一种快速响应PWM调光控制电路的制作方法

一种快速响应pwm调光控制电路
技术领域
1.本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种快速响应pwm调光控制电路。


背景技术：

2.近年来随着led技术的不断发展，led照明由于其在发光效率，使用寿命长，绿色环保等方面的优势正逐步取代荧光照明、白炽灯等传统照明方案，使其被广泛采用于户外照明、汽车照明、工业照明等需要产品可靠性高，注重效率的领域。在led的应用过程中，为控制其发光亮度，通常采用多种调光方式，如pwm调光、模拟调光和可控硅调光等技术。其中，pwm调光由于其控制简单，可高频调光等优势被广泛采用。
3.但在输出电流较大，亮度较高的led应用或者所需电压较大的led应用中，在进行pwm调光过程时，由于主电路中的输出电容的限制，在led灯点亮或者熄灭时，需要先对该大电容进行充放电，导致led灯串无法进行精确pwm调光操作；甚至在pwm脉冲宽度很窄时，led灯无法点亮，限制了led的调光频率，调光性能很不理想。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种快速响应pwm调光控制电路，能够加速led对pwm调光信号的响应速度，从而使调光控制信号能够准确的控制led的发光亮度，达到精准还原灯光的色温以及色彩的作用。
5.本发明提供的一种快速响应pwm调光控制电路包括：高端功率管mt1、低端功率管mt2、高端驱动缓冲模块bufh、低端驱动缓冲模块bufl、高端加速响应控制电路模块和低端加速响应控制电路模块，
6.外部输入pwm调光信号dim连接高端加速响应控制电路模块的第二输入端、低端加速响应控制电路模块的第二输入端；高端加速响应控制电路模块的输出端通过高端驱动缓冲模块bufh连接高端功率管mt1的栅极；低端加速响应控制电路模块的输出端通过低端驱动缓冲模块bufl连接低端功率管mt2的栅极；
7.高端功率管mt1的漏极、低端功率管mt2的漏极、高端加速响应控制电路模块的第一输入端以及低端加速响应控制电路模块的第一输入端连接在一起，接入主电路中待控制led的输出电压v
out
；
8.高端功率管mt1的源极连接主电路的电源电压v
in
，低端功率管mt2的漏极连接主电路的电源地gnd；
9.高端加速响应控制电路模块用于采样主电路输出电压信号v
out
和pwm调光控制信号dim的相应信息，生成第一栅极控制信号，并将第一栅极控制信号输入至高端驱动缓冲模块bufh中，以控制高端功率管mt1；
10.低端加速响应控制电路模块用于采样主电路输出电压信号v
out
和pwm调光控制信号dim的相应信息，生成第二栅极控制信号，并将第二栅极控制信号输入至低端驱动缓冲模块bufl中，以控制低端功率管mt2；
11.高端功率管mt1在高端加速响应控制电路生成的第一栅极控制信号控制下进行开启，加速led灯串点亮；低端功率管mt2在低端加速响应控制电路模块生成的第二栅极控制信号的控制下进行开启，加速led灯串熄灭，从而使pwm调光控制信号准确的控制led灯串的发光亮度。
12.可选的，高端加速响应控制电路模块包括：第一采样保持模块、第一上升沿检测模块、第二上升沿检测模块和第一rs触发器；
13.第一采样保持模块的第一输入端连接主电路输出电压信号v
out
，第一采样保持模块的第二输入端连接第二上升沿检测模块的第一输出端，第一采样保持模块的第一输出端连接第一上升沿检测模块的第一输入端，第一采样保持模块的第二输出端连接第一上升沿检测模块的第二输入端，第一上升沿检测模块的输出端连接第一rs触发器rs1的s端，第二上升沿检测模块的第一输入端连接外部输入pwm调光信号dim，第二输入端连接第一rs触发器rs1输出端，第二上升沿检测模块的第二输出端连接第一rs触发器rs1的r端，第一rs触发器rs1的q端作为高端加速响应控制电路模块的输出端，用于输出信号vgt1。
14.可选的，第一采样保持模块包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一反相器inv1和第一传输门tg1；其中，
15.第一电阻r1的一端接主电路输出电压信号v
out
，另一端连接第二电阻r2的一端、第一电容c1的一端、第一传输门tg1的输入端并作为第一采样保持模块的第一输出端；第一传输门tg1的输出端连接第二电容c2的一端；第二电容c2的另一端连接第三电容c3的一端并作为第一采样保持模块的第二输出端；第二上升沿检测模块的第一输出端连接第一反相器inv1的输入端和第一传输门tg1的正向控制端；第一反相器inv1的输出端连接第一传输门tg1的反向控制端；第二电阻r2、第一电容c1和第三电容c3的另一端均接电源地gnd。
16.可选的，第一上升沿检测模块包括第一比较器v
comp1
、第二反相器inv2、第三电阻r3、第四电容c4和第二与门and2；其中，
17.第一比较器v
comp1
的正输入端连接第一采样保持模块的第一输出端；第一比较器v
comp1
的负输入端连接第一采样保持模块的第二输出端；第一比较器v
comp1
的输出端连接第二反相器inv2的输入端和第二与门and2的一个输入端；第二反相器inv2的输出端连接第三电阻r3的一端；第三电阻r3的另一端连接第四电容c4的一端和第二与门and2的另一个输入端；第二与门and2的输出端作为第一上升沿检测模块的输出端；第四电容c4的另一端接电源地gnd。
18.可选的，第二上升沿检测模块包括：第一与门and1、第三反相器inv3、第四电阻r4、第五电容c5和第三与门and3；其中，
19.第一与门and1的一个输入端连接第一rs触发器rs1的输出端，第一与门and1的另一个输入端连接外部输入pwm调光信号dim；第一与门and1的输出端作为第二上升沿检测模块的第一输出端；外部输入pwm调光信号dim连接第三反相器inv3的输入端和第三与门and3的一个输入端；第三反相器inv3的输出端连接第四电阻r4的一端；第四电阻r4的另一端连接第五电容c5的一端和第三与门and3的另一个输入端；第三与门and3的输出端作为第二上升沿检测模块的第二输出端并连接第一rs触发器rs1的r端；第五电容c5的另一端接电源地gnd。
20.可选的，低端加速响应控制电路模块包括：第二采样保持模块、第一下降沿检测模
块、第二下降沿检测模块和第二rs触发器rs2；
21.第二采样保持模块的第一输入端连接主电路输出电压信号v
out
，第二采样保持模块的第二输入端连接外部输入pwm调光信号dim，第二采样保持模块的第一输出端连接第一下降沿检测模块的第一输入端，第二采样保持模块的第二输出端连接第一下降沿检测模块的第二输入端，第一下降沿检测模块的输出端连接第二rs触发器rs2的r端，第二下降沿检测模块的输入端连接外部输入pwm调光信号dim，第二下降沿检测模块的输出端连接rs1触发器的s端，第二rs触发器rs2的q端作为低端加速响应控制电路模块的输出端，用于输出信号vgt2。
22.可选的，第二采样保持模块包括：第五电阻r5、第六电阻r6、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第四反相器inv4和第二传输门tg2；其中，
23.第五电阻r5的一端接主电路输出电压信号v
out
，另一端连接第六电阻r6的一端、第六电容c6的一端、第二传输门tg2的输入端并作为第二采样保持模块的第一输出端；第二传输门tg2的输出端连接第七电容c7的一端；第七电容c7的另一端连接第八电容c8的一端并作为第二采样保持模块的第二输出端；外部输入pwm调光信号dim连接第四反相器inv4的输入端和第二传输门tg2的正向控制端；第四反相器inv4的输出端连接第二传输门tg2的反向控制端；第六电阻r6、第六电容c6和第八电容c8的另一端均接电源地gnd。
24.可选的，第一下降沿检测模块包括第二比较器v
comp2
、第五反相器inv5、第七电阻r7、第九电容c9和第一或门or1；其中，
25.第二比较器v
comp2
的正输入端连接第二采样保持模块的第一输出端；第二比较器v
comp2
的负输入端连接第二采样保持模块的第二输出端；第二比较器v
comp2
的输出端连接第五反相器inv5的输入端和第一或门or1的一个输入端；第五反相器inv5的输出端连接第七电阻r7的一端；第七电阻r7的另一端连接第九电容c9的一端和第一或门or1的另一个输入端；第一或门or1的输出端作为第一下降沿检测模块的输出端；第九电容c9的另一端接电源地gnd。
26.可选的，第二下降沿检测模块包括：第六反相器inv6、第八电阻r8、第十电容c10和第二或门or2；其中，
27.外部输入pwm调光信号dim连接第六反相器inv6的输入端和第二或门or2的一个输入端；第六反相器inv6的输出端连接第八电阻r8的一端；第八电阻r8的另一端连接第十电容c10的一端和第二或门or2的另一个输入端；第二或门or2的输出端作为第二下降沿检测模块的输出端并连接第二rs触发器rs2的s端；第十电容c10的另一端接电源地gnd。
28.可选的，主电路包括：第一晶体管mp、第二晶体管mn、电感l、滤波电容co、待控制led，
29.其中，第一晶体管m
p
的栅极接入第一驱动信号v
gp
，第一晶体管m
p
的源极连接电源电压vin，第一晶体管m
p
的漏极连接第二晶体管mn的漏极、电感l的一端；第二晶体管mn的栅极接入第二驱动信号v
gn
，第二晶体管mn的源极连接电源地gnd，第二晶体管mn的漏极连接第一晶体管m
p
的漏极；电感l另一端连接滤波电容co的一端、以及待控制led的一端；滤波电容co的另一端、待控制led的另一端以及第二晶体管mn的源极连接电源地gnd。
30.本发明涉及一种快速响应pwm调光控制电路，包括：高端功率管mt1、低端功率管mt2、高端驱动缓冲模块bufh、低端驱动缓冲模块bufl、高端加速响应控制电路模块和低端
加速响应控制电路模块，该调光控制电路在所驱动的led进行高频pwm调光过程中，能够产生相应控制信号，加速led对pwm调光信号的响应速度，从而使pwm调光控制信号能够准确的控制led的发光亮度，达到精准还原灯光的色温以及色彩的作用。
附图说明
31.图1为本发明实施例提供的一种快速响应pwm调光控制电路驱动led灯的示意图；
32.图2为本发明实施例提供的一种高端加速响应控制电路模块的示意图；
33.图3为本发明实施例提供的一种低端加速响应控制电路模块的示意图；
34.图4为本发明实施例提供的一种高端加速响应控制电路模块工作原理波形示意图；
35.图5为本发明实施例提供的一种低端加速响应控制电路模块工作原理波形示意图；
36.图6为本发明实施例提供的一种电路波形示意图；
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
38.参照图1，主电路主要包括：第一晶体管mp、第二晶体管mn、电感l、滤波电容co、待控制led，
39.其中，所述第一晶体管m
p
的栅极接入第一驱动信号v
gp
，第一晶体管m
p
的源极连接电源电压vin，第一晶体管m
p
的漏极连接第二晶体管mn的漏极、电感l的一端；所述第二晶体管mn的栅极接入第二驱动信号v
gn
，第二晶体管mn的源极连接电源地gnd，第二晶体管mn的漏极连接第一晶体管m
p
的漏极；电感l另一端连接滤波电容co的一端、以及待控制led的一端；滤波电容co的另一端、待控制led的另一端以及第二晶体管mn的源极连接电源地gnd。
40.值得说明的是：现有技术中主控电路主要由上述器件构成，用于驱动led灯。主电路中的输出电容存在限制，在led灯点亮或者熄灭时，需要先对该大电容进行充放电，导致led灯串无法进行精确pwm调光操作；甚至在pwm脉冲宽度很窄时，led灯无法点亮，限制了led的调光频率，调光性能很不理想。
41.请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种快速响应pwm调光控制电路包括：
42.高端功率管mt1、低端功率管mt2、高端驱动缓冲模块bufh、低端驱动缓冲模块bufl、高端加速响应控制电路模块和低端加速响应控制电路模块，
43.外部输入pwm调光信号dim连接高端加速响应控制电路模块的第二输入端、低端加速响应控制电路模块的第二输入端；高端加速响应控制电路模块的输出端通过高端驱动缓冲模块bufh连接高端功率管mt1的栅极；低端加速响应控制电路模块的输出端通过低端驱动缓冲模块bufl连接低端功率管mt2的栅极；
44.高端功率管mt1的漏极、低端功率管mt2的漏极、高端加速响应控制电路模块的第一输入端以及低端加速响应控制电路模块的第一输入端连接在一起，接入主电路中待控制led的输出电压v
out
；
45.高端功率管mt1的源极连接主电路的电源电压v
in
，低端功率管mt2的漏极连接主电
路的电源地gnd；
46.所述高端加速响应控制电路模块用于采样主电路输出电压信号v
out
和pwm调光控制信号dim的相应信息，生成第一栅极控制信号，并将第一栅极控制信号输入至高端驱动缓冲模块bufh中，以控制高端功率管mt1；
47.所述低端加速响应控制电路模块用于采样主电路输出电压信号v
out
和pwm调光控制信号dim的相应信息，生成第二栅极控制信号，并将第二栅极控制信号输入至低端驱动缓冲模块bufl中，以控制低端功率管mt2；
48.高端功率管mt1在高端加速响应控制电路生成的第一栅极控制信号控制下进行开启，加速led灯串点亮；低端功率管mt2在低端加速响应控制电路模块生成的第二栅极控制信号的控制下进行开启，加速led灯串熄灭，从而使pwm调光控制信号准确的控制led灯串的发光亮度。
49.值得说明的是：高端功率管mt1在高端加速响应控制电路模块的控制下进行开启，对co进行充电，加速led灯串点亮；低端功率管mt2在低端加速响应控制电路模块的控制下进行开启，对co进行放电，加速led灯串熄灭；从而使pwm调光控制信号能够准确的控制led灯串的发光亮度，精准还原led灯珠的色温及色彩。
50.本发明涉及一种快速响应pwm调光控制电路，包括：高端功率管mt1、低端功率管mt2、高端驱动缓冲模块bufh、低端驱动缓冲模块bufl、高端加速响应控制电路模块和低端加速响应控制电路模块，该调光控制电路在所驱动的led进行高频pwm调光过程中，能够产生相应控制信号，加速led对pwm调光信号的响应速度，从而使pwm调光控制信号能够准确的控制led的发光亮度，达到精准还原灯光的色温以及色彩的作用。
51.请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种高端加速响应控制电路模块的示意图。具体地，所述高端加速响应控制电路模块包括：第一采样保持模块、第一上升沿检测模块、第二上升沿检测模块和第一rs触发器；
52.所述第一采样保持模块的第一输入端连接主电路输出电压信号(v
out
)，所述第一采样保持模块的第二输入端连接所述第二上升沿检测模块的第一输出端，所述第一采样保持模块的第一输出端连接所述第一上升沿检测模块的第一输入端，所述第一采样保持模块的第二输出端连接所述第一上升沿检测模块的第二输入端，所述第一上升沿检测模块的输出端连接第一rs触发器rs1的s端，所述第二上升沿检测模块的第一输入端连接外部输入pwm调光信号dim，第二输入端连接第一rs触发器rs1输出端，所述第二上升沿检测模块的第二输出端连接第一rs触发器rs1的r端，所述第一rs触发器rs1的q端作为高端加速响应控制电路模块的输出端，用于输出信号vgt1。
53.进一步，第一采样保持模块包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一反相器inv1和第一传输门tg1；其中，
54.第一电阻r1的一端接主电路输出电压信号v
out
，另一端连接第二电阻r2的一端、第一电容c1的一端、第一传输门tg1的输入端并作为第一采样保持模块的第一输出端；第一传输门tg1的输出端连接第二电容c2的一端；第二电容c2的另一端连接第三电容c3的一端并作为第一采样保持模块的第二输出端；第二上升沿检测模块的第一输出端连接第一反相器inv1的输入端和第一传输门tg1的正向控制端；第一反相器inv1的输出端连接第一传输门tg1的反向控制端；第二电阻r2、第一电容c1和第三电容c3的另一端均接电源地gnd。
55.进一步，第一上升沿检测模块包括第一比较器v
comp1
、第二反相器inv2、第三电阻r3、第四电容c4和第二与门and2；其中，
56.第一比较器v
comp1
的正输入端连接第一采样保持模块的第一输出端；第一比较器v
comp1
的负输入端连接第一采样保持模块的第二输出端；第一比较器v
comp1
的输出端连接第二反相器inv2的输入端和第二与门and2的一个输入端；第二反相器inv2的输出端连接第三电阻r3的一端；第三电阻r3的另一端连接第四电容c4的一端和第二与门and2的另一个输入端；第二与门and2的输出端作为第一上升沿检测模块的输出端；第四电容c4的另一端接电源地gnd。
57.进一步，第二上升沿检测模块包括：第一与门and1、第三反相器inv3、第四电阻r4、第五电容c5和第三与门and3；其中，
58.第一与门and1的一个输入端连接第一rs触发器rs1的输出端，第一与门and1的另一个输入端连接外部输入pwm调光信号dim；第一与门and1的输出端作为第二上升沿检测模块的第一输出端；外部输入pwm调光信号dim连接第三反相器inv3的输入端和第三与门and3的一个输入端；第三反相器inv3的输出端连接第四电阻r4的一端；第四电阻r4的另一端连接第五电容c5的一端和第三与门and3的另一个输入端；第三与门and3的输出端作为第二上升沿检测模块的第二输出端并连接第一rs触发器rs1的r端；第五电容c5的另一端接电源地gnd。
59.在本实施例的高端加速响应控制电路中，具体地，电阻r1，r2形成串联分压结构，电容c1对该电压进行采样，电容c2，c3对c1上电压进行分压采样。调光控制信号dim为高时，led正常点亮，传输门tg1导通；dim为低时，led熄灭，传输门tg1断开。进一步，dim信号由低变高时，第二上升沿检测模块工作输出低电平短脉冲，vgt1置“0”并控制mt1开启，加速点亮led；led点亮时比较器翻转为高，第一上升沿检测模块输出低电平短脉冲，vgt1置“1”并控制mt1断开，充电加速过程停止。该过程达到加速led点亮的作用。
60.请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种低端加速响应控制电路模块包括：
61.第二采样保持模块、第一下降沿检测模块、第二下降沿检测模块和第二rs触发器rs2；
62.第二采样保持模块的第一输入端连接主电路输出电压信号v
out
，第二采样保持模块的第二输入端连接外部输入pwm调光信号dim，第二采样保持模块的第一输出端连接第一下降沿检测模块的第一输入端，第二采样保持模块的第二输出端连接第一下降沿检测模块的第二输入端，第一下降沿检测模块的输出端连接第二rs触发器rs2的r端，第二下降沿检测模块的输入端连接外部输入pwm调光信号dim，第二下降沿检测模块的输出端连接rs1触发器的s端，第二rs触发器rs2的q端作为低端加速响应控制电路模块的输出端，用于输出信号vgt2。
63.进一步，第二采样保持模块包括：第五电阻r5、第六电阻r6、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第四反相器inv4和第二传输门tg2；其中，
64.第五电阻r5的一端接主电路输出电压信号v
out
，另一端连接第六电阻r6的一端、第六电容c6的一端、第二传输门tg2的输入端并作为第二采样保持模块的第一输出端；第二传输门tg2的输出端连接第七电容c7的一端；第七电容c7的另一端连接第八电容c8的一端并作为第二采样保持模块的第二输出端；外部输入pwm调光信号dim连接第四反相器inv4的输
入端和第二传输门tg2的正向控制端；第四反相器inv4的输出端连接第二传输门tg2的反向控制端；第六电阻r6、第六电容c6和第八电容c8的另一端均接电源地gnd。
65.进一步，第一下降沿检测模块包括第二比较器v
comp2
、第五反相器inv5、第七电阻r7、第九电容c9和第一或门or1；其中，
66.第二比较器v
comp2
的正输入端连接第二采样保持模块的第一输出端；第二比较器v
comp2
的负输入端连接第二采样保持模块的第二输出端；第二比较器v
comp2
的输出端连接第五反相器inv5的输入端和第一或门or1的一个输入端；第五反相器inv5的输出端连接第七电阻r7的一端；第七电阻r7的另一端连接第九电容c9的一端和第一或门or1的另一个输入端；第一或门or1的输出端作为第一下降沿检测模块的输出端；第九电容c9的另一端接电源地gnd。
67.进一步，第二下降沿检测模块包括：第六反相器inv6、第八电阻r8、第十电容c10和第二或门or2；其中，
68.外部输入pwm调光信号dim连接第六反相器inv6的输入端和第二或门or2的一个输入端；第六反相器inv6的输出端连接第八电阻r8的一端；第八电阻r8的另一端连接第十电容c10的一端和第二或门or2的另一个输入端；第二或门or2的输出端作为第二下降沿检测模块的输出端并连接第二rs触发器rs2的s端；第十电容c10的另一端接电源地gnd。
69.在本实施例的低端加速响应控制电路中，具体地，电阻r5，r6形成串联分压结构，电容c6对该电压进行采样，电容c7，c8对c6上电压进行分压采样。调光控制信号dim为高时，led正常点亮，传输门tg2导通；dim为低时，led熄灭，传输门tg2断开。进一步，dim信号由高变低时，第二下降沿检测模块工作输出低电平短脉冲，vgt2置“1”并控制mt2开启，加速熄灭led；led完全熄灭时比较器翻转由高变低，第一下降沿检测模块输出低电平短脉冲，vgt2置“0”并控制mt2断开。该过程达到加速led熄灭的作用。
70.请参见图4，图4为本发明实施例提供的高端加速响应控制电路工作原理波形示意图。从图中可以看出，当调光控制信号dim上升沿到来时，r端为低电平，vgt1置“0”，打开mt1对co进行充电。vout上升，当比较器两端v ＞v-时，比较器输出vcomp翻转，s端输出为低电平，vgt1置“1”，断开mt1。因此，电路生成t1这段时间，打开mt1，起到加速点亮led的作用。
71.请参见图5，图5为本发明实施例提供的低端加速响应控制电路工作原理波形示意图。从图中可以看出，当调光控制信号dim下降沿到来时，s端为低电平，vgt2置“1”，打开mt2对co进行放电。vout下降，当比较器两端v ＜v-时，对应此时led关闭，vcomp翻转，r端为低电平，vgt2置“0”，断开mt2。因此，电路生成t2这段时间，打开mt2，起到加速熄灭led的作用。
72.请参见图6，图6为本发明实施例提供的pwm控制电路前后led调光波形对比示意图。从图中可以看出，在未使用本发明的pwm控制电路时，dim调光信号无法精准控制led输出电流。而在使用本发明的pwm控制电路后，led输出电流能够精确地被dim调光信号所控制，从而准确的控制led的发光亮度，达到精准还原灯光的色温以及色彩的作用。
73.本实施例所设计的快速响应pwm调光控制电路在所驱动的led进行高频pwm调光过程时，能够产生相应控制信号，加速led对pwm调光信号的响应速度，从而使pwm调光控制信号能够准确的控制led的发光亮度，达到精准还原灯光的色温以及色彩的作用。
74.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。