一种基于PWM调光的LED恒流驱动电路的制作方法

本发明涉及led照明驱动电路，具体来说，涉及一种基于pwm调光的led恒流驱动电路。

背景技术：

1、led是具有能耗低、效率高、寿命长等特点的光源，目前已广泛应用于照明设备中。led作为一种电光转换器件，其发光亮度与流过pn结的电流呈正比关系，对正向压降的波动极为敏感，为了使led的发光亮度保持稳定，通常需要使led驱动电流保持恒定。此外，led的半导体特性决定led照明需通过调节驱动电流的大小来控制亮度，脉冲宽度调制（pwm）调光技术因具有调光范围宽、色温变化小、响应速度快等优点，被广泛用于led亮度调节场景。

2、pwm调光通过改变驱动电流的占空比来调节led的平均电流，理论上输出光通量与占空比呈线性关系，但实际并非如此。研究表明，pwm占空比变化的实质是注入电流大小的改变，而led本身具有非线性伏安特性，注入电流变化会导致led导通电阻发生变化，进而影响功耗与结温，使得实际输出光通量偏离理论线性值，尤其在低占空比区间误差更为显著。

3、此外，led驱动电路的高压驱动部分直接面向整流后的直流母线，负责为led提供足够的电压裕量与驱动电流；低压控制部分则负责实现pwm调光、恒流控制、保护逻辑等功能，通常工作在5v以下的低电压域。现有技术中，为实现高压驱动与低压控制的整合，通常采用多芯片分立方案或低压cmos工艺配合外部驱动晶体管的方案。然而，多芯片分立方案系统复杂度高、多通道一致性差，导致pwm调光在多通道应用中的亮度均匀性难以保证；低压cmos工艺配合外部驱动晶体管又引入严重的寄生效应，在高频pwm开关过程中产生波形畸变，进一步恶化调光线性度。此外，高压与大电流环境下的驱动晶体管长期工作产生显著温升，而温度变化从多个层面影响调光控制的准确性。若不进行温度补偿，当环境温度变化或led长时间工作导致结温上升时，即使pwm占空比保持不变，实际输出光通量也会发生漂移。

4、因此，如何在led恒流驱动系统中提高调光精度并解决温度漂移问题，仍是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提出一种基于pwm调光的led恒流驱动电路，可以提高调光精度，采用高压bcd工艺将高压驱动晶体管、低压控制器件和数字逻辑器件整合在同一颗芯片上，解决了传统方案在集成度、可靠性和成本方面存在的问题，同时解决温度漂移问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种基于pwm调光的led恒流驱动电路，包括偏置电压产生模块、运算放大器、pwm控制模块、led电流修调模块、第一高压驱动晶体管，第一高压驱动晶体管通过输出端子为led提供驱动电流；

4、偏置电压产生模块产生第一参考电压、第二参考电压；

5、运算放大器的同相输入端接收第一参考电压，反相输入端连接在第一高压驱动晶体管与led电流修调模块之间，接收led驱动电流的第一采样信号，基于第一参考电压和第一采样信号的比较结果输出驱动控制信号，控制第一高压驱动晶体管的导通与否，实现恒流驱动；

6、运算放大器的输出端还连接pwm控制模块，通过pwm控制信号的占空比改变led驱动电流的平均电流，实现pwm恒流调光；

7、led电流修调模块由多个并联的第二晶体管组成，第二晶体管的栅极接收第二参考电压，数字修调信号用于控制导通的第二晶体管的数量，改变等效导通电阻，修调第一高压驱动晶体管导通时的瞬时驱动电流。

8、所述pwm控制模块包括串联接地的第一晶体管与电流源，第一晶体管的栅极输入pwm控制信号，pwm控制信号为高电平时，第一晶体管导通，第一高压驱动晶体管关断；pwm控制信号为低电平时，第一晶体管关断，第一高压驱动晶体管导通。

9、第二晶体管的漏极连接第一高压驱动晶体管，源极接地，第二晶体管的栅极还连接由数字修调信号控制的下拉开关。

10、所述数字修调信号是6位二进制数字信号dot<5:0>。

11、所述led恒流驱动电路的最终调光效果由pwm控制信号与数字修调信号共同控制，数字修调信号用于设定第一高压驱动晶体管导通时的驱动电流瞬时峰值iled_peak，pwm控制信号用于控制第一高压驱动晶体管的导通时间比例，最终得到led平均驱动电流， led平均驱动电流满足：

12、

13、其中vd为第一参考电压，req(dot<5:0>)为led电流修调模块受数字修调信号控制的等效导通电阻，d为pwm控制信号的占空比。

14、还包括开路检测模块，偏置电压产生模块产生第三参考电压；开路检测模块包括第二高压驱动晶体管、采样电阻和比较器，第二高压驱动晶体管的漏极连接输出端子，栅极连接使能信号，第二高压驱动晶体管与采样电阻串联接地，比较器的反相输入端连接在第二高压驱动晶体管与采样电阻之间，输入第二采样信号，同相输入端输入第三参考电压，基于第二采样信号和第三参考电压的比较结果输出开路检测信号。

15、还包括静电保护模块；静电保护模块连接输出端子，正常工作状态下，静电保护模块保持截止，对输出端子的电压、电流没有影响，发生静电冲击时，静电保护模块快速导通，把输出端子的电压钳位在安全电压范围。

16、还包括温度传感器、ad转换器、lut查找表；温度传感器检测芯片结温，输出表征工作温度的模拟温度信号，该模拟温度信号经ad转换器做模数转换处理得到温度数字值；

17、所述温度数字值的位宽与lut查找表的地址位宽相匹配，将所得温度数字值作为lut查找表的查询地址，lut查找表依据内部预存储的映射关系输出数字修调信号作为led电流修调模块的控制信号，对led电流修调模块进行动态控制，实时改变其内部晶体管阵列的等效导通电阻，进而调整第一高压驱动晶体管导通时的驱动电流瞬时峰值，实现温度补偿。

18、所述led恒流驱动电路适配12-40v直流电源，采用高压bcd工艺将高压驱动晶体管、低压控制器件和数字逻辑器件集成在一颗芯片上。

19、本发明与现有技术相比，有益效果是：

20、本发明基于高压 bcd 工艺将高压驱动晶体管、低压控制器件和数字逻辑器件整合在同一颗芯片上，该集成化设计大幅减少外部外围器件，有效改善传统分立方案集成度低、多通道一致性差的缺陷，兼顾系统可靠性，同时降低硬件成本。

21、可实现 pwm 恒流调光功能，通过 pwm 信号控制导通占空比，配合数字修调模块调节瞬时电流峰值，能够实时补偿温度漂移，有效改善光通量偏移现象，提升调光线性度与调光精度。

22、芯片内置开路检测模块与 esd 静电保护模块，提供开路检测和静电保护功能，保障芯片在复杂工况下安全工作。

1.一种基于pwm调光的led恒流驱动电路，其特征在于，包括偏置电压产生模块、运算放大器、pwm控制模块、led电流修调模块、第一高压驱动晶体管，第一高压驱动晶体管通过输出端子为led提供驱动电流；

2.如权利要求1所述的led恒流驱动电路，所述pwm控制模块包括串联接地的第一晶体管与电流源，第一晶体管的栅极输入pwm控制信号，pwm控制信号为高电平时，第一晶体管导通，第一高压驱动晶体管关断；pwm控制信号为低电平时，第一晶体管关断，第一高压驱动晶体管导通。

3.如权利要求1所述的led恒流驱动电路，第二晶体管的漏极连接第一高压驱动晶体管，源极接地，第二晶体管的栅极还连接由数字修调信号控制的下拉开关。

4.如权利要求3所述的led恒流驱动电路，所述数字修调信号是6位二进制数字信号dot<5:0>。

5.如权利要求3或4所述的led恒流驱动电路，所述led恒流驱动电路的最终调光效果由pwm控制信号与数字修调信号共同控制，数字修调信号用于设定第一高压驱动晶体管导通时的驱动电流瞬时峰值iled_peak，pwm控制信号用于控制第一高压驱动晶体管的导通时间比例，最终得到led平均驱动电流， led平均驱动电流满足：

6.如权利要求1所述的led恒流驱动电路，还包括开路检测模块，偏置电压产生模块产生第三参考电压；

7.如权利要求1所述的led恒流驱动电路，还包括静电保护模块；

8.如权利要求3或4所述的led恒流驱动电路，还包括温度传感器、ad转换器、lut查找表；

9.如权利要求1-4、6-7中任一项所述的led恒流驱动电路，所述led恒流驱动电路适配12-40v直流电源，采用高压bcd工艺将高压驱动晶体管、低压控制器件和数字逻辑器件集成在一颗芯片上。