CN104883789B - 用于led显示装置的恒流控制电路及该显示装置 - Google Patents

Abstract

一种布线少、耗能小且适于高电压低电流驱动的用于LED显示装置的恒流控制电路及该显示装置。包括由至少二个LED发光单元和至少一个恒流模块构成的LED发光模组，所有LED发光单元和恒流模块以串联方式连接，在每个LED发光单元上并接有一个由PWM信号控制该LED发光单元开启或关闭的开关控制模块，在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块；该通断控制模块在该LED发光模组中的所有开关控制模块接收到关闭对应的LED发光单元的PWM信号时发出断开该恒流模块的PWM信号。由其构成的LED发光模组长度可达20米，由其构成的LED显示装置线耗小、导线用材少、布线整齐简单，安装效率高。

Description

用于LED显示装置的恒流控制电路及该显示装置

技术领域

本发明涉及LED显示装置的控制电路，特别涉及一种广泛应用于LED显示屏、智能型LED全彩灯组及其组成的装饰灯串的控制电路。

背景技术

现有的LED显示屏和全彩LED灯组(以下简称LED负载)由若干个LED发光模组构成，通常，这些发光模组采用低电压高电流驱动，其端电压多为5V。其连接结构为：在5V端电压之间并联多路LED发光模组，每路LED发光模组为单只LED灯珠或并接的一组R、G、B三色LED灯珠(见图1、9所示)。

这些LED发光模组从电路连接结构上为并联，但在实际应用中，其构成的所述LED负载却是由串接形式布设而成的，即将并接的相邻两个LED发光模组在一维方向上采用前后相邻排布方式设置，以此连接，最终组成大面积或较长线段的所述LED负载。该连接结构，使得连接在同一电源接线端上的后一个LED发光模组所用的导线就较前一个LED发光模组所用的导线要长。

上述结构存在以下不足：

1)由于采用低电压高电流驱动和由若干组LED发光模组并联连接构成所述的LED负载的连接结构，又为了避免过高驱动电流产生不安全隐患，因此，所用电源的数量就会增多，从而，导致投资成本过高(每组LED发光模组最长导线大约为5米)。

2)将LED发光模组连接在电源连接端上时，若采用细径连接导线，则会因电流过大导致温度较高、线损较大；若将PCB板上的电流走线设计的宽些或者采用粗径连接导线，则耗材增多、成本加大。

3)布线用量大。由于所有LED发光模组均以并联方式连接，为了组成大面积或长线段的所述LED负载，那么连接在相同电源连接端上不同LED发光模组中所用的导线长短就会不一，距离电源连接端较近的LED发光模组所用的导线较短，而距离电源连接端较远的LED发光模组所用的导线将很长，由此，导致导线消耗增大、成本增高且线损(即流过导线的电流损耗)增高。

4)所用导线长短差距大导致布线凌乱、复杂，工程安装耗时长、效率低，人工投入成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种布线少、耗能小且适于高电压低电流驱动的用于LED显示装置的恒流控制电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的用于LED显示装置的恒流控制电路，包括由至少二个LED发光单元和至少一个恒流模块构成的LED发光模组，所述LED发光模组的端电压为直流12V-36V，所有LED发光单元和恒流模块以串联方式连接，在每个LED发光单元上并接有一个由PWM信号控制该LED发光单元开启或关闭的开关控制模块，在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块；该通断控制模块在该LED发光模组中的所有开关控制模块接收到关闭对应的LED发光单元的PWM信号时发出断开该恒流模块的PWM信号；所述恒流模块在所述LED发光模组中的部分所述LED发光单元处于关闭状态时承接分压到处于工作状态的各LED发光单元端电压超过上限值的部分电压。

所述开关控制模块为MOS管，该MOS管的栅极与外设的MCU的PWM信号控制端相接，其源极和漏极并接于对应的LED发光单元的两端。

所述LED发光单元由至少一组串联相接的R、G、B彩色灯组构成；所述开关控制模块为三通道LED驱动芯片，其型号为P9827，其连接方式如下：

其“1”脚、“2”脚和“3”脚分别与本彩色灯组中R、G、B灯珠的负极相接；

其“4”脚接地；

其“5”脚与相邻的并接或串接的下一个LED发光模组中的三通道LED驱动芯片的“6”脚相接；

其“6”脚与外设的MCU的PWM信号控制端相接；或者与相邻的串接或并接的上一个LED发光模组中的三通道LED驱动芯片的“5”脚相接；

其“7”脚空置；

其“8”脚与本LED发光模组端电压的正极相接。

所述LED发光模组两端的端电压在12V－36V。

本发明的集成贴片式LED发光模块，包括至少二个单色或R、G、B三色发光二极管，所述发光二极管串联相接，在每个发光二极管的两端设有分别可与外设的MOS管的源极与漏极相接的引线，该MOS管的栅极接于外设的MCU器件PWM信号的输出端。

本发明的LED显示装置，包括若干组LED发光模组和PWM信号控制电路，所述LED发光模组之间可采用并联或串联连接，其中，每组LED发光模组由至少二个单色LED发光单元或者至少二组以并接或串接LED彩色灯组构成的LED发光单元和一个恒流模块串联连接组成，在每个LED发光单元两端并接有一个由PWM信号控制该LED发光单元开启或关闭的开关控制模块，在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块；该通断控制模块在该LED发光模组中的所有开关控制模块接收到关闭对应的LED发光单元的PWM信号时发出断开该恒流模块的PWM信号。

所述开关控制模块为MOS管，该MOS管的栅极与外设的MCU的PWM信号控制端相接，其源极和漏极并接于对应的LED发光单元的两端。

与现有技术相比，本发明将构成大型LED显示装置或全彩LED灯组的若干个LED发光模组中的各LED发光单元和恒流模块之间的连接结构，由现有技术的并联改为串联连接结构并且在每个LED发光单元的两端并接一个开关控制模块，同时在恒流模块中设有一个通断控制模块，该LED发光模组采用高电压低电流驱动。所有开关控制模块和所述的通断控制模块受外设的PWM信号控制。当某一LED发光单元对应的开关控制模块收到PWM的导通信号时，该开关控制模块短路，对应的该LED发光单元不发光，电流经短路的该开关控制模块流至下一个LED发光单元；当该模组中所有的LED发光单元均关闭时，为了降低能耗，所述通断控制模块接收到的控制信号则为可使该恒流模块停止工作的PWM信号。

本发明采用串联方式将LED发光模组中的LED发光单元和恒流模块连接在一起并且采用高电压(12V-36V)低电流驱动，由若干个LED发光单元构成的LED发光模组长度可达20米，由其构成的LED显示装置或全彩LED灯组，线耗能量小、导线用材少、布线整齐简单，既可降低材料和电能成本，又可因安装简便而大大减少用工成本，还可使安装效率大大提高。

附图说明

图1为现有技术中的LED恒流控制电路方框示意图。

图2为本发明的恒流控制电路方框示意图之一。

图3为本发明的恒流控制电路方框示意图之二。

图4为本发明的恒流控制电路方框示意图之三。

图5为本发明的集成式LED发光模组方框示意图。

图6为本发明的LED发光模组的电路原理图。

图7为采用本发明的LED发光模组的LED显示装置的电路原理图之一。

图8为采用本发明的LED发光模组的LED显示装置的电路原理图之二。

图9为现有技术的各LED发光模组的电路原理图。

附图标记如下：

LED发光模组1、LED发光单元2。

具体实施方式

如图2所示，本发明的用于LED显示装置的恒流控制电路是由若干个LED发光单元2和至少一个恒流模块构成，该恒流控制电路可作为一个独立的LED发光模组1使用，在该LED发光模组1中，若干个LED发光单元2和恒流模块以串联方式连接，在每个LED发光单元2上并接有一个开关控制模块，在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块。

如图3和图4所示，所述开关控制模块为MOS管(也可为由晶体管构成的控制模块)，该MOS管的栅极与外设的MCU的PWM信号控制端相接，其源极和漏极并接于对应的LED发光单元2的两端。

所述LED发光单元2可为一只LED灯珠，也可为由红(R)绿(G)蓝(B)LED灯珠串联组成的一组彩色灯组，其中，R、G、B可以串联连接，也可并联连接。

上述LED发光模组1的端电压采用高电压低电流方式驱动，每个LED发光单元2的明暗度采用PWM信号由所述的开关控制模块通过开启或关闭该LED发光单元2来控制。

所述高电压根据串联的LED发光单元2的数量决定，例如该LED发光模组1中有三个LED发光单元2，每个LED发光单元2只包含一个20mA的小功率蓝灯灯芯，那么，其端电压可以采用9V以上电压驱动。

每组LED发光模组1中的恒流模块是用来控制串联的LED模块的电流，使每个LED发光单元2工作在合理的电流范围内；当该LED发光模组1中的所有开关控制模块均处于导通状态(即对应的LED发光单元2无电流流过)时，为了降低该LED发光模组1的能耗，本发明将该LED发光模组1中控制恒流模块导通或断开的所述通断控制模块设定为断开状态，即该恒流模块处于无功耗待机状态。

以图3为例：

1)“控制信号1”和“控制信号2”、“控制信号3”分别控制第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3(以下分别简称M1、M2、M3)。

当“控制信号1”输出的PWM信号令M1导通、“控制信号2”和“控制信号3”输出的PWM信号分别令M2和M3关闭时，M1导通、M2和M3断开，此时，与M1对应的LED1发光单元的端电压因电流由M1短路而趋于零，此时LED1发光单元处于不亮状态。

而流过M1的电流则正常流过LED2发光单元和LED3发光单元令其处于点亮状态。

M1、M2和M3中只要有一个处于导通状态，所述恒流模块就处于工作状态。此种状态下，由于该LED发光模组1的端电压为确定值，一旦该串联回路中的阻值变小(即其中有LED发光单元2处于不亮状态时)时，电路中其他LED发光单元2和恒流模块的端电压就会升高，当其他LED发光单元2的端电压升高至其允许的上限值时，所述恒流模块中的反馈电路将抵消该电压增值(该反馈电路的结构可为现有技术中的常规结构)。即此时，恒流模块会把自身电压抬高，使LED发光单元2恒定在固定电压和固定电流状态下工作。

2)当“控制信号1”、“控制信号2”和“控制信号3”输出的PWM信号均为令对应的M1、M2和M3导通时，控制信号4才会给恒流模块发出关闭的PWM信号，该方式可降低恒流模块的能耗。

如图3所示的结构，在LED发光模组1端电压可控和安全的情况下可扩展为如图4所示的若干组LED发光模组1的组合。

采用高电压例如采用12V供电，电流是现有技术结构的三分之一，高电压和低电流的优势是可以使用更长的导线连接，避免电线之间的损耗导致LED发光模组1没法正常工作，假如使用原来的方式5V供电或更低电压供电，会由于电线的耗损导致LED模组无法拉太长的距离。本发明可以采用更细的线材做连接线，从而节省了材料。

电流越大导致线损越大，这个很大程度上不利于节能LED，使用电源数量也就越多，工人布线连接也就越复杂，这个都是现有技术的低电压结构的弊端。

本发明采用PWM的方式调节各LED发光模组1中的LED发光单元2的明暗度，从而达到较少功率耗损及线损问题，其还能提高同一路LED发光单元2电流的一致性。

如图6所示(图7所示为图6结构的一种扩展)，是本发明的实际应用例之一。

其中所述LED发光单元2为一组串联相接的R、G、B彩色灯组，其与型号为P9827的芯片构成一组LED发光模组1，其中三组LED发光模组1并联连接，每个芯片中的“8”脚与“1”脚之间、“1”脚与“2”脚之间、“2”脚与“3”脚之间，均分别设有一个由其“6”脚输入的PWM信号控制的MOS管。

该实例中电路的连接方式如下：

其“1”脚、“2”脚和“3”脚分别与本彩色灯组中R、G、B灯珠的负极相接；

其“4”脚接地，在该脚连接有一个内置的恒流模块，即为本LED发光模组1的恒流模块(当连接方式为图7中所示的结构时，上一LED发光模组1的“4”脚与下一LED发光模组1端电压的正极相接，如此，才可形成诸多个LED发光模组1串接)。

其“5”脚与相邻的并接或串接的下一个LED发光单元2中的三通道LED驱动芯片的“6”脚相接，该脚将PWM信号输出；

其“6”脚与外设的MCU的PWM信号控制端相接，或者与相邻的串接或并接的上一个LED发光单元2中的三通道LED驱动芯片的“5”脚相接；

其“7”脚空置；

其“8”脚通过与本LED发光模组1端电压的的正极相接；

本发明中所述LED发光模组1两端的端电压可在12V－36V。

当未来驱动芯片的端脚可以制作的若干多时，本发明可扩展为图8的结构。该结构可大大降低大型LED显示装置的材料成本、人工成本和能源消耗，同时，还可大大提高安装效率、产品稳定性和因布线结构简单而带来的可靠性。

如图5所示，本发明的集成贴片式LED发光模块，是将至少二个单色或一组R、G、B三色发光二极管集成在一起作为一个即插即用的发光部件，其特点如同前述的本发明的用于LED显示装置的恒流控制电路：集成在一起的所述发光二极管串联相接，在每个发光二极管的两端设有分别可与外设的MOS管的源极与漏极相接的引线，该MOS管的栅极接于外设的MCU器件PWM信号的输出端。

由若干组LED发光模组1和PWM信号控制电路可以组合成大型的本发明的LED显示装置，其特点是：所有LED发光模组1之间可采用并联或串联连接，其中，每组LED发光模组1由至少二个单色LED发光单元2或者至少二组以并接或串接LED彩色灯组构成的LED发光单元2和一个恒流模块串联连接组成，在每个LED发光单元2两端并接有一个由PWM信号控制该LED发光单元2开启或关闭的开关控制模块，在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块；该通断控制模块在该LED发光模组1中的所有开关控制模块接收到关闭对应的LED发光单元2的PWM信号时发出断开该恒流模块的PWM信号。

其中，所述开关控制模块为MOS管，该MOS管的栅极与外设的MCU的PWM信号控制端相接，其源极和漏极并接于对应的LED发光单元2的两端。

Claims (6)

1.一种用于LED显示装置的恒流控制电路，包括由至少二个LED发光单元(2)和至少一个恒流模块构成的LED发光模组(1)，其特征在于：所述LED发光模组(1)的端电压为直流12V-36V，所有LED发光单元(2)和恒流模块以串联方式连接，在每个LED发光单元(2)上并接有一个由PWM信号控制该LED发光单元(2)开启或关闭的开关控制模块；在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块，该通断控制模块在该LED发光模组(1)中的所有开关控制模块接收到关闭对应的LED发光单元(2)的PWM信号时发出断开该恒流模块的PWM信号；所述恒流模块在所述LED发光模组(1)中的部分所述LED发光单元(2)处于关闭状态时承接分压到处于工作状态的各LED发光单元(2)端电压超过上限值的部分电压。

2.根据权利要求1所述的用于LED显示装置的恒流控制电路，其特征在于：所述开关控制模块为MOS管，该MOS管的栅极与外设的MCU的PWM信号控制端相接，其源极和漏极并接于对应的LED发光单元(2)的两端。

3.根据权利要求1所述的用于LED显示装置的恒流控制电路，其特征在于：所述LED发光单元(2)由至少一组串联相接的R、G、B彩色灯组构成；所述开关控制模块为三通道LED驱动芯片，其型号为P9827，其连接方式如下：

其“1”脚、“2”脚和“3”脚分别与本彩色灯组中R、G、B灯珠的负极相接；

其“4”脚接地；

其“5”脚与相邻的并接或串接的下一个LED发光模组(1)中的三通道LED驱动芯片的“6”脚相接；

其“6”脚与外设的MCU的PWM信号控制端相接；或者与相邻的串接或并接的上一个LED发光模组(1)中的三通道LED驱动芯片的“5”脚相接；

其“7”脚空置；

其“8”脚与本LED发光模组(1)端电压的正极相接。

4.根据权利要求3所述的用于LED显示装置的恒流控制电路，其特征在于：所述LED发光模组(1)两端的端电压在12V－36V。

5.一种LED显示装置，包括若干组LED发光模组(1)和PWM信号控制电路，其特征在于：所述LED发光模组(1)之间可采用并联或串联连接，其中，每组LED发光模组(1)由至少二个单色LED发光单元(2)或者至少二组以并接或串接LED彩色灯组构成的LED发光单元(2)和一个恒流模块串联连接组成，在每个LED发光单元(2)两端并接有一个由PWM信号控制该LED发光单元(2)开启或关闭的开关控制模块，在所述恒流模块中还设有控制其导通或断开的通断控制模块；该通断控制模块在该LED发光模组(1)中的所有开关控制模块接收到关闭对应的LED发光单元(2)的PWM信号时发出断开该恒流模块的PWM信号。

6.根据权利要求5所述的LED显示装置，其特征在于：所述开关控制模块为MOS管，该MOS管的栅极与外设的MCU的PWM信号控制端相接，其源极和漏极并接于对应的LED发光单元(2)的两端。