CN104039057B - 一种恒光通量led模组控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种恒光通量LED模组控制电路，属于LED照明技术领域。它解决了现有技术中在个别LED灯出现问题时整个灯组的光通量不能保持恒定的问题。本控制电路包括开关电源、主控制器模块、风扇控制电路、LED单元和LED单元对应的驱动调光电路，开关电源分别给主控制器模块、风扇控制电路和驱动调光电路供电，主控制器模块包括单片机和DC/DC模块，单片机的LED电流接口与LED单元连接并用于检测LED单元工作电流，故障信号输入接口与风扇控制电路的故障信号检测端连接，PWM信号输出端与驱动调光电路的PWM信号输入接口连接，驱动调光电路的电流输出端连接与其对应的LED单元，DC/DC模块给风扇控制电路供电。该控制电路能保证LED模组在工作时保持在恒光通量状态。
Description
技术领域
本发明属于LED照明技术领域，涉及一种恒光通量LED模组控制电路。
背景技术
传统工矿灯、路灯、码头投光灯等灯具光源多采用节能灯、钠灯或金卤灯，由于传统灯具耗能严重，LED灯越来越多的被使用。采用数字或叫PWM的LED调光控制法以大于100HZ的开关工作频率，以脉宽调制的方法改变LED驱动电流的脉冲占空比来实理LED的调光控制，能避免人眼感觉到调光闪烁现象，调光比范围大。因此，PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为最广泛应用在LED的控制方式。但是现有技术中，在使用LED灯组的时候，会出现以下问题，当LED灯内部的灯组中在使用时出现一颗或者几颗LED损坏后,LED模组的总光通量发生改变,LED灯组的照明亮度受到影响。例如，中国专利文献公开了申请号为201410081380.6的一种无失真的LED PWM亮度控制电路，包括LED恒流驱动器、PWM信号发生电路、开关管、比较器和数字控制模块；所述LED恒流驱动器用于产生驱动电流；所述PWM信号发生电路用于产生PWM信号，并控制LED恒流驱动器产生驱动电流；所述开关管用于控制驱动电流的开启，当PWM信号为高时，开关管的驱动电流开启，当PWM信号为低时，开关管的驱动电流关闭；所述比较器用于获取驱动电流信号并将它提取为信号，实时比较获取实际开关管开启时间差值；所述数字控制模块与比较器电连接，用于获得开启时间差值，并将时间差值加入PWM信号中以校正开关管的开始损失。该控制电路虽然能够通过采用数字处理模块校正PWM恒流输出损失，使LED恒流输出信号保持完整，从而保证LED灯的亮度，但是这种无失真控制仅仅是在所有LED灯都是完好的情况才能保证，当出现部分LED灯损坏时，实际上采用这种控制方式下LED灯的照明度还是会下降，即总光通量还是下降，还是会影响照明效果，另外该技术方案中，还缺少对于LED灯发热保护的措施，因此还会出现LED灯过热损坏现象。
发明内容
本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种恒光通量LED模组控制电路，该控制电路能够实现LED模组在工作时保持恒光通量，同时保证有效散热。
本发明通过下列技术方案来实现：一种恒光通量LED模组控制电路,其特征在于,包括开关电源、主控制器模块、风扇控制电路、若干个LED单元以及若干个与LED单元一一对应的驱动调光电路，所述开关电源用于将交流电转换为直流电分别给主控制器模块、风扇控制电路以及若干个驱动调光电路供电，所述主控制器模块包括单片机以及与单片机电源接口连接的DC/DC模块，所述单片机的LED电流接口分别与每个LED单元连接并用于检测各LED单元工作时的电流，所述单片机的故障信号输入接口与所述风扇控制电路的故障信号检测端连接，所述单片机的PWM信号输出端分别与每个驱动调光电路的PWM信号输入接口连接，每个所述驱动调光电路的电流输出端均连接与其对应的LED单元，所述DC/DC模块用于将单片机输出的电压经过转换后输出5V电压给风扇控制电路供电。
本恒光通量LED模组控制电路通过单片机分别检测若干个LED单元的电流，然后根据电流来判断是否LED单元损坏，当有LED单元损坏时，单片机通过改变输出的PWM信号控制驱动调光电路提高输出给其他完好LED单元的驱动电流，从而保证光通量，避免因个别LED单元中LED灯损坏导致总光通量下降，实现恒光通量控制；另外通过风扇控制电路控制风扇电机转动实现LED模组的散热功能，保护LED模组不会因过热损坏。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，所述单片机为基于8051内核的FlashMCU。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，所述开关电源为AC/DC模块，其允许输入的交流电压区间为100-240V，输出的直流电压为24V。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，每个所述驱动调光电路均包括PWM调光器和控制器,所述PWM调光器接收单片机的PWM信号并输送给控制器，所述控制器根据接收的PWM信号输出电流给对应LED单元供电。由于单片机能够检测LED单元的电流，因此，单片机可根据检测的LED单元电流值来改变输出的PWM信号，因此驱动调光电路根据接收的PWM信号输出不同的电流驱动LED单元实现亮度调节。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，所述控制器为恒流降压稳压器LM3406。LM3406具有宽输入电压范围、低参考电压、低电压关断以及输出过压保护的特点，并且设有双导线调光功能，内置比较器以及一次性启动定时器，输出电流准确且瞬态响应快。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，所述风扇控制电路包括控制IC和风扇电机，所述控制IC的电源输入端接DC/DC模块，所述控制IC的PWM信号输出端接风扇电机，所述控制IC的故障检测端接单片机的故障信号输入端。控制IC检测到风扇故障后，通过故障检测端发送信号给单片机，单片机根据风扇故障信号关断LED电流接口，从而关闭LED灯，保护LED灯不会因过热而损坏。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，所述控制IC为MC642。MV642为脉宽调制型(PWM)直流电机风扇转速控制IC，具有节能的关断模式，其运行噪声低，其供电电压与风扇供电电压相互独立，并且具有故障检测电路，可以检测风扇故障。
在上述的一种恒光通量LED模组控制电路中，所述LED单元为由若干颗LED灯串联组成的灯组。通过将若干颗LED灯串联，使得LED单元的亮度增加，提高照明度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、高亮度，且为恒光通量设计，当有一个LED单元内的LED灯不亮后，主控制器模块能够通过检测相应LED单元的电流信号判断该LED单元开路，通过主控制器单片机内部程序控制输出PWM信号至PWM调光器，通过PWM调光器将信号输送给控制器提高另外几个LED单元的驱动电流，避免因LED损坏导致总光通量下降，实现恒光通量的功能。
2、可作为单一光源(如传统灯泡)安装在传统工矿灯、路灯等灯具外壳中，实现了对传统灯具外壳的再利用，既节能又减少了投资成本。
3、通过风扇控制电路的设计，使得LED模组能够及时得到散热，从而保护LED灯不会因过热而损坏。
4、在风扇控制电路中设置故障检测接口，能够及时发现风扇故障，并通过主控制器模块及时关闭LED模组，从而避免因风扇故障导致LED灯过热损坏的情况的发生。
附图说明
图1是本发明实施例的电路框图；
图2是本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本恒光通量LED模组控制电路,包括开关电源、主控制器模块、风扇控制电路、六个LED单元以与六个分别与LED单元一一对应的驱动调光电路(在本实施例的附图1、2中只画出一个LED单元以及与其对应的驱动调光电路，在实际使用中，可以根据需要设置多个LED单元，并且每个LED单元均独立配有一个驱动调光电路为LED单元供电)，开关电源交流输入一端连接电网，直流输出一端分别连接六个驱动调光电路、主控制器模块和风扇控制电路，主要用于将交流电转换为直流电分别给主控制器模块、风扇控制电路以及六个驱动调光电路供电，主控制器模块分别连接风扇控制电路、六个驱动控制电路以及六个LED单元，主控制器模块通过检测每个LED单元上的电流判断该LED单元是否损坏，并在个别LED单元出现损坏时通过改变输出的PWM信号来控制其他完好LED单元所对应的驱动调光电路，其他完好LED单元所对应的驱动调光电路根据接收的PWM信号提高输出电流给对应LED单元，每个LED单元电流的提高幅度通过以下公式获得：(0.7*每个LED单元中LED灯个数)/剩余正常工作的LED单元个数；主控制器模块通过改变输出的PWM信号来进行调光，从而保证总光通量处于恒定状态，实现恒光通量控制。当然为了避免多个LED单元损坏导致剩余LED单元中电流过大情况的发生，还通过以下方式进行限定：当出现LED灯损坏的LED单元个数超过三组(即超过总LED单元个数的一半)时，主控制器模块中设定程序默认LED单元均处于开路，自动关灭所有LED单元。本实施例中，LED单元为由若干颗LED灯串联组成的灯组。通过将若干颗LED灯串联，使得LED单元的亮度增加，提高照明度。
图2是本恒光通量LED模组控制电路的详细电路原理图，具体内容如下：
主控制器模块包括单片机U1和与单片机U1电源接口VDD连接的DC/DC模块。其中，单片机U1为基于8051内核的Flash MCU，单片机U1的引脚P4.1、引脚P4.0分别作为LED电流接口的正极输入和负极输入用于检测各LED单元工作时的电流，引脚P2.7作为输出PWM信号的输出接口，引脚P2.6作为风扇控制电路的故障信号输入端。DC/DC模块允许输入的直流电压为19-28V，其输出的直流电压为5V，用于将单片机U1输出的电压经过转换后输出5V电压给风扇控制电路供电。
驱动调光电路包括PWM调光器、恒流降压稳压器U2、旁路电容Cin、电阻Ron、耦合电容Cb、二极管D1、储能电感L1、补偿电容Cc以及电容Cf，其中横流降压稳压器U2为LM3406，其引脚Vin接旁路电容Cin正极和开关电源，作为电源输入端，引脚RON作为时间控制接口，与电阻Ron一端连接，电阻Ron的另一端与开关电源连接，引脚DIM与PWM调光器的输出端连接，PWM调光器的电源输入端与开关电源连接，PWM调光器的PWM信号输入端与单片机U1的引脚P2.7连接。恒流降压稳压器U2的引脚COMP与补偿电容Cc正极连接，补偿电容Cc负极接地。恒流降压稳压器U2的引脚VCC通过电容Cf接地，引脚CS作为LED电流反馈引脚与LED单元的负极连接，引脚VOUT作为电压输出端与LED单元的正极连接，引脚SW作为开关脚，分别连接二极管D1的负极、储能电感L1一端连接，储能电感L1另一端连接LED单元正极。二极管D1的正极接地，负极还与耦合电容Cb负极连接，耦合电容Cb正极接恒流降压稳压器U2的引脚BOOT。每个驱动调光电路均包括PWM调光器和控制器,PWM调光器接收单片机U1的PWM信号并输送给恒流降压稳压器U2，恒流降压稳压器U2根据接收的PWM信号输出电流给对应LED单元供电。由于单片机U1能够检测LED单元的电流，因此，单片机U1可根据检测的LED单元电流值来改变输出的PWM信号，因此驱动调光电路根据接收的PWM信号输出不同的电流驱动LED单元实现亮度调节。
开关电源为AC/DC模块，其允许输入的交流电压区间为100-240V，输出的直流电压为24V。
风扇控制电路包括控制IC、限压电阻R1、旁路电容C1、限流电阻R2、电容C2、电容C3、消振电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、故障检测电阻R6、电机驱动NPN晶体管以及风扇电机，控制IC为MC642，图中用U3表示，MV642为脉宽调制型(PWM)直流电机风扇转速控制IC，具有节能的关断模式，其运行噪声低，其供电电压与风扇供电电压相互独立，并且具有故障检测电路可以检测风扇故障，控制IC的引脚Vin连接旁路电容C1并通过限压电阻R1接DC/DC模块输出端，引脚CF通过电容C2连接旁路电容另一端并且接地，引脚Vmin连接电阻R3负极以及电容C3正极，电阻R3正极接DC/DC模块输出端；电容C3负极接地，限流电阻R2正极接限压电阻R1负极，限流电阻R2负极接地；控制IC的引脚GND接地，引脚SENSE分别接单片机U1的P2.6脚以及电容C5的正极，电容C5负极接故障检测正极，故障检测电阻R6负极接地；控制IC的引脚Vout作为PWM信号输出接口，连接电机驱动NPN晶体管的基极，电机驱动NPN晶体管的发射极连接故障检测电阻R6的正极，电机驱动NPN晶体管的集电极连接风扇电机，风扇电机还连接开关电源；控制IC的引脚VDD接电容C4正极，电容C4负极接地。控制IC检测到风扇故障后，通过故障检测端发送信号给单片机U1，单片机根据风扇故障信号关断LED电流接口，从而关闭LED灯，保护LED灯不会因过热而损坏。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种恒光通量LED模组控制电路,其特征在于,包括开关电源、主控制器模块、风扇控制电路、若干个LED单元以及若干个与LED单元一一对应的驱动调光电路，所述开关电源用于将交流电转换为直流电分别给主控制器模块、风扇控制电路以及若干个驱动调光电路供电，所述主控制器模块包括单片机以及与单片机电源接口连接的DC/DC模块，所述单片机的LED电流接口分别与每个LED单元连接并用于检测各LED单元工作时的电流，所述单片机的故障信号输入端口与所述风扇控制电路的故障信号检测端连接，所述单片机的PWM信号输出端分别与每个驱动调光电路的PWM信号输入接口连接，每个所述驱动调光电路的电流输出端均连接与其对应的LED单元，所述DC/DC模块用于将单片机输出的电压经过转换后输出5V电压给风扇控制电路供电,单片机根据电流来判断是否LED单元损坏，当有LED单元损坏时，单片机通过改变输出的PWM信号控制驱动调光电路提高输出给其他完好LED单元的驱动电流，所述风扇控制电路用于控制风扇工作且当LED单元需要散热加大时提高风扇的转速。
2.根据权利要求1所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，所述单片机为基于8051内核的Flash MCU。
3.根据权利要求2所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，所述开关电源为AC/DC模块，其允许输入的交流电压区间为100-240V，输出的直流电压为24V。
4.根据权利要求2所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，每个所述驱动调光电路均包括PWM调光器和控制器,所述PWM调光器接收单片机的PWM信号并输送给控制器，所述控制器根据接收的PWM信号输出电流给对应LED单元供电。
5.根据权利要求4所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，所述控制器为恒流降压稳压器LM3406。
6.根据权利要求2所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，所述风扇控制电路还包括控制IC和风扇电机，所述控制IC的电源输入端接DC/DC模块，所述控制IC的PWM信号输出端接风扇电机，所述控制IC的故障检测端接单片机的故障信号输入端。
7.根据权利要求6所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，所述控制IC为MC642。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种恒光通量LED模组控制电路，其特征在于，所述LED单元为由若干颗LED灯串联组成的灯组。
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| CN104039057A (zh) | 2014-09-10 |
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