专利名称：一种单线脉冲控制方式led驱动芯片的制作方法
技术领域：
本发明属于电源功率管理集成电路技术领域，具体涉及一种单线脉冲控制方式 LED驱动芯片的设计与实现。
背景技术：
随着全球对于环保节能的日趋重视，市场对高效节能电子产品的需求不断增长， 电源管理IC在其中的重要性也不断攀升。环保、省电、节能等理念使得LED技术及其应用 范围不断拓展，尤其LED照明已成为高亮度LED成长最快的应用产品。未来LED应用趋势 将向大尺寸液晶电视、车用LED、大型展板、笔记本电脑背光、LED路灯、室内外照明装饰，甚 至是家用照明市场发展。随着室内外照明、汽车头灯以及液晶电视背光驱动等LED应用大 量涌现，LED在3C甚至4C产品都已浮现巨大商机，众多电源IC厂商纷纷布局LED应用市 场，组建研发力量，积极开发相关产品方案。LED驱动IC的特性要求是电流输出的一致性与恒定性。LED驱动IC需要控制一颗 或多颗LED，其发光亮度与通过电流量大致呈线性正比关系，因此要使LED发光亮度相同， 必须保持被连接在一起的LED电流量一致。由于电流的轻微改变将会影响亮度，这对于LED 的许多应用而言将是无法接受的。现有的产品方案中，调节LED的亮度通常有三种方法使用芯片外部SET电阻、采 用PWM控制技术以及线性调节。最简便的LED调节亮度方法是在驱动IC外采用SET电阻， 这种方法与片外电阻的精度有关，故能精确控制LED输出电流大小，在MaxinuFairchild等 公司的产品中仍然有很多应用。虽然使用芯片外部SET电阻是有效的方法，但却缺乏灵活 性。采用PWM控制技术和线性调节可以对LED发光强度进行动态控制，特别是在一些便携 设备的特殊应用场合中，动态控制LED发光强度显得尤为重要。在便携式设备启动或关机时，创造剧场式照明效果的渐进式亮度变化就是其中的 一种典型应用。在启动时，背光电流会以预先设定的时间间隔以步进方式逐步放大到最大 电流值比如20mA，同样在关机时，采用相反的动作逐步降低电流值。通过微处理器的控制， 可将具备不同频率的PWM信号，通过I2C或I/O端口送到LED驱动电路来实现这样的效果。 但这个方法的缺点是耗费实时处理器资源，并且还需要输入/输出接口和大量外部器件。单线控制方式仅用一条控制线数字化控制LED，并提供无闪烁的光输出、降低微控 制器的时钟周期、节约通用输入/输出(GPIO)资源，为使用较少元器件的便携应用提供完 整解决方案，受到了越来越多用户的青睐。
发明内容
本发明的目的是提供一种单线脉冲控制方式LED驱动芯片，本发明能够根据使能 输入端信号EN的不同的逻辑状态，产生与之相应的逻辑控制方式。本发明所提供的单线脉冲控制方式LED驱动芯片包括使能和逻辑控制电路 (Enable & Control Logic)、参考电压源(Voltage Reference)、数字-模拟转换器(DAC)和MOS电流驱动器(MOS Driver)，整个LED驱动芯片用来给LED阵列(CHl-CHN)供电。单 线脉冲控制方式LED驱动芯片系统框图如附图1所示，其中，使能和逻辑控制电路100通 过判断输入使能信号EN的逻辑状态，产生相应的工作模式的控制逻辑和算法，参考电压源 120为系统提供稳定的参考基准电压，数字-模拟转换器140实现LED调光功能，MOS电流 驱动器130产生足够大的电流驱动LED，整个LED驱动芯片用来给LED阵列150供电。。本发明所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片将整个芯片系统的工作模式分为 三种，其包括关机模式(Shut down mode)，电流输出递减模式(St印down mode)，和电流 输出保持模式(Hold mode)。这三种工作模式和工作状态转换图及其控制算法如附图2所
示 ο首先，判断输入EN信号是否为逻辑1，若为逻辑1，则输出LED电流(Iout)为最大 电流值Imax ；若为逻辑0，且持续时间超过300us，则系统进入关机模式。若EN为连续的单 线脉冲信号，则由逻辑控制部分的15进制递减计数器进行减计数，系统进入电流输出递减 模式，直至输出的电流Iout为第15级输出Imin，即当计数器计数N = 15时，重新回到最大 电流值Imax，进行循环递减计数。若EN信号为非连续的pulse信号，且不满足持续时间超 过300us的EN = 0的判断条件，则系统进入输出电流保持模式。此时，系统的输出电流保 持在最大值Imax(即第一级1st)和最小值Imin(即第15级15th)之间的的某一级上，即 实现了从Imin到Imax之间的调光功能。本发明所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，使能和逻辑控制电路可根据输入 使能信号EN的逻辑状态，判断并产生控制逻辑信号，其整体电路图如附图3所示，主要包括 以下几个子模块1)模式检测模块310 (Detector)，根据输入信号EN的状态来检测，判断并产生相 应的输出控制模式，即调光模式，保持模式，关机模式。其具体实现方式可根据附图2的状 态转换图来实现。2)调光功能模块320 (Dimming)，采用15进制的递减计数器和温度计编码电路设 计并产生15级的调光控制信号CTRL_dimming。3)时间-数字转换功能模块330 (TDC)，对振荡器340 (OSC)产生的IOMHz的信号 进行256的分频，再经过12进制的计数器判断并产生EN = 0且持续300us以后的系统关 机信号CTRL_PWD。4)振荡器模块340 (OSC)，即时钟发生器，产生一个受工艺，温度，以及电源电压影 响很小的约为IOMHz的参考时钟，即用于判断EN信号的持续低电平的时间。5)简单逻辑控制模块350，将控制信号CTRL_dimming和CTRL_PWD实现逻辑，即当 它们中的任何一个信号出现逻辑0的时候，均可对控制开关370进行关断，即LED输出电流 360将停止输出，从而实现关机的功能。采用本发明所提供的状态转换图和控制算法，以及控制逻辑整体电路图实现的单 线脉冲控制方式LED驱动芯片的主要控制端口的时序如附图4所示，其中，EN为外部输入 的单线脉冲控制信号，PWD为芯片内部产生的系统power down关机信号，Iout为芯片输出 LED端口的电流信号。通过判断EN信号的不同的逻辑状态，来产生相应的控制模式，从而达 到对LED进行调光，电流输出保持以及关机的目的。本发明所提供的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，能根据单线脉冲输入信号的逻辑状态，实现对LED调光，输出电流保持和关机的功能，极大的减少了芯片控制管脚数，以 及片外元件的个数，降低了用户的使用成本，同时能满足各种日益增长的消费类电子产品 的应用需求。
图1、单线脉冲控制方式LED驱动芯片系统框图。图2、系统转换状态图。图3、逻辑控制整体电路图。图4、系统主要接口时序图。
具体实施方案以下结合具体的实施例，对本发明做进一步的阐述。实施例仅用于对本发明做说 明而不是对本发明的限制。实施例1本实施例通过设计并实现一个最大输出电流为20mA，每一级1. 25mA,共15级输出 的LED驱动芯片，来进一步阐述本发明。附图1所示为本实施例系统框图，包括使能和逻辑控制电路100，参考电压源120， MOS电流驱动器130，数字-模拟转换器140，整个LED驱动芯片用来给LED阵列150供电。根据附图2的系统状态转换图，可以得到单线脉冲控制算法的具体实施方式
。本 实施例将整个芯片系统的工作模式可分为三种，即关机模式、电流输出递减模式和电流输 出保持模式。这三种工作模式和工作状态转换图及其控制算法如附图2所示。首先，判断输入EN信号是否为逻辑1，若为逻辑1，则输出LED电流(Iout)为最大 电流值20mA ；若为逻辑0，且持续时间超过300us，则系统进入关机模式。若EN为连续的单 线脉冲信号，则由逻辑控制部分的15进制递减计数器进行减计数，系统进入电流输出递减 模式，即Iout由20mA开始按照每级1. 25mA幅度逐级递减，直至输出的电流Iout为第15 级输出Imin。当计数器计数N= 15时，重新回到最大电流值Imax，进行循环递减计数。即 若EN信号为非连续的pulse信号，且不满足持续时间超过300us的EN = 0的判断条件，则 系统进入输出电流保持模式，此时，系统的输出电流保持在最大值Imax(即第一级1st)和 最小值Imin (即第15级15th)之间的的某一级上，即实现了从Imin到Imax之间的调光功 能。
权利要求
一种单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于，包括使能和逻辑控制电路、参考电压源、数字-模拟转换器和MOS电流驱动器，所述的LED驱动芯片为LED阵列供电，所述的使能和逻辑控制电路通过判断输入使能信号EN的逻辑状态，产生相应的工作模式的控制逻辑和算法，所述的参考电压源为系统提供稳定的参考基准电压，所述的数字-模拟转换器实现LED调光功能，所述的MOS电流驱动器产生电流驱动LED。
2.根据权利要求1所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于，所述的使能和 逻辑控制电路包括模式检测电路、调光功能电路、时间_数字转换功能电路、振荡器电路和 简单逻辑功能电路。
3.根据权利要求1所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于，所述的使能和 逻辑控制电路通过判断输入EN信号的逻辑状态，产生不同的控制模式，达到对LED进行调 光、电流输出保持和关机的功能。
4.根据权利要求2所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于所述的调光功 能电路具有15级可调的输出电流的功能。
5.根据权利要求2所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于，所述的时 间-数字转换功能电路判断300us时长并产生关机信号。
6.根据权利要求2所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于，所述的振荡器 电路具有产生IOMHz的参考时钟的功能。
7.根据权利要求6所述的单线脉冲控制方式LED驱动芯片，其特征在于，所述的参考时 钟不受工艺、温度或电源电压影响。
全文摘要
本发明属电源功率管理集成电路技术领域，涉及一种单线脉冲控制方式的LED驱动芯片，包括使能和逻辑控制电路、参考电压源、数字-模拟转换器和MOS电流驱动器，所述的LED驱动芯片为LED阵列供电，使能和逻辑控制电路通过判断输入使能信号EN的逻辑状态，产生相应的工作模式的控制逻辑和算法，参考电压源为系统提供稳定的参考基准电压，数字-模拟转换器实现LED调光功能，MOS电流驱动器产生电流驱动LED。本发明能根据单线脉冲输入信号的逻辑状态，实现对LED调光、输出电流保持和关机的功能，减少芯片控制管脚数及片外元件的个数，降低用户的使用成本。
文档编号H05B37/02GK101883454SQ20091005087
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者张科, 李文宏 申请人:复旦大学