CN105307310A - 一种低压差恒流驱动led的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压差恒流驱动LED的方法，驱动驱动电路由集成AD采样的单片机、基准电压源、Buck变换电路(C1、R1、Q1、D1、L1、C2)、运放输入失调偏置电路(R4、R3)、LED电流采样及放大电路(R2、U1、C3、R5、R6、C4)构成。其基本原理是，单片机输出PWM信号控制Buck电路的输出到LED的功率，R2检测LED电流，经U1放大后，反馈到单片机AD采样输入端，采样后由单片机的程序进行比较后调整输出的脉宽，如此形成一个反馈循环，可对LED进行恒流驱动。

Description

一种低压差恒流驱动LED的方法

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，更具体的说，涉及一种LED背光驱动方法。

背景技术

目前，在电池供电情况下的LED照明技术中，采用的技术有：线性降压恒流驱动、使用PWM降压型芯片的恒流驱动、PWM升压型芯片的恒流驱动。他们存在的优缺点如下表：

注：上表中说所的整体效率是指LED驱动功率比上产品的整体功耗(包括单片机的消耗)。

由此可见，本发明在低电压情况下在各方面有很大的优势，意味着我们可以使用单节理电池来对LED进行供电也能有很好的性能，而单节理电池会给产品其他方面带来优化，比如1)简化了多节锂电池串联时充电的均衡处理电路，也不需要对串联的锂电池进行筛选匹配，无形之间延长了锂电池循环充电的寿命。2)由于高效性，在可提供相同的照明时间情况下，可降低产品在***上的配置，节省***成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种低压差恒流驱动LED的方法，其适应低压差情况，能够恒流驱动LED且恒流范围大，能够具有高效率性和低成本性。

驱动电路由集成AD采样的单片机、基准电压源、Buck变换电路(C1、R1、Q1、D1、L1、C2)、运放输入失调偏置电路(R4、R3)、LED电流采样及放大电路(R2、U1、C3、R5、R6、C4)构成。其基本原理是，单片机输出PWM信号控制Buck电路的输出到LED的功率，R2检测LED电流，经U1放大后，反馈到单片机AD采样输入端，采样后由单片机的程序进行比较后调整输出的脉宽，如此形成一个反馈循环，可对LED进行恒流驱动。

Buck变换电路中，C1是电源滤波电容，Q1为PMOS型开关管，R1是Q1栅极上拉电阻，D1是肖特基型二极管，起续流作用；L1为储能电感，C2是一个容量较大的滤波电容。Buck结构是一个公开的通用技术，在这里不再叙述原理。

需要说明的是，本发明的Buck的工作模式与普通方法不一样。Buck一般可工作于3种模式，连续电流模式、不连续电流模式和临界电流模式。通常的方法是让其工作在连续电流模式下，而本发明将其工作在非连续电流模式。

连续电流模式的纹波较其他模式更小，但需要的电感L1的电感值较大(通常单片机输出的PWM信号的频率不高，在十几千赫兹到几十千赫兹之间)，那么电感的体积或者电感的直流内阻(DCR)也变大，不利于实现高效的性能指标。本发明避开了传统做法，而让Buck变换电路主要工作在不连续电流模式下，使得可以使用小体积电感，其电感的DCR很小，容易实现高效与低压差特性。这种方式下输出纹波会偏高，因此我们在输出端使用了一个容值较大的滤波电容C2，以降低纹波。

电流采样及放大电路由R2、U1、C3、R5、R6、C4构成，其中R2为采样电阻，LED的电流将在R2上产生电压降，U1、R5、R6、C4构成一个直流放大器，负责将R2上的电压进行放大，送到单片机进行AD转换。U1的放大倍数由R5、R6决定，C4的作用是降低频率较高的纹波。

由于R2的电阻很小，当使用小电流驱动LED的情况下，R2的压降很小(例如R2＝0.05欧，LED电流＝20mA，那么R2的压降＝1mV)，对于直流放大而言，运放的输入失调电压都可能大于1mV，因此将导致不能正常工作。因此本发明在运放的正输入端叠加了一个偏置电压(由基准源、R3、R4构成)，其偏置的幅度略高于运放的输入失调电压，让其处于正偏置，这样保证：

正偏置电压-输入失调电压>0

(正偏置电压+R2上的最大压降)×放大倍数<运放最大输出摆幅

这样始终可使运放的输出工作于线性状态，由于解决了运放输入失调的问题，大大延伸了在小电流恒流控制的可能。

运放的电源由单片机控制，以降低不使用的功耗，C3是运放电源端的退耦电容。

当不驱动LED电流时，单片机打开运放电源进行学习，记录下偏置后的输出电压，将其值存入到单片机的eeprom中，在正常使用时，单片机程序减去这个底数，便得到实际值，如此完成了正确的采样，消除了运放输入失调误差。根据产品的实际情况，可在上电或者在使用过程中进行学习。

本发明的有益效果是：1)适应低压差情况，2)能够恒流驱动LED且恒流范围大，3)能够具有高效率性和低成本性。

附图说明

图1是本发明低压差恒流驱动LED的电路原理图；

图2是本发明单片机的上电学习流程示意图。

具体实施方式

驱动电路由集成AD采样的单片机、基准电压源、Buck变换电路(C1、R1、Q1、D1、L1、C2)、运放输入失调偏置电路(R4、R3)、LED电流采样及放大电路(R2、U1、C3、R5、R6、C4)构成。其基本原理是，单片机输出PWM信号控制Buck电路的输出到LED的功率，R2检测LED电流，经U1放大后，反馈到单片机AD采样输入端，采样后由单片机的程序进行比较后调整输出的脉宽，如此形成一个反馈循环，可对LED进行恒流驱动。

Buck变换电路中，C1是电源滤波电容，Q1为PMOS型开关管，R1是Q1栅极上拉电阻，D1是肖特基型二极管，起续流作用；L1为储能电感，C2是一个容量较大的滤波电容。Buck结构是一个公开的通用技术，在这里不再叙述原理。

需要说明的是，本发明的Buck的工作模式与普通方法不一样。Buck一般可工作于3种模式，连续电流模式、不连续电流模式和临界电流模式。通常的方法是让其工作在连续电流模式下，而本发明将其工作在非连续电流模式。

连续电流模式的纹波较其他模式更小，但需要的电感L1的电感值较大(通常单片机输出的PWM信号的频率不高，在十几千赫兹到几十千赫兹之间)，那么电感的体积或者电感的直流内阻(DCR)也变大，不利于实现高效的性能指标。本发明避开了传统做法，而让Buck变换电路主要工作在不连续电流模式下，使得可以使用小体积电感，其电感的DCR很小，容易实现高效与低压差特性。这种方式下输出纹波会偏高，因此我们在输出端使用了一个容值较大的滤波电容C2，以降低纹波。

电流采样及放大电路由R2、U1、C3、R5、R6、C4构成，其中R2为采样电阻，LED的电流将在R2上产生电压降，U1、R5、R6、C4构成一个直流放大器，负责将R2上的电压进行放大，送到单片机进行AD转换。U1的放大倍数由R5、R6决定，C4的作用是降低频率较高的纹波。

由于R2的电阻很小，当使用小电流驱动LED的情况下，R2的压降很小(例如R2＝0.05欧，LED电流＝20mA，那么R2的压降＝1mV)，对于直流放大而言，运放的输入失调电压都可能大于1mV，因此将导致不能正常工作。因此本发明在运放的正输入端叠加了一个偏置电压(由基准源、R3、R4构成)，其偏置的幅度略高于运放的输入失调电压，让其处于正偏置，这样保证：

正偏置电压-输入失调电压>0

(正偏置电压+R2上的最大压降)×放大倍数<运放最大输出摆幅

这样始终可使运放的输出工作于线性状态，由于解决了运放输入失调的问题，大大延伸了在小电流恒流控制的可能。

运放的电源由单片机控制，以降低不使用的功耗，C3是运放电源端的退耦电容。

当不驱动LED电流时，单片机打开运放电源进行学习，记录下偏置后的输出电压，将其值存入到单片机的eeprom中，在正常使用时，单片机程序减去这个底数，便得到实际值，如此完成了正确的采样，消除了运放输入失调误差。根据产品的实际情况，可在上电或者在使用过程中进行学习。

Claims (5)

1.一种低压差恒流驱动LED的方法，其特征在于：驱动电路包括集成AD采样的单片机、基准电压源、Buck变换电路(C1、R1、Q1、D1、L1、C2)、运放输入失调偏置电路(R4、R3)、LED电流采样及放大电路(R2、U1、C3、R5、R6、C4)，其中，单片机输出PWM信号控制Buck电路的输出到LED的功率，R2检测LED电流，经U1放大后，反馈到单片机AD采样输入端，采样后由单片机的程序进行比较后调整输出的脉宽，如此形成一个反馈循环，可对LED进行恒流驱动。

2.根据权利要求1所述的一种低压差恒流驱动LED的方法，其特征在于：所述Buck变换电路在不连续电流模式下工作，使用小体积电感，其电感的直流内阻很小，实现高效与低压差特性。

3.根据权利要求2所述的一种低压差恒流驱动LED的方法，其特征在于：所述Buck变换电路中的滤波电容C2采用较大容值的滤波电容，以减低纹波。

4.根据权利要求1所述的一种低压差恒流驱动LED的方法，其特征在于：LED的电流在所述LED电流采样及放大电路中的采样电阻R2上产生电压降，电压在采样电阻R2上被放大后送到单片机进行AD转换。

5.根据权利要求1所述的一种低压差恒流驱动LED的方法，其特征在于：当不驱动LED电流时，单片机打开运放电源进行学习，记录下偏置后的输出电压，将其值存入到单片机的eeprom中，在正常使用时，单片机程序减去这个底数，便得到实际值，如此完成了正确的采样，消除了运放输入失调误差。