CN105072753A - 一种串行led调光电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串行LED调光电路。该串行LED调光电路利用电压源产生基准电压，配合PNP三极管电路对输入信号进行电压调制，然后利用调制过的信号驱动与LED组并联的MOS管，具体的说，所述MOS管为源极和漏极之间的导电通道与LED组并联的MOS管。通过控制MOS管的导通或截止，对相应的LED组进行短路或使能，以达到混光调光的效果。本发明具有结构简单，成本低廉的特点，非常适合商业应用。

Description

一种串行LED调光电路

技术领域

本发明涉及发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)的调光技术，特别是涉及一种串行LED的调光电路。

背景技术

在LED照明领域，红绿蓝三色(简称RGB)混光是比较流行的混光模式。在常见的RGB混光应用中，技术人员常常将各色LED按颜色分成不同的LED组，然后将各LED组并联，通过分别控制各并联支路的导通或断开来进行混光。这种并联方案的缺点是各并联支路中的电流差异会导致颜色漂移问题。

为了解决颜色漂移的问题，技术人员开发出了串行LED方案。该方案通过将各色LED串联，使流过各色LED的电流完全一致，因此光的可控性非常好，避免并联方案中的颜色漂移问题。在这种串行LED电路中，通常使用开关元件例如N沟道金属氧化物场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,简称MOS管)短路相应LED，以便进行调光。这种串行LED电路的基本电路如图1所示。这种串行方案最大的问题是：由于MOS管的漏极电平不一致，因此不能直接使用标准的TTL(Transistor-TransistorLogic)电平驱动MOS管。

为了解决串行方案中MOS管的驱动问题，技术人员在MOS管的栅极增加了电平转换芯片(电路原理图见图2)，以便将来自微控制器的TTL电平转换为相应的电平来控制MOS管。但是，这种方案实现起来成本很高，比如电平转换芯片很贵，阳极恒流源没有专用芯片，只能用模拟运放来搭建，所以电路规模较大，成本也很高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种串行LED调光电路，旨在简化电路规模，降低电路成本。

为了实现上述目的，本发明提出的一个技术方案是，构造一种串行LED调光电路，所述电路包括LED电路、电流源、电压源、MOS管和电压调制电路，LED电路包括若干串联的LED组，电流源用于产生驱动所述LED电路的负载电流，电压源用于产生基准电压，MOS管具有与单个LED组并联的导电通路，以用于根据负载控制信号短路或使能相应的LED组，电压调制电路与MOS管栅极相连，其中，电压调制电路包括：PNP型三极管，其基极作为输入信号的接收端，并且其发射极与所述电压源相连，作为基准电压的输入端；第一电阻，跨接于所述PNP型三极管的发射极和基极之间；第二电阻，跨接于所述PNP型三极管的集电极和所述MOS管的栅极之间；第三电阻，跨接于所述MOS管的栅极和漏极之间。

进一步地，所述电压调制电路还包括TTL电平转换电路，该TTL电平转换电路包括：NPN型三极管，其发射极接地；第四电阻，该第四电阻的一端与所述NPN型三极管的基极相连，该第四电阻的另一端作为所述TTL控制信号的输入端；第五电阻，其跨接于所述NPN型三极管的集电极和所述PNP型三极管的基极之间。

优选地，所述电压源输出的基准电压高于所述电流源的输出电压2V或2V以上。

优选地，所述调光电路还包括用于电压转换的变压器，该变压器包括第一副绕组和第二副绕组，其中，所述电压源与所述第一副绕组相连，所述电流源与所述第二副绕组相连。

优选地，所述调光电路还包括用于电压转换的抽头变压器，该变压器的次级线圈与所述电压源相连，所述电流源经整流电路与抽头端相连。

优选地，所述电流源为阴极调制恒流源。

优选地，所述LED组包括若干串联的LED。

优选地，各所述LED组具有不同的发光波长。

优选的，所述串行LED调光电路包括至少两个MOS管和至少两个电压调制电路，所述至少两个MOS管分别与所述至少两个串联的LED组一一对应并联，所述至少两个电压调制电路分别与所述少两个MOS管一一对应连接。

本发明的基本原理是利用电压源产生基准电压，配合三极管电路对TTL控制信号进行电压调制，然后利用调制过的信号驱动与LED组并联的MOS管，具体的说，MOS管的源极和漏极之间的导电通道与LED组并联。通过控制MOS管的导通或截止，对相应的LED组进行短路或使能，以达到混光调光的效果。相比于现有技术，本发明的优点在于结构简单、成本低廉，可以完美替代现有的高成本方案。

附图说明

图1是现有的一种串行LED电路的基本电路原理图；

图2是现有的另一种串行LED电路的电路原理图；

图3a是本发明的一个实施例的电源模块的原理图；

图3b是本发明的另一个实施例的电源模块的原理图；

图4是本发明的一个实施例的LED驱动部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图1至图4详细介绍本发明的串行LED调光电路的具体实施方式。

本发明的串行LED调光电路包括电源模块100和驱动控制模块200。其中，电源模块100用于产生基准电压VPP和负载电流。驱动控制模块200用于接受TTL控制电平控制产生可见光。

图3a示出了本发明的一个实施例的电源模块100的原理图。如图3a所示，本发明的一个实施例的电源模块100包括与交流输入相连的输入级、变压器T、二极管D1和D2、电容C1和C2、肖特基二极管Z1、电阻R0、恒流驱动器IC。其中，输入级包括EMI电路等保护电路，为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。变压器T包括第一辅助绕组W1和第二辅助绕组W2。变压器T的第一辅助绕组W1、二极管D1和电容C1形成电压源，输出直流电压作为基准电压VPP。其中，第一辅助绕组W1和二极管D1的正极相连，电容C1的正极与二极管D1的负极相连，电容C1的负极与辅助绕组W1相连；也可由变压器抽头形式，经整流电路输出基准电压VPP。

第二辅助绕组W2、二极管D2和电容C2为恒流驱动器IC提供直流电源。第二辅助绕组W2一端接地，另一端与二极管D2正极相连。电容C2和二极管D2形成整流电路。电容C2跨接于二极管D2的负极和地之间。肖特基二极管Z1、电阻R0、电感L和恒流驱动器IC组成阴极调制恒流源电路，为LED电路提供负载电流。恒流驱动器IC可以使用PT4115(厂商名称：华润矽威科技(上海)有限公司)、SD3361A等。PT4115、SD3361A是一类连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED。PT4115输入电压范围从6伏到30伏，输出电流可调，最大可达1.2安培。根据不同的输入电压和外部器件，PT4115可以驱动高达数十瓦的LED。恒流驱动器IC的连接方式可参照PT4115的典型应用，此处不再赘述。值得说明的是，PT4115需要由微控制器或其他信号源(图中未示出)产生脉宽调制信号(PWM信号)驱动。SD3361是首鼎半导体公司提供的一款于连续工作模式下的降压转换器，内置高精度电流检测器，能通过外置电阻设定输出电流，输入电压范围从6伏到40伏，最大电流可以做到1安培，恒流输出精度2％，效率高达97％以上。

如图3b所示，电源模块101的变压器T’的次级为抽头结构，与图3a中的结构略有不同。二极管D1和电容C1形成电压源与次级线圈相连，输出基准电压VPP。恒流驱动器IC经过由二极管D2、电容C2形成的整流电路与变压器T’的抽头端相连。肖特基二极管Z1、电阻R0、电感L和恒流驱动器IC组成阴极调制恒流源电路，为LED电路提供负载电流。电路原理如前文所述，此处不再赘述。

如图4所示，驱动控制模块200包括LED电路201、MOS管电路202和MOS管驱动电路203。其中LED电路201用于发出可见光。MOS管电路202用于短路或使能LED电路201。MOS管驱动电路203用于根据TTL控制信号产生负载控制信号以驱动MOS管导通或截止。TTL控制信号通常是来自微控制器(图中未示出)的脉冲调制信号。

LED电路201包括串联的LED组LED1、LED2及LED3。LED电路串联在电流源输出端V+与V-之间。图中仅示出了由单个LED形成LED组的情形。普通技术人员容易知道，单个LED组可以包括多个串联的LED，还可以包括多个并联的LED，或者串并组合的LED。图中三组LED可以是相同架构的LED组，比如均为串联的多个单色LED；也可以是相互不同架构的LED组，比如LED1组包括多个串联的LED，而LED2组包括多个并联的LED。可以根据实际需要和应用选择不同的组合方式，此处不一一详细说明。为了混光，至少需要两种颜色的LED组。为了实现RGB调光，一般需要红、绿、蓝三色LED组。通常每个LED组内的LED为同色LED。

MOS管电路202包括MOS管Q1、Q2、Q3。MOS管Q1、Q2、Q3分别与相应LED组LED1、LED2、LED3并联。由于各LED组及其相应的驱动电路的原理相同，所以为了简便起见，这里以LED组LED1及其驱动电路为例进行说明，省略对其他组的电路进行说明。

MOS管Q1的源极与LED组LED1的正极相连，MOS管Q1的漏极与LED组LED1的负极相连。容易看出，当MOS管Q1的导通时，LED1被短路，停止发光；当MOS管Q1截止时，LED1有电流通过，正常发光。值得注意的是，TTL控制信号通常是来自微控制器的脉冲调制信号，电压幅度通常为0-5V之间。而由于Q1、Q2、Q3的漏极电压并不一致，并且电平往往高于TTL电平，所以无法使用TTL脉冲控制信号直接驱动MOS管，因此必须使用额外电路对TTL控制信号进行调制，现有技术中的方法是增加电平转换芯片，如图2所示。

请参照图4，MOS管驱动电路203包括TTL电平转换电路和电压调制电路。

本发明通过TTL电平转换电路将TTL控制信号转换为电压调制电路的输入信号，具体的，TTL电平转换电路包括NPN三极管Q12、第四电阻R4和第五电阻R5。其中，三极管Q12的发射极接地，第四电阻R4的一端与三极管Q12的基极相连，第四电阻R4的另一端作为TTL控制信号的输入端。第五电阻R5跨接于三极管Q12的集电极和三极管Q11的基极之间。

请再参照图4，电压调制电路用于将来自TTL电平转换电路的输入信号转换为负载控制信号。电压调制电路包括PNP型三极管Q11、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。三极管Q11的基极与TTL电平转换电路的输出端相连。三极管Q11发射极与电压源的基准电压VPP输出端相连。第一电阻R1跨接于三极管Q11的发射极和基极之间。第二电阻R2跨接于三极管Q11的集电极和MOS管Q1的栅极之间。第三电阻R3跨接于MOS管Q1的栅极和漏极之间。

容易看出，TTL控制信号经过TTL电平转换电路和电压调制电路的处理以后，在MOS管Q1的栅极形成负载控制信号。当TTL控制信号为低电平时，三极管Q12截止，三极管Q11截止，MOS管Q1截止，因而驱动电流流过LED组LED1，LED组LED1正常发光；当TTL控制信号为高电平时，三极管Q12导通，三极管Q11导通，MOS管Q1导通，因而LED组LED1被短路，停止发光。由此实现了通过TTL控制信号对相应LED组的控制。需要说明的是，各LED组均有独立的TTL控制信号控制，各路TTL控制信号通常为微控制器(图中未示出)输出的PWM脉冲。各LED组分别在相应的TTL控制信号控制下发光以产生混光效果。

值得注意的是，为了保证MOS管Q1的栅极和漏极之间的电压差大于MOS管Q1的开启电压，基准电压VPP应略大于直流源输出电压V+。优选的是，基准电压VPP与直流源输出电压V+之差大于2V。

综上所述，本发明采用PNP三极管来完成串行MOS管的驱动，取代了现有技术中的电平转换IC。本发明由于采用了独立绕组或次级线圈抽头提供直流电压，在解决PNP驱动电源的同时，保证了普通的阴极调制的恒流驱动芯片的使用。本发明提供的技术方案与现有技术相比，不但成本低廉，而且电路规模较小。因而本发明具有较强的进步性。

以上具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种串行LED调光电路，其特征在于，包括：

LED电路，其包括至少两个串联的LED组；

电流源，用于产生驱动所述LED电路的负载电流；

电压源，用于产生基准电压；

MOS管，其具有与单个LED组并联的导电通路，用于根据负载控制信号短路或使能相应的LED组；和

电压调制电路，其与所述MOS管的栅极相连，用于将输入信号转换为所述负载控制信号，其中，所述电压调制电路包括：

PNP型三极管，其基极作为输入信号的接收端，并且其发射极与所述电压源相连，作为基准电压的输入端；

第一电阻，跨接于所述PNP型三极管的发射极和基极之间；

第二电阻，跨接于所述PNP型三极管的集电极和所述MOS管的栅极之间；及

第三电阻，跨接于所述MOS管的栅极和漏极之间。

2.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，所述电压调制电路还包括用于将TTL控制信号转换为输入信号的TTL电平转换电路，并且所述TTL电平转换电路包括：

NPN型三极管，其发射极接地；

第四电阻，其一端与所述NPN型三极管的基极相连，其另一端作为所述TTL控制信号的输入端；及

第五电阻，其跨接于所述NPN型三极管的集电极和所述PNP型三极管的基极之间。

3.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，所述电压源输出的基准电压高于所述电流源的输出电压2V或2V以上。

4.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，还包括用于电压转换的变压器，该变压器包括第一副绕组和第二副绕组，其中，所述电压源与所述第一副绕组相连，所述电流源经整流电路与所述第二副绕组相连输出基准电压。

5.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，还包括用于电压转换的抽头变压器，该变压器的次级线圈与所述电压源相连，所述电流源经整流电路与抽头端相连。

6.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，所述电流源为阴极调制恒流源。

7.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，所述LED组包括多个串联的LED。

8.根据权利要求7所述的串行LED调光电路，其特征在于，所述多个串联的LED具有基本相同的发光波长。

9.根据权利要求1所述的串行LED调光电路，其特征在于，每个所述LED组具有不同的发光波长。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的串行LED调光电路，其特征在于，所述串行LED调光电路包括至少两个MOS管和至少两个电压调制电路，所述至少两个MOS管分别与所述至少两个串联的LED组一一对应并联，所述至少两个电压调制电路分别与所述少两个MOS管一一对应连接。