專(zhuān)利名稱：恒流源前置驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)led電壓自適應(yīng)pwm調(diào)光的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED的脈沖寬度(PWM)調(diào)光的實(shí)現(xiàn)方式，具體的說(shuō)是一種恒流源前置驅(qū)動(dòng)下LED實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的控制方式。
背景技術(shù)：
大功率LED以其長(zhǎng)壽命、高光效、環(huán)境友好等特性成為新一代綠色光源。LED不僅應(yīng)用在傳統(tǒng)的照明場(chǎng)合，替代普通的現(xiàn)有光源，而且更多地應(yīng)用在對(duì)調(diào)光要求較高的場(chǎng)合，比如LCD的背光照明。由于LED的色溫會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電流的幅值變化而變化，因此為了保證色溫的一致性，要求在調(diào)光時(shí)保持住電流的幅值，通過(guò)改變電流的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行調(diào)光，即常用的PWM調(diào)光方式。由于LED的二極管特性，其導(dǎo)通時(shí)需要控制電流的幅值恒定，可以等效成恒流源。在PWM調(diào)光方式工作時(shí)，則可以等效成幅值恒定的脈沖電流源。

目前常用的LED的PWM調(diào)光方式進(jìn)行，輸入側(cè)采用恒壓源提供能量，多路LED負(fù)載時(shí)，并聯(lián)在同一電壓母線上；同時(shí)在LED串中串聯(lián)一個(gè)實(shí)現(xiàn)恒流控制的線性開(kāi)關(guān)，如圖I所示。該串聯(lián)恒流源可以通過(guò)PWM控制信號(hào)，使該線性開(kāi)關(guān)工作于脈沖恒流源的狀態(tài)，其電流脈沖的幅值由Vref控制。為了降低線性開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通壓降，從而降低損耗，需要通過(guò)采樣脈沖電流源的壓降，來(lái)自適應(yīng)的調(diào)節(jié)電壓母線的幅值，盡可能使該線性恒流源工作時(shí)的壓降最低。但是，由于多路LED負(fù)載依靠一個(gè)公共的電壓母線提供能量，那么當(dāng)多串LED的壓降差別較大時(shí)，比如導(dǎo)致其中壓降較小的LED串中串聯(lián)的線性恒流源來(lái)承受其與具有最大正向壓降LED串的電壓差，導(dǎo)致線性電流源損耗增加。另外，由于要通過(guò)檢測(cè)線性電流源兩端的電壓來(lái)調(diào)節(jié)前級(jí)變流器的輸出電壓，電壓檢測(cè)電路的輸出信號(hào)與對(duì)應(yīng)的線性恒流源的距離受到限制，影響前級(jí)變流器調(diào)節(jié)的可靠性，另外也增加了信號(hào)傳輸和線路連接的困難，并且限制前級(jí)驅(qū)動(dòng)器的獨(dú)立性和標(biāo)準(zhǔn)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以進(jìn)行高效率自適應(yīng)調(diào)整母線電壓的PWM調(diào)光解決方案。并且即使用模擬信號(hào)也能實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種通過(guò)調(diào)節(jié)前級(jí)恒流源輸出電流，就能夠?qū)崿F(xiàn)母線電壓自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而獲得最低輸出電壓的分布式PWM調(diào)光技術(shù)。具體為提供一種恒流源前置驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)LED電壓自適應(yīng)PWM調(diào)光的電路，包括輸出負(fù)載LED串LEDl和輸出濾波電容Col ;該電路還包括前級(jí)的受控直流電流源Isl，以及與輸出負(fù)載LED串LEDl相接的PWM調(diào)光控制電路；輸出濾波電容Col并聯(lián)在受控直流電流源Isl的兩端，輸出負(fù)載LED串LEDl與PWM調(diào)光控制電路串聯(lián)后并聯(lián)在受控直流電流源Isl的兩端；調(diào)光信號(hào)的輸入端接至受控直流電流源Isl的控制端；所述PWM調(diào)光控制電路包括脈寬受控的脈沖電流源ID1、電壓采樣電路、電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路，脈沖電流源IDl的正端同時(shí)連接到輸出負(fù)載LED串LEDl的負(fù)端和電壓米樣電路的輸入，電壓米樣電路的輸出作為電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的輸入；電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的輸出信號(hào)為占空比D，該輸出的占空比信號(hào)接至脈沖電流源IDl的控制端。本發(fā)明中，所述脈沖電流源IDl是頻率和脈沖幅值可調(diào)的脈沖電流源。本發(fā)明中，所述前級(jí)的受控直流電流源Isl是線性受控源，或者是通過(guò)輸出電流控制構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路的恒流源。本發(fā)明中，前級(jí)的受控直流電流源除所述受控直流電流源Isl之外，還包括與其并列的多路輸出的受控直流電流源Is2、Is3、…、Isn，每一路的后級(jí)都具有輸出濾波電容Co I、輸出負(fù)載LED串及PWM調(diào)光控制電路，且其電路結(jié)構(gòu)是相同的。本發(fā)明中，所述多路輸出的受控直流電流源Isl、Is2、Is3、…、Isn中，各受控直流電流源的幅值相同，或具有不同的比例。本發(fā)明中，所述多路輸出的受控直流電流源Isl、Is2、Is3、…、Isn受到同一個(gè)控制信號(hào)Vdim控制。 與傳統(tǒng)的電壓源作為前置級(jí)的PWM調(diào)光策略相比，本發(fā)明的電流源前置電壓自適應(yīng)優(yōu)化PWM調(diào)光控制電路的有益效果是(I)前級(jí)恒流源與后級(jí)PWM控制電路之間除了功率連接外，無(wú)額外的信號(hào)電路連接，控制間單；(2)后級(jí)PWM脈沖恒流源的平均端電壓自適應(yīng)獲得最小值，減少導(dǎo)通損耗。(3)無(wú)需PWM調(diào)光信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)LED的PWM調(diào)光；模擬方式實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光功能，成本低；(4)采用多路輸出的恒流源就可以實(shí)現(xiàn)多路PWM調(diào)光控制，并只用一路調(diào)光信號(hào)。


圖I :傳統(tǒng)的電壓源前置的電壓自適應(yīng)PWM調(diào)光控制方法。圖2 :本發(fā)明提出的電流源前置分布式電壓自適應(yīng)優(yōu)化PWM調(diào)光控制電路。圖3 :調(diào)光信號(hào)Vdim與占空比D。圖4 :電流源前置多路輸出分布式電壓自適應(yīng)優(yōu)化PWM調(diào)光控制電路。圖5 :端電壓自適應(yīng)閉環(huán)控制的PWM調(diào)光控制實(shí)施方式。圖6 :可控恒流源Isl的一種實(shí)施方式。
具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行具體闡述。如圖2所示，本發(fā)明中包含前級(jí)受控直流電流源I s I、輸出濾波電容Co I、輸出負(fù)載LED串LED1。后級(jí)為端電壓自適應(yīng)控制的脈沖幅值恒定的脈寬受控的PWM調(diào)光控制電路，包括脈沖電流源ID1、采集脈沖電流源端電壓的電壓采樣電路、電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路。受控直流電流源Isl受到調(diào)光信號(hào)Vdim的控制。輸出濾波電容Col并聯(lián)在受控直流電流源Isl的兩端，輸出負(fù)載LED串LEDl與PWM調(diào)光控制電路串聯(lián)后并聯(lián)在受控直流電流源Isl的兩端。受控直流電流源Isl的正端接到輸出濾波電容Col的正端，同時(shí)接到輸出負(fù)載LED串LEDl的正端；輸出濾波電容Col的負(fù)端接地；輸出負(fù)載LED串LEDl的負(fù)端連接到脈沖電流源IDl的正端；脈沖電流源IDl的負(fù)端接地，其正端同時(shí)還連接到電壓采樣電路的輸入端，電壓采樣電路的輸出端接到電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的輸入端，電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的電壓參考端接到參考電壓Vref。電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的輸出為占空比D，接到脈寬控制的脈沖電流源的控制端，用來(lái)控制IDl的脈沖寬度。本發(fā)明中的技術(shù)方案也適用于多路輸出的PWM調(diào)光應(yīng)用；前級(jí)為多路輸出的受控恒流源Isl,Is2···，Isn,各恒流源之間可以存在一定比例，比例系數(shù)為al,a2*“，an。并且多路恒流源受到同一個(gè)控制信號(hào)Vdim控制。每一路恒流源與后級(jí)端電壓自適應(yīng)PWM調(diào)光控制電路的連接方式與單路的連接方式相同。本發(fā)明所述的調(diào)光控制的脈沖電流也可以是頻率和脈沖幅值可調(diào)的脈沖電流源。受控直流電流源可以是線性受控源，也可以是任何開(kāi)關(guān)電路通過(guò)輸出電流控制構(gòu)成的恒流源。圖5是本發(fā)明中的端電壓自適應(yīng)控制的PWM調(diào)光一種實(shí)施方式。LED負(fù)載LEDl的負(fù)端連接到開(kāi)關(guān)S12的一端，同時(shí)接到Ql的集電極，S12的另一端接到電容C13的一端，同時(shí)連接到電阻R16的一端，S12的控制端接到RS觸發(fā)器FPl的輸出端；電容C13的另一端接地，電阻R17與電容C13并聯(lián)；電阻R16的另一端連接到誤差放大器EAl的負(fù)輸入端，同 時(shí)連接到C12的一端，C12的另一端連接到電阻R15的一端，R15的另一端連接到EAl的輸出端。EAl的正輸入端接電壓基準(zhǔn)Vref。EAl的輸出接到比較器Compl的負(fù)輸入端,Compl的正輸入端接鋸齒波信號(hào)源，比較器Compl的輸出側(cè)接RS觸發(fā)器FPl的S端，F(xiàn)Pl的輸出端同時(shí)接到開(kāi)關(guān)S12和Sll的控制端。Sll的一端接地，另一端接誤差放大器EA2的正輸入端和電阻R14的一端，電阻R13并聯(lián)在Sll的兩端。電阻R14的另一端接電流基準(zhǔn)Iref。誤差放大其EA2的負(fù)輸入端接到電容Cll的一端和R18的一端，Cll的另一端接到電阻Rll的一端，電阻Rll的另一端同時(shí)連接到EA2的輸出端和電阻R12的一端。R12的另一端接到Ql的基極，Ql的射極接到采樣電阻Rsl的一端和R18的另一端，Rsl的另一端接地。該實(shí)施方式中的Ql可以是雙極性晶體管，也可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。圖6是受控直流恒流源的一種實(shí)施方式。輸入源Vin的正端接到開(kāi)關(guān)管S的一端，S的另一端接二極管D的陰極，同時(shí)接到電感Ld—端，二極管D的陽(yáng)極接到輸入地。電感L的另一端接到輸出電容Co的一端，Co的另一端接到輸入地；負(fù)載并聯(lián)在Co的兩端；電感電流的采樣信號(hào)接到控制器的Rsen端，調(diào)光信號(hào)接到控制其德Iref端，輸出D接到S的控制端。應(yīng)當(dāng)注意，在說(shuō)明本發(fā)明的某些特征或者方案時(shí)所使用的特殊術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)用于表示在這里重新定義該術(shù)語(yǔ)以限制與該術(shù)語(yǔ)相關(guān)的本發(fā)明的某些特定特點(diǎn)、特征或者方案?？傊?，不應(yīng)當(dāng)將在隨附的權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)解釋為將本發(fā)明限定在說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的特定實(shí)施例，除非上述詳細(xì)說(shuō)明部分明確地限定了這些術(shù)語(yǔ)。因此，本發(fā)明的實(shí)際范圍不僅包括所公開(kāi)的實(shí)施例，還包括在權(quán)利要求書(shū)之下實(shí)施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等效方案。
權(quán)利要求
1.一種恒流源前置驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)LED電壓自適應(yīng)PWM調(diào)光的電路，包括輸出負(fù)載LED串LEDl和輸出濾波電容Col ;其特征在于，該電路還包括前級(jí)的受控直流電流源Isl，以及與輸出負(fù)載LED串LEDl相接的PWM調(diào)光控制電路；輸出濾波電容Col并聯(lián)在受控直流電流源Isl的兩端，輸出負(fù)載LED串LEDl與PWM調(diào)光控制電路串聯(lián)后并聯(lián)在受控直流電流源Isl的兩端；調(diào)光信號(hào)的輸入端接至受控直流電流源Isl的控制端； 所述PWM調(diào)光控制電路包括脈寬受控的脈沖電流源ID1、電壓采樣電路、電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路，脈沖電流源IDl的正端同時(shí)連接到輸出負(fù)載LED串LEDl的負(fù)端和電壓采樣電路的輸入，電壓采樣電路的輸出作為電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的輸入；電壓控制與PWM占空比發(fā)生電路的輸出信號(hào)為占空比D，該輸出的占空比信號(hào)接至脈沖電流源IDl的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述脈沖電流源IDl是頻率和脈沖幅值可調(diào)的脈沖電流源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述前級(jí)的受控直流電流源Isl是線性受控源，或者是通過(guò)輸出電流控制構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路的恒流源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意ー項(xiàng)中所述的電路，其特征在于，前級(jí)的受控直流電流源除所述受控直流電流源Isl之外，還包括與其并列的多路輸出的受控直流電流源Is2、Is3、…、Isn，每一路的后級(jí)都具有輸出濾波電容Col、輸出負(fù)載LED串及PWM調(diào)光控制電路，且其電路結(jié)構(gòu)是相同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述多路輸出的受控直流電流源Isl、Is2、Is3、…、Isn中，各受控直流電流源的幅值相同，或具有不同的比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述多路輸出的受控直流電流源Isl、Is2、Is3、…、Isn受到同一個(gè)控制信號(hào)Vdim控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED的PWM調(diào)光技術(shù)，旨在提供一種恒流源前置驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)LED電壓自適應(yīng)PWM調(diào)光的電路。該電路包括輸出負(fù)載LED串LED1、輸出濾波電容Co1、前級(jí)的受控直流電流源Is1，以及與LED串LED1相接的PWM調(diào)光控制電路；濾波電容Co1并聯(lián)在受控直流電流源Is1的兩端， LED串LED1與PWM調(diào)光控制電路串聯(lián)后并聯(lián)在Is1的兩端；調(diào)光信號(hào)的輸入端接至受控直流電流源Is1的控制端。本發(fā)明中，前級(jí)恒流源與后級(jí)PWM控制電路之間除了功率連接外，無(wú)額外的信號(hào)電路連接，控制簡(jiǎn)單；后級(jí)PWM脈沖恒流源的平均端電壓自適應(yīng)獲得最小值，減少導(dǎo)通損耗；無(wú)需PWM調(diào)光信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)LED的PWM調(diào)光；模擬方式實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光功能，成本低；采用多路輸出的恒流源就可以實(shí)現(xiàn)多路PWM調(diào)光控制，并只用一路調(diào)光信號(hào)。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102821526SQ201210324680
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者吳新科 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)