[发明专利]改善LED调光深度的调制电路及其调制方法

说明书

本发明提供一种改善LED调光深度的调制电路及其调制方法，调制电路包括：电流调制电路，基于第一参考电压、调光参考电压及第一电流产生调制电流，并通过调光参考电压对调制电流进行调节并输出；电流镜电路，与电流调制电路连接，基于电流镜电路的预设镜像比例，对调制电流进行镜像处理产生镜像电流并输出；及频率产生电路，与电流镜电路连接，基于第二电流、镜像电流及第二参考电压产生调制频率，实现通过调光参考电压对调制频率进行调节，进而通过调制频率控制LED的关断时间以调节LED的调光深度。通过本发明解决了现有电路中通过固定峰值电流调制频率控制关断时间方法实现恒流控制时，存在电路复杂、可靠性低、效率低的问题。

技术领域

本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种改善LED调光深度的调制电路及其调制方法。

背景技术

LED是一种能发光的半导体电子元件，这种电子元件早期只能发出低光度的红光，随着技术的不断进步，现在已发展到能发出可见光、红外线及紫外线的程度，光度也有了很大的提高。LED具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点，已被广泛应用于指示灯、显示器及照明领域。

对于高功率因数(PF)的LED调光电路，在满亮度时，其采样电阻上的电压波形满足线电压波形的包络，具体如图1所示，以实现高PF。在低亮度时，随着内部参考电压逐渐降低，采样电阻上的电压波形包络逐渐降低，具体如图2所示。而当调光深度很深也即LED亮度很低时(例如5％)，采样电阻上的电压波形包络很小，采样保持电路采样的电压值很低，这时LED调光电路的失调电压会逐渐发挥作用，影响调光一致性。因此，在实际的高PF调光电路中，会牺牲一部分功率因数，采用固定峰值电流(Ipk)的电压调制方式，实现低调光深度时的调光一致性，具体如图3至图5所示，当内部参考电压降低时，调光电路由恒定导通时间调制方式逐渐转变为固定Ipk的电压调制方式，保证Ipk最小值，以降低内部失调电压对采样电压的影响，进而进一步影响调光一致性。

在固定Ipk的电压调制模式下，需要控制关断时间(toff)时间以进行恒流控制，通常的控制方法有直接控制toff时间或者控制最大工作频率以实现恒流调制。当关断时间toff增加，频率降低，流过LED平均电流变小，LED亮度变暗，调光深度变深；当关断时间toff减小，频率升高，流过LED平均电流变大，LED亮度变亮，调光深度变浅。需要注意的是，由于LED系统要求，其工作频率需要在合理的区间内，考虑到EMI等因素影响，系统最大工作频率一般不能超过120kHz，考虑到音频影响，系统最低工作频率需高于音频范围即大于22.4kHz以上，以免产生音频噪音，因此在固定Ipk电压调制模式下，其限频曲线如图6所示。

通过控制最大工作频率以实现恒流调制的现有电路如图7所示，运算放大器A1与MOS管M1、NMOS电流镜Nmir、PMOS电流镜Pmir、电流源I1及电阻R1构成闭环；电流镜I3、电容与比较器CMP构成频率产生电路，当电容电压超过参考电压VREF时，输出工作频率，而电容充电电流由I3与Iosc的差决定，故可通过控制Iosc电流对工作频率进行控制。由图7可知，流过电阻R1的电流Ir＝vdim/R1，其中，vdim为调光参考电压；根据基尔霍夫电流定律Ir＝I1+Ip，假设流过NMOS电流镜Nmir的电流为Ib，那么Ip＝Ib×K1×K2，而Iosc＝Ib×Kosc，故从上述公式中可以看出，当vdim＝R1×I1时，Iosc电流为零，故当vdim电压比R1*I1还低时，Iosc电流不会变的更小，而此时电容的充电电流为I3。

由此可见，通过图7电路可以获得在固定Ipk电压调制模式下图6所示的限频曲线，但是图7电路实现结构复杂，且需要环路进行控制，环路稳定性对系统有很大影响，并且在两端限频工作状态下，系统处于开环状态，在工作时环路时钟处于开闭环切换，对系统可靠性有很大的影响；另外图7电路使用了运算放大器以及两路电流源，在功耗控制方面不佳。

鉴于此，有必要设计一种新的改善LED调光深度的调制电路及其调制方法用以解决上述技术问题。

发明内容