CN103124460A - 一种led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED驱动电路，包括：DC-DC转换电路，用以接收一电源电压，并且藉由一PWM信号将电源电压转换为一LED灯电压；分压电路，用以输出反映LED灯电压的一电压检测信号；驱动模组，用以输出一PWM开关控制信号和一占空比调节控制信号；以及一控制器，包括一PWM模组，用以接收电压检测信号、PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，从而输出该PWM信号。相比于现有技术，本发明藉由LED灯电压的纹波上限阈值和下限阈值作为参考电压，与PWM信号的最大和最小占空比相关联，并根据占空比调节控制信号直接输出PWM信号，使输出电压变化时更快速地调整PWM信号开启或关闭，而无需再等待信号经过整体的闭环控制回路后进行调整，因此响应速度更快。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种LED（Light EmittingDiode，发光二极管）驱动电路。
背景技术
当前，世界各地对于节约能源的需求越来越强烈，LED(LightEmitting Diode，发光二极管)因其具有使用寿命长、体积小、功率消耗低、工作温度低等许多优点，日益受到业界的喜爱与使用。相应地，LED驱动电路是用来驱动LED发光的电路。一般来说，推动LED时，其最终目的都是要控制流经LED的电流达到或尽可能地贴近预设的电流数值，并使其稳定而不受电源电压、温度、顺向偏压差异等因素影响，以防止LED使用时间过短或被损坏。
在现有技术中，LED驱动器往往藉由分压后的反馈电压来判断其输出电压是否到达额定LED灯电压，并设计该反馈电压作为过压保护（OVP，Over Voltage Protect)和欠压保护（UVP，UnderVoltage Protect)的关键依据。当电压稳定后，再由LED驱动器使LED电流恒定并做调光控制（dimming control）。如此一来，在此控制架构下，必须由LED驱动器反馈给DC-DC转换电路进行电压控制，势必造成调光用的低频信号透过反馈电路而干扰到DC-DC转换电路。此外，当LED负载瞬间变动时，该架构也容易造成电压偏移和响应速度较慢，导致不必要的损耗。
有鉴于此，如何设计一种LED驱动电路，以解决上述缺陷或不足，有效地降低DC-DC转换电路输出电压的纹波，提高***的响应速度，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的LED驱动电路所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的LED驱动电路。
依据本发明的一个方面，提供了一种驱动电路，包括：
一DC-DC转换电路，用以接收一电源电压，并且藉由一脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号将所述电源电压转换为一LED灯电压；
一分压电路，设置于所述DC-DC转换电路的输出端，用以输出反映所述LED灯电压的一电压检测信号；
一驱动模组，用以输出一PWM开关控制信号和一占空比调节控制信号；以及
一控制器，包括一PWM模组，所述PWM模组接收所述电压检测信号、所述PWM开关控制信号和所述占空比调节控制信号，从而输出所述PWM信号至所述DC-DC转换电路。
优选地，所述分压电路包括串联连接的一第一电阻和一第二电阻，所述第一电阻的一端电性连接至所述DC-DC转换电路的输出端，所述第二电阻的一端电性连接至一接地端。
优选地，当所述LED灯电压介于其纹波的下限阈值与上限阈值之间时，所述PWM模组输出一固定占空比的所述PWM信号。
优选地，当LED灯电压低于其纹波的下限阈值时，藉由所述占空比调节控制信号将所述PWM信号的占空比增加至最大值。
优选地，当LED灯电压高于其纹波的上限阈值时，藉由所述占空比调节控制信号将所述PWM信号的占空比减小至最小值。
优选地，所述LED灯电压还包括一过压阈值和一欠压阈值，所述过压阈值高于所述纹波的上限阈值，所述欠压阈值低于所述纹波的下限阈值。
在其中的一实施例中，当所述LED灯电压高于所述过压阈值时，藉由所述PWM开关控制信号停止输出所述PWM信号。
在其中的一实施例中，当所述LED灯电压低于所述欠压阈值时，藉由所述PWM开关控制信号停止输出所述PWM信号。
优选地，所述PWM模组包括：一误差放大器，其第一输入端用以接收所述电压检测信号，其第二输入端电性连接至一参考电压，其输出端用以输出一误差电压信号；一PWM调制器，电性连接至所述误差放大器，用以接收所述误差电压信号和一载波信号，并输出一基准PWM信号；以及一PWM控制器，用以接收所述基准PWM信号、所述PWM开关控制信号和所述占空比调节控制信号，从而输出所述PWM信号至所述DC-DC转换电路。
优选地，所述载波信号为一锯齿波信号。
采用本发明的LED驱动电路，透过分压电路来输出反映LED灯电压的一电压检测信号，并利用驱动模组来输出PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，然后藉由控制器的PWM模组接收上述电压检测信号、PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，从而输出PWM信号至DC-DC转换电路。相比于现有技术，本发明藉由LED灯电压的纹波的上限阈值和下限阈值作为参考电压，与PWM信号的最大占空比和最小占空比进行关联比较，并根据占空比调节控制信号来直接输出PWM信号，使输出电压变化时能够更快速地调整PWM信号开启或关闭，而无需再等待信号经过整体的闭环控制回路后进行调整，因此响应速度更快，且对应的输出PWM信号频率未被改变，进而降低了输出电容的设计规格，节约成本和缩小占用空间。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出现有技术中的一种LED驱动电路的结构示意图；
图2示出图1的LED驱动电路中，DC-DC转换电路输出的LED灯电压与控制器输出的PWM信号的控制时序示意图；
图3示出依据本发明的一实施方式的LED驱动电路的结构示意图；
图4示出图3的LED驱动电路中，LED灯电压的过压阈值、纹波上限阈值、纹波下限阈值、欠压阈值、LED灯电流以及控制器输出的PWM信号的波形示意图；以及
图5示出图3的LED驱动电路中的PWM模组的一具体实施例的结构组成框图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
如前所述，在LED驱动电路中，流经单个LED或一个LED灯串中的每一LED的电流决定了发光亮度，电流的大小也决定了正向压降。根据LED的电压-电流曲线特性可知，当加在LED两端的电压稍有波动时，都会引起电流的剧烈变化，此时很容易导致电流过大，对LED造成不可恢复的损坏。因此，仅仅控制LED灯电压不足以稳定发光亮度，必须要进行恒流控制。此时，不同发光二极管之间的电流匹配就成为十分关键的问题。
一般来说，现有的LED电路连接大致包括以下四种：其一是采用并联LED，提供恒定的驱动电压且开环方式的负载电流控制。该连接方法用串接在LED负载上的电阻确定负载电流，虽然输入电压可以很随意的变化，但是负载调整率很差，且电流匹配效果也较差；其二是采用并联LED，提供恒定的驱动电压且带有闭环反馈的负载电流控制。该连接方法用反馈电阻确定负载电流，串接有反馈电阻的LED支路可得到精确的电流控制，但是其他的各支路电流必须要依靠输出电压进行调整，因而电流匹配度也不佳；其三是采用并联LED的电流模式，该模式较适合并联LED使用，它的电流匹配特性较好，而且单个LED的损坏不会影响其他的正常工作，但该方式所适用的LED数量较为有限；其四是采用串并联LED且带有闭环反馈的电流控制。亦即，该连接方式先将多个LED串联连接构成一个LED灯串，然后将不同的LED灯串并联连接从而形成一个串并联的LED网络。在该连接方式中，串联的LED有极佳的电流匹配，从统计和概率的角度看，并联的LED灯串与主LED灯串有较好的电流匹配，这是由于多个串接的LED正向压降之和的匹配程度要好于单个LED的正向压降的匹配度。
此外，LED调光技术（dimming control）主要包括三种类型：PWM调光、模拟调光和数字调光。以PWM调光为例，其基于人眼对亮度闪烁不够敏感的特性，使LED负载时亮时暗，如果亮暗的频率超过100Hz，人眼看到的就是平均亮度，而不是LED的闪烁。通过调整亮和暗的时间比例，达到调整亮度的目的。PWM调光的特有优点是电流色彩不会发生偏移，因为在调整亮度的同时，流经LED的电流不会发生改变。
本发明所关注的LED驱动电路既采用串并联LED且带有闭环反馈的电流控制，又采用PWM调光控制。图1示出现有技术中的一种LED驱动电路的结构示意图。
参照图1，该LED驱动电路包括一DC-DC转换电路10、一驱动模组20和一控制器30。其中，DC-DC转换电路10用以接收一电源电压Vin，并且根据来自控制器30的一脉宽调制（PulseWidth Modulation，PWM）信号将电源电压Vin转换为一LED灯电压VLED。驱动模组20电性连接至一个或多个LED灯串以及控制器30。DC-DC转换电路10输出的LED灯电压VLED经由分压电路处理后，得到一电压检测信号FB1并被送入控制器30。当电压稳定后，再由驱动模组20使LED电流恒定并进行调光控制。
如此一来，在该控制架构下，LED驱动电路必须由驱动模组20提供反馈信号FB2给DC-DC转换电路10，以便对LED灯电压进行电压控制，这势必会造成调光用的低频信号也透过控制器30而干扰到DC-DC转换电路10。此外，当LED负载瞬间变动时，该架构容易出现LED灯电压偏移和响应速度较慢的情形，造成不必要的电路损耗。
图2示出图1的LED驱动电路中，DC-DC转换电路输出的LED灯电压与控制器输出的PWM信号的控制时序示意图。
结合图1和图2，根据该控制时序，DC-DC转换电路10的输出电压Vout（也可称为LED灯电压）的变化与电路内部的开关管所接收的来自控制器30的PWM信号密切相关。不妨设定输出电压Vout的过压保护阈值对应于电压V1，以及输出电压Vout的欠压保护阈值对应于电压V2。
当输出电压Vout介于V1与V2之间时，电路处于正常工作状态，PWM脉冲开启，并作为栅极驱动信号VGS持续施加至该开关管。当输出电压Vout低于V2时，电路处于欠压保护状态，PWM脉冲关闭，开关管的栅极并未提供任何驱动信号。当输出电压Vout高于V1时，电路处于过压保护状态，PWM脉冲也关闭，开关管的栅极亦不提供任何驱动信号。如此一来，该LED驱动电路仅仅根据过压阈值V1与欠压阈值V2来控制PWM信号的开启与关闭，一旦LED负载发生突变时，必须要等待信号经过整个的单闭环控制回路后才能够进行调整，因而响应速度较为缓慢。
图3示出依据本发明的一实施方式的LED驱动电路的结构示意图。参照图3，本发明的LED驱动电路包括一DC-DC转换电路40、一驱动模组50、一控制器60和一分压电路70。
DC-DC转换电路40用以接收一电源电压，并且藉由一脉宽调制信号将该电源电压转换为一LED灯电压。在此，该脉冲调制信号来自于控制器60的PWM模组62。分压电路70设置于DC-DC转换电路40的输出端，用以输出反映LED灯电压的一电压检测信号。在一实施例中，分压电路70包括串联连接的一第一电阻R1和一第二电阻R2。第一电阻R1的一端电性连接至DC-DC转换电路10的输出端。第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端相连接。第二电阻R2的另一端电性连接至一接地端。
驱动模组50用以输出一PWM开关控制信号和一占空比调节控制信号。具体地，将DC-DC转换电路40输出的LED灯电压设计为四种阈值，即，过压阈值、欠压阈值、LED灯电压的纹波上限阈值、LED灯电压的纹波下限阈值。通过PWM开关控制信号来开启或关闭PWM信号，进而对电路可能出现的过电压状态或欠电压状态进行保护和相应的处理。通过占空比调节控制信号来判断LED灯电压的纹波是否低于纹波下限阈值或高于纹波上限阈值，进而控制LED灯电压的纹波大小，并降低DC-DC转换电路40的输出电容的选型规格。实作上，驱动模组50可以是电流槽(current sink)电路。
控制器60包括一PWM模组62。该PWM模组62接收两路反馈信号，其中的一路反馈信号为电压检测信号，来自于分压电路70；另一路反馈信号为PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，来自于驱动模组50。由此可知，本发明的LED驱动电路也可称为双反馈控制电路。
图4示出图3的LED驱动电路中，LED灯电压的过压阈值、纹波上限阈值、纹波下限阈值、欠压阈值、LED灯电流以及控制器输出的PWM信号的波形示意图。
参照图4，V1表示LED灯电压的过压阈值，V2表示LED灯电压的欠压阈值，V3表示LED灯电压的纹波上限阈值，V4表示LED灯电压的纹波下限阈值，ILED表示LED灯电流。从图中可以看出，过压阈值V1高于纹波的上限阈值V3，欠压阈值V2低于纹波的下限阈值V4。当灯电压VLED介于纹波上限阈值V3与纹波下限阈值V4之间时，PWM模组输出固定占空比的PWM信号。
当灯电压VLED低于纹波下限阈值V4时，PWM模组藉由占空比调节控制信号将PWM信号的占空比增加至最大值。换句话说，PWM信号中的相邻两个脉冲几乎重叠，并且脉宽对应于高电位。当灯电压VLED高于其纹波上限阈值V3时，PWM模组藉由占空比调节控制信号将PWM信号的占空比减小至最小值。亦即，PWM信号中的相邻两个脉冲也几乎重叠，只不过此时的脉宽对应于低电位。
图5示出图3的LED驱动电路中的PWM模组的一具体实施例的结构组成框图。
参照图5，在该实施例中，PWM模组60包括一误差放大器621、一PWM调制器623和一PWM控制器625。
更详细地，误差放大器621的第一输入端用以接收电压检测信号VFB，其第二输入端电性连接至一参考电压VREF，其输出端用以输出代表电压检测信号VFB与参考电压VREF的差值的一误差电压信号VE。PWM调制器623电性连接至误差放大器621，用以接收误差电压信号VE和一载波信号VM，并输出一基准PWM信号。PWM控制器625用以接收基准PWM信号、PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，从而输出该PWM信号至DC-DC转换电路，其中，VG表示PWM信号的电位电压。
在一具体实施例中，载波信号VM为一锯齿波信号。
此外，当LED灯电压高于过压阈值时，PWM模组藉由PWM开关控制信号停止输出PWM信号。当LED灯电压低于欠压阈值时，PWM模组藉由PWM开关控制信号停止输出PWM信号。
采用本发明的LED驱动电路，透过分压电路来输出反映LED灯电压的一电压检测信号，并利用驱动模组来输出PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，然后藉由控制器的PWM模组接收上述电压检测信号、PWM开关控制信号和占空比调节控制信号，从而输出PWM信号至DC-DC转换电路。相比于现有技术，本发明藉由LED灯电压的纹波的上限阈值和下限阈值作为参考电压，与PWM信号的最大占空比和最小占空比进行关联比较，并根据占空比调节控制信号来直接输出PWM信号，使输出电压变化时能够更快速地调整PWM信号开启或关闭，而无需再等待信号经过整体的闭环控制回路后进行调整，因此响应速度更快，且对应的输出PWM信号频率未被改变，进而降低了输出电容的设计规格，节约成本和缩小占用空间。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种LED（Light Emitting Diode，发光二极管）驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路包括：
一DC-DC转换电路，用以接收一电源电压，并且藉由一脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号将所述电源电压转换为一LED灯电压；
一分压电路，设置于所述DC-DC转换电路的输出端，用以输出反映所述LED灯电压的一电压检测信号；
一驱动模组，用以输出一PWM开关控制信号和一占空比调节控制信号；以及
一控制器，包括一PWM模组，所述PWM模组接收所述电压检测信号、所述PWM开关控制信号和所述占空比调节控制信号，从而输出所述PWM信号至所述DC-DC转换电路。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述分压电路包括串联连接的一第一电阻和一第二电阻，所述第一电阻的一端电性连接至所述DC-DC转换电路的输出端，所述第二电阻的一端电性连接至一接地端。
3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，当所述LED灯电压介于其纹波的下限阈值与上限阈值之间时，所述PWM模组输出一固定占空比的所述PWM信号。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，当所述LED灯电压低于其纹波的下限阈值时，藉由所述占空比调节控制信号将所述PWM信号的占空比增加至最大值。
5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，当所述LED灯电压高于其纹波的上限阈值时，藉由所述占空比调节控制信号将所述PWM信号的占空比减小至最小值。
6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述LED灯电压还包括一过压阈值和一欠压阈值，所述过压阈值高于所述纹波的上限阈值，所述欠压阈值低于所述纹波的下限阈值。
7.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，当所述LED灯电压高于所述过压阈值时，藉由所述PWM开关控制信号停止输出所述PWM信号。
8.根据权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，当所述LED灯电压低于所述欠压阈值时，藉由所述PWM开关控制信号停止输出所述PWM信号。
9.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述PWM模组包括：
一误差放大器，其第一输入端用以接收所述电压检测信号，其第二输入端电性连接至一参考电压，其输出端用以输出一误差电压信号；
一PWM调制器，电性连接至所述误差放大器，用以接收所述误差电压信号和一载波信号，并输出一基准PWM信号；以及
一PWM控制器，用以接收所述基准PWM信号、所述PWM开关控制信号和所述占空比调节控制信号，从而输出所述PWM信号至所述DC-DC转换电路。
10.根据权利要求9所述的LED驱动电路，其特征在于，所述载波信号为一锯齿波信号。
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