CN116133184A - 一种led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED驱动电路，包括稳压源、基准电路、地址模块、振荡器电路、信号识别电路、数据解码电路、电平转换电路、模式控制电路、输出驱动电路；本发明可实现多个LED单元各自独立受控的方案。

Description

一种LED驱动电路
技术领域
本发明涉及LED显示屏驱动领域，尤其是一种LED驱动电路。
背景技术
目前在该领域大量使用的LED单元，一种是将多个LED单元并联在一根数据线上，控制器通过数据线发送控制数据，LED单元根据自己的固有地址接收属于自己的数据。将其他单元的数据通过数据输出端向后传输，所有LED单元按照设计好的数据协议接收自己的数据。
以上方法可以实现控制器对各个LED单元的独立控制，但是需要多根电线才能使各个LED单元正常工作，使用电线量较大，成本较高，调试慢，可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供LED驱动电路，只用来实现多个LED单元各自独立受控的方案，如此将大大降低生产成本，同时因使用电线根数减少而提高了***可靠性，工程调试也更简单。本发明采用的技术方案是：
一种LED驱动电路，包括稳压源、基准电路、地址模块、振荡器电路、信号识别电路、数据解码电路、电平转换电路、模式控制电路、输出驱动电路；
所述稳压源用于将电源线上的电压转换为内部电源，供给至数据解码电路、信号识别电路和振荡器电路；
基准电路用于产生基准电压VREF并输出至信号识别电路；
地址模块用于存储LED驱动电路的固有地址，并提供给数据解码电路；
振荡器电路用于产生第一时钟CLK并输出至数据解码电路；
信号识别电路根据基准电压VREF和电源线上的电压信号，产生内部标准数字信号VDA并向数据解码电路发送；内部标准数字信号VDA中包括地址数据和控制数据；
数据解码电路从内部标准数字信号VDA中解析得到属于本LED驱动电路的控制数据，并通过电平转换电路进行数字电平转换后，控制数据中的模式运行速度信号、运行模式信号进入模式控制电路，控制数据中的电流控制信号进入输出驱动电路；模式控制电路通过三基色使能信号端控制输出驱动电路；输出驱动电路的三基色输出端用于连接LED。
进一步地，信号识别电路包括电阻R1、R2、R3，比较器U1，反相器U2，NMOS管Q1；
电阻R1的一端用于接电源线上的电压VDD，另一端接电阻R2一端和比较器U1的同相输入端，电阻R2的另一端接电阻R3的一端和NMOS管Q1的漏极，比较器U1的反相输入接基准电压VREF，输出端通过反相器U2接NMOS管Q1的栅极，电阻R3和NMOS管Q1的源极用于接地线；比较器输出端输出内部标准数字信号VDA。
进一步地，
数据解码电路包括多位锁存器、多位移位寄存器、精准时钟电路、边沿检测电路、起停检测电路、或门U3、非门U4，RS触发器U5、位计数器、数据计数器、地址检测电路、数据锁存电路；
边沿检测电路的输入端和时钟端分别接内部标准数字信号VDA和第一时钟CLK，产生对应于VDA上升沿的DPL信号；
精准时钟电路的时钟端和复位端分别接第一时钟CLK和DPL信号；并产生第二时钟CK190US；
启停检测电路的数字输入端接内部标准数字信号VDA，时钟端接第二时钟CK190US，启停检测电路的一个输出信号RSTB通过非门U4接RS触发器U5的一个输入端，另一个输出信号END接RS触发器U5的另一输入端，RS触发器U5的输出端输出ENOM信号至或门U3的输入端，以及模式控制电路的使能端；
或门U3的一个输入端接DPL信号，输出端接位计数器的复位端；
位计数器的时钟端接第二时钟CK190US，输出端输出DCK信号，并分别发送至数据计数器的时钟端和地址检测电路的时钟端以及多位移位寄存器时钟端；
数据计数器的复位端接启停检测电路的一个输出信号RSTB，数据计数器的两个输出使能信号D7BIT和D19BIT分别接地址检测电路的数据使能端和数据锁存电路的数据使能端；其中输出使能信号D19BIT还接或门U3的输入端；
多位移位寄存器的数字输入端和时钟端分别接内部标准数字信号VDA和DCK信号，输出接多位锁存器的输入端以及地址检测电路的验证位与地址输入复用端；
地址检测电路的地址输入端接地址模块的输出，地址检测电路的复位端接启停检测电路的一个输出信号RSTB，地址检测电路的输出端接数据锁存电路的数据输入端并发送DAOK信号；
数据锁存电路的时钟端接第一时钟CLK，输出端接多位锁存器的数据锁存信号端；
多位锁存器的输出端输出控制数据。
本发明的优点在于：本发明通过改进的LED驱动电路，从而使得该领域的LED可控灯串从目前的主流三线应用变成两线应用，降低了工程成本和***调试难度，节约了电线资源，同时也提高了***可靠性。
附图说明
图1为本发明的两线并联LED灯串应用示意图；
图2为本发明的电原理图；
图3为本发明的信号识别电路原理图；
图4为本发明的数据解码电路原理图；
图5为本发明驱动电路用于芯片的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明适用于需要多组LED灯并联且可以各自独立受控的***中；本LED驱动电路将和三基色LED灯一起构成一个LED单元；所述的LED单元在室内外装饰装潢，节日装饰灯等领域大量使用。在图3中，IC代表LED驱动电路。
本发明提供一种实现多个LED单元各自独立受控的方案，如此将大大降低生产成本，同时因使用电线根数减少而提高了***可靠性，工程调试也更简单；
由于LED灯串只有电源线和地线组成，没有专门的数据线来为各个LED单元传送数据，所以本发明设计了一种利用电源线传输数据的方案，从而实现了在电源线上传输数据的目的；这种方案只需控制器增加少许元件，将数据按照方案要求加载到电源线上即可，实现方法非常简单。
应用时只需将多个LED单元的正极和负极分别连接在控制器驱动的电源线和地线上即可，如图3；因为每个LED单元中都有一个本发明公开的LED驱动电路，所述的LED驱动电路将完成从电源线上获取属于自己的数据的任务；
本发明提供的LED驱动电路，如图2所示，包括稳压源、基准电路、地址模块、振荡器电路、信号识别电路、数据解码电路、电平转换电路、模式控制电路、输出驱动电路；
所述稳压源用于将电源线上的电压转换为内部电源V2D1，供给至数据解码电路、信号识别电路和振荡器电路；
基准电路用于产生基准电压VREF并输出至信号识别电路；
地址模块用于存储LED驱动电路的固有地址AD[2:0]，并提供给数据解码电路；
振荡器电路用于产生第一时钟CLK并输出至数据解码电路；
信号识别电路根据基准电压VREF和电源线上的电压信号VDD，产生内部标准数字信号VDA并向数据解码电路发送；内部标准数字信号VDA中包括验证位、地址数据和控制数据；
数据解码电路从内部标准数字信号VDA中解析得到属于本LED驱动电路的控制数据DA[11:0]，并通过电平转换电路进行数字电平转换后，使得控制数据DA[11:0]中的模式运行速度信号DA[11:10]、运行模式信号DA[3:0]进入模式控制电路，使得控制数据中的电流控制信号DA[9:4]进入输出驱动电路；模式控制电路通过三基色使能信号端ENR、ENG、ENB控制输出驱动电路；输出驱动电路的三基色输出端OUTR、OUTG、OUTB用于连接LED；
如图3所示，信号识别电路包括电阻R1、R2、R3，比较器U1，反相器U2，NMOS管Q1；
电阻R1的一端用于接电源线上的电压VDD，另一端接电阻R2一端和比较器U1的同相输入端，电阻R2的另一端接电阻R3的一端和NMOS管Q1的漏极，比较器U1的反相输入接基准电压VREF，输出端通过反相器U2接NMOS管Q1的栅极，电阻R3和NMOS管Q1的源极用于接地线；比较器输出端输出内部标准数字信号VDA；
本发明的数据传输方案用于LED单元获取属于自己的控制数据，控制器使用本数据传输方案发送数据，即可实现对各个LED单元的有效控制；数据发送是通过电源线为载体来完成的，信号识别电路会将电源线上的幅值分别是2.5V和5V的电压信号，分别转换为内部幅值为0V和2.1V的内部标准数字信号VDA；
本发明中比较关键的是数据解码电路，参见图4；
数据解码电路包括12位锁存器、12位移位寄存器、精准时钟电路、边沿检测电路、起停检测电路、或门U3、非门U4，RS触发器U5、位计数器、数据计数器、地址检测电路、数据锁存电路；
边沿检测电路的输入端和时钟端分别接内部标准数字信号VDA和第一时钟CLK，产生对应于VDA上升沿的DPL信号；
精准时钟电路的时钟端和复位端分别接第一时钟CLK和DPL信号；并产生第二时钟CK190US；第二时钟CK190US的周期是190μs；
启停检测电路的数字输入端接内部标准数字信号VDA，时钟端接第二时钟CK190US，启停检测电路的一个输出信号RSTB通过非门U4接RS触发器U5的一个输入端，另一个输出信号END接RS触发器U5的另一输入端，RS触发器U5的输出端输出ENOM信号至或门U3的输入端，以及模式控制电路的使能端(图2中)；
或门U3的一个输入端接DPL信号，输出端接位计数器的复位端；
位计数器的时钟端接第二时钟CK190US，输出端输出DCK信号，并分别发送至数据计数器的时钟端和地址检测电路的时钟端以及12位移位寄存器时钟端；
数据计数器的复位端接启停检测电路的一个输出信号RSTB，数据计数器的两个输出使能信号D7BIT和D19BIT分别接地址检测电路的数据使能端(图4中的D7BIT)和数据锁存电路的数据使能端(图4中的D19BIT)；其中输出使能信号D19BIT还接或门U3的输入端；
12位移位寄存器的数字输入端和时钟端分别接内部标准数字信号VDA和DCK信号，输出接12位锁存器的输入端以及地址检测电路的验证位与地址输入复用端(图4中的DAT[6:0])；
地址检测电路的地址输入端接地址模块的输出，即AD[2:0]，地址检测电路的复位端接启停检测电路的一个输出信号RSTB，地址检测电路的输出端接数据锁存电路的数据输入端并发送DAOK信号；
数据锁存电路的时钟端接第一时钟CLK，输出端接12位锁存器的数据锁存信号端，即图4中的LCH端；
12位锁存器的输出端输出控制数据DA[11:0]；
下面介绍本发明的工作原理：
LED驱动电路(图3中的IC)和红、绿、蓝三色LED灯封装在一起构成一个LED单元，所述的LED单元只有两根引出端，正极和负极；按照附图3的连接方式，将LED单元并联在一起，所有的LED单元正极接控制器驱动的电源线，负极接地线；根据具体需要和控制器的驱动能力确定LED单元的数量。
所有LED单元在控制器的统一控制下工作，本实施例中，控制器发送的数据包包含起始码和19位数据，其中19位数据分别是：
C[3:0]+AD[2:0]+DA[11:0]，其中C[3:0]是验证位，固定为1010，AD[2:0]是数据包中的地址数据，DA[11:0]是控制数据；DA[11:10]用于控制LED模式运行速度，DA[9:8]控制红灯R的输出电流，DA[7:6]控制绿灯G的输出电流，DA[5:4]控制蓝灯B的输出电流，DA[3:0]控制LED的运行模式。数据发送时高位先发。
每个LED单元内部都有自己的固有地址，可以是0～5中的任何一个，地址固化在所述的LED驱动电路里，在电路中测时确定具体地址，同时每个LED单元还预设一个公共地址7。LED驱动电路在收到数据包时，检查数据包中的验证位和地址，如果验证位正确且该地址和自身固有地址相同或者该地址是公共地址7，则当前LED驱动电路会将数据包里的数据锁存，并且在收到结束码时让数据生效，否则数据包被忽略。
信号识别电路把VDD上的数据转换成内部标准数字信号VDA，然后由数据解码电路来完成数据包的解码。解码电路原理图如图4.起停检测电路负责识别起始码和停止码，当VDA低电平持续时间超过20ms时，起停检测电路产生RSTB信号，表示成功识别到起始码，代表一个数据包的传输开始，这时，地址检测模块和数据计数器由RSTB信号恢复到初始状态。ENOM信号被设置为低电平，使LED驱动电路停止输出，同时打开位计数器，位计数器用于识别每一位数据。数据是由VDA的上升沿开始的，边沿检测电路在VDA的上升沿输出DPL脉冲信号，复位位计数器，DCK信号变低电平，同时复位精准时钟电路，精准时钟电路输出第二时钟CK190US的周期是190us；位计数器对第二时钟CK190US计数8次后产生DCK信号变为高电平，此时位计数器停止工作，保持现有状态直到下次被复位再重新开始工作。利用DCK的上升沿将VDA的值锁存并推入12位移位寄存器。当数据量达到7位时，地址检测电路判断是否满足当前电路的要求，此时DAT[6:3]应该是固定值1010，DAT[2:0]应该和内部固有地址AD[2:0]相同或者是7。如果满足此要求，则DAOK信号会变高电平并且状态锁定，如果不满足此要求，DAOK信号保持低电平不变。但不管什么状态，地址检测电路都会保持现有输出状态，直到起停检测电路重新识别到起始码，产生RSTB信号将其复位，才可以重新工作。当数据解码到19位时，如果DAOK信号是高电平则产生锁存信号LDDT，将12位数据从12位移位寄存器锁存到12位锁存器中备用，否则不会产生LDDT锁存信号。但不管最终是否产生锁存信号LDDT，此时都代表一个数据包解码结束。一般情况下，一帧数据包含一个或多个数据包。电路会对每个数据包进行解码并判断是否有效。当VDA高电平持续20ms时起停检测电路识别到停止码，产生END信号，ENOM信号被置为高电平，代表数据解码结束，LED驱动电路开始正常输出并使用最新收到的数据。
由多个LED单元组成的灯串，在控制器的统一控制下，可以实现灯串的整体同步变化效果，也可以使各单点安要求运行指定模式。另外，有部分模式是和LED单元的固有地址相关联的，如果灯串按照地址顺序排布，则可以完成整体的色彩飘动效果，如多彩炫变，流星拖尾，多彩刷色等。
上述灯串在应用时，可以按照灯串地址顺序排布，也可以按照用户自己设计的方式排布。
一个LED单元可以构成灯串的一个点，也可以是一组相同地址的LED单元构成灯串的一个点。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括稳压源、基准电路、地址模块、振荡器电路、信号识别电路、数据解码电路、电平转换电路、模式控制电路、输出驱动电路。
2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，
所述稳压源用于将电源线上的电压转换为内部电源，供给数据解码电路、信号识别电路和振荡器电路；
基准电路用于产生基准电压VREF并输出至信号识别电路；
地址模块用于存储LED驱动电路的固有地址，并提供给数据解码电路；
振荡器电路用于产生第一时钟CLK并输出至数据解码电路；
信号识别电路根据基准电压VREF和电源线上的电压信号，产生内部标准数字信号VDA并向数据解码电路发送；内部标准数字信号VDA中包括地址数据和控制数据。
3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，
所述数据解码电路从内部标准数字信号VDA中解析得到属于本LED驱动电路的控制数据，并通过电平转换电路进行数字电平转换后，控制数据中的模式运行速度信号、运行模式信号进入模式控制电路，控制数据中的电流控制信号进入输出驱动电路；模式控制电路通过三基色使能信号端控制输出驱动电路；输出驱动电路的三基色输出端用于连接LED。
4.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，
信号识别电路包括电阻R1、R2、R3、比较器U1、反相器U2、NMOS管Q1；
电阻R1的一端用于接电源线上的电压VDD，另一端接电阻R2一端和比较器U1的同相输入端，电阻R2的另一端接电阻R3的一端和NMOS管Q1的漏极，比较器U1的反相输入接基准电压VREF，输出端通过反相器U2接NMOS管Q1的栅极，电阻R3和NMOS管Q1的源极用于接地线；比较器输出端输出内部标准数字信号VDA。
5.如权利要求1或2所述的LED驱动电路，其特征在于，
数据解码电路包括多位锁存器、多位移位寄存器、精准时钟电路、边沿检测电路、起停检测电路、或门U3、非门U4、RS触发器U5、位计数器、数据计数器、地址检测电路、数据锁存电路；
边沿检测电路的输入端和时钟端分别接内部标准数字信号VDA和第一时钟CLK，产生对应于VDA上升沿的DPL信号。
6.如权利要求5所述的LED驱动电路，其特征在于，
所述精准时钟电路的时钟端和复位端分别接第一时钟CLK和DPL信号；并产生第二时钟CK190US；
启停检测电路的数字输入端接内部标准数字信号VDA，时钟端接第二时钟CK190US，启停检测电路的一个输出信号RSTB通过非门U4接RS触发器U5的一个输入端，另一个输出信号END接RS触发器U5的另一输入端，RS触发器U5的输出端输出ENOM信号至或门U3的输入端，以及模式控制电路的使能端；
或门U3的一个输入端接DPL信号，输出端接位计数器的复位端；
位计数器的时钟端接第二时钟CK190US，输出端输出DCK信号，并分别发送至数据计数器的时钟端和地址检测电路的时钟端以及多位移位寄存器的时钟端；
数据计数器的复位端接启停检测电路的一个输出信号RSTB，数据计数器的两个输出使能信号D7BIT和D19BIT分别接地址检测电路的数据使能端和数据锁存电路的数据使能端；其中输出使能信号D19BIT还接或门U3的输入端；
多位移位寄存器的数字输入端和时钟端分别接内部标准数字信号VDA和DCK信号，输出接多位锁存器的输入端以及地址检测电路的验证位与地址输入复用端；
地址检测电路的地址输入端接地址模块的输出，地址检测电路的复位端接启停检测电路的一个输出信号RSTB，地址检测电路的输出端接数据锁存电路的数据输入端并发送DAOK信号；
数据锁存电路的时钟端接第一时钟CLK，输出端接多位锁存器的数据锁存信号端；
多位锁存器的输出端输出控制数据。
7.如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，
内部标准数字信号VDA中还包括验证位。
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