Led分段调光电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种LED分段调光电路，包括：一调光检测端，连接LED驱动芯片内的使能信号EN，用以检测由调光开关导致的系统掉电与上电；一电源产生电路，用以为LED分段调光电路内部的电路提供电源；电源产生电路的输出端连接环形计数器和译码器；一环形计数器，其输入端连接调光检测端，用以计算按调光开关的次数；一译码器，其输入端连接环形计数器，对环形计数器的输出信号进行译码，以控制选择电路的输出；一选择电路，其选择信号端连接译码器，输入端接各段基准电压，用以选择需要的基准电压作为输出。本实用新型适用范围广，可应用于隔离、非隔离、浮地、以及带PFC等多种架构的LED驱动电路。
【专利说明】LED分段调光电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及LED驱动电路，尤其是一种LED驱动电路中LED驱动芯片内部的分段调光电路。
【背景技术】
[0002]LED灯目前已广泛应用于照明领域，并因其独特的优势逐渐成为新一代的照明光源，人们对LED灯的工作模式也提出了要求，调光便是其中重要的一种。而在所有调光技术当中，分段调光是一种相对设计简单，成本低，操作方便且实用的技术。
[0003]图1为现有分段调光技术应用于LED驱动电路的原理图，101为交流电源，102、103、104、105为桥式整流电路，106为大的滤波电容(常见取值几个uF)，与整流电路一起将交流电信号整流滤波，输出线电压；107、108为分压电阻，LED驱动芯片(下文简称芯片)引脚DM通过这两个电阻采样线电压信息；109为小的滤波电容(nF级)；110、111为启动电路；112为芯片；113为环路补偿电容；114为供电二极管，连接在辅助绕组与芯片电源引脚VIN之间；117为变压器，其中Np为原边绕组、Ns为次边绕组、NA为辅助绕组；115、116为辅助绕组采样分压电阻，与芯片引脚FB连接；118为功率管；119为采样电阻；120为续流二极管；121为输出电容；122为LED灯。
[0004]芯片内部设计有调光电路，调光电路连接引脚DM，芯片通过检测引脚DM电压信息的变化，来判断是否需要进行调光。图2为现有技术中的调光电路，201连接芯片引脚DM，采样线电压信息；202为一基准；203为检测电路，通过检测引脚DM的变化，来确定是否给环形计数器205输出时钟信号；204为时钟信号；205、206分别为环形计数器和译码电路，共同组成移位寄存器；208为选择电路；207为选择电路的η个基准电压；209为选择电路的输出，直接控制着LED输出电流大小。调光电路的核心模块为移位寄存器，系统每一次掉电上电，移位寄存器便输出下一个状态。系统掉电上电期间，整流桥后的线电压快速响应，同时引脚DM通过分压电阻采样线电压信息，该引脚电压再与芯片内部基准电压比较，即可判断系统是否掉电上电。若判断出系统经历一次掉电上电，移位寄存器便能处理相关信号，使得控制输出电流的基准电压Vkefi变为VKEF2，从而实现LED的调光。
[0005]然而，该调光电路存在如下缺点:
[0006]第一，对于带PFC功能的应用方案，正常工作时，线电压呈半波波形，线电压的高低不能反映系统是否掉电上电，引脚DIM不能通过分压电阻采样线电压信息来判断系统是否掉电上电；
[0007]第二，对于浮地架构的应用方案，芯片的绝对电压随着功率管的开关在不断变化，芯片内部无法选定一个基准值与引脚DM的采样信息进行比较来判断系统是否掉电上电，
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【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于克服充现有技术中存在的不足，提供一种LED分段调光电路，可应用于隔离、非隔离、浮地、以及带PFC等多种电路架构。
[0009]本实用新型提供的是可通用的分段调光电路，其结构简单，应用方案上仅需外接一个小电容，成本低，适用范围广，可应用于各种架构的LED驱动电路。
[0010]为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0011 ] 一种LED分段调光电路,包括:
[0012]一调光检测端，连接LED驱动芯片内的使能信号EN，用以检测由调光开关导致的系统掉电与上电；
[0013]一电源产生电路，用以为LED分段调光电路内部的电路提供电源；电源产生电路的输出端连接环形计数器和译码器；
[0014]一环形计数器，其输入端连接调光检测端，用以计算按调光开关的次数；
[0015]一译码器，其输入端连接环形计数器，对环形计数器的输出信号进行译码，以控制选择电路的输出；
[0016]一选择电路，其选择信号端连接译码器，输入端接各段基准电压，用以选择需要的基准电压作为输出。
[0017]上述调光检测端直接利用LED驱动芯片(下文简称芯片)内部的使能信号EN来反映系统的掉电与上电，调光开关按一次，势必导致系统产生一次掉电与上电，使能信号EN直接接环形计数器的时钟信号。
[0018]电源产生电路的输入端接芯片电源VIN以及芯片内部电源VDD，输出为环形计数器和译码器提供电源。应用时，电源产生电路的输出端单独作一引脚，并外挂电容。
[0019]与现有技术相比，本实用新型提出的LED分段调光电路，应用于LED驱动电路中，一方面其结构简单，在外围只需外接一个小电容即可，大大降低了成本；另一方面，适用范围广，该分段调光电路可用于各种LED驱动电路的架构中，使得该分段调光电路更具实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术下的分段调光LED驱动电路示意图。
[0021]图2为现有技术下分段调光电路的内部示意图。
[0022]图3为本实用新型第一实施例LED驱动电路的示意图。
[0023]图4为本实用新型的LED分段调光电路内部示意图。
[0024]图5为本实用新型的LED分段调光电路内部的电源产生电路示意图。
[0025]图6为本实用新型的LED分段调光电路内部的电源产生电路信号波形示意图。
[0026]图7为本实用新型的选择电路示意图。
[0027]图8为本实用新型的第二实施例LED驱动电路的示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0029]为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种应用于LED驱动电路的分段调光电路，一方面在外围只需一个小电容，大大降低了成本；另一方面，该分段调光电路可用于各种LED驱动电路的架构中，使得该分段调光电路更具实用性。本实用新型仅仅以示例的方式被应用于AC/DC开关电源变换器中，但是应当认识到本实用新型具有更加广阔的应用范围。
[0030]图3是本实用新型第一实施例LED驱动电路示意图，该电路为隔离型带PFC功能。301为交流电源；302?305为桥式整流器，306为小的滤波电容(如10nF),整流桥后的线电压为半波波形；309、310为芯片启动电路；311为LED驱动芯片(下文简称芯片)；307为环路补偿电容，接在芯片COMP脚与GND脚之间；308为接在引脚V_DM与GND之间的电容；317为变压器；313、314为分压电阻，连接芯片的反馈引脚FB ；312为供电二极管；315为功率管，栅端接芯片DRV脚，源端与采样电阻及CS脚相连；316为采样电阻；318为续流二极管；319为输出滤波电容；320为输出LED。
[0031]对于该架构，整流桥后的线电压为半波波形，也就是说线电压本身就在O?
一之间变化，无法通过检测线电压的变化来判断系统是否掉电。本实用新型实施例提供了一种LED分段调光电路，能够很好地应对调光开关的变化实现输出LED的分段调光功能。图4是本实用新型所示出的分段调光电路的内部模块图，包括调光检测端401，这里直接用芯片内部使能EN来反映调光开关是否按下，按一次调光开关意味着系统一次掉电上电，系统掉电，芯片使能EN消失，系统上电，芯片使能EN为高电平，因此使能EN可作调光电路的时钟信号。电源产生电路402为移位寄存器(环形计数器和译码器)提供电源，这里称作调光电源￥_0頂，将该电源信号V_DM单独作一个引脚引出，并在该引脚外挂一电容至地，这样，系统掉电时，芯片电源VIN及芯片使能EN都消失后，调光电源V_D頂仍然可以维持一段时间，等到系统下一次上电时，芯片使能再次产生，环形计数器403计数到下一状态，译码器404也就相应给出下一状态的输出信号,该输出信号控制选择电路405输出哪一路基准电压406，基准电压406为基准电压405中V1、V2、……Vn中的一个，该基准电压的大小决定了 LED的输出电流大小，每次按下调光开关后，选择电路都会选择一个基准电压VKEF，因而实现了分段调光功能。使能EN由芯片内部的基准&使能模块产生。
[0032]图5是本实用新型所示出的LED分段调光电路内部的电源产生电路，包括电阻R502，PMOS管Q504，NMOS管Q505 ；电阻R502的一端和NMOS管Q505的漏端接LED驱动芯片的电源VIN ；PM0S管Q504的栅端接LED驱动芯片内部电源VDD，漏端接LED驱动芯片的地引脚GND，衬底接源端；Q504的源端接电阻R502的另一端和NMOS管Q505的栅端；NM0S管Q505的衬底接LED驱动芯片的地引脚GND，源端作为引脚V_DM，用于连接一个外挂于LED驱动芯片的引脚V_DM和地引脚GND间的电容；NM0S管Q505的源端同时作为电源产生电路的输出端，供电给环形计数器和译码器。
[0033]其中501为芯片的电源VIN ;R502为一高阻电阻，用以降低501、R502、Q504这一通路的电流；503为芯片内部电源VDD，由芯片内的基准&使能模块产生；Q504为一高压PM0S，用以抬高源端电压至(VDD+1 Vgsp I )，衬底与源端相连；Q505为一高压NM0S，衬底与地(此处的地实际上指芯片的地引脚GND)相连；506为一芯片外置电容，外挂于引脚V_DIM与引脚GND之间；507为高压PMOS管Q504的源端(高压NMOS管Q505的栅端)；508为引脚V_DM，连接于高压NMOS管Q505源端与外置电容506之间，用以为环形计数器和译码器提供电源，具体数值为(VDD+1 Vesp 1-Vcsn)。
[0034]系统上电后，芯片电源501缓慢上升，芯片内部电源VDD也跟随上升，当上升至一定值后，VDD稳定住，不再上升，而芯片电源501继续上升。这时，501、R502、Q504通路便存在电流，由于高阻电阻R502的限流作用，该漏电流可得到控制，高压PMOS管Q504的源端(高压NMOS管Q505栅端)507上升到VDD+1 VespI后也稳定住，这时V_DM引脚508的电压值可以计算得(VDD+1Vesp|-VesN)。若某时刻系统开始掉电，芯片电源501以及芯片内部电源503 (VDD)快速降至零电压，芯片内部绝大部分模块都停止工作，但是V_D頂引脚508由于外挂电容的存在，电压可以继续维持一段时间，具体时间长度可由电容506的大小来调节，也就是说，在芯片掉电的这段时间内，环形计数器和译码器仍能继续工作，并保存了相应状态，等到下一次系统上电时，环形计数器又可以输出下一个状态。这里需要注意的是，高压NMOS管Q505的衬底与芯片的地引脚GND相连，而不能与源端相连，原因在于，当系统掉电时，高压NMOS管Q505的漏端和栅端都变为低电平，防止源端电流倒灌入漏端而使源端迅速放电至零。
[0035]图6为本实用新型所示出的LED分段调光电路内部的电源产生电路的典型工作波形。系统上电，芯片电源VIN与芯片内部电源VDD上升，V_DM引脚电压也上升；系统掉电，芯片电源VIN与芯片内部电源VDD迅速下降，V_DM引脚电压能够维持一段时间，从而保证环形计数器与译码器在系统掉电后仍能够保持状态，直至系统下一次上电。
[0036]环形计数器可以根据分段调光的分段数来设计，例如，四段调光只需两个D触发器即可设计，八段调光需三个D触发器；译码器的设计只需保证环形计数器的每次时钟输出，译码器能输出一个高电平；然后用译码器输出的这个高电平来控制后续的选择电路，使得输出基准能够得到希望的值。选择电路可采用图7所示的电路，包括多个NOMS管，Vl?Vn为各段基准电压，分别接各个NOMS管的漏极，各NMOS管的栅极作为选择信号端连接译码器，各NMOS管的源极接在一起作为输出端，用以输出一个需要的基准电压Vref。
[0037]基于本实用新型的LED分段调光电路，本实用新型的第一实施例的调光工作原理为:图3中，系统上电时，半波形的线电压通过309与310的RC电路对芯片充电，芯片电源VIN电压逐渐升高，同时芯片内部电源VDD与引脚V_DM电压也逐渐升高，并稳定于某一值，引脚V_DIM为调光电路内部的环形计数器与译码器提供了电源，当芯片电源VIN升到芯片启动电压VIN_0N后，芯片使能信号EN产生，调光电路内部的环形计数器便得到第一次时钟信号，计数器的输出经译码器和选择电路处理后，得到第一个基准电压(该电压的大小直接控制输出电流)，LED获得第一个亮度；某一时刻，调光开关按下，系统掉电，芯片电源VIN、芯片内部电源VDD、芯片使能EN信号迅速掉为零，然而引脚V_DM电压由于外置电容308的存在会维持一段时间，从而保证环形计数器与译码器在系统掉电期间仍能保持内部状态；然后调光开关弹起，系统再次上电，芯片电源VIN、芯片内部电源VDD、芯片使能EN再次产生，环形计数器获得第二个时钟信号，并输出下一状态的信号，该信号经译码器和选择电路处理，得到第二个基准电压，输出LED得到第二个亮度；LED第η个亮度的工作原理以此类推，第η个亮度后，系统再来一次掉电上电，又会回到第一个亮度。
[0038]图8为本实用新型的第二实施例LED驱动电路示意图，采用非隔离浮地型架构，并带PFC功能。601为交流电源；602?605为桥式整流器，606为小的滤波电容(10nF,滤除高频杂波，但基本不会对50Hz交流电压进行平滑)，整流桥后的线电压为半波波形；607、608为启动电路，为芯片电源VIN充电；609为COMP脚补偿电容；610为引脚V_DIM外挂电容；611为芯片内部框图；616为功率管，栅端接芯片的DRV引脚，源端接CS引脚和617采样电阻；618为电感，619为输出；620为续流二极管；621为输出滤波电容；612、613为分压电阻，与FB引脚相连；614、615为芯片供电。
[0039]对于浮地架构，芯片地GND与系统地隔离。功率管导通时，芯片GND电压接近于线电压，芯片内部的绝对电压甚至高于线电压；功率管关断时，芯片GND的电压接近于系统地，芯片内部的绝对电压远低于导通时。现有的调光检测电路无法通过检测线电压来判断系统的掉电与上电。本实用新型的分段调光电路能够适用于该架构。系统具体的调光工作原理可参照第一实施例。
[0040]以上所述仅为本实用新型的典型实施例而已，不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种LED分段调光电路，其特征在于，包括: 一调光检测端，连接LED驱动芯片内的使能信号EN，用以检测由调光开关导致的系统掉电与上电； 一电源产生电路，用以为LED分段调光电路内部的电路提供电源；电源产生电路的输出端连接环形计数器和译码器； 一环形计数器，其输入端连接调光检测端，用以计算按调光开关的次数； 一译码器，其输入端连接环形计数器，对环形计数器的输出信号进行译码，以控制选择电路的输出； 一选择电路，其选择信号端连接译码器，输入端接各段基准电压，用以选择需要的基准电压作为输出。
2.如权利要求1所述的LED分段调光电路，其特征在于:所述电源产生电路包括电阻R502, PMOS 管 Q504，NMOS 管 Q505 ； 电阻R502的一端和NMOS管Q505的漏端接LED驱动芯片的电源VIN ；PM0S管Q504的栅端接LED驱动芯片内部电源VDD，漏端接LED驱动芯片的地弓I脚GND，衬底接源端；Q504的源端接电阻R502的另一端和NMOS管Q505的栅端；NM0S管Q505的衬底接LED驱动芯片的地引脚GND，源端作为引脚V_DM，用于连接一个外挂于LED驱动芯片的引脚V_DM和地引脚GND间的电容； NMOS管Q505的源端同时作为电源产生电路的输出端，供电给环形计数器和译码器。
3.如权利要求1所述的LED分段调光电路，其特征在于:所述选择电路包括多个NOMS管，各个NOMS管的漏极分别接各段基准电压，各NMOS管的栅极作为选择信号端连接译码器，各NMOS管的源极接在一起作为输出端。
【文档编号】H05B37/02GK203934078SQ201420360491
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】涂才根, 黄飞明, 赵文遐, 丁国华, 励晔, 朱勤为 申请人:无锡硅动力微电子股份有限公司