CN103188851B - Led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种LED恒流驱动电路，包括：控制单元，具有AD转换模块和PWM信号发生模块，所述PWM信号发生模块发出预设占空比的PWM信号；恒流支路，所述恒流支路根据对应PWM信号用于对LED负载提供恒定的电流；所述恒流支路包括PWM信号放大电路、开关电路、滤波电路以及采样电路。上述LED恒流驱动电路相比现有技术中采用恒流芯片的技术方案，由于采用价格便宜的电阻、开关管、以及电容等器件实现了恒流芯片同样的功能，大大降低了LED恒流驱动电路的成本，使LED恒流驱动电路成本比较低廉。

Description

LED恒流驱动电路

【技术领域】

本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种LED恒流驱动电路。

【背景技术】

随着LED技术的发展，LED在通用照明领域的应用越来越广泛。LED作为照明电器的光源，由于LED工作时需要恒定电流，因此需要专门的驱动电路，如果一个灯具内LED颗数较多，则需要多路输出的驱动电路。目前，多路输出LED驱动电路，通常采用控制单元MCU加恒流控制芯片方案，有多少路LED负载就需要相应数量的恒流控制芯片，成本比较高。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种成本低廉的LED恒流驱动电路。

一种LED恒流驱动电路，包括：

控制单元，具有AD转换模块和PWM信号发生模块，所述PWM信号发生模块发出预设占空比的PWM信号；

恒流支路，所述恒流支路根据对应PWM信号用于对LED负载提供恒定的电流；所述恒流支路包括：

PWM信号放大电路，所述PWM信号放大电路包括输入端、接地端和输出端，PWM信号输入端与所述PWM信号发生模块相连，所述PWM信号放大电路的接地端接地，所述PWM信号放大电路对所述PWM信号放大后经所述PWM信号放大电路的输出端输出；

开关电路，所述开关电路包括输入端、输出端和控制端，开关电路的输入端连接电源，所述开关电路的控制端与所述PWM信号放大电路的输出端相连，所述开关电路根据PWM信号把电源电压经开关电路的输出端输出；

滤波电路，所述滤波电路包括输入端、输出端和接地端，所述滤波电路的输入端与所述开关电路的输出端相连，所述滤波电路的接地端接地，所述滤波电路对所述电源电压滤波后经所述滤波电路的输出端输出，所述滤波电路的输出端用于与LED负载正极相连；

采样电路，所述采样电路包括输入端、接地端和输出端，所述采样电路的输入端与LED负载负极相连，所述采样电路的接地端接地，所述采样电路对LED负载的电流采样后经采样电路的输出端输出给所述AD转换模块。

优选的，所述PWM信号放大电路包括第一电阻、第二电阻以及第一开关管，所述PWM信号发生模块通过所述第一电阻与第一开关管的控制端相连，所述开关管的第一端与所述开关电路的控制端相连，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端与第二端之间连接第二电阻。

优选的，所述第一电阻为1千欧姆，所述第二电阻为4.7千欧姆。

优选的，所述开关电路包括第二开关管、第三电阻以及第四电阻，所述第二开关管的第一端连接电源，所述第二开关管的第一端和第二开关管的控制端之间连接第三电阻，所述第二开关管的控制管通过第四电阻与PWM信号放大电路的输出端相连，所述第二开关管的第二端与所述滤波电路的输入端相连。

优选的，所述第三电阻为1千欧姆，所述第四电阻为100欧姆。

优选的，所述滤波电路包括电感、二极管、第一电容及第二电容，所述电感的一端和二极管的阴极都与所述开关电路的输出端相连，所述二极管的阳极接地，所述电感的另一端连接LED负载的正极，所述电感的另一端还通过并联后的所述第一电容及第二电容接地。

优选的，所述电感为100μH，所述第一电容、第二电容均为100μF。

优选的，所述采样电路包括第五电阻、第六电阻以及第三电容，第五电阻连接在LED负载的负极与地之间，第六电阻连接在LED负载的负极与所述AD转换模块之间，第三电容连接在第六电阻与所述AD转换模块的公共端。

优选的，所述第五电阻为100欧姆，所述第六电阻为1千欧姆，所述第三电容为100μF。

优选的，所述控制单元还包括控制模块，所述控制模块根据AD转换模块得到的采样电流的大小控制PWM信号发生模块发出的PWM信号的占空比；所述控制模块与所述AD转换模块和PWM信号发生模块相连，根据所述AD转换模块转换后的采样电路的检测结果控制所述PWM信号发生模块进入三个工作模式：

工作模式：若检测到所述采样电路获得的大于预设电流，则控制模块减小PWM信号的占空比，若检测到LED负载电流小于预设电流，则控制模块增大PWM信号的占空比；

负载开路检测模式：若检测到LED负载电流为零，则控制模块间歇地输出最小占空比的PWM信号，若检测到电流则进入工作模式；

负载短路检测模式：若检测到LED负载电流迅速增大，则控制模块输出最小占空比的PWM信号，判断检测到的LED负载电流是否超过预设值，若超过所述预设值则控制PWM信号发生模块间歇地输出最小占空比的PWM信号，如果检测到LED电流不超过预设值则进入工作模式；

其中，最小占空比PWM信号对应AD转换模块所能识别的最小电流。

上述LED恒流驱动电路相比现有技术中采用恒流芯片的技术方案，由于采用价格便宜的电阻、开关管、以及电容等器件实现了恒流芯片同样的功能，大大降低了LED恒流驱动电路的成本，使LED恒流驱动电路成本比较低廉。

【附图说明】

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

图1为本实施方式提供的LED恒流驱动电路的结构框图；

图2为本实施方式提供的恒流支路的电路图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，本实施方式提供一种LED恒流驱动电路，包括控制单元100和恒流支路200。

控制单元100具有AD转换模块101和PWM信号发生模块102。AD转换模块101用于检测LED负载的电流，PWM信号发生模块102发出预设占空比的PWM信号，其中预设占空比为该独立PWM信号发生模块对应LED负载所需要的驱动电流。

在优选实施方式中，控制单元100为STM8S103F2单片机。该STM8S103F2单片机具有5条AD转换通道，3个PWM信号发生模块，该STM8S103F2单片机可组成具有3路独立LED负载驱动。

恒流支路200包括PWM信号放大电路201、开关电路202、滤波电路203和采样电路204。

PWM信号放大电路201包括输入端、接地端和输出端，PWM信号放大电路201的输入端与PWM信号发生模块102相连，PWM信号放大电路201的接地端接地，PWM信号放大电路201对PWM信号放大后经PWM信号放大电路的输出端输出。在优选实施方式中，PWM信号放大电路201包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一开关管Q1，PWM信号发生模块101通过第一电阻R1与第一开关管Q1的控制端相连，第一开关管Q1的第一端与开关电路202的控制端相连，第一开关管Q1的第二端接地，第一开关管Q1的控制端与第一开关管Q1的第二端之间连接第二电阻R2。优选的，第一电阻R1为1千欧姆，第二电阻R2为4.7千欧姆。可以理解，第一开关管Q1可为三端可控的开关元件，例如MOS管、三极管等。

开关电路202包括输入端、输出端和控制端，开关电路202的输入端连接电源VCC，开关电路202的控制端与PWM信号放大电路201的输出端相连，开关电路202根据PWM信号把电源电压经开关电路202的输出端输出。在优选实施方式中，开关电路202包括第二开关管Q2、第三电阻R3以及第四电阻R4，第二开关管Q2的第一端连接电源VCC，第二开关管Q2的第一端和第二开关管Q2的控制端之间连接第三电阻R3，第二开关管Q2的控制管通过第四电阻R4与PWM信号放大电路201的输出端相连，第二开关管Q2的第二端与滤波电路203的输入端相连。优选的，第三电阻R3为1千欧姆，第四电阻R4为100欧姆。可以理解，第二开关管Q2可为三端可控的开关元件，例如MOS管、三极管等。

滤波电路203包括输入端、输出端和接地端，滤波电路203的输入端与开关电路202的输出端相连，滤波电路203的接地端接地，滤波电路203对电源电压滤波后经滤波电路203的输出端输出，滤波电路的输出端用于与LED负载正极相连。在优选实施方式中，滤波电路203包括电感L1、二极管D1、第一电容C1及第二电容C2，电感L1的一端和二极管D1的阴极都与开关电路202的输出端相连，二极管D1的阳极接地，电感L1的另一端连接LED负载的正极，电感L1的另一端还通过并联后的第一电容C1及第二电容C2接地。电感L1在开关电路201导通时储能，在开关电路201关断时，电感L1通过LED负载、二极管D1释放能量，储能和释放能量维持动态平衡，使流过负载LED的电流恒定。优选的，电感L1为100μH，第一电容C1、第二电容C2均为100μF。

采样电路204包括输入端、接地端和输出端，采样电路204的输入端与LED负载的负极相连，采样电路204的接地端接地，采样电路204对LED负载的电流采样后经采样电路204的输出端输出给AD转换模块101。在优选实施方式中，采样电路204包括第五电阻R5、第六电阻R6以及第三电容C3，第五电阻R5连接在LED负载的负极与地之间，第六电阻R6连接在LED负载的负极与AD转换模块101之间，第三电容C3连接在第六电阻R6与AD转换模块101的公共端。优选的，第五电阻R5为100欧姆，第六电阻R6为1千欧姆，第三电容为100μF。

在优选实施方式中，控制单元100还包括控制模块103，控制模块103根据AD转换模块101得到的采样电流的大小控制PWM信号发生模块102发出的PWM信号的占空比；控制模块103与AD转换模块101和PWM信号发生模块102相连，根据AD转换模块101转换后的采样电路的检测结果控制PWM信号发生模块102进入三个工作模式：

工作模式：若检测到采样电路204获得的大于预设电流，则控制模块103减小PWM信号的占空比，若检测到LED负载电流小于预设电流，则控制模块103增大PWM信号的占空比；

负载开路检测模式：若检测到LED负载电流为零，则控制模块103间歇地输出最小占空比的PWM信号，若检测到电流则进入工作模式；

负载短路检测模式：若检测到LED负载电流迅速增大，则控制模块103输出最小占空比的PWM信号，判断检测到的LED负载电流是否超过预设值，若超过预设值则控制PWM信号发生模块103间歇地输出最小占空比的PWM信号，如果检测到LED电流不超过预设值则进入工作模式；

其中，最小占空比PWM信号对应AD转换模块101所能识别的最小电流，即AD转换模块101的转换精度决定了PWM信号的最小占空比。

负载开路检测模式和负载短路检测模式的加入，优化了控制单元100的控制，间歇的输出最小占空比的PWM信号，有效保护了电路，不会因为大电流而对电路造成损害；也不会因为LED负载开路时还对LED负载输出电流，造成能源的严重浪费。

下面，将简述一下上述LED恒流驱动电路的工作过程：

PWM信号发生模块102发出具有一定占空比的PWM信号，PWM信号经过PWM信号放大电路201放大使PWM信号具有较强的驱动能力，开关电路202在PWM信号的作用下实现关断和导通，在开关电路202导通时，滤波电路203储能，在开关电路202关断时，滤波电路203通过LED负载释放能量，储能和释放能量维持动态平衡，使流过LED负载的电流恒定。采样电路204对流过LED负载的电流进行采样，流过LED负载的电流经采样电路204采样后输出给AD转换模块101，控制模块103根据AD转换模块101得到的采样电流的大小控制PWM信号发生模块102发出的PWM信号的占空比，使流过LED负载的电流稳定在预设值上。

上述LED恒流驱动电路相比现有技术中采用恒流芯片的技术方案，由于采用价格便宜的电阻、开关管、以及电容等器件实现了恒流芯片同样的功能，大大降低了LED恒流驱动电路的成本，使LED恒流驱动电路成本比较低廉。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种LED恒流驱动电路，其特征在于，包括：

控制单元，具有AD转换模块、控制模块和PWM信号发生模块，所述PWM信号发生模块发出预设占空比的PWM信号；

恒流支路，所述恒流支路根据对应PWM信号用于对LED负载提供恒定的电流；所述恒流支路包括：

PWM信号放大电路，所述PWM信号放大电路包括输入端、接地端和输出端，PWM信号放大电路的输入端与所述PWM信号发生模块相连，所述PWM信号放大电路的接地端接地，所述PWM信号放大电路对所述PWM信号放大后经所述PWM信号放大电路的输出端输出；

开关电路，所述开关电路包括输入端、输出端和控制端，开关电路的输入端连接电源，所述开关电路的控制端与所述PWM信号放大电路的输出端相连，所述开关电路根据PWM信号把电源电压经开关电路的输出端输出；

滤波电路，所述滤波电路包括输入端、输出端和接地端，所述滤波电路的输入端与所述开关电路的输出端相连，所述滤波电路的接地端接地，所述滤波电路对所述电源电压滤波后经所述滤波电路的输出端输出，所述滤波电路的输出端用于与LED负载正极相连；

采样电路，所述采样电路包括输入端、接地端和输出端，所述采样电路的输入端与LED负载的负极相连，所述采样电路的接地端接地，所述采样电路对LED负载的电流采样后经采样电路的输出端输出给所述AD转换模块；

所述控制模块根据AD转换模块得到的采样电流的大小控制PWM信号发生模块发出的PWM信号的占空比；所述控制模块与所述AD转换模块和PWM信号发生模块相连，根据所述AD转换模块转换后的采样电路的检测结果控制所述PWM信号发生模块进入三个工作模式：

工作模式：若检测到所述采样电路获得的大于预设电流，则控制模块减小PWM信号的占空比，若检测到LED负载电流小于预设电流，则控制模块增大PWM信号的占空比；

负载开路检测模式：若检测到LED负载电流为零，则控制模块间歇地输出最小占空比的PWM信号，若检测到电流则进入工作模式；

负载短路检测模式：若检测到LED负载电流迅速增大，则控制模块输出最小占空比的PWM信号，判断检测到的LED负载电流是否超过预设值，若超过所述预设值则控制PWM信号发生模块间歇地输出最小占空比的PWM信号，如果检测到LED电流不超过预设值则进入工作模式；

其中，最小占空比PWM信号对应AD转换模块所能识别的最小电流。

2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述PWM信号放大电路包括第一电阻、第二电阻以及第一开关管，所述PWM信号发生模块通过所述第一电阻与第一开关管的控制端相连，所述开关管的第一端与所述开关电路的控制端相连，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端与所述第一开关管的第二端之间连接第二电阻。

3.根据权利要求2所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述第一电阻为1千欧姆，所述第二电阻为4.7千欧姆。

4.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括第二开关管、第三电阻以及第四电阻，所述第二开关管的第一端连接电源，所述第二开关管的第一端和第二开关管的控制端之间连接第三电阻，所述第二开关管的控制管通过第四电阻与PWM信号放大电路的输出端相连，所述第二开关管的第二端与所述滤波电路的输入端相连。

5.根据权利要求4所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述第三电阻为1千欧姆，所述第四电阻为100欧姆。

6.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述滤波电路包括电感、二极管、第一电容及第二电容，所述电感的一端和二极管的阴极都与所述开关电路的输出端相连，所述二极管的阳极接地，所述电感的另一端连接LED负载的正极，所述电感的另一端还通过并联后的所述第一电容及第二电容接地。

7.根据权利要求6所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述电感为100μH，所述第一电容、第二电容均为100μF。

8.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述采样电路包括第五电阻、第六电阻以及第三电容，第五电阻连接在LED负载的负极与地之间，第六电阻连接在LED负载的负极与所述AD转换模块之间，第三电容连接在第六电阻与所述AD转换模块的公共端。

9.根据权利要求8所述的LED恒流驱动电路，其特征在于，所述第五电阻为100欧姆，所述第六电阻为1千欧姆，所述第三电容为100μF。