CN104427699B - Led信号灯及其led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于信号灯照明电器设备领域，尤其涉及一种LED信号灯及其LED驱动电路。该驱动电路包括相互连接的按键输入模块、MCU控制模块、DC/DC转换模块、电流采样模块和过压保护模块，在驱动电路中增加了过压保护功能，可以实现安全驱动LED，并保证流经LED灯组的电流恒定不变。该LED信号灯内设置了上述LED驱动电路，可以实现安全驱动LED灯组，特别是增加了过压保护功能，使得整个驱动电路安全可靠，继而提高了LED信号灯的安全性能，延长信号灯的正常工作时间。该LED驱动电路整体设计简单，成本低廉，适用于低压电池供电的任何场合。

Description

LED信号灯及其LED驱动电路

技术领域

本发明属于信号灯照明电器设备领域，尤其涉及一种LED信号灯及其LED驱动电路。

背景技术

目前，LED广泛应用于照明或信号灯领域，其长寿命和低功耗的特点赢得了广大用户欢迎。LED灯不能直接供电使用，因此LED灯作为照明灯或信号灯使用时，需要提供相应的电源驱动。

市场上常见LED信号灯的驱动电路，低成本实现的方案主要是采用一个电阻与LED灯串联的方式，采用电阻的原因有两个：一是为了限流，保证电流在LED灯组的允许范围内：二是为了降压，以保证LED灯组的端电压也在其允许范围内。这种电路的缺点也很显而易见：当电池电压高时，限流电阻消耗大量的电能，电路效率低；而当电池电压下降后，LED灯组的电流也会随着下降，导致亮度无法满足要求，造成LED灯组维持正常亮度的时间比较短。因此，这种电路具有效率低、而且性能差的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的首先在于提供一种LED驱动电路，旨在解决现有LED驱动电路效率低、性能差的技术问题，使得流经LED灯组的电流恒定不变，延长信号灯的正常工作时间。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种LED驱动电路，与LED负载相连，包括：

按键输入模块，用于根据用户的操作指令开启或关闭整个LED驱动电路的工作状态；

MCU控制模块，其使能引脚与按键输入模块的输出端相接，用于根据所述按键输入模块的控制对后续功能模块进行调控；

DC/DC转换模块，连接在MCU控制模块的PWM输出端与LED负载之间，用于根据所述MCU控制模块的调控驱动所述LED负载，并对流经所述LED负载的电压进行调整和平稳；

电流采样模块，连接在DC/DC转换模块与MCU控制模块之间，用于控制流经所述LED负载的电流，实现LED负载在恒流电流下工作；以及

过压保护模块，连接在MCU控制模块与LED负载之间，用于在所述LED负载两端的电压过高时实现开路保护。

具体地，所述过压保护模块包括：

电压反馈保护单元，并接在LED负载两端获取输出电压，根据所述LED负载两端电压是否正常，输出相应的电压信号；以及

镜像电流源单元，连接在电压反馈保护单元与MCU控制模块之间，所述MCU控制模块根据该镜像电流源单元传输的所述电压反馈保护单元输出的电压信号控制PWM的输出与否。

另一方面，本发明的目的还在于提供一种LED信号灯，比如便携式方位信号灯。该信号灯内设置了上述LED驱动电路，可以实现安全驱动LED灯组，特别是增加了过压保护功能，使得整个驱动电路安全可靠，继而提高了LED信号灯的安全性能。

根据本发明提供的LED信号灯及其LED驱动电路，在驱动电路中增加了过压保护功能，可以实现安全驱动LED，并保证流经LED灯组的电流恒定不变，延长信号灯的正常工作时间。该LED驱动电路整体设计简单，成本低廉，适用于低压电池供电的任何场合。

附图说明

图1是本发明实施例提供的LED驱动电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的LED驱动电路的示例电子元器件图。

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。

图1是本发明实施例提供的LED驱动电路的结构框图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

一种LED驱动电路，与LED负载相连，包括：按键输入模块10、MCU控制模块20、DC/DC转换模块30、电流采样模块40和过压保护模块50。

其中，按键输入模块10主要用于根据用户的操作指令开启或关闭整个LED驱动电路的工作状态；MCU控制模块20的使能引脚与按键输入模块10的输出端相接，用于根据按键输入模块10的控制对后续功能模块进行调控；DC/DC转换模块30，连接在MCU控制模块20的PWM输出端与LED负载之间，用于根据MCU控制模块20的调控驱动LED负载，并对流经LED负载的电压进行调整和平稳；电流采样模块40连接在DC/DC转换模块30与MCU控制模块20之间，用于控制流经LED负载的电流，实现LED负载在恒流电流下工作；过压保护模块50连接在MCU控制模块20与LED负载之间，用于在LED负载两端的电压过高时实现开路保护。

在具体实现时，所述过压保护模块50可以包括：

电压反馈保护单元501，并接在LED负载两端、并获取其输出电压，根据LED负载两端电压是否正常，输出相应的电压信号；以及

镜像电流源单元502，连接在电压反馈保护单元501与MCU控制模块20之间，MCU控制模块20根据该镜像电流源单元502传输的电压反馈保护单元501输出的电压信号控制其PWM的输出与否。

图2是本发明实施例提供的LED驱动电路的示例电子元器件图。同样的，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

按键输入模块10包括上拉电阻R1和按键SW1；按键SW1的一端接地，另一端通过上拉电阻R1接供电电池B1，按键SW1与上拉电阻R1的共接端接MCU控制模块的使能引脚，即图中的第3脚。按键SW1用于控制MCU模块20的工作状态。用户按下按键SW1时，MCU的工作状态就进行切换，在休眠-工作-休眠之间切换。

DC/DC转换模块30是本LED驱动电路设计方案的核心之一。在具体实施过程中，可以采用Buck/Boost变换电路实现DC/DC转换，实现能量的高效转化和保证整体电气效率。在电池电压低时，该电路能够起到升压作用，稳定LED负载的工作电流；在电池电压高时，该电路能够起到降压作用，稳定LED负载的工作电流。该DC/DC转换模块30，不仅能够适应电池高低电压，而且能够高效驱动LED负载。

在本图2所示的实施例中，DC/DC转换模块30包括电感L1、电容C1、二极管D3、开关管Q1和电阻R3；电感L1的第一端和电容C1的第一端同时接供电电池B1，电感L1的第二端同时接二极管D3的阳极和开关管Q1的高电位端，二极管D3的阴极与电容C1的第二端同时接LED负载，开关管Q1的控制端接MCU控制模块20的PWM输出端(即图示的第5脚)，开关管Q1的低电位端通过电阻R3接地。

进一步如图所示，本实施例采用的开关管Q1为一NMOS管，该NMOS管的漏极为开关管Q1的高电位端，NMOS管的源极为开关管Q1的低电位端，NMOS管的栅极为开关管Q1的控制端。DC/DC转换模块30的工作原理为：当NMOS管Q1导通时，电流由上到下给电感L1充电；当NMOS管Q1关断时，流经电感L1的电流方向保持不变，由上到下流向二极管D3，供给LED负载和滤波电容C1，使LED负载工作。实际上，流过该电感L1的电流是由MCU控制模块控制的，MCU通过调节输出的PWM的占空比，控制电流大小，从而使得LED负载的工作电流稳定，不受电池电压的影响。

电流采样模块40用于控制流经LED负载的电流，实现LED负载在恒流电流下工作。在本实施例中，电流采样模块40包括电阻R2和电容C2；电阻R2连接在开关管Q1的低电位端与MCU控制模块20的采样电流输入端(第6脚)之间，电容C2接在MCU控制模块20的采样电流输入端与地之间。当电流经过电感L1和NMOS管Q1后，再流过电阻R3，此时，在电阻R3的两端产生电压。当电阻R3两端电压高于预设电压时，MCU控制模块20调节输出的PWM占空比，减少占空比输出；当电阻R3两端电压低于预设电压时，MCU控制模块20加大占空比输出，从而达到恒流输出的目的。

作为本发明的一优选实施例，过压保护模块50的功能由电压反馈保护单元501和镜像电流源单元502共同实现。其中，电压反馈保护单元501包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、PNP型三极管Q2、PNP型三极管Q3、二极管D4和稳压二极管D5；二极管D4的阳极接LED负载的一端，二极管D4的阴极同时接电阻R7的第一端、电阻R5的第一端和PNP型三极管Q2的发射极，电阻R4接在PNP型三极管Q2的基极和发射极之间，电阻R7的第二端接PNP型三极管Q3的发射极，PNP型三极管Q3的集电极接镜像电流源单元502的输入端，PNP型三极管Q3的基极接PNP型三极管Q2的集电极，电阻R5的第二端接PNP型三极管Q3的基极，电阻R6接在PNP型三极管Q3的基极与LED负载的另一端之间，稳压二极管D5的阳极接电阻R6与LED负载的共接端，稳压二极管D5的阴极接PNP型三极管Q2的基极。

镜像电流源单元502包括NPN型三极管Q4和NPN型三极管Q5；NPN型三极管Q4的基极与NPN型三极管Q5的基极的共接端为该镜像电流源单元502的输入端、接PNP型三极管Q3的集电极，NPN型三极管Q4的基极与集电极相接，NPN型三极管Q4的发射极和NPN型三极管Q5的发射极都接地，NPN型三极管Q5的集电极接MCU控制模块的第7脚。

在具体工作过程中，LED负载两端的电压加载在电压反馈保护单元501的两端，当LED负载两端出现高压时，电压反馈保护单元501中的稳压二极管D5击穿工作，PNP型三极管Q2的基极被拉低，PNP型三极管Q2导通工作，驱动PNP型三极管Q3基极被拉高，PNP型三极管Q3即停止工作，输出高阻态。此时，镜像电流源单元502停止工作，NPN型三极管Q5不导通，即没有信号反馈给MCU控制模块20的第7脚。因此，MCU控制模块20停止输出PWM，以达到保护的目的。而当LED负载两端无高压时，稳压二极管D5和PNP型三极管Q2不工作，PNP型三极管Q3、NPN型三极管Q4和NPN型三极管Q5工作，NPN型三极管Q5将MCU控制模块20的第7脚拉成低电平，MCU控制模块20检测到低电平后，认为电路正常工作，输出PWM驱动LED负载。

实际上，上述的MCU控制模块20可以是任一8位带A/D转换的单片机，通过编程即可实现其全部功能。

一方面，本发明实施例提供的LED驱动电路适用于一般电光源灯具的电路装置，尤其涉及信号灯照明电器设备的驱动装置，特别适用于便携式方位信号灯设计，可供采矿、高空作业，跳伞等工作人员随身佩戴。另一方面，本发明实施例还提供一种LED信号灯，该LED信号灯包括LED负载和供电电池B1，包括但不限于前述的便携式方位信号灯。作为改进，该LED信号灯包括了如前所述的LED驱动电路。该信号灯内设置了上述LED驱动电路，可以实现安全驱动LED灯组，特别是增加了过压保护功能，使得整个驱动电路安全可靠，继而提高了LED信号灯的安全性能。

根据本发明提供的LED信号灯及其LED驱动电路，在驱动电路中增加了过压保护功能，可以实现安全驱动LED，并保证流经LED灯组的电流恒定不变，延长信号灯的正常工作时间。该LED驱动电路整体设计简单，成本低廉，适用于低压电池供电的任何场合。

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 (7)

1.一种LED驱动电路，与LED负载相连，其特征在于，所述LED驱动电路包括：

按键输入模块，用于根据用户的操作指令开启或关闭整个LED驱动电路的工作状态；

MCU控制模块，其使能引脚与按键输入模块的输出端相接，用于根据所述按键输入模块的控制对后续功能模块进行调控；

DC/DC转换模块，连接在MCU控制模块的PWM输出端与LED负载之间，用于根据所述MCU控制模块的调控驱动所述LED负载，并对流经所述LED负载的电压进行调整和平稳；

电流采样模块，连接在DC/DC转换模块与MCU控制模块之间，用于控制流经所述LED负载的电流，实现LED负载在恒流电流下工作；以及

过压保护模块，连接在MCU控制模块与LED负载之间，用于在所述LED负载两端的电压过高时实现开路保护；

所述过压保护模块包括：

电压反馈保护单元，并接在LED负载两端获取输出电压，根据所述LED负载两端电压是否正常，输出相应的电压信号；以及

镜像电流源单元，连接在电压反馈保护单元与MCU控制模块之间，所述MCU控制模块根据该镜像电流源单元传输的所述电压反馈保护单元输出的电压信号控制PWM的输出与否；

所述电压反馈保护单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、PNP型三极管Q2、PNP型三极管Q3、二极管D4和稳压二极管D5；

所述二极管D4的阳极接LED负载的一端，所述二极管D4的阴极同时接电阻R7的第一端、电阻R5的第一端和PNP型三极管Q2的发射极，所述电阻R4接在所述PNP型三极管Q2的基极和发射极之间，所述电阻R7的第二端接所述PNP型三极管Q3的发射极，所述PNP型三极管Q3的集电极接镜像电流源单元的输入端，所述PNP型三极管Q3的基极接所述PNP型三极管Q2的集电极，所述电阻R5的第二端接所述PNP型三极管Q3的基极，所述电阻R6接在所述PNP型三极管Q3的基极与LED负载的另一端之间，所述稳压二极管D5的阳极接所述电阻R6与LED负载的共接端，所述稳压二极管D5的阴极接所述PNP型三极管Q2的基极。

2.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述按键输入模块包括上拉电阻R1和按键SW1；

所述按键SW1的一端接地，另一端通过所述上拉电阻R1接供电电池B1，所述按键SW1与上拉电阻R1的共接端接MCU控制模块的使能引脚。

3.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述DC/DC转换模块包括电感L1、电容C1、二极管D3、开关管Q1和电阻R3；

所述电感L1的第一端和所述电容C1的第一端同时接供电电池B1，所述电感L1的第二端同时接二极管D3的阳极和所述开关管Q1的高电位端，所述二极管D3的阴极与所述电容C1的第二端同时接LED负载，所述开关管Q1的控制端接所述MCU控制模块的PWM输出端，所述开关管Q1的低电位端通过所述电阻R3接地。

4.如权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关管Q1为NMOS管，NMOS管的漏极为所述开关管Q1的高电位端，NMOS管的源极为所述开关管Q1的低电位端，NMOS管的栅极为所述开关管Q1的控制端。

5.如权利要求3所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电流采样模块包括电阻R2和电容C2；

所述电阻R2连接在所述开关管Q1的低电位端与MCU控制模块的采样电流输入端之间，所述电容C2接在所述MCU控制模块的采样电流输入端与地之间。

6.如权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述镜像电流源单元包括NPN型三极管Q4和NPN型三极管Q5；

所述NPN型三极管Q4的基极与NPN型三极管Q5的基极的共接端为所述镜像电流源单元的输入端、接所述PNP型三极管Q3的集电极，所述NPN型三极管Q4的基极与集电极相接，所述NPN型三极管Q4的发射极和所述NPN型三极管Q5的发射极都接地，所述NPN型三极管Q5的集电极接MCU控制模块。

7.一种LED信号灯，包括LED负载和供电电池B1，其特征在于，所述LED信号灯还包括如权利要求1-6任一项所述的LED驱动电路。