CN101260997B - 具有输出保护功能的串联led驱动智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统，其特征是该控制系统由脉宽发生控制器、驱动电路、开关电路、反馈电路、采样电路、LED发光二极管阵列及LED灯珠保护电路组成；LED发光二极管阵列包含多个LED发光二极管灯珠成规则排列，每个LED发光二极管灯珠都连接有LED灯珠保护电路；LED发光二极管阵列与开关电路连接，开关电路与采样电路连接，采样电路通过反馈电路与脉宽发生控制器连接，脉宽发生控制器通过驱动电路与开关电路连接。本发明的目的是提供了一种性能稳定、软件智能控制、使用寿命长、维修检测便捷、便于推广使用的具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统。

Description

具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统

技术领域：

本发明涉及发光二极管(LED)驱动器，特别涉及一种集成LED驱动智能控制系统，它可以在DC模式下使多个串联的LED具有可自适应电流或者在PWM模式下具有增加LED的使用寿命。

背景技术：

LED是一种节能、环保、寿命长、低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短的新型光源。但是，与LED灯所配套的驱动器却跟不上LED光源发展的需要，驱动电路性能不佳，故障率高成了约束LED推广应用的瓶颈。

现有LED驱动电源，如电容降压电路和开关稳压电路，没有深入注意LED的输出光流明数和波长同PN结的温度以及电流密切相关这一问题，将引起LED的提前老化，不能有效满足LED照明驱动的要求。

而且，现有的LED灯串包括多个串联在一条线路上的LED灯珠，电路上任一个LED灯珠的损坏，，LED灯串所有的LED灯珠都会熄灭，造成对LED灯串的检测维修很不方便和影响照明的连续性。

因此，需要改进现有LED驱动系统以及LED灯串的连接方式，以提高LED灯串的使用寿命、连续照明时间、维修便捷、以便于推广使用。

发明内容：

发明目的：本发明克服了现有技术的缺点，提供了一种性能稳定、软件智能控制、使用寿命长、维修检测便捷、便于推广使用的一种具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统，其特征在于：该控制系统由脉宽发生控制器、驱动电路、开关电路、反馈电路、采样电路、LED发光二极管阵列及LED灯珠保护电路组成；LED发光二极管阵列包含多个LED发光二极管灯珠成规则排列，每个LED发光二极管灯珠都连接有LED灯珠保护电路；LED发光二极管阵列与开关电路连接，开关电路与采样电路连接，采样电路通过反馈电路与脉宽发生控制器连接，脉宽发生控制器通过驱动电路与开关电路连接。

所述的LED灯珠保护电路是与每个LED发光二极管灯珠相并联的电路；该电路为电阻与可控硅相串联，再与两个串联的限流电阻相并联，可控硅的控制端连接在两个限流电阻之间构成。

开关电路为一个电阻连接到一个三极管的基极，三极管的集电极通过电阻与MOS开关管的基极相连，三极管的发射极与地相连，MOS开关管的发射极通过电阻与地相连，MOS开关管的集电极与LED发光二极管阵列相连，驱动电压通过电阻连接到三极管与电阻之间，电阻的另一端连接驱动电路。

脉宽发生控制器中的芯片采用STC12C2052AD。

优点及效果：本实用新型由于保护电路的自动转换，实现对LED灯开路或闭路具有自适应功能，当由于外部原因或LED灯珠损坏，导致LED灯珠断路，也能保证整个LED阵列照明连续，比传统LED灯珠电路大大降低风险成本；此外，所述的可控硅处于常开状态，通过可控硅保护电路导通实现整个电路的恒压输出补偿，因此，它可以广泛应用于路灯、广告和多种照明场合，具有寿命长、少维护的特点。

附图说明：

图1为本发明的电路原理示意图；

图2为本发明LED灯珠保护电路连接图；

图3为本发明开关电路连接图。

具体实施方式：

现在参照图1，本发明涉及了一种具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统，包括有脉宽发生控制器、驱动电路、开关电路、采样电路、反馈电路、LED发光二极管阵列及其各自的保护电路。

其中脉宽发生控制器中的芯片是本智能控制系统的核心，脉宽发生控制器芯片内部程序是智能控制的关键，本智能控制系统的智能控制器芯片是选用STC12C2052AD，其特点高速可靠、低功耗、强抗静电、强抗干扰等等。

其中脉宽发生控制器由单片机程序控制芯片以及外围电路组成，当脉宽发生控制器上电，单片机程序控制芯片执行内部ROM程序，输出脉宽信号给驱动电路，驱动电路经过信号放大处理，之后驱动开关电路，开关电路根据输入的信号进行闭合与断开动作，其频率可达几十KHZ，开关电路与采样电路相连接，采样电路对开关电路闭合时的电流进行跟踪采样处理，然后通过反馈电路的滤波、限流处理，再传送到脉宽发生控制器的采样反馈输入比较端，脉宽发生控制器对其反馈电路输入的信号进行程序判断，脉宽发生控制器由内部智能程序计算、判断、处理，然后输出校正信号到驱动电路，本驱动智能控制系统是一个闭环控制系统。另外本系统还可以根据不同的使用环境，以及不同的使用用途扩展到客户所需要的特殊要求，比如灯光的时序控制，自动开关，以及光感等等，甚至更多的功能。

脉宽发生控制器芯片包括软件设计，其中智能控制程序设计由单片机汇编语言编写，汇编语言具有执行速度快、开机自动执行、死机复位等特点。

现在参照图2，为智能控制系统的LED灯珠保护电路，其LED灯珠保护电路是由R3、可控硅Q1串联，可控硅Q1的控制端连接在R1、R2限流电阻之间，其工作原理为该电路工作时，由于LED灯珠导通时电阻很小，限流限压电阻被短路，触发信号未能启动，可控硅控制电路处于常开状态，整个LED阵列正常工作。当由于外部原因或LED灯珠损坏，导致LED灯珠断路，触发电路产生一个触发信号，触发信号输送到可控硅，触发可控硅，改变可控硅为常闭状态，电流通过限压限流电阻输出满足其余LED额定工作要求。经过发明人反复对比实验证明，传统没有采用LED灯珠保护电流的照明装置，未能实现连续工作、未能保护这个LED阵列安全工作，减少LED灯珠的使用寿命，而采用本实用新型的LED灯珠保护电路，能够保证整个LED阵列照明连续，减少LED灯珠连续损坏，比传统LED灯珠电路大大降低风险成本。

现在参照图3，为智能控制系统的开关电路，其开关电路由R9与三极管的基极相连，三极管的发射极与地相连，+12V驱动电压通过限流电阻R6分别与三极管的集电极、R7相连，R7与MOS开关管基极相连，MOS开关管的发射极与限流电阻R8相连，R8连地，MOS开关管的集电极与LED相连。其工作原理为脉宽输入信号为高电平时，三极管的基极为高电平，满足基极与发射极压降差，使三极管的集电极与发射极导通，+5V驱动电压被强制拉成低电平，进而MOS开关管的基极为低电平，不满足开关管的基极与发射极压降差，开关管的集电极与发射极截止；当脉宽输入为低电平时，三极管的基极为低电平，不满足基极与发射极压降差，使三极管的集电极与发射极截止，+5V驱动电压被强制拉成高电平，进而MOS开关管的基极为高电平，不满足开关管的基极与发射极压降差，开关管的集电极与发射极导通。

本发明专利是一种具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统，它主要由脉宽发生控制器智能输出适应性脉宽占空比的大小，利用占空比的不同驱动LED工作时间的长短，由于LED寿命与LED工作时间成正比，所以利用人眼对LED毫秒级闪亮的不可分辨性，减少LED工作时间来提高LED寿命。本发明专利改变目前利用震荡电路产生固定的脉宽信号的应用，采用闭环式脉宽发生控制器(即单片机控制方式)智能输出可变脉宽信号，解决了目前LED驱动电源不能适应LED工作条件的问题，另外本专利发明还对LED灯珠在连续照明时间以及检测维修方面设计出具有延长整体照明时间和检测便捷的保护电路，经发明人的对比反复实验证明，传统没有采用具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统的LED灯，在使用寿命、检测维修、连续照明等方面表现远远差于本发明具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统的LED灯。

当本发明用于路灯时，本发明工作过程如下：在通电后，单片机发出软启动指令，PWM输出端输出逐渐递增的脉冲，在预定时间内达到LED发光所需的预定电流，发光二极管LED阵列发光，由于软启动的存在，使LED避免了瞬间大电流的冲击，延长了LED的使用寿命。此时采样电路开始采样，并通过反馈电路反馈回控制系统的反馈输入端，经过内部预先设置程序运算判断LED目前的工作状态，及时修正输出的PWM控制信号，以保证LED工作在最良好的状态，例如：由于温度上升导致电流骤增，此时，反馈信号反馈回单片机经过内部已设定的程序进行处理，调整输出的PWM信号，经过驱动电路控制开关电路的开关时间，以保证LED工作在一个稳定的工作状态，不至于被瞬间的大电流损坏。再如：某城市供电紧张，想在节电的基础之上更加节电，我们就可以通过本电路的控制系统，对LED路灯进行不同时间段的不同亮度控制，比如从晚上六点至十一点路灯全功率工作，亮度最高，十一点之后降功率运行比如降至半功率运行也可达到基本照明目的，这样既实现了节能，又保证了城市的不间断照明。另外本发明还可以根据用户的不同需求，编制不同的程序以满足客户对不同用途照明场合的需求。也就是说本发明可以最大限度的扩展其功能，以实现真正的智能控制。

Claims (1)

1.一种具有输出保护功能的串联LED驱动智能控制系统，其特征在于：该控制系统由脉宽发生控制器、驱动电路、开关电路、反馈电路、采样电路、LED发光二极管阵列及LED灯珠保护电路组成；LED发光二极管阵列包含多个LED发光二极管灯珠成规则排列，每个LED发光二极管灯珠都连接有LED灯珠保护电路；LED发光二极管阵列与开关电路连接，开关电路与采样电路连接，采样电路通过反馈电路与脉宽发生控制器连接，脉宽发生控制器通过驱动电路与开关电路连接；所述的LED灯珠保护电路是与每个LED发光二极管灯珠相并联的电路；该电路为电阻(R3)与可控硅(Q1)相串联，再与两个串联的限流电阻(R1、R2)相并联，可控硅(Q1)的控制端连接在两个限流电阻(R1、R2)之间构成；开关电路为一个第一电阻(R9)连接到一个三极管的基极，三极管的集电极通过第二电阻(R7)与MOS开关管的基极相连，三极管的发射极与地相连，MOS开关管的发射极通过第三电阻(R8)与地相连，MOS开关管的集电极与LED发光二极管阵列相连，驱动电压通过第四电阻(R6)连接到三极管与第二电阻(R7)之间，第一电阻(R9)的另一端连接驱动电路；脉宽发生控制器中的芯片采用STC12C2052AD。

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