CN111212498B

CN111212498B - 驱动装置和驱动方法

Info

Publication number: CN111212498B
Application number: CN201811365230.2A
Authority: CN
Inventors: 田怀山
Original assignee: SG Micro Beijing Co Ltd
Current assignee: SG Micro Beijing Co Ltd
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: CN111212498A

Abstract

本申请公开了一种驱动装置和驱动方法，驱动装置包括：控制电路，用于提供第一控制信号；功率转换电路，用于根据第一控制信号将直流输入电压转换成直流输出信号；以及计时电路，用于记录直流输出信号的累计时长，其中，当累计时长等于预设时长时，计时电路向控制电路提供超时保护信号，控制电路根据超时保护信号关断功率转换电路或降低所述功率转换电路的输出功率，解决了驱动电路连续触发时的热量累积问题。

Description

驱动装置和驱动方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，更具体地涉及一种驱动装置和驱动方法。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)相对于传统光源具有体积小、节能、寿命长、高亮度和环保等优点，因此广泛用于显示器背光和相机闪光灯。

当LED灯用于相机闪光灯时只能承受非常短时间的高电流，如果LED灯电流长时间保持在大电流工作状态，就会导致LED灯过热，继而烧坏LED灯。因此为了延长LED灯的使用寿命，对LED灯的发光时间控制变得非常重要。

现有技术采用超时保护方法来控制LED灯的发光时间，当LED灯发光时启动计时器，对LED灯发光时间进行计时，当计时时长达到预设阈值时启动保护，关闭驱动电路以保护LED灯防止损坏。

现有技术的超时保护方法具有以下不足：现有的超时保护方法采用一次性计时保护的方式，即每次计时器启动计时功能时，计时初值为0，当计时时长达到预设阈值启动保护时或在启动保护前主动关闭输出时，会将计时器清零。当下次触发信号来临时，计时器开始计时，同时驱动电路启动，LED灯正常发光。当将现有的超时保护方法用于时间间隔很短的连续脉冲电路中，例如LED灯用于连续拍照补光功能时，因两次触发信号之间的间隔很短，上次触发有效期间电路工作时产生的热量还未能在触发保护期间散开，下次有效触发信号就已经到来，使得电路中热量不断的累加，最终因过热损坏电路或者LED灯。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种驱动装置和驱动方法，解决了驱动电路连续触发时的热量累积问题。

根据本发明的一方面提供一种驱动装置，包括：控制电路，用于提供第一控制信号；功率转换电路，用于根据所述第一控制信号将直流输入电压转换成直流输出信号；以及计时电路，用于记录直流输出信号的累计时长，其中，当所述累计时长等于预设时长时，所述计时电路向所述控制电路提供超时保护信号，所述控制电路根据所述超时保护信号提供第二控制信号，降低所述功率转换电路的输出功率。

优选地，所述的驱动装置还包括所述控制电路根据所述超时保护信号提供关断信号，关断所述功率转换电路。

优选地，所述计时电路在接收到计时触发信号开始计时，在所述累计时长等于所述预设时长时停止计时，并强制在预定时间内禁止高功率模式输出。

优选地，所述计时电路在所述累计时长等于所述预设时长后的预定时间内将所述累计时长逐渐减小至零。

优选地，所述计时触发信号用于表征所述直流输出信号的状态，所述计时触发信号在所述直流输出信号有效时有效，在所述直流输出信号无效时无效。

优选地，所述累计时长在所述计时触发信号有效时增大第一时长，在所述计时触发信号无效时减小第二时长。

优选地，所述第一时长等于所述计时触发信号有效的第一时间段，所述第二时长等于所述计时触发信号无效的第二时间段的1/m，其中，m大于/等于1。

优选地，所述的驱动装置还包括整流桥，用于将交流输入电压整流以得到所述直流输入电压。

优选地，所述功率转换电路选自升压型拓扑、降压型拓扑、升降压型拓扑和反激式拓扑中的任一种

根据本发明的另一方面提供一种用于驱动装置的驱动方法，所述驱动装置包括功率转换电路，其中，所述驱动方法包括：控制所述功率转换电路将直流输入电压转换成直流输出信号；记录所述直流输出信号的累计时长，当累计时长等于预设时长时，提供超时保护信号；以及根据所述超时保护信号降低所述功率转换电路的输出功率。

优选地，所述的驱动方法还包括根据所述超时保护信号提供关断信号，根据所述关断信号关断所述功率转换电路。

优选地，所述记录所述直流输出信号的累计时长包括：在接收到计时触发信号开始计时，在所述累计时长等于所述预设时长时停止计时。

优选地，所述驱动方法还包括在所述累计时长等于所述预设时长后的预定时间内将所述累计时长逐渐减小至零。

本发明实施例提供的驱动装置和驱动方法，计时电路在接收到计时触发信号开始计时，记录直流输出信号的累计时长，当累计时长等于预设时长时，关断负载或降低负载的电流，保护负载或者驱动芯片不被损坏。

在优选地实施例中，累计时长在计时触发信号有效时增大第一时长，在计时触发信号无效时减小第二时长，当累计时长等于预设时长时，计时电路进入一段时间的清零阶段，当累计时长等于0之后才会在下一周期的计时触发信号来临时重新开始计时，可用于在时间间隔很短的连续脉冲电路中，当触发预设保护阈值时，电路可以在计时器清零阶段充分散热，保护负载或者驱动芯片不被损坏。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出现有技术的LED驱动方法的工作时序图；

图2示出根据本发明第一实施例的LED驱动装置的结构示意图；

图3示出根据本发明第二实施例的LED驱动方法的工作时序图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在本申请中，术语“LED灯”例如是多个LED串联连接形成的LED灯串。如果多个LED形成LED灯串，则在LED灯串中前一个LED的阴极连接至下一个LED的阳极。LED灯的阳极指LED灯串中第一个LED灯的阳极，LED灯的阴极指LED灯串中最后一个LED灯的阴极。

图1示出现有技术的LED驱动方法的工作时序图。现有技术采用超时保护方法控制LED的发光时间，当LED发光时启动计时器，对LED发光时间进行计时，当计时时长达到预设阈值时启动保护，关闭驱动电路以保护LED灯不会损坏。

其中，计时触发信号STR为具有一定占空比的脉冲信号，横轴表示时间，纵轴表示电压，此外计时触发信号为高电平时有效，低电平无效。输出信号Vout同样为具有一定占空比的脉冲信号，输出信号Vout为低电平时表示LED灯处于关断状态，输出信号Vout为高电平时表示LED处于点亮状态。Tc表示计时器的计时变化曲线，横轴表示工作时间(单位：s)，纵轴表示计时器的计时时长(单位：s)。

计时触发信号STR与输出信号Vout的波形相对应，例如在时间段T1，输出信号Vout为高电平，计时触发信号STR为高电平；在时间段t1，输出信号Vout为低电平，计时触发信号STR同样为低电平。

计时器在计时触发信号STR有效时(高电平)开始计时，在计时触发信号无效时(低电平)停止计时并清零计时。如图1所示，在时间段T1，计时器开始计时，计时时长等于T1，在时间段t1，计时器停止计时，计时时长等于0。计时器在计时触发信号的每个工作周期的高电平阶段从0开始计时，并在计时触发信号的每个工作周期的低电平阶段停止计时并清零计时。当计时器的计时时长达到预设时长T_OTP时，驱动电路强制LED处于关断状态，如图1所示，以保护LED或者驱动芯片。在计时触发信号的下一个高电平来临时，计时器重新开始计时，同时LED正常点亮。

现有技术的超时保护方法的不足在于：现有的超时保护方法采用一次性计时保护的方式，即每次计时器启动计时功能时，计时初值为0，当计时时长达到预设阈值启动保护时，会将计时器清零。当下次触发信号来临时，计时器开始计时，同时驱动电路启动，LED正常发光。当将现有的超时保护方法用于时间间隔很短的连续脉冲电路中，例如LED用于连续拍照补光功能时，因两次触发信号之间的间隔很短，上次触发有效期间电路工作时产生的热量还未能在触发保护期间散开，下次有效触发信号就已经到来，使得电路中热量不断的累加，最终因过热损坏电路或者LED。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图2示出根据本发明第一实施例的LED驱动装置的结构示意图。如

图2所示，LED灯130作为LED驱动装置的负载，连接在LED驱动装置的两个输出端之间，LED驱动装置用于改变LED灯的电流的大小或者有效点亮时间。LED驱动装置包括功率转换电路140、控制电路150以及计时电路160。

功率转换电路140将直流输入电压进一步转化成直流输出信号。例如，功率转换电路具有升压型拓扑、降压型拓扑、升降压型拓扑和反激式拓扑中的任一种。控制电路150用于向功率转换电路140提供第一控制信号Vg，功率转换电路140包括开关管，该开关管的导通状态受到第一控制信号Vg的控制，从而可以调节输出电压、输出电流和占空比中的任一中。由于输出电压、输出电流和占空比中的任一种的变化，LED灯的亮度、颜色会发生变化。

计时电路160用于记录LED灯的累计发光时间或者直流输出信号的累计时长，当累计发光时间等于预设时长时，向控制电路150提供超时保护信号，控制电路150根据超时保护信号向功率转换电路140提供第二控制信号，降低功率转换电路140的输出功率，继而降低LED灯130的电流；或者在一些实施例中，控制电路150根据超时保护信号向功率转换电路140提供关断信号，关断所述功率转换电路140，继而关断所述LED灯130，以保护LED灯130或者LED驱动装置。

进一步的，计时电路160根据计时触发信号STR进行计时，当计时电路160接收到计时触发信号STR时开始计时，在累计时长等于预设时长时停止计时。

LED驱动装置还包括整流桥120，整流桥120用于将电流源110用于提供交流输入电压整流得到直流输入电压，整流桥120的两个输出端之间提供直流输入电压Vin。输入电容Cin对直流输入电压Vin进行平滑滤波。

图3示出根据本发明第二实施例的LED驱动方法的工作时序图。其中，计时触发信号STR为具有一定占空比的脉冲信号，横轴表示时间，纵轴表示电压，此外计时触发信号为高电平时有效，低电平无效。输出信号Vout同样为具有一定占空比的脉冲信号，输出信号Vout为低电平时表示LED灯处于关断状态或低功率输出状态，输出信号Vout为高电平时表示LED处于点亮状态或高功率输出状态。Tc表示计时器的计时变化曲线，横轴表示工作时间(单位：s)，纵轴表示计时器的计时时长(单位：s)。

以下参照图2和图3对本发明的LED驱动方法进行详细说明。

如图3所示，计时触发信号STR用于表征LED灯的发光状态或者输出信号Vout的状态，计时触发信号在所述LED灯点亮时或者输出信号Vout有效时有效，在所述LED灯断电时或者输出信号Vout无效时无效。计时器在接收到计时触发信号时开始计时，并且在计时触发信号STR有效(高电平)时增大计时，在计时触发信号STR无效(低电平)时减小计时。以计时触发信号STR的第1个周期为例，在计时触发信号STR的第1个周期中包括处于有效(高电平)阶段的时间段T1和处于无效(低电平)阶段的时间段t1。在时间段T1中计时器增加计数，累计时长从0增大到T1，在时间段t1中计时器减小计数，累计时长减小t1/m。m取决于电路的能量释放恢复速度，m可以是整数也可以是小数，一般情况下m>1，在某些特殊情况下m也可以小于等于1，在本实施例中，以m＝3为例进行说明。

计时器在计时触发信号STR的第1个周期从0开始计时，高电平阶段结束时累计时长等于T1，在低电平阶段结束时得到累计时长等于T1-(t1/3)。与现有技术不同的是，本发明的计时器在第2个至第n个周期中的初始时长等于前一个周期结束时的累计时长。如图3所示，在计时触发信号STR的第2个周期，计时触发信号STR同样包括高电平阶段的时间段T2和低电平阶段的时间段t2，在高电平阶段结束累计时长等于T1-(t1/3)+T2，在低电平阶段结束时累计时长等于T1-(t1/3)+T2-(t2/3)，之后计时触发信号的第3个周期到来，累计时长等于T1-(t1/3)+T2-(t2/3)+T3-(t3/m)，以此类推，在计时触发信号STR的第n个周期的高电平阶段，累计时长等于T1-(t1/3)+T2-(t2/3)+…+T_n-1-(t_n-1/3)+Tn，n是大于0的自然数。

因此可以得出在计时触发信号STR的第n个周期的高电平阶段累计时长Tc＝T1-(t1/m)+T2-(t2/m)+…+T_n-1-(t_n-1/m)+Tn，其中，T1、T2、…、Tn-1、Tn表示计时触发信号处于高电平的第一时间段，t1、t2、…、tn-1表示计时触发信号处于低电平的第二时间段，m表示电路的能量释放系数，m可以是整数也可以是小数，一般情况下m>1，在某些特殊情况下m也可以小于等于1。

在一些实施例中，计时触发信号STR是一个固定占空比的脉冲信号，从上式可以看出，当计时触发信号STR的占空比大于1/m时，累计时长Tc经过足够长的时间之后会达到预设保护阈值T_OTP，即本发明实施例的LED驱动电路支持一定时长的连续触发保护。当计时触发信号STR的占空比小于等于1/m时，累计时长Tc永远不会达到预设保护阈值T_OTP，即本发明实施例的LED驱动电路支持永久性的连续触发保护。

继续参照图3，当累计时长Tc等于预设时长T_OTP(例如预设时长等于320ms)，计时电路160向控制电路150提供超时保护信号，控制电路150根据超时保护信号向功率转换模块140提供第二控制信号，功率转换电路140根据第二控制信号提供一段时间的输出信号Vout为低电平，降低LED灯的电流。同时在这段时间内计时电路160逐渐减小累计时长至0，如图3中的时间段Toff。当计时电路的累计时长变为0时，计时电路重置，在接收到下一周期的计时触发信号时，计时电路重新开始计时。

需要说明的是，在上述实施例中以LED灯的驱动为例对本发明的驱动装置和驱动方法进行说明，但是本发明的驱动装置和驱动方法的应用领域不以上述实施例为限制，本发明的驱动装置和驱动装置适用于各种驱动电路中，解决驱动电路连续触发时的热量累积问题。

综上所述，本发明实施例提供的驱动装置和驱动方法，计时电路在接收到计时触发信号开始计时，记录直流输出信号的累计时长，当累计时长等于预设时长时，关断负载或降低负载的电流，保护负载或者驱动芯片不被损坏。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种驱动装置，包括：

控制电路，用于提供第一控制信号；

功率转换电路，用于根据所述第一控制信号将直流输入电压转换成直流输出信号；以及

计时电路，用于对所述直流输出信号进行计时，并在所述直流输出信号有效时增大计时，在所述直流输出信号无效时减小计时，以获得所述直流输出信号的累计时长，

其中，当所述累计时长等于预设时长时，所述计时电路向所述控制电路提供超时保护信号，所述控制电路根据所述超时保护信号提供第二控制信号，降低所述功率转换电路的输出功率。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括所述控制电路根据所述超时保护信号提供关断信号，关断所述功率转换电路。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述计时电路在接收到计时触发信号开始计时，在所述累计时长等于所述预设时长时停止计时。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述计时电路还包括在所述累计时长等于所述预设时长后的预定时间内将所述累计时长逐渐减小至零。

5.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述计时触发信号用于表征所述直流输出信号的状态，所述计时触发信号在所述直流输出信号有效时有效，在所述直流输出信号无效时无效。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，所述累计时长在所述计时触发信号有效时增大第一时长，在所述计时触发信号无效时减小第二时长。

7.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述第一时长等于所述计时触发信号有效的第一时间段，所述第二时长等于所述计时触发信号无效的第二时间段的1/m，其中，m为大于/等于1的自然数。

8.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，还包括整流桥，用于将交流输入电压整流以得到所述直流输入电压。

9.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述功率转换电路选自升压型拓扑、降压型拓扑、升降压型拓扑和反激式拓扑中的任一种。

10.一种用于驱动装置的驱动方法，所述驱动装置包括功率转换电路，其中，所述驱动方法包括：

控制所述功率转换电路将直流输入电压转换成直流输出信号；

对所述直流输出信号进行计时，并在所述直流输出信号有效时增大计时，在所述直流输出信号无效时减小计时，以获得所述直流输出信号的累计时长，当累计时长等于预设时长时，提供超时保护信号；以及

根据所述超时保护信号降低所述功率转换电路的输出功率。

11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，还包括根据所述超时保护信号提供关断信号，根据所述关断信号关断所述功率转换电路。

12.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，记录所述直流输出信号的累计时长包括：

在接收到计时触发信号开始计时，在所述累计时长等于所述预设时长时停止计时。

13.根据权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，还包括在所述累计时长等于所述预设时长后的预定时间内将所述累计时长逐渐减小至零。

14.根据权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，所述计时触发信号用于表征所述直流输出信号的状态，所述计时触发信号在所述直流输出信号有效时有效，在所述直流输出信号无效时无效。

15.根据权利要求14所述的驱动方法，其特征在于，所述累计时长在所述计时触发信号有效时增大第一时长，在所述计时触发信号无效时减小第二时长。

16.根据权利要求15所述的驱动方法，其特征在于，所述第一时长等于所述计时触发信号有效的第一时间段，所述第二时长等于所述计时触发信号无效的第二时间段的1/m，其中，m为大于/等于1的自然数。