一种多通道led驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种多通道LED驱动电路，包括：驱动电路，用于提供驱动电流；多通道LED阵列电路，连接到驱动电路；可调电阻阵列电路，一端连接到多通道LED阵列电路，另一端连接到驱动电路，并且可调电阻阵列电路的电阻值的大小可调。本发明的实施例中提供的电路中，在多通道LED阵列中，即使各支路LED亮度不同，即各支路流经电流Ii不同，但由于各支路工作时，可调电阻阵列电路中的DRi阻值可分别调节，因此也可保证LED阵列电路中正向输入Di可分别调节以及第二端M处的电压保持一致，从而提高了电路的效率、灵活性和稳定性。
【专利说明】—种多通道LED驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED驱动【技术领域】，尤其是涉及一种多通道LED驱动电路。
[0002]
【背景技术】
[0003]LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业得以快速发展。随着LED发光效率不断提高，价格逐渐降低，大功率超高亮白光LED的开发研究已成为主攻方向。多路LED同时照明正应用在街道、隧道、地铁等场合中，受到了世界上的广泛关注。因此，大功率LED的驱动电路设计也成为热点。
[0004]按照负载的连接方式划分，LED驱动电路的类型可以分为:1.串联型；2.并联型；
3.串并联型等连接方式。所有的连接方式中，都是基本的串联、并联方式的一系列组合，所以对相应的电路的分析都可以按照串联或者是并联的关系来分析。
[0005]串联连接是将每个LED的正极接下一个LED的负极，以此连接成串，一般应接入限流电阻R。这种连接方式能实现通过每个LED的电流相等，但当其中一个或者几个LED开路时，则整串LED都会媳灭。所以此种连接方法可靠性不高。
[0006]并联连接是将多个LED的正极和正极、负极和负极并联起来。此连接方式能保证每个LED的工作电压一样，但是因为每个LED器件之间特性参数存在着差异，导通电压VF不一致，则通过每个LED的电流会不一致。散热性能较差的LED会随着温度的上升导通电压降低，导致导通电流If的上升，而If的上升则会引起结温的加剧上升，如此形成正反馈，最终造成LED的烧毁。因此一般情况下不采用直接并联的形式。若需要LED并联则应考虑器件和环境等因素对电路的影响，并用合适的电阻与每个LED串联以减小LED被烧毁的概率。
[0007]串并混合连接是将多个LED先串联后并联组成发光组件。对于一条支路上的LED来说，若因器件和使用条件的差别导致此支路上一个或多个LED失效，则只会影响此条支路LED的工作电流，对整个组件的影响相对较小。并可根据电路结构分别调节各个支路LED。因此该种连接方式的发光组件可靠性较高，而且对单个器件的选取范围较大，整个发光组件的亮度也相对均匀。在工作环境因素变化较大的情况下，此种连接方式为最佳的选择，目前这种连接方式在大量照明实例中得到广泛的应用。
[0008]按照电路的拓扑结构划分，LED驱动电路可以分为线性结构、电容式开关结构和电感式开关结构。线性结构中的线性稳压源主要包括低压稳压器(LDO，Low Drop-Out)这种电路结构，该电路只能实现降压驱动并且在某些应用条件下效率很低。电容式开关结构中的电荷泵(Charge Pump)也称为开关电容式DC/ DC变换器，电荷泵电路利用电荷转移的方式进行工作。电容就是电荷转移的途径，它把电荷从输入转移到输出，提供负载所需要的电流。它既可以使输入电压升高、降低，也可以产生负电压。但是电源转换效率随着输入电压增高而降低，因为电荷泵结构的驱动输出电压一般较低，当负载为多个LED时，这些LED只能采用串并联连接的方式，传统电路不能分别调节各条LED支路电流。[0009]
【发明内容】
[0010]本发明的目的之一是提供一种效率高、灵活性和稳定性好的多通道LED驱动电路。
[0011]本发明公开的技术方案包括:
提供了一种多通道LED驱动电路，其特征在于，包括:驱动电路，所述驱动电路用于提供驱动电流；多通道LED阵列电路，所述多通道LED阵列电路连接到所述驱动电路并接收所述驱动电流，所述多通道LED阵列电路包括多个LED，所述驱动电流驱动所述多个LED使所述多个LED发光；可调电阻阵列电路，所述可调电阻阵列电路一端连接到所述多通道LED阵列电路，另一端连接到所述驱动电路，并且所述可调电阻阵列电路的电阻值的大小可调。
[0012]本发明的一个实施例中，所述驱动电路包括电源(VDD )、第一晶体管(匪a)、第二晶体管(NMb)、反相器、电感、误差放大器和比较器，其中:所述电感的一端连接到所述多通道LED阵列电路的第一端(A)，另一端连接到所述第一晶体管(匪a)的源极和所述第二晶体管(NMb)的漏极；所述第二晶体管(NMb)的源极连接到所述可调电阻阵列电路的第二端(N);所述误差放大器的反相输入端连接到所述多通道LED阵列电路的第二端(M)，所述误差放大器的同相输入端连接到参考电压(VKEF)，所述误差放大器的输出端连接到所述比较器的反相输入端；所述比较器的同相输入端连接到锯齿波发生器；所述比较器的输出端连接到所述第一晶体管(NMa)的栅极和所述反相器的输入端；所述反相器的输出端连接到所述第二晶体管(NMb)的栅极；所述第一晶体管(NMa)的漏极连接到所述电源(VDD)的正极；所述可调电阻阵列电路的第一端连接到所述多通道LED阵列电路的第二端(M);所述可调电阻阵列电路的第二端(N)连接到所述电源(VDD)的负极。
[0013]本发明的一个实施例中，所述多通道LED阵列包括至少两个LED阵列支路，所述至少两个LED阵列支路并联连接在所述多通道LED阵列电路的第一端(A)和第二端(M)之间。
[0014]本发明的一个实施例中，每个所述LED阵列支路包括至少两个LED、第三晶体管、运算放大器(opamp)、数模转换器(DAC)和电阻(R)，其中:所述至少两个LED串联，并且串联的所述至少两个LED —端连接到所述多通道LED阵列的第一端(A)，另一端连接到所述第三晶体管的漏极；所述第三晶体管的源极连接到所述电阻(R)的一端和所述运算放大器(opamp)的反相输入端；所述电阻(R)的另一端连接到多通道LED阵列电路的第二端(M)；所述数模转换器的输入端接收控制信号，输出端连接到所述运算放大器的同相输入端；所述运算放大器的输出端连接到所述第三晶体管的栅极。
[0015]本发明的一个实施例中，所述可调电阻阵列电路包括至少两个电阻支路，所述至少两个电阻支路并联，并且一端连接到所述多通道LED阵列电路的第二端(M)，另一端连接到所述可调电阻阵列电路的第二端(N)，其中所述至少两个电阻支路中的每个电阻支路可在接通状态和断开状态之间切换。
[0016]本发明的一个实施例中，每个所述电阻支路包括至少一个阵列电阻。
[0017]本发明的一个实施例中，所述阵列电阻的电阻值是可调节的。
[0018]本发明的一个实施例中，所述阵列电阻包括包含多个电阻的电阻网络和与所述电阻网络中的所述多个电阻中的至少一部分电阻连接的开关元件，所述开关元件控制所述至少一部分电阻接入所述电阻网络或者从所述电阻网络中断开。
[0019]本发明的一个实施例中，所述可调电阻阵列电路的第二端(N)接地。
[0020]本发明的实施例中提供的电路中，在多通道LED阵列中，即使各支路LED亮度不同，即各支路流经电流Ii不同，但由于各支路工作时，可调电阻阵列电路中的DRi阻值可分别调节，那么也可保证LED阵列电路中正向输入Di可分别调节以及第二端M处的电压保持一致，从而提高了电路的效率、灵活性和稳定性。
[0021]
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明一个实施例的多通道LED驱动电路的结构示意图。
[0023]图2是本发明一个实施例的多通道LED阵列电路和可调电阻阵列电路的结构示意图。
[0024]【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图详细说明本发明的实施例的多通道LED驱动电路的具体结构。
[0026]如图1所示，本发明的一个实施例中，一种多通道LED驱动电路包括驱动电路10、多通道LED阵列电路11和可调电阻阵列电路12。
[0027]驱动电路10用于为连接于其上的多通道LED阵列电路11提供驱动电流。本发明的实施例中，该驱动电路可以是实现DC-DC降压变换的电路。例如，一个实施例中，该驱动电路10可以是BUCK驱动电路。
[0028]例如，如图1所示，一个实施例中，该驱动电路10包括电源VDD、第一晶体管Wa、第二晶体管NMb、反相器101、电感L、误差放大器103和比较器105。
[0029]如图1所示，电感L的一端连接到多通道LED阵列电路11的第一端A，另一端连接到第一晶体管NMa的源极和第二晶体管NMb的漏极。
[0030]第二晶体管NMb的源极连接到可调电阻阵列电路12的第二端N。
[0031]误差放大器103的反相输入端连接到多通道LED阵列电路11的第二端M ;误差放大器103的同相输入端连接到参考电压VREF ;误差放大器103的输出端连接到比较器105的反相输入端。
[0032]比较器105的同相输入端连接到锯齿波发生器(图中没有示出)。
[0033]比较器105的输出端连接到第一晶体管NMa的栅极和反相器101的输入端，并且反相器101的输出端连接到第二晶体管NMb的栅极。
[0034]第一晶体管NMa的漏极连接到电源VDD的正极。
[0035]本发明的一个实施例中，可调电阻阵列电路12的第一端连接到多通道LED阵列电路11的第二端M，并且可调电阻阵列电路12的第二端N连接到电源VDD的负极。
[0036]本发明的一个实施例中，可调电阻阵列电路12的第二端N还接地。
[0037]本发明的一个实施例中，比较器105可以是PWM比较器。
[0038]如图1所示，本发明的一个实施例中，多通道LED阵列电路11连接到驱动电路10并接收其提供的驱动电流。该多通道LED阵列电路11中包括多个LED，并且该驱动电流驱动该多个LED，使该多个LED发光。
[0039]如图2所示，本发明的一个实施例中，多通道LED阵列11可以包括至少两个LED阵列支路(例如，图2的实施例中，该多通道LED阵列11包括η个LED阵列支路，其中η为大于或者等于2的自然数)。该至少两个LED阵列支路并联连接在多通道LED阵列电路11的前述第一端A和第二端M之间。从驱动电路10接收的驱动电流分流到该并联的至少两个LED阵列支路(图2中表示为I1-1n，如图2中的箭头所示)，以驱动LED阵列支路中的LED。
[0040]如图2所示，本发明的一个实施例中，每个LED阵列支路可以包括至少两个LED、第三晶体管(图2中各个LED阵列支路的第三晶体管分别表示为^1-NMn，本文中，总地表示为匪)、运算放大器111 (图2中各个LED阵列支路的运算放大器分别表示为Opamp1-Opampn,本文中，总地表示为opamp)、数模转换器(图2中各个LED阵列支路的数模转换器分别表示为DAC1-DACn，本文中，总地表示为DAC)和电阻112 (图2中总地表示为R)。
[0041]如图2所示，本发明一个实施例中，该至少两个LED串联，并且串联的该至少两个LED 一端连接到多通道LED阵列11的第一端A，另一端连接到第三晶体管NM的漏极。
[0042]第三晶体管NM的源极连接到电阻R的一端和运算放大器opamp的反相输入端。
[0043]电阻R的另一端连接到多通道LED阵列电路11的第二端M。
[0044]数模转换器DAC的输入端接收控制信号(图2中各个LED阵列支路的数模转换器DAC接收的控制信号分别表示为D1-Dn),输出端连接到运算放大器opamp的同相输入端。
[0045]运算放大器opamp的输出端连接到第三晶体管NM的栅极。
[0046]本实施例中，运算放大器opamp构成了跟随器。
[0047]如图1所示，可调电阻阵列电路12 —端连接到多通道LED阵列电路11 (例如，连接到多通道LED阵列电路11的第二端M)，另一端连接到驱动电路10，并且本发明的一个实施例中，该可调电阻阵列电路12的等效电阻值的大小可调。
[0048]如图2所示，本发明的一个实施例中，可调电阻阵列电路12包括至少两个电阻支路(图2的实施例中，包括η个电阻支路，其中η为大于或者等于2的自然数)，该至少两个电阻支路并联，并且一端连接到多通道LED阵列电路11的第二端Μ，另一端连接到可调电阻阵列电路12的第二端N，即并联在图2中M点和N点之间。
[0049]本发明的一个实施例中，该至少两个电阻支路中的每个电阻支路可在接通状态和断开状态之间切换。即，本发明的一个实施例中，可调电阻阵列电路12中的每个电阻支路可以选择接通或者断开，并且这种接通或者断开可以由例如用户控制，从而调节整个可调电阻阵列电路12的电阻。
[0050]本发明的一个实施例中，每个电阻支路包括至少一个阵列电阻(图2中，可调电阻阵列电路12的每个电阻支路中的阵列电阻分别表示为DR1-DRn，本文中，总地表示为DR)。本发明的一个实施例中，该阵列电阻的电阻值是可调节的。
[0051]本发明的一个实施例中，第i个(图2中，个电阻支路的编号从左至右从I开始依次增大；容易理解，也可以按照其他方式编号，本发明不作限制)。第i个电阻支路中的阵列电阻 DRi 的电阻值可以为 Σ Kmi2mR0= R0 (2mKmi+2m^1K(m_1)i + '"+2^^+20^)，其中 m= O、1、2……，R0为单位电阻，Kmi的取值为I或O。本发明的实施例中，可通过控制Kmi的取值来调节DRi的阻值。
[0052]例如，本发明的一个实施例中，每个电阻支路中的阵列电阻DR可以包括包含多个电阻的电阻网络，并且该电阻网络中的该多个电阻的至少一部分电阻具有各自对应的开关元件。通过控制该开关元件的接通或者断开，可以控制该至少一部分电阻接入该电阻网络或者从该电阻网络断开，从而控制该电阻网络(即该阵列电阻DR)的阻值。这个方法也即为上文所述的控制Kmi的方法的一个实例。
[0053]本发明的前述实施例中的电路的工作原理如下。
[0054](I)VDD提供直流电源，M节点电压送到误差放大器103的反相输入端，与参考电压Vkef比较放大后，得到了误差信号Ve。Ve作为比较器105的门限电压与锯齿波发生器产生的锯齿波进行比较。比较器105输出的开关信号控制NMa、NMb的通断，实现BUCK驱动电路的开关控制。当开关控制信号输出高电平时，NMa导通、NMb关断，由VDD提供输入电压，输入电压给电感L充电，电感上的电流增加，电感储能。当开关控制信号输出低电平NMb导通、NMa关断时，电感上的电流不会突变，电感释放能量，电感上的电流逐渐减小，为负载提供电流，从而使电路正常工作。
[0055](2)可调权重电阻阵列中第i列中DRi的值为Σ Kffli2mR0= R0( 2^+2^(^)^-+2^^+20^),其中m=0、l、2……，Rtl为单位电阻，Kmi的取值为I或0，
可通过控制Kmi的取值来调节DRi的阻值，I≤i≤η且i为整数。多通道LED阵列11中的第i个LED阵列支路(也即第i个通道)的运算放大器Opampi为跟随器，当输入第i通道数字码Di时，则第i通道Pi处电压也为Vit5设M点电压为V，η通道LED阵列各通道通过M点连接在一起，则各通道M点电压均相同。若分别调节第i通道LED亮度，即调节流经该第i通道的电流Ii，则根据电路的基尔霍夫电流定律(KCL定律)，则可通过调节可调电阻阵列电路12中的第i个电阻支路(即第i个通道)DRi的阻值来实现，两者关系如下式(I):
V/Ii= DRi= Σ Kmi2mR 0(I)。
[0056]根据关系式(1)，已知电流Ii，适当调节DRi,可得M点电压值V。又根据电路的基尔霍夫电压定律(KVL定律)，Pi点电压和M点电压V满足下列关系式(2):
Vi=(^RZDRi)V(2)。
[0057]根据关系式⑵，已知DRi的阻值和M点电压V，可以计算出Pi点电压Vi，即DAC的输出。由此根据DAC变换原理，可以得到第i通道的数字输入Dp
[0058]利用这种方式，在η通道LED阵列中，即使各支路LED亮度不同，即各支路流经电流Ii不同，但由于各列工作时，可调电阻阵列电路12中DRi阻值可分别调节，那么也可保证Qpampi的正向输入Di可分别调节以及各列M处的电压保持一致，从而提高了电路的效率、灵活性和稳定性。
[0059]以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
【权利要求】
1.一种多通道LED驱动电路，其特征在于，包括: 驱动电路，所述驱动电路用于提供驱动电流； 多通道LED阵列电路，所述多通道LED阵列电路连接到所述驱动电路并接收所述驱动电流，所述多通道LED阵列电路包括多个LED，所述驱动电流驱动所述多个LED使所述多个LED发光； 可调电阻阵列电路，所述可调电阻阵列电路一端连接到所述多通道LED阵列电路，另一端连接到所述驱动电路，并且所述可调电阻阵列电路的电阻值的大小可调。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动电路包括电源(VDD)、第一晶体管(匪a)、第二晶体管(NMb)、反相器、电感、误差放大器和比较器，其中: 所述电感的一端连接到所述多通道LED阵列电路的第一端(A)，另一端连接到所述第一晶体管(NMa)的源极和所述第二晶体管(NMb)的漏极； 所述第二晶体管(NMb)的源极连接到所述可调电阻阵列电路的第二端(N)； 所述误差放大器的反相输入端连接到所述多通道LED阵列电路的第二端(M)，所述误差放大器的同相输入端连接到参考电压(VKEF)，所述误差放大器的输出端连接到所述比较器的反相输入端； 所述比较器的同相输 入端连接到锯齿波发生器； 所述比较器的输出端连接到所述第一晶体管(NMa)的栅极和所述反相器的输入端； 所述反相器的输出端连接到所述第二晶体管(NMb)的栅极； 所述第一晶体管(NMa)的漏极连接到所述电源(VDD)的正极； 所述可调电阻阵列电路的第一端连接到所述多通道LED阵列电路的第二端(M)； 所述可调电阻阵列电路的第二端(N)连接到所述电源(VDD)的负极。
3.如权利要求1或者2所述的电路，其特征在于，所述多通道LED阵列包括至少两个LED阵列支路，所述至少两个LED阵列支路并联连接在所述多通道LED阵列电路的第一端(A)和第二端(M)之间。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，每个所述LED阵列支路包括至少两个LED、第三晶体管、运算放大器(opamp)、数模转换器(DAC)和电阻(R)，其中: 所述至少两个LED串联，并且串联的所述至少两个LED —端连接到所述多通道LED阵列的第一端(A)，另一端连接到所述第三晶体管的漏极； 所述第三晶体管的源极连接到所述电阻(R)的一端和所述运算放大器(opamp)的反相输入端； 所述电阻(R)的另一端连接到多通道LED阵列电路的第二端(M)； 所述数模转换器的输入端接收控制信号，输出端连接到所述运算放大器的同相输入端; 所述运算放大器的输出端连接到所述第三晶体管的栅极。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的电路，其特征在于，所述可调电阻阵列电路包括至少两个电阻支路，所述至少两个电阻支路并联，并且一端连接到所述多通道LED阵列电路的第二端(M)，另一端连接到所述可调电阻阵列电路的第二端(N)，其中所述至少两个电阻支路中的每个电阻支路可在接通状态和断开状态之间切换。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的电路，其特征在于，每个所述电阻支路包括至少一个阵列电阻。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述阵列电阻的电阻值是可调节的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于:所述阵列电阻包括包含多个电阻的电阻网络和与所述电阻网络中的所述多个电阻中的至少一部分电阻连接的开关元件，所述开关元件控制所述至少一部分电阻接入所述电阻网络或者从所述电阻网络中断开。
9.如权利要求2至4中任意一项所述的电路，其特征在于，所述可调电阻阵列电路的第二端(N) 接地。
【文档编号】H05B37/02GK104023450SQ201410275107
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】吕坚, 阙隆成, 吕静, 吴传福, 周云 申请人:电子科技大学