CN105101514B - 一种用于 led 照明的模拟调光电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于LED照明的模拟调光电路，该用于LED照明的模拟调光电路包括：工作于高压和低压控制区间的两个压控电流源，及与所述两个压控电流源连接的关断时间最小值计时部件、LED电流采样和调光补偿产生部件；其中，所述工作于高压控制区间的压控电流源为所述调光补偿产生部件提供输入电流；所述工作于低压控制区间的压控电流源为所述调光补偿产生部件和所述关断时间最小值计时部件提供输入电流。本发明实施例的一种用于LED照明的模拟调光电路，使模拟调光电路在整个控制区间内LED输出电流变化平滑；在控制电压接近关断电压时始终存在导通电路而又不会关断，从而降低调光下限，拓宽LED调光范围。
Description
技术领域
本发明涉及模拟集成电路领域，特别涉及一种用于LED照明的模拟调光电路。
背景技术
发光二极管LED由于其发光效率高和使用寿命长等特点而得到广泛的应用，而调光的应用可以发挥其节能的特性和增加LED的使用寿命。
模拟调光是LED主要调光方式之一。目前LED模拟调光多采用通过直接调节与LED相串联电阻阻值的方式实现。但这种形式的模拟调光方式无法适应各类新型的LED驱动方式，如工作于电感电流临界模式的高精度恒流控制LED驱动电路。
基于降压变换器原理的工作于电感电流临界模式的LED驱动电路，其储能电感与LED串联，并通过晶体管MOSFET开关连接到地，晶体管MOSFET开启时，电源对电感充电，电感电流线性上升。在电感电流达到峰值后，晶体管MOSFET开关断开，电感释能，电感电流线性下降。当电感电流下降为零后，晶体管MOSFET开关再次开启，重新开始循环，该过程电感电流变化如图4所示。最终LED驱动电路达到动态平衡，LED电流精确等于电感电流峰值电流的一半。
在上述的LED驱动方式中，单纯改变串联的电阻阻值无法改变LED的电流大小，要想改变LED电流，需要改变驱动电路的电感电流检测阈值。但是在外部调光电压接近关断电压值时，电流检测阈值最小值又不能设置得太低。因为若设置得太低，LED驱动可能会由于工艺偏差等问题，会在外部模拟控制电压还未达到关断电压值时就已使LED电流关断，而电流检测阈值最小值设置得较高，又会减小LED的调光变化范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于LED照明的模拟调光电路，适应于工作在电感电流临界模式的LED驱动电路，使模拟调光电路在整个控制区间内LED输出电流变化平滑；在控制电压接近关断电压时始终存在导通电路而又不会关断。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于LED照明的模拟调光电路，包括：
工作于高压和低压控制区间的两个压控电流源，及与所述两个压控电流源连接的关断时间最小值计时部件、LED电流采样和调光补偿产生部件；其中，
所述工作于高压控制区间的压控电流源为所述调光补偿产生部件提供输入电流；
所述工作于低压控制区间的压控电流源为所述调光补偿产生部件和所述关断时间最小值计时部件提供输入电流。
其中，所述工作于高压控制区间的压控电流源包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、及电流源I1；其中，
所述第一晶体管M1的栅极接高位参考电压REF2，漏极接所述第五电阻R5的一端，源极接所述第一电阻R1的一端，其中所述第五电阻R5的另一端接地；
所述第二晶体管M2的栅极接控制电压DIM，源极接所述第二电阻R2的一端；
所述电流源I1作为输入电流源，其中所述第一电阻R1和第二电阻R2并联对所述电流源I1进行分流，所述第二晶体管M2的输出电流为所述输入电流源I1的分流I3，与所述控制电压DIM成反比。
其中，所述工作于低压控制区间的压控电流源包括：第三晶体管M3、第四晶体管M4、第三电阻R3、第四电阻R4、电流源I2，及由第五晶体管M5、第六晶体管M6组成的镜像电路；其中，
所述第三晶体管M3的栅极接所述控制电压DIM，源极接所述第三电阻R3的一端；
所述第四晶体管M4的栅极接低位参考电压REF1，源极接所述第四电阻 R4的一端，漏极接所述第五晶体管M5的漏极；
所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6的栅极互连，源极均接地，其中所述第五晶体管M5的栅极与漏极连接；
所述电流源I2作为输入电流源，其中所述第三电阻R3和第四电阻R4并联对所述电流源I2进行分流，所述第三晶体管M3的输出电流为所述输入电流源I2的分流I4，与所述控制电压DIM成反比，所述第四晶体管M4的输出电流为所述输入电流源I2的另一个分流I5，与所述控制电压DIM成正比。
其中，所述电流I3与I4之和为输出电流IDIM1，所述电流I5经过所述镜像电路，得到输出电流IDIM2。
其中，所述关断时间最小值计时部件包括：第一电容C1，第七晶体管M7，第一比较器Comp1；其中，
所述第一电容C1的一端接所述第七晶体管M7的漏极和第一比较器Comp1的正输入端，另一端接地，其中所述输出电流IDIM2对所述第一电容C1进行充电；
所述第七晶体管M7的栅极接控制信号TC，源极接地；
所述第一比较器Comp1的负输入端接电压REF3。
其中，所述LED电流采样和调光补偿产生部件包括：第八晶体管M8，第五电阻RCS，第六电阻R6，第二比较器Comp2，及由发光二极管LED、电感L、二极管D1构成的回路；其中，
所述第八晶体管M8的栅极接所述控制信号TC，漏极接所述回路，源极接所述第五电阻RCS的一端，其中所述第五电阻RCS的另一端接地；
所述第六电阻R6的一端接所述第八晶体管M8的源极，另一端接所述第二比较器Comp2的负输入端，其中所述输出电流IDIM1控制补偿第六电阻R6的电压，所述第二比较器Comp2的正输入端接电压REF4；
其中所述回路中还包括一与所述发光二极管LED并联的第二电容C2。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，用于LED照明的模拟调光电路包括：工作于高压和低压控制区间的两个压控电流源，及与所述两个压控电流源连接的关断时间最小值计时部件、LED电流采样和调光补偿产生部件；该模拟调光电路适应于工作在 电感电流临界模式的LED驱动电路，模拟调光电路在整个控制区间内LED输出电流变化平滑；在控制电压接近关断电压时始终存在导通电路而又不会关断。
附图说明
图1表示本发明实施例中用于LED照明的模拟调光电路中工作于高压和低压控制区间的两个压控电流源的电路示意图；
图2表示本发明实施例中用于LED照明的模拟调光电路中关断时间最小值计时部件的电路示意图；
图3表示本发明实施例中用于LED照明的模拟调光电路中LED电流采样和调光补偿产生部件的电路示意图；
图4表示本发明实施例适用的LED驱动的两种电感电流工作状态波形图；
图5表示本发明实施例中用于LED照明的模拟调光电路的外部控制电压、输出电流和对应补偿电压等变化波形图；
图6表示本发明实施例用于LED照明的模拟调光电路中随着外部控制电压变化，LED电流和电感电流变化波形图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对目前LED模拟调光方式无法适应工作于电感电流临界模式的高精度恒流控制LED驱动电路的问题，提供了一种用于LED照明的模拟调光电路。
本发明实施例提供了一种用于LED照明的模拟调光电路，包括：
工作于高压和低压控制区间的两个压控电流源，及与所述两个压控电流源连接的关断时间最小值计时部件、LED电流采样和调光补偿产生部件；
本发明实施例中，压控电流源组成为：基准电流源作为输入电流源；一对PMOS管作为差分输入级对基准电流进行分流；输入级一端接外部控制电压；输入级另一端接参考电压，参考电压的大小为对应电压控制区间的中点；各个支路上的电阻或栅漏相连的晶体管进行偏置；栅极接外部控制电压的晶体管输 出电流与控制电压成反比，为调光补偿电流；栅极接参考电压的晶体管输出电流与控制电压成正比。压控电流源根据参考电压不同，分为高压和低压控制区间；通过设置电阻，使两个压控电流源在对应工作区间内输出电流变化；而非对应区间内，控制电压变化，输出电流大小不变。
具体地，如图1所示，所述工作于高压控制区间的压控电流源包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、及电流源I1；
所述第一晶体管M1的栅极接高位参考电压REF2，漏极接所述第五电阻R5的一端，源极接所述第一电阻R1的一端，其中所述第五电阻R5的另一端接地；所述第二晶体管M2的栅极接控制电压DIM，源极接所述第二电阻R2的一端；所述电流源I1作为输入电流源，其中所述第一电阻R1和第二电阻R2并联对所述电流源I1进行分流，所述第二晶体管M2的输出电流为所述输入电流源I1的分流I3，在高压控制区间内与所述电压DIM成反比。
所述工作于低压控制区间的压控电流源包括：第三晶体管M3、第四晶体管M4、第三电阻R3、第四电阻R4、电流源I2，及由第五晶体管M5、第六晶体管M6组成的镜像电路；
所述第三晶体管M3的栅极接所述控制电压DIM，源极接所述第三电阻R3的一端；所述第四晶体管M4的栅极接低位参考电压REF1，源极接所述第四电阻R4的一端，漏极接所述第五晶体管M5的漏极；所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6的栅极互连，源极均接地，其中所述第五晶体管M5的栅极与漏极连接；所述电流源I2作为输入电流源，其中所述第三电阻R3和第四电阻R4并联对所述电流源I2进行分流，所述第三晶体管M3的输出电流为所述输入电流源I2的分流I4，在低压控制区间内与所述电压DIM成反比，所述第四晶体管M4的输出电流为所述输入电流源I2的另一个分流I5，在低压控制区间内与所述电压DIM成正比。
所述电流I3与I4之和为输出电流IDIM1，所述电流I5经过所述镜像电路，得到输出电流IDIM2。
具体地，工作在高压控制区间的压控电流源输出与电压DIM成反比的调光补偿电流I3；工作在低压控制区间的压控电流源输出两个相反变化的电流， 分别为与电压DIM成反比的调光补偿电流输出I4和成正比的计时电流输出I5。具体电流变化如图3所示，其中输出电流IDIM1为工作在高低两个控制区间内与电压DIM成反比的调光补偿电流输出之和，用于控制补偿电压的大小；输出电流IDIM2为工作在低压的压控电流源输出，其大小与电压DIM成正比，用于控制最小关断时间。
如图2所示，所述关断时间最小值计时部件包括：第一电容C1，第七晶体管M7，第一比较器Comp1；
输出电流IDIM2为第一电容C1充电，电容充电端连接到第七晶体管M7的漏极和第一比较器Comp1的正输入端。第七晶体管M7的栅端连接功率管控制信号TC，当功率管关断后，TC跳变为低电位，电流IDIM2对第一电容C1进行充电。当第一电容C1的电压充电到大于参考电压REF3后，第一比较器Comp1输出跳变为高电位。第一电容C1的电压充电到REF3的时间即为功率管最小关断时间，其大小与电流IDIM2成反比，即与DIM端电压成反比。
如图3所示，所述LED电流采样和调光补偿产生部件包括：第八晶体管M8，第五电阻RCS，第六电阻R6，第二比较器Comp2，及由发光二极管LED、电感L、二极管D1构成的回路，所述回路中还包括一与所述发光二极管LED并联的第二电容C2。
所述第八晶体管M8的栅极接所述控制信号TC，漏极接所述回路，源极接所述第五电阻RCS的一端，其中所述第五电阻RCS的另一端接地；所述第六电阻R6的一端接所述第八晶体管M8的源极，另一端接所述第二比较器Comp2的负输入端，其中所述输出电流IDIM1控制补偿第六电阻R6的电压，所述第二比较器Comp2的正输入端接电压REF4；
具体地，第五电阻RCS为采样电阻，第六电阻R6为补偿电阻，采样电阻RCS与第八晶体管M8相连进行电流采样，CS端为采样端。CS端连接补偿电阻R6，电流IDIM1流经补偿电阻R6产生补偿电压△VCS。第二比较器Comp2的负输入端连接补偿电阻R6，其电压为采样电压VCS和补偿电压△VCS之和。第二比较器Comp2正输入端连接参考电压REF4，其值为最大电流检测阈值。实际的CS端电流检测阈值为REF4与补偿电压△VCS之差。在第八晶体管M8开启时，电感电流线性上升，RCS上的采样电压随之线性上升。当采样电压大 于CS端电流检测阈值后，第二比较器Comp2输出跳变为低电位，使功率管控制信号TC跳变为低电位，第八晶体管M8随之关断。之后，发光二极管LED、储能电感L、二极管D1构成一个回路，电感电流线性下降。
在DIM电压较高时，补偿电压△VCS较小，最小关断时间较小，电感电流下降为零的时间大于最小关断时间，LED驱动电路工作在电感电路临界模式。在电感电流下降为零后，第八晶体管M8开启，外部电源对储能电感L重新充电，电感电流再次线性上升。当DIM电压下降，进入低压控制区间，补偿电压△VCS和最小关断时间随之增大。由于补偿电压△VCS增大，使得储能电感电流峰值下降，电感的充放电时间减小。当电感电流下降为零的时间小于最小关断时间，LED驱动电路改为工作在电感电流断续模式，使LED电流进一步下降，降低调光下限，拓宽调光范围。
本发明实施例的模拟调光方案有两种调光机制，第一个是在全区间的电感峰值电流变化，由输出电流IDIM1控制补偿电压进行控制，如图5和图6所示。第二个是在低压控制区间的最小关断时间控制，使LED驱动由电感电流临界模式转变为电感电流断续模式，进行相应调光，电感电流具体如图4所示。
本发明的上述方案，用外部模拟电压信号DIM控制的两个工作在不同控制区间的差分形式压控电流源输出电流，控制电流检测阈值的补偿电压△VCS的大小和MOSFET最小关断时间。与现有技术相比，本方案是适应于工作在电感电流临界模式的LED驱动电路，且调光效果在整个DIM电压控制区间变化平滑，可以进行精确调光。设置一个DIM关断电压，当DIM电压低于关断电压时，LED驱动电路关闭，而在DIM电压接近关断电压时，LED电流减小，但始终存在导通电流而不会关断。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于LED照明的模拟调光电路，其特征在于，包括：工作于高压和低压控制区间的两个压控电流源，及与所述两个压控电流源连接的关断时间最小值计时部件、LED电流采样和调光补偿产生部件；其中，
所述工作于高压控制区间的压控电流源为所述调光补偿产生部件提供输入电流；
所述工作于低压控制区间的压控电流源为所述调光补偿产生部件和所述关断时间最小值计时部件提供输入电流；
所述工作于高压控制区间的压控电流源输出与控制电压DIM成反比的调光补偿电流；所述工作于低压控制区间的压控电流源输出与控制电压DIM成反比的调光补偿电流和与所述控制电压DIM成正比的计时输出电流；
其中，调光补偿电流IDIM1用于控制补偿电压的大小，输出电流IDIM2用于控制最小关断时间；
所述调光补偿电流IDIM1为所述工作于高压控制区间的压控电流源和所述工作于低压控制区间的压控电流源输出的与控制电压成反比的调光补偿电流之和；所述输出电流IDIM2为工作于低压控制区间的压控电流源输出的与控制电压成正比的计时输出电流经过镜像电路得到的；
所述关断时间最小值计时部件包括：第一电容C1，第七晶体管M7，第一比较器Comp1；其中，
所述第一电容C1的一端接所述第七晶体管M7的漏极和第一比较器Comp1的正输入端，另一端接地，其中所述输出电流IDIM2对所述第一电容C1进行充电；
所述第七晶体管M7的栅极接控制信号TC，源极接地；
所述第一比较器Comp1的负输入端接电压REF3；
所述LED电流采样和调光补偿产生部件包括：第八晶体管M8，第五电阻RCS，第六电阻R6，第二比较器Comp2，及由发光二极管LED、电感L、二极管D1构成的回路；其中，
所述第八晶体管M8的栅极接所述控制信号TC，漏极接所述回路，源极接所述第五电阻RCS的一端，其中所述第五电阻RCS的另一端接地；
所述第六电阻R6的一端接所述第八晶体管M8的源极，另一端接所述第二比较器Comp2的负输入端，其中所述输出电流IDIM1控制补偿第六电阻R6的电压，所述第二比较器Comp2的正输入端接电压REF4；
其中所述回路中还包括一与所述发光二极管LED并联的第二电容C2。
2.根据权利要求1所述的用于LED照明的模拟调光电路，其特征在于，所述工作于高压控制区间的压控电流源包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、及电流源I1；其中，
所述第一晶体管M1的栅极接高位参考电压REF2，漏极接所述第五电阻R5的一端，源极接所述第一电阻R1的一端，其中所述第五电阻R5的另一端接地；
所述第二晶体管M2的栅极接控制电压DIM，源极接所述第二电阻R2的一端；
所述电流源I1作为输入电流源，其中所述第一电阻R1和第二电阻R2并联对所述电流源I1进行分流，所述第二晶体管M2的输出电流为所述输入电流源I1的分流I3，与所述控制电压DIM成反比。
3.根据权利要求2所述的用于LED照明的模拟调光电路，其特征在于，所述工作于低压控制区间的压控电流源包括：第三晶体管M3、第四晶体管M4、第三电阻R3、第四电阻R4、电流源I2，及由第五晶体管M5、第六晶体管M6组成的镜像电路；其中，
所述第三晶体管M3的栅极接所述控制电压DIM，源极接所述第三电阻R3的一端；
所述第四晶体管M4的栅极接低位参考电压REF1，源极接所述第四电阻R4的一端，漏极接所述第五晶体管M5的漏极；
所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6的栅极互连，源极均接地，其中所述第五晶体管M5的栅极与漏极连接；
所述电流源I2作为输入电流源，其中所述第三电阻R3和第四电阻R4并联对所述电流源I2进行分流，所述第三晶体管M3的输出电流为所述输入电流源I2的分流I4，与所述控制电压DIM成反比，所述第四晶体管M4的输出电流为所述输入电流源I2的另一个分流I5，与所述控制电压DIM成正比。
4.根据权利要求3所述的用于LED照明的模拟调光电路，其特征在于，所述电流I3与I4之和为输出电流IDIM1，所述电流I5经过所述镜像电路，得到输出电流IDIM2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |