具有PWM和DIM调光的非隔离LED驱动芯片的制作方法

本实用新型涉及LED调光技术领域，具体涉及一种具有PWM和DIM调光的LED驱动芯片和调光电路。

背景技术：

现有的LED灯调光常用的有两种方式：

1、线性调光；

线性调光主要基于简单的分压原理，其优点是应用简单，不产生干扰，缺点在于不灵活、效率低下，同时可能会引起色谱偏移和产生过多的热量导致温度升高。

2、PWM调光方式

LED是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。

LED照明驱动芯片一般都要求具有PWM调光和模拟调光两种调光方式，其实现方式多种多样，模拟调光和PWM调光分别采用不同的接口，互不兼容，且外围电路复杂。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是解决上述现有技术的不同，提供一种新兼容直流调光和PWM调光的LED驱动芯片。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种具有PWM和DIM调光的非隔离LED驱动芯片，包括高压转低压模块、退磁时间检测模块、开关控制模块，峰值检测模块以及两个调光信号输入端DIM1、DIM2、两个连接照明电路的端口DN1、DN2，两个用于连接外部设备的端口VDD、VCC、两个接地端口CS1、CS2；所述每个调光信号输入端用于输入直流信号和PWM信号；所述高压转低压模块连接端口DN1和DN2，输出供外部设备或控制器使用的工作电压到VDD，所述高压转低压模块的输出端还连接5V电压产生模块，5V电压产生模块连接端口VCC用于MCU控制系统供电；所述开关控制模块包括两组控制通道，每个通道连接一个调光信号输入端和一个高压MOS管的栅极，两个高压MOS管的漏极分别连接DN1和DN2；所述退磁时间检测模块检测照明电路的电感退磁时间，且根据输入的直流信号调整高压MOS管的关闭时间从而调整退磁时间；所述峰值检测模块用于检测高压MOS管的源极电压，根据检测到的源极电压通过开关控制模块控制高压MOS管的关闭从而调整LED调光电路中电感放电的峰值；所述开关控制模块根据输入的PWM信号、退磁时间检测模块的输出信号以及峰值检测模块的信号控制高压MOS管的栅极。

进一步的，所述峰值检测模块包括峰值检测比较器，峰值检测比较器的一端连接高压MOS管的源极，输入基电压，当高压MOS管的源极电压达到基准电压时，峰值检测比较器输出控制信号给开关控制模块关闭高压MOS管。

进一步的，高压转低压模块包括高压JFET，高压JFET的源极连接MOS管M2的漏极，还通过一个电阻连接MOS管M1的漏极，MOS管M2和MOS管M1的栅极相连接，且MOS管M2的漏极和栅极相连接，MOS管M2的源极输出供外部设备使用的直流电压，MOS管M2连接的源极连接迟滞比较器，迟滞比较器输入基准电压，迟滞比较器再连接控制电路调控MOS管M2的的栅极。

进一步的，所述退磁时间检测模块包括一个放大器、逻辑控制模块和电容，放大器的输入端连接高压MOS管的栅极，放大器连接逻辑控制模块产生控制信号，控制信号控制对电容充电的电流大小，产生时间控制信号控制高压MOS管栅极的关闭时间。

从上述技术方案可以看出本实用新型具有以下优点：当设置多路调光时，一个驱动芯片即可满足使用需求，之前增加高压MOS管和和相应的开关通道；外围电路简化，只用了几个电阻电容；端口复用，只用一个输入口实现了DIM和PWM调光功能。兼容了PWM和DIM调光。PWM调光比例为0.1％～100％。方便各种方案设计和应用；输出5V电压，可以给控制系统的MCU、蓝牙模块，雷达模块提供电源，无需额外的电源；芯片隔离度高，多路控制可单独使用，相互不影响。

附图说明

图1为本实用新型驱动芯片的功能框图；

图2为本实用新型中高压转低压模块的电路原理图；

图3为退磁时间检测模块的原理图；

图4为峰值检测模块的原理图；

图5为直流信号未接入时，电感的电流波形图；

图6为直流信号接入时，电感的电流波形图。

图7为本实用新型与LED照明电路的连接图。

图8为本实用新型驱动芯片的封装管脚图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细说明。

如图1、8所示，本实用的新型的具有PWM和DIM调光的非隔离LED驱动芯片主要包括高压转低压模块、退磁时间检测模块、开关控制模块，峰值检测模块以及两个调光信号输入端DIM1、DIM2、两个连接照明电路的端口DN1、DN2，两个用于连接外部设备的端口VDD、VCC、两个接地端口CS1、CS2；所述每个调光信号输入端用于输入直流信号和PWM信号；所述高压转低压模块连接端口DN1和DN2，输出供外部设备或控制器使用的工作电压到VDD，所述高压转低压模块的输出端还连接5V电压产生模块，5V电压产生模块连接端口VCC用于MCU控制系统供电；所述开关控制模块包括两组控制通道，每个通道连接一个调光信号输入端和一个高压MOS管的栅极，两个高压MOS管的漏极分别连接DN1和DN2；所述退磁时间检测模块检测照明电路的电感退磁时间，且根据输入的直流信号调整高压MOS管的关闭时间从而调整退磁时间；所述峰值检测模块用于检测高压MOS管的源极电压，根据检测到的源极电压通过开关控制模块控制高压MOS管的关闭从而调整LED调光电路中电感放电的峰值；所述开关控制模块根据输入的PWM信号、退磁时间检测模块的输出信号以及峰值检测模块的信号控制高压MOS管的栅极。

本驱动芯片与LED照明电路的连接图如图7所示，照明电路包括两路LED灯，每路灯管两端并联一个电容、电阻和电感，电感与LED灯之间设置有肖特基管。电感通过肖特基管和LED灯放电，此放电时间为退磁时间。

调光电路包括高压转低压模块、退磁时间检测模块、开关控制模块、峰值检测模块以及两个调光信号输入端；每个调光信号输入端兼容直流信号和PWM信号输入；高压转低压模块连接LED照明电路的输出端，即连接LED灯和电感之间的节点，高压转低压模块直接生成低压7.5V电压，输出供外部设备或控制器使用的工作电压，再通过5V电压产生模块，得到所需的5V电压。7.5V电压可以给蓝牙接受控制模块红外接受控制模块等供电，5V电压则可以给雷达接受控制模块和MCU控制系统等供电。

高压转低压模块的具体结构如图2所示，高压转低压模块包括高压JFET，高压JFET的源极连接MOS管M2的漏极，还通过一个电阻连接MOS管M1的漏极，MOS管M2和MOS管M1的栅极相连接，且MOS管M2的漏极和栅极相连接，MOS管M2的源极输出供外部设备使用的直流电压，MOS管M2连接的源极经过电阻分压后连接一个迟滞比较器，迟滞比较器输入基准电压，迟滞比较器再连接控制电路调控MOS管M2的的栅极。电感端部的高压经过高压JFET后，转换成中压，大概在20至30V左右，然后通过MOS管M1和M2后转换成低压7.5V，当VDD超过7.5V则通过迟滞比较器来使信号S拉低，来关断MOS管M2，当VDD电压低于7.5V时，则信号S输出高阻态，MOS管M2打开，对VDD充电。在控制电路的输入端还可以介入DVR信号,在接入该模块的DN1端口电压为低电位时，拉低信号S，关闭MOS管M2，防止VDD电压倒流到DN1端。

开关控制模块连接包括两组独立的控制通道，每个通道连接一个调光信号输入端和一个高压MOS管的栅极，该高压MOS管的漏极连接一路照明电路，连接在LED等和电感之间的节点；开关控制模块根据输入的PWM信号、退磁时间检测模块的输出信号以及峰值检测模块的信号控制MOS栅极。

峰值检测模块的结构如图4所示，包括两个峰值检测比较器，分别连接两个高压MOS管的源极，输入端输入基准电压(本芯片的基准电压为0.4V，还可以为其他的电压)，系统上电后，MOS管的源极电压缓慢上升，当达到基准电压时，峰值比较器发送控制信号给开关控制模块，进而关闭高压MOS管，此时电感开始退磁放电，退磁结束后，退磁时间检测模块开启高压MOS管，如此循环往复。峰值检测模块通过设置基准电压可以调整电感放电的峰值，控制高压MOSFET的关闭，从而控制电感的峰值电流，峰值电流设定为Ip＝VREF/RCS,其中VREF为内部基准电压，RCS为CS1端口或者CS2端口的外接采样电阻，(一般我们设定此电阻相同)。

退磁时间检测模块检测照明电路的电感退磁时间，且根据输入的直流信号调整高压MOS管的关闭时间；退磁时间检测模块的具体结构如图3所示，退磁时间检测模块包括一个放大器、逻辑控制模块和电容，通过端口DIM1接入直流电至逻辑控制模块，放大器再连接逻辑控制模块，产生控制信号K，控制信号K控制对电容充电的电流大小，产生时间控制信号TOFF至开关控制模块，延长高压MOS管的关闭时间。当高压MOS管的源极电压到达VREF后，峰值检测模块关闭高压MOS管，这个时间是定值(电感不变，LED负载不变的情况下)，这个时候电感就开始退磁(也就是高压MOS管关闭的时间)，控延迟磁时间来控制高压MOS管的导通的占空比，来控制平均电流，从而调节LED灯的亮度。

当调光信号输入端接入的DIM信号不起作用的情况下，其电感放电电流如图5所示，图中CS表高压MOS管的源极电压，VREF为设置的基准电压。则电感电流为0时，则退磁结束，此时退磁检测模块根据高压MOS管栅极的信号反馈，通过开关控制模块，打开高压MOS管，当CS电压达到了VREF电压，则峰值检测模块关闭了高压MOS管，此时系统进入退磁检测状态，如此反复。退磁时间就是电感电流从设定值，放到电流为0的时间TFF，放电结束。

当DIM信号接入的话，电感放电电流如图6所示，电感退磁结束后，DIM信号可以延迟高压MOS管的开启时间TDF,退磁时间TFF(DIM不起作用)再加上由于DIM起作用的时间TDF,这样的话一共的退磁时间为TFF+TDF,从而调整电感放电的平均电流，进而调整LED灯的亮度。

系统工作原理如下：

1、由于芯片内部集成了500V高压器件，所以在线路内部采用了“高压转低压”模块直接生成低压7.5V电压，并提供芯片供电，这样就无需外部的启动电阻，再通过5V电压产生模块，得到所需的5V电压。端口DIM1和端口DIM2内置上拉电阻，兼容PWM调光和直流电压模拟调光。DIM口模拟调光的范围是1V-3V,当DIM口电压低于1V则LED电流为0，当DIM口的电压高于3V，则LED的电流亮度为100％。DIM也可以采用PWM调光，输入一个占空比0-100％的方波，则可以调整LED电流从0–100％，输入方波的幅度为0V-5V。+

2、整个系统是这样工作的：系统上电后VDD到达开启电压，此时系统开始工作，打开高压MOS管，高压MOS管源极电压开始慢慢上升，当达到内部限定值，则关闭高压MOS管，此时电感通过肖特基管和LED灯放电，端口DIM连接MCU或者其他控制设备，则端口DIM在模拟调光的情况下，通过端口DIM的电压来调整退磁时间，从而调整LED的电流。在端口DIM输入PWM波形的情况下，则是通过输入波形的占空比来调整LED电流，在端口DIM悬空的情况下，则退磁时间由电感和LED灯的电压以及LED灯的电流来决定。