CN108924995A - Led均流电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED均流电路，包括恒流模块、控制模块、树状均流模块以及若干路LED灯串；所述恒流模块分别与每一路所述LED灯串中的第一个LED的阳极连接，所述恒流模块用于为所有的所述LED灯串提供恒定的总电流；所述树状均流模块包括若干个MOS管，所述树状均流模块分别与每一路所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接，且所述树状均流模块分别与所述控制模块和所述恒流模块连接；所述控制模块用于分别向每个所述MOS管输出PWM驱动信号，以控制每个所述MOS管的开关状态；所述树状均流模块用于通过每个所述MOS管开关状态的改变使每一路所述LED灯串的电流平均分配。本发明能够解决均流精度不高的问题。本发明还公开了采用上述LED均流电路的电子设备。

Description

LED均流电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，特别是涉及一种LED均流电路及电子设备。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光)，随着LED技术的发展和普及，越来越多的电子产品都会使用到LED，例如电视机，空调机等，都有LED的应用。为了提升美感，电子设备中常常会使用多串LED，每一串LED由多个依次串联的LED灯珠组成，为了保证亮显的稳定性，需要对多串LED进行均流处理。
传统的解决方式采用的是相同电流控制同规格三极管导通电流的形式，如图6所示，三极管均流方案的原理是，在给定的一个恒压源情况下，利用恒压源后的限流电阻及三极管基极与集电极之间的导通电阻RBE，产生一个恒定电流IBE，IBE会持续流经三极管的基极与集电极之间。由于三极管工作在放大状态下，发射极与集电极之间的电流ICE与IBE之间存在正比关系，具体公式为ICE＝(1+β)×IBE。β为由三极管内部特性决定，是一个固定不变的值。当LED多路同时输出时，在每路输出上分别接入一个同规格的三极管(即β与RBE相同)的集电极和发射极，并将所有三极管的发射极连接在一起，将同一恒压源串联同一限流电阻分别接入三极管的基极。此时，流经每个三极管的IBE及ICE相同。而ICE即为流经单路的LED电流。故每路LED电流相同，实现均流。
上述传统的解决方案，一方面受生产工艺限制，同规格三极管在实际生产中，β及RBE仍然存在一定的数值差异，造成均流精度不足了；另一方面，三极管工作在放大状态下，其β及RBE会受到器件温度及环境温度的影响，导致数值变动，使得均流精度出现温飘的情况，进一步影响了均流精度。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种LED均流电路，解决现有技术均流精度不高的问题。
一种LED均流电路，包括恒流模块、控制模块、树状均流模块以及若干路LED灯串；
所述恒流模块分别与每一路所述LED灯串中的第一个LED的阳极连接，所述恒流模块用于为所有的所述LED灯串提供恒定的总电流；
所述树状均流模块包括若干个MOS管，所述树状均流模块分别与每一路所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接，且所述树状均流模块分别与所述控制模块和所述恒流模块连接；
所述控制模块用于分别向每个所述MOS管输出PWM驱动信号，以控制每个所述MOS管的开关状态；所述树状均流模块用于通过每个所述MOS管开关状态的改变使每一路所述LED灯串的电流平均分配。
根据本发明提出的LED均流电路，采用MOS管进行分段PWM调光，利用精准PWM时序，实现了数字均流取代传统的模拟均流，使均流精度更高，能够避免因器件的误差产生均流不均的问题，提高了***的可靠性。由于MOS管工作在导通状态下，无需利用MOS管内部放大特性，避免了在工作温度差异下造成的恒流精度温飘的情况，进一步保证了均流的精度。此外，驱动信号由控制模块发出，稳定可靠，不会受PCB走线及外界环境(例如温度、湿度)对电流精度造成的影响，提高了***均流的稳定性。
另外，根据本发明提供的LED均流电路，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述树状均流模块包括若干个N沟道MOS管和若干个P沟道MOS管，所述P沟道MOS管和所述N沟道MOS管的数量相等。
进一步地，所述LED灯串的路数为2n，n为大于等于1的整数，则所述树状均流模块中MOS管的总数为2n+1-2，其中，所述N沟道MOS管和所述P沟道MOS管的数量均为2n-1，所述控制模块输出的PWM驱动信号的数量为n。
进一步地，所述控制模块输出的每个PWM驱动信号的占空比均为50％。
进一步地，所述树状均流模块包括n串树状MOS电路，每一串所述树状MOS电路中设有数量相等的N沟道MOS管和P沟道MOS管，直接与所述LED灯串连接的第一串树状MOS电路中的MOS管的总数量为2n，且当n大于1时，前一串树状MOS电路中的MOS管的数量是后一串树状MOS电路的数量的两倍。
进一步地，所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管的漏极与所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接；当n等于1时，所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管的源极与所述恒流模块连接；当n大于1时，前一串树状MOS电路中的MOS管的源极与后一串树状MOS电路中的MOS管的漏极连接，最后一串树状MOS电路中的每个MOS管的源极与所述恒流模块连接。
进一步地，所述控制模块输出的第n个PWM驱动信号的频率为f，则所述控制模块输出的第1个PWM驱动信号的频率为2n-1*f。
进一步地，每个所述MOS管的栅极分别与所述控制模块连接，所述控制模块用于向所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管输出的所述第1个PWM驱动信号，以此类推，所述控制模块用于向所述第n串树状MOS电路中的每个MOS管输出的所述第n个PWM驱动信号。
进一步地，所述恒流模块和所述树状均流模块之间连接有采样电阻。
本发明的另一个目的在于提出一种电子设备，该电子设备至少包括上述的LED均流电路。由于该电子设备具有上述LED均流电路，因此，LED均流精度更高，LED的显示更加稳定可靠。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一实施例的LED均流电路的结构示意图；
图2是n＝1时LED均流电路的结构示意图；
图3是n＝2时LED均流电路的结构示意图；
图4是n＝2时LED均流电路中驱动信号示意图；
图5是n＝5时LED均流电路中树状均流模块的MOS分布图；
图6是传统的LED均流电路原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明的一实施例提出的LED均流电路，包括恒流模块10、控制模块20、树状均流模块30以及若干路LED灯串40。
所述恒流模块10分别与若干路LED灯串40中的每一路所述LED灯串中的第一个LED的阳极连接，所述恒流模块10用于为所有的所述LED灯串提供恒定的总电流，恒流模块10可以采用常规的恒流电路，在此不作限定。
所述树状均流模块30包括若干个MOS管，所述树状均流模块30分别与每一路所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接，且所述树状均流模块30分别与所述控制模块20和所述恒流模块10连接。
所述控制模块20用于分别向每个所述MOS管输出PWM驱动信号，以控制每个所述MOS管的开关状态。
所述树状均流模块30用于通过每个所述MOS管开关状态的改变使若干路LED灯串40中每一路所述LED灯串的电流平均分配。
其中，所述树状均流模块30包括若干个N沟道MOS管和若干个P沟道MOS管，所述P沟道MOS管和所述N沟道MOS管的数量相等。
所述LED灯串40的路数为2n，n为大于等于1的整数，则所述树状均流模块30中MOS管的总数为2n+1-2，其中，所述N沟道MOS管和所述P沟道MOS管的数量均为2n-1，所述控制模块20输出的PWM驱动信号的数量为n。
所述控制模块20输出的每个PWM驱动信号的占空比均为50％。
所述树状均流模块30包括n串树状MOS电路，其中，每一串所述树状MOS电路中设有数量相等的N沟道MOS管和P沟道MOS管，直接与所述LED灯串连接的第一串树状MOS电路中的MOS管的总数量为2n，且当n大于1时，前一串树状MOS电路中的MOS管的数量是后一串树状MOS电路的数量的两倍。
所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管的漏极与所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接；当n等于1时，所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管的源极与所述恒流模块连接；当n大于1时，前一串树状MOS电路中的MOS管的源极与后一串树状MOS电路中的MOS管的漏极连接，最后一串树状MOS电路中的每个MOS管的源极与所述恒流模块连接。
所述控制模块20输出的第n个PWM驱动信号的频率为f，则所述控制模块20输出的第1个PWM驱动信号的频率为2n-1*f。
每个所述MOS管的栅极分别与所述控制模块20连接，所述控制模块20用于向所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管输出的所述第1个PWM驱动信号，以此类推，所述控制模块用于向所述第n串树状MOS电路中的每个MOS管输出的所述第n个PWM驱动信号。
具体的，所述恒流模块10和所述树状均流模块30之间可以连接有采样电阻R，用于采集电流，进行电流监控。
为了详细描述上述LED均流电路的工作原理，下面以n＝1，以及n＝2为例进行说明。
n＝1时，请参阅图2，有两路LED灯串，分别为LED灯串1，LED灯串2，需要指出的是，图2中LED灯串1只画出了两个LED，但并不是对LED灯串中LED的数量的限制，LED灯串中的LED的数量可以为多个。则所述树状均流模块30中MOS管的总数为2，其中，N沟道MOS管和P沟道MOS管的数量均为1，分别为N沟道MOS管Q11和P沟道MOS管Q12，所述控制模块20输出的PWM驱动信号的数量为1。输出的这个PWM驱动信号的占空比均为50％。树状均流模块30只包括1串树状MOS电路，这1串树状MOS电路中即具有1个N沟道MOS管Q11和1个P沟道MOS管Q12，这两个MOS管的漏极与分别与两个LED灯串中的最后一个LED的阴极连接，两个MOS管的源极与所述恒流模块连接。两个MOS管的栅极分别与所述控制模块20连接，所述控制模块20用于分别向N沟道MOS管Q11和P沟道MOS管Q12输出频率为f的PWM驱动信号。
正常工作时，设恒流模块10给出的电流为Io。此时控制模块20会同时给Q11和Q12一个频率固定(具体为f)、占空比为50％的方波信号，由于Q11为N沟道MOS管，Q12为P沟道MOS管，因此当方波信号为高电平的时候，Q11导通，Q12截止，此时，LED灯串1形成通路，LED灯串1流过的电流为Io；当方波信号为低电平的时候，Q11截止，Q12导通，LED灯串2形成通路，LED灯串2流过的电流为Io。因此从一个周期看，LED灯串1流过的平均电流为Io/2，LED灯串2流过的平均电流也为Io/2。这样就实现了LED灯串1和LED灯串2的均流。
n＝2时，请参阅图3，有两路LED灯串，分别为LED灯串1，LED灯串2，LED灯串3，LED灯串4，则所述树状均流模块30中MOS管的总数为6，其中，N沟道MOS管和P沟道MOS管的数量均为3个，分别为N沟道MOS管Q11、N沟道MOS管Q13、N沟道MOS管Q21、P沟道MOS管Q12、P沟道MOS管Q14、P沟道MOS管Q22。
所述控制模块20输出的PWM驱动信号的数量为2，分别为驱动信号1和驱动信号2，两个PWM驱动信号的占空比均为50％。驱动信号1的频率为2f，驱动信号2的频率为f。
树状均流模块30包括2串树状MOS电路，分别为直接与所述LED灯串连接的第一串树状MOS电路301以及与第一串树状MOS电路301连接的第二串树状MOS电路302，其中，第一串树状MOS电路301由于直接与LED灯串连接，因此，第一串树状MOS电路301是第二串树状MOS电路302的前一串树状MOS电路，而相应的，第二串树状MOS电路302是第一串树状MOS电路301的后一串树状MOS电路，第一串树状MOS电路301中的MOS管的数量为4，是第二串树状MOS电路302中的MOS管的数量的两倍。
第一串树状MOS电路301中具有N沟道MOS管Q11、N沟道MOS管Q13、P沟道MOS管Q12、P沟道MOS管Q14。这四个MOS管的漏极与分别与四个LED灯串中的最后一个LED的阴极连接。
第二串树状MOS电路302中具有N沟道MOS管Q21、P沟道MOS管Q22。
第一串树状MOS电路301中的四个MOS管的源极与第二串树状MOS电路302中的MOS管的漏极连接，第二串树状MOS电路302中的一个MOS管的漏极连接第一串树状MOS电路301中一个N沟道MOS管的源极和一个P沟道MOS管的源极，具体的，Q11以及Q12的源极连接Q21的漏极，Q13以及Q14的源极连接Q22的漏极，Q21和Q22的源极连接所述恒流模块10。
Q11、Q12、Q13、Q14、Q21、Q22的栅极分别与所述控制模块20连接，所述控制模块20用于向所述第一串树状MOS电路中的Q11、Q12、Q13、Q14输出的所述驱动信号1，所述控制模块20用于向所述第2串树状MOS电路中的Q21、Q22输出的所述驱动信号2。
驱动信号示意图如图4所示。其中驱动信号1的周期为T，驱动信号2的周期为2T。也就是说，驱动信号1的频率为驱动信号的2倍。占空比方面，驱动信号1与驱动信号2的占空比均为50％。
同样设定恒流模块给出的电流为Io，从图4中可以看到：
第一阶段：驱动信号1处于高电平，驱动信号2也处于高电平，此时Q11、Q13的NMOS管导通，Q12、Q14的PMOS管截止。Q21的NMOS管导通，Q22的PMOS管截止。因此只有LED灯串1可以形成回路，那么此时流过LED灯串1的电流即为Io。
第二阶段：驱动信号1处于低电平，驱动信号2仍为高电平，此时Q11、Q13的NMOS管截止，Q12、Q14的PMOS管导通。Q21的NMOS管导通，Q22的PMOS管截止。因此只要LED灯串2可以形成回路，此时流过LED灯串2的电流为Io。
第三阶段：驱动信号1变回高电平，驱动信号2变成低电平，此时Q11、Q13的NMOS管导通，Q12、Q14的PMOS管截止。Q21的NMOS管截止，Q22的PMOS管导通。因此只要LED灯串3可以形成回路，此时流过LED灯串3的电流为Io。
第四阶段：驱动信号1处于低电平，驱动信号2仍为低电平，此时Q11、Q13的NMOS管截止，Q12、Q14的PMOS管导通。Q21的NMOS管截止，Q22的PMOS管导通。因此只要LED灯串4可以形成回路，此时流过LED灯串4的电流为Io。
从上述结果可以看出，在周期2T时间内，在它们各自形成回路的时间段内每个LED灯串流过的电流均为Io，持续时间均为T/2。因此可以得到在2T时间内，流过每路LED灯串的平均电流均为Io/4。这样就实现了4路LED灯串的均流。
上述仅以n＝1和n＝2为例说明了该LED均流电路的工作原理，至少n为其它正整数的情况，其工作原理是一致的，例如，请参阅图5，n＝5时，有32串LED灯串需要均流，需要的MOS管总数为62个，其中PMOS管31个，NMOS管31个，需要驱动信号个数为5个，驱动信号1的频率为16f，驱动信号2的频率为8f，驱动信号3的频率为4f，驱动信号4的频率为2f，驱动信号5的频率为f，从而可以实现32路LED灯串均流，其中每个灯串流过电流为Io/32。
综上所述，根据本实施例提出的LED均流电路，采用MOS管进行分段PWM调光，利用精准PWM时序，实现了数字均流取代传统的模拟均流，使均流精度更高，能够避免因器件的误差产生均流不均的问题，提高了***的可靠性。由于MOS管工作在导通状态下，无需利用MOS管内部放大特性，避免了在工作温度差异下造成的恒流精度温飘的情况，进一步保证了均流的精度。此外，驱动信号由控制模块发出，稳定可靠，不会受PCB走线及外界环境(例如温度、湿度)对电流精度造成的影响，提高了***均流的稳定性。
本发明的另一实施例还提出一种电子设备，该电子设备至少包括上述的LED均流电路，采用该LED均流电路的电子设备，LED均流精度更高，LED的显示更加稳定可靠。该电子设备例如是电视机、冰箱、空调，或其它需要使用LED的设备。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED均流电路，其特征在于，包括恒流模块、控制模块、树状均流模块以及若干路LED灯串；
所述恒流模块分别与每一路所述LED灯串中的第一个LED的阳极连接，所述恒流模块用于为所有的所述LED灯串提供恒定的总电流；
所述树状均流模块包括若干个MOS管，所述树状均流模块分别与每一路所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接，且所述树状均流模块分别与所述控制模块和所述恒流模块连接；
所述控制模块用于分别向每个所述MOS管输出PWM驱动信号，以控制每个所述MOS管的开关状态；所述树状均流模块用于通过每个所述MOS管开关状态的改变使每一路所述LED灯串的电流平均分配。
2.根据权利要求1所述的LED均流电路，其特征在于，所述树状均流模块包括若干个N沟道MOS管和若干个P沟道MOS管，所述P沟道MOS管和所述N沟道MOS管的数量相等。
3.根据权利要求1所述的LED均流电路，其特征在于，所述LED灯串的路数为2n，n为大于等于1的整数，则所述树状均流模块中MOS管的总数为2n+1-2，其中，所述N沟道MOS管和所述P沟道MOS管的数量均为2n-1，所述控制模块输出的PWM驱动信号的数量为n。
4.根据权利要求3所述的LED均流电路，其特征在于，所述控制模块输出的每个PWM驱动信号的占空比均为50％。
5.根据权利要求3所述的LED均流电路，其特征在于，所述树状均流模块包括n串树状MOS电路，每一串所述树状MOS电路中设有数量相等的N沟道MOS管和P沟道MOS管，直接与所述LED灯串连接的第一串树状MOS电路中的MOS管的总数量为2n，且当n大于1时，前一串树状MOS电路中的MOS管的数量是后一串树状MOS电路的数量的两倍。
6.根据权利要求5所述的LED均流电路，其特征在于，所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管的漏极与所述LED灯串中的最后一个LED的阴极连接；当n等于1时，所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管的源极与所述恒流模块连接；当n大于1时，前一串树状MOS电路中的MOS管的源极与后一串树状MOS电路中的MOS管的漏极连接，最后一串树状MOS电路中的每个MOS管的源极与所述恒流模块连接。
7.根据权利要求6所述的LED均流电路，其特征在于，所述控制模块输出的第n个PWM驱动信号的频率为f，则所述控制模块输出的第1个PWM驱动信号的频率为2n-1*f。
8.根据权利要求7所述的LED均流电路，其特征在于，每个所述MOS管的栅极分别与所述控制模块连接，所述控制模块用于向所述第一串树状MOS电路中的每个MOS管输出的所述第1个PWM驱动信号，以此类推，所述控制模块用于向所述第n串树状MOS电路中的每个MOS管输出的所述第n个PWM驱动信号。
9.根据权利要求1所述的LED均流电路，其特征在于，所述恒流模块和所述树状均流模块之间连接有采样电阻。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的LED均流电路。
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