專利名稱：發(fā)光二極管的驅(qū)動電路及其驅(qū)動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，具體而言，涉及一種發(fā)光二極管驅(qū)動電路及其驅(qū)動控制方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)相機上、尤其是手機嵌入的相機的閃光燈工作時，需要從其鋰電池中抽取較大的電流以供閃光燈工作，而該電流往往會超出鋰電池的最大放電能力，這樣就使得閃光燈的應(yīng)用受到限制，為解決該問題，現(xiàn)有技術(shù)中提供了一種應(yīng)用雙電層電容器(ElectricalDouble Layer Capacitance,簡稱EDLC)的電路方案，圖Ia和圖Ib分別是米用EDLC的一種其它方案的閃光燈驅(qū)動電路的外部示意圖和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖，如圖Ia所示，采用AATI公司的AAT1282的電路，該電路主要通過大容量高電壓電容組I作為LED閃光燈2的蓄能單元來實現(xiàn)，其中，大容量高電壓電容組I由兩個EDLC串聯(lián)而成，此種電路的工作原理為在較高的中間段電壓下進(jìn)行蓄能，然后從EDLC以線性方式調(diào)節(jié)和輸出電流，其中采用電感升 壓方式把較低的電池電壓提升到較高的蓄能電壓?，F(xiàn)有技術(shù)中還提供了一種采用ADI公司的ADP1560進(jìn)行中間段輸出端蓄能的方案，其電路圖如圖2所示，此種電路與AATI的方案類似，只是把線性的輸出調(diào)節(jié)電路從接地的位置轉(zhuǎn)移到了接蓄能電容的位置。AAT1282和ADP1560雖然提升電壓的效率較高，但其輸出電流的調(diào)節(jié)控制采用了線性方案。這種方案受到EDLC上限電壓和LED驅(qū)動下限電壓的限制，可以利用的儲能能力有限、要求使用大容量高電壓串聯(lián)EDLC電容。其以線性方式控制輸出電流，能效和器件容量利用率都有進(jìn)一步損失。針對相關(guān)技術(shù)中發(fā)光二極管的驅(qū)動電路存在能量利用率較低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種發(fā)光二極管的驅(qū)動電路及其驅(qū)動控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的驅(qū)動電路存在能量利用率較低的問題。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)光二極管的驅(qū)動電路，包括電池；電感，與電池相連接；雙電層電容器，連接在電池的負(fù)極與電感的第一端之間；第一場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，第一場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接，其中，第一節(jié)點為雙電層電容器與電池的負(fù)極之間的節(jié)點；第二場效應(yīng)管，第二場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，第二場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接；第三場效應(yīng)管，第三場效應(yīng)管的源極與電池的正極相連接，第三場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接；發(fā)光二極管，連接在第一節(jié)點與第一場效應(yīng)管的源極之間；以及控制器，與第一場效應(yīng)管的柵極、第二場效應(yīng)管的柵極、第三場效應(yīng)管的柵極分別相連接，用于通過控制第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)向雙電層電容器充電，以及通過控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。
進(jìn)一步地，驅(qū)動電路還包括第四場效應(yīng)管，第四場效應(yīng)管的漏極與控制器相連接；第五場效應(yīng)管，第五場效應(yīng)管的漏極與第四場效應(yīng)管的源極相連接，第五場效應(yīng)管的體端與第二場效應(yīng)管的柵極相連接，第五場效應(yīng)管的源極連接至第一節(jié)點，第五場效應(yīng)管的柵極與控制器相連接；放大器，放大器的第一輸入端與電感的第二端和控制器分別相連接，放大器的第二輸入端連接至第二節(jié)點，放大器的輸出端連接至第四場效應(yīng)管的柵極，其中，第二節(jié)點為第五場效應(yīng)管的漏極與第四場效應(yīng)管的源極之間的節(jié)點；以及第一開關(guān)，第一開關(guān)的第一動觸點與第一場效應(yīng)管的柵極相連接，第一開關(guān)的第二動觸點與第三場效應(yīng)管的柵極相連接，第一開關(guān)的公共端觸點與控制器相連接。進(jìn)一步地，控制器包括電流偏差采集模塊，與第四場效應(yīng)管的漏極相連接；第一電壓偏差采集模塊，與放大器的第一輸入端相連接；第二電壓偏差采集模塊，與電池的正極相連接；以及控制模塊，與電流偏差采集模塊、第一電壓偏差采集模塊和第二電壓偏差采集模塊分別相連接，用于根據(jù)來自電流偏差采集模塊、第一電壓偏差采集模塊和第二電壓偏差采集模塊的采集信號控制第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)。進(jìn)一步地，電流采集模塊包括第一限幅放大器，第一限幅放大器的第一輸入端與·第四場效應(yīng)管的漏極相連接，第一限幅放大器的第二輸入端用于接收預(yù)設(shè)電流，第一電壓采集模塊包括第二限幅放大器，第二限幅放大器的第一輸入端與電感的第二端相連接，第二限幅放大器的第二輸入端用于接收第一預(yù)設(shè)電壓，第二電壓采集模塊包括第三放大器，第三放大器的第一輸入端與電池的正極相連接，第三放大器的第二輸入端用于接收第二預(yù)設(shè)電壓，控制模塊包括第四限幅放大器，第四限幅放大器的輸入端與第一限幅放大器的輸出端、第二限幅放大器的輸出端和第三放大器的輸出端分別相連接；比較器，比較器的第一輸入端與第四限幅放大器的輸出端相連接，比較器的第二輸入端用于接收第一驅(qū)動信號；以及觸發(fā)器，觸發(fā)器的輸入端與比較器的輸出端相連接，觸發(fā)器的輸出端與第一開關(guān)的公共端觸點和第五場效應(yīng)管的柵極分別相連接。進(jìn)一步地，驅(qū)動電路還包括第二開關(guān)，第二開關(guān)的公共端觸點與第一開關(guān)的開關(guān)位置控制端相連接，第二開關(guān)的第一動觸點用于接收第二驅(qū)動信號，第二開關(guān)的第二動觸點與控制器相連接。進(jìn)一步地，第二驅(qū)動信號為方波信號，方波信號中高電平信號與低電平信號的時間比為3:2。進(jìn)一步地，發(fā)光二極管包括多個串聯(lián)的發(fā)光二極管。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)光二極管的驅(qū)動控制方法，該驅(qū)動控制方法可以通過本發(fā)明上述內(nèi)容所提供的任一種發(fā)光二極管的驅(qū)動電路來執(zhí)行，為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)光二極管的驅(qū)動控制方法，其中，發(fā)光二極管驅(qū)動電路包括電池、電感、雙電層電容器和發(fā)光二極管，控制方法包括控制電池、電感和雙電層電容器構(gòu)成第一回路以使電池對電感和雙電層電容器進(jìn)行充電；控制電感和雙電層電容器構(gòu)成第二回路以使電感對雙電層電容器進(jìn)行充電；通過第二回路使雙電層電容器將能量轉(zhuǎn)移為電感的磁場儲能；以及控制雙電層電容器、電感和發(fā)光二極管構(gòu)成第三回路以使雙電層電容器向發(fā)光二極管放電。進(jìn)一步地，發(fā)光二極管驅(qū)動電路還包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管，其中，電感與電池相連接，雙電層電容器連接在電池的負(fù)極與電感的第一端之間，第一場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，第一場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接，其中，第一節(jié)點為雙電層電容器與電池的負(fù)極之間的節(jié)點，第二場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，第二場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接，第三場效應(yīng)管的源極與電池的正極相連接，第三場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接，發(fā)光二極管連接在第一節(jié)點與第一場效應(yīng)管之間，其中，控制第三場效應(yīng)管導(dǎo)通以使電池、電感和雙電層電容器構(gòu)成第一回路，控制第二場效應(yīng)管導(dǎo)通以使電感和雙電層電容器構(gòu)成第二回路，控制第一場效應(yīng)管導(dǎo)通以使雙電層電容器、電感和發(fā)光二極管構(gòu)成第三回路。通過本發(fā)明，采用包括以下結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管驅(qū)動電路電池；電感，與電池相連接；雙電層電容器，連接在電池的負(fù)極與電感的第一端之間；第一場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，第一場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接，其中，第一節(jié)點為雙電層電容器與電池的負(fù)極之間的節(jié)點；第二場效應(yīng)管，第二場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，第二場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接；第三場效應(yīng)管，第三場效應(yīng)管的源極與電池的正極相連接，第三場效應(yīng)管的漏極與電感的第二端相連接；發(fā)光二極管，連接在第一節(jié)點與第一場效應(yīng)管之間；以及控制器，與第一場效應(yīng)管的柵極、第二場效應(yīng)管的柵極、第三場效應(yīng)管的柵極分別相連接，用于通過控制第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài) 向雙電層電容器充電，以及通過控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。通過控制第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)向雙電層電容器充電，以及通過控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，實現(xiàn)了采用高能效的開關(guān)方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用線性方式控制輸出電流所造成的能效和器件容量利用率的損失，解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的驅(qū)動電路存在能量利用率較低的問題，進(jìn)而達(dá)到了提高能效和元件利用率、降低系統(tǒng)生產(chǎn)成本的效果。


構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖Ia和圖Ib分別是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的采用EDLC的驅(qū)動電路的外部示意圖和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的采用ADP1560的驅(qū)動電路的電路圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的驅(qū)動電路的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路的示意圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動控制方法的流程圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的驅(qū)動電路，以下對本發(fā)明實施例所提供的發(fā)光二極管的驅(qū)動電路進(jìn)行具體介紹圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的驅(qū)動電路的示意圖，如圖3所示，該第一實施例的驅(qū)動電路包括電池B、電感LI、雙電層電容器CS、第一場效應(yīng)管Ql、第二場效應(yīng)管Q2、第三場效應(yīng)管Q3、發(fā)光二極管LED和控制器10。其中，雙電層電容器CS連接在電池B的負(fù)極與電感LI的第一端之間；第一場效應(yīng)管Ql的源極連接至雙電層電容器與電池B的負(fù)極之間的節(jié)點(以下稱作第一節(jié)點)，第一場效應(yīng)管Ql的漏極與電感LI的第二端相連接；第二場效應(yīng)管Q2的源極也與第一節(jié)點相連接，第二場效應(yīng)管Q2的漏極也與電感LI的第二端相連接；第三場效應(yīng)管Q3的源極與電池B的正極相連接，第三場效應(yīng)管Q3的漏極也與電感LI的第二端相連接；發(fā)光二極管LED，連接在第一節(jié)點與第一場效應(yīng)管Ql的源極之間；控制器10與第一場效應(yīng)管Ql的柵極、第二場效應(yīng)管Q2的柵極、第三場效應(yīng)管Q3的柵極分別相連接，用于通過控制第二場效應(yīng)管Q2和第三場效應(yīng)管Q3的開關(guān)狀態(tài)向雙電層電容器充電，以及通過控制第一場效應(yīng)管Ql和第二場效應(yīng)管Q2的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動發(fā)光二極管LED發(fā)光。通過控制第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)，以開關(guān)降壓方式向雙電層電容器充電，以及通過控制第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)，以開關(guān)升壓方式驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，實現(xiàn)了采用高能效的能量轉(zhuǎn)換，避免了現(xiàn)有技術(shù)中使用高電壓EDLC、采用 線性方式控制輸出電流所造成的能效和器件容量利用率的損失，解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的驅(qū)動電路存在能量利用率較低的問題，進(jìn)而達(dá)到了提高能效和元件利用率、降低系統(tǒng)生產(chǎn)成本的效果。圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路的示意圖，如圖4所示，本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路與本發(fā)明第一實施例的驅(qū)動電路相比，二者區(qū)別在于，本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路還包括第四場效應(yīng)管Q4、第五場效應(yīng)管Q5、放大器A5和第一開關(guān)Kl。其中，第四場效應(yīng)管Q4的漏極與控制器10相連接；第五場效應(yīng)管Q5的漏極與第四場效應(yīng)管Q4的源極相連接，第五場效應(yīng)管Q5是從第二場效應(yīng)管中分割出來的、具備小比例相同幾何分布的像場效應(yīng)管，第五場效應(yīng)管Q5的與第二場效應(yīng)管Q2同源同柵；放大器A5的第一輸入端與電感的第二端和控制器10分別相連接，放大器A5的第二輸入端連接至第二節(jié)點，放大器A5的輸出端連接至第四場效應(yīng)管Q4的柵極，其中，第二節(jié)點為第五場效應(yīng)管Q5的漏極與第四場效應(yīng)管Q4的源極之間的節(jié)點；具體地，第二場效應(yīng)管Q2、第四場效應(yīng)管Q4、第五場效應(yīng)管Q5和放大器A5組成對第二場效應(yīng)管Q2的鏡像電流采樣；第一開關(guān)Kl的第一動觸點與第一場效應(yīng)管Ql的柵極相連接，第一開關(guān)Kl的第二動觸點與第三場效應(yīng)管Q3的柵極相連接，第一開關(guān)Kl的公共端觸點與控制器10相連接。具體地，控制器10內(nèi)可以包括與第四場效應(yīng)管Q4的漏極相連接的電流偏差采集模塊，與電感的第二輸入端相連接的第一電壓偏差采集模塊，與電池B的正極相連接的第二電壓偏差采集模塊，及與電流偏差采集模塊、第一電壓偏差采集模塊和第二電壓偏差采集模塊分別相連接的控制模塊，控制模塊根據(jù)來自電流偏差采集模塊、第一電壓偏差采集模塊和第二電壓偏差采集模塊的采集信號控制第一場效應(yīng)管Q1、第二場效應(yīng)管Q2和第三場效應(yīng)管Q3的開關(guān)狀態(tài)。以電流偏差采集模塊為第一限幅放大器Al (Al為差分放大器)，第一電壓偏差采集模塊為第二限幅放大器A2(A2為差分放大器)，第二電壓偏差采集模塊為第三放大器A3，控制模塊包括第四限幅放大器A4 (A4為加和放大器)、比較器C和觸發(fā)器D為例舉例說明本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路的工作原理，其中，第一限幅放大器Al的第一輸入端與第四場效應(yīng)管Q4的漏極相連接，第一限幅放大器Al的第二輸入端用于接收預(yù)設(shè)電流II，第二限幅放大器A2的第一輸入端與電感的的第二端相連接，第二限幅放大器A2的第二輸入端用于接收第一預(yù)設(shè)電壓VI,第三放大器A3的第一輸入端與電池B的正極相連接,第三放大器A3的第二輸入端用于接收第二預(yù)設(shè)電壓V2,加和放大器A4的輸入端與Al、A2和A3的輸出端均相連接，A4的輸出端連接至比較器C的一個輸入端，比較器C的另一輸入端接收固定幅度的鋸齒波信號，比較器C的輸出端與觸發(fā)器D相連接，觸發(fā)器D的同相和反相輸出又分別與第五場效應(yīng)管Q5的柵極和第一開關(guān)Kl的公共端觸點相連接。上述預(yù)設(shè)電流Il是按應(yīng)用需要規(guī)定的發(fā)光二級管驅(qū)動電流即放電電流，預(yù)設(shè)電壓Vl是蓄能電容蓄能時要達(dá)到并維持的電壓即充電電壓，預(yù)設(shè)電壓V2是當(dāng)從電池抽取能量是允許電池下降到的最低電壓即放電電壓。在本發(fā)明第二實施例中，第二場效應(yīng)管Q2、第四場效應(yīng)管Q4、第五場效應(yīng)管Q5以及放大器A5構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，電流鏡結(jié)構(gòu)的外圍還設(shè)置有必要的電子器件R1、Cl、R2和C2，具體位置關(guān)系在圖4中示出，本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路的工作原理具體如下步驟I :控制Q2和Q3交替導(dǎo)通的時間比例，以使電池B對電容CS充電。具體地，當(dāng)驅(qū)動電路開始工作時，Q2和Q3交替導(dǎo)通，二者交替導(dǎo)通的頻率即為鋸齒波的頻率，交替導(dǎo)通的時間比例則受A2和A3的輸出控制。在這個步驟，Q2電流鏡結(jié)構(gòu)中流過的電流與電 流鏡的正常工作電流方向相反，Al處于反向飽和、輸出一個確定幅度的低電壓。A2放大器的第一輸入端連接至R2和C2之間的節(jié)點，實現(xiàn)對雙電層電容器CS兩端的電壓進(jìn)行采集，A2放大器放大預(yù)定電壓Vl和CS的實際電容電壓的差值，當(dāng)電容CS的電壓低于預(yù)定電壓Vl較多時，A2的輸出被限制在一個確定幅度的低電壓，或者輸出一個與偏差成比例的值。A3放大電池B的當(dāng)前電壓和允許的最低電壓V2的差值，只要當(dāng)前電池電壓高于允許的最低電壓，A3就輸出確定幅度的低電壓。只有當(dāng)電池電壓接近允許的最低電壓時，A3輸出為一個與偏差相關(guān)的電壓值。A4是一個加和放大器，其被設(shè)計為當(dāng)Al、A2和A3都輸出為最低電壓時，其輸出略高于固定幅度鋸齒波的最低幅度；此時比較器C輸出的占空比即最大占空比。由于當(dāng)電容CS的電壓接近預(yù)定電壓VI，或/和電池B的電壓接近允許的最低電壓V2時，A4的輸出升高、與鋸齒波比較使C的輸出占空比下降，直至A4的輸出超出鋸齒波的幅度、使得C輸出的占空比直至下降到零。具體地，Q2和Q3的交替導(dǎo)通是由觸發(fā)器D的互補輸出驅(qū)動的，D是死區(qū)時間發(fā)生器，當(dāng)比較器C在其第一輸入端接收到有效控制的誤差量與其第二輸入端接收到的鋸齒波的比較下產(chǎn)生的一個占空比與誤差大小有關(guān)的脈沖序列時，該脈沖序列具有與鋸齒波一致的頻率，同時，該脈沖序列輸送至死區(qū)時間發(fā)生器D后，由D插入一個死區(qū)時間后生成互補輸出，即，C的變占空比序列經(jīng)過死區(qū)時間控制觸發(fā)器D，產(chǎn)生控制Q2和Q3開關(guān)的驅(qū)動信號，較高占空比對應(yīng)Q3導(dǎo)通較長時間、使CS的電壓較大，反之使它較小。其中，所謂死區(qū)時間是指Q2和Q3都不導(dǎo)通的時間。理想情況下Q2和Q3交錯開啟即可，即對Q2和Q3用C的輸出及其倒相驅(qū)動即可。但實際不能瞬時開關(guān)，所以要在前一個場效應(yīng)管關(guān)掉一小段時間后再打開后一個場效應(yīng)管，D死區(qū)時間發(fā)生器即完成這個功能。如果不插入死區(qū)時間，則Q2和Q3存在一小段時間同時導(dǎo)通，這將導(dǎo)致對電池短路。上述反饋過程使得只要電池尚能維持能量輸出，最終使電池達(dá)到預(yù)定電壓，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入步驟2。步驟2 :維持電容CS的電壓，等待外部觸發(fā)信號，外部觸發(fā)信號用于指示電容CS向發(fā)光二極管LED進(jìn)行放電。具體地，在整個步驟2期間，電池B的電壓不低于預(yù)設(shè)電壓V2時只有A2實際控制占空比，維持電容CS的電壓穩(wěn)定在預(yù)定電壓VI。
步驟3 :接收到外部觸發(fā)信號后，控制Ql和Q2交替導(dǎo)通，將電容CS的儲能以恒定電流通過發(fā)光二極管LED進(jìn)行泄放，使得發(fā)光二極管LED閃光。具體地，在步驟3期間，由于不再從電池B取得能量,A3輸出確定幅度的最低電壓；電容CS的電壓開始下降,A2也會很快輸出最低電壓；A1在一開始也是輸出最低電壓；此時A4的輸出也是最低電壓，對應(yīng)C輸出最大占空比。Q2導(dǎo)通的時間里，蓄能電容CS通過電感LI放電，電感LI的電流逐漸增大；Q1導(dǎo)通期間，電感LI的電流經(jīng)過Ql被導(dǎo)入L ED。因為LED的導(dǎo)通電壓在3. 2疒3. 5V之間，大于蓄能電容的電壓；在這個期間電感通過的電流是下降的。在這個狀態(tài)，較大占空比導(dǎo)致較大的LED驅(qū)動電流。本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路中，差分放大器Al的設(shè)計用來檢測對LED放電的電流，當(dāng)LED電流接近預(yù)定電流時，輸出一個與偏差相關(guān)的電壓，該電壓通過A4放大后調(diào)節(jié)C的占空比，使LED電流穩(wěn)定在預(yù)定值。其中對LED放電電流的檢測是通過Q2的電流鏡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，所采集的是電感L充電期間的脈沖電流，該電流在連續(xù)模式下與輸出電流成比例，而大電流輸出的LED驅(qū)動電路也是工作在連續(xù)模式下。該采樣電流經(jīng)平滑后得到一個電壓值，該電壓值送入放大器Al放大后控制Ql和Q2以開關(guān)方式輸出穩(wěn)定電流。這個電流鏡是一個脈沖控制的間歇電流采樣通道，只在Q2處于導(dǎo)通期間把一個比例電流傳遞到Al的一個輸入端；這個比例電流經(jīng)由RC電路平均后形成一個與間歇電流的平均值有關(guān)的比例值，這個值在電感中的電流處于連續(xù)導(dǎo)通模式時與LED電流成比例。即這個采樣電路實現(xiàn)了對LED電流的間接采樣，檢測和控制這個電流即對LED電流的檢測和控制。進(jìn)一步地，本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路還包括第二開關(guān)K2，第二開關(guān)K2的公共端觸點與第一開關(guān)Kl的開關(guān)位置控制輸入相連接，第二開關(guān)K2的第一動觸點用于接收第二驅(qū)動信號，其中，第二驅(qū)動信號為高電平信號與低電平信號的時間比為3:2的方波信號，方波信號的頻率為100Hz，第二開關(guān)K2的第二動觸點與控制器的一個控制位輸出端相連接，控制器中的控制字和位包括輸出電流設(shè)置寄存器字、充電電壓選擇位、閃光/充電控制位ml、穩(wěn)定/交替控制位m2以及放電電壓選擇位；其中，輸出電流設(shè)置寄存器字是一個代表所需要的輸出電流的數(shù)字、該數(shù)字轉(zhuǎn)換成電壓輸出給第一電壓偏差采集模塊，充電電壓選擇位用來選擇兩個不同的充電電壓；閃光/充電控制位ml是當(dāng)?shù)诙_關(guān)K2根據(jù)m2位的控制使K2的公共端觸點連接到ml時，由ml的內(nèi)容控制Kl的連接是閃光還是充電的；穩(wěn)定/交替控制位m2用來控制K2的公共觸點是連接到第二驅(qū)動信號還是ml位。其中，當(dāng)?shù)诙_關(guān)K2的公共端觸點與接收“閃光/充電控制位ml”的觸點相連接時，驅(qū)動電路根據(jù)ml的狀態(tài)、按照上述步驟1-2蓄能和維持，或者按照上述步驟3來驅(qū)動發(fā)光二極管LED ;當(dāng)?shù)诙_關(guān)K2的公共端觸點與接收“方波信號”的觸點相連接時，驅(qū)動電路在按照方波的控制交替充電-維持和驅(qū)動發(fā)光二級管，使發(fā)光二極管LED連續(xù)地脈沖發(fā)光、作為手電筒使用；做手電筒時LED只允許通過較小持續(xù)電流，以防止其被過熱燒毀。該電流即放電電流仍由外部指定，通常只能是閃光電流的1/5以下。鋰電池B的正常工作電壓范圍是3. 55疒4. 2V，蓄能電容的最高電壓是2. 6疒2. 7V，LED的發(fā)光電壓在3. 2疒3. 5V之間，這些數(shù)值決定了 2:3方波可以保證該充放電過程可以保持輸出電流可以維持在預(yù)定值。若果電池B的電壓不能保持比允許的最低電壓高，將導(dǎo)致LED電流相應(yīng)下降直至完全不能輸出電流。在該實施例中，還可選擇允許的最低電池電壓低于電池可有效輸出的電壓，在這個情況下將維持手電輸出、直至電池本身失效。
本發(fā)明第二實施例的驅(qū)動電路通過Q2和Q3組成降壓開關(guān)調(diào)制器，在蓄能期間以開關(guān)方式把能量儲存在EDLC海量電容CS上；驅(qū)動LED放電時由Ql和Q2組成升壓電路，從CS取得能量產(chǎn)生驅(qū)動電壓輸出。其中，驅(qū)動時能維持穩(wěn)定輸出的CS最低電壓主要取決于Q2的導(dǎo)通電阻，儲能能力的利用范圍由EDLC的最高允許電壓和上述最低電壓決定。以80%升壓效率，I. 4V到2. 7V的可利用電壓范圍和200ms穩(wěn)流驅(qū)動單只3. 4V正向壓降的LED計算，每穩(wěn)定輸出I(A)所需要的電容量C(F)為O. 32 · I。這些參數(shù)顯著好于其它方案。進(jìn)一步地，本發(fā)明上述任一實施例所提供的發(fā)光二極管的驅(qū)動電路中的發(fā)光二極管可以由多個二極管進(jìn)行串聯(lián)構(gòu)成，以實現(xiàn)驅(qū)動串聯(lián)的發(fā)光二極管進(jìn)行發(fā)光。本發(fā)明實施例還提供了一種發(fā)光二極管的驅(qū)動控制方法，該驅(qū)動控制方法可以通過本發(fā)明上述實施例所提供的任一種驅(qū)動電路來執(zhí)行，以下結(jié)合本發(fā)明實施例上述內(nèi)容所提供的驅(qū)動電路對本發(fā)明實施例所提供的驅(qū)動控制方法進(jìn)行具體介紹圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動控制方法的流程圖，如圖5所示，該實施例的驅(qū)動控制方法包括如下步驟S502至S506 S502 :控制電池、電感和雙電層電容器構(gòu)成第一回路以使電池對電感和雙電層電容器進(jìn)行充電；具體地，可以控制驅(qū)動電路中的場效應(yīng)管Q3導(dǎo)通實現(xiàn)電池、電感和雙電層電容器構(gòu)成第一回路。S504 :控制電感和雙電層電容器構(gòu)成第二回路以使電感對雙電層電容器進(jìn)行充電；具體地，可以控制驅(qū)動電路中的場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通實現(xiàn)電感和雙電層電容器構(gòu)成第二回路，通過在續(xù)流期間使電感儲能向電容轉(zhuǎn)移實現(xiàn)電感對雙電層電容器進(jìn)行充電，然后通過控制第一和第二回路工作的時間比例維持雙電層電容器的電壓。S506 :通過第二回路使雙電層電容器將能量轉(zhuǎn)移為電感的磁場儲能，具體地，使電容儲能透過電感放電、把能量轉(zhuǎn)移為電感的磁場儲能。S508:控制雙電層電容器、電感和發(fā)光二極管構(gòu)成第三回路以使雙電層電容器和電感串聯(lián)地共同向發(fā)光二極管放電；具體地，可以控制驅(qū)動電路中的場效應(yīng)管Ql導(dǎo)通實現(xiàn)雙電層電容器、電感和發(fā)光二極管構(gòu)成第三回路，然后通過控制第三和第二回路工作的時間比例維持對發(fā)光二極管的穩(wěn)定電流驅(qū)動。本發(fā)明實施例的驅(qū)動控制方法通過控制各回路的通斷狀態(tài)來實現(xiàn)向雙電層電容器充電或驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，實現(xiàn)了采用高能效的開關(guān)方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用線性方式控制輸出電流所造成的能效和器件容量利用率的損失，解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的驅(qū)動電路存在能量利用率較低的問題，進(jìn)而達(dá)到了提高能效和元件利用率、降低系統(tǒng)生產(chǎn)成本的效果。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的驅(qū)動電路，其特征在于，包括 電池； 電感，與所述電池相連接； 雙電層電容器，連接在所述電池的負(fù)極與所述電感的第一端之間； 第一場效應(yīng)管，所述第一場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，所述第一場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連接，其中，所述第一節(jié)點為所述雙電層電容器與所述電池的負(fù)極之間的節(jié)點； 第二場效應(yīng)管，所述第二場效應(yīng)管的源極與所述第一節(jié)點相連接，所述第二場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連接； 第三場效應(yīng)管，所述第三場效應(yīng)管的源極與所述電池的正極相連接，所述第三場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連接； 發(fā)光二極管，連接在所述第一節(jié)點與所述第一場效應(yīng)管的源極之間；以及控制器，與所述第一場效應(yīng)管的柵極、所述第二場效應(yīng)管的柵極、所述第三場效應(yīng)管的柵極分別相連接，用于通過控制所述第二場效應(yīng)管和所述第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)向所述雙電層電容器充電，以及通過控制所述第一場效應(yīng)管和所述第二場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動所述發(fā)光二極管發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述驅(qū)動電路還包括 第四場效應(yīng)管，所述第四場效應(yīng)管的漏極與所述控制器相連接； 第五場效應(yīng)管，所述第五場效應(yīng)管與所述第二場效應(yīng)管為同源同柵像場效應(yīng)管，并且所述第五場效應(yīng)管的漏極與所述第四場效應(yīng)管的源極相連接； 放大器，所述放大器的第一輸入端與所述電感的第二端和所述控制器分別相連接，所述放大器的第二輸入端連接至第二節(jié)點，所述放大器的輸出端連接至所述第四場效應(yīng)管的柵極，其中，所述第二節(jié)點為所述第五場效應(yīng)管的漏極與所述第四場效應(yīng)管的源極之間的節(jié)點；以及 第一開關(guān)，所述第一開關(guān)的第一動觸點與所述第一場效應(yīng)管的柵極相連接，所述第一開關(guān)的第二動觸點與所述第三場效應(yīng)管的柵極相連接，所述第一開關(guān)的公共端觸點與所述控制器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述控制器包括 電流偏差采集模塊，與所述第四場效應(yīng)管的漏極相連接； 第一電壓偏差采集模塊，與所述放大器的第一輸入端相連接； 第二電壓偏差采集模塊，與所述電池的正極相連接；以及 控制模塊，與所述電流偏差采集模塊、所述第一電壓偏差采集模塊和所述第二電壓偏差采集模塊分別相連接，用于根據(jù)來自所述電流偏差采集模塊、所述第一電壓偏差采集模塊和所述第二電壓偏差采集模塊的采集信號控制所述第一場效應(yīng)管、所述第二場效應(yīng)管和所述第三場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動電路，其特征在于， 所述電流采集模塊包括 第一限幅放大器，所述第一限幅放大器的第一輸入端與所述第四場效應(yīng)管的漏極相連接，所述第一限幅放大器的第二輸入端用于接收預(yù)設(shè)電流，所述第一電壓采集模塊包括 第二限幅放大器，所述第二限幅放大器的第一輸入端與所述電感的第二端相連接，所述第二限幅放大器的第二輸入端用于接收第一預(yù)設(shè)電壓， 所述第二電壓采集模塊包括 第三放大器，所述第三放大器的第一輸入端與所述電池的正極相連接，所述第三放大器的第二輸入端用于接收第二預(yù)設(shè)電壓， 所述控制模塊包括 第四限幅放大器，所述第四限幅放大器的輸入端與所述第一限幅放大器的輸出端、所述第二限幅放大器的輸出端和所述第三放大器的輸出端分別相連接； 比較器，所述比較器的第一輸入端與所述第四限幅放大器的輸出端相連接，所述比較器的第二輸入端用于接收第一驅(qū)動信號；以及 觸發(fā)器，所述觸發(fā)器的輸入端與所述比較器的輸出端相連接，所述觸發(fā)器的輸出端與所述第一開關(guān)的公共端觸點和所述第五場效應(yīng)管的柵極分別相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述驅(qū)動電路還包括 第二開關(guān)，所述第二開關(guān)的公共端觸點與所述第一開關(guān)的開關(guān)位置控制端相連接，所述第二開關(guān)的第一動觸點用于接收第二驅(qū)動信號，所述第二開關(guān)的第二動觸點與所述控制器相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述第二驅(qū)動信號為方波信號，所述方波信號中高電平信號與低電平信號的時間比為3:2。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的驅(qū)動電路，其特征在于，所述發(fā)光二極管包括多個串聯(lián)的發(fā)光二極管。
8.一種發(fā)光二極管的驅(qū)動控制方法，其特征在于，發(fā)光二極管驅(qū)動電路包括電池、電感、雙電層電容器和發(fā)光二極管，所述控制方法包括 控制所述電池、所述電感和所述雙電層電容器構(gòu)成第一回路以使所述電池對所述電感和所述雙電層電容器進(jìn)行充電； 控制所述電感和所述雙電層電容器構(gòu)成第二回路以使所述電感對所述雙電層電容器進(jìn)行充電； 通過所述第二回路使所述雙電層電容器將能量轉(zhuǎn)移為所述電感的磁場儲能；以及控制所述雙電層電容器、所述電感和所述發(fā)光二極管構(gòu)成第三回路以使所述雙電層電容器向所述發(fā)光二極管放電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的驅(qū)動控制方法，其特征在于，所述發(fā)光二極管驅(qū)動電路還包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管和第三場效應(yīng)管，其中， 所述電感與所述電池相連接， 所述雙電層電容器連接在所述電池的負(fù)極與所述電感的第一端之間， 所述第一場效應(yīng)管的源極與第一節(jié)點相連接，所述第一場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連接，其中，所述第一節(jié)點為所述雙電層電容器與所述電池的負(fù)極之間的節(jié)點，所述第二場效應(yīng)管的源極與所述第一節(jié)點相連接，所述第二場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連接， 所述第三場效應(yīng)管的源極與所述電池的正極相連接，所述第三場效應(yīng)管的漏極與所述電感的第二端相連接， 所述發(fā)光二極管連接在所述第一節(jié)點與所述第一場效應(yīng)管之間，其中， 控制所述第三場效應(yīng)管導(dǎo)通以使所述電池、所述電感和所述雙電層電容器構(gòu)成所述第一回路， 控制 所述第二場效應(yīng)管導(dǎo)通以使所述電感和所述雙電層電容器構(gòu)成所述第二回路， 控制所述第一場效應(yīng)管導(dǎo)通以使所述雙電層電容器、所述電感和所述發(fā)光二極管構(gòu)成所述第三回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管的驅(qū)動電路及其驅(qū)動控制方法。其中，發(fā)光二極管的驅(qū)動電路包括電池；電感，與電池相連接；雙電層電容器，連接在電池的負(fù)極與電感的第一端之間；第一場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管與電感和雙電層電容器均相連接；第二場效應(yīng)管，第二場效應(yīng)管與電感和雙電層電容器也均相連接；第三場效應(yīng)管，第三場效應(yīng)管與電感和電池均相連接；發(fā)光二極管，連接在電容器與第一場效應(yīng)管之間；以及控制器，與第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管分別相連接。通過本發(fā)明，解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的驅(qū)動電路存在能量利用率較低的問題，進(jìn)而達(dá)到了提高能效和元件利用率、降低系統(tǒng)生產(chǎn)成本的效果。
文檔編號H05B37/02GK102802306SQ20121027141
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者譚磊 申請人:圣邦微電子(北京)股份有限公司