CN104936361A - 一种全数字化led照明光源驱动控制系统及技术方案 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案，涉及LED照明光源驱动控制技术领域，特别涉及一种大面积LED照明光源驱动控制技术。以单片机电路输出已编程的串行数字信号，控制数量不受限制的驱动电路，所述驱动电路可驱动多路LED发光模组。它克服了恒压源驱动不能恒流，而恒流源驱动做不到均流的缺点，有效地提高了LED光源的使用寿命。同时由于本发明采用单片机全数字化控制，所述驱动电路既可以驱动多颗以串联方式连接的LED发光模组，实现点对串的控制，也可以驱动多颗以共阳极方式连接的LED发光模组，实现点对点的控制。因此不仅可以轻松实现高稳定性的大面积照明，而且可以通过数字编程随心所欲地实现各种形式的光线变化，如果驱动彩色LED灯珠还可以实现色彩的无穷变化，应用前景十分广泛。

Description

一种全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案

技术领域

本发明涉及LED照明光源驱动控制技术领域，特别涉及一种大面积LED照明光源驱动控制技术。

背景技术

1、现有的LED照明光源驱动电路均有不足之处。 LED作为新一代固体光源，它的特点是必须工作在直流、低电压状态下，其工作时电流的稳定性及一致性直接决定了LED的使用寿命。同时LED又是点光源，照明面积小，要实现大面积照明，就需要将众多的LED组合在一起使用，而直流安全电压一般应在36V以下，这种情况下LED的组合，就只能采用串联、并联相结合的组合方式，根据电路中回路电流定律可知，串联电路中流过各器件的电流相等，并联电路中流过各器件的电流不相等，这就给LED工作时的电流控制带来了不小麻烦。低电压直流电源总体分为两种，一种是恒压源，另一种是恒流源。恒压源顾名思义，输出的电压不会随负载的变化而变化，是恒定不变的，其恒压的原理由欧姆定律可知，当负载变化时它以输出电流的变化来保持输出电压的恒定不变。如当负载变小时，它将以加大输出电流来保持电压的恒定。恒流源顾名思义，输出的电流不因负载变化而变化，是恒定不变的，其恒流的原理由欧姆定律可知，当负载变化时，它以输出电压的变化来保持输出电流的恒定不变。如当负载数量减少时其输出电流不会变小，它将以加大输出电压来保持电流的恒定（并联负载的情况下）。具体到LED照明光源电路中可分析出：如使用恒压源作为驱动电源，当LED因工作时间延长、温度升高，其内部电阻变小时（LED的物理特性决定的），其恒压源将加大输出电流以保持电压的恒定，这就会加大LED的光衰。经检测如果电流有5%的增加量，就会使LED的光衰增加10%，同时由于恒压源驱动的LED电路中需接入限流电阻，因此会产生大约25%的无用功，造成功率浪费。由此可见，恒压源是不适合直接作为LED驱动电源的。再分析恒流源：恒流源工作时总体电流是恒定的，这在很大程度上减少了LED的光衰，提高了使用寿命，同时由于LED的工作电流是恒定的，因此可取消电路中的限流电阻，这就降低了功耗，所以恒流源驱动电路比恒压源驱动电路更节能。但当需要照明面积较大的LED光源时，如前所说，LED的使用就只能采用串联、并联相结合的组合方式，由电路中回路电流定律可知，并联电路中各回路的电流是不相等的，因此，即使是使用恒流源作为驱动电源也只能做到总回路电流的恒定，而不能做到各分路LED电流的一致，一旦有某个分路因电流过大（LED的不一致性造成的）至使其回路中的个别LED开路，由前面对恒流源特性的分析可知，该分路的电流将叠加到其它分路中去，造成其它分路的电流均有增加，从而产生“雪崩”效应，导致整个系统的损坏。这一点恒压源驱动的LED光源反而不会出现，因为恒压源会根据负载的变化自适应地调整其输出电流。另外由于恒流源的功率不像恒压源的功率可以做的很大，这样在大面积的LED光源中，就需要很多的恒流源，这无疑会造成整个光源系统可靠性的下降。由此可见，恒压源不适合制作高品质的LED光源，而恒流源不适合制作大面积的LED光源。

2、本人于2012年7月申请的专利号为ZL 2012 2 0332463.4实用新型专利《一种全数字化LED照明系统》有两点不足之处。首先，因为所述多路独立恒流驱动器工作时不仅需要一个用来驱动所串接的LED发光模组的较高的电源电压，同时它自己还需要一个较低的工作电压。在原实用新型专利中是采用单片机控制板上的一个DC/DC转换模块，产生一个5V的低电压，通过专用传输线一级一级往后传，这就带来一个问题，当传输距离较长时（对大面积照明光源而言），就会出现由于路端损耗导致后面的所述多路独立恒流驱动器因工作电压不够而无法正常工作。其次，同上所述，每一级所述多路独立恒流驱动器所需的串行数字信号，也会因较长的传输距离出现衰减，当衰减到一定程度，后面的所述多路独立恒流驱动器就不能正常工作。

发明内容

为解决现有LED照明光源驱动电路中存在的问题以及原实用新型专利中存在的不足，本发明做了如下技术创新。

1、用数字电路取代模拟电路。为什么要用数字电路取代模拟电路？因为它们有本质的不同。简单地说：第一数字电路是工作在高速开关状态下（因此又叫开关电路）它只有导通和截止两种状态，不像模拟电路有多种工作状态，因此它比模拟电路的稳定性好，第二数字电路中的信号电平都是一样高的，不像模拟电路中的信号电平有高有低，因此它比模拟电路抗干扰性强，第三如要改变数字电路中的电流，只要改变数字信号的占空比既可，而要改变模拟电路中的电流，则需要改变电路中的参数，如负载的阻值或电源电压（由欧姆定律可知）。显而易见数字电路比模拟电路的可控性好。数字信号又可分为串行数字信号和并行数字信号两种。串行数字信号是用一个输出端，将多组信号以不同时间顺序依次发出，而并行信号则是将多组信号用多个输出端同时发出，由此可见在信号的传输上，串行信号比并行信号更方便、更经济。但像LED这样的点光源要实现大面积照明，就必须将众多的LED组合在一起，而且必须同时发光（不能像LED显示屏那样扫描发光），否则达不到照明的要求，这就需要很多路并行信号来同时驱动它们。很显然这是一对矛盾，要解决这个矛盾模拟电路就很复杂，而数字电路就很方便。本发明提供一种全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案，用一个单片机电路控制多个驱动电路，所述驱动电路由前置信号放大器（也可不装）、驱动器、三端稳压器、以及数据、电源输入、输出接插件组成。所述驱动器为多路独立恒流驱动器，采用先进的Bi-CMOS工艺制作而成，其内部电路由16位移位寄存器、16位锁存器、16位高精度恒流驱动器以及一个1.2V的基准源组成。其工作原理是：由所述单片机输出已编程的串行数字信号，该信号在时钟信号的作用下以串行方式依次存入16位寄存器，再在所述单片机输出的数据锁存信号的作用下依次存入16位锁存器，这一过成完成了由串行信号转变为并行信号的过程，最后在所述单片机输出的使能信号以及数据输出信号的作用下16位高精度恒流驱动器同时打开并输出数据，所述16位高精度恒流驱动器的每一路均接有一个LED串联发光模组（也可以是单颗LED），这就实现了光源中所有的LED同时发光。所述多路独立恒流驱动器自带有串行数据输出口，可将单片机传来的串行数据，输出给下一级所述多路独立恒流驱动器，而所述单片机的其他信号则直接传输到下一级，这样就使得下一级所述多路独立恒流驱动器具有了与前一级所述驱动器相同的被控状态，以此类推一个所述单片机可驱动N个所述多路独立恒流驱动器，轻松实现大面积照明。也可以通过改变所述单片机中的程序，使每一个所述多路独立恒流中的每一个输出端都处于不同状态，从而使光源出现各种形式的变化。由于使用了所述多路独立恒流驱动器，克服了恒压驱动电路中电流不恒定的缺点，同时由于所述多路独立恒流驱动器各输出端的输出压降极低（输出电流为60mA时的压降只有0.6V，和LED的压降相比几乎可以忽略不计）因此它减少了恒压电路中由于限流电阻而产生的功耗，提高了节能效果。再者，由于所述16位高精度恒流驱动器都是串接于各LED回路中，由回路电流定律可知，各回路电流等同于所述16位高精度恒流驱动器中所设定电流，且互不影响。避免了普通恒流驱动电路中，当LED数量较多时必须采用串并联组合方式，而导致的各回路电流一致性差的弊端，做到了照明光源中的每一颗LED都工作在规定的恒流状态下，即使只有一路LED在工作其电流也不会增加，极大地提高了LED照明光源的使用寿命。

2、用每个所述驱动电路独自提供所述多路独立恒流驱动器工作电压的方法，取代原专利中所有所述多路独立恒流驱动器由单片机统一提供工作电压的方法。在每个驱动器电路中增加一个三端稳压器，利用驱动LED发光模组的电源产生一个5V的低电压作为所述多路独立恒流驱动器的工作电压。以克服由于传输距离较长（对大面积照明光源而言），出现的因路端损耗而产生压降，导致后面的所述多路独立恒流驱动器无法正常工作的问题。

 3、在每个驱动电路板中增加一个前置信号放大器电路。所述前置信号放大器可接入驱动电路中也可不接入驱动电路中，这样就可以在需要的时候将串行数据信号放大，使后级所述多路独立恒流驱动器能正常工作。

 为了实现上述目的，本发明提供以下具体技术方案。

1、为解决现有LED照明光源驱动电路中存在的问题以及原实用新型专利中存在的不足，本发明提供一种全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案。

2、所述全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案，以单片机电路输出已编程的串行数字信号，控制数量不受限制的驱动电路。

3、所述驱动电路由前置信号放大器（也可不装）、驱动器、三端稳压器、以及数据、电源输入、输出接插件组成。

 4、所述驱动器为多路独立恒流驱动器。

5、所述多路独立恒流驱动器的工作电压由自身电路产生。

 6、每个所述驱动电路可驱动多个LED发光模组，所述LED发光模组中的LED灯珠可以是以串联方式连接的多颗灯珠，也可以是以共阳极方式连接的多颗灯珠。

 7、为保证整个系统有足够大的功率，每个所述驱动电路所驱动的LED发光模组的工作电压既可由前级提供，也可独立提供。

 8、为保证大面积照明，每个所述驱动电路中均可增加前置信号放大器。

 9、所述单片机电路连接有红外接收元件以及触摸感应装置，通过接收红外遥控信号或触摸感应信号，使所述单片机电路输出的数字信号发生变化，从而改变所述多路独立恒流驱动器的导通时间，达到改变所述LED发光模组的发光状态。

 10、所述单片机电路与所述驱动电路之间、所述驱动电路与所述驱动电路之间、所述驱动电路与所述LED发光模组之间、所述红外遥控接收器件以及触摸感应装置与所述单片机电路之间以及外接电源与所述单片机电路、所述驱动电路之间均用接插件连接。

  通过实施以上技术方案可实现全数字化的LED照明光源驱动控制，它克服了恒压源驱动不能恒流，而恒流源驱动做不到均流的缺点，有效地提高了LED光源的使用寿命。同时由于本发明采用单片机全数字化控制，所述驱动器输出端既可以驱动多颗串联LED负载，实现点对串的控制，也可以驱动单颗LED负载，实现点对点的控制。因此不仅可以轻松实现高稳定性的大面积照明，而且可以通过数字编程随心所欲地实现各种形式的光线变化，如果驱动彩色LED灯珠还可以实现色彩的无穷变化，应用前景十分广泛。

附图说明

  图1、图2为本发明提供的一种全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案电原理方框图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。

 1、如电原理方框图1所示，单片机电路输出已编程的串行数字信号，控制驱动电路1、驱动电路2、……驱动电路N。优选地，各个所述驱动电路由前置信号放大器（也可不装）、驱动器、三端稳压器、以及数据、电源输入、输出接插件组成，见电原理方框图2所示。

 2、如电原理方框图1所示，每个驱动电路可驱动多个以串联方式连接的LED发光模组（或多个以共阳极方式连接的LED发光模组），如16个。优选地，每个所述LED发光模组为高导热铝基条上贴片有多颗以串联方式连接的LED灯珠（或高导热铝基条上贴片有多颗以共阳极方式连接的LED灯珠）。

 3、所述驱动电路中的所述驱动器为多路独立恒流驱动器。优选地，所述多路独立恒流驱动器的工作电压由自身电路产生。

 4、为保证系统有足够大的功率，在上述实施例中，每个所述驱动电路所驱动的LED发光模组的工作电压既可由前级提供，也可独立提供。

 5、为保证大面积照明，在上述实施例中，每个所述驱动电路中都可以增加前置信号放大器。

 6、所述单片机电路连接有红外接收元件以及触摸感应装置，通过接收红外遥控信号或触摸感应信号，使所述单片机电路输出的数字信号发生变化，从而改变所述多路独立恒流驱动器的导通时间，达到改变所述LED发光模组的发光状态。

 7、所述单片机电路与所述驱动电路之间、所述驱动电路与所述驱动电路之间、所述驱动电路与所述LED发光模组之间、所述红外遥控接收器件及触摸感应装置与所述单片机电路之间以及外接电源与所述单片机电路、所述驱动器电路之间均用接插件连接。

Claims (9)

1.一种全数字化LED照明光源驱动控制系统及技术方案，其特征在于：以单片机电路控制多个驱动电路，每个驱动电路可驱动多个LED发光膜组。

2.根据权利要求1中所述驱动电路，其特征在于：所述驱动电路由前置信号放大器（也可不装）、驱动器、三端稳压器、以及数据、电源输入、输出接插件组成。

3.根据权利要求2中所述驱动器，其特征在于：所述驱动器为多路独立恒流驱动器，其内部电路由16位移位寄存器、16位锁存器、16位高精度恒流驱动器以及一个1.2V的基准源组成，可分路驱动所连接的LED发光模组。

4.根据权利要求2和3中所述驱动器，其特征在于：所述驱动器的工作电压由自身电路产生。

5.根据权利要求1和3中所述LED发光模组，其特征在于：所述LED发光模组为高导热铝基条上贴片有多个以串联方式连接的LED灯珠或高导热铝基条上贴片有多个以共阳极方式组合的LED灯珠。

6.根据权利要求1中所述单片机电路，其特征在于：所述单片机电路不仅连接有红外遥控接收器件，还连接有触摸感应装置。

7.根据权利要求1和2中所述驱动电路，其特征在于：所述驱动电路所驱动的LED发光模组的工作电压既可由前级提供，也可独立提供。

8.根据权利要求1、2和7中所述驱动电路，其特征在于：所述驱动电路中均可增加前置信号放大器。

9.根据权利要求1、2、3、5、6、7和8中所述单片机电路与所述驱动电路之间、所述驱动电路与所述驱动电路之间、所述驱动电路与所述LED发光模组之间、所述红外遥控接收器件以及触摸感应装置与所述单片机电路之间以及外接电源与所述单片机电路、所述驱动电路之间均用接插件连接。