CN101984735A - Led恒流驱动器和照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED恒流驱动器和照明系统，属于照明领域。该LED恒流驱动器包括：直流电源、调光电路和PWM控制电路；该直流电源用于给该调光电路和该PWM控制电路供电；该调光电路用于向该PWM控制电路发送控制信号；该PWM控制电路用于根据该控制信号调整预设电压，以驱动LED光源工作在恒流状态。该照明系统包括上述LED恒流驱动器，还包括：用于照明的LED光源，与该LED恒流驱动器串联连接。本发明通过在LED驱动器中设置PWM控制电路和调光电路，实现LED光源功率的调节，该LED驱动器的适应电压范围宽，通用型强。

Description

LED恒流驱动器和照明系统

技术领域

本发明涉及照明领域，涉及LED恒流驱动器和照明系统，特别涉及一种利用直流电源供电的太阳能路灯通用型的LED恒流驱动器和照明系统。

背景技术

LED驱动器是指驱动发光二极管的器件，现有的驱动器从供电电压的高低可以分为三类：第一类，由电池供电，电压一般低于5V，主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率白光LED，主要采用升压式DC/DC变换器或升压式(或升降压式)电荷泵变换器，少数采用LDO电路的驱动器；第二类，大于5V供电，由稳压电池或蓄电池供电，它主要用可升降压式DC/DC变换器；第三类，直接由市电(110V或220V)或相应的高压直流电(如40-400V)供电，主要用于驱动大功率白光LED，采用降压式DC/DC变换器驱动电路。

现有的第二类LED驱动器，当输入及输出电压发生变化时，通过检测LED光源的回路电流，限制流过LED光源的电流在所允许的范围内，以驱动LED光源工作在允许的电流范围内。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的LED驱动器使LED光源始终工作在满功率状态，且LED驱动器的电压适应范围窄。

发明内容

为了扩大LED驱动器电压适应范围，并实现LED光源的多时段、多功率工作，本发明实施例提供了一种LED恒流驱动器和照明系统。所述技术方案如下：

一种LED恒流驱动器，包括直流电源、调光电路和PWM(Pulse WidthModulation，脉宽调制)控制电路；

所述直流电源用于给所述调光电路和所述PWM控制电路供电；所述调光电路用于向所述PWM控制电路发送控制信号；所述PWM控制电路用于根据所述控制信号调整预设电压，以驱动LED光源工作在恒流状态。

其中，所述调光电路具体包括单片机，第二集成块(U)，限流电阻(Rin)，第四电容(CU1)，第五电容(CU2)，第六电容(CU3)，第七电容(CU4)，上电复位电路和外接振荡电路；

所述第四电容(CU1)和所述第五电容(CU2)的一端分别与所述直流电源进行连接，所述第四电容(CU1)的另一端和所述第五电容(CU2)的另一端分别接地，所述第五电容(CU2)用于对所述直流电源进行稳压处理，所述第四电容(CU1)用于对进行稳压处理后的直流电源进行滤波处理；

该第二集成块(U)用于将经过滤波和稳压处理的直流电源变换输出为设定电压的电源；

所述第六电容(CU3)和所述第七电容(CU4)的一端与所述设置电压的电源进行连接，所述第六电容(CU3)和所述第七电容(CU4)的另一端分别接地，所述第六电容(CU3)对所述设定电压的电源进行稳压处理，所述第七电容(CU4)对经过稳压处理后的设定电压的电源进行滤波处理；

所述限流电阻(Rin)与所述第二集成块(U)进行连接，用于降低第二集成块(U)的输入电压；所述上电复位电路与所述单片机进行连接，用于对所述单片机执行上电复位操作；所述外接振荡电路与所述单片机进行连接，用于对所述单片机提供时钟信号；所述单片机用于提供控制信号。

其中，所述PWM控制电路具体包括第一集成块(U1)，第一电阻(R1)，第二电阻(R2)，第三电阻(R3)，第一MOS管(Q1)，第二MOS管(Q2)，电感(L)和二极管(D1)；

所述第二电阻(R2)的一端与所述第一集成块(U1)的第七引脚进行连接，另一端接地，用于设置所述第一集成块(U1)的振荡频率；

所述第一电阻(R1)的一端与所述第一集成块(U1)的过压保护端口进行连接，另一端与所述二极管(D1)的输出端进行连接，用于设置电路的过压保护点；

所述第三电阻(R3)的一端与所述第一集成块(U1)的过压保护端口进行连接，另一端接地，用于设置电路的过压保护点；

所述第一MOS管(Q1)的控制端与所述第一集成块(U1)的第三引脚进行连接，所述第一MOS管(Q1)的输出端与所述电感(L)的输出端进行连接，用于实现所述电感(L)的升压；

所述第二MOS管(Q2)的控制端与所述第一集成块(U1)的第十一引脚进行连接，所述第二MOS管(Q2)的输出端与LED光源的输入端进行连接，用于在LED光源短路时，切断负载回路实现短路保护；

所述二极管(D1)与电感(L)和LED光源进行串联连接，用于驱动所述LED光源。

进一步地，所述LED恒流驱动器还包括防反接电路，所述防反接电路与所述直流电源和所述PWM控制器串联连接，所述防反接电路具体包括一单向二极管，用于在所述直流电源极性反接时，保护电路。

其中，所述单向二极管具体为肖特基二极管。

进一步地，所述LED恒流驱动器还包括滤波电路，所述滤波电路与所述直流电源、所述PWM控制器串联连接，用于对所述直流电源进行滤波处理。

其中，所述滤波电路具体包括第十一电容(C1)、第十二电容(C0)和双向抑制型二极管(TVS)；

所述第十一电容(C1)、所述第十二电容(C0)和所述双向抑制型二极管(TVS)进行并联连接；所述双向抑制型二极管(TVS)用于将所述直流电源的电压抑制在预设范围内；所述第十一电容(C1)和所述第十二电容(C0)用于对所述直流电源分别进行稳压处理和滤波处理。

本发明实施例还提供了一种应用如上述一LED恒流驱动器的照明系统，所述照明系统包括LED恒流驱动器，还包括：

用于照明的LED光源，与所述LED恒流驱动器串联连接。

所述LED光源的总功率在7～18W范围内。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在LED驱动器中设置PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)控制电路和调光电路，在接通电源时，调光电路输出控制信号给PWM控制电路，由PWM控制电路根据该控制信号改变设定电压值，进而实现LED光源功率的调节，同时该LED光源可以实现多时段、多功率工作，该LED驱动器的适应电压范围宽，通用型强。

附图说明

图1是本发明实施例1中提供的LED恒流驱动器的结构示意图；

图2是本发明实施例2中提供的LED恒流驱动器的结构示意图；

图3是本发明实施例2中提供的LED恒流驱动器中的PWM控制电路的结构示意图；

图4是本发明实施例2中提供的LED恒流驱动器中的调光电路的结构示意图；

图5是本发明实施例2中提供的LED恒流驱动器中的防反接电路的结构示意图；

图6是本发明实施例2中提供的LED恒流驱动器中的滤波电路的结构示意图；

图7是本发明实施例3中提供的照明系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了一种LED恒流驱动器，包括直流电源101、调光电路102和PWM控制电路103，

直流电源101用于给调光电路102和PWM控制电路103供电；

调光电路102用于向PWM控制电路103发送控制信号；

PWM控制电路103用于根据所述控制信号调整预设电压，以驱动LED光源工作在恒流状态。

本发明实施例提供的LED恒流驱动器，通过设置PWM控制电路和调光电路，在接通电源时，调光电路输出控制信号给PWM控制电路，由PWM控制电路根据该控制信号改变设定电压值，进而实现LED光源功率的调节，同时该LED光源可以实现多时段、多功率工作，该LED驱动器的适应电压范围宽，通用型强。

实施例2

参见图2，本发明实施例提供了一种LED恒流驱动器，该LED恒流驱动器包括直流电源201、调光电路202和PWM控制电路203，该直流电源201与该PWM控制电路203串联连接，该调光电路203与该PWM控制电路202并联连接；

具体地，该直流电源201可以为蓄电池或太阳能光伏电源，该直流电源可以为DC12V，也可以为DC24V，本发明实施例不对此做出限定，直流电源用于给PWM控制电路和调光电路供电。

具体地，PWM控制电路203与直流电源201串联连接，用于根据调光电路输出的控制信号调整设定电压，并输出给LED光源，以控制连接的LED光源的结温并降低LED光源的功耗。

其中，本发明实施例以图3所示的PWM控制电路203为例进行说明，并不对此做出限定，该PWM控制电路203根据接收的控制信号调整第三引脚GAT的输出占空比，调整预设电压，以改变LED光源的驱动电压，使LED光源的电流达到设定值，同时该PWM控制电路203不断检测LED光源的电流是否达到设定值，若达到，则驱动LED光源工作在恒流状态；否则，继续对第三引脚输出占空比进行调整。

该PWM控制电路203包括：第一集成块U1，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第一MOS管Q1，第二MOS管Q2，电感L和二极管D1；

其中，第一集成块U1采用16引脚结构，该16个引脚分别为：第一引脚VIN、第二引脚VDD、第三引脚GAT、第四引脚GND、第五引脚CS、第六引脚SC、第七引脚RI、第八引脚SYNC、第九引脚CLM、第十引脚REF、第十一引脚FAUT、第十二引脚OVP(过电压保护端口)、第十三引脚PWMD、第十四引脚COMP、第十五引脚IREF和第十六引脚FDBR。

其中，该第二电阻R2的一端与该第一集成块U1的第七引脚RI进行连接，另一端接地，用于设置第一集成块U1的振荡频率；该第一电阻R1的一端与该第一集成块U1的过压保护端口进行连接，另一端与该二极管D1的输出端进行连接；该第三电阻R3的一端与该第一集成块U1的过压保护端口进行连接，另一端接地，该第一电阻R1和第三电阻R3都用于设置电路的过压保护点，LED光源断路或空载时实现输出为0，从而降低了功耗，增强了安全性；该第一MOS管Q1的控制端与该第一集成块U1的第三引脚GAI进行连接，该第一MOS管Q1的输出端与电感L的输出端进行连接，用于实现电感L的升压；该第二MOS管Q2的控制端与该第一集成块U1的第十一引脚FAUT进行连接，该第二MOS管Q2的输出端与该LED光源的输入端进行连接，用于在该LED光源短路时，切断负载回路实现短路保护；该二极管D1与电感L和LED光源进行串联连接，用于驱动该LED光源。

具体地，如图3所示，本发明实施例提供的某一路PWM控制电路203的具体结构包括：电感L的一端连接直流电源VCC，另一端连接二极管D1的输入端；二极管D1的输入端连接电感L的一端，输出端连接LED光源；第一集成块U1的第一引脚VIN连接直流电源VCC；第二电阻R2的第一端接地，该第二电阻R2的第二端连接第一集成块U1的第七引脚RI；第一电阻R1的第二端连接第一集成块U1的第十二引脚OVP，该第一电阻R1的第一端连接二极管D1的输出端；第三电阻R3的第一端连接第一集成块U1的第十二引脚OVP，该第三电阻R3的第二端接地；第一MOS管Q1的控制端连接第一集成块U1的第三引脚GAI，该第一MOS管Q1的电源端接地，该第一MOS管Q1的输出端连接二极管D1的输入端；第二MOS管Q2的控制端连接第一集成块U1的第十一引脚FAUI，该第二MOS管Q2的电源端接地，该第二MOS管Q2的输出端连接LED光源；

具体地，调光电路202与PWM控制电路203并联连接，用于向PWM控制电路发送控制信号，在直流电源通电时，CPU开始计时，用于设置功率调节的时间，计时时间到输出控制信号给PWM控制电路，以使PWM控制电路根据该控制信号调整设定电压，输出给连接PWM控制电路的LED光源，从而控制该LED光源的结温并降低该LED光源的功耗。

其中，本发明实施例以图4所示的调光电路202为例进行说明，并不对此作出限定，具体包括单片机CPU，第二集成块U，限流电阻Rin，第四电容CU1，第五电容CU2，第六电容CU3，第七电容CU4，上电复位电路和外接振荡电路；其中，该第四电容CU1和该第五电容CU2的一端分别连接该直流电源，该第四电容CU1的另一端和该第五电容CU2的另一端分别接地，该第五电容CU2用于对该直流电源进行稳压处理，该第四电容CU1用于对经过稳压处理的直流电源进行滤波处理；该第二集成块U用于将经过滤波和稳压处理的直流电源变换输出为DC5V电压，以供LED光源使用；该第六电容CU3和该第七电容CU4的一端与该第二集成块U进行连接，该第六电容CU3和该第七电容CU4的另一端分别接地，该第六电容CU3对该DC5V电压进行稳压处理，该第七电容CU4对进行稳压处理后的DC5V电压进行滤波处理；该Rin与该第二集成块U进行连接，用于降低第二集成块U的工作电压；该上电复位电路与该单片机进行连接，用于对该单片机执行上电复位操作；该外接振荡电路与该单片机进行连接，用于对该单片机提供时钟信号。

具体地，如图4所示，该调光电路202具体包括单片机CPU，第二集成块U，第四电阻R，限流电阻Rin第四电容CU1，第五电容CU2，第六电容CU3，第七电容CU4，第八电容CU5，第九电容CX1，第十电容CX2和晶振Y；其中，第二集成块U的第一端连接第六电容CU3的第一端和第七电容CU4的第一端，第六电容CU3的第二端和第七电容CU4的第二端接地；该第二集成块U的第二端接地；该第二集成块U的第三端连接限流电阻Rin的第一端；该限流电阻Rin的第二端连接第四电容CU1的第一端和第五电容CU2的第一端，该第四电容CU1的第二端和第五电容CU2的第二端连接直流电源VCC；

本发明实施例以PWM控制电路调整设定DC5V电压为例进行说明，当直流电源通电后，该直流经过第五电容CU2的稳压作用及第四电容CU1的滤波作用后，经第二集成块U变换输出为设定电压的电源，如本发明实施例输出DC5V电压，然后经过第六电容CU3的稳压作用及第七电容CU4的滤波作用后；通过上电复位电路对单片机进行复位操作，外接振荡电路对单片机提供时钟信号。

单片机CPU上电复位后开始计时，计时时间到该单片机CPU输出四路控制信号，并分别经第一热敏电阻RW1、第二热敏RW2、第三热敏RW3、第四热敏RW4输出给四路PWM控制电路，上述图3所示的仅为一路PWM控制电路，实际应用中，可以由一个控制信号输出给两个PWM控制电路，对于该四路控制信号，可以与并联连接的1至8路PWM控制电路进行电连接，以改变PWM控制电路的输出电流，实现LED光源的变功率调节。

进一步地，本发明实施例提供的LED恒流驱动器还包括防反接电路204，该防反接电路204与直流电源201和PWM控制器202进行串联连接，本发明实施例以图5所示的防反接电路为例进行说明，并不对此做出限定，该防反接电路至少包括单向二极管，优选地，该单向二极管可以为肖特基二极管D01，其中，当电路正常工作时，直流电源经该肖特基二极管D01流回直流电源的负极，形成闭合回路；当直流电源极性反接时，因肖特基二极管D01的单向导通特性，电路不能形成回路而受到保护，实现对直流电源反接保护的功能。本发明实施例通过在LED恒流驱动器中设置防反接电路，使LED恒流驱动器具备反接、输出短路、过压保护等功能，增强使用的可靠性，实现保护电路的功能。

进一步地，本发明实施例的LED恒流驱动器还包括滤波电路205，该滤波电路205与所述直流电源201和PWM控制器202进行串联连接，用于对直流电源进行滤波处理。本发明实施例以图6所示滤波电路为例进行说明，并不对此做出限定，该滤波电路包括二极管，第十一电容C1和第十二电容C0，优选地，该二极管可以为双向抑制型二极管TVS，该第十一电容C1和第十二电容C0的一端连接该双向抑制型二极管TVS的一端，该第十一电容C1和第十二电容C0的另一端连接该双向抑制型二极管TVS的另一端；该双向抑制型二极管TVS的一端连接直流电源VCC和防反接电路，该双向抑制型二极管TVS的另一端接地。其中，该直流电源依序经过该双向抑制型二极管TVS的抑制作用，第十一电容C1的稳压电容和第十二电容C0的滤波作用，为PWM控制电路和调光电路提供电源。

实际应用中，根据本发明实施例提供的LED恒流驱动器，电路的效率能够大于92％；PWM控制电路的输出恒流精度能够达到±1％；另外，通过设置了PWM控制电路和调光电路，能够实现对LED光源多时段定时调光控制，该LED光源的功率调节范围可以为15％～100％。

本发明实施例提供的LED恒流驱动器，通过设置PWM控制电路和调光电路，在接通电源时，调光电路输出控制信号给PWM控制电路，由PWM控制电路根据该控制信号改变设定电压值，进而实现LED光源功率的调节，且该LED光源可以实现多时段、多功率工作，适应电压范围宽，通用型强。另外，通过设置滤波电路和防反接电路，实现对电路的保护功能，提高了LED光源的供电效率和工作的可靠、稳定性。

实施例3

由于高温对LED光源寿命有严重影响，当LED光源在额定电流状态下工作时会产生热量，LED光源的结温如果不能控制在安全范围内，将会缩短LED光源的使用寿命。本发明实施例通过在LED恒流驱动器中设置PWM控制器和调光电路，降低了LED光源的工作电压，并降低了结温，延长了LED光源的使用寿命。

参见图7，本发明实施例提供了一种照明系统，该照明系统包括上述任一实施例中的LED驱动器301，还包括：

LED光源302，所述LED光源302与所述LED驱动器301串联连接，用于提供光源。

其中，该LED光源为大功率的LED光源，其每路的LED光源的总功率在7-18W范围内。具体地，该LED光源可以采用7～18个1W的LED串联的形式。

本发明实施例提供的照明系统，通过在LED恒流驱动器中设置调光电路和PWM控制电路，减缓了高温和强电流对LED光源的冲击，从而降低了夜深车少人稀时LED光源的工作电流和功耗，进而减少了LED的发热量，降低了结温，延长了LED的使用寿命，尤其能够适用于以大功率LED作光源的照明系统；同时节省了日益紧缺的能源。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LED恒流驱动器，其特征在于，包括直流电源、调光电路和PWM控制电路；

所述直流电源用于给所述调光电路和所述PWM控制电路供电；所述调光电路用于向所述PWM控制电路发送控制信号；所述PWM控制电路用于根据所述控制信号调整预设电压，以驱动LED光源工作在恒流状态。

2.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述调光电路具体包括单片机，第二集成块(U)，限流电阻(Rin)，第四电容(CU1)，第五电容(CU2)，第六电容(CU3)，第七电容(CU4)，上电复位电路和外接振荡电路；

所述第四电容(CU1)和所述第五电容(CU2)的一端分别与所述直流电源进行连接，所述第四电容(CU1)的另一端和所述第五电容(CU2)的另一端分别接地，所述第五电容(CU2)用于对所述直流电源进行稳压处理，所述第四电容(CU1)用于对进行稳压处理后的直流电源进行滤波处理；

该第二集成块(U)用于将经过滤波和稳压处理的直流电源变换输出为设定电压的电源；

所述第六电容(CU3)和所述第七电容(CU4)的一端与所述设置电压的电源进行连接，所述第六电容(CU3)和所述第七电容(CU4)的另一端分别接地，所述第六电容(CU3)对所述设定电压的电源进行稳压处理，所述第七电容(CU4)对经过稳压处理后的设定电压的电源进行滤波处理；

所述限流电阻(Rin)与所述第二集成块(U)进行连接，用于降低第二集成块(U)的输入电压；所述上电复位电路与所述单片机进行连接，用于对所述单片机执行上电复位操作；所述外接振荡电路与所述单片机进行连接，用于对所述单片机提供时钟信号；所述单片机用于提供控制信号。

3.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述PWM控制电路具体包括第一集成块(U1)，第一电阻(R1)，第二电阻(R2)，第三电阻(R3)，第一MOS管(Q1)，第二MOS管(Q2)，电感(L)和二极管(D1)；

所述第二电阻(R2)的一端与所述第一集成块(U1)的第七引脚进行连接，另一端接地，用于设置所述第一集成块(U1)的振荡频率；

所述第一电阻(R1)的一端与所述第一集成块(U1)的过压保护端口进行连接，另一端与所述二极管(D1)的输出端进行连接，用于设置电路的过压保护点；

所述第三电阻(R3)的一端与所述第一集成块(U1)的过压保护端口进行连接，另一端接地，用于设置电路的过压保护点；

所述第一MOS管(Q1)的控制端与所述第一集成块(U1)的第三引脚进行连接，所述第一MOS管(Q1)的输出端与所述电感(L)的输出端进行连接，用于实现所述电感(L)的升压；

所述第二MOS管(Q2)的控制端与所述第一集成块(U1)的第十一引脚进行连接，所述第二MOS管(Q2)的输出端与LED光源的输入端进行连接，用于在LED光源短路时，切断负载回路实现短路保护；

所述二极管(D1)与电感(L)和LED光源进行串联连接，用于驱动所述LED光源。

4.如权利要求1所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述LED恒流驱动器还包括防反接电路，所述防反接电路与所述直流电源和所述PWM控制器串联连接，所述防反接电路具体包括一单向二极管，用于在所述直流电源极性反接时，保护电路。

5.如权利要求4所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述单向二极管具体为肖特基二极管。

6.如权利要求1-5任一项所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述LED恒流驱动器还包括滤波电路，所述滤波电路与所述直流电源、所述PWM控制器串联连接，用于对所述直流电源进行滤波处理。

7.如权利要求6所述的LED恒流驱动器，其特征在于，所述滤波电路具体包括第十一电容(C1)、第十二电容(C0)和双向抑制型二极管(TVS)；

所述第十一电容(C1)、所述第十二电容(C0)和所述双向抑制型二极管(TVS)进行并联连接；所述双向抑制型二极管(TVS)用于将所述直流电源的电压抑制在预设范围内；所述第十一电容(C1)和所述第十二电容(C0)用于对所述直流电源分别进行稳压处理和滤波处理。

8.一种应用如上述权利要求1-7任一项所述的LED恒流驱动器的照明系统，其特征在于，所述照明系统包括LED恒流驱动器，还包括：

用于照明的LED光源，与所述LED恒流驱动器串联连接。

9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述LED光源的总功率在7～18W范围内。

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