專利名稱：白光led一線脈沖調(diào)光電路及調(diào)光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及白光LED的調(diào)光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種白光LED —線脈沖調(diào)光電路及其調(diào)光方法。
背景技術(shù)：
白光LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)具有發(fā)光效率高、功耗低、壽命長、 環(huán)保等很多其它傳統(tǒng)照明光源無法比擬的優(yōu)勢。目前白光LED已被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備顯示屏的背光照明中。白光LED所發(fā)出的光線的波長受流過LED的電流的影響比較明顯，所以為了保證發(fā)出的光線色彩恒定，需要流過LED的電流保持恒定。因此白光LED驅(qū)動芯片的一項主要功能就是為LED提供恒定的驅(qū)動電流輸出，同時，為了調(diào)節(jié)光的亮度，還需要調(diào)節(jié)流過LED 的電流大小。圖1是白光驅(qū)動芯片的一個典型應(yīng)用示例。四個白光LED的陰極接到芯片的驅(qū)動電流輸出腳，陽極接到電源。芯片內(nèi)部在LEDfLED4腳上產(chǎn)生恒定的電流驅(qū)動使得流過白光LED的電流在外界溫度、電源電壓、以及LED的正向?qū)妷喊l(fā)生變化的時候仍然能夠維持恒定。同時，芯片通過EN端控制整個芯片的選通，以及調(diào)節(jié)輸出電流的大小，從而調(diào)節(jié)發(fā)光的亮度。其中，可以采用周期性開通和關(guān)斷驅(qū)動電流來調(diào)節(jié)人眼所感受到的光強，即通過調(diào)節(jié)開通時間占空比的方法來調(diào)節(jié)人眼所感受到的平均電流所發(fā)出的光強。但是這種調(diào)光方法需要以較高的頻率開關(guān)電流，從而會對電源以及其它器件造成一定的干擾，如果頻率在音頻范圍內(nèi)還會產(chǎn)生人耳可聽得到的噪聲，如果開關(guān)的頻率不夠高也會使得發(fā)出的光產(chǎn)生肉眼所察覺的波動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種白光LED —線脈沖調(diào)光電路，以解決現(xiàn)有的白光LED調(diào)光方法容易產(chǎn)生噪音和視覺波動，以及會對電源以及其它器件造成干擾的問題。本發(fā)明的另一目的是提出一種白光LED —線脈沖調(diào)光方法，以解決現(xiàn)有的白光 LED調(diào)光方法容易產(chǎn)生噪音和視覺波動，以及會對電源以及其它器件造成干擾的問題。本發(fā)明提出一種白光LED—線脈沖調(diào)光電路，包括電源、脈沖控制模塊、電流轉(zhuǎn)換模塊以及恒流源驅(qū)動模塊。脈沖控制模塊用于輸出一個一線脈沖序列。電流轉(zhuǎn)換模塊分別與電源及脈沖控制模塊相連，用于根據(jù)電源輸出的電壓生成基準(zhǔn)電流，并利用基準(zhǔn)電流及一線脈沖序列生成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的電壓。恒流源驅(qū)動模塊分別與電流轉(zhuǎn)換模塊以及白光LED相連，用于向白光LED輸出與電流轉(zhuǎn)換模塊輸出的電壓成固定比例關(guān)系的驅(qū)動電流。
依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光電路，電流轉(zhuǎn)換模塊又進一步包括基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路、電流鏡、開關(guān)電路、二分頻器以及電壓輸出電路。基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路與電源相連，用于生成一個基準(zhǔn)電流。電流鏡與基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路相連，用于利用基準(zhǔn)電流生成四路電流。開關(guān)電路與電流鏡相連，用于控制電流鏡所產(chǎn)生的四路電流的通斷狀態(tài)。二分頻器分別與脈沖控制模塊及開關(guān)電路相連，用于利用脈沖控制模塊輸出的一線脈沖序列來控制開關(guān)電路的通斷狀態(tài)，以使電流鏡所產(chǎn)生的四路電流均與基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系。電壓輸出電路與開關(guān)電路相連，用于將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成最終的電壓輸出。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，二分頻器包括四個D 觸發(fā)器，四個D觸發(fā)器逐級聯(lián)接，第一級的D觸發(fā)器的時鐘信號端連接脈沖控制模塊，前三級的D觸發(fā)器的反向輸出端與數(shù)據(jù)信號輸入端相連，同時連接下一級D觸發(fā)器的時鐘信號端，以作為下一級的觸發(fā)信號，第四級的D觸發(fā)器的反向輸出端與數(shù)據(jù)信號輸入端相連，且四個D觸發(fā)器的正向輸出端與開關(guān)電路相連，以控制四路電流的通斷狀態(tài)。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光電路，基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路包括運算放大器及基準(zhǔn)電阻，基準(zhǔn)電阻與運算放大器的一個輸出端相連。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光電路，電壓輸出電路包括運算放大器及電阻，電阻連接在運算放大器的輸出端與一個輸入端之間。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光電路，電流鏡所產(chǎn)生的四路電流分別是基準(zhǔn)電流的1倍、2倍、4倍、8倍。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光電路，電源為帶隙基準(zhǔn)電壓源。本發(fā)明另提出一種白光LED—線脈沖調(diào)光方法，包括以下步驟(1)根據(jù)電源電壓生成基準(zhǔn)電流。(2)利用基準(zhǔn)電流及一個一線脈沖序列生成與基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系的四路電流。(3)將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的電壓。(4)向白光LED輸出與電壓成固定比例關(guān)系的驅(qū)動電流。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光方法，其具體是采用連接成二分頻器形式的四個D觸發(fā)器的邏輯輸出，來控制四路與基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系的電流，并將四路電流的轉(zhuǎn)換成電壓輸出。依照本發(fā)明較佳實施例所述的白光LED —線脈沖調(diào)光方法，四路電流分別是基準(zhǔn)電流的1倍、2倍、4倍、8倍。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有實現(xiàn)簡單，工作穩(wěn)定，精確度高的優(yōu)點，且本發(fā)明所采用的電路不需要很高的開關(guān)頻率，有效地避免了噪音、視覺波動的產(chǎn)生，同時也不會對其它器件造成干擾。


圖1為現(xiàn)有的白光驅(qū)動芯片的一個示意圖2為本發(fā)明白光LED —線脈沖調(diào)光電路的一種實施例架構(gòu)圖3為本發(fā)明電流轉(zhuǎn)換模塊的一種實施例電路圖4為端口 b(Tb3的邏輯狀態(tài)與CLK信號的邏輯電平狀態(tài)之間的關(guān)系圖；圖5為本發(fā)明白光LED的驅(qū)動電流變化示意圖； 圖6為本發(fā)明白光LED —線脈沖調(diào)光方法的一種實施例流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。其中本發(fā)明所述的模塊及電路之間“連接”均為直接或間接的電性連接。請參見圖2，其為本發(fā)明白光LED—線脈沖調(diào)光電路的一種實施例架構(gòu)圖，其包括帶隙基準(zhǔn)電壓源21、脈沖控制模塊22、電流轉(zhuǎn)換模塊23以及恒流源驅(qū)動模塊M。隙基準(zhǔn)電壓源21和脈沖控制模塊22均與電流轉(zhuǎn)換模塊23相連，電流轉(zhuǎn)換模塊23經(jīng)過一個放大電路后連接到恒流源驅(qū)動模塊對，恒流源驅(qū)動模塊M與四個白光LED相連。其中帶隙基準(zhǔn)電壓源21是一種較為成熟的技術(shù)，其不受環(huán)境溫度的影響，輸出的是固定的帶隙基準(zhǔn)電壓。脈沖控制模塊22的輸出是一個一線脈沖序列，可以用來控制電流轉(zhuǎn)換模塊23的電壓輸出。電流轉(zhuǎn)換模塊23的輸入由帶隙基準(zhǔn)電壓源21和脈沖控制模塊 22組成，其輸出一個按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的電壓。恒流源驅(qū)動模塊M就是為四個白光LED (LED1、LED2、LED3、LED4)提供恒流源驅(qū)動的功能模塊，輸出的驅(qū)動電流與內(nèi)部設(shè)置的電流之間保持著一定的比例關(guān)系，而其內(nèi)部的電流是由電流轉(zhuǎn)換模塊23的輸出電壓在一個電阻上產(chǎn)生。因此，通過一線脈沖序列可以改變恒流源驅(qū)動模塊M輸出的驅(qū)動電流，進而可以調(diào)節(jié)各個白光LED所發(fā)出的光強。由于本發(fā)明的調(diào)光方案并不需要很高的開關(guān)頻率，有效地避免了噪音、視覺波動的產(chǎn)生，同時也不會對其它器件造成干擾。值得注意的是，電流轉(zhuǎn)換模塊23是本發(fā)明的核心部分，它實現(xiàn)了由一線脈沖序列來調(diào)節(jié)電壓輸出，從而調(diào)節(jié)最終輸出的驅(qū)動電流的目的，在此對電流轉(zhuǎn)換模塊M進行詳細(xì)說明，請參見圖3，其為本發(fā)明電流轉(zhuǎn)換模塊的一種實施例電路圖。此電流轉(zhuǎn)換模塊23包括基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路31、電流鏡32、開關(guān)電路33、二分頻器34以及電壓輸出電路35?；鶞?zhǔn)電流產(chǎn)生電路31與帶隙基準(zhǔn)電壓源21相連，其包括運算放大器A4和基準(zhǔn)電阻R1，用于生成一個基準(zhǔn)電流。電流鏡32與基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路31相連，其包括有并接的四個鏡像通道，且四個鏡像通道上的電流分別是基準(zhǔn)電流的1倍、2倍、4倍、8倍。偏置電路36與電流鏡32相連，用來為電流鏡32提供共源共柵偏置。開關(guān)電路33由四個開關(guān)管構(gòu)成，分別串接在電流鏡32的四個鏡像通道中，用來控制四路電流的開通與關(guān)斷。電壓輸出電路35與開關(guān)電路33相連，其包括運算放大器A5和電阻R2，用于將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成最終的電壓輸出。二分頻器34分別與脈沖控制模塊22及開關(guān)電路33相連，其包括Β(ΓΒ3四個D觸發(fā)器，四個D觸發(fā)器逐級聯(lián)接，第一級的D觸發(fā)器(D觸發(fā)器Β0)的時鐘信號端連接脈沖控制模塊22，前三級的D觸發(fā)器(D觸發(fā)器BO、D觸發(fā)器Bi、D觸發(fā)器Β2)的反向輸出端與數(shù)據(jù)信號輸入端相連，同時連接下一級D觸發(fā)器的時鐘信號端，以作為下一級的觸發(fā)信號，第四級的D觸發(fā)器(D觸發(fā)器Β3)的反向輸出端與數(shù)據(jù)信號輸入端相連，且四個D觸發(fā)器的正向輸出端b(Tb3分別連接開關(guān)電路33的四個開關(guān)管，以控制四路電流的通斷狀態(tài)，即端口 b0對應(yīng)1倍基準(zhǔn)電流的開通與關(guān)斷，端口 bl對應(yīng)2倍基準(zhǔn)電流的開通與關(guān)斷，依次類推，端口 1^2控制4倍基準(zhǔn)電流，端口 b3控制8倍基準(zhǔn)電流，邏輯為高，電流導(dǎo)通，邏輯為低，電流關(guān)斷。此電流轉(zhuǎn)換模塊23的工作原理是
首先由運算放大器A4和Rl的組合生成一個基準(zhǔn)電流，其值為 Iref=Vrefin/Rl,
其中，Vrefin為帶隙基準(zhǔn)電壓源21輸出的帶隙基準(zhǔn)電壓。由電流鏡32分別鏡像出1倍，2倍，4倍，和8倍的電流分別記為10，II，12，13。 由四個端口 b0，bl，b2，b3的邏輯位分別控制四路電流的開通與關(guān)斷。各個端口 b(Tb3的邏輯狀態(tài)與CLK信號的邏輯電平狀態(tài)之間的關(guān)系如圖4所示，其中CLK信號為脈沖控制模塊22輸出的一線脈沖序列。從圖4可以看出，各個端口 b(Tb3的邏輯狀態(tài)的變化與CLK的各個上升沿來到之間的關(guān)系如表1所示
CLK上升沿來到之后b3b2blbo第1個0001第2個0010第3個0011第4個0100第5個0101第6個0110第7個0111第8個1000第9個1001第10個1010第11個1011第12個1100第13個1101第14個1110第15個1111第化個0000第17個0001
表1
可以發(fā)現(xiàn)，b(Tb3的邏輯狀態(tài)的組合如果轉(zhuǎn)換成10進制，恰恰是CLK脈沖上升沿的計數(shù)。由于b(Tb3所控制的電流與基準(zhǔn)電流之間的權(quán)重比例與其在二進制中的權(quán)重是一致的，所以四路電流的總和與基準(zhǔn)電流之間的比例關(guān)系也就是CLK脈沖上升沿的計數(shù)。設(shè)四路電流的總和為Io，運算放大器A5的最終輸出電壓為Vo則 Io = IO + Il + 12 + 13， 由運算放大器A5和電阻R2的連接可知 Vo = Vrefin — Io* R2 =Vrefin — N* Iref* R2 =Vrefin 一 N* Vrefin/Rl* R2,
其中N為CLK脈沖上升沿的計數(shù)。如果設(shè)計使得R2=16*R1，那么就有Vo = Vrefin 一 N/16 * Vrefin，所以當(dāng)?shù)谝粋€CLK脈沖上升沿到來后，Vo就變成15/16 * Vrefin，當(dāng)?shù)诙€CLK脈沖上升沿到來后，Vo就變成14/16 * Vrefin，依次類推，Vo的值逐級降低，每級降低的步長為1/16 * Vrefin。當(dāng)CLK脈沖上升沿數(shù)超過15時，Vo又回到Vrefin，然后再逐級降低，如圖5所示。由于Vo的電壓值和最終的輸出驅(qū)動電流是成固定比例關(guān)系的，所以這樣就實現(xiàn)了通過CLK的一線脈沖序列來調(diào)光的目的了。
本發(fā)明的白光LED —線脈沖調(diào)光電路具有實現(xiàn)簡單，工作穩(wěn)定，精確度高的優(yōu)點。 相應(yīng)于上述電路，本發(fā)明還提出了一種白光LED —線脈沖調(diào)光方法，如圖6所示，其包括以下步驟
S601，根據(jù)電源電壓生成基準(zhǔn)電流。電源優(yōu)選采用帶隙基準(zhǔn)電壓源。S602，利用基準(zhǔn)電流及一個一線脈沖序列生成與基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系的四路電流。較佳的實現(xiàn)方式是可以采用電流鏡將基準(zhǔn)電流鏡像出四路電流，然后利用連接成二分頻器形式的四個D觸發(fā)器的邏輯輸出，來控制四路電流的通斷狀態(tài)，從而使得四路電流與基準(zhǔn)電流之間成二進制權(quán)重比例關(guān)系。S603，將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的電壓。四路電流與基準(zhǔn)電流優(yōu)選的二進制權(quán)重比例關(guān)系是1倍、2倍、4倍、8倍，從而四路電流的總和與基準(zhǔn)電流之間的比例關(guān)系也就是一線脈沖上升沿的計數(shù)，并結(jié)合運放電路和電阻的組合，便可以將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的電壓。具體原理及計算過程請參見圖3 圖5和相應(yīng)的描述，在此不在贅述。S604，向白光LED輸出與電壓成固定比例關(guān)系的驅(qū)動電流。由于驅(qū)動電流是隨一線脈沖上升沿數(shù)目相對應(yīng)逐級遞減的，因此便可以實現(xiàn)通過一線脈沖序列來對白光LED進行調(diào)光的目的。以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，但本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，只要不超出所附權(quán)利要求書所述范圍，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種白光LED —線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，包括 一電源；一脈沖控制模塊，用于輸出一個一線脈沖序列；一電流轉(zhuǎn)換模塊，分別與該電源及該脈沖控制模塊相連，用于根據(jù)該電源輸出的電壓生成一基準(zhǔn)電流，并利用該基準(zhǔn)電流及該一線脈沖序列生成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的一電壓；一恒流源驅(qū)動模塊，分別與該電流轉(zhuǎn)換模塊以及白光LED相連，用于向白光LED輸出與該電流轉(zhuǎn)換模塊輸出的該電壓成固定比例關(guān)系的一驅(qū)動電流。
2.如權(quán)利要求1所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，該電流轉(zhuǎn)換模塊又進一步包括一基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路，與該電源相連，用于生成一個基準(zhǔn)電流； 一電流鏡，與該基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路相連，用于利用該基準(zhǔn)電流生成四路電流； 一開關(guān)電路，與該電流鏡相連，用于控制該電流鏡所產(chǎn)生的四路電流的通斷狀態(tài)； 一二分頻器，分別與該脈沖控制模塊及該開關(guān)電路相連，用于利用該脈沖控制模塊輸出的該一線脈沖序列來控制該開關(guān)電路的通斷狀態(tài)，以使該電流鏡所產(chǎn)生的四路電流均與該基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系；一電壓輸出電路，與該開關(guān)電路相連，用于將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成最終的電壓輸出ο
3.如權(quán)利要求2所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，該二分頻器包括四個 D觸發(fā)器，四個D觸發(fā)器逐級聯(lián)接，第一級的D觸發(fā)器的時鐘信號端連接該脈沖控制模塊，前三級的D觸發(fā)器的反向輸出端與數(shù)據(jù)信號輸入端相連，同時連接下一級D觸發(fā)器的時鐘信號端，以作為下一級的觸發(fā)信號，第四級的D觸發(fā)器的反向輸出端與數(shù)據(jù)信號輸入端相連， 且四個D觸發(fā)器的正向輸出端與該開關(guān)電路相連，以控制四路電流的通斷狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，該基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路包括一運算放大器及一基準(zhǔn)電阻，該基準(zhǔn)電阻與該運算放大器的一個輸入端相連。
5.如權(quán)利要求2所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，該電壓輸出電路包括一運算放大器及一電阻，該電阻連接在該運算放大器的輸出端與一個輸入端之間。
6.如權(quán)利要求2所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，該電流鏡所產(chǎn)生的四路電流分別是該基準(zhǔn)電流的1倍、2倍、4倍、8倍。
7.如權(quán)利要求廣6任一項所述的白光LED—線脈沖調(diào)光電路，其特征在于，該電源為帶隙基準(zhǔn)電壓源。
8.一種白光LED—線脈沖調(diào)光方法，其特征在于，包括以下步驟 根據(jù)電源電壓生成一基準(zhǔn)電流；利用該基準(zhǔn)電流及一個一線脈沖序列生成與該基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系的四路電流；將四路電流的總電流轉(zhuǎn)換成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的一電壓； 向白光LED輸出與該電壓成固定比例關(guān)系的一驅(qū)動電流。
9.如權(quán)利要求8所述的白光LED—線脈沖調(diào)光方法，其特征在于，其具體是采用連接成二分頻器形式的四個D觸發(fā)器的邏輯輸出，來控制四路與該基準(zhǔn)電流成二進制權(quán)重比例關(guān)系的電流，并將四路電流的轉(zhuǎn)換成該電壓輸出。
10.如權(quán)利要求8所述的白光LED —線脈沖調(diào)光方法，其特征在于，四路電流分別是該基準(zhǔn)電流的1倍、2倍、4倍、8倍。
全文摘要
本發(fā)明提出一種白光LED一線脈沖調(diào)光電路及調(diào)光方法，其白光LED一線脈沖調(diào)光電路，包括電源、脈沖控制模塊、電流轉(zhuǎn)換模塊以及恒流源驅(qū)動模塊。脈沖控制模塊用于輸出一個一線脈沖序列。電流轉(zhuǎn)換模塊分別與電源及脈沖控制模塊相連，用于根據(jù)電源輸出的電壓生成基準(zhǔn)電流，并利用基準(zhǔn)電流及一線脈沖序列生成按照一線脈沖上升沿數(shù)目逐級降低的電壓。恒流源驅(qū)動模塊分別與電流轉(zhuǎn)換模塊以及白光LED相連，用于向白光LED輸出與電流轉(zhuǎn)換模塊輸出的電壓成固定比例關(guān)系的驅(qū)動電流。本發(fā)明具有實現(xiàn)簡單，工作穩(wěn)定，精確度高的優(yōu)點。
文檔編號H05B37/02GK102159009SQ201110064838
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者張宇鋒, 江帆, 章丹艷 申請人:上海韋爾半導(dǎo)體股份有限公司