一种通过带总线接口的数字电位器实现的LED驱动电路结构的制作方法

本发明涉及led驱动电路，特别地是，一种通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路结构。

背景技术：

机载告警系统通过led信号灯点亮信号牌的方式来显示飞机的工作状态。国军标对信号灯在不同任务环境下，提出了详细的工作状态要求。这使得信号灯的驱动电路需要具有输出信号范围大的能力，以拉开信号灯亮度的明暗差距，满足日/夜亮度要求；需要具有输出信号分档或连续可调能力，来满足信号灯亮度分档或连续可调要求；需要具有输出信号稳定、分辨率高、误差小的能力，来满足对亮度的定量要求。

目前led信号灯的调光驱动电路主要分为三种：1）通过电阻、稳压管等模拟器件驱动led；2）通过pwm电压驱动led；3）通过恒流源集成电路驱动led。

以上三种驱动方式都各有利弊：

1）通过电阻、稳压管等模拟器件驱动led的方式最直观，通过测试不同亮度下led所需的电流，便可以计算出所需的电阻值，但这一方式的不足在于，由于led的离散性较大，每一批次的led具有不同的亮度-电流对应关系，所以会导致调试电阻种类繁多，甚至没有对应电阻值的情况。

2）通过pwm电压驱动led的方式，做到了不依赖硬件参数的更改，通过软件代码的方式调光，解决了电阻调光方式的器件种类繁多的缺点，但它的缺点是pwm的占空比与led亮度的对应关系不如电流与led亮度的关系直观。

3）通过恒流源集成电路驱动led的方式，结合了pwm控制方式和恒流驱动方式，虽然具有调光不依赖硬件更改的优点和恒流源驱动led的先天优势，但pwm的占空比与电流的对应关系也是要依靠实测摸索，效率不高。

综上所述，led调光存在两个难点，一个是led批次性差异，导致直接使用标准化的模拟器件很难满足亮度一致性要求；二是用pwm等数字的调光方式，pwm的参数与led亮度的对应关系需要人为实际调整，主观性太大，效率较低。故需要提出一种新的调光电路来克服此难点。

技术实现要素：

本发明目的是克服现有技术中的问题，提出一种新型的通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路结构。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路结构，包含有，

led单元，其具有led驱动电压端、第二电阻、led、npn型三极管及第三电阻，其中，led驱动电压端输出led驱动电压，led驱动电压端接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端接led的正端，led的负端接npn型三极管的集电极，npn型三极管的发射极接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端接地；

数字电位器，其具有总线接口及电压可调端，数字电位器的总线接口连接外部数据总线，数字电位器根据来自外部数据总线上的控制信号对电压可调端的输出电压进行调整；以及，

运算放大器，其具有同相输入端、反相输入端及输出端，运算放大器的同相输入端接数字电位器的电压可调端，运算放大器的反相输入端接第三电阻的第一端，运算放大器的输出端接第一电阻的第一端，第一电阻的第二端接npn型三极管的基极。

本发明还提供一种通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路结构，包含有，

led单元，其具有led驱动电压端、第二电阻、led、npn型三极管及第三电阻，其中，led驱动电压端输出led驱动电压，led驱动电压端接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端接led的正端，led的负端接npn型三极管的集电极，npn型三极管的发射极接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端接地；

数字电位器，其具有总线接口及电压可调端，数字电位器的总线接口连接外部数据总线，数字电位器根据来自外部数据总线上的控制信号对电压可调端的输出电压进行调整；以及，

运算放大器，其具有同相输入端、反相输入端及输出端，运算放大器的同相输入端接数字电位器的电压可调端，运算放大器的反相输入端接npn型三极管的基极，运算放大器的输出端接第一电阻的第一端，第一电阻的第二端接npn型三极管的基极。

数字电位器具有两个电压固定端，其中一个电压固定端接电位器电压端，另一个电压固定端接地，电位器电压端输出电位器电压，使得电压可调端的输出电压在电位器电压和地间调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：将调光电压以数据总线的形式发送给带总线接口的数字电位器，数字电位器可以将数字量的调光电压信息转换为模拟量的电压值，再通过电压跟随器电路将模拟电压无损地输入到电流基准电路中，产生驱动led的电流，最后用功率放大电路放大电流基准电路输出的基准电流，以恒定的电流驱动led。这一电路及方法以输出可控的恒定电流为目的，直观地体现了led电流-亮度之间的关系，同时以总线数据来控制输出电流值，避免了直接调整模拟器件的繁琐。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图。

图2为本发明一实施例的电路结构示意图。

图3为本发明一实施例的电路原理分析图。

图4为本发明另一实施例的电路结构示意图。

图5为本发明另一实施例的电路原理分析图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参见图1至3，图中所示的是一种通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路，主要由一带总线接口的数字电位器电路、一电压跟随器电路、一电流基准电路以及一功率放大电路组成。

所述的带总线接口的数字电位器u1接收计算机数据总线信息。所述的带总线接口的数字电位器u1的内部有一等效为电位器的结构，向外引出两个固定端和一个可调端。所述的带总线接口的数字电位器u1的输出等效固定端中，一固定端接电位器电压vpot，另一端接地，使得所述的带总线接口的数字电位器u1的等效可调端的电压值vadj，可以受数据总线的控制，在电位器电压vpot到地之间调整。带总线接口的数字电位器u1的等效可调端电压输出vadj输出到一运算放大器u2的同相端（+），由于运算放大器u2的特性，所述运算放大器u2的反相端（-）会产生出相同的电压值vadj。反相端的电压vadj落在一电阻r3上，使得电阻r3上的电压值vr3=vadj，流过电阻r3的电流i=vr3/r3。流过电阻r3的电流即npn型三极管t1的发射极电流，由于npn型三极管t1的特性，npn型三极管t1的发射极电流等于集电极电流，故串联于led驱动电压和npn型三极管t1之间的电阻r2和led也会被同样大小的电流驱动i=vr3/r3。通过上述方法，实现了通过数据总线控制电流产生恒定电流驱动led的目的。

需要注意的是，led驱动电压vled的取值有最大和最小电压值的限制：

1）led驱动电压vled有一最小值，以确保所述电压有能力输出足够的led驱动电流，其取值为：vled(min)>vr3+vce(min)+vopen+ir2。

式中：vce(min)——npn型三极管t1的集电极-发射极最小饱和电压。

vopen——led导通电压。

2）led驱动电压vled有一最大值，以确保当输出需要的电流时，落在npn型三极管t1的集电极和发射极之间的电压不会击穿所述npn型三极管t1，其取值为：vled(max)<<vr3+vce(max)+vopen+ir2。

式中：vce(max)——npn型三极管t1的集电极-发射极最大击穿电压。

请参见图4和5，所述一种通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路的另一种电路变形，是将运算放大器u2的反相端（-）接到npn型三极管t1的基极。所述led驱动电路的另一种电路变形与本发明所提出的一种通过带总线接口的数字电位器实现的led驱动电路的区别在于，电阻r3上的电压为vr3=vadj-vbe，其中vbe为npn型三极管t1的基极-发射极压降，其余技术特性一致。

以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对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。