专利名称：一种照明用led数字电源驱动管理控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明电源驱动管理控制电路，具体涉及一种发光二级管LED(Light Emitting Diode)的数字电源驱动管理控制电路。
背景技术：
LED灯具有高节能、长寿命、利于环保、易于调光以及接通时间较快等优点，加上目 前世界各地环保意识高胀，因此效率这样高的LED灯便大受市场欢迎，在家居照明、户外照 明等领域得到广泛的应用，并将成为照明产业的发展趋势。目前所用的LED驱动芯片中，其电源管理控制模块大多都用模拟或数模混合的方 式实现的，其结构图如图1所示，多采用模拟脉冲宽度调制PWM(PulseWidth Modulation) 方式来实现调光功能。模拟脉冲宽度调制PWM集成电路IC (Integrated Circuit)只有两 个任务输出功率和调节电压。诸如监视或诊断等其他功能被视为不必要。在极少数需要 这些功能的情况下，则可以通过外接芯片实现。PWM的原理就是在输入电压、内部参数及外 接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节集 成电路内部开关器件的导通脉冲宽度，使得输出电压或电流等被控制信号稳定。在这种控 制芯片中，通过采样器对反馈回路中的电流采样，在与基准电压提供的参考电流进行比较 后产生一个反馈电流，该反馈电流在脉宽调制装置产生具有一定占空比的脉冲信号，通过 改变输出脉冲的占空比，以此来调节外部LED光源的光亮。如果用户想要根据自己的实际 需求有目的的改变光源的工作状态，还得在控制芯片外接一个微处理器或数字信号处理器 DSP(Digital SignalProcessor)来控制光源的工作状态。模拟控制电路的实现需要使用外部电阻、电容而需要很大的空间，这些元器件本 身的值还会随时间、温度和其它环境条件的变化而变动，从而对系统稳定性和响应能力造 成负面影响。而且这些电阻、电容的值都是设计调试时确定的，制造完成后不可轻易更改， 如果要实现更多功能，就要设计更多的直接反馈电路，从而导致控制电路变得非常复杂，同 时模拟控制无法为所有电压值或负载点提供最优化的控制响应，且模拟系统的测试和维护 都非常困难。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的LED灯模拟电源控制模块的上述缺点，提供了一种 LED照明用数字电源驱动管理控制电路。该管理控制电路用数字电路代替以前的模拟电路， 采用数字脉宽调制电路DPWM(Digital Pulse WidthModulation)通过对独立数字控制环路 和相位的数字化管理，实现对DC/DC (DC =Direct Current)负载点电源转换进行监测、控制 与管理，以提供稳定的电源来驱动LED，减少传统供电模组的电压波幅造成系统的不稳定， 而且DPWM并不需要采用传统较高量的液态电容用作储波及滤波作用。不仅降低了电源的 复杂性，改善了模拟电源中常见的误差、老化(包括模拟器件的精度)、温度影响、漂移、补 偿等问题，无须调谐、可靠性好，可以获得一致、稳定的控制参数。通过将模拟信息数字化，可以对每一条信息进行乘、除、加运算、传输、补偿、过滤以及存储，因此还可以实现非线性 和异步算法，以改善瞬态性能，从而提高控制精度和可靠性。本发明提供一种数字的LED驱动管理控制电路，其技术方案是通过采用数字脉宽 调制模块DPWM代替传统的模拟或数模混合的脉宽调制电路，可以调节LED的光亮，并根据 用户需求实现特定的照明需求。该LED驱动管理控制电路包括数字脉宽调制模块DPWM、模 数转换器模块ADC^Analog-to-digitalconverter)、全数字锁相环模块、微控制器模块和数 字补偿器模块。
其中，所述的微控制器模块分别与模数转换器模块ADC、数字脉宽调制电路、数字 补偿器模块和全数字锁相环相连，全数字锁相环模块分别与微控制器模块、模数转换器模 块ADC、数字脉宽调制模块和数字补偿器模块相连，模数转换器模块ADC外接基准电压并分 别与微控制器模块、数字补偿器模块和全数字锁相环模块相连，数字脉宽调制模块分别与 微控制器、全数字锁相环模块和数字补偿器模块相连，数字补偿器模块分别与微控制器模 块、全数字锁相环模块、ADC和数字脉宽调制模块相连。数字脉宽调制模块DPWM在微控制器模块的控制下与数字补偿器模块相连，通过 对独立的数字控制环路和相位的数字化管理，改变数字补偿器中输入脉冲的占空比，并输 出到开关电路中，实现对DC/DC负载点电源转换进行监测、控制与管理，以提供稳定的电源 输出，用以调节光亮。模数转换器模块ADC外接为其提供参考电压的基准电压，并与数字补偿器模块相 连，用于替代模拟系统中的误差放大器，在微控制器模块的控制下，经过采样量化后将输入 电压转换成二进制数，并保持一定的精度，输入到数字脉宽调制模块DPWM以及微控制器模 块中。数字补偿器模块与模数转换器模块ADC共同产生一个占空比控制信号来调整数 字脉宽调制模块DPWM的输出相位。全数字锁相环模块分别与微控制器、模数转换器模块ADC、数字补偿器以及数字脉 宽调制模块DPWM相连，其功能是用来比较各个模块的时钟频率和相位，使输出信号在频率 和相位上与输入信号同步，最终使各个模块的时钟同步。微控制器分别与全数字锁相环模块、模数转换器模块ADC、数字补偿器、数字脉宽 调制模块DPWM相连，用于控制数字芯片完成信号采样、处理和PWM输出等工作，同时可以根 据用户需求实现特定的控制功能。本发明各个模块都是用数字电路实现，优选制成集成电路控制芯片，由于同时将 微控制器也集成到芯片内部，提高了芯片的集成度。本发明LED电源管理模块采用数字方式实现，用数字脉宽调制方式实现光亮的调 节，并在微控制器的控制下实现客户所需要的调节功能。由于数字电源的集成度很高，系统 的复杂性并不随功能的增加而增加过多，外围器件很少(数字电源的快速响应能力还可以 降低对输出滤波电容的要求)，减少了占板面积，用硬件描述语言就可完成整个电路设计， 简化了设计制造流程。同时，数字电源的自动诊断、调节的能力使调试和维护工作变得轻 松。
图1是传统的模拟LED驱动控制模块的框架示意图；图2是数字LED电源管理控制模块框架示意图。
具体实施例方式本发明提供提供了一种发光二极管的数字电源驱动管理控制电路，该管理控制电 路用数字电路代替以前的模拟电路，包括数字脉宽调制模块DPWM、模数转换器模块ADC、全 数字锁相环模块、微控制器模块和数字补偿器模块。具体结构如图2所示。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。本发明数字LED电源驱动管理控制电路的结构，如图2所示。 包括数字脉宽调制模块、模数转换器模块ADC (简称ADC模块)、全数字锁相环模块、微控制 器模块和数字补偿器模块。所述的微控制器模块分别与模数转换器模块ADC、数字脉宽调制电路、数字补偿器 模块和全数字锁相环相连，全数字锁相环模块分别与微控制器模块、模数转换器模块ADC、 数字脉宽调制模块和数字补偿器模块相连，模数转换器模块ADC外接基准电压并分别与微 控制器模块、数字补偿器模块和全数字锁相环模块相连，数字脉宽调制模块分别与微控制 器、全数字锁相环模块和数字补偿器模块相连，数字补偿器模块分别与微控制器模块、全数 字锁相环模块、模数转换器模块ADC和数字脉宽调制模块相连。该数字LED电源驱动管理控制电路中的ADC模块连接输入电压以及外部提供的基 准电压，并且与微控制器、数字补偿器、全数字锁相环模块相连。其中模块ADC在微控制器 的控制下对输入电压进行采样、量化，并与数字补偿器模块共同输出具有一定占空比的脉 冲。ADC模块对每个参数都输出一系列数字，每个数字由已知的时间段分隔。这些值供给为 系统提供处理能力的微控制器模块。将微控制器的控制算法加载到微控制器自带的存储器 中，这些算法负责执行一系列有关ADC模块的输出值的计算。这些计算的结果包括误差信 号、想要的驱动器级脉宽、各种驱动器输出的最佳延迟值以及回路补偿等参数。其控制时钟 通过全数字锁相环的调节与其他模块同步。数字补偿器模块与ADC模块以及数字脉宽调制模块相连，在微控制器的控制下， 与ADC模块共同产生具有一定占空比的脉冲，并输入到数字脉宽调制模块中，其控制时钟 通过全数字锁相环的调节与其他模块同步。数字脉宽调制模块在微控制器模块的控制下与数字补偿器模块相连，通过对独立的 数字控制环路和相位的数字化管理，改变数字补偿器中输入脉冲的占空比，并输出到开关电路 中，从而实现对DC/DC负载点电源转换进行监测、控制与管理，以提供稳定的电源输出，并根据 需求调节LED的光亮或导通时间。其控制时钟通过全数字锁相环模块的调节与其他模块同步。全数字锁相环模块分别与微控制器模块、ADC模块、数字补偿器模块以及数字脉宽 调制模块通过时钟相连，其功能是用来比较其他模块中不同时钟的频率和相位，使输出信 号在频率和相位上与输入信号同步，最终使各个模块的控制时钟同步。微控制器模块分别与全数字锁相环模块、ADC模块、数字补偿器模块、数字脉宽 调制模块通过相连，优选使用 DSP (Digital Signal Processor)或 MCU (Micro Processor Unit)，用于控制数字芯片完成信号采样、处理和PWM输出等工作。根据用户的需求，在微控
5制器模块中植入相应算法程序，从而可以控制ADC的采样间隔、量化精度，并适时修正数字 补偿器的参数，控制数字补偿器循环次数，从而控制数字脉宽调制模块的输入脉冲的占空 比，同时，也可根据需要改变数字脉宽调制模块的输出脉冲以获得所需的照明效果。其控制 时钟通过全数字锁相环的调节与其它模块同步。 现有的LED驱动控制电路多采用模拟电路实现。目前模拟电路实现技术虽然成 熟，但其电路复杂，并且缺乏灵活性和适应性。本发明LED驱动管理控制电路采用数字电路 实现，利用硬件语言就可以实现整个驱动控制电路，ADC与数字补偿器共同产生一组占空比 控制信号用于控制数字脉宽调制的输出相位。微控制器用于控制ADC的采样间隔以及数字 补偿器的工作状态，并且控制数字脉宽调制的输出占空比，而全数字锁相环可以同步各个 模块的时钟，这些模块共同完成对输出脉宽的调整，从而实现用户所需的照明要求。
权利要求
一种照明用LED数字电源驱动管理控制电路，其特征在于，该电路包括数字脉宽调制模块，模数转换器模块ADC，全数字锁相环模块，微控制器模块和数字补偿器模块，所述的微控制器模块分别与模数转换器模块ADC、数字脉宽调制电路、数字补偿器模块和全数字锁相环相连；全数字锁相环模块分别与微控制器模块、模数转换器模块ADC、数字脉宽调制模块和数字补偿器模块相连；模数转换器模块ADC外接基准电压并分别与微控制器模块、数字补偿器模块和全数字锁相环模块相连；数字脉宽调制模块分别与微控制器、全数字锁相环模块和数字补偿器模块相连；数字补偿器模块分别与微控制器模块、全数字锁相环模块、模数转换器模块ADC和数字脉宽调制模块相连。
2.根据权利要求1所述的数字LED电源驱动管理控制电路，其特征在于所述电路为一 集成电路芯片。
3.根据权利要求1或2所述的数字的LED电源驱动管理控制电路，其特征在于所述全 数字锁相环模块分别与模数转换器模块ADC、数字脉宽调制模块和数字补偿器模块通过时 钟相连。
4.根据权利要求1或2所述的数字的LED电源驱动管理控制电路，其特征在于所述微 控制器模块选用DSP或MCU。
全文摘要
本发明涉及照明用LED数字电源驱动管理控制电路，包括数字脉宽调制模块，模数转换器模块ADC，全数字锁相环模块，微控制器模块和数字补偿器模块。本发明是用数字电路代替传统的模拟电路或数模混合电路，采用数字脉宽调制模块DPWM通过对独立数字控制环路和相位的数字化管理，实现对DC/DC负载点电源转换进行监测、控制与管理，以提供稳定的电源，以此来调节LED的亮度，也可根据用户的要求在微控制器的控制下实现所需的控制功能。从而降低了系统的复杂性，提高了电路的集成度，用硬件描述语言就可实现整个设计，简化了设计制造流程。
文档编号H05B37/02GK101861021SQ201010182708
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者宋思聪, 李挥, 李江, 李烽, 李锐源, 马子龙 申请人:北京大学深圳研究生院;深圳市利德嘉实业有限公司