CN105493628B - 边沿信号计数装置及led驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边沿信号计数装置及LED驱动器，该边沿信号计数装置，包括边沿计数单元，用于对电源线输入的边沿信号的边沿进行计数，并输出计数结果；充电单元，为边沿计数单元和初始化单元供电，当电源线信号为高电平时充电，当电源线信号为低电平时放电；初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿计数单元进行初始化。LED驱动器包括边沿信号计数装置和用于根据边沿信号计数装置的计数结果驱动LED的驱动单元。本发明利用边沿信号计数装置，对电源线输入的边沿信号进行计数实现对驱动单元的控制进而驱动LED完成七彩发光，只需要一根电源线和地线，不需要额外信号线，有利于电路实现LED驱动器芯片。

Description

边沿信号计数装置及LED驱动器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种边沿信号计数装置及LED驱动器。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)广泛应用于建筑照明、汽车头尾灯、景观灯、节日灯等。LED具有效率高、方向性良好、色彩稳定性良好、可靠性高、寿命长，体积小、以及环境安全性等显著优点，尤其适合应用于景观照明、节日灯照明。红、绿、蓝三色LED通过控制装置可实现七彩色或者更多种颜色的控制，让LED灯具呈现出精彩多姿的绮丽景象，其中控制装置是LED照明系统关键部分，

近年来，随着集成电路技术及计算机技术的应用，基于DMX512协议、DALI协议、归零码协议等的LED控制方法在LED装饰照明领域获得较广泛的应用，实现了LED控制系统的数字化，提高了LED控制系统的灵活度。

DMX512协议由美国剧场协会最早制定于1985年，物理层的设计采用RS-485收发器，总线用一对双绞线实现调光台与调光器连接。RS-485采用平衡发送和差分接收，接收灵敏度高，而且抗干扰的能力强，信号传输距离可达千米。DMX512协议采用数字技术对实现调光设备的亮度调节，协议对灯光控制台信息的数据格式以及物理层都做了严格的规定，给灯光控制提供了一个标准接口。由于DMX512协议具有广泛的适用性，很快被全世界的制造商和用户采用，几乎所有的灯光控制台和受控设备都兼容了DMX512协议标准。

DALI是欧洲提出来的一种灯光控制总线方案，是用于照明系统控制的开放式异步串行数字通信协议。DALI系统采用主从式结构，系统最多可以连接64个从模块，每个从模块使用唯一的个体标识地址，该地址在系统初始化时设定，使用过程中根据需求可修改从模块的地址。

目前也有采用归零码协议，在单根信号线上传输控制信号，通过设置红、绿、蓝LED的占空比实现多种颜色的控制。

现有的基于以上协议的控制装置可以通过控制红、绿、蓝三色LED占空比获得多种颜色效果，但都需要通过一根以上的信号线传递控制信号，不能通过电源线控制LED，不能应用到只有电源线、地线的产品场合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种边沿信号计数装置及LED驱动器。

一种边沿信号计数装置，包括：

边沿计数单元，用于对电源线输入的边沿信号的边沿进行计数，并输出计数结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿计数单元进行初始化。

本发明的边沿信号计数装置中各个功能单元可以集成为计数芯片。

本发明中，通过初始化，可以对边沿计数单元置任意数，根据需要设定，通常为置“零”(即清零)。

当电源线信号为高电平时，充电单元充电，当充电单元提供的电平达到高电平时，边沿计数单元和初始化单元上电成功。

为保证边沿信号计数装置正常工作，边沿信号的低电平的持续时长，必须小于充电单元的供电电平由高电平降低至低电平所需的时长。

所述的边沿计数单元包括若干个串联的D触发器，以各个D触发器的输出端输出计数结果，其中：

第一个D触发器的时钟信号输入端与电源线连接，相邻两个D触发器中，后一个D触发器的时钟信号输入端与前一个D触发器的反向输出端连接；

各个D触发器的复位端与初始化单元连接，各个D触发器反向输出端与触发端连接。

本发明中未作特殊说明，第一个D触发器是指根据计数单元中最低位对应的D触发器。相邻两个D触发器中以相对低位的D触发器作为前一个，相对高位的D触发器作为后一个。

D触发器可以为上升沿计数，也可以为下降沿计数，可根据需求选择。

D触发器的个数越多，边沿计数单元对应的计数范围越大。作为优选，所述的边沿计数单元包括至少两个串联的D触发器。进一步优选，所述的边沿计数单元包括3～100个串联的D触发器。

所述的充电单元包括二极管，所述二极管的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过二极管的阴极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

所述的充电单元包括NPN三极管，所述NPN三极管的集电极和基极连接后与电源线连接，发射极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过NPN三极管的发射极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

所述的充电单元包括PNP三极管，所述PNP三极管的集电极和基极连接后通过一储能元件接地，发射极与电源线连接，所述的充电单元通过PNP三极管的集电极或基极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

储能元件应理解为可以进行充放电的电子元件。作为优选，所述的储能元件为充电电容或MOS管。由于充电电容与传统的CMOS工艺不兼容，因此可以使用与CMOS工艺兼容性好的MOS管作为等效电容作为储能元件，便于集成，使用MOS管时，该MOS管的源极和漏极短接，形成等效电容。

通过二极管防止充电电容反向放电，导致边沿信号不稳，使计数结果出现错误。

本发明还提供了一种LED驱动器，包括上述的边沿信号计数装置，以及用于根据边沿信号计数装置的计数结果驱动LED的驱动单元。

驱动单元可以根据驱动需要采用现有的LED驱动电路实现。

与现有技术相比，本发明中利用边沿信号计数装置，通过对电源线输入的边沿信号进行计数实现对驱动单元的控制进而驱动LED完成七彩发光，只需要一根电源线和地线，不需要额外的信号线，有利于实现LED驱动器的芯片集成。

附图说明

图1为本实施例的LED驱动器的结构框图；

图2为本实施例的边沿计数单元的电路原理图；

图3为本实施例的充电单元的电路原理图；

图4为本实施例的初始化单元的电路原理图；

图5为本实施例的边沿信号计数装置的时序图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步详细描述。

如图1所示(虚线框所示部分)，本实施例的边沿信号计数装置，包括：

边沿计数单元，用于对电源线输入的边沿信号的边沿进行计数，并输出计数结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿计数单元进行初始化。

图2为本实施例的边沿计数单元，包括若干个串联的带低电平复位的时钟上升沿触发D触发器，以各个D触发器的正向输出端输出计数结果。本实施例中边沿计数单元包括3个D触发器，分别为第一D触发器F1、第二D触发器F2和第三D触发器F3，对应的输出端分别为Q1、Q2和Q3，对应的计数结果从低到高依次为Q1、Q2、Q3。

第一D触发器的时钟信号输入端CK1与电源线连接，第一D触发器的反向输出端QB1和第二D触发器的时钟信号输入端CK2连接，第二D触发器的反向输出端QB2和第三D触发器的时钟信号输入端CK3连接；

各个D触发器的复位端(包括复位端RD1、复位端RD2和复位端RD3)与初始化单元连接，反向输出端与触发端连接(即反向输出端QB1连触发端D1、反向输出端QB2连触发端D2、反向输出端QB3连触发端D3)。

本实施例选择带低电平复位的时钟上升沿触发D触发器，对边沿信号的上升沿计数。

图3为本实施例的充电单元的具体电路，包括二极管D，二极管D的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件C接地(本实施例中充电电容为源漏短接的MOS管等效电容，等效电容的大小为0.2μF)。整个充电单元通过二极管D的阴极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

图4为初始化单元的电路原理图，包括四个MOS管，分别为p沟道MOS管T1、p沟道MOS管T2、n沟道MOS管T3和p沟道MOS管T4、第一反相器V1、第二反相器V2。具体连接关系如下：

MOS管T1的源极和漏极均连接至充电单元中二极管D1的阴极，栅极与MOS管T3的漏极连接，MOS管T3的栅极与MOS管T1的源极连接，MOS管T3源极接地。MOS管T2的栅极和源极分别与MOS管T1的栅极和源极连接，漏极串联一限流电阻R后(本实施例中限流电阻的大小为500Ω)，与MOS管T4的栅极连接，且MOS管T4的漏极和源极分别与MOS管T3的源极和地连接。

MOS管T4的栅极连接第一反相器V1输入端，第一反相器V1的输出端连接第二反相器V2输入端，第二反相器V2的输出为初始化单元的输出端向边沿计数单元输出复位信号。

本实施例的边沿信号计数装置的工作原理如下：

当该计数装置未上电时，充电单元提供的供电电平为低电平，此时初始化单元和边沿计数单元供电不足，整个计数装置不能计数。

当计数装置上电时，且在边沿信号为高电平时，充电单元中的储能元件C被充电。在高电平持续时间足够长的情况下，供电电平由低电平翻转为高电平，初始化单元和边沿计数单元被正常供电。

此时，初始化单元中的MOS管T3导通，使MOS管T2导通，因此，充电单元可以通过限流电阻R对用作电容的MOS管T4充电。在对MOS管T4充电过程中，MOS管T4栅极的电压逐渐增大，当充电到达使得第二反相器V2输出的复位信号由低电平翻转至高电平后完成初始化。

第二反相器V2的输出端与边沿计数单元中的各个D触发器的复位端连接，当第二反相器V2输出低电平时，各个D触发器复位，即边沿计数单元清零。

本实施例中电源线输入的边沿信号，以及此时初始化单元和计数结果的时序示意图如图5所示，其中计数结果采用三个D触发器的正向输出端的输出信号表示。在电源上电后，在T时间三个D触发器复位为逻辑0，即计数结果清零。在边沿信号的上升沿E1处，计数结果为001；在电源线上升沿E2，计数结果为010；在电源线上升沿E3，计数结果为011；在电源线上升沿E4，计数结果为100；在电源线上升沿E5，计数结果为101；在电源线上升沿E6，计数结果为110；在电源线上升沿E7，计数结果为111；在电源线上升沿E8，计数装置溢出，计数结果为000。

为保证计数过程中，初始化单元和边沿计数单元能够正常供电，边沿信号中低电平的持续时长必须小于充电单元中储能元件C由高电平放电至低电平的放电时长。

此外，由于二极管的单向导通作用，放电时充电电容不会对电源线进行反向放电。

本实施例中未作特殊说明，高电平对应的电压幅值为3.0～5V，低电平小于1.0V。

边沿信号计数装置可用于控制LED的驱动单元实现彩色控制，如应用于红绿蓝三色LED彩灯控制，就可以只通过电源线发送边沿控制信号，实现七彩色的控制。驱动时，所采用的LED驱动器如图1所示，包括上述的边沿信号计数装置，以及用于根据边沿信号计数装置的计数结果驱动LED的驱动单元。驱动单元可采用现有的LED驱动电路实现，保证采用的LED驱动单元的输入接口与计数装置的输入接口匹配。

本实施例的LED驱动器仅利用一根电源线输入边沿信号，通过对边沿信号进行计数，使控制驱动单元驱动完成LED的七彩色发光，不需要使用多于一根的信号线传递控制信号。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，如：在电源线与边沿计数单元输入端之间增加滤波电路、延迟电路或取反电路；相邻两个D触发器后一个D触发器的时钟信号输入端与前一个D触发器的反向输出端之间增加延迟电路或取反电路；各个D触发器的反向输出端与触发端之间增加延迟电路。

Claims (9)

1.一种边沿信号计数装置，其特征在于，包括：

边沿计数单元，用于对电源线输入的边沿信号的边沿进行计数，并输出计数结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿计数单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；所述边沿信号的低电平的持续时长，必须小于充电单元的供电电平由高电平降低至低电平所需的时长；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿计数单元进行初始化。

2.如权利要求1所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的边沿计数单元包括若干个串联的D触发器，以各个D触发器的输出端输出计数结果，其中：

第一个D触发器的时钟信号输入端与电源线连接，相邻两个D触发器中，后一个D触发器的时钟信号输入端与前一个D触发器的反向输出端连接；

各个D触发器的复位端与初始化单元连接，反向输出端与触发端连接。

3.如权利要求2所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的边沿计数单元包括至少两个串联的D触发器。

4.如权利要求3所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的边沿计数单元包括3～100个串联的D触发器。

5.如权利要求1所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的充电单元包括二极管，所述二极管的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过二极管的阴极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

6.如权利要求1所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的充电单元包括NPN三极管，所述NPN三极管的集电极和基极连接后与电源线连接，发射极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过NPN三极管的发射极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

7.如权利要求1所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的充电单元包括PNP三极管，所述PNP三极管的集电极和基极连接后通过一储能元件接地，发射极与电源线连接，所述的充电单元通过PNP三极管的集电极或基极为边沿计数单元和初始化单元提供供电电平。

8.如权利要求5-7任一权利要求所述的边沿信号计数装置，其特征在于，所述的储能元件为充电电容或MOS管。

9.一种LED驱动器，其特征在于，包括如权利要求1～8中任意一项权利要求所述的边沿信号计数装置，以及用于根据边沿信号计数装置的计数结果驱动LED的驱动单元。