专利名称：恒流源前置驱动下实现led电压自适应pwm调光的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED的脉冲宽度(PWM)调光的实现方式，具体的说是一种恒流源前置驱动下LED实现PWM调光的控制方式。
背景技术：
大功率LED以其长寿命、高光效、环境友好等特性成为新一代绿色光源。LED不仅应用在传统的照明场合，替代普通的现有光源，而且更多地应用在对调光要求较高的场合，比如LCD的背光照明。由于LED的色温会随着驱动电流的幅值变化而变化，因此为了保证色温的一致性，要求在调光时保持住电流的幅值，通过改变电流的导通时间进行调光，即常用的PWM调光方式。由于LED的二极管特性，其导通时需要控制电流的幅值恒定，可以等效成恒流源。在PWM调光方式工作时，则可以等效成幅值恒定的脉冲电流源。
目前常用的LED的PWM调光方式进行，输入侧采用恒压源提供能量，多路LED负载时，并联在同一电压母线上；同时在LED串中串联一个实现恒流控制的线性开关，如图I所示。该串联恒流源可以通过PWM控制信号，使该线性开关工作于脉冲恒流源的状态，其电流脉冲的幅值由Vref控制。为了降低线性开关的导通压降，从而降低损耗，需要通过采样脉冲电流源的压降，来自适应的调节电压母线的幅值，尽可能使该线性恒流源工作时的压降最低。但是，由于多路LED负载依靠一个公共的电压母线提供能量，那么当多串LED的压降差别较大时，比如导致其中压降较小的LED串中串联的线性恒流源来承受其与具有最大正向压降LED串的电压差，导致线性电流源损耗增加。另外，由于要通过检测线性电流源两端的电压来调节前级变流器的输出电压，电压检测电路的输出信号与对应的线性恒流源的距离受到限制，影响前级变流器调节的可靠性，另外也增加了信号传输和线路连接的困难，并且限制前级驱动器的独立性和标准化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可以进行高效率自适应调整母线电压的PWM调光解决方案。并且即使用模拟信号也能实现PWM调光。为解决上述问题，本发明提供了一种通过调节前级恒流源输出电流，就能够实现母线电压自适应调节，从而获得最低输出电压的分布式PWM调光技术。具体为提供一种恒流源前置驱动下实现LED电压自适应PWM调光的电路，包括输出负载LED串LEDl和输出滤波电容Col ;该电路还包括前级的受控直流电流源Isl，以及与输出负载LED串LEDl相接的PWM调光控制电路；输出滤波电容Col并联在受控直流电流源Isl的两端，输出负载LED串LEDl与PWM调光控制电路串联后并联在受控直流电流源Isl的两端；调光信号的输入端接至受控直流电流源Isl的控制端；所述PWM调光控制电路包括脉宽受控的脉冲电流源ID1、电压采样电路、电压控制与PWM占空比发生电路，脉冲电流源IDl的正端同时连接到输出负载LED串LEDl的负端和电压米样电路的输入，电压米样电路的输出作为电压控制与PWM占空比发生电路的输入；电压控制与PWM占空比发生电路的输出信号为占空比D，该输出的占空比信号接至脉冲电流源IDl的控制端。本发明中，所述脉冲电流源IDl是频率和脉冲幅值可调的脉冲电流源。本发明中，所述前级的受控直流电流源Isl是线性受控源，或者是通过输出电流控制构成开关电路的恒流源。本发明中，前级的受控直流电流源除所述受控直流电流源Isl之外，还包括与其并列的多路输出的受控直流电流源Is2、Is3、…、Isn，每一路的后级都具有输出滤波电容Co I、输出负载LED串及PWM调光控制电路，且其电路结构是相同的。本发明中，所述多路输出的受控直流电流源Isl、Is2、Is3、…、Isn中，各受控直流电流源的幅值相同，或具有不同的比例。本发明中，所述多路输出的受控直流电流源Isl、Is2、Is3、…、Isn受到同一个控制信号Vdim控制。 与传统的电压源作为前置级的PWM调光策略相比，本发明的电流源前置电压自适应优化PWM调光控制电路的有益效果是(I)前级恒流源与后级PWM控制电路之间除了功率连接外，无额外的信号电路连接，控制间单；(2)后级PWM脉冲恒流源的平均端电压自适应获得最小值，减少导通损耗。(3)无需PWM调光信号就能实现LED的PWM调光；模拟方式实现PWM调光功能，成本低；(4)采用多路输出的恒流源就可以实现多路PWM调光控制，并只用一路调光信号。
图I :传统的电压源前置的电压自适应PWM调光控制方法。图2 :本发明提出的电流源前置分布式电压自适应优化PWM调光控制电路。图3 :调光信号Vdim与占空比D。图4 :电流源前置多路输出分布式电压自适应优化PWM调光控制电路。图5 :端电压自适应闭环控制的PWM调光控制实施方式。图6 :可控恒流源Isl的一种实施方式。
具体实施例下面结合附图对本发明的实施方案进行具体阐述。如图2所示，本发明中包含前级受控直流电流源I s I、输出滤波电容Co I、输出负载LED串LED1。后级为端电压自适应控制的脉冲幅值恒定的脉宽受控的PWM调光控制电路，包括脉冲电流源ID1、采集脉冲电流源端电压的电压采样电路、电压控制与PWM占空比发生电路。受控直流电流源Isl受到调光信号Vdim的控制。输出滤波电容Col并联在受控直流电流源Isl的两端，输出负载LED串LEDl与PWM调光控制电路串联后并联在受控直流电流源Isl的两端。受控直流电流源Isl的正端接到输出滤波电容Col的正端，同时接到输出负载LED串LEDl的正端；输出滤波电容Col的负端接地；输出负载LED串LEDl的负端连接到脉冲电流源IDl的正端；脉冲电流源IDl的负端接地，其正端同时还连接到电压采样电路的输入端，电压采样电路的输出端接到电压控制与PWM占空比发生电路的输入端，电压控制与PWM占空比发生电路的电压参考端接到参考电压Vref。电压控制与PWM占空比发生电路的输出为占空比D，接到脉宽控制的脉冲电流源的控制端，用来控制IDl的脉冲宽度。本发明中的技术方案也适用于多路输出的PWM调光应用；前级为多路输出的受控恒流源Isl,Is2···，Isn,各恒流源之间可以存在一定比例，比例系数为al,a2*“，an。并且多路恒流源受到同一个控制信号Vdim控制。每一路恒流源与后级端电压自适应PWM调光控制电路的连接方式与单路的连接方式相同。本发明所述的调光控制的脉冲电流也可以是频率和脉冲幅值可调的脉冲电流源。受控直流电流源可以是线性受控源，也可以是任何开关电路通过输出电流控制构成的恒流源。图5是本发明中的端电压自适应控制的PWM调光一种实施方式。LED负载LEDl的负端连接到开关S12的一端，同时接到Ql的集电极，S12的另一端接到电容C13的一端，同时连接到电阻R16的一端，S12的控制端接到RS触发器FPl的输出端；电容C13的另一端接地，电阻R17与电容C13并联；电阻R16的另一端连接到误差放大器EAl的负输入端，同 时连接到C12的一端，C12的另一端连接到电阻R15的一端，R15的另一端连接到EAl的输出端。EAl的正输入端接电压基准Vref。EAl的输出接到比较器Compl的负输入端,Compl的正输入端接锯齿波信号源，比较器Compl的输出侧接RS触发器FPl的S端，FPl的输出端同时接到开关S12和Sll的控制端。Sll的一端接地，另一端接误差放大器EA2的正输入端和电阻R14的一端，电阻R13并联在Sll的两端。电阻R14的另一端接电流基准Iref。误差放大其EA2的负输入端接到电容Cll的一端和R18的一端，Cll的另一端接到电阻Rll的一端，电阻Rll的另一端同时连接到EA2的输出端和电阻R12的一端。R12的另一端接到Ql的基极，Ql的射极接到采样电阻Rsl的一端和R18的另一端，Rsl的另一端接地。该实施方式中的Ql可以是双极性晶体管，也可以是场效应晶体管。图6是受控直流恒流源的一种实施方式。输入源Vin的正端接到开关管S的一端，S的另一端接二极管D的阴极，同时接到电感Ld—端，二极管D的阳极接到输入地。电感L的另一端接到输出电容Co的一端，Co的另一端接到输入地；负载并联在Co的两端；电感电流的采样信号接到控制器的Rsen端，调光信号接到控制其德Iref端，输出D接到S的控制端。应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
权利要求
1.一种恒流源前置驱动下实现LED电压自适应PWM调光的电路，包括输出负载LED串LEDl和输出滤波电容Col ;其特征在于，该电路还包括前级的受控直流电流源Isl，以及与输出负载LED串LEDl相接的PWM调光控制电路；输出滤波电容Col并联在受控直流电流源Isl的两端，输出负载LED串LEDl与PWM调光控制电路串联后并联在受控直流电流源Isl的两端；调光信号的输入端接至受控直流电流源Isl的控制端； 所述PWM调光控制电路包括脉宽受控的脉冲电流源ID1、电压采样电路、电压控制与PWM占空比发生电路，脉冲电流源IDl的正端同时连接到输出负载LED串LEDl的负端和电压采样电路的输入，电压采样电路的输出作为电压控制与PWM占空比发生电路的输入；电压控制与PWM占空比发生电路的输出信号为占空比D，该输出的占空比信号接至脉冲电流源IDl的控制端。
2.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述脉冲电流源IDl是频率和脉冲幅值可调的脉冲电流源。
3.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述前级的受控直流电流源Isl是线性受控源，或者是通过输出电流控制构成开关电路的恒流源。
4.根据权利要求I至3任意ー项中所述的电路，其特征在于，前级的受控直流电流源除所述受控直流电流源Isl之外，还包括与其并列的多路输出的受控直流电流源Is2、Is3、…、Isn，每一路的后级都具有输出滤波电容Col、输出负载LED串及PWM调光控制电路，且其电路结构是相同的。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述多路输出的受控直流电流源Isl、Is2、Is3、…、Isn中，各受控直流电流源的幅值相同，或具有不同的比例。
6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述多路输出的受控直流电流源Isl、Is2、Is3、…、Isn受到同一个控制信号Vdim控制。
全文摘要
本发明涉及LED的PWM调光技术，旨在提供一种恒流源前置驱动下实现LED电压自适应PWM调光的电路。该电路包括输出负载LED串LED1、输出滤波电容Co1、前级的受控直流电流源Is1，以及与LED串LED1相接的PWM调光控制电路；滤波电容Co1并联在受控直流电流源Is1的两端， LED串LED1与PWM调光控制电路串联后并联在Is1的两端；调光信号的输入端接至受控直流电流源Is1的控制端。本发明中，前级恒流源与后级PWM控制电路之间除了功率连接外，无额外的信号电路连接，控制简单；后级PWM脉冲恒流源的平均端电压自适应获得最小值，减少导通损耗；无需PWM调光信号就能实现LED的PWM调光；模拟方式实现PWM调光功能，成本低；采用多路输出的恒流源就可以实现多路PWM调光控制，并只用一路调光信号。
文档编号H05B37/02GK102821526SQ201210324680
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者吴新科 申请人:浙江大学