CN103857154A - 一种led可调光驱动控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED可调光驱动控制器，包括：一LED控制器，所述LED控制器采用I/O口模拟UART的发送端和接收端，实现与串行通信模块的数据交互，一LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器提供调光接口和LED输出接口；所述调光接口与所述LED控制器的PWM输出引脚相连接，通过改变PWM信号的占空比改变LED驱动负载电流的大小；所述LED输出接口与所述LED灯具相连接，还包括一串行通信模块，所述串行通信模块提供总线通信接口以及TTL电平通信接口；所述总线通信接口实现与总线数据的交互；所述TTL电平通信接口用于与所述LED控制器的模拟UART的I/O口相连。本发明具有体积小、低成本、低功耗、高可靠性及安装维护方便等优点。
Description
—种LED可调光驱动控制器技术领域
[0001] 本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种LED可调光驱动控制器，该装置带总线通信接口、LED亮度调节以及过温检测功能。
背景技术
[0002] LED (Light Emitting Diode)作为新型高效固体光源，由于高效、环保、寿命长等优点，在当今环境污染日益严重，气候变暖和能源日益紧张的背景下，基于大功率LED发展起来的半导体照明技术已经被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，广泛应用在室内外照明、景观设计、指示灯等方面，目前LED照明迅速成为最热门的第四代电光源之一，成为未来照明产业发展的方向。
[0003] 与传统光源不同，LED需要专用驱动电源才能使其高效持续的工作，驱动电源是LED照明产业发展的重要保障，它的效率、功率因数、控制方式等直接决定了 LED的性能。LED属于非线性器件，所以微小的电压反应也会极大的影响LED工作情况，如电流过大极易发热损坏。LED驱动的最佳方式是采用恒流源驱动，对LED采用恒流驱动方式较之恒压驱动具有更高的可靠性。
[0004] 但传统恒流源LED照明系统主要存在以下几点不足:
[0005] (1)不具有PWM调光功能；(2)LED驱动电源和控制器分开，使得体积过大，不利于安装维护；(3)不具有总线通信接口，不便于LED的组网及智能控制。
发明内容
[0006] 为了克服上述技术缺点，本发明的目的在于提供一种LED可调光驱动控制器，在保证可靠性及高效性的同时，最大限度的控制了开发成本，使得在低廉成本下，实现了装置的最佳调控性能。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0008] 一种LED可调光驱动控制器，包括:
[0009] 一 LED控制器，所述LED控制器采用I/O 口模拟UART的发送端和接收端，实现与串行通信模块的数据交互，
[0010] 一 LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器提供调光接口和LED输出接口 ；所述调光接口与所述LED控制器的PWM输出引脚相连接，通过改变PWM信号的占空比改变LED驱动负载电流的大小；所述LED输出接口与所述LED灯具相连接，
[0011] 还包括一串行通信模块，所述串行通信模块提供总线通信接口以及TTL电平通信接口 ；所述总线通信接口实现与总线数据的交互；所述TTL电平通信接口用于与所述LED控制器的模拟UART的I/O 口相连。
[0012] 在本发明的一个优选实施例中，所述LED恒流驱动器采用非隔离降压型Buck电路，使用AD-DC通用输入高亮度LED驱动芯片PT4207专用电路设计可调光恒流源，产生电流大小适当的恒流供给LED灯具使用，[0013] 通过LED控制器向LED驱动芯片PT4207的DM管脚提供PWM信号，改变LED驱动负载电流的大小，从而实现LED灯具的亮度调节；
[0014] 驱动电路中的电感器改为具有2个绕组的变压器，利用变压器的初级绕组代替电感器，而次级绕组经线性稳压器LM78L09和LM78L05稳压后，为控制部分提供电源，输出+9V和+5V的稳定电压，确保控制器及通信电路的可靠工作。
[0015] 在本发明的一个优选实施例中，所述串行通信模块采用二极管、三极管以及电阻搭建串行收发电路，提供TTL电平通信接口和总线通信接口。
[0016] 在本发明的一个优选实施例中，所述LED灯具安装于LED发光板上,在LED发光板上连接一 RC测温模块，所述测温模块实时检测LED发光板的温度。
[0017] 在本发明的一个优选实施例中，所述RC测温模块包括一标准电阻和一热敏电阻，根据公式Rt=(Rs*Ts)/Tt，求得热敏电阻阻值后，通过二分法查表即可求得当前的温度值；
[0018] 其中Rs为标准电阻阻值，Ts为标准电阻的充电时间，Tt为热敏电阻的充电时间。
[0019] 本发明具有以下优点和积极效果:
[0020] 本发明在保证可靠性及高效性的同时，最大限度的控制了开发成本，低成本主要体现在以下几点:
[0021] 第一、LED恒流驱动器采用非隔离降压型Buck电路，电路结构简单，元器件少；
[0022] 第二、LED控制器采用RISC架构的通用低价单片机，用普通I/O 口模拟UART时序，实现本发明与控制终端的通信，单片机不需要有专门的硬件UART电路；
[0023] 第三、串行通信电路采用附图2中的电路，而没有使用具有差分电路的专用集成收发芯片；
[0024] 第四、使用RC充放电方式来测量LED发光板温度，防止LED灯具过热。
附图说明
[0025] 图1为本发明的总体系统框图。
[0026] 图2为LED恒流驱动器的电路图。
[0027] 图3为串行通信模块的电路图。
[0028] 图4为多机通信的工作示意图。
[0029] 图5为模拟UART时序程序流程图。
[0030] 图6为RC测温的硬件连接图。
[0031 ] 图7为RC测温的程序流程图。
具体实施方式
[0032] 参照附图1，一种LED可调光驱动控制器，包括:一 LED控制器，所述LED控制器采用I/o 口模拟UART的发送端和接收端，实现与串行通信模块的数据交互，
[0033] 一 LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器提供调光接口和LED输出接口 ；所述调光接口与所述LED控制器的PWM输出引脚相连接，通过改变PWM信号的占空比改变LED驱动负载电流的大小；所述LED输出接口与所述LED灯具相连接，
[0034] 还包括一串行通信模块，所述串行通信模块提供总线通信接口以及TTL电平通信接口 ；所述总线通信接口实现与总线数据的交互；所述TTL电平通信接口用于与所述LED控制器的模拟UART的I/O 口相连。
[0035] 参照图2，为LED恒流驱动器的驱动原理图。
[0036] LED恒流驱动器采用非隔离降压型Buck电路，使用AD-DC通用输入高亮度LED驱动芯片PT4207专用电路设计。
[0037] (I)电源设计
[0038] 在电路设计中，将驱动电路中的电感器改为具有2个绕组的变压器，利用变压器的初级绕组代替电感器，而次级绕组经整流滤波后，使用线性稳压器LM78L09和LM78L05稳压后为控制电路及通信电路提供电源，输出+9V和+5V的稳定电压，确保控制器及通信电路的可靠工作。
[0039] (2)恒流的实现
[0040] 本LED恒流驱动器采用固定关断时间模式控制输出电流。
[0041] 参考图2，假定buck电路(降压式变换电路)的电压为Vbudt,流经电感L3 (变压器初级绕组)的电流为IL。当Q9打开时，从Vbuck到GND的电流流经LED (S)、电感L3、Q9和电流采样电阻R27。电感L3两端电压为Vbuek-VmrIjI^?,由于加到电感两端电压为正电压，电感电流增加。PT4207通过电阻R27采样电感电流Iy当L达到设定值时Q9被关断，进入关断周期。
[0042] 关断时间Ttw通过外部电阻设定，是固定不变的，经过Ttw后09将被重新开启。在关断周期，Il经过D16流到Vbudt,电感两端的电压为-(VmrV1116)。由于电感两端电压反向为负，电感电流逐渐下降。在Ttw时间内，电感电流变化大小为CT^(VmrV1116)/L。在连续电感电流模式下，流过电感的平均电流为:Iavg=Ipk-0.5T0FF*(Vled-Vd16)/L0
[0043] (3) PWM调光的方法和实现
[0044] PT4207的DM专用调光管脚可以接受PWM脉冲调光。当DM电压低于0.35V时开关完全关掉，输出电流最小，DIM电压从0.5V增加时输出电流线性增加，直到DM电压达到
2.5V达到最大Imax，超过2.5V时输出电流保持不变。
[0045] 因此在DM脚加上一个低电平小于0.35V，高电平大于2.5V的PWM脉冲信号则可以实现PWM调光。
[0046] 参考图2，LED控制器的PWM输出引脚输出PWM信号后，接到光耦的2脚，经光耦耦合后的SPWM (光耦的4脚)接到PT4207的DM管脚，控制驱动的负载电流，从而实现PWM调光。如果调光信号占空比为D，则输出电流可以表示为:ILoad=D*Imax(0≤D≤I)。
[0047] (4) PFC功率因数校正
[0048] 本LED恒流驱动器采用无源PFC电路来提高功率因数。参考图2，Cll、C15、D12、D14、D15构成一个两级填谷电路，Vbudt为转换器提供工作电源。填谷电路允许负载在AC周期的更多时间直接从母线抽取电流，从而提高功率因数，由于CU、C15只承受一半的输入电压，因此可以选用耐压较低的电解电容。
[0049] (5) LED驱动输出接口，见图2中LED+ (LED正级)和LED- (LED负级)，该LED驱动输出接口连接LED灯具。
[0050] 参照图3，为串行通信模块的电路。
[0051 ] ( I)串行通信电路接口介绍
[0052] 串行通信电路提供TTL电平通信接口，见图3中TX (发送端)、RX (接收端)，TX与RX与LED控制器的模拟UART (通用异步收发传输器)的I/O 口相连，实现数据的发送和接收；
[0053] 串行通信电路还提供总线通信接口，见图3中DATA (数据)、GND (地)和RGND (隔离地)，DATA、GND与RGND都直接与总线相连接，实现数据在总线中的传输。
[0054] 发送端TX —端通过电阻RS连接三极管Q3，然后三极管Q3依次通过电阻R12，三极管Q4，电阻RlI，电阻R9以及二极管Q2后，经二极管D2连接数据端DATA ；
[0055] 接收端RX依次通过三极管Ql接地，三极管Ql的基级依次经过电阻R2，电阻R3后连接二极管D2的一端。
[0056] (2)多机通信的实现
[0057] 使用本串行通信电路作为通信收发器时，多机通信的接线方法参考图3，总线上最多可以有64个收发器，所有的收发器通过串联的方式接在总线上。
[0058] 参考图3和图4，当控制终端的收发器的发送端TX输入为TTL低电平(即逻辑O时)，则DATA端的电压为TTL高电平(即逻辑1)，即总线中传输的数据为1，次级收发器及之后串联的收发器从总线中收到数据I之后，接收端所接的三极管9014导通，则接收端RX电压为低电平(逻辑O)。
[0059] 反之，当控制终端的收发器的发送端TX输入为TTL高电平(即逻辑I时)，则DATA端的电压为TTL低电平(即逻辑0)，即总线中传输的数据为0，次级收发器及之后串联的收发器从总线中收到数据O之后，接收端所接的三极管9014不导通，则接收端RX电压为高电平(逻辑1)，保证了总线中数据的正确发送和接收。
[0060] (3)串行通信模块的软件实现
[0061] 参照图5，普通I/O 口通过软件来模拟串行通信时序，最终实现串行通信，需要选择一可外部中断口做单片机输入口和一普通I/o 口做输出口。并利用外部中断和定时器中断编程实现串口通信中Ibyte数据的发送和接收，其中外部中断用来判断接收数据的起始位标志，定时器中断用来控制数据以正确的波特率接收和发送，如本程序中通信波特率为9600bps，则每传输Ibit数据的时间为104微秒。程序流程图参考图4。
[0062] RC测温模块的硬件连接图，如附图6所示，程序流程图，如附图7所示。
[0063] (I)RC测温的实现方法
[0064] RC测温的实现方法是利用电阻R给电容C充放电时间来测量温度，用不同的电阻给电容充放电的时间不一样。
[0065] 参考图6，RC测温模块选用一个标准电阻(通常为高精度的金属膜电阻，随温度变化其阻值变化很小，可忽略不计，见图6中标准电阻(R_Standard)，标准电阻Rs的阻值与温度传感器在标准大气压下、25°C时的阻值相同。当温度发生变化时，热敏电阻(见图6中NTC )的阻值Rt发生变化，那么热敏电阻Rt给电容C的充放电时间也发生变化，而标准电阻Rs给电容C的充放电时间则不发生变化。
[0066] 由充电时间的计算公式:Tt=K*Rt*C, Ts=K*Rs*C，可得热敏电阻的阻值Rt= (Rs*Ts) /Tt0
[0067] (2) RC测温的软件实现方法
[0068] 本模块的程序设计思想就是分别计算出标准电阻Rs的充电时间Ts，热敏电阻Rt的充电时间Tt，然后通过公式Rt=(Rs*Ts)/Tt即可求的热敏电阻的阻值，再通过二分法查表即可求得当前的温度值。程序流程图如图7。
[0069] 由于本程序中标准电阻Rs的充电时间Ts和热敏电阻Rt的充电时间Tt都是通过指令周期进行计算的，所以计算充电时间的时候不能被其他的模块程序打断，在计算充电时间的过程中一旦有其他程序执行，就放弃本次测量值，并重新进行测量。
[0070] 本发明包括以下功能:
[0071] 第一、为LED提供可调光恒流驱动，电流不会受到LED参数离散性、环境温度、电压的影响，可以更好的将LED的优良特性体现出来；
[0072] 第二、可实现LED的PWM调光，通过控制器向LED驱动芯片PT4207的DM管脚提供PWM信号，改变LED驱动负载电流的大小，从而实现LED的亮度调节；
[0073] 第三、具有总线通信接口，可以方便的实现LED组网以及智能控制，控制终端可通过总线传输命令数据，实现对LED的亮度调节及场景控制；
[0074] 第四、具有过温监控功能，通过简单的RC测温模块实现对LED发光板温度的实时采集，及时检测LED的过热状态，避免对LED芯的损坏，并可以通过总线及时的将过温状态传递给控制终端。
Claims (5)
1.一种LED可调光驱动控制器，其特征在于，包括: 一 LED控制器，所述LED控制器采用I/O 口模拟UART的发送端和接收端，实现与串行通信模块的数据交互， 一 LED恒流驱动器，所述LED恒流驱动器提供调光接口和LED输出接口 ；所述调光接口与所述LED控制器的PWM输出引脚相连接，通过改变PWM信号的占空比改变LED驱动负载电流的大小；所述LED输出接口与所述LED灯具相连接， 还包括一串行通信模块，所述串行通信模块提供总线通信接口以及TTL电平通信接口 ；所述总线通信接口实现与总线数据的交互；所述TTL电平通信接口用于与所述LED控制器的模拟UART的I/O 口相连。
2.根据权利要求1所述的一种LED可调光驱动控制器，其特征在于，所述LED恒流驱动器采用非隔离降压型Buck电路，使用AD-DC通用输入高亮度LED驱动芯片PT4207专用电路设计可调光恒流源，产生电流大小适当的恒流供给LED灯具使用， 通过LED控制器向LED驱动芯片PT4207的DM管脚提供PWM信号，改变LED驱动负载电流的大小，从而实现LED灯具的亮度调节； 驱动电路中的电感器改为具有2个绕组的变压器，利用变压器的初级绕组代替电感器，而次级绕组经线性稳压器LM78L09和LM78L05稳压后，为控制部分提供电源，输出+9V和+5V的稳定电压，确保控制器及通信电路的可靠工作。
3.根据权利要求1所述的一种LED可调光驱动控制器，其特征在于，所述串行通信模块采用二极管、三极管以及电阻搭建串行收发电路，提供TTL电平通信接口和总线通信接口。
4.根据权利要求1所述的一种LED可调光驱动控制器，其特征在于，所述LED灯具安装于LED发光板上，在LED发光板上连接一 RC测温模块，所述测温模块实时检测LED发光板的温度。
5.根据权利要求4所述的一种LED可调光驱动控制器，其特征在于，所述RC测温模块包括一标准电阻和一热敏电阻，根据公式Rt=(Rs*Ts)/Tt，求得热敏电阻阻值后，通过二分法查表即可求得当前的温度值； 其中Rs为标准电阻阻值，Ts为标准电阻的充电时间，Tt为热敏电阻的充电时间。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C06 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C14 | Grant of patent or utility model |