用於驅動器的pwm調光電路及包含該pwm調光電路的驅動器的製作方法

2023-10-21 02:39:47 1

專利名稱：用於驅動器的pwm調光電路及包含該pwm調光電路的驅動器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及PWM (脈寬調製)調光技術，更具體地，涉及一種用於驅動器的PWM調光電路及包含該PWM調光電路的驅動器。
背景技術：
目前，調光技術主要有三種，即:模擬調光、數字調光及PWM調光。市面上很多LED驅動器都能夠支持其中一種或多種調光技術。PWM調光方式是一種利用簡單的數字脈衝反覆開關LED驅動器的調光技術。用戶的系統只需要提供寬、窄不同的數字式脈衝，即可簡單地實現改變輸出電流，從而調節LED的亮度。具體地，傳統PWM調光電路如圖1所示，PWM信號施加至圖1中右側的DM端並藉助於電阻R7和R8以及開關元件Q2調整為具有預定幅值的PWM信號而輸入到DC-DC控制IC U3的調光端(DM 6)，當輸入信號為低時，會將IC的調光端DM 6接到接地端GND 4，此時IC停止工作，沒有電流流過LED，而當輸入信號為高時，IC能夠動作，從而有電流流過LED,如此來通過IC實現LED的調光。上述調光電路的不足之處在於，首先，控制模式是不連續的工作模式，S卩，當PWM電壓超過閾值時，IC U3工作，從而有電流流過LED，而在閾值之下時，其停止工作，使得沒有電流流過LED，由此使得LED是處於快速開關狀態，如果工作頻率很低，則人眼會感到LED閃爍。為了充分利用人眼的視覺殘留現象，工作頻率應當高於100Hz，最好為200Hz以上。並且由於控制模式是不連續的工作模式，使得輸出電流中可能會出現電流過衝現象。另外，還存在調光引起的噪聲問題，儘管200Hz以上人眼無法察覺，但是200Hz到20kHz都是人耳聽覺的範圍，這時候就有可能會聽到絲絲的聲音。解決這個問題有兩種方法:一是將開關的頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的範圍，但是頻率過高也會引起一些問題，因為各種寄生參數的影響，會使脈衝波形(前後沿)發生畸變，而使得調光精度低下；另一種是找出產生噪聲的器件而加以處理。實際上，主要的噪聲產生器件是為了減小電流紋波在輸出端添加的電容器C3，這是因為電容器通常由具有高的介電常數的陶瓷製成，這種電容器通常具有壓電特性，在200Hz脈衝的作用下就會產生機械振動而發出聲音，因此需要昂貴的具有高耐壓的鉭電容來替代，使得成本增加。

實用新型內容為了解決上述問題，本實用新型的一個目的在於提供一種用於驅動器的PWM調光電路，這種PWM調光電路能夠實現連續工作模式的PWM調光功能，並且在進行PWM調光時沒有噪聲產生而且也不會出現輸出電流的過衝從而實現平滑的電流改變。根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路，所述驅動器包括具有電流採樣端的控制器，其特徵在於，包括幅值調整單元、電壓跟隨器以及電流產生單元，其中所述幅值調整單元接收PWM調光信號並且將所述PWM調光信號調整為線性電壓信號；所述電壓跟隨器接收所述線性電壓信號並輸出相同的線性電壓信號；所述電流產生單元將所述線性電壓信號轉換為調光電流信號並將所述調光電流信號輸入至所述電流採樣端。本實用新型的構思在於，改變了傳統驅動器中通過在DC-DC控制IC的調光端(DM6)施加PWM信號來對LED進行調光，而是通過利用PWM控制信號改變輸入至DC-DC控制IC的電流採樣端的電流來實現調光功能的。具體地，我們採用幅值調整單元接收PWM調光信號並且根據PWM佔空比將PWM調光信號調整為線性電壓信號，然後通過電流產生單元將線性電壓信號轉換為調光電流信號並將該調光電流信號輸入至電流採樣端，從而使得輸入至電流採樣端的電流是電流基準和該調光電流信號二者之和，而該調光電流信號隨著線性電壓信號的變化而變化，使得最終輸入電流採樣端的電流是變化的，從而實現PWM調光功能。另外，由於在本實用新型的PWM調光電路中，調光電流信號是利用線性電壓信號(即，DC電壓信號)產生的，因此，可以實現電流的連續變化，從而能夠使得實現連續工作模式下的調光功能。另外，由於是通過連續改變的電流來實現調光，因此不存在由於頻率的高低所引起的LED閃爍和噪聲問題，並且在輸出電流也不會產生過衝和紋波。此外，可以通過調整電流產生單元(例如，電阻)來設置輸出電流的變化範圍。在根據本實用新型的一個優選實施方案中，所述幅值調整單元包括電晶體和濾波電路，所述濾波電路包括彼此串聯的第一電阻和第一電容，所述電晶體的控制電極接收所述PWM調光信號並且所述電晶體的工作電極連接至所述第一電阻，其參考電極接地。利用該電晶體可以將PWM調光信號轉變為具有預定幅值的PWM信號，從而在使用時施加了幅值過大的PWM調光信號時起到對驅動器中的各個元件保護的作用，並且提供了期望的PWM信號。利用包括第一電阻和第一電容的濾波電路實現了將PWM信號濾波為線性電壓信號，而且由於僅包括一個電阻和一個電容，使得結構簡單化。在根據本實用新型的一個優選實施方案中，所述電壓跟隨器為運算放大器，所述運算放大器的同相輸入端連接於所述第一電阻與所述第一電容之間，所述運算放大器的異相輸入端連接至所述運算放大器的輸出端。該電壓跟隨器能夠提供很高的輸入阻抗和極小的輸出阻抗，即，利用該電壓跟隨器起到了將電壓跟隨器的前一級與電壓跟隨器的後一級隔離的作用，使得從電流產生元件看，其前一級僅僅是具有極小電阻的電壓源，從而提高了調光的精度。在根據本實用新型的一個優選實施方案中，所述電流產生單元為電阻器，所述電阻器的一端連接至所述電壓跟隨器的輸出端，所述電阻器的另一端連接至所述電流採樣端。通過採用電阻器來根據線性電壓信號的變化改變輸入至電流採樣端的電流的大小，其設計簡單且易於操作。在根據本實用新型的一個優選實施方案中，還包括穩壓單元，所述穩壓單元包括連接於所述驅動器的電壓輸入端與所述電晶體的工作電極之間的第二電阻以及連接於所述第二電阻與地之間的穩壓二極體。採取該穩壓單元，能夠確保為電流產生元件提供一個穩定的線性電壓，從而確保了調光的精度。在根據本實用新型的一個優選實施方案中，還包括連接於所述電晶體的控制電極與所述電晶體的工作電極之間的第三電阻。利用該第三電阻，可以在接收PWM調光信號的端子是懸空時，仍能夠提供電流至電流採樣端，進一步確保了此時LED仍能夠工作。[0017]在根據本實用新型的一個優選實施方案中，所述電晶體是PNP型三極體，所述電晶體(T3)的基極接收所述PWM調光信號(DM)並且所述電晶體(T3)的發射極連接至所述第一電阻(R174)，其集電極接地。採用PNP型三極體作為所述電晶體，設計簡單且易於實現。本實用新型的另一個目的在於提供一種驅動器，包括上述PWM調光電路中的任一種。由於上述PWM調光電路能夠實現連續工作模式下的調光，因此，該驅動器能夠將LED驅動為工作在連續模式下，而不會產生閃爍和噪聲的現象。在根據本實用新型的另一個優選實施方案中，所述驅動器中的基準電流產生單元的一端連接於所述電流產生單元與所述電流採樣端之間，其另一端接地。採樣此構造，能夠改變電流採樣端所接收到的電流，使得DC-DC控制IC可根據電流採樣端的電流來輸出電流給 LED。在根據本實用新型的另一個優選實施方案中，所述基準電流產生單元產生的電流信號與所述電流產生單元產生的電流信號疊加地輸入至所述電流採樣端。採樣此構造，為電流採樣端提供了利用基準電流產生單元產生的基準電流與利用電流產生單元產生的電流之和，從而電流採樣端所接收到的電流是依賴於電流產生單元產生的電流的，使得能夠通過控制電流產生單元產生的電流來控制輸入至DC-DC控制IC的電流採樣端的電流，從而控制流入至LED的電流。根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路能夠實現連續工作模式的PWM調光功能並且在進行PWM調光時沒有噪聲產生而且也不會出現輸出電流的過衝從而實現平滑的電流改變。另外，具有本實用新型的PWM調光電路的驅動器即使在頻率低於IOOHz時也能夠將LED驅動為無閃爍現象，並且在工作頻率為200Hz以上時也不會有噪聲和輸出電流過衝現象。

附圖構成本說明書的一部分，用於幫助進一步理解本實用新型。這些附圖圖解了本實用新型的實施例，並與說明書一起用來說明本實用新型的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表不。圖中不出:圖1a是示出了現有技術的PWM調光電路的電路圖；以及圖1b是示出了利用現有技術的PWM調光電路進行調光時PWM調光信號與輸出電流的波形圖；圖2是示出了根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路的第一實施例的框圖圖3和圖4均是示出了根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路的第一實施例的電路圖，其中圖3未給出LED的連接。圖5a和圖5b分別是示出了根據本實用新型的PWM調光電路在PWM調光信號的佔空比為50%時的線性PWM電壓信號和佔空比為19.92%時的線性PWM電壓信號的波形圖。圖6a示出了根據本實用新型的PWM調光電路在進行從0%至100%調光時PWM調光信號、線性電壓信號以及輸出電流，圖6b示出了在進行從100%至0%調光時線性電壓信號以及輸出電流的波形圖。圖7a示出了根據本實用新型的PWM調光電路在進行至50%調光時線性電壓信號以及輸出電流，圖7b示出了在進行至30%調光時線性電壓信號以及輸出電流的波形圖。
具體實施方式
圖2是示出了根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路的第一實施例的框圖。如圖2所示，PWM調光電路10包括幅值調整單元101，其接收PWM調光信號DM並且將PWM調光信號DIM調整為線性電壓信號SI ;電壓跟隨器102 ;其連接至幅值調整單元101以接收線性電壓信號SI並輸出與線性電壓信號SI相同的線性電壓信號S2 ;以及電流產生單元103，其連接至電壓跟隨器102以接收線性電壓信號S2並將線性電壓信號S2轉換為調光電流信號II，並且電流產生單元103連接至控制器20的電流採樣端IDAJ以將調光電流信號Il輸入至電流採樣端IDAJ。以下將參照圖3和圖4詳細地描述圖2中的PWM調光電路10的各個部分。圖3和圖4均是示出了根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路的第一實施例的電路圖。如圖3和圖4所示，幅值調整單元101包括三極體T3和濾波電路1011，其中濾波電路1011包括彼此串聯連接的電阻R174和電容C155，三極體T3的基極接收PWM調光信號DM，用於控制三極體T3的通斷以產生具有預定幅值的電壓信號，並且其發射極連接至電阻R175，其集電極接地。另外，彼此串聯連接的電阻R174和電容C155組成一個濾波器，用於將三極體T3的發射極的具有預定幅值的電壓信號轉換為直流電壓信號。電壓跟隨器102使用運算放大器LM2904，該運算放大器的同相輸入端連接於電阻Rl74與電容Cl55之間，其異相輸入端連接至其輸出端，該運算放大器LM2904提供很好的輸入阻抗以及極小的輸出阻抗，使得該運算放大器的輸出端輸出的電壓與輸入至該運算放大器的電壓基本相同，並且起到將運算放大器前一級與運算放大器的後一級隔離的作用，使得從電流產生元件看，其前一級僅僅是具有極小電阻的電壓源，從而提高了調光的精度。電流產生單元103為電阻器R175，其一端連接至運算放大器LM2904的輸出端，其另一端連接至控制器20中的DC-DC控制IC U3的電流採樣端IDAJ。可選地，PWM調光電路10還包括穩壓單元104，其包括連接於驅動器的電壓輸入端Vin+與三極體T3的發射極之間的電阻R5以及連接於電阻R5與地之間的穩壓二極體D6。其中，電阻R5與穩壓二極體D6確保了輸入至運算放大器LM2904的同相輸入端的電壓是恆定的，該電壓由所選取的穩壓管D6決定，例如，為5V，從而防止在電壓輸入端的電壓Vin過大時運算放大器被損壞。可選地，PWM調光電路10還包括連接於三極體T3的基極與三極體T3的發射極之間的電阻R8。該電阻R8能夠確保在DM端懸空時，為T3的基極提供一個電壓來保證T3處於截止狀態，從而仍能夠提供電流至電流採樣端，確保了此時LED仍能夠工作，這在稍後將進行詳細描述。現在，我們將再次參照圖3和圖4來描述PWM調光電路10的工作。首先，向三極體T3的基極施加PWM調光信號DM，當PWM調光信號DM為高時，三極體T3截止，從而在三極體T3的發射極一端產生具有預定幅值的PWM信號。應當注意，該PWM信號的預定幅值由穩壓二極體D6決定。然後，該具有預定幅值的PWM信號經電阻R174和電容C155的濾波作用轉換為線性直流電壓信號SI並施加至運算放大器LM2904的同相輸入端；之後線性直流電壓信號SI經運算放大器LM2904的輸出後變為與SI相同的線性電壓信號S2 (在圖3中還由PWM電壓Vpwm表示);而當PWM調光信號DM為低時，三極體T3導通，此時三極體T3將電阻R174和電容器C155短路，從而在運算放大器LM2904的同相輸入端未施加有電壓，使得運算放大器的輸出端處的PWM電壓Vpwm也為低；當DIM端懸空時，由於電阻R8為T3的基極提供一個電壓，而使得T3處於截止狀態，該情況與PWM調光信號DM為高時相同，在此就不再贅述。進一步地，該電壓Vpwm被反饋至DC-DC控制IC U3的電流採樣端IDAJ，以改變流過IC U3的電流採樣端IDAJ的電流，從而控制IC U3的輸出電流，例如，流過電流採樣端IDAJ的電流被表示為如下:I= (1.255-VPWM)/R173+l.255/ (R1//R6) (式子 I)由此可以得到流過電流採樣端IDAJ的電流與Vpwm的電壓是線性關係。另外，通過調整R173可以設置輸出電流的變化範圍。調整Rl和R6的值改變最小的輸出電流值。因此，由於Vpwm是線性電壓，因此可實現I連續變化，從而能夠實現連續工作模式下的調光功能。另外，由於電流I線性變化，從而使得輸出電流線性變化，而不會出現紋波和過衝。而由於不會出現電流的紋波，使得不再需要添加陶瓷電容器來減小電流紋波，從而不會有噪聲產生，如稍後描述的圖5a和圖5b、圖6a和圖6b以及圖7a和圖7b所示。此外，由於不需要再添加陶瓷電容器，使得可降低成本。圖5a和圖5b分別是示出了根據本實用新型的PWM調光電路在PWM調光信號的佔空比為50%時的線性PWM電壓信號和佔空比為19.92%時的線性PWM電壓信號的波形圖。圖6a示出了根據本實用新型的PWM調光電路在進行從0%至100%調光時PWM調光信號、線性電壓信號以及輸出電流，圖6b示出了在進行從100%至0%調光時線性電壓信號以及輸出電流的波形圖。圖7a示出了根據本實用新型的PWM調光電路在進行至50%調光時線性電壓信號以及輸出電流，圖7b示出了在進行至30%調光時線性電壓信號以及輸出電流的波形圖。如圖5a所示，在施加的PWM調光信號DM是幅值為2.8V、佔空比為50%的PWM信號時，在運算放大器的輸出端輸出的PWM電壓Vpwm為直流的1.418V(V=2.8*0.5)。另外，如圖5b所示，在施加的PWM調光信號DM是幅值為2.8V、佔空比為19.92%的PWM信號時，在運算放大器的輸出端輸出的PWM電壓Vpwm為直流的1.418V (V=2.8*0.1992)。如圖6a和6b所示，在進行從0%至100%以及從100%至0%調光時，儘管施加的是高頻的PWM調光信號DIM，但在運算放大器的輸出端輸出的是連續線性變化的電壓信號Vpwm以及向LED輸出連續線性變化的電流信號。電流變化是平滑的而沒有過衝。如圖7a和圖7b所示，在進行至50%以及至30%調光時，PWM電壓Vpwm和輸出電流均是恆定的。綜上所述可見，採用本實用新型的PWM調光電路，實現了連續工作模式的調光，並且在輸出電流端不會產生過衝和紋波。然而，在現有技術的方法中，如圖2所示，電流是處於不連續模式下的並且電流的紋波非常高(如圖2b所示)。並且在輸出電流出現過衝。因此，在驅動器中使用本實用新型的PWM調光電路可以實現連續工作模式的PWM調光功能並且在進行PWM調光時沒有噪聲產生而且也不會出現輸出電流的過衝從而實現平滑的電流改變。在根據本實用新型的用於驅動器的PWM調光電路的第二實施例中，利用同樣也能夠提供低輸出阻抗的三極體代替運算放大器來作為電壓跟隨器，由於三極體的代替對於本領域技術人員來說是顯而易見的，在此不再給出其詳細電路圖及詳細的描述。另外，可以將上述實施例中的PWM調光電路應用於LED驅動器中，以與LED驅動器中的控制器協作來進行調光。由於上述PWM調光電路能夠實現連續工作模式下的調光，因此，該驅動器能夠將LED驅動為工作在連續模式下，而不會產生閃爍和噪聲的現象。此外，在該驅動器中，由彼此並聯連接的電阻Rl和R6組成的基準電流產生單元30的一端連接於PWM調光電路10與控制器20的電流採樣端IDAJ之間，其另一端接地。並且由並聯電阻Rl和R6產生的電流信號(式子(I)中的1.255/ (R1//R6))與所述電流產生單元產生的電流信號(式子(I)中的(1.255-VPWM)/R173)疊加地輸入至電流採樣端IDAJ。由於Vpwm為線性電壓信號，因此，輸入至電流採樣端IDAJ的電流I是線性變化的，因此該驅動器能夠將LED驅動為工作在連續模式下，而不會產生閃爍和噪聲的現象。並且可以通過調整R173來設定輸出電流的變化範圍，以及可以通過調整Rl和R6的值來改變最小的輸出電流值。因此，本實用新型的驅動器能夠實現更精確的調光。以上僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種用於驅動器(I)的PWM調光電路，所述驅動器(I)包括具有電流採樣端(IDAJ)的控制器(20)，其特徵在於，包括幅值調整單元(101)、電壓跟隨器(102)以及電流產生單元(103)，其中所述幅值調整單元(101)接收PWM調光信號(DM)並且將所述PWM調光信號(DM)調整為線性電壓信號(SI);所述電壓跟隨器(102)接收所述線性電壓信號(SI)並輸出相同的線性電壓信號(S2);所述電流產生單元(103)將所述線性電壓信號(S2)轉換為調光電流信號(Il)並將所述調光電流信號(Il)輸入至所述電流採樣端(IDAJ)。
2.根據權利要求1所述的PWM調光電路，其特徵在於，所述幅值調整單元(101)包括電晶體(T3)和濾波電路(1011)，所述濾波電路(1011)包括彼此串聯的第一電阻(R174)和第一電容(C155)，所述電晶體(T3)的控制電極接收所述PWM調光信號(DM)並且所述電晶體(T3)的工作電極連接至所述第一電阻(R174)，其參考電極接地。
3.根據權利要求2所述的PWM調光電路，其特徵在於，所述電壓跟隨器(102)為運算放大器(LM2904)，所述運算放大器(LM2904)的同相輸入端連接於所述第一電阻(R174)與所述第一電容(C155)之間，所述運算放大器(LM2904)的異相輸入端連接至所述運算放大器(LM2904)的輸出端。
4.根據權利要求2所述的PWM調光電路，其特徵在於，所述電流產生單元(103)為電阻器(R173)，所述電阻器(R173)的一端連接至所述電壓跟隨器(102)的輸出端，所述電阻器(R173)的另一端連接至所述電流採樣端(IDAJ)。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的PWM調光電路，其特徵在於，還包括穩壓單元(104)，所述穩壓單元(104)包括連接於所述驅動器(I)的電壓輸入端(Vin+)與所述電晶體(T3)的工作電極之間的第二電阻(R5)以及連接於所述第二電阻(R5)與地之間的穩壓二極體(D6)。
6.根據權利要求2-4中任一項所述的PWM調光電路，其特徵在於，還包括連接於所述電晶體(T3)的控制電極與所述電晶體(T3)的工作電極之間的第三電阻(R8)。
7.根據權利要求2所述的PWM調光電路，其特徵在於，所述電晶體(T3)是PNP型三極體，所述電晶體(T3)的基極接收所述PWM調光信號(DM)並且所述電晶體(T3)的發射極連接至所述第一電阻(R174)，其集電極接地。
8.—種驅動器(I )，包括根據權利要求1-7中任一項所述的PWM調光電路。
9.根據權利要求8所述的驅動器，其特徵在於，所述驅動器(I)中的基準電流產生單元(30)的一端連接於所述電流產生單元(103)與所述電流採樣端(IDAJ)之間，其另一端接地。
10.根據權利要求9所述的驅動器，其特徵在於，所述基準電流產生單元(30)產生的電流信號與所述電流產生單元(103)產生的電流信號疊加地輸入至所述電流採樣端(IDAJ)。
專利摘要本實用新型提供了用於驅動器的PWM調光電路及包含該PWM調光電路的驅動器，其中驅動器包括具有電流採樣端的控制器，其特徵在於該PWM調光電路包括幅值調整單元(101)、電壓跟隨器(102)以及電流產生單元(103)，其中所述幅值調整單元(101)接收PWM調光信號(DIM)並且將所述PWM調光信號(DIM)調整為線性電壓信號(S1)；所述電壓跟隨器(102)接收所述線性電壓信號(S 1)並輸出相同的線性電壓信號(S2)；所述電流產生單元(103)將所述線性電壓信號(S2)轉換為調光電流信號(I1)並將所述調光電流信號(I1)輸入至所述電流採樣端(IDAJ)。這種PWM調光電路能夠實現連續工作模式的PWM調光功能，並且在進行PWM調光時沒有噪聲產生而且也不會出現輸出電流的過衝從而實現平滑的電流改變。
文檔編號H05B37/02GK202958016SQ201220329648
公開日2013年5月29日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年7月6日
發明者蔣春軍, 劉亞平, 戴雪維, 何俊男 申請人:歐司朗股份有限公司