专利名称：Led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED应用领域，尤其是涉及LED驱动电路。
背景技术：
LED (Light Emitting Diode，发光二极管)由于寿命长、反映速度快、体积小、功耗 小、可靠性高等特点已广泛应用于背光源、照明、电子设备、显示屏和汽车等领域。驱动电路 是LED产品的重要组成部分，驱动电路的性能将直接影响到LED产品的寿命、功耗和可靠性 等性能。通常，由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因此一般需要对LED 采用恒流驱动。然而，现有LED驱动电路通常的功能较为单一，仅能受控于其他控制器件以实现 各种各样的LED驱动效果，这大大限制了 LED驱动电路的应用。因此，有必要提出一种改进 的技术方案来克服上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种LED驱动电路，其可以根据音频数据驱动 LED,以形成LED亮度渐暗以及随音乐跳动的炫目功能。为了解决上述问题，本发明提供了一种LED驱动电路，其包括输出模块、音频处理 器、模数转换器、呼吸控制器和驱动控制模块。所述音频处理器将输入的音频信号分成M个 频段，并检测每个频段的音频信号的幅度值。所述模数转换器将各个频段的音频信号的幅 度值转换为数字幅度数据。所述呼吸控制器根据各个频段的数字幅度数据确定PWM数据。 所述驱动控制模块根据来自呼吸控制器的所述PWM数据产生PWM信号，所述输出模块在PWM 信号的驱动下产生输出电流，其中M为自然数。进一步的，所述输出模块为N个，其中N大于等于M，N为自然数。更进一步的，所有或部分输出模块具有普通驱动模式，至少M个输出模块具有音 频驱动模式，该M个输出模块分别对应于音频信号的M个频段。在一输出模块为普通驱动 模式时，所述驱动控制模块通过外部接口直接接收外部输入的PWM数据，根据所述PWM数据 产生PWM信号，并向对应输出模块提供所述PWM信号；在一输出模块为音频驱动模式时，所 述驱动控制模块接收来自呼吸控制器的对应频段对应的PWM数据，根据所述PWM数据产生 PWM信号，并向对应输出模块提供所述PWM信号。再进一步的，所述驱动控制模块包括命令寄存器、所述命令寄存器存储由外部接 口输入的具有两种驱动模式的输出模块的驱动模式信息，以此来确定这些输出模块是工作 在普通驱动模式，还是工作在音频驱动模式。再进一步的，所述驱动控制模块包括与各个输出模块对应的N个输出驱动单元， 每个输出驱动单元都包括有PWM寄存器和PWM信号发生单元，所述PWM寄存器存储通过外 部接口输入的PWM数据或来自呼吸控制器的对应频段的PWM数据，所述PWM信号发生单元 基于PWM寄存器内的PWM数据生成PWM信号，并将所述PWM信号输出给对应的输出模块。
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进一步的，所述输出模块包括运算放大器、开关器件、输出管和电阻，所述运算放 大器的输出端经由所述开关器件与所述输出管的栅极相连，所述输出管的源极与所述电阻 的一端相连，所述电阻的另一端接地，所述输出管的漏极作为所述输出模块的输出端，所述 运算放大器的正相输入端接基准电压，反相输入端接所述输出管的源极，所述开关器件的 导通和关断由PWM信号控制。更进一步的，所述电阻为可调电阻，通过电阻选择信号进行调整，所述基准电压由 所述多路基准电压单元根据基准电压选择信号从多个不同的基准电压中选定。进一步的，所述音频处理器包括M个带通滤波单元、与各个带通滤波单元对应的M 个峰值检测单元，所述呼吸控制器包括与各个带通滤波单元对应的M个呼吸控制单元，各 个带通滤波单元将音频信号分成M个频段，各个峰值检测单元检测对应频段的音频信号的 幅度峰值，所述模数转换器将各幅度峰值转换为数字峰值数据，所述呼吸控制单元用于根 据对应频段的数字峰值数据确定PWM数据，并将PWM数据输送给驱动控制模块。更进一步的，所述呼吸控制单元比较对应频段的数字峰值数据和当前PWM数据， 并在所述数字峰值数据大于等于当前PWM数据时，将所述数字峰值确定为当前PWM数据，之 后将当前PWM数据输出，在所述数字峰值数据小于当前PWM数据时直接将当前PWM数据输 出ο再进一步的，所述呼吸控制单元对当前PWM数据以预定步长进行递减，并将递减 后的PWM数据作为当前PWM数据。与现有技术相比，本发明通过在LED驱动电路中设置音乐随动驱动模式，从而可 以根据音频数据来驱动各个通道对应的LED，以形成LED亮度渐暗以及随音乐跳动的炫目 功能。关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式
中详细 描述。
结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应 同样的结构部件，其中
图1为本发明中的LED驱动电路在一个实施例中的结构示意框图； 图2为本发明中的LED驱动电路的驱动控制模块在一个实施例中的结构示意框图； 图3为本发明中的LED驱动电路的音频处理器、模数转换器和呼吸控制器在一个实施 例中的结构示意框图4为本发明中的LED驱动电路的一个输出模块在一个实施例中的电路示意图；和 图5为本发明中的LED驱动电路的一个输出模块在另一个实施例中的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方 式对本发明作进一步详细的说明。本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来呈 现，其直接或间接地模拟本发明中的技术方案的运作。所属领域内的技术人员使用此处的 这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个 实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择 实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的 指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。请参阅图1所示，其为本发明中的LED驱动电路100在一个实施例中的结构示意 框图，所述LED驱动电路100包括驱动控制模块110、若干个输出模块120、前置音频放大器 130、音频处理器140、模数转换器150和呼吸控制器160。所述输出模块120为N个，分别为第一输出模块121、第二输出模块122、……和第 N输出模块123。每个输出模块也可以被称之为一个输出通道，因此也可以说所述LED驱动 电路100包括有N个输出通道，其中N为大于等于1的自然数，比如1、2、4、8、16或32等。 每个输出模块通过对应的输出端OUT提供输出电流，在所述LED驱动电路100用于驱动LED 时，每个输出端OUT可以连接一个或多个LED。所述前置音频放大器130对第一外部接口输入的音频信号进行放大，将放大后的 音频信号输入音频处理器140。所述前置音频放大器130的放大增益可以根据需要随意调 整，音频信号增益默认值为OdB，调整范围为-12dB +30dB，调节步长为6dB。所述音频处理 器140将来自前置音频放大器130的音频信号分成M个频段，并检测每个频段的音频信号 的幅度值，M为小于等于N的自然数。所述模数转换器(Analog-Digital Converter, ADC) 150将来自音频处理器140的各个频段的音频信号的幅度值转换为数字幅度数据。所述呼 吸控制器160用于根据各个频段的所述数字幅度数据确定PWM数据，并将PWM数据输送给 驱动控制模块110。在一个实施例中，所有或部分输出模块具有普通驱动模式，至少M个输出模块具 有音频驱动模式，该M个输出模块分别对应于音频信号的M个频段。在一输出模块A为普通驱动模式时，所述驱动控制模块110可以通过第二外部接 口直接接收外部输入的PWM (Pulse Width Modulation)数据，并根据所述PWM数据产生 PWM信号，向该输出模块A提供所述PWM信号。在一输出模块B为音频驱动模式时，所述驱 动控制模块110可以接收来自呼吸控制器160的对应频段对应的PWM数据，并根据所述PWM 数据产生PWM信号，向该输出模块B提供所述PWM信号。在一个实施例中，各个输出模块可 以独立工作，也就是说，在同一时刻，有的输出模块可能工作在普通驱动模式，有的输出模 块可能工作在音频驱动模式，有的输出模式可能没有工作。所述PWM信号驱动对应输出模 块产生精确的输出电流，通过调整所述PWM信号的占空比就可以实现对应输出模块的输出 电流的任意调节。在一个实施例中，通过对PWM信号的占空比的调整可以对输出模块的输 出电流进行阶调整，其中L可以为2、4、8、16或其他自然数。举例来说，假定L=8，2L=256, 此时可以将所述PWM信号的占空比设置为0/255、1/255、2/255、3/255、……和255/255中 的任何一个，相应的，输出模块的输出电流也可以是基准电流(占空比为255/255时的输出 电流)的 0/255、1/255、2/255、3/255、......和 255/255 中的任何一个。在一个实施例中，第一外部接口可以为音频输入接口，第二外部接口可以为I2C总 线端口，其包括I2C总线数据1/0端口 SDI和I2C总线时钟输入端口 SCL。图2为本发明中的驱动控制模块200在一个实施例中的结构示意框图，所述驱动 控制模块200可以用作图1中的驱动控制模块110。请参阅图2所示，所述驱动控制模块200包括命令寄存器210、分别与N个输出模块对应的N个输出驱动单元，分别为第一输出 驱动单元220、第二输出驱动单元230、……和第N输出驱动单元240。所述命令寄存器210可以存储由第二外部接口输入的具有两种驱动模式的输出 模块的驱动模式信息，以此来确定这些输出模块是工作在普通驱动模式，还是工作在音频 驱动模式。在具体实现时，所述命令寄存器111可以为每个具有两种驱动模式的输出模块 设置1个控制位，通过设置所述控制位的状态就可以控制对应输出模块的驱动模式，比如 控制位为0表示对应输出模块为普通驱动模式，控制位为1表示对应输出模块为音频驱动 模式。每个输出驱动单元都包括有PWM寄存器和PWM信号发生单元。在一输出模块C处 于普通驱动模式时，该输出模块C对应的输出驱动单元的PWM寄存器存储来自第二外部接 口的PWM数据；在一输出模块D处于音频驱动模式时，该输出模块D对应的输出驱动单元的 PWM寄存器存储来自呼吸控制器的对应频段的PWM数据。所述PWM信号发生单元基于PWM 寄存器内的PWM数据生 成PWM信号，并输出给对应的输出模块。在一个实施例中，所述PWM数据为L位二进制序列，所述PWM信号发生单元以第一 预定频率Π刷新根据所述PWM数据产生PWM信号。在一个实施例中，所述第一预定频率可 以为2-3ΚΗζ，比如可以为2. 5ΚΗζ左右。图3为本发明中的LED驱动电路的音频处理器310、模数转换器320和呼吸控制 器330在一个实施例中的结构示意框图，其中音频处理器310可以用作图1中的音频处理 器140，模数转换器320可以用作图1中的模数转换器150，呼吸控制器330可以用作图1 中的呼吸控制器160。请参阅图3所示，所述音频处理器320包括M个带通滤波单元、与各 个带通滤波单元对应的M个峰值检测单元和一个多路开关，所述呼吸控制器330包括与各 个带通滤波单元对应的M个呼吸控制单元。在此例中，M=7, M个带通滤波单元分别为第一带通滤波单元、第二带通滤波单 元、……和第七带通滤波单元，M个峰值检测单元分别为第一峰值检测单元、第二峰值检测 单元、……和第七峰值检测单元，M个呼吸控制单元分别为第一呼吸控制单元、第二呼吸控 制单元、……和第七呼吸控制单元。在一个实施例中，第一带通滤波单元为中心频率为 63Hz的带通滤波单元，第二带通滤波单元为中心频率为160Hz的带通滤波单元，第三带通 滤波单元为中心频率为400Hz的带通滤波单元，第四带通滤波单元为中心频率为IKHz的带 通滤波单元，第五带通滤波单元为中心频率为2. 5KHz的带通滤波单元，第六带通滤波单元 为中心频率为6. 25KHz的带通滤波单元，第七带通滤波单元为中心频率为12KHz的带通滤 波单元。七个带通滤波单元将输入的音频信号分为七个频段，并且能覆盖人耳能听到的大 部分或所有音频范围。峰值检测单元以第二预定频率f2检测对应频段的音频信号的幅度峰值，也就是 说，峰值检测单元检测对应频段的音频信号在每个检测周期l/f2内的幅度峰值。在一个实 施例中，所述第二预定频率可以为20-100HZ，比如可以为37Hz左右。所述多路开关选通各 个峰值检测单元中的一个与所述模数转换器320相接，选通的峰值检测单元输出所述幅度 峰值给所述模数转换器320。所述模数转换器320将输入的幅度峰值转换为数字峰值数据。 所述呼吸控制单元用于根据对应频段的数字峰值数据确定PWM数据，并将PWM数据输送给 对应的输出驱动模块的PWM寄存器。
在一个实施例中，所述呼吸控制单元比较对应频段的数字峰值数据和当前PWM数 据，并在所述数字峰值数据大于等于当前PWM数据时，将所述数字峰值确定为当前PWM数 据，之后将当前PWM数据输出，在所述数字峰值数据小于当前PWM数据时直接将当前PWM数 据输出。此外，所述呼吸控制单元以第三预定频率对当前PWM数据以预定步长进行递减，并 将递减后的PWM数据作为当前PWM数据。在一个实施例中，所述第三预定频率可以为第二 预定频率的3-10倍，比如可以为5倍，所述预定步长可以为2-20，比如可以为4。本发明的一个优点、特点或好处在于通过为各输出模块设置音频驱动模式，可以 实现各输出模块驱动的LED的亮度渐暗以及随音乐跳动的炫目效果。在一个实施例中，在对应各音频频段的输出模块都未工作于音乐驱动模式时，可 以通过所述第二外接接口从所述模数转换器处读取各个频段的数字峰值数据，供外部其它 应用。图4为本发明中的LED驱动电路的一个输出模块400在一个实施例中的电路示意 图，所述输出模块400可以用作图1中的任何一个输出模块。所述输出模块400包括运算 放大器OA、开关器件SW1、输出管Ml和电阻R1。所述运算放大器OA的输出端经由所述开关 器件SWl与所述输出管Ml的栅极相连，所述输出管Ml的源极与所述电阻Rl的一端相连， 所述电阻Rl的另一端接地，所述输出管Ml的漏极作为所述输出模块400的输出端向外提 供输出电流，所述运算放大器OA的正相输入端接基准电压Vref，反相输入端接所述输出管 Ml的源极，所述开关器件SWl的导通和关断由PWM信号控制，比如在PWM信号为高电平时导 通，在低电平时截止。根据电路原理可知，在开关器件SWl —直导通时，则输出管Ml上的电 流Iout为Iout=Vref/Rl。通过对PWM信号的占空比进行调整，可以使输出管Ml上的电流 在0至Iout=Vref/Rl之间进行2L阶调整。图5为本发明中的LED驱动电路的一个输出模块500在一个实施例中的电路示意 图，所述输出模块500同样可以用作图1中的任何一个输出模块。图5中的所述输出模块 500与图4中的输出模块400基本相同，不同之处在于图5中的电阻Rl为可调电阻，可以 通过电阻选择信号进行调整，图6中的基准电压由多路基准电压单元提供，所述多路基准 电压单元可以根据基准电压选择信号从多个不同的基准电压中选定一个输出给运算放大 器的正相输入端。通过联合调整基准电压选择信号和电阻选择信号可以精确调节输出管Ml 的输出电流。单独调节电阻Rl和基准电压，都可以改变输出管Ml的驱动电流，但是都有缺点， 单独调节基准电压，如果电压分得很细，当运放的输入失调电压较大时，精细的基准电压没 有多大意义。调节电阻R1，由于通常情况下，电阻Rl较小，精度较高，如果加入了开关器件， 则影响电阻Rl的精度，不过在小电流的情况下，此时可以选择较大的电阻R1，开关器件的 影响就可以小很多。将电阻Rl调节和基准电压调节两者组合起来，可以有效地提高电流的 精度。在一个实施例中，通过调节电阻Rl和多个基准电压的选择可以实现输出管Ml的多 种基准电流，比如4种基准电流，分别为10mA，20mA，30mA，40mA。基准电压选择信号和电 阻选择信号可以由对应的输出驱动单元提供。所述输出管Ml可以为NMOS晶体管。在一个应用实例中，N=16，M=7, L=8，这意味着所述LED驱动电路包括有16个输出 通道，所述音频数据被分成7个频段，可以实现PWM信号的256阶调整，通道1-7分别对应 于音频信号的频段1-7，通道8-14同样也分别对应于音频信号的频段1-7，其余通道15和16只有普通工作模式。在通道1-16中的任何一个工作于普通驱动模式时，通过第二外部接 口可以直接向所述PWM寄存器写入PWM数据。在通道1-7或8-14中的任何一个工作于音 频驱动模式时，所述模数转换器都处于工作状态，对应的频段的呼吸控制单元向相应的PWM 寄存器内送入PWM数据。这样，可以控制相应通道的LED产生音频随动及亮度渐暗的灯光 效果。 上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术 人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前 提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权 利要求书进行限定的 ，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
权利要求
一种LED驱动电路，其特征在于其包括输出模块；音频处理器，将输入的音频信号分成M个频段，并检测每个频段的音频信号的幅度值；模数转换器，将各个频段的音频信号的幅度值转换为数字幅度数据；呼吸控制器，根据各个频段的数字幅度数据确定PWM数据；和驱动控制模块，根据来自呼吸控制器的所述PWM数据产生PWM信号，所述输出模块在PWM信号的驱动下产生输出电流，其中M为自然数。
2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述输出模块为N个，其中N大于 等于M，N为自然数。
3.如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所有或部分输出模块具有普通驱动 模式，至少M个输出模块具有音频驱动模式，该M个输出模块分别对应于音频信号的M个频 段，在一输出模块为普通驱动模式时，所述驱动控制模块通过外部接口直接接收外部输入 的PWM数据，根据所述PWM数据产生PWM信号，并向对应输出模块提供所述PWM信号；在一输出模块为音频驱动模式时，所述驱动控制模块接收来自呼吸控制器的对应频段 对应的PWM数据，根据所述PWM数据产生PWM信号，并向对应输出模块提供所述PWM信号。
4.如权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动控制模块包括命令寄存器、所述命令寄存器存储由外部接口输入的具有两种 驱动模式的输出模块的驱动模式信息，以此来确定这些输出模块是工作在普通驱动模式， 还是工作在音频驱动模式。
5.如权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述驱动控制模块包括与各个输出 模块对应的N个输出驱动单元，每个输出驱动单元都包括有PWM寄存器和PWM信号发生单元， 所述PWM寄存器存储通过外部接口输入的PWM数据或来自呼吸控制器的对应频段的 PWM数据，所述PWM信号发生单元基于PWM寄存器内的PWM数据生成PWM信号，并将所述PWM信 号输出给对应的输出模块。
6.如权利要求1-5任一所述的LED驱动电路，其特征在于， 所述输出模块包括运算放大器、开关器件、输出管和电阻，所述运算放大器的输出端经由所述开关器件与所述输出管的栅极相连，所述输出管的 源极与所述电阻的一端相连，所述电阻的另一端接地，所述输出管的漏极作为所述输出模 块的输出端，所述运算放大器的正相输入端接基准电压，反相输入端接所述输出管的源极， 所述开关器件的导通和关断由PWM信号控制。
7.如权利要求6所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电阻为可调电阻，通过电阻选择信号进行调整，所述基准电压由所述多路基准电 压单元根据基准电压选择信号从多个不同的基准电压中选定。
8.如权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述音频处理器包括M个带通滤波单元、与各个带通滤波单元对应的M个峰值检测单 元，所述呼吸控制器包括与各个带通滤波单元对应的M个呼吸控制单元，各个带通滤波单元将音频信号分成M个频段，各个峰值检测单元检测对应频段的音频 信号的幅度峰值，所述模数转换器将各幅度峰值转换为数字峰值数据，所述呼吸控制单元 用于根据对应频段的数字峰值数据确定PWM数据，并将PWM数据输送给驱动控制模块。
9.如权利要求8所述的LED驱动电路，其特征在于，所述呼吸控制单元比较对应频段的数字峰值数据和当前PWM数据，并在所述数字峰值 数据大于等于当前PWM数据时，将所述数字峰值确定为当前PWM数据，之后将当前PWM数据 输出，在所述数字峰值数据小于当前PWM数据时直接将当前PWM数据输出。
10.如权利要求9所述的LED驱动电路，其特征在于，所述呼吸控制单元对当前PWM数据以预定步长进行递减，并将递减后的PWM数据作为 当前PWM数据。
全文摘要
本发明公开了一种LED驱动电路，其包括输出模块、音频处理器、模数转换器、呼吸控制器和驱动控制模块。所述音频处理器将输入的音频信号分成M个频段，并检测每个频段的音频信号的幅度值。所述模数转换器将各个频段的音频信号的幅度值转换为数字幅度数据。所述呼吸控制器根据各个频段的数字幅度数据确定PWM数据。所述驱动控制模块根据来自呼吸控制器的所述PWM数据产生PWM信号，所述输出模块在PWM信号的驱动下产生输出电流。
文档编号H05B37/02GK101938876SQ201010286390
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者史良俊, 孙思兵, 王兵, 颜贞 申请人:无锡力芯微电子股份有限公司