CN102256418A - Pwm调光电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种PWM调光电路，其包括开关单元、电流产生单元、镜像电流源、多路输出单元、多个电流平衡单元以及多个LED灯串。所述开关单元用于接收一PWM信号，并由所述PWM信号控制通断。所述电流产生单元与所述开关单元连接，用于在开关单元导通时产生一预定大小的电流。所述镜像电流源与所述电流产生单元连接，用于接入该电流产生单元产生的电流，并产生一镜像电流。所述多路输出单元与所述镜像电流源连接，用于接入该镜像电流并将所述镜像电流进行多路输出。多个电流平衡单元分别连接于多路输出单元与多个LED灯串之间。本发明的PWM调光电路降低了电路的设计难度以及生产的成本，方便实用。

Description

PWM调光电路
技术领域
本发明涉及到PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调节)调光技术，特别涉及到一种PWM调光电路。
背景技术
目前调光技术主要有三种：PWM调光、模拟调光以及数字调光。市场上很多LED(Light Emitting Diode，发光二极管)驱动器都能够支持其中的一种或多种调光技术。PWM调光方式是一种利用简单的数字脉冲反复开关白光LED驱动器的调光技术。应用者的***只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光LED的亮度。
在现有的LED驱动电路中的PWM调光或模拟调光通常使用的是平衡芯片(Balance IC)，通过该芯片的内部模块调节输出电流的占空比(Duty)，达到调节LED的亮度的目的。通常平衡芯片的电路非常复杂，而且需要在该芯片的内部设置相应的调光(Dimming)模块，主要功能就是把输入的PWM信号和实现电流平衡的场效应管(MOSFET)的驱动信号做一个乘积，使场效应管根据PWM信号做开关动作，从而控制LED的占空比与输入的PWM信号的占空比一致，实现PWM调光或模拟调光，如此可造成电路设计难度增加，以及增加了生产成本。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种PWM调光电路，简便了电路设计以及降低了生产成本。
本发明提出一种PWM调光电路，包括开关单元、电流产生单元、镜像电流源、多路输出单元、多个电流平衡单元以及多个LED灯串，所述开关单元用于接收一PWM信号，并由所述PWM信号控制通断；所述电流产生单元与所述开关单元连接，用于在开关单元导通时产生一预定大小的电流；所述镜像电流源与所述电流产生单元连接，用于接入该电流产生单元产生的电流，并产生一镜像电流；所述多路输出单元与所述镜像电流源连接，用于接入该镜像电流并将所述镜像电流进行多路输出；上述电流平衡单元的数量与上述LED灯串的数量相同，多个电流平衡单元分别连接于多路输出单元与多个LED灯串之间，用于调整自身的电阻而维持各个LED灯串的电流平衡。
优选地，所述开关单元为MOS管或继电器。
优选地，所述开关单元为MOS管(11)，其栅极用于接收一PWM信号，漏极与电流产生单元连接，源极接地。
优选地，所述电流产生单元包括电阻(RSET)、运算放大器(OP1)以及MOS管(Q1)；所述电阻(RSET)一端与所述开关单元连接，另一端连接到该运算放大器(OP1)的反相输入端以及MOS管(Q1)的源极；所述运算放大器(OP1)的正相输入端接入一第一参考电压，输出端连接所述MOS管(Q1)的栅极；所述MOS管(Q1)的漏极连接至所述镜像电流源。
优选地，所述镜像电流源包括MOS管(Q2)以及MOS管(Q3)；所述MOS管(Q2)的漏极与所述MOS管(Q1)的漏极连接；所述MOS管(Q2)的源极以及栅极分别与MOS管(Q3)的源极以及栅极对接；所述MOS管(Q3)的漏极与所述多路输出单元连接；所述MOS管(Q2)的漏极与栅极通过导线相接。
优选地，所述多路输出单元包括运算放大器(OP2)、MOS管(Q4)以及多个MOS管(Q6)；所述运算放大器(OP2)的反相输入端以及MOS管(Q4)的漏极分别与所述MOS管(Q3)的漏极连接；所述运算放大器(OP2)的输出端与MOS管(Q4)和多个MOS管(Q6)的栅极连接；所述运算放大器(OP2)的正相输入端一第二参考电压；所述MOS管(Q4)的源极、多个MOS管(Q6)的源极分别连接至所述开关单元中MOS管(11)的源极；MOS管(Q6)的数量与电流平衡单元的数量相同，多个MOS管(Q6)的漏极分别连接多个电流平衡单元。
优选地，所述电流平衡单元包括MOS管(Q5)以及运算放大器(OP3)；所述运算放大器(OP3)的反相输入端以及MOS管(Q5)的源极分别与所述MOS管(Q6)的漏极连接，所述运算放大器(OP3)的输出端与MOS管(Q5)的栅极连接；所述运算放大器(OP3)的正相输入端接入一第二参考电压，所述MOS管(Q5)的漏极连接LED灯串。
优选地，所述MOS管(11)、(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)以及(Q6)都为N MOS。
优选地，所述第一参考电压为1.2V，所述第二参考电压为0.3V。
优选地，所述PWM调光电路为集成电路，所述MOS管(Q1)的源极为所述集成电路的复位端。
本发明的PWM调光电路无需设置现有技术中的调光模块，通过简便的电路实现对LED灯串的调光，降低了电路的设计难度以及生产的成本。
附图说明
图1是本发明PWM调光电路第一实施例的结构示意图；
图2是第一实施例PWM调光电路的具体电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
图1是本发明第一实施例中PWM调光电路10的结构示意图。该PWM调光电路10包括开关单元11、电流产生单元12、镜像电流源13、多路输出单元14、多个电流平衡单元15以及多个LED灯串16。上述开关单元11用于接收一PWM信号，并由该PWM信号控制通断，从而调节流过LED灯串16的电流的占空比。上述电流产生单元12与上述开关单元11连接，用于在开关单元11导通时产生一预定大小的电流。上述镜像电流源13与上述电流产生单元12连接，用于接入该电流产生单元12产生的电流，并产生一镜像电流。上述多路输出单元14与上述镜像电流源13连接，用于接入该镜像电流并将所述镜像电流进行多路输出。电流平衡单元15的数量与LED灯串的数量相同。多个电流平衡单元分别连接于多路输出单元14与多个LED灯串16之间，用于调整自身的电阻而维持各个LED灯串的电流平衡。
上述PWM调光电路10可应用于LED驱动电路中，其与一PWM信号产生电路(图未示)连接，通过调节PWM信号的占空比来调节电流产生单元12所产生的电流的占空比，从而调节镜像电流的占空比，进而调节流过LED灯串16的电流的占空比，实现PWM调光。
图2是第一实施例PWM调光电路的具体电路图。参照图2，上述开关单元11为MOS管。其他实施例中，上述开关单元11也可为继电器等其它开关器件。该MOS管11的栅极用于接收一PWM信号，漏极与电流产生单元12连接，源极接地。该MOS管11可为N MOS。
上述电流产生单元12包括电阻RSET、运算放大器OP1以及MOS管Q1。该电阻RSET一端与上述MOS管11的漏极连接，另一端连接到该运算放大器OP1的反相输入端以及MOS管Q1的源极。该运算放大器OP1的正相输入端接入一第一参考电压，输出端连接该MOS管Q1的栅极。上述第一参考电压可为1.2V。该MOS管Q1的漏极连接至所述镜像电流源13。
上述镜像电流源13包括MOS管Q2以及MOS管Q3。该MOS管Q2的漏极与上述MOS管Q1的漏极连接。该MOS管Q2的漏极与栅极通过导线相接。该MOS管Q2的源极以及栅极分别与MOS管Q3的源极以及栅极对接。该MOS管Q3的漏极与该多路输出单元14连接。
上述多路输出单元14包括运算放大器OP2、MOS管Q4和多个MOS管Q6。该运算放大器OP2的反相输入端以及MOS管Q4的漏极分别与上述MOS管Q3的漏极连接。该运算放大器OP2的输出端与MOS管Q4和多个MOS管Q6的栅极连接。该运算放大器OP2的正相输入端接入一第二参考电压。上述第二参考电压可为0.3V。该MOS管Q4、多个MOS管Q6的源极分别连接至上述MOS管11的源极。上述MOS管Q6的数量与电流平衡单元15的数量相同，多个MOS管Q6的漏极分别连接多个电流平衡单元15。
上述电流平衡单元15包括MOS管Q5以及运算放大器OP3。该运算放大器OP3的反相输入端以及MOS管Q5的源极分别与上述MOS管Q6的漏极连接，该运算放大器OP3的输出端与MOS管Q5的栅极连接；该运算放大器OP3的正相输入端接入上述第二参考电压。该MOS管Q5的漏极连接LED灯串16。上述MOS管(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)以及(Q6)都为N MOS。
上述LED灯串16的阳极都接收一输入电压Vin，阴极分别连接上述电流平衡单元15。
上述PWM调光电路10可为集成电路，所述MOS管Q1的源极为上述集成电路的复位端。
上述PWM调光电路的工作原理如下：
当PWM信号为一高电平时，上述MOS管11导通，根据电流产生单元12的运算放大器OP1的正相输入端与反相输入端的虚短特性，其反相输入端与同相输入端近似短路，因此运算放大器OP1的反相输入端和MOS管Q1的源极电压可看作是1.2V，此外，MOS管Q1的栅极与源极之间的电压差满足导通条件，因此MOS管Q1导通，流过MOS管Q1的电流为1.2V/Rset，其中Rset表示电阻RSET的电阻值。上述MOS管Q2和MOS管Q3组成镜像电流源13，使得流过MOS管Q1和MOS管Q4的电流大小相同。此外，上述运算放大器OP2和OP3的同相输入端连接都是0.3V的参考电压，基于运算放大器OP2和OP3正相输入端与反相输入端的虚短特性，两者的反相输入端的电压也都是0.3V，因MOS管Q4和Q6的漏极分别连接运算放大器OP2和OP3的反相输入端，故MOS管Q4和Q6的漏极电压相同。另外，MOS管Q4和Q6的栅极和源极电压也相同，因此MOS管Q4和Q6的阻抗相同，流过两者的电流大小也相同。
该电流平衡单元15的MOS管Q5在此处相当于电阻，该MOS管Q5与上述多路输出单元14中的MOS管Q6组成串联分压，分担LED灯串16的电压。由于各个LED灯串16的导通压降Vf可能会有差异，因此同一输入电压Vin经过各个LED灯串16降压后，各个电流平衡单元15的电压可能会有所不同。而该MOS管Q5的源极电压都为0.3V，因此运算放大器OP3会通过控制其输出端的电压而对MOS管Q5的电阻进行自动调整，从而实现并联的各个LED灯串16的电流相同。
当PWM信号为一低电平时，上述MOS管11断开，无电流流过MOS管Q1，同理MOS管Q4以及MOS管Q6为断开，LED灯串16不亮。因此，上述PWM调光电路可以通过调节PWM信号的占空比来调节流过LED灯串16的电流的占空比，实现PWM调光。
上述PWM调光电路10无需设置现有技术中的调光模块，通过简便的电路实现对LED灯串的调光，降低了电路的设计难度以及生产的成本。如将该PWM调光电路10封装成集成电路，还可减小体积，更方便实用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种PWM调光电路，其特征在于，包括开关单元、电流产生单元、镜像电流源、多路输出单元、多个电流平衡单元以及多个LED灯串，所述开关单元用于接收一PWM信号，并由所述PWM信号控制通断；所述电流产生单元与所述开关单元连接，用于在开关单元导通时产生一预定大小的电流；所述镜像电流源与所述电流产生单元连接，用于接入该电流产生单元产生的电流，并产生一镜像电流；所述多路输出单元与所述镜像电流源连接，用于接入该镜像电流并将所述镜像电流进行多路输出；上述电流平衡单元的数量与上述LED灯串的数量相同，多个电流平衡单元分别连接于多路输出单元与多个LED灯串之间，用于调整自身的电阻而维持各个LED灯串的电流平衡。
2.根据权利要求1所述的PWM调光电路，其特征在于，所述开关单元为MOS管或继电器。
3.根据权利要求2所述的PWM调光电路，其特征在于，所述开关单元为MOS管(11)，其栅极用于接收一PWM信号，漏极与电流产生单元连接，源极接地。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的PWM调光电路，其特征在于，所述电流产生单元包括电阻(RSET)、运算放大器(OP1)以及MOS管(Q1)；所述电阻(RSET)一端与所述开关单元连接，另一端连接到该运算放大器(OP1)的反相输入端以及MOS管(Q1)的源极；所述运算放大器(OP1)的正相输入端接入一第一参考电压，输出端连接所述MOS管(Q1)的栅极；所述MOS管(Q1)的漏极连接至所述镜像电流源。
5.根据权利要求4所述的PWM调光电路，其特征在于，所述镜像电流源包括MOS管(Q2)以及MOS管(Q3)；所述MOS管(Q2)的漏极与所述MOS管(Q1)的漏极连接；所述MOS管(Q2)的源极以及栅极分别与MOS管(Q3)的源极以及栅极对接；所述MOS管(Q3)的漏极与所述多路输出单元连接；所述MOS管(Q2)的漏极与栅极通过导线相接。
6.根据权利要求5所述的PWM调光电路，其特征在于，所述多路输出单元包括运算放大器(OP2)、MOS管(Q4)以及多个MOS管(Q6)；所述运算放大器(OP2)的反相输入端以及MOS管(Q4)的漏极分别与所述MOS管(Q3)的漏极连接；所述运算放大器(OP2)的输出端与MOS管(Q4)和多个MOS管(Q6)的栅极连接；所述运算放大器(OP2)的正相输入端一第二参考电压；所述MOS管(Q4)的源极、多个MOS管(Q6)的源极分别连接至所述开关单元中MOS管(11)的源极；MOS管(Q6)的数量与电流平衡单元的数量相同，多个MOS管(Q6)的漏极分别连接多个电流平衡单元。
7.根据权利要求6所述的PWM调光电路，其特征在于，所述电流平衡单元包括MOS管(Q5)以及运算放大器(OP3)；所述运算放大器(OP3)的反相输入端以及MOS管(Q5)的源极分别与所述MOS管(Q6)的漏极连接，所述运算放大器(OP3)的输出端与MOS管(Q5)的栅极连接；所述运算放大器(OP3)的正相输入端接入一第二参考电压，所述MOS管(Q5)的漏极连接LED灯串。
8.根据权利要求7所述的PWM调光电路，其特征在于，所述MOS管(11)、(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)以及(Q6)都为N MOS。
9.根据权利要求6或7所述的PWM调光电路，其特征在于，所述第一参考电压为1.2V，所述第二参考电压为0.3V。
10.根据权利要求1所述的PWM调光电路，其特征在于，所述PWM调光电路为集成电路，所述MOS管(Q1)的源极为所述集成电路的复位端。
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