專利名稱：一種能夠調節大功率led亮度的驅動方法和驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率LED，尤其涉及一種能夠調節大功率LED亮度的 驅動方法和驅動裝置。
背景技術：
在現有技術中，通常采用PWM方式來調節LED的亮度，對于小功率的 LED而言，因為驅動電流不大，驅動電壓不高，PWM調光方式是可行的。 但對于大功率LED，因驅動電流大(通常為數百毫安)，驅動電壓高(當多個 大功率LED串連驅動時，驅動電壓往往達數十伏)，這就極大地限制了PWM 信號所能達到的最高頻率，所以采用PWM方式對大功率LED調光的調光效 果不很理想，主要表現在灰度級別和灰度刷新頻率難以提高這兩方面。另外， PWM方式導致LED驅動回路電流的快速通斷，在大電流高電壓的情況下， 會對周圍環境形成很強的電磁輻射，惡化裝置或設備的EMC(Electromagnetic Compatibility;電磁兼容)性能。PWM導致流經LED的電流在極短時間內從 0到數百毫安的劇烈變動，也會影響到LED的工作壽命。
發明內容
為解決現有技術所存在的上述問題，本發明提供一種實時動態電流調節與PWM調節相結合的大功率LED的驅動方法，并提供一種大功率LED的 驅動裝置。
本發明采用如下技術方案
接收外界輸入的控制信號，從中得到LED的亮度數據，通過軟件計算或 數值查表，得到一個對應的數值，將該數值輸給與一驅動單元連接的一電流 調節單元，調節流經LED的電流值，從而達到調節LED亮度之目的；或者 將這個經計算或査表所得的對應數值分成兩部分， 一部分輸入電流調節單元， 先調節流經LED的電流來初步調節所述LED的亮度，即"粗調"，另一部分 輸入與所述驅動單元連接的PWM調節單元，設置其輸出信號的占空比，進 一步調節所述LED的亮度，即"細調"，最終將LED亮度調節到目標值；通 過設置該PWM調節單元輸出信號的占空比為0%，以關滅所述LED。
所述電流調節單元包括一個參考電壓發生器，該參考電壓發生器的輸出 經一個數字電位器分壓后得到一個基準電壓，該基準電壓輸入到所述比較器 的負相輸入端；所述基準電壓還可以由一 PWM發生器的輸出信號經緩沖、 RC濾波后得到，然后輸入到所述比較器的負相輸入端。
所述電流調節單元的輸入信號還包含一個采樣電壓，該采樣電壓由所述 驅動單元的一個采樣電阻所提供，直接或經緩沖放大后輸入至所述電流調節 單元的一個比較器的正相輸入端，該比較器的輸出接到一個邏輯電路。
所述邏輯電路連接有振蕩器；
所述PWM調節單元與所述電流調節單元由一個微控制器控制。 一種能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，包含依次連接的大功率LED 驅動單元、PWM調節單元，以及電流調節單元和微控制器，該電流調節單元 與所述PWM調節單元并聯連接于該微控制器和所述驅動單元之間。所述電流調節單元包含依次連接的數字電位器、比較器，以及邏輯電路，該邏輯電路與一個振蕩器連接。
所述驅動單元包含與門，該與門與所述PWM調節單元以及所述電流調
節單元連接。
所述驅動單元包含場效應晶體管，該場效應晶體管的一端與比較器的正
相輸入端和采樣電阻相連，另一端連接LED和肖特基二極管，場效應晶體管的柵極與所述與門相連。
所述驅動單元還包含采樣電阻、電感、肖特基二極管。
本發明所提供的技術方案，具有如下優點-
(1) 采用電流調節單元對大功率LED進行動態電流調節來調節LED的發光亮度，在不改變LED亮度的時候，流經LED的電流恒定不變，相對于現有的PWM方式的LED亮度調節技術，極大地提高LED亮度調節的灰度級別和灰度刷新頻率(本發明所提供的技術方案的灰度刷新頻率相當于無窮大)，同時還可改善系統的電磁兼容性能，延長LED的工作壽命；
(2) 采用微控制器對電流調節單元的電流參數進行實時設置，能夠根據外部控制信號，隨時對流經LED的電流值進行調整；
(3) 采用PWM技術作為LED亮度調節的輔助手段，在通過電流調節單元對LED亮度進行"粗調"后，還可以采用與之并聯的PWM調節單元進一步對LED亮度進行"細調"，以得到更為豐富的灰度級別(當使用紅、綠、藍三色LED進行混光、混色時，豐富的灰度級別使混出的色彩更為逼真)。通過設置PWM調節單元可以將LED設置為全滅。
以下將結合附圖，對本發明的技術方案給予詳細闡釋。
圖1為根據本發明的一種能夠調節大功率LED亮度的驅動方法的流程示意圖2為根據本發明的一種能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置的方塊示意圖3為根據本發明的一種能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置的結構示意圖。
圖中，10、微控制器，20、電流調節單元，201、數字電位器，202、比較器，203、邏輯電路，204、振蕩器，205、參考電壓發生器，30、PWM調節單元/PWM發生器，40、驅動單元，401、與門，402、場效應晶體管，403、肖特基二極管，404、電感，405、采樣電阻，50、大功率LED。
具體實施例方式
參考圖l，本發明所提供的能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，包含如下步驟
于步驟Sl:由微控制器接收外部發來的控制信號；
于步驟S2:微控制器對收到的控制信號進行判別。判別外部控制信號是要完全熄滅LED，還是要將LED調整到某個亮度，若要完全熄滅LED，則執行步驟S6，若要將LED調整到某個亮度值，則執行步驟S3;
于步驟S6:由微控制器將PWM調節單元的占空比設為0%，完全關斷LED驅動單元，LED熄滅，到此完成一次亮度調節過程；
于步驟S3:由微控制器中的軟件根據收到的外部控制信號中的LED亮度目標值進行計算或進行軟件數值査表，得到將要寫入電流調節單元的數據A和將要寫入PWM調節單元的數據B;
接著，于步驟S4:微控制器將數據A寫入電流調節單元，設置流經LED的電流值，使LED的亮度達到或接近目標值；
再接著，于步驟S5:微控制器將數據B寫入PWM調節單元，設置PWM調節單元的占空比，進一步"細調"LED的亮度達到目標值。若不需進一步"細調"LED亮度，在此將PWM調節單元的占空比設為100%。到此完成一次亮度調節過程；
參考圖2，依據上述方法本發明提供一種能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，包含依次連接的微控制器10、電流調節單元20、 PWM調節單元30、驅動單元40，以及大功率LED50，所述電流調節單元20與所述PWM調節單元30并聯連接于所述微控制器10和所述驅動單元40之間。所述電流調節單元20用于通過驅動單元40動態調節流經LED 50的電流值來控制LED的亮度，PWM控制單元30用于通過改變輸出信號的占空比從而改變LED 50在一個PWM周期內的"亮"/ "滅"的時長比例來控制LED的亮度。而微控制器10用于隨時對電流調節單元20和PWM調節單元30的工作參數進行設定，實現該驅動裝置對LED50亮度的實時控制。
進一步參考圖3，所述電流調節單元20包含依次連接的數字電位器201、比較器202、邏輯電路203，振蕩器204，以及參考電壓發生器205;所述數字電位器201的輸入端直接連接于微控制器10， A、 B端分別接參考電壓發生器205和地(GND)，抽頭W接到比較器202的負相輸入端，所述邏輯電路203與驅動單元40中的與門401連接，換言之，該與門的一個輸入端與所述PWM調節單元30直接連接，另一個輸入端與所述電流調節單元20中的所述邏輯電路203直接連接；所述與門401的輸出連接N溝道場效應晶體管402，該場效應晶體管402的S極與比較器202的正相輸入端和采樣電阻405相連，D極連接電感404和肖特基二極管403， G極與與門401的輸出相連。電感404的另一端接大功率LED 50。
所述數字電位器201用于對參考電壓發生器205的輸出電壓分壓，得到一個基準電壓并將其輸入到比較器202中。所述比較器202用于比較該基準電壓與采樣電阻405提供的采樣電壓，并根據比較結果輸出不同的電平。所述邏輯電路203將根據比較器202和振蕩器204的輸出信號來決定場效應晶體管402在一個振蕩周期內的開、關時間比例，其功能是上電復位時，輸出低電平信號"O"，在振蕩器204輸出的信號的上升沿，其輸出翻轉為高電平信號"1"，在比較器202輸出信號的上升沿，其輸出翻轉為低電平信號"O";該邏輯電路的具體實現方法是電子電路領域中等程度的技術人員不難實現的，在此不加贅述。另夕卜，所述比較器202和邏輯電路203的功能也可以用一片集成電路芯片NE555實現，在理解本發明的原理和NE555的工作機理的前提下，其具體實現方法是電子電路領域中等程度的技術人員不難實現的，因此在此也不再予以贅述。所述振蕩器204用于產生振蕩信號。所述場效應晶體管402用于驅動LED 50。
再次參考圖3，所述能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置工作時，微控制器10向數字電位器201和PWM發生器30輸入控制數據，例如設定此時PWM發生器30的輸出信號占空比為100%，電平持續為"1";設置數字電位器201向比較器202提供適當的基準電壓；邏輯電路203于上電復位結束時，輸出低電平信號"O"，與門401輸出"0"，場效應晶體管402關斷，采樣電阻405提供的采樣電壓為0，低于比較器202負相端的基準電壓，比較器202輸出為"0";當振蕩器204輸出信號的一個上升沿到來，觸發邏輯電路203輸出翻轉為"1"，導致與門401輸出"1"，這時場效應晶體管402導通，有電流流經LED 50和電感404、并經采樣電阻405到地；因電感404的滯阻特性，回路中的電流將按積分曲線規律上升，使采樣電阻405上端的采樣電壓也按積分曲線上升，該采樣電壓直接(或經緩沖放大)輸入到比較器202的正相輸入端，當該采樣電壓超過比較器202由數字電位器201提供的基準電壓時，比較器202的輸出即由"0"翻轉為"1"，這個電平變化的上升沿使邏輯電路203的輸出由"1"翻轉為"0"，場效應晶體管402被關斷，電感404通過肖特基二極管403放電，為LED 50提供持續電流；場效應晶體管402關斷后，采樣電阻405上端的電壓降為0，比較器202輸出變為"0"，邏輯電路203等待振蕩器204產生的下一個信號上升沿的到來，接著進入下一個重復上述動作的工作周期；
顯然，在上述技術方案中，流經LED電流的平均值與振蕩器204輸出信號的上升沿到比較器202輸出信號的上升沿之間的時間長度成正比，而這個"時間長度"是由比較器202的基準電平和采樣電阻405的阻值、電感404的電感值決定的，在采樣電阻405的阻值、電感404的電感值固定的情況下，完全由比較器202的基準電平所決定，所以微控制器10通過控制數字電位器201輸出的基準電平，就可控制流經LED50的平均電流大小，進而控制LED50的亮度。
另外，在本實施例中還設有一個PWM調節單元30，該PWM發生器30通過與門401與邏輯電路203的輸出共同控制場效應晶體管402的通斷，所以，微控制器10還可以通過設置PWM發生器30輸出信號的占空比來調整LED的亮度。與電流調節單元20通過調節流經LED回路的電流大小來調節LED亮度的機制不同，PWM調節單元30是通過設置一個PWM信號周期內LED的亮度的，顯然，PWM調節單元30產生的PWM信號的頻率要遠低于振蕩器204的信號頻率，這樣電流調節功能才能正常發揮作用。在本實施例中，PWM機制是作為LED亮度調節的輔助手段來使用的。
因為電流調節機制通常不能將回路中的電流調整到0，所以要將LED設置為全滅時，必須使用PWM機制，這時通過微控制器10將PWM產生器30的信號占空比設置為0%即可。
在上述實施例中，比較器202的基準電壓是由數字電位器201的抽頭W所提供的。另外一個可以選擇的方案是，微控制器10控制一個PWM發生器，該PWM發生器輸出的PWM信號經緩沖、RC濾波后得到的直流電平作為比較器202的基準電壓。
從以上對本發明實施例的說明可見，本發明為LED亮度的控制提供了并聯關系的兩個機制起主要作用的實時的、動態的電流調節機制和起輔助作用的PWM機制。微控制器可以采取適當的軟件控制策略來運用這兩個機制，使大功率LED的亮度調節達到最佳效果。 一個成功的軟件控制策略是，MCU接收外部控制信號，得到LED的目標亮度值，以之作為設置比較器基準電壓或者PWM占空比的依據。除了需要將LED調整到很低的亮度外， 一般僅使用電流調節機制。在需要將LED調整到很低的亮度時，先用電流調節機制將電流調到最小值(比如2mA )，再采用PWM機制將LED亮度進一步調到更低，以得到更多的灰度級別。因為在較小電流狀態下使用PWM，通常不會造成嚴重的EMC (電磁兼容)問題。
最后要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的一個技術方案，而非對其限制。參照以上實施例的詳細說明，本領域的普通技術人員應當能夠理解并實施，同時還可以對上述實施例的技術方案進行修改或進行同等功能的替換，但這些修改或者替換若無顯著的技術進步，則意味著仍未脫離本發明的實質和范圍。
權利要求
1. 一種能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，其特征在于，該方法包含下述步驟接收外界輸入的控制信號，從中得到LED的亮度數據，通過軟件計算或軟件數值查表，得到一個對應數值，將該數值輸入到與一驅動單元連接的一電流調節單元，設置流經所述LED的電流大小，點亮所述LED并使其亮度達到目標值；或者按照上述方法先設置流經LED的電流，初步調節所述LED的亮度，進而再設置與所述電流調節單元并聯的PWM調節單元的信號占空比，進一步調節LED的亮度，使其最終達到目標值；通過設置PWM調節單元信號的占空比為0％，關滅所述LED。
2. 根據權利要求1所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，其特 征在于，所述電流調節單元包含一個參考電壓發生器，該參考電壓發生器的 輸出電壓經過一個數字電位器分壓后得到一個基準電壓，該基準電壓連接到 所述電流調節單元的一個比較器的輸入端，該比較器的另一個輸入信號由一 個串連在所述LED回路中的采樣電阻提供，該比較器的輸出端連接到一個邏 輯電路的輸入端。
3. 根據權利要2所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，其特征 在于，所述數字電位器受一個微控制器控制。
4. 根據權利要2所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，其特征 在于，輸入到所述比較器的基準電壓由一個PWM發生器的輸出信號經緩沖、 RC濾波處理后得到，這個PWM發生器受一個微控制器控制。
5. 根據權利要求2所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，其特征在于，所述邏輯電路的一個輸入端連接到一個振蕩器的輸出端，所述邏輯 電路的輸出由所述振蕩器的輸出和所述比較器的輸出決定。
6. 根據權利要求1所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動方法，其特 征在于，所述PWM調節單元與所述電流調節單元受一微控制器控制，外界 通過向所述微控制器發送控制信號來調節LED亮度。
7. —種能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，包含依次連接的LED驅 動單元、電流調節單元、PWM調節單元和微控制器，其特征在于，所述電流 調節單元與所述PWM調節單元并聯連接于所述微控制器和所述驅動單元之 間。 -
8. 根據權利要求7所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，其特征 在于，所述電流調節單元包含依次連接的數字電位器、比較器，以及邏輯電 路。
9. 根據權利要求7所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，其特征 在于，所述驅動單元包含與門，所述與門的兩個輸入分別與所述PWM調節 單元，以及所述電流調節單元連接。
10. 根據權利要求9所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，其特 征在于，所述驅動單元還包含場效應晶體管，該場效應晶體管的一端與比較 器的正相輸入端和一個采^^電阻相連，另一端連接LED回路，該場效應晶體 管的柵極與所述與門相連。
11. 根據權利要求9所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，其特 征在于，所述驅動單元包含電感，該電感與場效應晶體管和所述的LED相連。
12. 根據權利要求9所述的能夠調節大功率LED亮度的驅動裝置，其特 征在于，所述驅動單元包含肖特基二極管，該肖特基二極管的陽極與電感和 場效應晶體管相連，陰極與電源VCC相連。
全文摘要
本發明提供一種能夠調節大功率LED亮度的驅動方法和裝置，所述方法通過接收外界輸入的控制信息，從中得到LED的亮度數據，通過與驅動單元連接的電流調節單元，設置流經所述LED的電流大小，點亮所述LED并使其亮度達到目標值；或者按照上述方法先設置流經LED的電流，初步調節所述LED的亮度，進而再設置與所述電流調節單元并聯的PWM調節單元的信號占空比，進一步調節LED的亮度，使其最終達到目標值；通過設值PWM調節單元信號的占空比為0％，關滅所述LED。利用本發明所提供的技術方案，能夠實時、動態地調節LED的亮度，同時可顯著改善裝置的EMC(電磁兼容)性能，延長LED的工作壽命。
文檔編號H05B37/02GK101466186SQ20081018686
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者張家瑞, 韋自力 申請人:張家瑞;韋自力