CN101917793A

CN101917793A - 一种发光二极管的无线驱动系统

Info

Publication number: CN101917793A
Application number: CN2010101891255A
Authority: CN
Inventors: 杨国仁; 陈虹; 李慧
Original assignee: HANGZHOU AONENG LIGHTING ELECTRICAL APPLIANCES CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU AONENG LIGHTING ELECTRICAL APPLIANCES CO Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CN101917793B

Abstract

本发明公开了一种发光二极管的无线驱动系统，所述系统包括：上位机、无线通讯模块、以及至少一路LED驱动模块；每路所述LED驱动模块连接一LED光源；所述上位机，用于将调光控制信号通过无线通讯模块以无线形式发送至指定的LED驱动模块；所述LED驱动模块包括：单片机接收所述调光控制信号，转化为相应的PWM波形；电流采样单元接收所述LED光源反馈的采样电流；LED驱动电源根据所述PWM波形的变化，结合所述采样电流，调节输出至LED光源的驱动电流；所述无线通讯模块用于实现上位机与单片机之间的无线通讯。采用本发明实施例，能够通过无线方式实现对LED光源的电源驱动。

Description

一种发光二极管的无线驱动系统

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是涉及一种发光二极管的无线驱动系统。

背景技术

当前我国电力能源较为紧张，煤炭资源存量有限，很多地区在用电高峰期很容易出现供电短缺的现象。照明用电占我国电耗的20％，因此在照明用电方面做好节能工作可以有效地实现电力资源的节约。

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种可以直接把电转化为可见光的半导体器件。LED最早应用于指示灯、数字和文字的显示。随着白色LED的问世，加之LED具有工作电压低。耗电少、发光效率高、寿命长的优点，LED光源在通用照明领域得到越来越广泛的应用。LED光源是一种既节能又环保的发光器件，与传统光源相比，LED灯比白炽灯省电80％，比荧光灯省电50％。

现有的LED驱动电源一般均采用有线控制方式。现有的LED有线驱动电源中，需要布置大量的金属线缆，使得LED光源的布置具有较大的局限性、不灵活，可扩展性较差，维护较为繁琐。同时，金属线缆的老化、报废，会对环境造成污染，对人类生活具有相当大的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发光二极管的无线驱动系统，能够通过无线方式实现对LED光源的电源驱动。

本发明实施例提供一种发光二极管的无线驱动系统，所述系统包括：上位机、无线通讯模块、以及至少一路LED驱动模块；每路所述LED驱动模块连接一LED光源；

所述上位机，用于将调光控制信号通过无线通讯模块以无线形式发送至指定的LED驱动模块；

所述LED驱动模块包括：单片机、电流采样单元、LED驱动电源；

所述单片机，用于接收所述调光控制信号，转化为相应的PWM波形，输出至LED驱动电源；

所述电流采样单元，用于接收所述LED光源反馈的采样电流，输出至所述LED驱动电源；

所述LED驱动电源，用于根据所述PWM波形的变化，结合所述采样电流，调节输出至LED光源的驱动电流；

所述无线通讯模块用于实现上位机与单片机之间的无线通讯。

优选地，所述LED驱动电源包括：滤波整流电路、PFC校正电路、双管正激电路、恒流控制电路；

所述滤波整流电路，用于对接收到的输入交流电压进行高频滤波和整流，输出全波至PFC校正电路；

所述PFC校正电路，用于对接收到的全波进行功率因数校正，输出稳定的直流母线电压至所述双管正激电路；

所述恒流控制电路，用于接收所述PWM波形和采样电流，根据所述PWM波形确定基准电流的大小，将所述基准电流与所述采样电流比较后经运算放大器，输出恒流控制信号至所述双管正激单元；

所述双管正激单元，用于将接收自所述PFC校正电路的直流母线电压变换为驱动所述LED光源所需的电压；根据所述恒流控制信号，调节输出至所述LED光源的驱动电流。

优选地，所述无线通讯模块为ZigBee通讯模块；

所述ZigBee通信模块包括：协调器、至少一路路由器或终端设备；其中，

所述协调器与所述上位机相连，用于接收所述调光控制信号，以无线形式发送至上位机指定的路由器和/或终端设备；

每个所述路由器和/或终端设备与一路LED驱动模块相连，用于将接收到的调光控制信号发送至与其相连的LED驱动模块。

优选地，

所述路由器直接与所述LED驱动模块相连；

或，

所述路由器通过下级设备与所述LED驱动模块相连。

优选地，所述路由器连接至少一个所述下级设备；

所述下级设备为终端设备、或路由器。

优选地，所述上位机发送的调光控制信号中包含指定的LED光源的信息。

优选地，所述协调器为每个路由器或终端设备分配一个网络号；

所述协调器对所述调光控制信号进行识别，确定所述调光控制信号指定的LED光源对应的路由器或终端设备的网络号，将所述调光控制信号以无线形式发送至所述网络号对应的路由器或终端设备。

优选地，所述协调器中保存有每个路由器或终端设备的网络号、与分别与其对应的LED光源之间的一一对应关系。

优选地，所述ZigBee通讯模块采用串口通信模式实现与所述单片机之间的通信。

优选地，所述ZigBee通讯模块采用串口通信模式实现与所述上位机之间的通信

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例所述无线驱动系统中，采用无线通讯模块实现上位机与LED驱动模块之间的无线通讯，由此实现对LED光源的无线驱动。与现有技术相比，不需要布置金属电缆，使得LED光源的布置具有很大的灵活性，可扩展性较好；也省去了对金属电缆的维护工作，使得对LED光源的维护比较简便；同时，解决了因金属线缆的老化、报废，对环境造成污染，给人类生活带来安全隐患的问题。

附图说明

图1为本发明实施例所述的发光二极管的无线驱动系统结构图。；

图2为本发明实施例所述LED驱动模块结构图；

图3为本发明实施例所述的恒流控制电路的电路图；

图4为本发明实施例的双管正激电路的控制电路图；

图5为本发明实施例所述驱动电源整体电路图；

图6为本发明实施例的无线通讯模块结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，为本发明实施例所述的发光二极管的无线驱动系统结构图。所述系统包括：上位机1、无线通讯模块2、以及至少一路LED驱动模块3。

所述上位机1用于将调光控制信号通过无线通讯模块2以无线形式发送至指定的LED驱动模块3。

每路所述LED驱动模块3连接一LED光源4，用于根据接收到调光控制信号，输出相应的恒流控制信号，调节与其相连的LED光源4的亮度，实现对LED光源的调光控制。

具体的，当上位机输出的调光控制信号发生变化时，所述PWM波形也将发生变化。所述LED驱动模块30根据所述PWM波形的变化，调节输出的恒流控制信号变化，进而调节与其相连的LED光源4的亮度，实现对LED光源4的调光控制。

需要说明的是，每路所述LED驱动模块3的结构均相同，包括单片机31、电流采样单元32、和LED驱动电源33。

其中，所述单片机31与所述无线通讯模块2相连，用于接收所述调光控制信号，并转化为相应的PWM波形，输出至LED驱动电源33。

所述电流采样单元32与所述LED光源4连接，用于接收所述LED光源4反馈回的采样电流，输出至所述LED驱动电源33。

所述LED驱动电源33，用于根据所述单片机31输出的PWM波形的变化，结合所述采样电流，调节输出至与其相连的LED光源4的驱动电流变化，进而调节所述LED光源4的亮度，实现对LED光源4的调光控制。

无线通讯模块2用于实现上位机1与单片机3之间的无线通讯。

本发明实施例中，采用无线通讯模块实现上位机与LED驱动模块之间的无线通讯，由此实现对LED光源的无线驱动。与现有技术相比，不需要布置金属电缆，使得LED光源的布置具有很大的灵活性，可扩展性较好；也省去了对金属电缆的维护工作，使得对LED光源的维护比较简便；同时，解决了因金属线缆的老化、报废，对环境造成污染，给人类生活带来安全隐患的问题。

具体的，参见图2所示，为本发明实施例所述LED驱动模块结构图。所述LED驱动模块包括：单片机31、电流采样单元32、和LED驱动电源33。

其中，所述LED驱动电源33包括：滤波整流电路331、PFC校正电路332、双管正激电路333、恒流控制电路334。

所述滤波整流电路331用于对接收到的输入交流电压进行高频滤波和整流，输出全波至PFC校正电路332。

具体的，所述滤波整流电路331可以由EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)滤波电路和整流桥组成。

所述EMI滤波电路用于对接收到的输入交流电压进行高频滤波，能够滤除输入交流电压中的高频杂波，抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响，同时也抑制设备对交流电网的干扰。所述整流桥对经过了EMI滤波电路滤波后的输入交流电压进行整流，输出全波至PFC校正单元332。其中，所述输入交流电压一般为220V市电输入。

所述PFC校正电路332，用于对接收到的全波进行功率因数校正，输出稳定的直流母线电压至所述双管正激电路333。

对于LED驱动电源，由于电子开关的非线性，使接口电路的输入电流谐波含量很高，导致电力电子装置的网侧功率因数较低。随着电力电子系统投网容量的日增，使得输入电流谐波对电网的影响也越来越严重。为了限制输入电流的畸变，抑制谐波含量，国际电工组织提出了谐波抑制的标准，在电力电子装置中加入功率因数校正电路，使网侧电流正弦化，并保持与电网电压同相。

具体的，本发明实施例所述LED驱动电源中，采用PFC校正电路332，提高所述驱动电源的功率因数，节省无功功率损耗，避免交流电网内的第三阶谐波电流造成的一些问题。具体的，一般无PFC校正电路的驱动电源，其功率因数为0.5-0.7左右，带PFC校正电路的驱动电源其功率因数可达到0.99以上。

所述恒流控制电路334，用于接收单片机31输出的PWM波形和电流采样单元32输出的采样电流，根据所述PWM波形确定基准电流的大小，将所述基准电流与所述采样电流比较后经运算放大器，输出恒流控制信号至所述双管正激电路333。

所述双管正激电路333属于DC/DC变换电路，用于将接收自所述PFC校正电路332的直流母线电压变换为驱动所述LED光源所需的电压；同时，所述双管正激单元333根据所述恒流控制信号，调节输出至与其相连的LED光源4的驱动电流的大小，进而调节的所述LED光源4的亮度，实现对LED光源4的调光控制。

参照图3所示，为本发明实施例所述的恒流控制电路的电路图。所述恒流控制电路334包括第二光耦芯片U2和至少一路控制支路。如图3所示，本发明实施例所述恒流控制电路334可以包括多路控制支路，其中，每条所述控制支路用于控制一路的LED光源4。

图3中以4路控制支路为例进行说明，在实际应用中，所述恒流控制电路334包括的支路数可以根据实际需要具体设定。

需要说明的是，所述恒流控制电路334包括的多条支路的电路结构和工作原理相同。现以其中一条支路为例进行详细说明。

如图3所示，所述第二光耦芯片U2采用TLP521芯片，包括4个管脚，其中管脚1和管脚2为发光侧，管脚3和管脚4为受光侧。所述第二光耦芯片U2的管脚1经电阻R21接所述单片机31输出的PWM波形，所述第二光耦芯片U2的管脚3接各条控制支路的运算放大器的正输入端。从而，所述单片机31输出的PWM波形经过所述第二光耦芯片U2，输出基准电流至各条控制支路的运算放大器的正输入端，使得各运算放大器正输入端输入的基准电流随所述PWM波形的变化而变化。

如图3所示，以运算放大器U1A所在支路为例进行说明。所述控制支路包括：运算放大器U1A、第一电阻R5、第二电阻R6、第三电阻R7、第四电阻R8、第一电容C4、第二电容C5、第三电容C6、二极管D1。

其中，所述运算放大器U1A的正输入端接基准电流，所述运算放大器U1A的负输入端通过第一电阻R5接与所述控制电路相连的LED光源4，接收所述LED光源4返回的采样电流，所述运算放大器U1A的负输入端经第一电容C4接地；所述运算放大器U1A的输出端经第四电阻R8接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极，接所述恒流控制电路334的输出端，输出所述恒流控制信号至所述双管正激单元333。

所述第二电容C5与第二电阻R6串联后并联接在所述运算放大器U1A的负输入端和输出端之间；所述第三电阻R7并连接在所述运算放大器U1A的负输入端和输出端之间；所述运算放大器U1A的输出端经所述第三电容C6接地。

具体的，所述单片机31输出的PWM波形通过电阻R21接入第二光耦芯片U2的输入端，通过所述第二光耦芯片U2改变所述运算放大器正输入端输入的基准电流的大小，使得所述运算放大器输出恒流控制信号至所述双管正激单元333，改变其输出至LED光源4的驱动电流的大小。

参照图4所示，为本发明实施例的双管正激电路的控制电路图。

所述双管正激电路333的控制电路采用芯片UC3844实现。所述UC3844芯片为高性能固定频率电流模式控制器，用于输出控制双管正激电路333的开关管动作的PWM脉冲信号。

如图4所示，所述UC3844芯片包括8个引脚。下面对其各引脚的功能和外围电路连接做简单介绍。

管脚1(COMP管脚)为误差放大器输出，可用于环路补偿，所述管脚1通过电阻R3和电阻R2接反馈电压；

管脚2(VFB管脚)为误差放大器的反相输入端，所述管脚2通过电阻R2接反馈电压，同时，通过电阻R2和电阻R4接地，电容C3并联接在管脚2和管脚1之间；

管脚3(C/S管脚)为采样电流输入端，所述管脚3通过电阻R6接电流采样，同时，管脚3通过电容C7接地，其中，所述电流采样为所述双管正激电路333的开关管的电流采样；

管脚4(RT/CT管脚)通过电阻R5连接到管脚8(VREF管脚)，通过电容C5连接到地，电容C4接在管脚4和管脚3之间；

管脚5(GLD管脚)为控制电路和电源的公共地；

管脚6(OUT管脚)为PWM脉冲输出管脚，通过电阻R7输出驱动所述双管正激电路333的开关管动作的PWM脉冲信号；

管脚7(VCC管脚)接启动电压，所述管脚7分别经电容C2和CA1接地；

管脚8(VREF管脚)为参考输出，通过电阻R5向电容C5提供充电电流，所述管脚8接标准电压+5V，同时经电容C6接地。参照图5所示，为本发明实施例所述驱动电源整体电路图。所述驱动电源33包括：滤波整流电路331、PFC校正电路332、双管正激电路333、恒流控制电路334。

其中，图3所示恒流控制电路334通过接插件J3接入图5所示驱动电源电路图；图4所示双管正激电路333的控制电路通过接插件J1接入图5所示驱动电源电路图。

如图5所示，所述恒流控制电路334输出的恒流控制信号，通过所述接插件J3的第5脚，输入图5所示第一光耦芯片U1的管脚2；所述双管正激电路333的输出的用于驱动LED光源4的电压通过电阻R33接到所述第一光耦芯片U1的管脚1；所述第一光耦芯片U1的管脚3和管脚4分别通过所述接插件J1的第1脚和第2脚，接所述双管正激电路333的控制芯片。

所述双管正激电路333的控制电路输出的PWM控制脉冲，通过所述接插件J1的第4脚输入所述双管正激电路333，从而控制所述双管正激电路333的开关管Q2和Q3动作，由此使得所述LED电路处于恒压与恒流的工作状态。

具体的，所述单片机31输出的PWM信号经所述恒流控制电路334的第二光耦芯片U1，改变所述恒流控制电路334中各运算放大器正输入端的基准电流，所述基准电流与采样电流经所述运算放大器比较后，输出的恒流控制信号至所述双管正激电路333，改变所述开关管Q2和Q3的开关速度，从而改变LED光源4上的驱动电流。

由本领域的常识可知，LED光源4是采用恒流驱动的，当流过LED电源4的驱动电流发生变化时，LED光源4的输出亮度将发生变化，因此实现了所述LED光源4的亮度的调节。

本发明实施例所述驱动系统中，采用无线通讯模块实现上位机与LED驱动模块之间的无线通讯，由此实现对LED光源的无线驱动。

具体的，所述无线通讯模块2可以通过ZigBee通讯模块实现。其中，ZigBee是一种近距离、低功耗、低传输速率、低复杂度、低成本的无线通信技术，主要用于工业及家居的自动智能控制、传感、监控和远程控制等领域。ZigBee还具有网络容量大的优点，一个ZigBee网络最多可包括65535个网络节点。ZigBee通信模块可以嵌入电子设备中，同时支持地理定位功能。

参照图6，为本发明实施例的无线通讯模块结构图。图6所示中，所述无线通讯模块2采用ZigBee通讯模块实现。所述无线通信模块2包括：协调器21、至少一路路由器22或终端设备23。

所述ZigBee通讯模块的协调器22建立无线网络，通过无线网络实现与所述路由器22和/或终端设备23之间的无线通讯。

其中，所述协调器21与上位机1相连，用于接收上位机1发送的调光控制信号，以无线形式发送至上位机1指定的路由器22和/或终端设备23。每个所述路由器22和/终端设备23与一路LED驱动模块3相连，用于将接收到的调光控制信号发送至与其相连的LED驱动模块3。

本发明实施例所述ZigBee通讯模块中，只需要一个协调器21即可实现与上位机1之间的通讯。

所述协调器21上电初始化后，主动建立一无线网络，并等待路由器22和/或终端设备23的加入。所述协调器21可以通过无线网络实现与加入所述无线网络中的路由器22和/或终端设备23之间的无线通讯。

具体的，所述ZigBee通讯模块可以包括多路路由器22和/或终端设备23。每路路由器22和终端设备23可以用于连接一路LED驱动模块3，实现对一路LED光源4的无线控制。

其中，所述终端设备23为终节点，其只能直接与所述LED驱动模块3相连，将接收到的调光控制信号输出至与其相连的LED驱动模块3。

所述路由器22可以直接与所述LED驱动模块3相连，也可以通过下级设备与所述LED驱动模块3相连，允许其下级设备加入到无线网络中。

当所述路由器22直接与所述LED驱动模块3相连时，所述路由器22直接将接收到的调光控制信号输出至与其相连的LED驱动模块3。

当所述路由器22通过下级设备与所述LED驱动模块3相连时，所述路由器22将接收到的调光控制信号通过所述下级设备输出至与其相连的LED驱动模块3。

具体的，每个所述路由器22可以连接至少一个下级设备，每个下级设备连接一路LED驱动模块3，实现对一路LED光源4的无线控制。

具体的，所述下级设备可以为终端设备，也可以为路由器。作为下级设备的路由器，与上级的路由器功能相同，既可以直接与所述LED驱动模块3相连，也可以通过下级设备与所述LED驱动模块3相连。

需要说明的是，本发明实施例所述系统中，ZigBee通讯模块的所述协调器21与所述路由器22和/或终端设备23之间的通信，依靠网络号进行识别。

具体的，所述ZigBee通讯模块中，当所述路由器22或终端设备23申请加入无线网络时，协调器21会相应的为每个接入无线网络的路由器22或终端设备23分配一个网络号；对于路由器22的下级设备，当路由器22的下级设备申请加入该无线网络时，协调器21也会相应的为路由器22的每个加入所述无线网络的下级设备分配一个网络号。

此时，对应的，上位机1发送的调光控制信号中包含有指定的LED光源4的信息。所述协调器21会对接收自上位机1的调光控制信号进行识别，确定该调光控制信号指定控制的是哪一路LED光源4，根据该路LED光源4对应的路由器22或终端设备23的网络号，将所述调光控制信号发送至对应的路由器22或终端设备23。

具体的，由上述可知，每个路由器22或终端设备23分别通过一路LED驱动模块3连接一路LED光源4。因此，可以说，每个路由器22或终端设备23与一路LED光源4相对应。建立每个路由器22或终端设备23的网络号、与分别与其对应的LED光源4之间的一一对应关系，并保存在所述协调器中21。

所述协调器21可以根据所述调光控制信号中包含的LED光源4的信息与所述对应关系，确定与该LED光源4对应的网络号，识别该网络号对应的路由器22或终端设备23。

需要说明的是，本发明实施例中，所述ZigBee通讯模块采用串口通信从所述上位机1接收调光控制信号，并通过无线网络将所述调光控制信号以串口通信形式传输至LED驱动模块3，实现对LED光源4的调光作用。

本发明实施例中，采用ZigBee通讯模块实现上位机与LED驱动模块之间的无线通讯，由此实现对LED光源的无线控制。由此，利用ZigBee通讯模块功耗低、应用灵活、扩展性好的优点，能够灵活、简便的实现对LED光源的调光控制。

需要注意的是，本发明实施例中，在进行串口通信时，必须保证所述ZigBee通讯模块的串口和单片机的串口的通信模式一致，比如波特率、帧格式等。在对所述单片机的编程中，必须对其串口通信模块首先进行初始化，对其波特率和帧格式进行设置，同时还必须保证对其I/O口的输入输出进行设定。

以上对本发明所提供的一种发光二极管的无线驱动系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述系统包括：上位机、无线通讯模块、以及至少一路LED驱动模块；每路所述LED驱动模块连接一LED光源；

2.根据权利要求1所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述LED驱动电源包括：滤波整流电路、PFC校正电路、双管正激电路、恒流控制电路；

3.根据权利要求1所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述无线通讯模块为ZigBee通讯模块；

4.根据权利要求3所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，

所述路由器直接与所述LED驱动模块相连；

或，

所述路由器通过下级设备与所述LED驱动模块相连。

5.根据权利要求4所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述路由器连接至少一个所述下级设备；

所述下级设备为终端设备、或路由器。

6.根据权利要求3所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述上位机发送的调光控制信号中包含指定的LED光源的信息。

7.根据权利要求6所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述协调器为每个路由器或终端设备分配一个网络号；

8.根据权利要求7所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述协调器中保存有每个路由器或终端设备的网络号、与分别与其对应的LED光源之间的一一对应关系。

9.根据权利要求8所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述ZigBee通讯模块采用串口通信模式实现与所述单片机之间的通信。

10.根据权利要求2所述的发光二极管的无线驱动系统，其特征在于，所述ZigBee通讯模块采用串口通信模式实现与所述上位机之间的通信。