一种低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路的制作方法

1.本发明涉及驱动电路领域，尤其涉及一种低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路。


背景技术：

2.很多便携电子设备都会配备wled作为工作指示灯，如手机、充电器、笔记本电脑，平板电脑，蓝牙耳机等。通过调节wled的亮暗、闪烁模式等达到不同功能指示的作用。这些便携电子设备一般都会使用锂电池作为电源供电。
3.发光二极管发光需要阳极到阴极偏置电压达到其正向开启电压才能正常开启，以下简称为开启电压。对于wled该电压一般3v左右。led的发光亮度由流过led的电流决定，电流越大亮度越高。如果led以周期性开关，当其开关频率高于肉眼可以察觉闪烁的范围(一般高于50hz)时，其亮度由整个开关时间内的平均电流决定，平均电流越大亮度越高。
4.一个简单的led驱动电路如图1所示。图中电池符号代表驱动电路的电源，驱动电路由一个开关s1和一个恒流源发生器i1构成。当s1导通时，i1产生的直流电流i可以流过led并发光，当s1断开时，led电流通路被切断，不发光。对于这样的驱动电路，需要将i控制在预期的恒定值的同时需要将驱动部分输出节点vled电压抬高到开启电压以上才能保证led正常开启。
5.如果电池电压高于开启电压可以直接驱动，而对于一些使用低电压电池(如满电《3v)作为电源供电的便携电子设备，以及电池电压在使用过程中掉电到开启电压以下的应用，以上结构的驱动电路无法提供高于电源电压的驱动电压，不能正常开启led。
6.为了在低电源电压应用条件下使用白光二极管，驱动电路往往采用一个升压拓扑结构(叫boost电路)。一个简化的带升压功能的led驱动电路如图2所示。当电源电压高于开启电压时，图2中s1、i1和图1的s1、i1采用一样的控制方法。当电源电压低于开启电压时，包含s2、s3和电感的boost电路工作，使led两端的等效电压vled高于开启电压，从而led可以正常工作。但是，boost电路里的电感往往体积较大也比较昂贵，在一些要求小体积的驱动电路里并不适合。
7.现有技术中也有电压倍增的电荷泵电路拓扑，包括多个功率开关、电荷泵电容以及输出稳压电容构成，通过一定频率的开关将输出电压抬升至电源电压的两倍，然后再通过恒流源驱动led,这样所需要的电源电压只需要原来的一半。但是这种架构需要比较大的输出电容，尤其对于驱动电流比较大的情况。整个拓扑需要的元件较多，成本太高。


技术实现要素：

8.鉴于以上技术问题，本发明提供了一种低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路，以节省元件地、以用更低的电源电压实现有效驱动二极管发光。
9.本发明的目的是提供一种低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路，所述电路包括：电源、电容、恒流源发生器、第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关的一端连
接于所述电源和所述第三开关的一端，其另一端连接于所述电容和所述第二开关的一端，所述第二开关的另一端连接于所述电源，所述第三开关的另一端连接于所述电容的另一端和所述恒流发生器的一端，所述恒流发生器的另一端连接于发光二极管，其中：在第一模式中所述第二开关和所述第三开关被配置成响应于接收到的脉冲而维持导通状态，以及所述第一开关被配置成维持于断开状态；在第二模式中所述第二开关和所述第三开关被配置成维持于断开状态，以及所述第一开关被配置成响应于接收到的脉冲而维持导通状态；所述第一模式和所述第二模式被交替执行。
10.进一步的，所述第一开关和所述第二开关还被配置成在在第三模式中维持于断开状态，以及在所述第三模式中所述第三开关被配置成响应于接收到的脉冲而维持导通状态。
11.进一步的，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关为mos管。
12.进一步的，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关为n型mos管。
13.进一步的，所述电容的容量和所述恒流发生器组成的时间常数大于所述第二模式的持续时间。
14.进一步的，所述电路还包括第四开关，所述第四开关连接于所述电容和所述第三开关的共同端，以及连接于所述恒流发生器的输入端，其中：所述第四开关被配置为在所述第一模式中没接收到脉冲而维持于断开状态，以及在所述第二模式中响应于接收到的脉冲而维持导通状态。
15.采用上述方案，本发明的有益效果是：
16.本发明提出一种驱动电路，与常用的升压boost电路相比，可以省去电感，与一般电倍压荷泵电路相比又省去输出电容，和以最少数量的功率开关来实现电路升压，使电路面积更小，成本更低。
附图说明
17.图1为本发明一种led驱动电路的电路原理图；
18.图2为本发明的现有技术中的带升压功能的led驱动电路的电路原理图；
19.图3为本发明一个实施例中低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路的电路原理图；
20.图4为本发明一个实施例中电压vc和vout的波形图；
21.图5为本发明一个实施例中第一开关、第二开关、第三开关和第四开关所收到的脉冲信号的波形图；
22.图6为本发明另一个实施例中低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
23.体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”是指本发明为实现其技术目的使相关元件按其固有特性和方案逻辑关系而进行的电连接，可以是直接相连而构成的电连接关系，也可以通过中间媒介间接电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解本技术文件中各术语在本发明中的具体含义。
26.如图3所示，本发明实施例提供一种低电源电压工作的发光二极管调光驱动电路，所述电路包括：电源、电容cfly、恒流源发生器i1、第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3，所述第一开关s1的一端连接于所述电源和所述第三开关s3的一端，其另一端连接于所述电容cfly和所述第二开关s2的一端，所述第二开关s2的另一端连接于所述电源，所述第三开关s3的另一端连接于所述电容cfly的另一端和所述恒流发生器i1的一端，所述恒流发生器i1的另一端连接于发光二极管wled，其中：在第一模式中所述第二开关s2和所述第三开关s3被配置成响应于接收到的脉冲而维持导通状态，以及所述第一开关s1被配置成维持于断开状态；在第二模式中所述第二开关s2和所述第三开关s3被配置成维持于断开状态，以及所述第一开关s1被配置成响应于接收到的脉冲而维持导通状态；所述第一模式和所述第二模式被交替执行。
27.其中，在当电源电压vs低于发光二极管wled的开启电压时，电源是无法直接驱动发光二极管wled的，本实施例利用第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3和电容cfly，分两种工作模式来实现驱动发光二极管wled。在第一模式中：第二开关s2和第三开关s3同时导通，第一开关s1断开，在第三开关s3的导通压降较小时，可以忽略其导通压降，则这时驱动电路的输出电压vout等于电源电压vs，同时电容cfly的电压也被充电到vs,该在第一模式中发光二极管的工作电压vled等于vs，低于开启电压，发光二极管wled不亮。在第二模式中，第二开关s2和第三开关s3断开，第一开关s1导通，这时电容cfly通过第一开关s1对输出恒流源i1发生电路供电，发光二极管wled亮。
28.具体原理如图4所示，当电路工作在第一模式时，输出电压vout的电压等于电源电压vs，这时电容cfly被充电，故电压vc上升。当电路工作在第二模式，输出电压vout等于vs+vc。由于电容cfly在此时间段在放电，故电压下降。电容cfly在第一和第二模式的充放电导致电容cfly电压有纹波，如果电容cfly放电的时间常数远大于第二模式的时间，纹波是可以忽略不计的，从而第二模式的输出电压vout大约是2倍的电源电压vs，即2*vs，只要电源的电压的大于发光二极管wled的开启电压的二分之一，即本驱动电路便可以实现驱动发光二极管wled。
29.另外，值得解释的是，电容cfly放电的时间常数是由电容cfly的容量和恒流发生器i1决定的。
30.在一实施方式中，所述第一开关s1和所述第二开关s2还被配置成在在第三模式中维持于断开状态，以及在所述第三模式中所述第三开关s3被配置成响应于接收到的脉冲而维持导通状态。
31.其中，在电源的电压vs是高于发光二极管wled的开启电压时,则不需要对电源电压进行升压，也就不需要对电容cfly进行充电，电源电压vs可以通过第三开关s3直接驱动发光二极管，因而，使得本驱动电路可以适应可变电源电路。
32.在一实施方式中，所述第一开关s1、所述第二开关s2和所述第三开关s3为mos管。具体的，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关为n型mos管。
33.其中，采用栅极电压为高电平开启的mos管作为控制开关，相同或不同的高电平脉冲分别作用于第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3的栅极，进而使得其导通，在撤销脉冲信号后，对应的第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3则变为断开状态，进而，使得第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3的开关状态可以任意切换。
34.另外，第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3的栅极的驱动电路，可以由cmos反向器驱动，以推挽级驱动放大。
35.如图5所示，与第一模式、第二模式相对应的，提供第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3的栅极电压随时间变化的波形图，由于第一模式和第二模式是交替进行的，因而第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3的栅极电压变化也是交替进行的。
36.在一实施方式中，如图5至图6所示，所述电路还包括第四开关s4，所述第四开关s4连接于所述电容cfly和所述第三开关s3的共同端，以及连接于所述恒流发生器i1的输入端，其中：所述第四开关s4被配置为在所述第一模式中没接收到脉冲而维持于断开状态，以及在所述第二模式中响应于接收到的脉冲而维持导通状态。
37.在一实施方式中，提供与上述驱动电路相配合的发光二极管调光方法。由现有技术得知，发光二极管wled能否开启是由其开启电压决定的，其工作亮度则是由平均工作电流。iaverage决定的，而电路中的峰值电流imax是由恒流发生器i1决定的，因此，调节恒流发生器i1的峰值电流imax，或控制第一模式和第二模式的时间比(占空比)，可以改变发光二极管wled的亮度。
38.其中，iaverage＝imax*d1；
39.其中d1为第二模式的占空比。当占空比为50％时，驱动平均电流iaverage为imax/2，占空比d1越大时，平均电流iaverage越接近峰值电流imax，发光二极管wled的亮度越高。
40.同时，还可以用一个更低频率的调制信号去控制驱动电路(第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3)或恒流发生器i1的工作使能开关，该调制信号的使能占空比为d3则驱动电流的平均值为
41.iaverage＝imax*d1*d3
42.该调节信号的频率应低于本驱动电路的开关频率，但要高于肉眼可见光闪烁的频率，一般为50hz以上。
43.采用上述各个实施方式得知，本发明提出一种驱动电路，与常用的升压boost电路相比，可以省去电感，与一般电倍压荷泵电路相比又省去输出电容，和以最少数量的功率开关来实现电路升压，使白光led可以在低电池电压应用下实现随意可调光驱动，并使电路面积更小，成本更低。
44.虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。