申请/专利权人：深圳率能半导体有限公司

申请日：2018-06-06

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN108650738B

主分类号：H05B44/00

分类号：H05B44/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2021.04.23#专利申请权的转移;2019.01.22#专利申请权的转移;2018.11.06#实质审查的生效;2018.10.12#公开

摘要：本发明公开了一种LED控制电路，包括：充电开关管、续流管、LED发光单元，还包括：调光控制开关管，所述调光控制开关管的输出端连接于储能电感与LED发光单元之间，用于接收调光控制信号以泄放储能电感输出到LED发光单元的电流。本发明通过设置调光控制开关管，对储能电感的电流输出控制，克服了现有技术中存在的LED灯珠亮度无法实现可靠调节和有效调光、LED亮度调整不能达到理想状态的问题。这种LED控制电路可以实现最小调光，而且电路简单，具有良好的社会和经济效益。另外，本发明还通过设置反馈单元，智能地实现了LED发光单元调光电流的有效控制，进而避免了调光过程中多余的能量损耗。本发明电路可广泛应用于电子电路领域。

主权项：1.一种LED控制电路，包括：充电开关管，所述充电开关管用于接收充电控制信号进而控制储能电感进行充电；续流管，所述续流管与充电开关管串联，用于控制储能电感进行放电；LED发光单元；其特征在于，还包括：调光控制开关管，所述调光控制开关管的输出端连接于储能电感与LED发光单元之间，用于接收调光控制信号以泄放储能电感输出到LED发光单元的电流；所述LED控制电路为共阴极驱动电路时，所述共阴极驱动电路的电路连接关系如下：所述充电开关管的源极与续流管的漏极连接；所述续流管的源极接地；所述充电开关管的源极还与储能电感的输入端连接；所述储能电感的输出端与LED发光单元的正极连接；所述调光控制开关管的漏极与LED发光单元正极连接；所述LED发光单元负极接地。

全文数据：一种LED控制电路技术领域[0001]本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种LED控制电路。背景技术[0002]现有技术中，发光二极管LED驱动方式的拓扑架构，如图la和图lb所示，通常用两种电路架构，分别是共阴极（图la和共阳极（图lb连接方式。其具体工作原理是：周期性PWM信号控制NMOS驱动管NMOS1开关，与续流二极管D〇—起给电感L充放电，当丽051导通时，给电感L充电，电感L上的电流增加；当NM0S1截止时，续流二极管D0导通，电感L放电，电感L上的电流下降。通过高频的PWM信号进而产生纹波较小的电流来驱动外围的LED发光单元。[0003]在实际使用中，上述驱动方式下的LH灯珠亮度无法调节到特殊场合要求的微亮或者超低亮度，LED亮度调整不能达到理想状态。发明内容[0004]本发明提供了一种LED控制电路，很好地解决了现有技术中LED灯珠难以实现可控最小调光的问题。[0005]本发明所米用的技术方案是：[0006]一种LED控制电路，包括充电开关管、续流管、LED发光单元和调光控制开关管;充电开关管用于接收充电控制信号进而控制储能电感进行充电;续流管与充电开关管串联，用于控制储能电感进行放电；调光控制开关管的输出端连接于储能电感与LED发光单元之间，用于接收调光控制信号以泄放储能电感输出到LED发光单元的电流。[0007]优选的，充电开关管为M0S管，续流管为M0S管或续流二极管，调光控制开关管为M0S管或三极管。优选的，充电开关管可以为NM0S管，续流管可以为NM0S管，调光控制开关管可以为NM0S管。[0008]优选的，LED控制电路为共阴极驱动电路时，若充电开关管采用圈os管，续流管采用NM0S管，调光控制开关管采用NM0S管，则所述共阴极驱动电路的电路连接关系如为:充电开关管的源极与续流管的漏极连接;续流管的源极接地，充电开关管的源极还与储能电感的输入端连接;储能电感的输出端与LED发光单元的正极连接;调光控制开关管的漏极与LED发光单元正极连接;调光控制开关管的源级接地，LED发光单元负极经感测电阻接地。所述充电开关管与续流管以及调光控制开关管组成桥式电路单元。[0009]优选的，共阴极驱动电路还包括微控制单元、PWM逻辑控制单元、输出前级驱动单元、反馈单元和时钟振荡单元;微控制单元的信号输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接;反馈单元的信号输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接;PWM逻辑控制单元的信号输出端与输出前级驱动单元的信号输入端连接;输出前级驱动单元的信号输出端与桥式电路单元的信号输入端连接;LED发光单元的信号输出端与反馈单元的信号输入端连接；时钟振荡单元的信号输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接。[0010]微控制单元的信号输出端包括使能信号输出端和PWM调光信号输出端;PWM逻辑控制单元的信号输出端包括充电开关管逻辑控制信号输出端、续流管逻辑控制信号输出端和调光逻辑控制信号输出端;输出前级驱动单元的信号输出端包括充电开关管驱动信号输出端、续流管驱动信号输出端和调光驱动信号输出端。使能信号输出端用于控制驱动电路的待机电流，PWM调光信号输出端用于控制调光电流。[0011]优选的，反馈单元包括比较器和感测电阻，比较器用于对感测电阻的输出电压与基准电压进行比较，并将比较结果输出到PWM逻辑控制单元。[0012]优选的，比较器包括第一比较器和第二比较器，第一比较器为同相电压比较器，第一比较器的同相端连接在LH发光单元负极与感测电阻之间，用于接收检测电压，第一比较器的反相端通过第一比例电阻网络连接基准电压输入端;第一比较器的输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接。基准电压为V_ref，反相端输入电压为V_refn，检测电压小于反相端输入电压时，第一比较器输出低电平;检测电压大于反相端输入电压，第一比较器输出高电平。[0013]第二比较器为反相电压比较器，第二比较器的同相端通过串联的第一比例电阻网络和第二比例电阻网络连接基准电压输入端;第二比较器的反相端连接在LED发光单元负极与感测电阻之间，用于接收检测电压;第二比较器的输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接。基准电压为V_ref，同相端输入电压为V_refn再乘以比例系数d，即d*V_refn，检测电压小于同相端输入电压时，第二比较器输出高电平;检测电压大于同相端输入电压时，第二比较器输出低电平。[0014]优选的，第二比例电阻网络的比例系数d范围为百分之五十至百分之八十。[0015]优选的，以上PWM电流控制电路可集成在一颗LED控制芯片内。[0016]优选的，LED控制电路为共阳极驱动电路时，共阳极驱动电路的电路连接关系为：续流管的漏极连接输入电源;续流管的源极与充电开关管的漏极连接;充电开关管的源极接地;续流管的源极还与储能电感的输入端连接;储能电感的输出端与LED发光单元的负极连接;调光控制开关管的漏极连接输入电源;调光控制开关管的源极与LED发光单元负极连接;LED发光单元正极通过感测电阻连接输入电源。[0017]本发明的有益效果是：[0018]本发明提供一种LED控制电路，通过设置调光控制开关管，对储能电感的电流输出控制，克服了现有技术中存在的LED灯珠亮度无法调节到特殊场合要求的微亮或者超低亮度，LED亮度调整不能达到理想状态的问题，使得LED控制电路可以实现超低亮度的调光，而且电路简单，具有良好的社会和经济效益。[0019]另外，本发明还通过设置反馈单元，智能地实现了LED发光单元调光电流的有效控制，进而避免了调光过程中多余的能量损耗。[0020]此电路可广泛应用于电子电路领域。附图说明[0021]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：[0022]图1a是现有技术中LED驱动方式共阴极架构图；[0023]图lb是现有技术中LH驱动方式共阳极架构图；[0024]图2a是本发明一种共阴极LED控制电路原理方框图；[0025]图2b是本发明一种共阴极LH控制电路具体结构图；[0026]图3是多周期PWM电流模式下的LED大电流波形图；[0027]图4是多周期PWM电流模式下的单个周期时序图；[0028]图5是单周期PWM电流模式下DIM未调光的LED小电流波形图；[0029]图6是单周期PWM电流模式下DIM调光的LED小电流波形图；[0030]图7是单周期PWM电流模式下DIM调光的LED小电流时序图；[0031]图8是本发明一种共阳极LED控制电路具体结构图。具体实施方式[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0033]作为本发明的第一实施例，如图2a所示，一种共阴极LED控制电路，包括微控制单元1、PWM逻辑控制单元2、输出前级驱动单元3、反馈单元4、时钟振荡单元5和桥式电路单元6。还包括储能电感L和LED发光单元。具体地，如图2b所示，桥式电路单元6包括充电开关管61和续流管62,以及调光控制开关管63。充电开关管61用于接收充电控制信号进而控制储能电感L进行充电；续流管62与充电开关管61串联，用于接收续流控制信号控制储能电感L进行放电；调光控制开关管63的输出端连接于储能电感L与LED发光单元之间，用于接收调光控制信号以泄放储能电感L输出到LED发光单元的电流IL。[0034]具体地，如图2b所示，反馈单元4包括第一比较器41、第二比较器42、感测电阻43、第一比例电阻网络44和第二比例电阻网络45,第一比较器41和第二比较器42用于将感测电阻43的输出电压即检测电压CS与基准电压V_ref进行比较，并将比较结果输出到PWM逻辑控制单元2。[0035]第一比较器41的同相端连接在LED发光单元负极与感测电阻43之间，用于接收检测电压CS，其反相端通过第一比例电阻网络44其实现比例系数为ln连接基准电压输入端，第一比较器41的输出端与PWM逻辑控制单元2的信号输入端连接。基准电压为V_ref，反相端输入电压SV_refn，检测电压CS小于反相端输入电压V_refn时，第一比较器41输出低电平;检测电压CS大于反相端输入电压V_refn，第一比较器41输出高电平。[0036]第二比较器42的同相端通过串联的第一比例电阻网络44其实现比例系数为ln和第二比例电阻网络45其实现比例系数为d连接基准电压输入端;第二比较器42的反相端连接在LED发光单元负极与感测电阻43之间，用于接收检测电压CS;第二比较器42的输出端与PWM逻辑控制单元2的信号输入端连接。基准电压为V_ref，同相端输入电压为V_refn再乘以比例系数d，即d*V_refn，检测电压CS小于同相端输入电压d*V_refn时，第二比较器42输出高电平;检测电压CS大于同相端输入电压d*V_refn时，第二比较器42输出低电平。第二比例电阻网络45的比例系数d范围为百分之五十至百分之八十。本实施例中可设参考值为百分之七十。[0037]第一实施例中，一种共阴极LED控制电路的连接关系如下：微控制单元1的信号输出端与PWM逻辑控制单元2的信号输入端连接;反馈单元4的信号输出端与pwM逻辑控制单元2的信号输入端连接;PWM逻辑控制单元2的信号输出端与输出前级驱动单元3的信号输入端连接;输出前级驱动单元3的信号输出端与桥式电路单元6的信号输入端连接;LED发光单元的信号输出端与反馈单元4的信号输入端连接;时钟振荡单元5的信号输出端与PWM逻辑控制单元2的信号输入端连接。具体地，在桥式电路单元6中，充电开关管61的源极与续流管62的漏极连接;续流管62的源极接地，充电开关管ei的源极还与储能电感L的输入端连接;储能电感L的输出端与LED发光单元的正极连接;调光控制开关管63的漏极与LED发光单元正极连接;LED发光单元负极经感测电阻43接地。[0038]第一实施例中，如图2a所示，一种共阴极LH控制电路的信号端包括:微控制单元1的信号输出端包括使能信号端EN和PWM调光信号端DIM;PWM逻辑控制单元2的信号输出端包括充电开关管逻辑控制信号输出端HS、续流管逻辑控制信号输出端LS和调光逻辑控制信号输出端LS_DIM;输出前级驱动单元3的信号输出端包括充电开关管驱动信号输出端DRV_HS、续流管驱动信号输出端DRV_LS和调光驱动信号输出端DRV_DM。使能信号端EN用于控制驱动电路的待机电流，PWM调光信号端DIM用于控制调光电流。[0039]第一实施例中，一种共阴极Lm控制电路有两种工作模式，分别是多周期PWM电流模式和单周期PWM电流模式。[0040]一种共阴极LED控制电路的多模式工作流程如下:PWM逻辑控制单元2从微控制单元1获取使能信号EN，若使能信号EN为逻辑低电平，则LED控制电路进入低功耗的休眠状态；若使能信号EN为逻辑高电平，则LED控制电路退出休眠状态，若调光信号DM为逻辑高电平，且导通时间Ton较长，内部PWM电路控制驱动电路周期性的开启和关闭，则进入多周期PWM电流模式。具体地，在多周期PWM电流模式下:基准信号¥_1'£^11与LED输出电流I_LED经外接感测电阻43所产生的检测电压CS送至第一比较器41的输入端，经第一比较器41产生第一比较结果信号V01。第一比较结果信号V01与时钟振荡器单元5产生的时钟信号clock经PWM逻辑控制单元2处理产生充电开关管逻辑控制信号HS和续流管逻辑控制信号LS，充电开关管逻辑控制信号HS和续流管逻辑控制信号LS再经过输出前级驱动单元3产生充电开关管61驱动信号DRV_HS和续流管62驱动信号DRV_LS，通过控制充电开关管61和续流管62的开启和关断从而控制LH输出电流I_LED的峰值和纹波。[0041]多周期P丽电流模式下的LED大电流波形如图3所示。首先使能信号EN置为逻辑高电平，调光信号DIM再置为逻辑高电平，内部驱动电路周期性的开启和关闭。当调光信号DIM的导通时间Ton较长时，内部PWM逻辑就会控制储能电感L周期性充放电，使得LED输出电流I_LED也随之增大。此时电感电流IL与LED输出电流I_LED相等，平均电流较大。[0042]多周期PWM电流模式下的单个周期时序如图4所示。对一个PWM周期进行放大，驱动时序为:在一个PWM周期内，首先设置充电开关管逻辑控制信号HS为高电平，续流管逻辑控制信号LS为低电平。桥式电路单元6中的充电开关管61导通，检测电压CS慢慢上升至V—refn，当第一比较器41输出的第一比较结果信号V01为高电平时，切换续流管逻辑控制信号LS为高电平，充电开关管逻辑控制信号HS为低电平。启动内部计数器，对时钟信号clock进行分频，设定第一比较结果信号V〇l为高电平的时间为固定放电时间Discharge。例如可以设定该固定放电时间TDischarge为l〇us，DT为死区时间，用来避免充电开关管61和续流管62串通。通过控制充电开关管61和续流管62的开启和关断从而控制LED输出电流I一LED的峰值和纹波。[0043]LED输出电流I一LED的峰值计算方式为：Itrip=V—refn*R—sense，其中R—sense为感测电阻43的阻值。[0044]I_LED的纹波计算方式为：△i=VL*TDischargeL，其中VL为电感两端电压差，L为电感量，TDischa聊为固定放电时间。[0045]若使能信号EN为逻辑高电平，若获取调光信号DIM后，若调光信号DIM为逻辑低电平，内部PWM电路停止驱动电路的周期性开启和关断，充电开关管61截止，续流管62导通使得电感L上的电流IL放电至零电流。若调光信号DM的导通时间Ton很短暂与充电开关管的最小导通时间接近），电感续流时间远远大于充电时间，则进入单周期PWM电流模式，内部PWM电路停止驱动电路的周期性开启和关断，充电开关管61导通后截止，经过死区时间后续流管62导通使得电感L上的电流IL放电至零电流。再通过检测电压CS与基准电压V_ref•比较，第二比较器42输出第二比较结果信号V〇2,若其为逻辑低电平，则调光控制开关管63不导通;若第二比较结果信号V02为逻辑高电平，则调光控制开关管63导通。[0046]具体地，在单周期PWM电流模式下:基准信号¥_代以11乘以比例系数d后与检测电压CS送至第二比较器42的输入端，经第二比较器42比较产生第二比较结果信号V02。第二比较结果信号V02经PWM逻辑控制单元2处理产生调光逻辑控制信号LS_DIM，调光逻辑控制信号LS_D頂再经过输出前级驱动单元3产生调光控制开关管驱动信号DRV_DIM，通过控制调光控制开关管63的开启和关断从而实现对LED发光单元的小电流调光控制。[0047]单周期PWM电流模式下DIM未调光的LED小电流波形如图5所示。当调光信号DIM的导通时间Ton较短时，电感电流IL续流时间远远大于充电时间，若没有特别处理，让电感电流IL都流过LED发光单元，使得电感电流IL与LED输出电流I_LED相等，续流电流产生的能量继续流过LED发光单元，使得LED发光单元的最小亮度不能达到理想效果。因此本实施例中，在桥式电路单元6内特别增加一个调光控制开关管63用来优化最低亮度的调光。逻辑电路会产生一个DM的反向信号来控制该调光控制开关管63的开启或关断，该调光控制开关管63会对LED发光单元输出电流I_LED进行控制，从而避免在调光信号DIM关断时造成的多余能量流过LED发光单元，实现了LED发光单元亮度的进一步降低。[0048]单周期PWM电流模式下DIM调光的LED小电流波形如图6所示。当调光信号DIM的导通时间Ton较短且所需的LED电流I_LED较小时，利用与LED并联的调光控制开关管63会在调光信号DIM关断瞬间开启，使得LED发光单元在DIM关断时不吸收续流的电感电流IL，从而避免了多余的能量图6阴影部分的电流流过LED发光单元，进而避免了LED发光单元产生多余的光亮。此时内部PWM驱动需要启动第二比较器42，用¥_1^;£711再乘以比例系数d与检测电压CS进行比较，若此时检测电压CS电平小于d*V_refn，说明此时调光信号DIM导通时间较短且所需的LED输出电流I_LED较小，在单周期PWM电流模式下需要进行DIM调光。若此时检测电压CS大于d*V_refn，说明此时DIM导通时间够长，不需要进行DIM调光。[0049]单周期PWM电流模式下DIM调光的LED小电流时序如图7所示。一般，比例系数d设置范围为50%〜80%，本实施例中，比例系数d的参考数值设定为70%。[0050]如图8所示，作为实施例的另一种可行方案，多模式LED驱动实现方式可变化为共阳极架构，即一种共阳极LED控制电路。在第二实施例一种共阳极LED控制电路中，将调光控制开关管63设置在桥式电路单元6的上方，桥式电路单元6中的续流管62导通时储能电感L放电，而充电开关管61导通时储能电感L充电。感测电阻43检测的是输入电源VIN和检测电压CS之间的电压差，内部需将基准电压V_ref转换为相对输入电源VIN的参考基准再与检测电压CS比较。其多周期PWM电流模式和单周期PWM电流模式控制方式与共阴极架构相同。[0051]具体地，作为实施例的另一种可行方案，第二实施例一种共阳极LED控制电路包括微控制单兀1、PWM逻辑控制单兀2、输出前级驱动单元3、反馈单元4、时钟振荡单元5、充电开关管61和续流管62、调光控制开关管63、第一比较器41、第二比较器42、感测电阻43、第一比例电阻网络44、第二比例电阻网络45、储能电感L和LED发光单元。[0052]具体地，作为实施例的另一种可行方案，第二实施例一种共阳极LED控制电路的连接关系为：续流管62的漏极连接输入电源VIN;续流管62的源极与充电开关管61的漏极连接;充电开关管61的源极接地;续流管62的源极还与储能电感L的输入端连接;储能电感L的输出端与LED发光单元的负极连接;调光控制开关管63的漏极连接输入电源VIN;调光控制开关管63的源极与LED发光单元负极连接;LED发光单元正极经感测电阻43连接输入电源VIN。其外部电路单元连接方式与共阴极架构相同。[0053]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

权利要求：1.一种LED控制电路，包括:充电开关管，所述充电开关管用于接收充电控制信号进而控制储能电感进行充电；续流管，所述续流管与充电开关管串联，用于控制储能电感进行放电；LED发光单元;其特征在于，坯包括:调光控制开关管，所述调光控制开关管的输出端连接于储能电感与LED发光单元之间，用于接收调光控制信号以泄放储能电感输出到LED发光单元的电流。2.根据权利要求1所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述充电开关管为MOS管;所述续流管为MOS管或续流二极管;所述调光控制开关管为MOS管;所述充电开关管与续流管以及调光控制开关管组成桥式电路单元。3.根据权利要求2所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述充电开关管为NMOS管;所述续流管为NMOS管;所述调光控制开关管为NMOS管。4.根据权利要求3所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述LED控制电路为共阴极驱动电路时，所述共阴极驱动电路的电路连接关系如下：所述充电开关管的源极与续流管的漏极连接；所述续流管的源极接地；所述充电开关管的源极还与储能电感的输入端连接；所述储能电感的输出端与LED发光单元的正极连接；所述调光控制开关管的漏极与LED发光单元正极连接；所述LED发光单元负极接地。5.根据权利要求4所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述共阴极驱动电路还包括微控制单元、PWM逻辑控制单元、输出前级驱动单元、反馈单元和时钟振荡单元；所述微控制单元的信号输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接；所述反馈单元的信号输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接；所述PWM逻辑控制单元的信号输出端与输出前级驱动单元的信号输入端连接；所述输出前级驱动单元的信号输出端与桥式电路单元的信号输入端连接；所述LED发光单元的信号输出端与反馈单元的信号输入端连接；所述时钟振荡单元的信号输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接。6.根据权利要求5所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述微控制单元的信号输出端包括使能信号输出端和PWM调光信号输出端；pmi逻辑控制单元的信号输出端包括充电开关管逻辑控制信号输出端、续流管逻辑控制信号输出端和调光逻辑控制信号输出端；输出前级驱动单元的信号输出端包括充电开关管驱动信号输出端、续流管驱动信号输出端和调光驱动信号输出端。7.根据权利要求5所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述反馈单元包括比较器和感测电阻;所述LED发光单元负极经感测电阻接地，所述比较器用于对感测电阻的两端输出电压与基准电压进行比较，并将比较结果输出到PWM逻辑控制单元。8.根据权利要求7所述的一种LK控制电路，其特征在于，所述比较器包括第一比较器和第二比较器；所述第一比较器为同相电压比较器，所述第一比较器的同相端连接在LED发光单元负极与感测电阻之间，用于接收检测电压；所述第一比较器的反相端通过第一比例电阻网络连接基准电压输入端；所述第一比较器的输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接；所述第二比较器为反相电压比较器，所述第二比较器的同相端通过串联的第一比例电阻网络和第二比例电阻网络连接基准电压输入端；所述第二比较器的反相端连接在led发光单元负极与感测电阻之间，用于接收检测电压；所述第二比较器的输出端与PWM逻辑控制单元的信号输入端连接。9.根据权利要求8所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述第二比例电阻网络的比例系数范围为百分之五十至百分之八十。10.根据权利要求3所述的一种LED控制电路，其特征在于，所述LED控制电路为共阳极驱动电路时，所述共阳极驱动电路的电路连接关系如下：所述续流管的漏极连接输入电源；所述续流管的源极与充电开关管的漏极连接；所述充电开关管的源极接地；所述续流管的源极还与储能电感的输入端连接；所述储能电感的输出端与LED发光单元的负极连接；所述调光控制开关管的漏极连接输入电源；所述调光控制开关管的源极与LED发光单元负极连接；所述LED发光单元正极连接输入电源。

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