CN103369763B - 一种led信号灯及其驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子照明领域，尤其涉及一种LED信号灯驱动电路及其信号灯灯具。本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路包括按键输入模块、MCU控制模块、恒流控制模块和LED通道切换模块。上电后，MCU控制模块中的单片机U2完成初始化后，进入休眠状态，等待按键输入模块中的开关S1、开关S2或开关S3的触发。当三个开关按键中的任意一个被按下时，单片机U2进入工作状态，控制LED通道切换模块对LED信号灯组通道的选择以及恒流控制模块中恒流集成芯片U1输出恒流电流到LED信号灯组。本LED信号灯驱动电路具有恒流精度高、电路转换效率高、待机功耗小的优点。

Description

一种LED信号灯及其驱动电路

技术领域

本发明属于电子照明领域，尤其涉及一种LED信号灯及其驱动电路。

背景技术

随着LED技术的发展，LED在通用照明领域的应用也越来越广泛。因为LED具有高亮度、低功耗、寿命长、尺寸小等特点，所以是随身照明器件的理想选择。LED工作时需要恒定电流，因此LED需要专门的驱动电源。目前，市场上的手电筒供电电池多为可充电锂电池或可循环电池，其工作时间和使用寿命与驱动电路有关：一方面，如果驱动电路的工作效率低，在相同输出功率的条件下，电池的使用时间就短；另一方面，如果驱动电路的待机功耗大，电池电量也将很快被耗尽。因此，驱动电路的性能，直接影响LED手电筒正常的工作时间和电池寿命。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种LED信号灯的驱动电路，旨在解决现有的LED信号灯驱动电路效率低、待机功耗较大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是这样的，一种LED信号灯驱动电路，与LED信号灯组连接，所述LED信号灯驱动电路包括：

与直流电源输出端相连、具有三个输出端，用于根据用户的操作选择性地触发后续电路模块的按键输入模块；

输入端分别与所述按键输入模块的三个输出端连接，用于控制恒流电流及LED信号灯组颜色切换的MCU控制模块；

输入端与所述MCU控制模块的一个输出端相连，用于控制输入LED信号灯组的电流的恒流控制模块；以及

具有四个输入端且分别与所述MCU控制模块、所述恒流控制模块相连，输出端接所述LED信号灯组，用于实现LED信号灯组颜色切换的LED通道切换模块；

其中，所述按键输入模块包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、开关S1、开关S2和开关S3；所述开关S1的第一端、所述开关S2的第一端、所述开关S3的第一端分别通过所述电阻R7、电阻R8、电阻R9接直流电源，所述开关S1的第二端、所述开关S2的第二端和所述开关S3的第二端都接地，所述开关S1与所述电阻R7的公共连接端、所述开关S2与所述电阻R8的公共连接端、所述开关S3与所述电阻R9的公共连接端分别是所述按键输入模块的第一输出端、第二输出端和第三输出端；

所述MCU控制模块包括：单片机U2、稳压二极管U3、电阻R5、电阻R6、电容C4以及电容C5；所述单片机U2的正电源端接直流电源，所述电容C5接在所述单片机U2的正电源端与地之间，所述单片机U2的接地端接地，所述单片机U2的输入端PA7通过所述电阻R6接直流电源，所述电容C4接在所述单片机U2的输入端PA7与地之间，所述单片机U2的输入端PA3通过所述电阻R5接所述稳压二极管U3的阴极，所述稳压二极管U3的阴极同时接所述单片机U2的输入端PA0，所述稳压二极管U3的阳极接地；所述单片机U2的三个输入端PB2、PB1、PB0分别接所述按键输入模块的第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述单片机U2的三个输出端PB3、PB4、PB5分别接所述LED通道切换模块的第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述单片机U2的PWM脉冲输出端接所述恒流控制模块，所述单片机U2的其余端口都悬空。

本发明实施例的另一目的在于提供一种包括上述LED信号灯驱动电路的LED信号灯。

本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路包括按键输入模块、MCU控制模块、恒流控制模块和LED通道切换模块。上电后，MCU控制模块中的单片机U2完成初始化后，进入休眠状态，等待按键输入模块中的开关S1、开关S2或开关S3的触发。当三个开关按键中的任意一个被按下时，单片机U2进入工作状态，控制LED通道切换模块对LED信号灯组通道的选择以及恒流控制模块中恒流集成芯片U1输出恒流电流到LED信号灯组。该LED信号灯驱动电路具有恒流精度高、电路转换效率高、待机功耗小的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路的模块结构图；

图2为本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路的示例电路结构图。

具体实施方式

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

在本发明实施例中，LED信号灯驱动电路包括按键输入模块、MCU控制模块、恒流控制模块和LED通道切换模块。MCU控制模块通过输出PWM波控制恒流控制模块的恒流值，通过控制LED通道切换模块控制输出LED颜色。该电路不仅驱动效率高，而且在待机时，电池电量被消耗得很少，储存时间变长，待机功耗极低。

图1示出了本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

LED信号灯驱动电路包括：按键输入模块100、MCU控制模块200、恒流控制模块300以及LED通道切换模块400；

按键输入模块100与直流电源VCC相接，并且具有三个输出端与MCU控制模块200相连，用于根据用户的操作选择性地触发后续电路模块；

MCU控制模块200的输入端分别与按键输入模块100的三个输出端连接，用于控制恒流电流及LED信号灯组颜色的切换；

恒流控制模块300的输入端与MCU控制模块200的一个输出端相连，用于控制输入LED信号灯组的电流；

LED通道切换模块400的四个输入端分别与MCU控制模块200、恒流控制模块300相连，输出端接LED信号灯组500，用于实现LED信号灯组颜色切换；

其中，按键输入模块100包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、开关S1、开关S2和开关S3；

开关S1的第一端、开关S2的第一端、开关S3的第一端分别通过电阻R7、电阻R8、电阻R9接直流电源VCC，开关S1的第二端、开关S2的第二端和开关S3的第二端都接地，开关S1与电阻R7的公共连接端、开关S2与电阻R8的公共连接端、开关S3与电阻R9的公共连接端分别是按键输入模块100的第一输出端、第二输出端和第三输出端。

图2示出了本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

作为本发明一实施例，MCU控制模块200包括：单片机U2、稳压二极管U3、电阻R5、电阻R6、电容C4以及电容C5；单片机U2的正电源端VDD接直流电源VCC，电容C5接在单片机U2的正电源端VDD与地之间，单片机U2的接地端VSS接地，单片机U2的输入端PA7通过电阻R6接直流电源VCC，电容C4接在单片机U2的输入端PA7与地之间，单片机U2的输入端PA3通过电阻R5接稳压二极管U3的阴极，稳压二极管U3的阴极同时接单片机U2的输入端PA0，稳压二极管U3的阳极接地；单片机U2的三个输入端PB2、PB1、PB0分别接按键输入模块100的第一输出端、第二输出端和第三输出端，单片机U2的三个输出端PB3、PB4、PB5分别接LED通道切换模块400的第一输入端Green、第二输入端Red和第三输入端White，单片机U2的PWM脉冲输出端PA4/PWM0接恒流控制模块300的输入端，单片机U2的其余端口都悬空。

作为本发明一实施例，恒流控制模块300包括恒流集成芯片U1、电池电源BT1、电阻R2、电感L1、电容C1、电容C2和电容C3；恒流集成芯片U1的使能端CE是恒流控制模块300的输入端，与MCU控制模块200中的单片机U2的PWM脉冲输出端PA4/PWM0相连，恒流集成芯片U1的电源输入端VIN同时接直流电源VCC和电池电源BT1的正极，电池电源BT1的负极接地，电容C2、电容C3分别接在恒流集成芯片U1的电源输入端VIN与地之间，恒流集成芯片U1的接地端VSS接地，恒流集成芯片U1的反馈端FB通过电阻R2接地，该反馈端FB还同时与LED信号灯组500的输出端相接，恒流集成芯片U1的外部电感连接端SW接电感L1的第一端，电感L1的第二端作为恒流控制模块300的输出端、接LED通道切换模块400的第四输入端，电容C1接在恒流控制模块300的输出端与地之间。

作为本发明一实施例，LED通道切换模块400有四个输入端，包括PMOS管Q1、PMOS管Q2、PMOS管Q3、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11和电阻R12；PMOS管Q1的源极、PMOS管Q2的源极和PMOS管Q3的源极共接后作为LED通道切换模块400的第四输入端、接恒流控制模块300的输出端，PMOS管Q1的漏极接LED信号灯组500的第一输入端，电阻R1连接在PMOS管Q1的源极和栅极之间，PMOS管Q1的栅极通过电阻R3作为LED通道切换模块400的第三输入端White接MCU控制模块200中单片机U2的输出端PB5；PMOS管Q2的漏极接LED信号灯组500的第二输入端，电阻R4连接在PMOS管Q2的源极和栅极之间，PMOS管Q2的栅极通过电阻R10作为LED通道切换模块400的第二输入端Red接MCU控制模块200中单片机U2的输出端PB4；PMOS管Q3的漏极接LED信号灯组500的第三输入端，电阻R11连接在PMOS管Q3的源极和栅极之间，PMOS管Q3的栅极通过电阻R12作为LED通道切换模块400的第一输入端Green接MCU控制模块200中单片机U2的输出端PB3。

LED信号灯驱动电路上电后，MCU控制模块200中的单片机U2完成初始化后，进入休眠状态，等待轻触按键输入模块100中的开关S1、S2、S3的触发。当三个开关中的任意一个被按下时，单片机U2从休眠中唤醒，进入工作状态，单片机U2的PWM脉冲输出端PA4/PWM0输出PWM调制信号，控制恒流集成芯片U1的使能端CE。恒流集成芯片U1与电感L1组成BUCK电路(降压式变换电路)，输出到LED通道切换模块400的最大输出电流值由电阻R2的大小来决定。值得一提的是，现有的恒流电路模块多采用模拟调整方式，效率较低，而该恒流控制模块300采用开关触发方式控制恒流集成芯片U1的使能端，转换效率高。

单片机U2、稳压二极管U3和电阻R5组成可控电压基准，稳压二级管U3在工作时需要消耗一定的功率。然而，电池电压在放电的过程中不会突变，而是缓慢变化的过程，因此，电池电压只需固定时间周期采样，稳压二极管U3不需要一直保持工作状态。通过控制单片机U2输出高低电平，来控制稳压二极管U3的工作状态：当需要采样电池电压时，单片机U2接电阻R5的端口PA3就输出高电平，稳压二极管U3正常工作，单片机U2进行电压采样；当单片机U2采样完成后，单片机U2接电阻R5的端口PA3就输出低电平，稳压二极管U3不工作，节省电能，从而提高驱动电路效率。另外，在单片机U2休眠时，稳压二极管U3也不工作，进一步降低待机功耗。

LED通道切换模块400主要由PMOS管Q1、PMOS管Q2、PMOS管Q3等组成，同样通过MCU控制模块200中的单片机U2来控制选择通道。相比现有技术中的通道切换电路多采用三级管电路而言，由于三极管本身压降大，流过相同的电流时消耗的功率大，而本发明实施例采用P-MOS管控制电路，导通时P-MOS管压降明显减少，且控制极为容易，只需MCU控制模块200中的单片机U2输出高低电平即可控制其开和关，降低了系统功耗，而且简化了控制方式。

综上所述，MCU控制模块200是本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路的核心，通过判断按键输入模块100的三个开关任一个被触发，控制LED通道切换模块400，根据设定的占空比输出PWM波，控制恒流控制模块300的输出电流。同时，对单片机U2通过软件编程设计，实现智能控制，在工作过程中判断电池的电压，当电池电压下降到设定报警电压左右时(比如是3.3V)，控制LED信号灯组中的LED以1HZ左右的频率闪烁，提示用户电量即将用完，需要充电。

本发明实施例还提供一种包括上述驱动电路的LED信号灯。

本发明实施例提供的LED信号灯驱动电路包括按键输入模块、MCU控制模块、恒流控制模块和LED通道切换模块。上电后，MCU控制模块中的单片机U2完成初始化后，进入休眠状态，等待按键输入模块中的开关S1、开关S2或开关S3的触发。当三个开关按键中的任意一个被按下时，单片机U2进入工作状态，控制LED通道切换模块对LED信号灯组通道的选择以及恒流控制模块中恒流集成芯片U1输出恒流电流到LED信号灯组。本LED信号灯驱动电路具有恒流精度高、电路转换效率高、待机功耗小的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LED信号灯驱动电路，与LED信号灯组连接，其特征在于，所述LED信号灯驱动电路包括：

与直流电源输出端相连、具有三个输出端，用于根据用户的操作选择性地触发后续电路模块的按键输入模块；

输入端分别与所述按键输入模块的三个输出端连接，用于控制恒流电流及LED信号灯组颜色切换的MCU控制模块；

输入端与所述MCU控制模块的一个输出端相连，用于控制输入LED信号灯组的电流的恒流控制模块；以及

具有四个输入端且分别与所述MCU控制模块、所述恒流控制模块相连，输出端接所述LED信号灯组，用于实现LED信号灯组颜色切换的LED通道切换模块；

其中，所述按键输入模块包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、开关S1、开关S2和开关S3；所述开关S1的第一端、所述开关S2的第一端、所述开关S3的第一端分别通过所述电阻R7、电阻R8、电阻R9接直流电源，所述开关S1的第二端、所述开关S2的第二端和所述开关S3的第二端都接地，所述开关S1与所述电阻R7的公共连接端、所述开关S2与所述电阻R8的公共连接端、所述开关S3与所述电阻R9的公共连接端分别是所述按键输入模块的第一输出端、第二输出端和第三输出端；

所述MCU控制模块包括：单片机U2、稳压二极管U3、电阻R5、电阻R6、电容C4以及电容C5；所述单片机U2的正电源端接直流电源，所述电容C5接在所述单片机U2的正电源端与地之间，所述单片机U2的接地端接地，所述单片机U2的输入端PA7通过所述电阻R6接直流电源，所述电容C4接在所述单片机U2的输入端PA7与地之间，所述单片机U2的输入端PA3通过所述电阻R5接所述稳压二极管U3的阴极，所述稳压二极管U3的阴极同时接所述单片机U2的输入端PA0，所述稳压二极管U3的阳极接地；所述单片机U2的三个输入端PB2、PB1、PB0分别接所述按键输入模块的第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述单片机U2的三个输出端PB3、PB4、PB5分别接所述LED通道切换模块的第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述单片机U2的PWM脉冲输出端接所述恒流控制模块，所述单片机U2的其余端口都悬空。

2.如权利要求1所述的LED信号灯驱动电路，其特征在于，所述恒流控制模块包括恒流集成芯片U1、电池电源BT1、电阻R2、电感L1、电容C1、电容C2和电容C3；

所述恒流集成芯片U1的使能端是所述恒流控制模块的输入端，与所述单片机U2的PWM脉冲输出端相连，所述恒流集成芯片U1的电源输入端同时接直流电源和电池电源BT1的正极，所述电池电源BT1的负极接地，所述电容C2、电容C3分别接在所述恒流集成芯片U1的电源输入端与地之间，所述恒流集成芯片U1的接地端接地，所述恒流集成芯片U1的反馈端通过所述电阻R2接地，所述恒流集成芯片U1的反馈端同时与所述LED信号灯组的输出端相接，所述恒流集成芯片U1的外部电感连接端接所述电感L1的第一端，所述电感L1的第二端作为所述恒流控制模块的输出端，接所述LED通道切换模块的第四输入端，所述电容C1接在所述恒流控制模块的输出端与地之间。

3.如权利要求1或2所述的LED信号灯驱动电路，其特征在于，所述LED通道切换模块包括PMOS管Q1、PMOS管Q2、PMOS管Q3、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11和电阻R12；

所述PMOS管Q1的源极、所述PMOS管Q2的源极和所述PMOS管Q3的源极共接后作为所述LED通道切换模块的第四输入端、接所述恒流控制模块的输出端，所述PMOS管Q1的漏极接所述LED信号灯组的第一输入端，所述电阻R1连接在所述PMOS管Q1的源极和栅极之间，所述PMOS管Q1的栅极通过所述电阻R3作为所述LED通道切换模块的第三输入端接所述MCU控制模块的输出端PB5；所述PMOS管Q2的漏极接所述LED信号灯组的第二输入端，所述电阻R4连接在所述PMOS管Q2的源极和栅极之间，所述PMOS管Q2的栅极通过所述电阻R10作为所述LED通道切换模块的第二输入端接所述MCU控制模块的输出端PB4；所述PMOS管Q3的漏极接所述LED信号灯组的第三输入端，所述电阻R11连接在所述PMOS管Q3的源极和栅极之间，所述PMOS管Q3的栅极通过所述电阻R12作为所述LED通道切换模块的第一输入端接所述MCU控制模块的输出端PB3。

4.一种LED信号灯，包括LED信号灯组，其特征在于，所述信号灯还包括LED信号灯驱动电路，所述LED信号灯驱动电路包括：

与直流电源输出端相连、具有三个输出端，用于根据用户的操作选择性地触发后续电路模块的按键输入模块；

输入端分别与所述按键输入模块的三个输出端连接，用于控制恒流电流及LED信号灯组颜色切换的MCU控制模块；

输入端与所述MCU控制模块的一个输出端相连，用于控制输入LED信号灯组的电流的恒流控制模块；以及

具有四个输入端且分别与所述MCU控制模块、所述恒流控制模块相连，输出端接所述LED信号灯组，用于实现LED信号灯组颜色切换的LED通道切换模块；

其中，所述按键输入模块包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、开关S1、开关S2和开关S3；所述开关S1的第一端、所述开关S2的第一端、所述开关S3的第一端分别通过所述电阻R7、电阻R8、电阻R9接直流电源，所述开关S1的第二端、所述开关S2的第二端和所述开关S3的第二端都接地，所述开关S1与所述电阻R7的公共连接端、所述开关S2与所述电阻R8的公共连接端、所述开关S3与所述电阻R9的公共连接端分别是所述按键输入模块的第一输出端、第二输出端和第三输出端；

所述MCU控制模块包括：单片机U2、稳压二极管U3、电阻R5、电阻R6、电容C4以及电容C5；所述单片机U2的正电源端接直流电源，所述电容C5接在所述单片机U2的正电源端与地之间，所述单片机U2的接地端接地，所述单片机U2的输入端PA7通过所述电阻R6接直流电源，所述电容C4接在所述单片机U2的输入端PA7与地之间，所述单片机U2的输入端PA3通过所述电阻R5接所述稳压二极管U3的阴极，所述稳压二极管U3的阴极同时接所述单片机U2的输入端PA0，所述稳压二极管U3的阳极接地；所述单片机U2的三个输入端PB2、PB1、PB0分别接所述按键输入模块的第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述单片机U2的三个输出端PB3、PB4、PB5分别接所述LED通道切换模块的第一输入端、第二输入端和第三输入端，所述单片机U2的PWM脉冲输出端接所述恒流控制模块，所述单片机U2的其余端口都悬空。

5.如权利要求4所述的LED信号灯，其特征在于，所述恒流控制模块包括恒流集成芯片U1、电池电源BT1、电阻R2、电感L1、电容C1、电容C2和电容C3；

所述恒流集成芯片U1的使能端是所述恒流控制模块的输入端，与所述单片机U2的PWM脉冲输出端相连，所述恒流集成芯片U1的电源输入端同时接直流电源和电池电源BT1的正极，所述电池电源BT1的负极接地，所述电容C2、电容C3分别接在所述恒流集成芯片U1的电源输入端与地之间，所述恒流集成芯片U1的接地端接地，所述恒流集成芯片U1的反馈端通过所述电阻R2接地，所述恒流集成芯片U1的反馈端同时与所述LED信号灯组的输出端相接，所述恒流集成芯片U1的外部电感连接端接所述电感L1的第一端，所述电感L1的第二端作为所述恒流控制模块的输出端，接所述LED通道切换模块的第四输入端，所述电容C1接在所述恒流控制模块的输出端与地之间。

6.如权利要求4或5所述的LED信号灯，其特征在于，所述LED通道切换模块包括PMOS管Q1、PMOS管Q2、PMOS管Q3、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11和电阻R12；

所述PMOS管Q1的源极、所述PMOS管Q2的源极和所述PMOS管Q3的源极共接后作为所述LED通道切换模块的第四输入端、接所述恒流控制模块的输出端，所述PMOS管Q1的漏极接所述LED信号灯组的第一输入端，所述电阻R1连接在所述PMOS管Q1的源极和栅极之间，所述PMOS管Q1的栅极通过所述电阻R3作为所述LED通道切换模块的第三输入端接所述MCU控制模块的输出端PB5，所述PMOS管Q2的漏极接所述LED信号灯组的第二输入端，所述电阻R4连接在所述PMOS管Q2的源极和栅极之间，所述PMOS管Q2的栅极通过所述电阻R10作为所述LED通道切换模块的第二输入端接所述MCU控制模块的输出端PB4；所述PMOS管Q3的漏极接所述LED信号灯组的第三输入端，所述电阻R11连接在所述PMOS管Q3的源极和栅极之间，所述PMOS管Q3的栅极通过所述电阻R12作为所述LED通道切换模块的第一输入端接所述MCU控制模块的输出端PB3。