一种精细调光的四通道ACLED驱动芯片电路的制作方法

本实用新型涉及驱动电路领域，尤其涉及一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路。

背景技术：

近年来随着科技的发展，led作为绿色、节能、省电、长寿命的第四代照明灯具而异军突起。而led具有的优点正使其逐步取代白炽灯和荧光灯，广泛应用在各种照明领域，也受到了各国政府的大力研究。

传统的led驱动电路多采用直流电流驱动，即采用ac-dc转换器对市电进行处理后输出直流电压，然后再驱动led。但由于在转换过程中存在着较大的能量损失，降低了led系统效率。同时ac-dc转换器的寿命远低于led的寿命，严重影响驱动电路的可靠性。

随着技术的进步，交流直接驱动led(acled)的技术开始被研发和采用。该技术大致可以分为两类：桥式acled技术和交流驱动hv-led的驱动芯片技术。桥式acled技术是利用led的单向导通特性，将led灯珠排列成类似整流桥结构直接接入到市电中从而实现交流发光；而交流驱动hv-led的技术则采用分段控制和恒流处理技术，使得led在不同输入电压下实现分段点亮或熄灭，提高了系统的效率。

然而，技术的进步、生活质量的提高以及节能的需要使得彩色rgb驱动的应用范围也越来越广，如照明、景观和农业等领域。应用于照明等领域的led除了色温和显色指数等重要参数外，业界对光谱的s/p比值(s:暗光亮度，p:强光亮度)也越来越重视。研究表明，有较高s/p比值的灯泡可以充分利用人眼神经细胞的敏感度降低光照度的要求来保护眼睛和满足更加清晰的视觉效果，同时进一步节约能源。目前多通道交流直接驱动led方案采用的是通过改变各颜色灯串的电流来实现彩色驱动，但led灯串发光存在着一定的色偏问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中直流rgb驱动电路体积大、成本高、效率低以及显色性能差等问题，并且克服多通道交流驱动led存在色偏的缺陷，提供一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路。本实用新型具有集成度高、可调节光谱分布、显色性能更好以及效率高等优点，并且具有过温和过压保护。

本实用新型的目的能够通过以下技术方案实现：

一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路，包括整流桥、分压电路、电流检测电路、逻辑控制电路、pwm电路、调光及保护电路、通道电流产生电路、wrgb恒流电路、wled灯串、rled灯串、gled灯串、bled灯串以及保护电路；

所述wled灯串、rled灯串、gled灯串及bled灯串均包含多级led；其中，第一级led由第一串led灯串组成，第二级led由相邻的前两串led灯串组成，第三级led由前三串led灯串组成，以此类推构成多级led。

所述整流桥，其输出端与wled灯串、rled灯串、gled灯串以及bled灯串中第一级led的输入端相连接；用于对市电进行全波整流；

所述分压电路，一端与整流桥相连接，另一端与逻辑控制电路相连接；用于将整流输出的高压脉动电压进行降压，将得到的幅值小于芯片电源电压的低压脉动电压供芯片内部处理；

所述电流检测电路，一端分别和与wled灯串相连接的控制通道上的高压开关管的源极相连接，另一端与逻辑控制电路相连接；用于检测流经wled通道的电流的大小，当检测的电流达到电流阈值时，输出一个脉冲信号，作为逻辑控制电路通道切换的信号；

所述逻辑控制电路，与调光及保护电路相连接；用于在输入电压上升阶段，电流检测电路输出一个脉冲信号作用逻辑控制电路时，产生控制wled、rled、gled及bled灯串上除最后一级led外的其余各级开关组依次关断的信号；在输入电压下降阶段，产生控制wled、rled、gled及bled灯串上除最后一级led外的其余各级开关组依次打开的信号；

所述pwm电路，与调光及保护电路相连接；用于产生与wled、rled、gled及bled灯串中各级led相对应的控制通道的调光信号；

所述调光及保护电路，分别与逻辑控制电路、pwm电路、保护电路以及开关选通模块中mos管的栅极相连接；用于对逻辑控制电路产生的控制信号、pwm电路产生的调光信号及保护电路产生的保护信号进行综合，然后对wled、rled、gled及bled灯串上除最后一级led外的其余各级开关组的通断进行控制，实现wled、rled、gled以及bled灯串的各级led依次点亮和依次熄灭；

所述通道电流产生电路，与开关选通模块中mos管的源极相连接；用于当rled、gled及bled灯串的各自通道开启时，由通道电流产生电路为其提供电流；

所述wrgb恒流电路，与wled灯串、rled灯串、gled灯串及bled灯串中最后一级led的输出端相连接；当wled、rled、gled及bled灯串全部点亮时，wrgb恒流电路保持最后一级led输出端通道上的电流恒定；

所述保护电路，用于提供过压保护和过温保护。

所述整流桥为全波整流桥，将220v/50hz的交流电转换为0-311v的直流脉动电压。

所述电流检测电路包括误差放大器和电阻r1。

在所述电流检测电路中，当wled灯串中各级led输出端对应的控制通道的高压开关管打开时，电流流过采样电阻r1产生压降，该电压值作为反馈信号连接到误差放大器的同相端，误差放大器的反相端接参考电压vref1，误差放大器输出端连接逻辑控制电路。

所述pwm电路包括比较器。

在所述pwm电路中，锯齿波电压与比较器的反向输入端相连接，产生调光信号的外部电压分别与比较器的同向输入端相连接，通过调节产生调光信号的外部电压的大小，可以得到wled、rled、gled和bled灯串对应通道的不同占空比的调光信号。

所述调光及保护电路包括与门电路。

在所述调光及保护电路中，逻辑控制电路的输出信号、pwm电路的输出信号以及保护电路的输出信号分别和与门输入端相连接，输出信号控制wled、rled、gled及bled灯串上除最后一级led外其余各级开关组。

所述通道电流产生电路包括误差放大器、mos管和电阻r2。

在所述通道电流产生电路中，误差放大器、与误差放大器输出端相连接的一个mos管以及电阻r2组成恒流电路，为由其他mos管所构成的电流镜提供偏置电流，然后给rled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应通道、gled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应通道、bled灯串中除最后一级led外的其余各级led输出端对应通道提供电流。

所述wrgb恒流电路包括误差放大器、mos管和电阻。

进一步地，所述wrgb恒流电路中误差放大器数目、电阻数目以及mos管数目与灯串类型数目相同。

在所述wrgb恒流电路中，当wled、rled、gled和bled灯串全部点亮时，电流经高压mos管流向采样电阻，并在采样电压上产生压降，所述电压值作为反馈信号接到误差放大器的反相输入端，误差放大器的同相输入端接参考电压vref1，误差放大器的输出端接高压mos管的栅极。

进一步地，在本实用新型中，灯串类型及数目不限于wled灯串、rled灯串、gled灯串、bled灯串这四种。

本实用新型相较于现有技术，具有以下的有益效果：

1、本实用新型无需进行ac-dc转换，减小了系统体积，降低了制造成本，提高了系统可靠性。

2、本实用新型采用pwm信号对各灯串进行调光，可改善通过改变各灯串电流进行调光而产生的色偏问题，同时灯串wled的加入可提高灯串的显色指数，使系统整体显色性能更好。

3、本实用新型可以根据在低光照度条件下，通过调节控制各颜色灯串调光信号的占空比以改变光谱分布，实现高s/p比值的led灯，可以更好地利用人眼的敏感度，保护眼睛和优化照明效果，进一步提高照明效率。

4、本实用新型的应用范围更广，除普通照明外，还可以应用于植物照明，根据植物在不同的生长时期其光谱需求不同，通过调节pwm电路可使特定颜色通道导通，实现特殊化照明。

5、本实用新型中保护电路能够在芯片超过一定温度或市电波动超过一定范围时，令芯片停止工作从而保护芯片。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中pwm电路的原理图。

图3为本实用新型实施例中调光及保护电路的原理图。

图4为本实用新型实施例中通道电流产生电路的原理图。

图5为本实用新型实施例中wrgb恒流电路的原理图。

图6为本实用新型实施例中一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路中wled、rled、gled、bled灯串在不同占空比调光信号下的工作波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示为一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路的结构示意图，所述电路包括整流桥(1)、分压电路(12)、电流检测电路(8)、逻辑控制电路(6)、pwm电路(11)、调光及保护电路(14)、通道电流产生电路(9)、wrgb恒流电路(10)、wled灯串(2)、rled灯串(3)、gled灯串(4)、bled灯串(5)以及保护电路(13)；

所述wled(白光led)灯串、rled(红光led)灯串、gled(绿光led)灯串及bled(蓝光led)灯串均包含多级led；其中，第一级led由第一串led灯串组成，第二级led由相邻的前两串led灯串组成，第三级led由前三串led灯串组成，第四级led由四串led灯串组成。

所述整流桥，其输出端与wled灯串、rled灯串、gled灯串以及bled灯串中第一级led的输入端相连接；用于对市电进行全波整流；

所述分压电路，一端与整流桥相连接，另一端与逻辑控制电路相连接；用于将整流输出的高压脉动电压进行降压，将得到的幅值小于芯片电源电压的低压脉动电压供芯片内部处理；

所述电流检测电路，一端与控制通道1～3的高压开关管hm1、hm5、hm9的源极连接，另一端与逻辑控制电路连接；用于检测wled通道1～3的电流大小，当电流达到电流阈值vref1/r1时，输出一个脉冲信号，作为逻辑控制电路通道切换的信号。

所述逻辑控制电路，与调光及保护电路相连接；用于在输入电压上升阶段，电流检测电路输出一个脉冲信号作用于逻辑控制电路，输出信号s1～s12作用于调光及保护电路；在输入电压下降阶段，逻辑控制电路控制输出信号s1～s12作用于调光及保护电路；

所述pwm电路，与调光及保护电路相连接；用于产生与wled、rled、gled及bled灯串中各级led相对应的控制通道的调光信号；

所述调光及保护电路，分别与逻辑控制电路、pwm电路、保护电路以及开关选通模块(7)中高压mos管hm1～12的栅极相连；对逻辑控制电路的输出信号s1～s12、pwm电路的输出p_w，p_r，p_g，p_b以及保护电路的输出信号v_p进行综合处理，然后输出信号sw1～sw12以控制开关管hm1～12的通断，实现wled、rled、gled及bled上除最后一级led外其余各级led依次点亮和依次熄灭，同时可由不同占空比的调光信号实现精细调光，进而实现彩色驱动；

所述通道电流产生电路，与开关选通模块中高压mos管hm2～4、hm6～8、hm10～12的源极连接；用于当rled、gled及bled灯串各通道，即通道5～7、通道9～11、通道13～15开启时，为其提供电流。

所述wrgb恒流电路，与wled灯串、rled灯串、gled灯串及bled灯串中最后一级led的输出端相连接；当wled、rled、gled及bled灯串全部点亮时，wrgb恒流电路保持其对应通道4、通道8、通道12及通道16的电流恒定，与wled4、rled4、gled4及bled4单元输出端连接。

所述保护电路，用于提供过压保护和过温保护。

所述整流桥为全波整流桥，将220v/50hz的交流电转换为0-311v的直流脉动电压。

所述电流检测电路包括误差放大器和电阻r1，当wled灯串中各级led输出端对应的控制通道的高压开关管打开时，电流流过采样电阻r1产生压降，该电压值作为反馈信号连接到误差放大器的同相端，误差放大器的反相端接参考电压vref1，误差放大器输出端接逻辑控制电路。

如图2所示，所述pwm电路包括四个比较器，锯齿波电压vsaw分别与四个比较器的反向输入端相连接，产生调光信号的外部电压v_w、v_r、v_g以及v_b分别与比较器的同向输入端相连接，比较器输出端与wled、rled、gled及bled上的各级高压开关管栅极相连接，通过调节产生调光信号的外部电压的大小，可以得到wled、rled、gled和bled通道不同占空比的调光信号p_w、p_g、p_r和p_b。

如图3所示，所述调光及保护电路包括十二个与门电路，逻辑控制电路的输出信号s1～s12、pwm电路的输出信号p_w、p_g、p_r、p_b以及保护电路的输出信号v_p分别和与门输入端相连接，与门的输出端分别与控制wled、rled、gled及bled上除最后一级led外其余各级高压mos管栅极相连接，输出信号sw1～sw12分别控制wled、rled、gled及bled上除最后一级led外其余各级高压mos管，实现wled、rled、gled以及bled灯串除最后一级led外的其余各级led依次点亮和依次关断，同时可由不同占空比的调光信号实现精细调光，进而实现彩色驱动。

如图4所示，所述通道电流产生电路包括误差放大器、n型mos管mn1～11，p型mos管mp1～2和电阻r2。误差放大器同相输入端接参考电压vref1，反向输入端与电阻r2的一端及mos管mn1的源极相连接，输出端与mos管mn1的栅极相连接；mos管mn1的漏极与mos管mp1的栅极和漏极及mos管mp2的栅极相连接；mos管mp1和mp2的源极与vdd相连接；mos管mp2的漏极与mos管mn2的漏极和栅极以及mos管mn3～11的栅极相连接；mos管mn3～11的漏极分别与开关选通模块中的高压开关组hm2～4、hm6～8、hm10～12相连接；电阻r2的另一端和mos管mn2～11的源极与地相连接；误差放大器、mos管mn1和电阻r2组成恒流电路产生电流vref1/r2，通过mos管mp1～2、mn2～11构成的电流镜给通道5～7、通道9～11、通道13～15提供电流。

如图5所示，所述wrgb恒流电路包括误差放大器op1、op2、op3、op4，高压mos管hm13、hm14、hm15、hm16，与门and1、and2、and3、and4，电阻r3、r4、r5和r6。误差放大器op1～4的同相输入端均接参考电压vref1，误差放大器op1的反向输入端与电阻r3的一端及高压mos管hm13的源极相连接，输出端和与门and1的一个输入端相连接，pwm电路的输出信号p_w和保护电路的输出信号v_p和与门and1的另两个输入端相连接，与门and1的输出端与高压mos管hm13的栅极相连接，高压mos管hm13的漏极与wled灯串中最后一级led的输出端相连接；误差放大器op2的反向输入端与电阻r4的一端及高压mos管hm14的源极相连接，输出端和与门and2的一个输入端相连接，pwm电路的输出信号p_r和保护电路的输出信号v_p和与门and2的另两个输入端相连接，与门and2的输出端与高压mos管hm14的栅极相连接，高压mos管hm14的漏极与rled灯串中最后一级led的输出端相连接；误差放大器op3的反向输入端与电阻r5的一端及高压mos管hm15的源极相连接，输出端和与门and3的一个输入端相连接，pwm电路的输出信号p_g和保护电路的输出信号v_p和与门and3的另两个输入端相连接，与门and3的输出端与高压mos管hm15的栅极相连接，高压mos管hm15的漏极与gled灯串中最后一级led的输出端相连接；误差放大器op4的反向输入端与电阻r6的一端及高压mos管hm16的源极相连接，输出端和与门and4的一个输入端相连接，pwm电路的输出信号p_b和保护电路的输出信号v_p和与门and4的另两个输入端相连接，与门and4的输出端与高压mos管hm16的栅极相连接，高压mos管hm16的漏极与bled灯串中最后一级led的输出端相连接；电阻r3～r6的另一端均与地相连接；当wled、rled、gled和bled灯串全部点亮时，电流经高压mos管hm13～16流向采样电阻r3～r6，并在采样电压上产生压降v1～v4，所述电压值作为反馈信号接到误差放大器的反向输入端，在误差放大器op1～4、高压mos管hm13～16及电阻r3～r6的共同作用下，使流过wled、rled、gled和bled灯串的电流恒定，同时可由不同占空比的调光信号实现精细调光，进而实现彩色驱动。

在本实施例中，一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路在一个脉动电压周期内的控制流程具体为：

交流市电经过整流桥电路全波整流后得到周期性脉动电压hv，直接并行驱动wled灯串、rled灯串、gled灯串和bled灯串。

脉动电压从0开始增加，开始时开关选通模块中的高压mos管hm1-12均处于打开状态，当脉动电压达到wled1、rled1、gled1及bled1单元的开启电压时，各灯串电流分别经过各自第一级led单元流向通道1、通道5、通道9和通道13，流向通道5、通道9、通道13的电流ir1、ig1、ib1由通道电流产生电路产生，误差放大器、mos管mn1、mp1和电阻r2产生电流vref1/r2，然后通过mos管mp2、mn2及mn3～5构成的电流镜给通道5、通道9和通道13提供电流。

随着脉动电压hv逐渐增大，i_wled迅速增大。在t1时刻，电流检测电路检测到i_wled达到设定阈值vref1/r1，输出检测信号i_p，逻辑控制电路关断mos管hm1～4，此时逻辑控制电路内部记录分段点电压vs1。

随着脉动电压继续上升，当脉动电压达到第二级led灯的开启电压，各灯串电流分别经过各自第二级led流向通道2、通道6、通道10和通道14；此时流向通道6、通道10和通道14的电流ir2、ig2、ib2由通道电流产生电路产生，误差放大器、mos管mn1、mp1和电阻r2产生电流vref1/r2，然后通过mos管mp2、mn2及mn6～8构成的电流镜给通道6、通道10和通道14提供电流。在t2时刻，电流检测电路检测到i_wled达到设定阈值vref1/r1，输出检测信号i_p，逻辑控制电路关断mos开关管hm5～8，此时逻辑控制电路内部记录分段点电压vs2。

随着脉动电压继续上升，当脉动电压达到第三级led灯的开启电压，各灯串电流分别经过各自第三级led流向通道3、通道7、通道11和通道15；此时流向通道7、通道11和通道15的电流ir3、ig3、ib3由通道电流产生电路产生，误差放大器、mos管mn1、mp1和电阻r2产生电流vref1/r2，然后通过mos管mp2、mn2及mn9～11构成的电流镜给通道7、通道11和通道15提供电流。在t3时刻，电流检测电路检测到i_wled达到设定阈值vref1/r1，输出检测信号i_p，逻辑控制电路关断mos开关管hm9～12，此时逻辑控制电路内部记录分段点电压vs3。

随着脉动电压继续上升，当脉动电压达到第四级led灯的开启电压，各灯串电流分别经过各自第四级led流向通道4、通道8、通道12和通道16；通道电流i_wled、i_rled、i_gled和i_bled由wrgb恒流电路确定，电流经高压mos管hm13～16流向采样电阻r3～r6，并在采样电阻上产生压降v1～v4，这些电压值作为反馈信号接到误差放大器的反向输入端，直到与同相输入端电压vref1相等，得到通道的恒定电流值分别为vref1/r3、vref1/r4、vref1/r5和vref1/r6。

随着脉动电压进一步增大，能够维持各led灯串电流稳定在恒流值，脉动电压达到峰值后，逐渐下降，下降到一定程度后，不足以维持电流恒定，各led灯串电流开始下降，当脉动电压下降到小于第四级led的开启电压时，mos开关管hm9～12打开，通道3、通道7、通道11和通道15导通，wled4、rled4、gled4和bled4单元熄灭。

在t4时刻，当脉动电压逐渐下降到小于vs3，逻辑控制电路打开高压mos开关管hm5～8打开，通道2、通道6、通道10和通道14导通，led电流从通道2、通道6、通道10和通道14流过，wled3、rled3、gled3和bled3单元熄灭。

在t5时刻，当脉动电压逐渐下降到小于vs2，逻辑控制电路打开高压mos开关管hm1～4打开，通道1、通道5、通道9和通道13导通，led电流从通道1、通道5、通道9和通道13流过，wled2、rled2、gled2和bled2单元熄灭。

在t6时刻，当脉动电压逐渐下降到小于vs1，流过通道1、通道5、通道9和通道13的电流逐渐减小，当脉动电压逐渐下降到小于wled1、rled1、gled1和bled1单元的开启电压时，wled1、rled1、gled1和bled1单元熄灭。在上述一个周期过程中，可由不同占空比的调光信号实现精细调光，进而实现彩色驱动，调节光谱分布，提高照明效率。

图6为本实施例中一种精细调光的四通道acled驱动芯片电路中wled、rled、gled、bled灯串在不同占空比调光信号下的工作波形图。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。