專利名稱：：一種pfm/pwm雙模式切換調光的led驅動電路的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于微電子學與固體電子學
技術領域：
，涉及一種LED驅動電路，具體涉及一種PFM/PWM雙模式切換調光的LED驅動電路。
背景技術：
：'LED是照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，具有節(jié)能、環(huán)保和使用壽命長等優(yōu)勢，是二十一世紀最具發(fā)展前景的高
技術領域：
之一。在大功率白光LED的實用化推廣過程中，如何使LED關鍵技術之一的驅動電路具有高效率，成為照明產(chǎn)業(yè)迫切需要研究的內(nèi)容。目前使用的白光LED驅動電路多采用PWM調光模式，當所需光亮度較大時，PWM調光模式具有較高的轉換效率；所需光亮度較小時，PWM調光模式的占空比很低，大大降低了整個LED驅動電路的效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種PFM/PWM雙模式切換調光的LED驅動電路，不僅在高亮度范圍內(nèi)具有較高的轉換效率，而且在低亮度范圍內(nèi)提高調光模式的占空比，進而提升整個LED驅動電路的效率，解決了現(xiàn)有LED驅動電路中單純采用PWM模式進行亮度調節(jié)時在低亮度范圍內(nèi)效率過低的問題。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種PFM/PWM雙模式切換調光的LED驅動電路，包括基準電壓模塊及分別與其相連接的雙模式切換的調光模塊、恒壓模塊和驅動模塊，基準電壓模塊用于向雙模式切換的調光模塊、恒壓模塊和驅動模塊供電并產(chǎn)生各個模塊內(nèi)部的參考電壓，雙模式切換的調光模塊用于根據(jù)外部控制信號的變化產(chǎn)生頻率可調或占空比可調的方波信號來控制恒壓模塊，恒壓模塊用于產(chǎn)生控制驅動模塊驅動能力的電壓，并利用其內(nèi)部的反饋結構保證該電壓值的穩(wěn)定，驅動模塊用來產(chǎn)生滿足LED發(fā)光以及其合適亮度的足夠大的峰值恒定的驅動電流。本發(fā)明的特征還在于，雙模式切換的調光模塊包括模式選擇單元、數(shù)模轉換單元、頻率產(chǎn)生單元、鋸齒波產(chǎn)生單元和電壓比較單元，模式選擇單元分別與數(shù)模轉換單元和頻率產(chǎn)生單元相連接，頻率產(chǎn)生單元與鋸齒波產(chǎn)生單元相連接，數(shù)模轉換單元和鋸齒波產(chǎn)生單元分別與電壓比較單元相連接。恒壓模塊包括電壓單元及分別與之相連接的緩沖單元和反饋單元，電壓單元與驅動模塊相連接。恒壓模塊采用低壓差線性穩(wěn)壓器或直流變壓器。驅動模塊選用MOS晶體管、雙極型晶體管或達林頓管。本發(fā)明LED.驅動電路采用PFM/PWM雙模式切換的結構，在提供與PWM調光完全一致的亮度調節(jié)功能的同時，在低亮度時切換為PFM方式，從而有效的提高了驅動電路的整體效率。此外，其整體結構簡單，與各類混合集成電路工藝兼容，可集成在芯片內(nèi)部完成，大大降低了系統(tǒng)的復雜度。如使用兼容集成電路工藝的LED器件，甚至與其集成在同一基片上，實現(xiàn)驅動電路和LED器件的合并。圖1是本發(fā)明LED驅動電路的結構示意圖2是本發(fā)明LED驅動電路的跳周期PFM波形和現(xiàn)有驅動電路的PWM波形對比示意圖中，l.基準電壓模塊，2.雙模式切換的調光模塊，3.恒壓模塊，4.驅動模塊。其中，2-l.模式選擇單元，2-2.數(shù)模轉換單元，2-3.頻率產(chǎn)生單元，2-4.鋸齒波產(chǎn)生單元，2-5.電壓比較單元，3-l.緩沖單元，3-2.電壓單元，3-3.反具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明LED驅動電路的結構，如圖1所示。包括基準電壓模塊1及分別與其相連接的雙模式切換的調光模塊2、恒壓模塊3和驅動模塊4。雙模式切換的調光模塊2包括模式選擇單元2-1、數(shù)模轉換單元2-2、頻率產(chǎn)生單元2-3、鋸齒波產(chǎn)生單元2-4和電壓比較單元2-5，模式選擇單元2-l分別與數(shù)模轉換單元2-2和頻率產(chǎn)生單元2-3相連接，頻率產(chǎn)生單元2-3與鋸齒波產(chǎn)生單元2-4相連接，數(shù)模轉換單元2-2和鋸齒波產(chǎn)生單元2-4分別與電壓比較單元2-5相連接。恒壓模塊3包括電壓單元3-2及分別與之相連接的緩沖單元3-1和反饋單元3-3。電壓比較單元2-5與緩沖單元3-1相連接；電壓單元3-2與驅動模塊4相連接。本發(fā)明LED驅動電路中的基準電壓模塊1的輸入端連接輸入電壓Vdd，基準電壓模塊1的輸出端分別連接雙模式切換的調光模塊2、恒壓模塊3和驅動模塊4，并為該三個模塊供電和提供內(nèi)部模塊的參考電壓。.雙模式切換的調光模塊2用于根據(jù)外部控制信號的變化產(chǎn)生頻率可調或占空比可調的方波信號來控制恒壓模塊3。其中，模式選擇單元2-l的輸入端連接外部控制信號，一個輸出端連接頻率產(chǎn)生單元2-3，產(chǎn)生頻率調制PFM，另一輸出端連接數(shù)模轉換單元2-2產(chǎn)生占空比調制PWM。頻率產(chǎn)生單元2-3根據(jù)接收的信號產(chǎn)生一定頻率的方波，并將該方波輸送到鋸齒波產(chǎn)生單元2-4，鋸齒波產(chǎn)生單元2-4將接收到的方波信號轉化為鋸齒波并通過電壓比較單元2-5的反向輸入端輸入電壓比較單元2-5。數(shù)模轉換單元2-2將接收的數(shù)字信號轉化為模擬電壓量并將該模擬電壓量通過電壓比較單元2-5由的正向輸出端輸入電壓比較單元2-5。電壓比較單元2-5將接收的兩個信號進行比較后產(chǎn)生最終的控制方波，并將該控制方波送入恒壓模塊3。恒壓模塊3產(chǎn)生用來控制驅動模塊4驅動能力的電壓，并利用恒壓模塊3內(nèi)部的反饋單元3-3保證該電壓值的穩(wěn)定。驅動模塊4用來產(chǎn)生滿足LED發(fā)光以及其合適亮度的足夠大的峰值恒定的驅動電流。恒壓模塊3中的電壓單元3-2由低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)或直流變壓器'(DC-DC)組成。由直流變壓器(DC-DC)組成時，要求其內(nèi)部頻率為頻率產(chǎn)生單元2-3產(chǎn)生的頻率的20倍以上。由電壓比較單元2-5輸入緩沖單元3-1的控制方波，經(jīng)緩沖單元3-l.加大該控制方波的帶負載能力后，由緩沖單元3-l輸入電壓單元3-2，電壓單元3-2產(chǎn)生輸出電壓，并將該輸出電壓輸入驅動模塊4。反饋單元3-3的輸入端接到電壓單元3-2的輸出端，將該輸出電壓反饋回電壓單元3-2的輸入端用來穩(wěn)定輸出電壓。驅動模塊4由功率管構成，可以采用MOS晶體管、雙極型晶體管或達林頓管。用來將反饋單元3-3峰值恒定的柵極(基極)輸出電壓轉化為峰值恒定的輸出電流，用以滿足LED以合適的亮度發(fā)光。現(xiàn)有白光LED驅動電路多采用PWM調光模式。所需光亮度較大時，PWM調光模式具有較高的轉換效率；而所需光亮度較小時，PWM調光模式的占空比很低。本發(fā)明LED驅動電路采用PFM/PWM雙切換模式；利用跳周期PFM控制原理，該跳周期PFM波形和現(xiàn)有驅動電路的PWM波形對比示意圖，如圖2所示，在占空比高的時候，幾乎每個時鐘周期功率管都工作；而隨著占空比的降低，會有越來越多的周期被跳過，功率管不工作；當占空比很低時，功率管只在極少的時鐘周期工作。在占空比較低時，跳周期PFM調制的時鐘反轉次數(shù)明顯少于PWM調制。表1是傳統(tǒng)的具有八段數(shù)字式亮度調節(jié)功能的電流占空比。表l傳統(tǒng)八段數(shù)字式亮度調節(jié)功能的電流占空比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>可根據(jù)外部的三位數(shù)字信號來決定流過LED的平均電流，從而改變LED器件的亮度。'表2所示為本發(fā)明LED驅動電路采用與傳統(tǒng)的具有八段數(shù)字式亮度調節(jié)功能完全一致的三位數(shù)字信號，本發(fā)明LED驅動電路的電流占空比。表2與傳統(tǒng)數(shù)字信號八段數(shù)字式亮度調節(jié)功能完全一致時本發(fā)明LED驅動電路的電流占空<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表1和表2可以看出，輸入模式選擇單元2-l的三位數(shù)字信號，當其為高電平時，說明需求的LED亮度大于50。/。，選通PWM模式調光；當其為低電平時，說明需求的LED亮度小于等于50嘰，選通PFM模式調光。模式選擇單元2-l選通為PWM模式調光時，輸入模式選擇單元2-l的三位數(shù)字信號的后兩位將由模式選擇單元2-l輸入到數(shù)模轉換單元2-2，此時頻率產(chǎn)生單元2-3沒有任何的輸入信號，可以將頻率產(chǎn)生單元2-3看作一個標準的振蕩器，產(chǎn)生標準的占空比為50%的方波。此方波經(jīng)過線路輸入到鋸齒波產(chǎn)生單元2-4，鋸齒波產(chǎn)生單元2-4內(nèi)包含一個整型電路和一個RC充放電回路，可以將接收到的方波轉化為三角波，再將該三角波輸入到電壓比較單元2-5的反相輸入端。輸入到數(shù)模轉換單元2-2的后2位外部數(shù)字信號控制數(shù)模轉換單元2-2中各個支路的導通和關斷，從而決定數(shù)模轉換單元2-2上的總電流以及總電壓的大小。這就將數(shù)字信號轉化為了模擬電平值，并將該模擬電平值送入到電壓比較單元2-5的正相輸入端。電壓比較單元2-5由一個電壓比較器構成，它可以對輸入的參考電壓進行比較并放大到F^/和G^/。當數(shù)模轉換單元2-2的輸出模擬電平值大于鋸齒波產(chǎn)生單元2-5輸出的三角波的值時，電壓比較單元2-5的輸出為高電平F^/，此時，恒壓模塊3正常工作，產(chǎn)生恒定的控制電壓，該控制電壓輸入驅動模塊4中驅動管的柵極或基極上，從而產(chǎn)生供LED發(fā)光的驅動電流。當數(shù)模轉換單元2-2輸出的模擬電平值小于鋸齒波單元輸出的三角波的值時，電壓比較單元2-5的比較器發(fā)生翻轉，電壓比較單元2-5的輸出信號轉變?yōu)榈碗娖紾"么這就產(chǎn)生了控制恒壓模塊3的PWM控制信號，此時，恒壓模塊3和驅動模塊4完全關斷，不消耗任何功率，LED熄滅。模式選擇單元2-l選通為PFM模式調光時，三位數(shù)字信號210的后2位將由模式選擇單元2-l輸入到頻率產(chǎn)生單元2-3，此時的數(shù)模轉換單元2-2，鋸齒波產(chǎn)生單元2-4和電壓比較單元2-5將完全關斷。此時頻率產(chǎn)生單元22將被看作一個標準的振蕩器和一個組合邏輯控制電路的合集。參考圖5，輸入到頻率產(chǎn)生單元2-3的后2位數(shù)字信號通過控制組合邏輯電路來控制振蕩器產(chǎn)生的方波，根據(jù)需要跳過若干個周期，形成跳周期的PFM波形。此波形將直接輸出到恒壓模塊3。后續(xù)電路的工作原理與PWM模式完全一致，當電壓比較單元2-5輸出的信號為高電平r^/時，恒壓模塊3正常工作，產(chǎn)生恒定的控制電壓，該控制電壓輸送到驅動模塊4中驅動管的柵極或基極上，從而產(chǎn)生供LED發(fā)光的驅動電流。當電壓比較單元2-5輸出的信號為低電平G""時，恒壓模塊3和驅動模塊4完全關斷，不消耗任何功率，此時LED熄滅。本發(fā)明LED驅動電路，提供與現(xiàn)有PWM調光完全一致的亮度調節(jié)功能的同時，在低亮度時切換為PFM方式，有效的提高了驅動電路的整體效率。并且整體結構簡單，與各類混合集成電路工藝兼容，可集成在芯片內(nèi)部完成，大大降低了系統(tǒng)的復雜度。如使用兼容集成電路工藝的LED器件，甚至與其集成在同一基片上，實現(xiàn)驅動電路和LED器件的合并。權利要求1、一種PFM/PWM雙模式切換調光的LED驅動電路，其特征在于，該LED驅動電路包括基準電壓模塊(1)及分別與其相連接的雙模式切換的調光模塊(2)、恒壓模塊(3)和驅動模塊(4)，所述的基準電壓模塊(1)用于向雙模式切換的調光模塊(2)、恒壓模塊(3)和驅動模塊(4)供電并產(chǎn)生各個模塊內(nèi)部的參考電壓，所述的雙模式切換的調光模塊(2)用于根據(jù)外部控制信號的變化產(chǎn)生頻率可調或占空比可調的方波信號來控制恒壓模塊(3)，所述的恒壓模塊(3)用于產(chǎn)生控制驅動模塊(4)驅動能力的電壓，并利用其內(nèi)部的反饋結構保證該電壓值的穩(wěn)定，所述的驅動模塊(4)用來產(chǎn)生滿足LED發(fā)光以及其合適亮度的足夠大的峰值恒定的驅動電流。2、根據(jù)權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述的雙模式切換的調光模塊.(2)包括模式選擇單元(2-1)、數(shù)模轉換單元(2-2)、頻率產(chǎn)生單元(2-3)、鋸齒波產(chǎn)生單元(2-4)和電壓比較單元(2-5)，模式選擇單元(2-1)分別與數(shù)模轉換單元(2-2)和頻率產(chǎn)生單元(2-3)相連接，頻率產(chǎn)生單元(2-3)與鋸齒波產(chǎn)生單元(2-4)相連接，數(shù)模轉換單元(2-2)和鋸齒波產(chǎn)生單元(2-4)分別與電壓比較單元(2-5)相連接。3.根據(jù)權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述的恒壓模塊(3)包括電壓單元(3-2)及分別與之相連接的緩沖單元(3-1)和反饋單元(3-3)，所述的電壓單元(3-2)與驅動模塊(4)相連接。4.根據(jù)權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，所述的恒壓模塊G)采用低壓差線性穩(wěn)壓器或直流變壓器。5.根據(jù)權利要求1所述的LED驅動電路，其特征在于，驅動模塊U)選用MOS晶體管、雙極型晶體管或達林頓管。全文摘要本發(fā)明公開了一種PFM/PWM雙模式切換調光的LED驅動電路，包括基準電壓模塊及分別與其相連接的雙模式切換的調光模塊、恒壓模塊和驅動模塊，基準電壓模塊用于向其它模塊供電并產(chǎn)生各個模塊內(nèi)部的參考電壓，雙模式切換的調光模塊用于根據(jù)外部控制信號的變化產(chǎn)生頻率可調或占空比可調的方波信號來控制恒壓模塊，恒壓模塊用于產(chǎn)生控制驅動模塊驅動能力的電壓，并利用其內(nèi)部的反饋結構保證該電壓值的穩(wěn)定，驅動模塊用來產(chǎn)生滿足LED發(fā)光以及其合適亮度的足夠大的峰值恒定的驅動電流。本發(fā)明LED驅動電路提供與現(xiàn)有PWM調光完全一致的亮度調節(jié)功能的同時，在低亮度時切換為PFM方式，有效的提高了驅動電路的整體效率。文檔編號H05B37/02GK101466187SQ20091002080公開日2009年6月24日申請日期2009年1月5日優(yōu)先權日2009年1月5日發(fā)明者宋征華,媛楊,勇高申請人:西安理工大學