CN103582257A - Led驱动装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种LED驱动装置及方法，包括LED驱动模块；所述LED驱动模块包括控制模块(MCU)，驱动器、VF值检测模块、PN结温度采集模块、和LED灯组；所述MCU根据VF值检测模块检测到的VF值和PN结温度采集模块检测到的温度值确定与LED灯组相匹配的电流值，根据该电流值确定输出至驱动器的PWM的脉冲宽度，驱动器驱动LED以匹配的电流值工作。

Description

LED驱动装置及方法
技术领域
本发明涉及照明，尤其涉及一种LED驱动装置及方法。
背景技术
LED半导体发光器件包括半导体发光二极管(简称LED)、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏(简称矩阵管)等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。
LED的性能由LED的参数决定，与LED相关的一些关键参数如下：(1)允许功耗Pm：允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。(2)最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。(3)最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。(4)工作环境topm：发光二极管可正常工作的环境温度范围，高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。(5)正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6·IFm以下。(6)正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。(7)V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系是在正向电压正小于某一值(叫阈值)时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速递增并发光。
目前国内外对LED的驱动为采用恒压或恒流驱动，但无论是数字控制还是模拟控制的恒流、恒压LED驱动电源在配套驱动LED灯组时，不论LED灯组的VF值发生多大变化在工作都是采用恒压或恒流控制技术，即输出电压、电流与灯组的额定值相符合，但由于所有厂家的LED灯组VF值都不一样，特别封装技术较落后厂的VF值一致性更差，这种VF值一致性完全不同的灯珠组成灯组后在温度的影响下VF值快速漂移下降，但由于现有LED电源都是采用恒压或恒流，完全无法根据LED灯组在高温下已发生的VF值严重漂移的情况下做出调整输出电流及电压的动作，从而导致LED灯组在低VF电压而恒电流情况下运行，这样带来的直接的负面的影响就是LED的PN结温度继续上升加快了LED灯组的光衰、老化及色温偏移。
例如，恒流驱动时：LED驱动电源输出电压36V，输出电流2.4A，此时输出功率为86W，当温度上升VF值下降时，输出的电压却发生微小变化：30V、2.4A，输出功率为72W，由于恒流2.4A驱动的原因LED灯组的温度会继续升高从而导致VF值继续下降，而此时LED灯组因VF值降低后其支撑的实际发出的光通量已经大大降低，当其通过恒定的电流后反而会加快LED灯珠的光衰、闪烁、色温偏离。恒压驱动时：LED驱动电源输出电压36V，输出电流2.4A，此时输出功率为86W，当温度上升VF值下降时，恒压驱动反馈调节功能又将输出电压调至36V，输出的电流却发生变化上升至2.6A，输出功率为93.6W，由于LED灯组PN结温度的温度会继续升高从而导致VF值继续下降。而此时因恒压电路的反馈调整恒压功能导致电流进一步上升，功率继续超标最后导致LED灯组烧毁。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明提供了一种LED驱动装置及方法。
技术方案1：一种LED驱动方法，其特征在于：
检测LED灯组的正向工作电压值和PN结温度；
根据检测到的正向工作电压值和PN结温度确定与LED灯组匹配的电流值；
根据匹配的电流值确定PWM的占空比；
以所述占空比的PWM驱动LED灯组以所述匹配的电流值工作。
技术方案2：根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括：建立正向工作电压值特性数据校对库，在正向工作电压值特性数据校对库中查找与检测到的正向工作电压值相对应的电流值作为与LED灯组匹配的电流值，所述正向工作电压值特性数据校对库中存储有与不同正向工作电压值相对应LED灯组的匹配电流值。
技术方案3：根据技术方案1所述的方法，其特征在于：当在正向工作电压值特性数据校对库中未找到与检测到的正向工作电压值相对应的电流值时，则计算正向工作电压值特性数据校对库中与检测到的正向工作电压值相邻的两个正向工作电压值所对应的电流值的平均值，并以此平均值作为该检测到的正向工作电压值所对应的匹配的电流值，其中：检测到的正向工作电压值介于该相邻的两个正向工作电压值之间。
技术方案4：根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括：建立温度值特性数据校对库，在温度值特性数据校对库中查找与检测到的温度值相对应的电流值作为与LED灯组匹配的电流值，所述温度值特性数据校对库中存储有与不同温度值相对应LED灯组的匹配的电流值。
技术方案5：根据技术方案4所述的方法，其特征在于：当在温度值特性数据校对库中未找到与检测到的温度值相对应的电流值时，则计算温度值特性数据校对库中与检测到的温度值相邻的两个温度值所对应的电流值的平均值，并以此平均值作为该检测到的温度值所对应的电流值，其中检测到的温度值介于该相邻的两个温度值之间。
技术方案6：根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：防雷击浪涌滤波、EMI滤波、桥式整流、和功率因数校正。
技术方案7：根据技术方案1所述的方法，其特征在于：当检测到的PN结温度超过了工作环境温度(topm)，则停止驱动LED灯组。
技术方案8：根据技术方案1所述的方法：PWM脉冲通过光耦发送给LLC谐振半桥驱动器，LLC谐振半桥驱动器驱动由两个MOS管组成的半桥电路的导通／关闭，半桥电路的输出经过隔离变压器后输出至肖特基二极管整流电路，肖特基二极管整流电路输出稳定的DC电流供给LED灯组。
技术方案9：根据技术方案1所述的方法，其特征在于：还包括采集流经LED灯组的电流值，根据采集到的电流值与匹配的电流值的差，调节PWM脉冲宽度。
一种LED驱动装置，包括LED驱动模块，所述LED驱动模块包括控制模块，驱动器、VF值检测模块、PN结温度采集模块、和LED灯组；所述控制模块根据VF值检测模块检测到的VF值和PN结温度采集模块检测到的温度值确定与LED灯组相匹配的电流值，根据该电流值确定输出至驱动器的PWM的脉冲宽度，驱动器驱动LED灯组以匹配的电流值工作。
本发明具有如下有益效果：本发明根据LED灯组工作特性，通过检测LED灯组的温度值和VF值，时时调节LED灯组的驱动电流，在VF值降低的情况下LED灯组无需工作在原设计额定电流下，从而可降低灯具的整体温度，同时也降低了LED灯组PN结温度，延长了LED灯组的寿命同时节约了能源，延长了LED灯组的寿命。
附图说明
图1为LED灯组驱动装置结构示意图；
图2为LED驱动模块结构示意图；
图3为VF值特性数据校对库；
图4为温度值特性数据校对库；
图5为LED驱动方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明能够用于动态检测LED灯组VF值，根据LED灯组VF值变化造成的光通量下降为所述LED灯组匹配所对应的驱动电流，进行LED驱动电流的动态调节，实现节能和延长LED灯组寿命。下面结合附图对本发明做进一步详细介绍。
图1为本发明LED灯组驱动装置的一个实施例的示意图，该具体实施例中，LED驱动装置包括：防雷击浪涌模块、电磁兼容EMI滤波模块、桥式整流模块、率因数校正模块(APFC)、和LED驱动模块。
其中：防雷击浪涌模块用于消除雷击、或浪涌电压的影响；EMI滤波器用于阻止驱动器产生的高频干扰传回电源线，全桥整流器用于将交流电源转换为直流电源，功率因数校正器APFC电路控制交流电输入电流的波形能很好的跟随电压的波形，提高功率因数>0.99，根据不同的输出电流调节不同的脉冲宽度，减少电网谐波，产生可调节的直流母线电压，输出给LED驱动模块。
LED驱动模块包括控制模块(MCU)，LLC谐振半桥驱动器、用于对正向工作电压值进行检测的VF值检测模块、PN结温度采集模块、LED灯组。
PN结温度采集模块，采集PN结的温度，并将采集到的温度信号传输至控制器；LLC谐振半桥驱动器，用于根据单片机匹配的实际电流值调节所述LED灯组上的输出电流；VF测量模块，用于检测LED灯组的VF值，将检测到的VF值传输给控制器；本发明的驱动装置使用LLC谐振拓扑结构提高驱动装置的效率，驱动电路前级采用临界电流模式(BCM)下的升压(Boost)拓扑实现AC／DC变换和APFC功能，后级采用LLC谐振半桥拓扑构建DC／DC预调恒流源，两级结构能充分利用Boost和LLC谐振的高效率特性。
控制模块用于控制LED灯组的运行，其根据检测到的PN结温度信号和VF值调节LED灯组的电流，除此之外控制模块还可以进行短路、过流、过压等方面的检测，从而对LED驱动模块进行保护，例如当PN结温度采集模块采集到的PN结温度值超过了工作环境温度(topm)，则MCU停止驱动LED灯组。本发明的控制模块包括微处理器，例如为单片机、DSP、存储模块等，其可以用于存储必要的程序以及下文所述的特性数据校对库，还包括A／D转换器、PWM输出模块，和通信接口等。
图2给出了LED驱动模块的一个具体实现方式，如图2所示PN结温度采集模块把采集到的温度信号转换成电压信号VT并传输给MCU，MCU根据VT信号值来判断LED灯组工作前的环境温度。同时动态检测灯组运行一定时间后的PN结温度并将采集到的PN结温度数据传送给MCU，MCU通过电阻R1与R2构成LED组Vout分压电路采集LED灯组的VF电压值，MCU同时将采集到的温度值、VF值与预先存储于MCU中的数据特征库中预设的参数进行比对(例如下文详述的正向工作电压值特性数据校对库，即VF值特性数据校对库)，得到与LED灯组匹配的驱动电流，MCU根据得到的驱动电流值计算应当输出的PWM的占空比，之后输出与该占空比对应的PWM脉冲，经过光耦隔离后，进而达到驱动半桥电路，对LED灯组的电流进行调节；当需调整LED组电流上升时，MCU的PWM脉宽加宽通过光耦发送给半桥电路的两个MOS管的栅极再经过隔离变压器输出，隔离变压器次级经两个肖特基二极管整流后输出稳定的DC电流供给LED灯组运行从而增加LED灯组的运行电流，当需LED组电流减小时，MCU的PWM脉宽变窄从而降低LED灯组的运行电流；这样就能动态恒定LED灯组的运行电流。LED驱动模块中还可以包括电流检测模块，其连接于电阻R3与控制器之间，用于检测流过LED灯组的电流值，检测到的电流值与数据特征库中的对应的电流值进行对比，根据二者的差值，调节PWM脉冲宽度，构成闭环控制从而能够到达更精确地调节驱动电流的目的。当然，本发明并不限于具体的半桥电路、半桥电路驱动器，抑或具体的整流电路。
下面对MCU如何获得与LED灯组匹配的驱动电流做进一步介绍。MCU根据VF的变化来调节LED灯组的电流值，可以是根据检测所述LED灯组所在的VF值来确定LED灯组的工作电流，同时改变LLC谐振半桥驱动器的PWM脉冲宽度来实现动态电流的输出。MCU根据所述检测到的VF值在预设的VF值特性数据校对库中为所述LED灯组匹配所对应的驱动电流值，该VF值特性数据校对库中存储有LED灯组不同的VF值以及与不同VF值所对应的LED灯组的驱动电流，该预设VF值特性数据校对库中的数据可以是根据LED灯组特性采样后而完成的一系列数据的得到。下面对VF值特性数据校对库做更进一步的介绍。
如图3所示，其为本发明据此所建立的一个实际的VF值特性数据校对库，用于根据检测到的VF值来确定与LED灯组相匹配的驱动电流值。具体建立过程可以是，VF值特性数据库的建立以LED应用环境为依据，即保证光通量不发生明显变化，控制精度下限为0.005V，上限为0.01V，在VF值变化情况下，LED灯组VF值电压每下降0.01V时，根据LED灯组的预期的亮度／光通量，来调节电流值，记录当达到预期的亮度／光通量时的电流值，则该电流值即为与此VF电压所对应的驱动电流值，这样使得驱动电流值与LED灯组所对应的实际发出的光通量／亮度相匹配，将该电流值保存于预设的特征库中，这样就得到了图3所示的VF值特性数据校对库。
当检测到的VF值信号不存在于特征库中，则计算数据特征库中与该VF信号相邻的两个VF值所对应的电流值的平均值作为该VF信号所对应的电流值，其中检测到的VF信号介于该VF信号相邻的两个VF值之间，例如检测到的VF为3263mV，则计算数据特征库中存在的3260mV所对应的电流值与3270mV所对应的电流值的平均值作为3263mV的电流值。
由于开灯之前VF值始终为0，但LED的环境温度／PN结温度不同，例如不同的季节、LED所处的不同环境、LED距离上次关灯的时间等等因素均会影响LED灯组工作前PN结的温度，为了能确定LED灯组工作前与LED灯组相匹配的电流值，本发明在工作时通过PN结温度采集模块采集PN结温度，将采集到的温度信号传输给MCU，MCU根据所述检测到的温度值在温度特性数据校对库中为所述LED灯组匹配所对应的驱动电流值，该温度特性数据校对库中存储有LED灯组不同的温度值以及与所述温度值所对应的所述LED灯组的驱动电流，该温度特性数据校对库中的数据可以是根据LED灯组特性采样后而完成的一系列数据的得到。下面对温度特性数据校对库做更进一步的介绍。
如图4所示，其为本发明据此所建立的一个温度值特性数据校对库，用于根据检测到的温度值来确定与LED灯组相匹配的驱动电流值。具体建立过程可以是，温度特性数据库的建立以实际的LED应用环境为依据，即保证光通量不发生明显变化，控制精度下限为0.5度，上限为2.0度，在温度值变化情况下，LED灯组温度值每上升1度时，根据LED灯组的预期的亮度／光通量，来调节电流值，记录当达到预期的亮度／光通量时的电流值，则该值即为与此温度所对应的驱动电流值，这样使得驱动电流值与LED灯组所对应的实际发出的光通量／亮度相匹配，将该值保存于预设的特征库中，这样就得到了图4所示的特征库。
当检测到的温度信号不存在于特征库中，则计算数据特征库中与该温度信号相邻的两个温度值所对应的电流值的平均值作为该温度信号所对应的电流值，其中检测到的温度信号介于该温度信号相邻的两个温度值之间，例如检测到的温度为30.6度，则计算特征库中温度信号30度所对应的电流值与温度信号31度所对应的电流值的平均值，作为30.6度时的电流值。
这样MCU根据上述建立的VF值特性数据校对库和温度特性数据校对库来确定与LED灯组相匹配的驱动电流，通过以上方式MCU可以始终以与LED相匹配的电流值来驱动LED，当LED灯组上VF值降低时，通过精密电压传感器将采集到的LED灯组VF电压经过放大器放大后输入到MCU的A／D输入，MCU根据检测到的VF电压值控制LLC谐振半桥驱动器输出电流大小。
如图5所示，本发明还提供一种LED驱动方法，包括以下步骤：检测LED灯组的VF值和PN结温度；根据检测到的VF值和PN结温度确定与LED灯组相匹配的电流值；根据匹配的电流值确定PWM的占空比；以所述占空比的PWM驱动LED灯组以匹配的电流值工作。
其中根据检测到的VF值和PN结温度确定与LED灯组相匹配的电流值时，首先建立VF值特性数据校对库，在VF值特性数据校对库中查找与检测到的VF值相对应的电流值作为与LED灯组相匹配的电流值，所述VF值特性数据校对库中存储有与不同VF值相对应LED灯组的匹配电流值。当在VF值特性数据校对库中未找到与检测到的VF值相对应的电流值时，则计算VF值特性数据校对库中与检测到的VF值相邻的两个VF值所对应的电流值的平均值作为该检测到的VF值所对应的匹配的电流值，其中检测到的VF值介于该相邻的两个VF值之间。
建立温度值特性数据校对库，在温度值特性数据校对库中查找与检测到的温度值相对应的电流值作为与LED灯组相匹配的电流值，所述温度值特性数据校对库中存储有与不同温度值相对应LED灯组的匹配电流值。当在温度值特性数据校对库中未找到与检测到的温度值相对应的电流值时，则计算温度值特性数据校对库中与检测到的温度值相邻的两个温度值所对应的电流值的平均值作为该检测到的温度值所对应的电流值，其中检测到的温度值介于该相邻的两个温度值之间。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种LED驱动装置，其特征在于，包括LED驱动模块，所述LED驱动模块包括控制模块、驱动器、用于对正向工作电压值进行检测的VF值检测模块、PN结温度采集模块、和LED灯组；所述控制模块根据正向工作电压值检测模块检测到的正向工作电压值和PN结温度采集模块检测到的温度值来确定与LED灯组匹配的电流值，根据该电流值确定输出至驱动器的PWM的脉冲宽度，进而通过驱动器驱动LED灯组以所述匹配的电流值工作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述控制模块包含正向工作电压值特性数据校对库，控制模块在正向工作电压值特性数据校对库中查找与检测到的正向工作电压值相对应的电流值，并将其作为与LED灯组相匹配的电流值。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：当在正向工作电压值特性数据校对库中未找到与检测到的正向工作电压值相对应的电流值时，则控制模块计算正向工作电压值特性数据校对库与检测到的正向工作电压值相邻的两个正向工作电压值所对应的电流值的平均值作为该检测到的正向工作电压值所对应的电流值，其中检测到的正向工作电压值介于该相邻的两个正向工作电压值之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述控制模块包含温度值特性数据校对库，控制模块在温度值特性数据校对库中查找与检测到的温度值相对应的电流值作为与LED灯组匹配的电流值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：当在温度值特性数据校对库中未找到与检测到的温度值相对应的电流值时，则计算温度值特性数据校对库中与检测到的温度值相邻的两个温度值所对应的电流值的平均值作为该检测到的温度值所对应的电流值，其中检测到的温度值介于该相邻的两个温度值之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：防雷击浪涌模块，其与电源端连接用于消除雷击、或浪涌电压的影响；EMI滤波器连接防雷击浪涌模块，用于阻止高频干扰传回电源线；桥式整流模块连接EMI滤波器，用于将交流电源转换为直流电源；功率因数校正模块连接桥式整流模块，用于提高功率因数。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：当PN结温度采集模块采集到的PN结温度值超过了工作环境温度(topm)，则控制模块停止驱动LED灯组。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述驱动器包括LLC谐振半桥驱动器、两个MOS管组成的半桥电路、隔离变压器、和肖特基二极管整流电路，控制模块输出的PWM脉冲通过光耦发送给LLC谐振半桥驱动器，LLC谐振半桥驱动器驱动半桥电路导通／关闭，半桥电路的输出经过隔离变压器后输出至肖特基二极管整流电路，肖特基二极管整流电路输出稳定的DC电流供给LED灯组。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：优选的，还包括电流采集模块，其采集流经LED灯组的电流值，控制模块根据采集到的电流值与所述匹配的电流值的差，调节PWM脉冲宽度。
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