CN102217426B - 集成升压控制模块的led灯装置 - Google Patents

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Abstract

一种集成升压控制模块的LED灯装置，使原来高压供电的串并联灯串改由低压供电，实现干电池或太阳能电池供电，减少对电网用电的需求，实现绿色节能。其技术方案为：装置包括升压控制模块和LED灯，其中升压控制模块对一初始电压升压处理后输出，进一步包括：工作电源；脉冲发生器；第一三极管，其基极连接脉冲发生器的脉冲信号输出端；第一整流二极管，第一端连接第一三极管的集电极，第二端作为最终电压输出的正极端，LED灯连接在此；第一滤波器，并联在第一整流二极管的第二端和第一三极管的发射极之间；电感或电阻，电感的第一端连接工作电源，第二端连接第一整流二极管的第一端，或者电阻的第一端连接工作电源，第二端连接第一整流二极管的第一端。

Description

集成升压控制模块的LED灯装置
技术领域
本发明涉及一种LED灯的装置，尤其涉及一种内部集成了升压控制的LED灯装置。
背景技术
目前的LED灯串分为低压灯串和高压灯串两大类。高压灯串是指采用交流电、或通过电源变换装置(如变压器、AC/DC等)且能提供高于5V电压供电的灯串产品(一般有6V、12V、24V、48V、110V、220V)。低压灯串是指采用干电池、纽扣电池、可充电电池、太阳能电池等，灯串工作电压在5V以下，一般为3V左右的灯串产品。
高压灯串可采用串并联接线方式，而低压灯串只能采用并联方式。
由于高压灯串需要较高的电压，所以无法采用低压供电，给太阳能电池等的应用带来了障碍，不利于绿色环保的实现。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种集成升压控制模块的LED灯装置，可使原来需要高压供电的串并联灯串改由低压供电，实现干电池或太阳能电池供电，减少对电网用电的需求，减少二氧化碳的排放，实现绿色节能。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种集成升压控制模块的LED灯装置，包括一升压控制模块和至少一LED灯，其中该升压控制模块对一初始电压进行升压处理后输出，其中该升压控制模块进一步包括：
工作电源，提供该初始电压；
脉冲发生器，连接该工作电源；
第一三极管(Q1)，其基极连接该脉冲发生器的脉冲信号输出端；
第一整流二极管(D1)，该第一整流二极管(D1)的第一端连接该第一三极管(Q1)的集电极，该第一整流二极管(D1)的第二端作为最终电压输出的正极端，其中该至少一LED灯的一端连接在该最终电压输出的正极端；
第一滤波器(C1)，并联在该第一整流二极管(D1)的第二端和该第一三极管(Q1)的发射极之间；
电感(L1)或电阻(R)，该电感(L1)的第一端连接该工作电源，该电感(L1)的第二端连接在该第一整流二极管(D1)的第一端，或者该电阻(R)的第一端连接该工作电源，该电阻(R)的第二端连接在该第一整流二极管(D1)的第一端。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该脉冲发生器进一步包括：
处理器芯片(IC)，该工作电源的两端分别连接该处理器芯片(IC)；
第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成的第一分压电路，其中第一电阻(R1)的第一端连接该处理器芯片(IC)的第一引脚，该第一电阻(R1)的第二端连接该第二电阻(R2)的第一端，该第二电阻(R2)的第二端连接该处理器芯片(IC)的第二引脚；
电容(C3)，并联在该第一电阻(R1)的第一端和第二端上。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该脉冲发生器是由分立元件构成。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该处理器芯片(IC)在该第一引脚上产生一正脉冲信号，通过该第一分压电路导通该第一三极管(Q1)，该工作电源通过该电感(L1)或电阻(R)、该第一三极管(Q1)的脉冲导通，使得该第一整流二极管(D1)输入为一脉冲信号，经过该第一整流二极管(D1)的整流后形成倍压整流模式，并经该第一滤波器(C1)滤波后得到一个高于该工作电源初始电压的最终输出电压。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该LED灯装置还包括用于对该工作电源进行充电的充电设备。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该充电设备包括太阳能电池或风力电机。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该处理器芯片的至少一个输出引脚上通过一限流电阻(R9)接一个第四三极管(Q4)，该第四三极管(Q4)的基极连接该限流电阻(R9)，该第四三极管(Q4)的发射极连接在一起，该第四三极管(Q4)的集电极为最终电压输出的负极端，基于该处理器芯片的控制输出高电平或低电平，其中该至少一LED灯的另一端连接在该最终电压输出的负极端。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该装置还包括：
第三电阻(R3)和第四电阻(R4)构成的第二分压电路，该充电设备连接在第三电阻(R3)的第一端和第四电阻(R4)的第二端之间；
第二三极管(Q2)，该第二三极管(Q2)的基极连接在该第三电阻(R3)的第二端，该第二三极管(Q2)的发射极与第四电阻(R4)的第二端连接，该第二三极管(Q2)的集电极连接在该处理器芯片的第三引脚；
第二整流二极管(D2)，该第二整流二极管(D2)的第一端连接该第三电阻(R3)的第一端，该第二整流二极管(D2)的第二端连接该处理器芯片的第四引脚；
第二滤波器(C2)，其第一端连接该第二整流二极管(D2)的第二端，其第二端连接该第四电阻(R4)的第二端；
上拉电阻(R5)，连接在该第二整流二极管(D2)的第二端和该第二三极管(Q2)的集电极之间。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该充电设备产生充电电压，通过该第二分压电路的分压以使该第二三极管(Q2)导通，从而将该处理芯片的第三引脚控制在低电平，以使该处理器芯片转为充电模式，使该处理器芯片导通，LED灯不亮，该充电设备的充电电流经该第二整流二极管(D2)的整流和该第二滤波器(C2)的滤波后，对该工作电源进行充电。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该充电设备不工作时，该第二三极管(Q2)不导通，通过该第五电阻(R5)使得该处理器芯片的第三引脚输入为高电平，该处理器芯片转为工作输出状态，使得该处理器芯片的输出导通，该LED灯点亮。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该LED灯装置还包括：
第三三极管(Q3)，该第三三极管(Q3)的基极通过第六电阻(R6)连接在该处理器芯片的第五引脚上，该第三三极管(Q3)的集电极连接该处理器芯片的第六引脚，该第三三极管(Q3)的发射极连接在该处理器芯片的该第四引脚上。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，当该处理器芯片处于工作输出状态时，该LED灯点亮，该处理器芯片的该第五引脚输出低电平，第六电阻(R6)和该第七电阻(R7)组成第三分压电路，该处理器芯片监测该最终输出电压，当该最终输出电压低于一预设值时该第三三极管(Q3)受到基极电压的影响由导通变为截止，该处理器芯片的该第六引脚得到低电平，从而转入休眠模式，使得使该处理器芯片的输出不导通，该LED灯不亮，以使该工作电源不被过放。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，该处理器芯片内部还设有计时电路，当计时达到一门限值时自动转入处理器芯片的休眠模式，使得该处理器芯片的输出不导通，该LED灯不亮，该工作电源不被过放。
根据本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的一实施例，在该处理器芯片的第七引脚和该最终电压输出的负极端之间设有开关(K1)，通过该开关(K1)使该处理器芯片的第七引脚输入低电平，以便通过该开关(K1)的开合控制该LED灯输出的变化，使该LED灯具有常亮、或常灭、或闪烁的功能。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过电路设计，将原始的工作电压通过升压处理后最后的输出电压达到满足高压供电的串并联灯串的要求。本发明一方面将低压(特别是太阳能电池)应用于串并联灯串后，使灯串对电网的供电要求降低，每年可为电网节约大量的化学燃料，实现绿色环保和低碳。另一方面，由于目前串并联LED灯串的机械化生产程度高，而低压并联LED灯串的劳动密度大，采用本发明的控制装置后可大大提高劳动生产率。
附图说明
图1是本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的实施例的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
集成升压控制模块的LED灯装置的第一实施例
图1示出了本发明的集成升压控制模块的LED灯装置的实施例的电路结构。请参见图1，本实施例的集成升压控制模块的LED灯装置主要由升压控制模块和至少一LED灯组成(在图1中示为四组LED灯)，其中升压控制模块由工作电源DC、处理器芯片IC、第一电阻R1和第二电阻R2构成的第一分压电路、第一三极管Q1、第一整流二极管D1、第一滤波器C1和电感L1构成。
工作电源DC是用来提供工作电压(也就是初始电压，是一个低电压)，例如可以是干电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等。工作电源DC的两端接处理器芯片IC，工作电源DC的正极端接处理器芯片IC的引脚IC-4(亦可称为第四引脚)，负极端通过一个开关K1接处理器芯片IC的引脚IC-2(亦可称为第七引脚)。第一电阻R1的第一端接处理器芯片的引脚IC-14(亦可称为第一引脚)，第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端相连，第二电阻R2的第二端和处理器芯片的引脚IC-11(亦可称为第二引脚)相连。在第一电阻R1上还并联了一个电容C3。而第一三极管Q1的基极连接第一电阻R1的第二端，发射极连第二电阻R2的第二端。
电感L1的第一端连处理器芯片的引脚IC-4，也相当于连工作电源DC的正极端，电感L1的第二端连第一三极管Q1的集电极，也相当于第一整流二极管D1的第一端。
应理解，此处的电感L1是可以被一个电阻R替换的，也就是说，用电阻R来替换此处的电感L1也可实现本发明的技术效果。
第一整流二极管D1的第一端连接第一三极管Q1的集电极，第一整流二极管D1的第二端作为最终输出电压的正极端。
第一滤波器C1并联在第一整流二极管D1的第二端和第一三极管Q1的发射极之间。
上述的这部分电路提供升压的功能。通过处理器芯片的内部程序，在引脚IC-14上产生一个正脉冲信号，通过第一电阻R1和第二电阻R2的分压电路，第一三极管Q1的基极平时为低电压，当处理器芯片的引脚IC-14输出正脉冲时，第一三极管Q1的基极就转为高电压，使得第一三极管Q1导通。工作电源DC通过电感L1、第一三极管Q1的脉冲导通，使第一整流二极管D1的输入为一脉冲信号，经过第一整流二极管D1的整流处理后，形成倍压整流模式，再经第一滤波器C1的滤波处理后得到一个12-48V的高电压。通过处理器芯片产生脉冲的频率和幅宽可以使得第一整流二极管D1的输出最高达到100V。
和工作电源DC并联连接的是一充电设备，由于是和工作电源DC并联，因此其两端也分别接在处理器芯片的引脚上。在本实施例中，这种充电设备是太阳能电池，当然也可以是其他的具有充电功能的设备。在图1中，处理器芯片上的引脚IC-7、IC-8、IC-9、IC-10都是输出引脚，以引脚IC-7为例，输出引脚IC-7通过限流电阻R9接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的集电极作为最终输出电压的负极端。类似地，对于其他的引脚IC-8、IC-9和IC-10，分别通过限流电阻R10、R11和R12接三极管Q5、Q6和Q7的基极。这些三极管Q4～Q7的集电极均作为最终输出电压的负极端，而发射极连接在一起。LED灯串连接在作为最终输出电压的正极端的第一整流二极管D1的第二端和作为最终输出电压的负极端的第四三极管Q4的集电极之间。在图1中，第一组LED灯串连接在第一整流二极管D1的第二端(最终电压输出的正极端)和三极管Q7的集电极(最终电压输出的负极端)之间，第二组LED灯串连接在第一整流二极管D1的第二端(最终电压输出的正极端)和三极管Q6的集电极(最终电压输出的负极端)之间，第三组LED灯串连接在第一整流二极管D1的第二端(最终电压输出的正极端)和三极管Q5的集电极(最终电压输出的负极端)之间，第四组LED灯串连接在第一整流二极管D1的第二端(最终电压输出的正极端)和三极管Q4的集电极(最终电压输出的负极端)之间。
当引脚IC-7、IC-8、IC-9、IC-10输出高电平时，外接的LED灯串为常亮。当引脚IC-7、IC-8、IC-9、IC-10输出低电平时，外接的LED灯串为常暗。依次按序将引脚IC-7、IC-8、IC-9、IC-10输出高电平，则外接的LED灯串也依序点亮(即流水输出)。将引脚IC-7、IC-8、IC-9、IC-10间隔一定的间隙输出高电平，则外接的LED灯串视间隙长短输出为快闪或慢闪等。
本实施例的装置还包括位于太阳能电池一侧的部分电路，包括第三电阻R3和第四电阻R4构成的第二分压电路，第二三极管Q2、第二整流二极管D2、第二滤波器C2和第五电阻R5。
太阳能电池连接在第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第二端之间。第二三极管Q2的基极连接在第三电阻R3的第二端，发射极与第四电阻R4的第二端连接，集电极连接在处理器芯片的引脚IC-1上。第二整流二极管D2的第一端连接第三电阻R3的第一端，第二整流二极管D2的第二端连接处理器芯片的引脚IC-4上。第二滤波器C2的第一端连接第二整流二极管D2的第二端，第二滤波器C2的第二端连接第四电阻R4的第二端。第五电阻R5连接在第二整流二极管D2的第二端和第二三极管Q2的集电极之间。
第三三极管Q3的基极通过第六电阻R6连接在处理器芯片的引脚IC-13上，第三三极管Q3的集电极连接处理器芯片的引脚IC-3，第三三极管Q3的发射极连接在处理器芯片的引脚IC-4上。
并且，在处理器芯片的引脚IC-2和第三三极管Q3的集电极之间设有开关K1。通过开关K1可以使得处理器芯片的引脚IC-2输入低电平，每接一次低电平就改变1次输出模式，例如将LED灯串的常亮改变为流水。
当太阳能电池光照后，产生充电电压，通过第三电阻R3和第四电阻R4的分压，使得第二三极管Q2导通，从而使得处理器芯片的引脚IC-1处于低电平。引脚IC-1上的低电平使得处理器芯片的内部程序自动转为充电模式，使处理器芯片导通，LED灯串不亮。太阳能电池的充电电流经过第二整流二极管D2的整流和第二滤波器C2的滤波后，对工作电源DC进行充电。
当太阳能电池无光照时，第二三极管Q2不导通，通过第五电阻R5的上拉作用使得处理器芯片的引脚IC-1输入为高电平，处理器芯片内部程序自动转为工作输出状态。处理器芯片输出导通，LED灯串点亮。
当太阳能电池不充电时，即处理器芯片当前处于工作输出状态，LED灯串点亮。处理器芯片的引脚IC-13(亦可称为第五引脚)输出高电平，第五电阻R5和第六电阻R6组成第三分压电路。处理器芯片监测最终输出电压，当最终输出电压低于一预设值时，第三三极管Q3受到基极电压的影响由导通变为截止，处理器芯片的引脚IC-3(亦可称为第六引脚)得到低电平，从而转入休眠模式，使得处理器芯片的输出不导通，LED灯不亮，由此保护工作电源DC不过放。
并且，在处理器芯片内部还可以设置一个计时电路，当输出时间到达一门限值时自动转入处理器芯片的休眠模式，使得处理器芯片的输出不导通，LED灯串不亮，保护工作电源DC不被过放而损坏。
应理解，上述的处理器芯片IC以及第一电阻R1、第二电阻R2和电容C3的组合只是用于对第一三极管Q1的基极进行脉冲输出的一种实现方式，也就是说，上述的处理器芯片IC以及第一电阻R1、第二电阻R2和电容C3可以被脉冲发生器所替换，脉冲发生器和第一三极管Q1的基极连接，用于发射一个脉冲信号至第一三极管Q1的基极。脉冲发生器的实现除了第一实施例中的处理器芯片的实现方式之外，还可以通过简单的分立元件(例如RC电路、LC电路等)来实现，由于分立元件实现脉冲发生器功能的技术手段是本领域的一种通用技术手段，在此不再详细说明。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (12)

1.一种集成升压控制模块的LED灯装置，包括一升压控制模块和至少一LED灯，其中该升压控制模块对一初始电压进行升压处理后输出，其中该升压控制模块进一步包括：
工作电源，提供该初始电压；
脉冲发生器，连接该工作电源；
第一三极管(Q1)，其基极连接该脉冲发生器的脉冲信号输出端；
第一整流二极管(D1)，该第一整流二极管(D1)的第一端连接该第一三极管(Q1)的集电极，该第一整流二极管(D1)的第二端作为最终电压输出的正极端，其中该至少一LED灯的一端连接在该最终电压输出的正极端；
第一滤波器(C1)，并联在该第一整流二极管(D1)的第二端和该第一三极管(Q1)的发射极之间；
电感(L1)或电阻(R)，该电感(L1)的第一端连接该工作电源，该电感(L1)的第二端连接在该第一整流二极管(D1)的第一端，或者该电阻(R)的第一端连接该工作电源，该电阻(R)的第二端连接在该第一整流二极管(D1)的第一端；
该脉冲发生器进一步包括：
处理器芯片(IC)，该工作电源的两端分别连接该处理器芯片(IC)；
第一电阻(R1)和第二电阻(R2)构成的第一分压电路，其中第一电阻(R1)的第一端连接该处理器芯片(IC)的第一引脚，该第一电阻(R1)的第二端连接该第二电阻(R2)的第一端，该第二电阻(R2)的第二端连接该处理器芯片(IC)的第二引脚；
电容(C3)，并联在该第一电阻(R1)的第一端和第二端上；
其中该处理器芯片的至少一个输出引脚上通过一限流电阻(R9)接一个第四三极管(Q4)，该第四三极管(Q4)的基极连接该限流电阻(R9)，该第四三极管(Q4)的发射极连接在一起，该第四三极管(Q4)的集电极为最终电压输出的负极端，基于该处理器芯片的控制输出高电平或低电平，其中该至少一LED灯的另一端连接在该最终电压输出的负极端。
2.根据权利要求1所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该脉冲发生器是由分立元件构成。
3.根据权利要求1所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该处理器芯片(IC)在该第一引脚上产生一正脉冲信号，通过该第一分压电路导通该第一三极管(Q1)，该工作电源通过该电感(L1)或电阻(R)、该第一三极管(Q1)的脉冲导通，使得该第一整流二极管(D1)输入为一脉冲信号，经过该第一整流二极管(D1)的整流后形成倍压整流模式，并经该第一滤波器(C1)滤波后得到一个高于该工作电源初始电压的最终输出电压。
4.根据权利要求3所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该LED灯装置还包括用于对该工作电源进行充电的充电设备。
5.根据权利要求4所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该充电设备包括太阳能电池或风力电机。
6.根据权利要求4所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该装置还包括：
第三电阻(R3)和第四电阻(R4)构成的第二分压电路，该充电设备连接在第三电阻(R3)的第一端和第四电阻(R4)的第二端之间；
第二三极管(Q2)，该第二三极管(Q2)的基极连接在该第三电阻(R3)的第二端，该第二三极管(Q2)的发射极与第四电阻(R4)的第二端连接，该第二三极管(Q2)的集电极连接在该处理器芯片的第三引脚；
第二整流二极管(D2)，该第二整流二极管(D2)的第一端连接该第三电阻(R3)的第一端，该第二整流二极管(D2)的第二端连接该处理器芯片的第四引脚；
第二滤波器(C2)，其第一端连接该第二整流二极管(D2)的第二端，其第二端连接该第四电阻(R4)的第二端；
上拉电阻(R5)，连接在该第二整流二极管(D2)的第二端和该第二三极管(Q2)的集电极之间。
7.根据权利要求6所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该充电设备产生充电电压，通过该第二分压电路的分压以使该第二三极管(Q2)导通，从而将该处理芯片的第三引脚控制在低电平，以使该处理器芯片转为充电模式，使该处理器芯片导通，LED灯不亮，该充电设备的充电电流经该第二整流二极管(D2)的整流和该第二滤波器(C2)的滤波后，对该工作电源进行充电。
8.根据权利要求7所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该充电设备不工作时，该第二三极管(Q2)不导通，通过该第五电阻(R5)使得该处理器芯片的第三引脚输入为高电平，该处理器芯片转为工作输出状态，使得该处理器芯片的输出导通，该LED灯点亮。
9.根据权利要求8所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该LED灯装置还包括：
第三三极管(Q3)，该第三三极管(Q3)的基极通过第六电阻(R6)连接在该处理器芯片的第五引脚上，该第三三极管(Q3)的集电极连接该处理器芯片的第六引脚，该第三三极管(Q3)的发射极连接在该处理器芯片的该第四引脚上。
10.根据权利要求9所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，当该处理器芯片处于工作输出状态时，该LED灯点亮，该处理器芯片的该第五引脚输出低电平，第六电阻(R6)和该第七电阻(R7)组成第三分压电路，该处理器芯片监测该最终输出电压，当该最终输出电压低于一预设值时该第三三极管(Q3)受到基极电压的影响由导通变为截止，该处理器芯片的该第六引脚得到低电平，从而转入休眠模式，使得使该处理器芯片的输出不导通，该LED灯不亮，以使该工作电源不被过放。
11.根据权利要求10所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，该处理器芯片内部还设有计时电路，当计时达到一门限值时自动转入处理器芯片的休眠模式，使得该处理器芯片的输出不导通，该LED灯不亮，该工作电源不被过放。
12.根据权利要求9所述的集成升压控制模块的LED灯装置，其特征在于，在该处理器芯片的第七引脚和该最终电压输出的负极端之间设有开关(K1)，通过该开关(K1)使该处理器芯片的第七引脚输入低电平，以便通过该开关(K1)的开合控制该LED灯输出的变化，使该LED灯具有常亮、或常灭、或闪烁的功能。
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