CN102802325A - 多相高频载波脉宽调制实现led电流pwm调光的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED的PWM调光技术，旨在提供一种多相高频载波脉宽调制实现LED电流PWM调光的电路。该电路中输出滤波电容并联在受控直流电流源两端；该电路具有多相输出的负载LED串，各负载LED串分别串联一个恒定幅值脉宽可调的脉冲电流源之后，均并联于受控直流电流源两端；最低电压选择电路分别接至各负载LED串与其脉冲电流源的中点，用于获取各脉冲电流源的端电压中的最低电压，最低电压选择电路的输出端接于占空比发生和调节电路的输入端；占空比发生和调节电路的输出接于各脉冲电流源的控制端。本发明无额外的信号电路连接，控制简单；平均端电压自适应获得最小值，减少导通损耗。采用模拟方式实现PWM调光功能，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED的脉冲宽度(PWM)调光的实现方式，具体的说是通过调制高频脉冲载波电流源的脉冲宽度来实现LED电流PWM调光的电路。
背景技术
大功率LED以其长寿命，高光效，环境友好等特性成为新一代绿色光源。LED不仅应用在传统的照明场合，替代普通的现有光源，而且更多地应用在对调光要求较高的场合，比如LCD的背光照明。由于LED的色温会随着驱动电流的幅值变化而变化，因此为了保证色温的一致性，要求在调光时保持住电流的幅值，通过改变电流的导通时间进行调光，即常用的PWM调光方式。由于LED的二极管特性，其导通时需要控制电流的幅值恒定，可以等效成恒流源。在PWM调光方式工作时，则可以等效成幅值恒定的脉冲电流源。
目前常用的LED的PWM调光方式进行，输入侧采用恒压源提供能量，多路LED负载时，并联在同一电压母线上；同时在LED串中串联一个实现恒流控制的线性开关，如图1所示。该串联恒流源可以通过PWM控制信号，使该线性开关工作与脉冲恒流源的状态，其电流脉冲的幅值由Vref控制。为了降低线性开关的导通压降，从而降低损耗，需要通过采样脉冲电流源的压降，来自适应的调节电压母线的幅值，尽可能使该线性恒流源工作时的压降最低。但是，由于多路LED负载依靠一个公共的电压母线提供能量，那么当多串LED的压降差别较大时，比如导致其中压降较小的LED串中串联的线性恒流源来承受其与具有最大正向压降LED串的电压差，导致线性电流源损耗增加。另外，由于要通过检测线性电流源两端的电压来调节前级变流器的输出电压，电压检测电路的输出信号与对应的线性恒流源的距离受到限制，影响前级变流器调节的可靠性，另外也增加了信号传输和线路连接的困难，并且限制前级驱动器的独立性和标准化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可以进行高效率自适应调整母线电压的多相高频载波脉宽调制实现LED电流PWM调光的电路，并且即使用模拟信号也能实现PWM调光。
为解决上述问题，本发明提供了一种多相高频载波脉宽调制实现LED电流PWM调光的电路，包括输出滤波电容Co1；该电路还包括前级的受控直流电流源Is1，输出滤波电容Co1并联在受控直流电流源Is1的两端；该电路具有多相输出的负载LED串LED1、LED2、…、LEDn，各负载LED串分别串联一个恒定幅值脉宽可调的脉冲电流源ID1、ID2、…、IDn之后，均并联于受控直流电流源Is1的两端；该电路还包括最低电压选择电路和占空比发生和调节电路；最低电压选择电路分别接至各负载LED串与其脉冲电流源的中点，用于获取各脉冲电流源的端电压VD1、VD2、…、VDn中的最低电压，最低电压选择电路的输出端接于占空比发生和调节电路的输入端；占空比发生和调节电路的输出信号为占空比D，接于各脉冲电流源的控制端。
本发明中，所述脉冲电流源ID1、ID2、…、IDn是频率和脉冲幅值可调的脉冲电流源。
本发明中，所述前级的受控直流电流源Is1是线性受控源，或者是通过输出电流控制构成开关电路的恒流源。
本发明中，所述占空比发生与控制电路的电压参考信号接到参考电压Vref。
本发明中，还包括至少一个相移功能电路，设置于占空比发生和调节电路的输出端与脉冲电流源ID1、ID2、…、Idn的控制端之间，且通过信号线依次相连。
本发明的受控直流电流源Is1受到调光信号Vdim的控制。通过调节前级恒流源输出电流，就能够实现母线电压自适应调节，从而获得最低母线电压的多相LED的PWM调光控制技术，降低导通损耗。
各脉冲幅值恒定的脉宽受控的脉冲电流源ID1，ID2，…IDn的端电压VD1，VD2，…VDn分别进入电压选择电路， 电压选择电路的输出进入PWM占空比发生与控制电路，占空比发生与控制电路的输出接到所有脉冲电流源ID1，ID2，…IDn的控制端，用来控制ID1，ID2，…IDn的脉冲宽度。
本发明的有益效果：
与传统的电压源作为前置级的PWM调光策略相比，本发明的电流源前置电压自适应优化PWM调光控制电路的有益效果是：
（1）前级恒流源与后级PWM控制电路之间除了功率连接外，无额外的信号电路连接，控制简单；
（2）后级PWM脉冲恒流源的平均端电压自适应获得最小值，减少导通损耗。
（3）无需PWM调光信号就能实现LED的PWM调光；采用模拟方式实现PWM调光功能，成本低；
（4）采用多路输出的恒流源就可以实现多路PWM调光控制，并只用一路调光信号。
附图说明
图1为传统的电压源前置的电压自适应PWM调光控制电路。
图2为本发明提出的电流源前置电压自适应多相LED的PWM调光控制电路。
图3为调光信号Vdim与占空比D示意图。
图4为本发明提出的电流源前置电压自适应多相LED的PWM调光控制电路。
图5为一种占空比相移逻辑示意图。
图6为端电压自适应闭环控制的多相PWM调光控制电路。
图7为受控直流电流源Is1的一种电路实现方式。
具体实施例
下面结合附图对本发明的实施方案进行具体阐述。
图6是本发明中的端电压自适应控制的多相PWM调光一种实施方式。
该多相高频载波脉宽调制实现LED电流PWM调光的电路，包括输出滤波电容Co1；该电路还包括前级的受控直流电流源Is1，输出滤波电容Co1并联在受控直流电流源Is1的两端；该电路具有多相输出的负载LED串LED1、LED2、…、LEDn，各负载LED串分别串联一个恒定幅值脉宽可调的脉冲电流源ID1、ID2、…、IDn之后，均并联于受控直流电流源Is1的两端；该电路还包括最低电压选择电路和占空比发生和调节电路；最低电压选择电路分别接至各负载LED串与其脉冲电流源的中点，用于获取各脉冲电流源的端电压VD1、VD2、…、VDn，最低电压选择电路的输出端接于占空比发生和调节电路的输入端；占空比发生和调节电路的输出信号为占空比D，接于各脉冲电流源的控制端。
该实施例中，最低电压选择电路包括选择二极管D1，D2，…Dn，电阻R16；所述的PWM占空比发生与控制电路包含误差放大器EA1、比较器Comp1、RS触发器FP1以及辅助电容C12和电阻R15；所述的恒定幅值脉宽可调的脉冲恒流源ID1包含误差放大器EA2，选择开关S11，电流基准Iref1，调整线性管Q1以及电阻R11，R12，R13，R14，R18，Rs1和电容C11；LED负载LED1的负端连接到二极管D1的阴极，同时接到Q1的集电极，D1的阳极接到电阻R16的一端，同时连接到二极管D2，…Dn的阳极；D2的阴极接到LED2的负端，Dn的阴极连接到LEDn的阴极。电阻R16的另一端连接到误差放大器EA1的负输入端，同时连接到C12的一端，C12的另一端连接到电阻R15的一端，R15的另一端连接到EA1的输出端。EA1的正输入端接电压基准Vref。EA1的输出接到比较器Comp1的负输入端，Comp1的正输入端接锯齿波信号源，比较器Comp1的输出侧接RS触发器FP1的S端，FP1的输出端同时接到开关S12和S11的控制端。S11的一端接地，另一端接误差放大器EA2的正输入端和电阻R14的一端，电阻R13并联在S11的两端。电阻R14的另一端接电流基准Iref。误差放大其EA2的负输入端接到电容C11的一端和R18的一端，C11的另一端接到电阻R11的一端，电阻R11的另一端同时连接到EA2的输出端和电阻R12的一端。R12的另一端接到Q1的基极，Q1的射极接到采样电阻Rs1的一端和R18的另一端，Rs1的另一端接地。该实施方式中的Q1可以是双极性晶体管，也可以是场效应晶体管。其余幅值恒定脉宽可调的脉冲恒流源与其他幅值恒定脉宽可调的脉冲恒流源1结构相同，不再赘述。
图7是受控直流恒流源的一种实施方式。输入源Vin的正端接到开关管S的一端，S的另一端接二极管D的阴极，同时接到电感Ld一端，二极管D的阳极接到输入地。电感L的另一端接到输出电容Co的一端，Co的另一端接到输入地；负载并联在Co的两端；电感电流的采样信号接到控制器的Rsen端，调光信号接到控制其Iref端，输出D接到S的控制端。
应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
Claims (4)
1.一种多相高频载波脉宽调制实现LED电流PWM调光的电路，包括输出滤波电容Co1；其特征在于，该电路还包括前级的受控直流电流源Is1，输出滤波电容Co1并联在受控直流电流源Is1的两端；该电路具有多相输出的负载LED串LED1、LED2、…、LEDn，各负载LED串分别串联一个恒定幅值脉宽可调的脉冲电流源ID1、ID2、…、IDn之后，均并联于受控直流电流源Is1的两端；
该电路还包括最低电压选择电路和占空比发生和调节电路；最低电压选择电路分别接至各负载LED串与其脉冲电流源的中点，用于获取各脉冲电流源的端电压VD1、VD2、…、VDn中的最低电压，最低电压选择电路的输出端接于占空比发生和调节电路的输入端；占空比发生和调节电路的输出信号为占空比D，接于各脉冲电流源的控制端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述脉冲电流源ID1、ID2、…、IDn是频率和脉冲幅值可调的脉冲电流源。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述前级的受控直流电流源Is1是线性受控源，或者是通过输出电流控制构成开关电路的恒流源。
4.根据权利要求1至3任意一项中所述的电路，其特征在于，还包括至少一个设置于占空比发生和调节电路的输出端与脉冲电流源ID1、ID2、…、Idn的控制端之间的相移功能电路，并通过信号线依次相连。
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