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CN104039046A - 一种高度集成的led线性控制模块及其控制方法 - Google Patents

一种高度集成的led线性控制模块及其控制方法 Download PDF

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CN104039046A CN201410247982.4A CN201410247982A CN104039046A CN 104039046 A CN104039046 A CN 104039046A CN 201410247982 A CN201410247982 A CN 201410247982A CN 104039046 A CN104039046 A CN 104039046A
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张永良
唐振宇
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Abstract

本发明涉及一种高度集成的LED线性控制模块及其控制方法，包括：串联的若干个LED模块组，所述LED模块组内设有若干led灯珠，若干自适应控制单元，自适应电压检测单元，其用于采集串联LED模块组的输出电压，且根据该输出电压与上限参考电压或下限参考电压比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号；逻辑控制单元，用于根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。本发明无需通过误差放大器对开关管进行电压调节，规避了因开关管两端电压产生大量功耗导致效率降低甚至电压过高引起电源炸机风险；节约误差放大器和MOS可减小装置体积和降低系统成本。

Description

一种高度集成的LED线性控制模块及其控制方法
技术领域
本发明涉及LED控制领域，特别涉及一种适用于发光二极管(LED)驱动的LED线性控制模块。
背景技术
目前，发光二极管(LED)的使用越来越普及，用户对其提出了越来越高的要求。其中MOS管发热问题因涉及安全和LED使用寿命，因此越来越受到重视。
目前，通过若干个LED构建LED模块，通过一开关管实现对该点阵的控制，由于外网电压波动，使该开关管两端的电压会发生波动，造成开关管过载发热，以至损坏。
在中国专利文献中公告号202503745U公开了“LED工作模式控制装置”，其提出了一种LED分段接入供电电源以适应电源电压波动(如市电经整流后)的LED驱动方式，该方式用可控开关熄灭LED模组的方式使在电源电压低时接入较少的LED、在电源电压高时可控开关开路使接入较多的LED，从而实现LED能适应电源电压的波动，其存在门限电压无法精确控制的技术问题，造成该技术方案的实施效果不理想，尤其是在串联的LED模块数量增多时，门限电压更无法准确获得，并且该技术方案采用的是分立元件构成，集成度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高度集成的LED线性控制模块，该LED线性控制模块解决了当输入电压波动时，对LED模块的输出电压进行自适应控制的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高度集成的LED线性控制模块，包括：若干自适应控制单元，其分别与各LED模块组并联；自适应电压检测单元，用于采集串联LED模块组的输出电压，且根据该输出电压与上限参考电压或下限参考电压比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号；逻辑控制单元，用于根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。
进一步，为了获取精确电压比较结果，所述自适应电压检测单元包括：上限电压比较器、下限电压比较器，所述输出电压分别接至上限电压比较器的反相端和下限电压比较器的同相端；所述上限电压比较器的同相端接入上限参考电压，所述下限电压比较器的反相端接入下限参考电压。
进一步，为了进行自适应控制，所述逻辑控制单元采用移位寄存单元，该移位寄存单元的左移或右移串行输入端与所述上限电压比较器或下限电压比较器的输出端相连；所述上限电压比较器、下限电压比较器的输出端还分别与异或门的两输入端相连，该异或门的输出端与一与门的第一输入端相连，该与门的第二输入端接入脉冲信号，所述与门的输出端与移位寄存单元的移位脉冲输入端相连；所述移位寄存单元的输出端分别与各自适应控制单元的控制端相连。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种高度集成的LED线性控制模块的控制方法，其中，所述LED线性控制模块包括：分别与各LED模块组并联的若干个自适应控制单元、自适应电压检测单元、逻辑控制单元；所述控制方法包括：自适应电压检测单元采集串联LED模块组的输出电压，且根据输出电压与预设的上限参考电压或下限参考电压比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号；逻辑控制单元根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。
进一步，所述自适应电压检测单元包括：上限电压比较器、下限电压比较器，所述输出电压分别接至所述上限电压比较器的反相端和下限电压比较器的同相端；所述上限电压比较器的同相端接入所述上限参考电压，所述下限电压比较器的反相端接入所述下限参考电压；若所述输出电压大于上限参考电压，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元关断的控制信号；若所述输出电压小于下限参考电压，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元导通的控制信号；若所述输出电压位于所述上限参考电压与下限参考电压之间，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元保持原状态的控制信号。
进一步，所述逻辑控制单元采用移位寄存单元，该移位寄存单元的左移或右移串行输入端与所述上限电压比较器或下限电压比较器的输出端相连；所述上限电压比较器、下限电压比较器的输出端还分别与异或门的两输入端相连，该异或门的输出端与与门的第一输入端相连，该与门的第二输入端接入脉冲信号，所述与门的输出端与所述移位寄存单元的移位脉冲输入端相连；所述移位寄存单元的输出端分别与各自适应控制单元的控制端相连；当串联LED模块组的输入电压波动时；若所述输出电压大于上限参考电压，所述上限电压比较器输出高电平，下限电压比较器输出低电平，且控制所述与门输出脉冲信号，并使所述移位寄存单元依次输出使自适应控制单元关断的移位信号，控制相应LED模块组依次点亮，以降低所述输出电压，使其位于上限参考电压与下限参考电压之间；若所述输出电压小于下限参考电压，所述上限电压比较器输出低电平，下限电压比较器输出高电平，且控制所述与门输出脉冲信号，并使所述移位寄存单元依次输出使自适应控制单元导通的移位信号，控制相应LED模块组依次熄灭，以提高所述输出电压，使其位于上限参考电压与下限参考电压之间；若所述输出电压位于所述上限参考电压与下限参考电压之间，所述上限电压比较器、下限电压比较器均输出高电平，且控制所述与门输出低电平，并使所述移位寄存单元输出保持原状态，即各LED模块组保持原状态。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本发明通过自适应电压检测单元准确获得比较电压，并与逻辑控制单元进行配合，实现了对LED模块组进行调控，即，当输入电压升高时，接入多个LED模块组，以使LED控制电路对应电压升高，当输入电压降低时，使若干LED模块组被短接，使LED控制电路对应电压下降，以起到自适应控制；(2)提高了LED灯珠的使用寿命，以及整个电路的稳定性；(3)无需通过误差放大器对开关管进行电压调节，规避了因开关管两端电压产生大量功耗导致效率降低甚至电压过高引起电源炸机风险；(4)节约误差放大器和MOS可减小装置体积和降低系统成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的LED线性控制模块的原理框图；
图2为本发明的自适应电压检测单元与逻辑控制单元的原理框图。
其中，开关管1、上限电压比较器A1、下限电压比较器A2、上限参考电压VREF1、下限参考电压VREF2、、输入电压Ui、输出电压Uo、移位寄存单元U1、上限电压比较器输出UoA1、下限电压比较器输出UoA2。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例1
如图1所示，一种高度集成的LED线性控制模块，包括：若干自适应控制单元，其分别与各LED模块组并联，其中，所述LED模块组内设有若干led灯珠，且若干个LED模块组串联。
自适应电压检测单元，用于采集串联LED模块组的输出电压，且根据该输出电压Uo与上限参考电压VREF1或下限参考电压VREF2比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号。
逻辑控制单元，用于根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。
其中，所述自适应控制单元可以采用开关单元来实现。
所述自适应电压检测单元前端还可以连接有一电压侦测单元，该电压侦测单元用于对输出电压Uo进行适当降压，以使所述自适应电压检测单元采集到合适的电压范围。
所述若干个LED模块组串联后与开关管1构成一回路，通过开关管1进入饱和状态使各LED模块组导通以点亮，该开关管1也可以用相应的LED驱动芯片代替。
所述电压侦测单元、启动控制单元属于常规单元，现有技术中均有相关论述，这里不再详细论述。
如图2所示，所述自适应电压检测单元包括：上限电压比较器A1、下限电压比较器A2，所述输出电压Uo分别接至上限电压比较器A1的反相端和下限电压比较器A2的同相端；所述上限电压比较器A1的同相端接入上限参考电压VREF1，所述下限电压比较器A2的反相端接入下限参考电压VREF2。
所述逻辑控制单元采用移位寄存单元U1，该移位寄存单元U1的左移或右移串行输入端(DSL、DSR)与所述上限电压比较器A1或下限电压比较器A2的输出端相连；所述上限电压比较器A1、下限电压比较器A2的输出端还分别与异或门的两输入端相连，该异或门的输出端与一与门的第一输入端相连，该与门的第二输入端接入脉冲信号CP1，所述与门的输出端与移位寄存单元U1的移位脉冲输入端(CP)相连；所述移位寄存单元U1的输出端(Q0、Q1、Q2、Q3)分别与各自适应控制单元的控制端相连。
实施例2
如图1至图2所示，在实施例1基础上提供了一种高度集成的LED线性控制模块的控制方法，其中，所述LED线性控制模块包括：分别与各LED模块组并联的若干个自适应控制单元、自适应电压检测单元、逻辑控制单元。
所述控制方法包括：
自适应电压检测单元采集串联LED模块组的输出电压，且根据输出电压Uo与预设的上限参考电压VREF1或下限参考电压VREF2比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号；逻辑控制单元根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。
所述自适应电压检测单元包括：上限电压比较器A1、下限电压比较器A2，所述输出电压Uo分别接至所述上限电压比较器A1的反相端和下限电压比较器A2的同相端；所述上限电压比较器A1的同相端接入所述上限参考电压VREF1，所述下限电压比较器A2的反相端接入所述下限参考电压VREF2。
若所述输出电压Uo大于上限参考电压VREF1，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元关断的控制信号。
若所述输出电压Uo小于下限参考电压VREF2，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元导通的控制信号。
若所述输出电压Uo位于所述上限参考电压VREF1与下限参考电压VREF2之间，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元保持原状态的控制信号。
所述逻辑控制单元采用移位寄存单元U1，该移位寄存单元U1的左移或右移串行输入端(DSL、DSR)与所述上限电压比较器A1或下限电压比较器A2的输出端相连。图2中，所述上限电压比较器A1的输出端与移位寄存单元U1右移串行输入端(DSR)相连。
所述上限电压比较器A1、下限电压比较器A2的输出端还分别与异或门的两输入端相连，该异或门的输出端与与门的第一输入端相连，该与门的第二输入端接入脉冲信号CP1，所述与门的输出端与所述移位寄存单元U1的移位脉冲输入端(CP)相连，所述移位寄存单元U1的输出端分别与各自适应控制单元的控制端相连。
具体工作方法包括：
所述输入额定电压为LED线性控制模块的输入电压Ui所取的电压值，即当所述额定电压接入串联的若干个LED模块组后的输出电压Uo为一标准电压值，在该标准电压值之下，LED线性控制模块中开关管或LED驱动芯片工作状态是理想的，即发热量较低，当输入电压Ui发生波动时，所述上限参考电压VREF1、下限参考电压VREF2就是对输出电压Uo的变化范围进行限定，例如其限定为输出电压Uo的±10％或±5％。
设所述LED模块组为四个，且分别通过四个自适应控制单元控制，各自适应控制单元的控制端分别与所述移位寄存单元U1的输出端相连，启动时，自适应控制单元默认关断，如表1所示。
表1自适应电压检测单元与移位寄存单元U1启动时对应逻辑表
在表1中，由于上限电压比较器A1、下限电压比较器A2分别处于开环状态，因此，其输出信号为高电平和低电平，分别用1和0来表示，LED模块组的状态1表示为点亮，0表示为熄灭。
如表1所示，最初所述LED模块组全亮，若输出电压Uo低于下限参考电压VREF2，所述移位寄存单元U1左移“1”，熄灭一个LED模块组，以提高输出电压Uo，并再次判断该输出电压Uo是否还是小于下限参考电压VREF2，若小于，则重复上述步骤，直至VREF2＜Uo＜VREF1，输出保持0011输出。
启动时，自适应控制单元若默认导通，则工作方式与表1相似，即从Uo＞VREF1开始比较。
或者，也可以通过预置的方式获得初始值，即设定所述移位寄存单元U1与串联LED模块组在输入额定电压时所对应的预置信号，以控制一部分自适应控制单元闭合，另一部分自适应控制单元断开；预置信号的步骤包括：所述移位寄存单元U1的工作方式控制端M0和M1分别接入高电平，以使所述移位寄存单元进入置数模式，例如，设所述LED模块组为四个，且分别通过四个自适应控制单元控制，各自适应控制单元控制的控制端分别与所述移位寄存单元U1的输出端相连，通过置数，置入0011，即所述四个自适应控制单元中，两个关断，另两个导通，对应的LED模块组，两个点亮、另两个熄灭；具体工作过程参见表2，假设该表2中的所述移位寄存单元U1输出0011时，开关管1处理理想的工作状态，此时，由于输入电压Ui的波动造成输出电压Uo发生相应变化的工作过程。
表2自适应电压检测单元与移位寄存单元U1工作逻辑表
表2示出了在预置0011后，若Uo＞VREF1，则控制移位寄存单元U1右移，以降低输出电压，使满足VREF2＜Uo＜VREF1后，对应的LED模块组状态保持。在表1中，由于上限电压比较器A1、下限电压比较器A2分别处于开环状态；因此，其输出信号为高电平和低电平，分别用1和0来表示，LED模块组的状态1表示为点亮，0表示为熄灭。
具体工作过程如下：当串联LED模块组的输入电压波动时.
如表2，若所述输出电压Uo大于上限参考电压VREF1，所述上限电压比较器A1输出低电平，下限电压比较器A2输出高电平，且控制所述与门输出脉冲信号，并使所述移位寄存单元U1依次输出使自适应控制单元关断的移位信号，控制相应LED模块组依次点亮，以降低所述输出电压，使其位于上限参考电压与下限参考电压之间。
同样，若所述输出电压Uo小于下限参考电压VREF2，所述上限电压比较器A1输出高电平，下限电压比较器A2输出低电平，且控制所述与门输出脉冲信号，并使所述移位寄存单元U1依次输出使自适应控制单元导通的移位信号，控制相应LED模块组依次熄灭，以提高所述输出电压,使其位于上限参考电压与下限参考电压之间。
若所述输出电压Uo位于所述上限参考电压VREF1与下限参考电压VREF2之间，所述上限电压比较器A1、下限电压比较器A2均输出高电平，且控制所述与门输出低电平，以关断脉冲信号CP1，使所述移位寄存单元U1输出保持原状态，即各LED模块组保持原状态，如表2所示，与门输出无法输出脉冲信号CP1，因此，移位寄存单元输出保持原状态。
在上述技术方案的基础上本领域技术人员能够根据本技术方案实现下限电压比较器A2通过一非门与移位寄存单元U1的左移串行输入端(DSL)相连，两者技术方案相似，这里不再详细论述。
通过自适应调节，能有效的防止开关管或LED驱动芯片电压过高，避免开关管或LED驱动芯片由于温度过高烧坏。
为了实现对N个LED模块组进行控制，可以采用若干个移位寄存单元级联的方式来实现。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种高度集成的LED线性控制模块，其特征在于包括：
若干自适应控制单元，其分别与各LED模块组并联；
自适应电压检测单元，用于采集串联LED模块组的输出电压，且根据该输出电压与上限参考电压或下限参考电压比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号；
逻辑控制单元，用于根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。
2.根据权利要求1所述的LED线性控制模块，其特征在于，所述自适应电压检测单元包括：上限电压比较器、下限电压比较器，所述输出电压分别接至上限电压比较器的反相端和下限电压比较器的同相端；
所述上限电压比较器的同相端接入上限参考电压，
所述下限电压比较器的反相端接入下限参考电压。
3.根据权利要求2所述的LED线性控制模块，其特征在于，所述逻辑控制单元采用移位寄存单元，该移位寄存单元的左移或右移串行输入端与所述上限电压比较器或下限电压比较器的输出端相连；
所述上限电压比较器、下限电压比较器的输出端还分别与异或门的两输入端相连，该异或门的输出端与一与门的第一输入端相连，该与门的第二输入端接入脉冲信号，所述与门的输出端与移位寄存单元的移位脉冲输入端相连；
所述移位寄存单元的输出端分别与各自适应控制单元的控制端相连。
4.一种高度集成的LED线性控制模块的控制方法，其特征在于，
所述LED线性控制模块包括：分别与各LED模块组并联的若干个自适应控制单元、自适应电压检测单元、逻辑控制单元；
所述控制方法包括：
自适应电压检测单元采集串联LED模块组的输出电压，且根据输出电压与预设的上限参考电压或下限参考电压比较，以获得关断或导通自适应控制单元的控制信号；
逻辑控制单元根据所述控制信号控制自适应控制单元关断或导通，以使相应的LED模块组点亮或熄灭。
5.根据权利要求4所述的LED线性控制模块的控制方法，其特征在于，
所述自适应电压检测单元包括：上限电压比较器、下限电压比较器，所述输出电压分别接至所述上限电压比较器的反相端和下限电压比较器的同相端；
所述上限电压比较器的同相端接入所述上限参考电压，
所述下限电压比较器的反相端接入所述下限参考电压；
若所述输出电压大于上限参考电压，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元关断的控制信号；
若所述输出电压小于下限参考电压，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元导通的控制信号；
若所述输出电压位于所述上限参考电压与下限参考电压之间，所述自适应电压检测单元则输出适于使逻辑控制单元产生用于自适应控制单元保持原状态的控制信号。
6.根据权利要求5所述的LED线性控制模块的控制方法，其特征在于，所述逻辑控制单元采用移位寄存单元，该移位寄存单元的左移或右移串行输入端与所述上限电压比较器或下限电压比较器的输出端相连；
所述上限电压比较器、下限电压比较器的输出端还分别与异或门的两输入端相连，该异或门的输出端与与门的第一输入端相连，该与门的第二输入端接入脉冲信号，所述与门的输出端与所述移位寄存单元的移位脉冲输入端相连；
所述移位寄存单元的输出端分别与各自适应控制单元的控制端相连；
当串联LED模块组的输入电压波动时；
若所述输出电压大于上限参考电压，所述上限电压比较器输出低电平，下限电压比较器输出高电平，且控制所述与门输出脉冲信号，并使所述移位寄存单元依次输出使自适应控制单元关断的移位信号，控制相应LED模块组依次点亮，以降低所述输出电压，使其位于上限参考电压与下限参考电压之间；
若所述输出电压小于下限参考电压，所述上限电压比较器输出高电平，下限电压比较器输出低电平，且控制所述与门输出脉冲信号，并使所述移位寄存单元依次输出使自适应控制单元导通的移位信号，控制相应LED模块组依次熄灭，以提高所述输出电压，使其位于上限参考电压与下限参考电压之间；
若所述输出电压位于所述上限参考电压与下限参考电压之间，所述上限电压比较器、下限电压比较器均输出高电平，且控制所述与门输出低电平，并使所述移位寄存单元输出保持原状态，即各LED模块组保持原状态。
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