专利名称：一种能够调节大功率led亮度的驱动方法和驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率LED，尤其涉及一种能够调节大功率LED亮度的 驱动方法和驱动装置。
背景技术：
在现有技术中，通常采用PWM方式来调节LED的亮度，对于小功率的 LED而言，因为驱动电流不大，驱动电压不高，PWM调光方式是可行的。 但对于大功率LED，因驱动电流大(通常为数百毫安)，驱动电压高(当多个 大功率LED串连驱动时，驱动电压往往达数十伏)，这就极大地限制了PWM 信号所能达到的最高频率，所以采用PWM方式对大功率LED调光的调光效 果不很理想，主要表现在灰度级别和灰度刷新频率难以提高这两方面。另外， PWM方式导致LED驱动回路电流的快速通断，在大电流高电压的情况下， 会对周围环境形成很强的电磁辐射，恶化装置或设备的EMC(Electromagnetic Compatibility;电磁兼容)性能。PWM导致流经LED的电流在极短时间内从 0到数百毫安的剧烈变动，也会影响到LED的工作寿命。
发明内容
为解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供一种实时动态电流调节与PWM调节相结合的大功率LED的驱动方法，并提供一种大功率LED的 驱动装置。
本发明采用如下技术方案
接收外界输入的控制信号，从中得到LED的亮度数据，通过软件计算或 数值查表，得到一个对应的数值，将该数值输给与一驱动单元连接的一电流 调节单元，调节流经LED的电流值，从而达到调节LED亮度之目的；或者 将这个经计算或査表所得的对应数值分成两部分， 一部分输入电流调节单元， 先调节流经LED的电流来初步调节所述LED的亮度，即"粗调"，另一部分 输入与所述驱动单元连接的PWM调节单元，设置其输出信号的占空比，进 一步调节所述LED的亮度，即"细调"，最终将LED亮度调节到目标值；通 过设置该PWM调节单元输出信号的占空比为0%，以关灭所述LED。
所述电流调节单元包括一个参考电压发生器，该参考电压发生器的输出 经一个数字电位器分压后得到一个基准电压，该基准电压输入到所述比较器 的负相输入端；所述基准电压还可以由一 PWM发生器的输出信号经缓冲、 RC滤波后得到，然后输入到所述比较器的负相输入端。
所述电流调节单元的输入信号还包含一个采样电压，该采样电压由所述 驱动单元的一个采样电阻所提供，直接或经缓冲放大后输入至所述电流调节 单元的一个比较器的正相输入端，该比较器的输出接到一个逻辑电路。
所述逻辑电路连接有振荡器；
所述PWM调节单元与所述电流调节单元由一个微控制器控制。 一种能够调节大功率LED亮度的驱动装置，包含依次连接的大功率LED 驱动单元、PWM调节单元，以及电流调节单元和微控制器，该电流调节单元 与所述PWM调节单元并联连接于该微控制器和所述驱动单元之间。所述电流调节单元包含依次连接的数字电位器、比较器，以及逻辑电路，该逻辑电路与一个振荡器连接。
所述驱动单元包含与门，该与门与所述PWM调节单元以及所述电流调
节单元连接。
所述驱动单元包含场效应晶体管，该场效应晶体管的一端与比较器的正
相输入端和采样电阻相连，另一端连接LED和肖特基二极管，场效应晶体管的栅极与所述与门相连。
所述驱动单元还包含采样电阻、电感、肖特基二极管。
本发明所提供的技术方案，具有如下优点-
(1) 采用电流调节单元对大功率LED进行动态电流调节来调节LED的发光亮度，在不改变LED亮度的时候，流经LED的电流恒定不变，相对于现有的PWM方式的LED亮度调节技术，极大地提高LED亮度调节的灰度级别和灰度刷新频率(本发明所提供的技术方案的灰度刷新频率相当于无穷大)，同时还可改善系统的电磁兼容性能，延长LED的工作寿命；
(2) 采用微控制器对电流调节单元的电流参数进行实时设置，能够根据外部控制信号，随时对流经LED的电流值进行调整；
(3) 采用PWM技术作为LED亮度调节的辅助手段，在通过电流调节单元对LED亮度进行"粗调"后，还可以采用与之并联的PWM调节单元进一步对LED亮度进行"细调"，以得到更为丰富的灰度级别(当使用红、绿、蓝三色LED进行混光、混色时，丰富的灰度级别使混出的色彩更为逼真)。通过设置PWM调节单元可以将LED设置为全灭。
以下将结合附图，对本发明的技术方案给予详细阐释。
图1为根据本发明的一种能够调节大功率LED亮度的驱动方法的流程示意图2为根据本发明的一种能够调节大功率LED亮度的驱动装置的方块示意图3为根据本发明的一种能够调节大功率LED亮度的驱动装置的结构示意图。
图中，10、微控制器，20、电流调节单元，201、数字电位器，202、比较器，203、逻辑电路，204、振荡器，205、参考电压发生器，30、PWM调节单元/PWM发生器，40、驱动单元，401、与门，402、场效应晶体管，403、肖特基二极管，404、电感，405、采样电阻，50、大功率LED。
具体实施例方式
参考图l，本发明所提供的能够调节大功率LED亮度的驱动方法，包含如下步骤
于步骤Sl:由微控制器接收外部发来的控制信号；
于步骤S2:微控制器对收到的控制信号进行判别。判别外部控制信号是要完全熄灭LED，还是要将LED调整到某个亮度，若要完全熄灭LED，则执行步骤S6，若要将LED调整到某个亮度值，则执行步骤S3;
于步骤S6:由微控制器将PWM调节单元的占空比设为0%，完全关断LED驱动单元，LED熄灭，到此完成一次亮度调节过程；
于步骤S3:由微控制器中的软件根据收到的外部控制信号中的LED亮度目标值进行计算或进行软件数值査表，得到将要写入电流调节单元的数据A和将要写入PWM调节单元的数据B;
接着，于步骤S4:微控制器将数据A写入电流调节单元，设置流经LED的电流值，使LED的亮度达到或接近目标值；
再接着，于步骤S5:微控制器将数据B写入PWM调节单元，设置PWM调节单元的占空比，进一步"细调"LED的亮度达到目标值。若不需进一步"细调"LED亮度，在此将PWM调节单元的占空比设为100%。到此完成一次亮度调节过程；
参考图2，依据上述方法本发明提供一种能够调节大功率LED亮度的驱动装置，包含依次连接的微控制器10、电流调节单元20、 PWM调节单元30、驱动单元40，以及大功率LED50，所述电流调节单元20与所述PWM调节单元30并联连接于所述微控制器10和所述驱动单元40之间。所述电流调节单元20用于通过驱动单元40动态调节流经LED 50的电流值来控制LED的亮度，PWM控制单元30用于通过改变输出信号的占空比从而改变LED 50在一个PWM周期内的"亮"/ "灭"的时长比例来控制LED的亮度。而微控制器10用于随时对电流调节单元20和PWM调节单元30的工作参数进行设定，实现该驱动装置对LED50亮度的实时控制。
进一步参考图3，所述电流调节单元20包含依次连接的数字电位器201、比较器202、逻辑电路203，振荡器204，以及参考电压发生器205;所述数字电位器201的输入端直接连接于微控制器10， A、 B端分别接参考电压发生器205和地(GND)，抽头W接到比较器202的负相输入端，所述逻辑电路203与驱动单元40中的与门401连接，换言之，该与门的一个输入端与所述PWM调节单元30直接连接，另一个输入端与所述电流调节单元20中的所述逻辑电路203直接连接；所述与门401的输出连接N沟道场效应晶体管402，该场效应晶体管402的S极与比较器202的正相输入端和采样电阻405相连，D极连接电感404和肖特基二极管403， G极与与门401的输出相连。电感404的另一端接大功率LED 50。
所述数字电位器201用于对参考电压发生器205的输出电压分压，得到一个基准电压并将其输入到比较器202中。所述比较器202用于比较该基准电压与采样电阻405提供的采样电压，并根据比较结果输出不同的电平。所述逻辑电路203将根据比较器202和振荡器204的输出信号来决定场效应晶体管402在一个振荡周期内的开、关时间比例，其功能是上电复位时，输出低电平信号"O"，在振荡器204输出的信号的上升沿，其输出翻转为高电平信号"1"，在比较器202输出信号的上升沿，其输出翻转为低电平信号"O";该逻辑电路的具体实现方法是电子电路领域中等程度的技术人员不难实现的，在此不加赘述。另夕卜，所述比较器202和逻辑电路203的功能也可以用一片集成电路芯片NE555实现，在理解本发明的原理和NE555的工作机理的前提下，其具体实现方法是电子电路领域中等程度的技术人员不难实现的，因此在此也不再予以赘述。所述振荡器204用于产生振荡信号。所述场效应晶体管402用于驱动LED 50。
再次参考图3，所述能够调节大功率LED亮度的驱动装置工作时，微控制器10向数字电位器201和PWM发生器30输入控制数据，例如设定此时PWM发生器30的输出信号占空比为100%，电平持续为"1";设置数字电位器201向比较器202提供适当的基准电压；逻辑电路203于上电复位结束时，输出低电平信号"O"，与门401输出"0"，场效应晶体管402关断，采样电阻405提供的采样电压为0，低于比较器202负相端的基准电压，比较器202输出为"0";当振荡器204输出信号的一个上升沿到来，触发逻辑电路203输出翻转为"1"，导致与门401输出"1"，这时场效应晶体管402导通，有电流流经LED 50和电感404、并经采样电阻405到地；因电感404的滞阻特性，回路中的电流将按积分曲线规律上升，使采样电阻405上端的采样电压也按积分曲线上升，该采样电压直接(或经缓冲放大)输入到比较器202的正相输入端，当该采样电压超过比较器202由数字电位器201提供的基准电压时，比较器202的输出即由"0"翻转为"1"，这个电平变化的上升沿使逻辑电路203的输出由"1"翻转为"0"，场效应晶体管402被关断，电感404通过肖特基二极管403放电，为LED 50提供持续电流；场效应晶体管402关断后，采样电阻405上端的电压降为0，比较器202输出变为"0"，逻辑电路203等待振荡器204产生的下一个信号上升沿的到来，接着进入下一个重复上述动作的工作周期；
显然，在上述技术方案中，流经LED电流的平均值与振荡器204输出信号的上升沿到比较器202输出信号的上升沿之间的时间长度成正比，而这个"时间长度"是由比较器202的基准电平和采样电阻405的阻值、电感404的电感值决定的，在采样电阻405的阻值、电感404的电感值固定的情况下，完全由比较器202的基准电平所决定，所以微控制器10通过控制数字电位器201输出的基准电平，就可控制流经LED50的平均电流大小，进而控制LED50的亮度。
另外，在本实施例中还设有一个PWM调节单元30，该PWM发生器30通过与门401与逻辑电路203的输出共同控制场效应晶体管402的通断，所以，微控制器10还可以通过设置PWM发生器30输出信号的占空比来调整LED的亮度。与电流调节单元20通过调节流经LED回路的电流大小来调节LED亮度的机制不同，PWM调节单元30是通过设置一个PWM信号周期内LED的亮度的，显然，PWM调节单元30产生的PWM信号的频率要远低于振荡器204的信号频率，这样电流调节功能才能正常发挥作用。在本实施例中，PWM机制是作为LED亮度调节的辅助手段来使用的。
因为电流调节机制通常不能将回路中的电流调整到0，所以要将LED设置为全灭时，必须使用PWM机制，这时通过微控制器10将PWM产生器30的信号占空比设置为0%即可。
在上述实施例中，比较器202的基准电压是由数字电位器201的抽头W所提供的。另外一个可以选择的方案是，微控制器10控制一个PWM发生器，该PWM发生器输出的PWM信号经缓冲、RC滤波后得到的直流电平作为比较器202的基准电压。
从以上对本发明实施例的说明可见，本发明为LED亮度的控制提供了并联关系的两个机制起主要作用的实时的、动态的电流调节机制和起辅助作用的PWM机制。微控制器可以采取适当的软件控制策略来运用这两个机制，使大功率LED的亮度调节达到最佳效果。 一个成功的软件控制策略是，MCU接收外部控制信号，得到LED的目标亮度值，以之作为设置比较器基准电压或者PWM占空比的依据。除了需要将LED调整到很低的亮度外， 一般仅使用电流调节机制。在需要将LED调整到很低的亮度时，先用电流调节机制将电流调到最小值(比如2mA )，再采用PWM机制将LED亮度进一步调到更低，以得到更多的灰度级别。因为在较小电流状态下使用PWM，通常不会造成严重的EMC (电磁兼容)问题。
最后要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的一个技术方案，而非对其限制。参照以上实施例的详细说明，本领域的普通技术人员应当能够理解并实施，同时还可以对上述实施例的技术方案进行修改或进行同等功能的替换，但这些修改或者替换若无显著的技术进步，则意味着仍未脱离本发明的实质和范围。
权利要求
1. 一种能够调节大功率LED亮度的驱动方法，其特征在于，该方法包含下述步骤接收外界输入的控制信号，从中得到LED的亮度数据，通过软件计算或软件数值查表，得到一个对应数值，将该数值输入到与一驱动单元连接的一电流调节单元，设置流经所述LED的电流大小，点亮所述LED并使其亮度达到目标值；或者按照上述方法先设置流经LED的电流，初步调节所述LED的亮度，进而再设置与所述电流调节单元并联的PWM调节单元的信号占空比，进一步调节LED的亮度，使其最终达到目标值；通过设置PWM调节单元信号的占空比为0％，关灭所述LED。
2. 根据权利要求1所述的能够调节大功率LED亮度的驱动方法，其特 征在于，所述电流调节单元包含一个参考电压发生器，该参考电压发生器的 输出电压经过一个数字电位器分压后得到一个基准电压，该基准电压连接到 所述电流调节单元的一个比较器的输入端，该比较器的另一个输入信号由一 个串连在所述LED回路中的采样电阻提供，该比较器的输出端连接到一个逻 辑电路的输入端。
3. 根据权利要2所述的能够调节大功率LED亮度的驱动方法，其特征 在于，所述数字电位器受一个微控制器控制。
4. 根据权利要2所述的能够调节大功率LED亮度的驱动方法，其特征 在于，输入到所述比较器的基准电压由一个PWM发生器的输出信号经缓冲、 RC滤波处理后得到，这个PWM发生器受一个微控制器控制。
5. 根据权利要求2所述的能够调节大功率LED亮度的驱动方法，其特征在于，所述逻辑电路的一个输入端连接到一个振荡器的输出端，所述逻辑 电路的输出由所述振荡器的输出和所述比较器的输出决定。
6. 根据权利要求1所述的能够调节大功率LED亮度的驱动方法，其特 征在于，所述PWM调节单元与所述电流调节单元受一微控制器控制，外界 通过向所述微控制器发送控制信号来调节LED亮度。
7. —种能够调节大功率LED亮度的驱动装置，包含依次连接的LED驱 动单元、电流调节单元、PWM调节单元和微控制器，其特征在于，所述电流 调节单元与所述PWM调节单元并联连接于所述微控制器和所述驱动单元之 间。 -
8. 根据权利要求7所述的能够调节大功率LED亮度的驱动装置，其特征 在于，所述电流调节单元包含依次连接的数字电位器、比较器，以及逻辑电 路。
9. 根据权利要求7所述的能够调节大功率LED亮度的驱动装置，其特征 在于，所述驱动单元包含与门，所述与门的两个输入分别与所述PWM调节 单元，以及所述电流调节单元连接。
10. 根据权利要求9所述的能够调节大功率LED亮度的驱动装置，其特 征在于，所述驱动单元还包含场效应晶体管，该场效应晶体管的一端与比较 器的正相输入端和一个采^^电阻相连，另一端连接LED回路，该场效应晶体 管的栅极与所述与门相连。
11. 根据权利要求9所述的能够调节大功率LED亮度的驱动装置，其特 征在于，所述驱动单元包含电感，该电感与场效应晶体管和所述的LED相连。
12. 根据权利要求9所述的能够调节大功率LED亮度的驱动装置，其特 征在于，所述驱动单元包含肖特基二极管，该肖特基二极管的阳极与电感和 场效应晶体管相连，阴极与电源VCC相连。
全文摘要
本发明提供一种能够调节大功率LED亮度的驱动方法和装置，所述方法通过接收外界输入的控制信息，从中得到LED的亮度数据，通过与驱动单元连接的电流调节单元，设置流经所述LED的电流大小，点亮所述LED并使其亮度达到目标值；或者按照上述方法先设置流经LED的电流，初步调节所述LED的亮度，进而再设置与所述电流调节单元并联的PWM调节单元的信号占空比，进一步调节LED的亮度，使其最终达到目标值；通过设值PWM调节单元信号的占空比为0％，关灭所述LED。利用本发明所提供的技术方案，能够实时、动态地调节LED的亮度，同时可显著改善装置的EMC(电磁兼容)性能，延长LED的工作寿命。
文档编号H05B37/02GK101466186SQ20081018686
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者张家瑞, 韦自力 申请人:张家瑞;韦自力