CN103857154B - 一种led可调光驱动控制器 - Google Patents

一种led可调光驱动控制器 Download PDF

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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

一种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] LEDCLight Emitting D1de)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] (I)不具有PffM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PffM输出引脚相连接,通过改变PffM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 /0 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P丽信号,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PffM输出引脚相连接,通过改变PffM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 /0 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Vbuck,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Vbuck-VLED-lL*R27,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IL,当Il达到设定值时Q9被关断,进入关断周期。
[0042]关断时间IW通过外部电阻设定,是固定不变的,经过IW后Q9将被重新开启。在关断周期,Il经过D16流到Vbuck,电感两端的电压为-(Vled~Vdi6)。由于电感两端电压反向为负,电感电流逐渐下降。在TciFF时间内,电感电流变化大小为:-TciFF* (VLED-VD16)/L。在连续电感电流模式下,流过电感的平均电流为:Iavg=Ipk-0.5TQFF*(VLED-VD16)/L。
[0043] (3)PWM调光的方法和实现
[0044] PT4207的D頂专用调光管脚可以接受PffM脉冲调光。当D頂电压低于0.35V时开关完全关掉,输出电流最小,Dm电压从0.5V增加时输出电流线性增加,直到D頂电压达到2.5V达到最大Imax,超过2.5V时输出电流保持不变。
[0045] 因此在D頂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PffM调光。
[0046] 参考图2,LED控制器的P丽输出引脚输出P丽信号后,接到光耦的2脚,经光耦耦合后的SP丽(光耦的4脚)接到PT4207的D頂管脚,控制驱动的负载电流,从而实现P丽调光。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彡DS1)。
[0047] (4)PFC功率因数校正
[0048] 本1^0恒流驱动器采用无源??(:电路来提高功率因数。参考图2,(:11、(:15、012、014、D15构成一个两级填谷电路,Vbuc^S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C11、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Rl I,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I,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(S卩逻辑I时),则DATA端的电压为TTL低电平(即逻辑O),即总线中传输的数据为O,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I ),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I b i t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)/Tto
[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PffM调光,通过控制器向LED驱动芯片PT4207的D頂管脚提供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 (3)

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P丽信号的占空比改变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; 串行通信模块中的普通I/O口通过软件来模拟串行通信时序,最终实现串行通信,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; 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; 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; 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。
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P丽信号,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。
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