CN101909392A - 一种led智能动态控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED智能动态控制系统及控制方法，其系统包括：中央控制单元，还包括与中央控制单元的控制输出端口和负载连接的可调恒流单元，与中央控制单元的控制输入端口连接的电压电流检测单元；其方法包括：步骤S1，初始化控制系统，配置可调恒流模块输出最小电流；步骤S2，逐步增加可调恒流模块输出电流至负载两端电压为额定电压；步骤S3，控制系统锁定此时的输出电流值；步骤S4，控制系统实时检测负载及负载电流电压变化并进行动态调整。本发明通过微处理器技术和实时检测技术，动态处理负载及负载的电压电流值变化，根据变化情况自动进行动态调整，使输出电流恒定，而且可以通过四只LED显示负载的工作状态。

Description

一种LED智能动态控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及LED智能动态控制系统及控制方法，尤其是一种具备负载自动匹配和超限预警功能的LED智能动态控制系统及控制方法。
背景技术
LED即Light Emitting Diode，中文称为发光二极管，LED由于其固有的特性已经广泛应用于显示领域。大功率LED是高亮度发光二极管的一种，单颗大功率LED相对于小功率LED的功率更高、亮度更强，由于LED自身具有亮度高、工作电压低、功耗小、无污染、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定等相当突出的优点，使其已逐渐走向照明系统领域的应用道路，并会逐渐取代现有广泛使用的白炽灯具。
但是，限制利用LED进行照明的重要因素就是其成本比较昂贵，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，照明灯具中利用的大功率LED价格就更高，而LED灯具的每组灯头通常包括数十只甚至上百只LED，因此，对LED照明灯具的LED进行保护，延长LED的使用寿命对于利用LED灯具进行照明的推广与普及就显的更加重要。
影响LED使用寿命的关键因素就在于供电系统，LED的供电系统大都采用恒流电源，目前市场上的LED恒流电源大多为固定电流输出，其输出电流的大小需要人为进行调节，有时由于人为误操作会使电流超限而导致LED使用寿命锐减；目前市场上的LED恒流电源也不能根据负载大小动态的调整输出电流，也不能在出现过压、欠压、过流、欠流等超限情况下自动匹配调整，也会影响LED的使用寿命，同时给LED的安装于使用也带来诸多不便。
发明内容
本发明的发明目的是：是针对上述存在的问题，提供一种LED智能动态控制系统以及控制方法，可以动态的检测负载及负载电压电流的变化，动态地输出恒定的电流值，以达到保护并延长LED灯具寿命的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种LED智能动态控制系统，包括供电单元，还包括中央控制单元、可调恒流单元和电压电流检测单元，可调恒流单元，与中央控制单元的控制输出端口和负载连接，接受中央控制单元的控制，向负载输出恒定的电流；电压电流检测单元，与中央控制单元的控制输入端口连接，采集负载电压和负载电流参数，并将采集的负载参数送至中央控制器进行处理；中央控制单元，与供电单元连接，接收并处理电压电流检测单元采集的负载电压和电流参数，控制可调恒流单元向负载输出恒定的电流。
上述中央控制单元包括单片机或FPGA、ARM中的任一种处理器。
上述可调恒流单元包括集成电路LM3401、MOSFET管、肖特基二极管、电阻R4～R5和电容、电感；所述集成电路LM3401的第一管脚与MOSFET管源极连接，第三管脚通过第四电阻R4与所述中央控制单元的控制输出端口连接，第四管脚通过电阻R5接地，第五管脚接地，第六管脚与所述MOSFET管的栅极连接，第七管脚与MOSFET管的漏极连接并通过电容接地，第八管脚通过第六电阻R6与MOSFET管的漏极连接；所述MOSFET管的源极通过电感与负载连接；所述肖特基二极管的负极与MOSFET管的源极连接，正极接地。
一种LED智能动态控制系统，还包括与中央控制单元输出端口连接的用于响应报警信息的报警指示单元，所述报警指示单元包括四只LED管。
一种LED智能动态控制系统，还包括与中央控制单元输入端口连接的温湿度检测单元，检测动态控制系统及负载的温度和环境湿度参数，并将参数传送至中央控制单元。
一种LED智能动态控制方法，包括：步骤S1，初始化控制系统，配置可调恒流模块输出最小电流；步骤S2，逐步增加可调恒流模块输出电流至负载两端电压为额定电压；步骤S3，控制系统锁定此时的输出电流值；步骤S4，控制系统实时检测负载及负载电流电压变化并进行动态调整。
上述步骤S2包括：步骤S21，逐步增加可调恒流单元的输出电流；步骤S22，电压电流检测单元采集负载两端电压；步骤S23，判断负载两端电压是否为额定工作电压，若不是则返回进行步骤S21，否则进行步骤S3。所述额定工作电压为12V。
上述步骤S4包括步骤：步骤S41，电压电流检测单元采集负载的电流及负载两端电压；步骤S42，判断负载的电流和两端电压是否超限，若是则报警指示，否则进行步骤：步骤S43，对负载的电流及两端电压进行动态调整；步骤S44，动态检测负载是否改变，若是则返回进行步骤S43，否则结束。所述电流超限包括负载电流小于6.25A的欠流状态和大于8.75A的过流状态。所述电压超限包括负载两端电压小于11V的欠压状态和大于13V的过压状态。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明可以达到以下有益效果：
1、本发明通过微处理器技术和实时检测技术，动态处理负载及负载的电压电流值变化，根据变化情况自动进行动态调整，使输出电流恒定；
2、本发明包含由四个LED管组成的报警指示单元，可以简单直观的显示过流、欠流、过压、欠压四种超限状态；
3、本发明包含温湿度检测单元，可以检测工作温度和环境湿度，在温度超限的情况下可以降低负载功率，以保护负载，延长负载使用寿命，在湿度超限时可以中断负载工作，以免短路对负载和控制系统造成的损坏。
附图说明
图1是本发明LED智能动态控制系统的原理图。
图2是本发明LED智能动态控制系统的可调恒流单元电路图。
图3是本发明LED智能动态控制方法流程图。
图4是本发明LED智能动态控制方法中步骤S2的流程图。
图5是本发明LED智能动态控制方法中步骤S4的流程图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，是本发明实施例中LED智能动态控制系统的原理图。 一种LED智能动态控制系统，包括供电单元，还包括中央控制单元、可调恒流单元和电压电流检测单元。所述可调恒流单元，与中央控制单元的控制输出端口和负载连接，接受中央控制单元的控制，向负载（比如负载可以是包括20组LED单元，每组LED单元包括3个LED灯串，每组消耗300mA）输出恒定的电流；所述电压电流检测单元，与中央控制单元的控制输入端口连接，采集负载电压和负载电流参数，并将采集的负载参数送至中央控制器进行处理；所述中央控制单元，与供电单元连接，接收并处理电压电流检测单元采集的负载电压和电流参数，控制可调恒流单元向负载输出恒定的电流，所述中央控制单元是系统的核心部分，实现各种逻辑控制，包括单片机或FPGA、ARM中的任一种处理器及其周边辅助电路。
上述的可调恒流单元，如图2所示，其包括集成电路LM3401（U1）、MOSFET管Q1、肖特基二极管D1、电阻R4～R5和电容C1、电感L1；所述集成电路LM3401（U1）的第一管脚SHDN与MOSFET源极连接，第三管脚SNS通过第四电阻R4与所述中央控制单元的控制输出端口连接，第四管脚HYS通过电阻R5接地，第五管脚GND接地，第六管脚HG与所述MOSFET管Q1的栅极连接，第七管脚与MOSFET管Q1的漏极连接并通过电容C1接地，第八管脚通过第六电阻R6与MOSFET管Q1的漏极连接；所述MOSFET管Q1的源极通过电感L1与负载连接；所述肖特基二极管D1的负极与MOSFET管Q1的源极连接，正极接地。
作为优选，本发明还包括与中央控制单元输出端口连接的用于响应报警信息的报警指示单元，报警指示单元包括四只LED管。所述报警指示单元用于指示负载的超限工作状态，本发明的超限工作状态主要包括欠压（＜11V）、过压（＞13V）、欠流（＜6.25A）、过流（＞8.75A）四种状态，采用四只价格低廉、使用寿命长、环保的LED指示负载的这四种工作状态，简单直观。
作为优选，本发明还包括与中央控制单元输入端口连接的温湿度检测单元，检测恒流控制系统及负载的温度和环境湿度参数，并将参数传送至中央控制单元。上述温湿度检测单元包括温度传感器和湿度传感器，温度传感器置于负载和/或控制系统上，用于检测工作时的负载和/或控制系统温度，当温度高于设置温度阈值时，控制系统会自动调节输出电流减少发热功率，有效保护负载（LED灯单元）使用寿命，当温度低于设置温度阈值时，供电电流恢复正常，本发明中，设置温度阈值为70℃，温度阈值根据情况不同而不同；湿度传感器用于检测控制系统和/或负载工作环境湿度，在环境湿度＞98RH（这里仅仅是一个例子，本领域技术人员能够明白，条件不同的情况下，环境湿度条件会变化），或控制系统和/或负载进水时，在中央控制单元控制自动切断电源，避免控制系统电路和负载免受短路侵袭。
本发明的一种LED智能动态控制方法，其流程图如图3所示，包括：
步骤S1，初始化控制系统，配置可调恒流模块输出最小电流；在本发明一个实施例中，可调恒流单元的输出电流值范围为2-10A，其最初输出的最小电流设定为2A。
步骤S2，逐步增加可调恒流模块输出电流至负载两端电压为额定电压；在本发明一个实施例中，采用20组3串LED的负载，每组消耗300mA，因此本发明实施例在输出电流值为6A时负载两端电压为12V时，因此负载两端额定电压设置为12V。
步骤S3，控制系统锁定此时的输出电流值；本发明一个实施例中的输出电流为6A。
步骤S4，控制系统实时检测负载及负载电流电压变化并进行动态调整。
在上述步骤S2中，其详细流程图如图4所示，包括步骤：
步骤S21，逐步增加可调恒流单元的输出电流；
步骤S22，电压电流检测单元采集负载两端电压；
步骤S23，判断负载两端电压是否为额定工作电压，若不是则返回进行步骤S21，否则进行步骤S3。
在上述步骤S4中，其详细流程图如图5所示，包括步骤：
步骤S41，电压电流检测单元采集负载的电流及负载两端电压；
步骤S42，判断负载的电流和两端电压是否超限，若是则报警指示，否则进行步骤：
步骤S43，对负载的电流及两端电压进行动态调整；
步骤S44，动态检测负载是否改变，若是则返回进行步骤S43，否则结束。
上述步骤S42中，所述电流超限包括负载电流小于6.25A的欠流状态和大于8.75A的过流状态。
上述步骤S42中，电压超限包括负载两端电压小于11V的欠压状态和大于13V的过压状态。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (11)

1.一种LED智能动态控制系统，包括供电单元，其特征在于，还包括中央控制单元、可调恒流单元和电压电流检测单元；
可调恒流单元，与中央控制单元的控制输出端口和负载连接，接受中央控制单元的控制，向负载输出恒定的电流；
电压电流检测单元，与中央控制单元的控制输入端口连接，采集负载电压和负载电流参数，并将采集的负载参数送至中央控制器进行处理；
中央控制单元，与供电单元连接，接收并处理电压电流检测单元采集的负载电压和电流参数，控制可调恒流单元向负载输出恒定的电流。
2.根据权利要求1所述的LED智能动态控制系统，其特征在于，所述中央控制单元包括单片机或FPGA、ARM中的任一种处理器。
3.根据权利要求1所述的LED智能动态控制系统，其特征在于，所述可调恒流单元包括集成电路LM3401（U1）、MOSFET管（Q1）、肖特基二极管（D1）、电阻（R4～R5）和电容（C1）、电感（L1）；所述集成电路LM3401（U1）的第一管脚（SHDN）与MOSFET管（Q1）源极连接，第三管脚（SNS）通过第四电阻（R4）与所述中央控制单元的控制输出端口连接，第四管脚（HYS）通过电阻（R5）接地，第五管脚（GND）接地，第六管脚（HG）与所述MOSFET管（Q1）的栅极连接，第七管脚与MOSFET管（Q1）的漏极连接并通过电容（C1）接地，第八管脚通过第六电阻（R6）与MOSFET管（Q1）的漏极连接；所述MOSFET管（Q1）的源极通过电感（L1）与负载连接；所述肖特基二极管（D1）的负极与MOSFET管（Q1）的源极连接，正极接地。
4.根据权利要求1所述的LED智能动态控制系统，其特征在于，还包括与中央控制单元输出端口连接的用于响应报警信息的报警指示单元。
5.根据权利要求4所述的LED智能动态控制系统，其特征在于，所述报警指示单元包括四只LED管。
6.根据权利要求1所述的LED智能动态控制系统，其特征在于，还包括与中央控制单元输入端口连接的温湿度检测单元，检测智能动态控制系统及负载的温度和环境湿度参数，并将参数传送至中央控制单元。
7.一种LED智能动态控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1，初始化控制系统，配置可调恒流模块输出最小电流；
步骤S2，逐步增加可调恒流模块输出电流至负载两端电压为额定电压；
步骤S3，控制系统锁定此时的输出电流值；
步骤S4，控制系统实时检测负载及负载电流电压变化并进行动态调整。
8.根据权利要求7所述的LED智能动态控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，逐步增加可调恒流单元的输出电流；
步骤S22，电压电流检测单元采集负载两端电压；
步骤S23，判断负载两端电压是否为额定工作电压，若不是则返回进行步骤S21，否则进行步骤S3。
9.根据权利要求7所述的LED智能动态控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括步骤：
步骤S41，电压电流检测单元采集负载的电流及负载两端电压；
步骤S42，判断负载的电流和两端电压是否超限，若是则报警指示，否则进行步骤：
步骤S43，对负载的电流及两端电压进行动态调整；
步骤S44，动态检测负载是否改变，若是则返回进行步骤S43，否则结束。
10.根据权利要求9所述的LED智能动态控制方法，其特征在于，所述电流超限包括欠流状态和过流状态。
11.根据权利要求9所述的LED智能动态控制方法，其特征在于，所述电压超限包括欠压状态和过压状态。
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