將電流也調節到零。在調光信號DIM的控制下，電流I·的脈衝寬度和脈衝輸入信號Vin 基本一致，只需要通過功率變換器402 —個較小的啟動延時來補償。集成電路406的其他功能，諸如過電流保護、過電壓保護等，屬於本技術領域常識，很好理解，為了簡潔這裡不再累述。圖6所示為根據本發明的另一個PWM調光LED驅動器電路原理圖。調光信號發生器601以及功率變換器602和圖4中的基本一致或相似。如圖6所示，第一極性保護電路 604包括一個橋式電路，該橋式電路包含二極體D6、D7和開關M2、M3。在一個實施例中，二極體D6的正極和開關M2的漏極相連，並耦接至輸入端的一端；二極體D7的正極和開關M3 的漏極相連，耦接至輸入端的另一端。第二極性保護電路605包括二極體D8和二極體D9。 在一個實施例中，D8的正極耦接至輸入端的一端，D9的正極連耦接至輸入端的另一端，D8、 D9的負極相連，耦接至調光信號發生器601。如果導線連接錯誤，第一極性保護電路604和第二極性保護電路605可以校正脈衝輸入信號Vin的極性，使LED驅動器正常工作。圖7所示為根據本發明實施例，採用PWM調光技術驅動LED的流程圖。如圖7所示，方法包括步驟70廣703。步驟701 將脈衝輸入信號至少轉換為一個電流信號來驅動 LED ；步驟702 基於脈衝輸入信號產生一個調光信號，該調光信號是PWM信號，其脈衝寬度和頻率與脈衝輸入信號基本相同；步驟703 根據調光信號控制變換器是否工作。如前所述，為了描述本發明，以上詳細列舉了本發明的多個實施例，然而這並非用於限定本發明的範圍，任何熟悉本項技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，可在此基礎上做進一步的改進和變化，因此本發明的保護範圍應當以本申請的權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種發光二極體驅動器，包括兩個輸入端子，用於接收脈衝輸入信號；調光信號發生器，耦接至所述兩個輸入端子，所述調光信號發生器基於所述脈衝輸入信號產生調光信號；以及功率轉換器，耦接在所述兩個輸入端子和所述調光信號發生器上，所述功率轉換器將所述脈衝輸入信號至少轉換為一個電流信號，驅動發光二極體，由調光信號控制所述轉換能否進行。
2.如權利要求1所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述調光信號是一個脈寬調製信號，所述調光信號的脈衝寬度和頻率與所述脈衝輸入信號的脈衝寬度和頻率相同。
3.如權利要求1所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，還包括耦合在所述輸入端子和所述功率轉換器之間的第一極性保護電路。
4.如權利要求3所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述第一極性保護電路包括二極體或橋式電路。
5.如權利要求1或3所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，還包括耦合在所述輸入端子和所述調光信號發生器之間的第二極性保護電路。
6.如權利要求5所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述第二極性保護電路包括一個或兩個二極體。
7.如權利要求1所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述調光信號發生器包括分壓電阻器，所述分壓電阻器又包括第一電阻和第二電阻。
8.如權利要求7所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述調光信號發生器進一步包括與所述第一電阻並聯連接的電容。
9.如權利要求7或8所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述調光信號發生器進一步包括與所述第二電阻並聯連接的二極體。
10.如權利要求1所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述發光二極體驅動器為一個開關模式直流-直流變換器，包括至少一個開關，在所述轉換不能進行時，關斷所述功率變換器。
11.如權利要求1所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述功率變換器利用至少一個基準值來調節所述電流信號；在不能完成所述轉換時，通過所述功率變換器改變用於調節至少一個電流信號的基準值。
12.一種發光二極體驅動器，包括兩個輸入端子，用於接收脈衝輸入信號；一種調光信號產生裝置，根據接收的所述脈衝輸入信號產生調光信號；一種轉換裝置，將接收的所述脈衝輸入信號轉換為至少一個電流信號，驅動發光二極體，由所述調光信號控制所述轉換能否進行。
13.如權利要求12所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述調光信號是一個脈寬調製信號，所述調光信號的脈衝寬度和頻率與所述脈衝輸入信號的脈衝寬度和頻率相同。
14.如權利要求12所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，還包括第一極性保護電路，耦合在一個輸入端子和所述轉換裝置之間；第二極性保護電路，耦合在另一個輸入端子和所述調光信號產生裝置之間。
15.如權利要求14所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述第一極性保護電路包括橋式電路，所述第二極性保護電路包括兩個二極體。
16.如權利要求12所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，所述調光信號產生裝置包括一個分壓電阻器，耦接在所述兩個輸入端子之間，所述分壓電阻器包括第一電阻和第二電阻；一個電容，與所述第一電阻並聯連接； 一個二極體，與所述第二電阻並聯連接。
17.如權利要求12所述的發光二極體驅動器，其特徵在於，在不能完成所述轉換時，通過轉換裝置改變基準值，所述基準值至少調節一個電流信號。
18.—種驅動發光二極體的方法，包括 接收脈衝輸入信號；將所述脈衝輸入信號轉換為電流信號驅動發光二極體； 根據所述脈衝輸入信號產生調光信號；以及由所述調光信號控制所述脈衝輸入信號轉換與否。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，產生所述調光信號，包含產生一個脈寬調製信號，所述脈寬調製信號脈衝寬度和和頻率與所述脈衝輸入信號的脈衝寬度和頻率相同。
20.如權利18所述的方法，其特徵在於，實現所述轉換包括改變用於調節電流信號的基準值。
全文摘要
本發明公開了一種PWM調光LED驅動電路，以及實現該電路的相關方法，所述驅動電路包括調光信號發生器、功率變換器和兩個輸入端子，調光信號發生器基於由輸入端子輸入的脈衝輸入信號產生調光信號，同時該脈衝輸入信號至少轉換為一個電流信號，驅動LED。本發明公開的PWM調光LED驅動電路只有兩個輸入端，可運用在輸入端子較少的場合。
文檔編號H05B37/02GK102223747SQ20111015577
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月10日 優先權日2010年10月27日
發明者布倫特·休斯 申請人:成都芯源系統有限公司