CN105120558B - 恒温恒流led驱动方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了恒温恒流LED驱动方法和装置，包括有单片机控制模块、与所述单片机控制模块电性连接的热敏模块，与所述单片机控制模块电性连接的DCDC恒流驱动模块，与所述DCDC恒流驱动模块电性连接的发光二极管LED；通过热敏模块上的热敏电阻获取到散热器上当前温度，进一步，单片机控制模块根据当前温度，通过比例积分微分的恒温恒流LED驱动方法计算出电流控制信号，进而通过DCDC恒流驱动模块控制输出电流的大小。该方法和装置可随当前环境温度变化自动调节LED的输出电流至最优，从而使得LED在适当的温度下工作。

Description

恒温恒流LED驱动方法和装置

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，特别涉及一种可以随使用环境温度变化自动调节LED的输出电流至最优的恒温恒流LED驱动方法和装置。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件，由于其具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，在照明领域得到广泛的应用。

但是如果环境温度过高，LED在高温下容易导致不可逆转的光衰，甚至造成损坏。如果保证在高温环境中，LED正常工作成为一个技术难题。目前，在外形尺寸，散热面积等散热条件受限制时，或者要求控制发热温度的应用环境中，通常需要通过降低电流来控制发热量。但是，由于各个应用环境不一样，到底降低多少电流才合适，是个难以把握的变量。降低过多会导致设备利用率不高和成本的浪费，降低过少会导致LED损坏。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种恒温恒流LED驱动方法，该方法可随当前环境温度变化自动调节LED的输出电流至最优，从而使得LED在适当的温度下工作。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

恒温恒流LED驱动方法，包括以下步骤：

步骤(1)：读取散热器的当前温度T[t]。

步骤(2)：计算当前温度T[t]与预设的目标温度SP之间的当前温度误差err[t]，并根据所述当前温度误差err[t]和上一周期温度误差err[t-1]，计算当前温度的比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD。

步骤(3)：根据所述比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD，计算电流控制信号误差ΔPWM。

步骤(4)：根据所述电流控制信号误差ΔPWM计算电流控制信号PWM[t]。

步骤(5)：重复步骤(1)-(4)，最终使得所述当前温度T[t]与预设的目标温度SP相同并保持动态平衡。

作为一种具体的实施例，在所述步骤(1)之前，还包括有：读取热敏模块的电压，根据所述热敏模块的电压计算出散热器的当前温度的步骤。

进一步地，所述步骤(2)中：当前温度误差err[t]的计算公式为：err[t]＝SP-T[t]；比例误差ΔP的计算公式为：ΔP＝Kp*err[t]；积分误差ΔI的计算公式为：ΔI＝Ki*integral[t]；微分误差ΔD的计算公式为：ΔD＝Kd*(err[t]-err[t-1])。

式中：Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数； 为当前温度积分误差的积分值，integral[t-1]为上一周期温度积分误差的积分值。

进一步地，所述步骤(3)中电流控制信号误差ΔPWM的计算公式为：

ΔPWM＝ΔP+ΔI+ΔD＝Kp*err[t]+Ki*integral[t]+Kd*(err[t]-err[t-1])。

进一步地，所述步骤(4)中电流控制信号PWM[t]的计算公式为：

PWM[t]＝PWM[0]+ΔPWM；

式中：PWM[0]为预设的电流控制信号初值。

本发明的另一个发明目的是提供了一种恒温恒流LED驱动装置，该装置可随当前环境温度变化自动调节LED的输出电流至最优，从而使得LED在适当的恒温恒流下工作。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

恒温恒流LED驱动装置，包括有单片机控制模块，所述单片机控制模块包括有：

温度读取单元，用于读取散热器的当前温度T[t]。

第一计算单元，用于计算当前温度T[t]与预设的目标温度SP之间的当前温度误差err[t]，并根据所述当前温度误差err[t]和上一周期温度误差err[t-1]，计算当前温度的比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD。

第二计算单元，用于根据所述比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD，计算电流控制信号误差ΔPWM。

第三计算单元，用于根据所述电流控制信号误差ΔPWM计算电流控制信号PWM[t]。

重复执行单元，用于重复步骤(1)-(4)，最终使得所述当前温度T[t]与预设的目标温度SP相同并保持动态平衡。

作为一种具体实施例，该装置还包括有：与所述单片机控制模块电性连接的热敏模块，与所述单片机控制模块电性连接的DCDC恒流驱动模块，与所述DCDC恒流驱动模块电性连接的发光二极管LED。

进一步地，所述热敏模块包括一设置在散热器上的热敏电阻；所述单片机控制模块还包括有第四计算单元，所述第四计算单元用于读取热敏模块的电压，根据所述热敏模块的电压计算出散热器的当前温度。

进一步地，所述DCDC恒流驱动模块包括有电流转换电路和电源开关控制电路；其中，所述电流转换电路与所述单片机控制模块的第2引脚连接；所述电流转换电路包括有电流监控芯片，所述电流监控芯片用于根据所述单片机控制模块发出的电流控制信号PWM[t]控制所述电流转换电路的输出电流的大小；所述电源开关控制电路与所述单片机控制模块的第3引脚连接，所述电源开关控制电路包括有电源管理芯片和电源开关。

进一步地，所述电流监控芯片为ZXCT1010，所述电源管理芯片为XC9221C09AMR。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明恒温恒流LED驱动方法和装置，首先，通过热敏模块上的热敏电阻获取到散热器上当前温度，进一步，单片机控制模块根据当前温度，通过比例积分微分的恒温恒流LED驱动方法计算出电流控制信号，进而通过DCDC恒流驱动模块控制输出电流，调节LED在适合的温度和最优的电流下工作。

附图说明

图1是恒温恒流LED驱动的电路原理图。

图2是单片机控制模块的结构示意图。

图3是恒温恒流LED驱动方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明恒温恒流LED驱动装置包括有热敏模块100、单片机控制模块200、DCDC恒流驱动模块300、发光二极管LED400。

其中，所述热敏模块100包括热敏电阻R5，所述热敏电阻R5设置在散热器上，所述热敏电阻R5根据外部环境的温度改变自身的电阻大小，进而所述热敏模块100随着热敏电阻R5电阻值的变化，而改变整个热敏模块100的电压。也即所述热敏模块100，根据外部环境的温度改变热敏模块100的电压。优选地，所述热敏电阻R5为NTC。

所述单片机控制模块200与所述热敏模块100电性连接，所述单片机控制模块200通过AD转换器读取所述热敏模块100的电压。所述单片机控制模块200根据所述热敏模块100的电压，计算出散热器的当前温度。

所述单片机控制模块200包括有温度读取单元201、第一计算单元202、第二计算单元203、第三计算单元204、第四计算单元205和重复执行单元206。

其中，所述温度读取单元201用于读取散热器的当前温度T[t]；第一计算单元202用于计算当前温度T[t]与预设的目标温度SP之间的当前温度误差err[t]，所述当前温度误差err[t]＝SP-T[t]，并根据所述当前温度误差err[t]和上一周期温度误差err[t-1]，计算当前温度的比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD；所述比例误差ΔP的计算公式为：ΔP＝Kp*err[t]；积分误差ΔI的计算公式为：ΔI＝Ki*integral[t]；微分误差ΔD的计算公式为：ΔD＝Kd*(err[t]-err[t-1])，其中：Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数； 为当前温度积分误差的积分值，integral[t-1]为上一周期温度积分误差的积分值。

第二计算单元203，用于根据所述比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD，计算电流控制信号误差ΔPWM＝ΔP+ΔI+ΔD＝Kp*err[t]+Ki*integral[t]+Kd*(err[t]-err[t-1])。

第三计算单元204，用于根据所述电流控制信号误差ΔPWM计算电流控制信号PWM[t]＝PWM[0]+ΔPWM。

第四计算单元205，所述第四计算单元205用于读取热敏模块的电压，根据所述热敏模块的电压计算出散热器的当前温度。

重复执行单元206，用于重复步骤(1)-(4)，最终使得所述当前温度T[t]与预设的目标温度SP相同并保持动态平衡。所谓动态平衡，即使LED动态保持在预设的目标温度左右，使LED在恒温恒流的状态下工作。

所述DCDC恒流驱动模块300与所述单片机控制模块200电性连接。所述DCDC恒流驱动模块300包括有电源开关控制电路和电流转换电路。所述电源开关控制电路包括有电源管理芯片U1和电源开关Q1。所述电源管理芯片U1的第1引脚与所述单片机控制模块200的单片机控制芯片U3的第3引脚连接，所述电源管理芯片U1根据所述单片机控制模块200发出的电源开关控制信号控制电源开关Q1的开启/关闭。优选地，所述电源管理芯片U1为XC9221C09AMR，所述电源开关Q1为场效应晶体管。需要说明的是，上述电源管理芯片U1为XC9221C09AMR只是一种优选方案，并不代表对本发明电源管理芯片U1的限制。

所述电流转换电路包括有电流监控芯片U2，所述电流转换电路与所述单片机控制模块300的单片机控制芯片U3的第2引脚连接，所述电流监控芯片U2用于根据所述单片机控制模块300发出的电流控制信号控制所述电流转换电路的输出电流的大小。优选地，所述电流监控芯片U2为ZXCT1010。需要说明的是，上述电流监控芯片U2为ZXCT1010只是一种优选方案，并不代表对本发明电流监控芯片U2的限制。

所述发光二极管LED400与所述DCDC恒流驱动模块300电性连接，根据所述DCDC恒流驱动模块300的输出电流，从而使得LED灯在恒温恒流的状态下工作。

下面详细描述本发明的恒温恒流LED驱动方法：

(A)热敏模块：

根据散热器的温度变化，改变热敏电阻阻值，从而改变热敏模块的电压。

(B)单片机控制模块：

(B1)读取热敏模块的电压，根据所述热敏模块的电压计算出散热器的当前温度T[t]。

(B2)读取散热器的当前温度T[t]。

(B3)计算当前温度T[t]与预设的目标温度SP之间的当前温度误差err[t]，并根据所述当前温度误差err[t]和上一周期温度误差err[t-1]，计算当前温度的比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD。

(B4)根据所述比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD，计算电流控制信号误差ΔPWM。

(B5)根据所述电流控制信号误差ΔPWM计算电流控制信号PWM[t]。

(B6)重复步骤(B1)-(B5)，最终使得所述当前温度T[t]与预设的目标温度SP相同并保持动态平衡。

(C)DCDC恒流驱动模块：

电流监控芯片根据所述单片机控制模块发出的电流控制信号PWM[t]控制所述电流转换电路的输出电流的大小。

(D)发光二极管LED：

根据所述输出电流，在恒温横流的状态下工作。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.恒温恒流LED驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：读取散热器的当前温度T[t]；

步骤(2)：计算当前温度T[t]与预设的目标温度SP之间的当前温度误差err[t]，并根据所述当前温度误差err[t]和上一周期温度误差err[t-1]，计算当前温度的比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD；

步骤(3)：根据所述比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD，计算电流控制信号误差ΔPWM；

步骤(4)：根据所述电流控制信号误差ΔPWM计算电流控制信号PWM[t]；

步骤(5)：重复步骤(1)-(4)，最终使得所述当前温度T[t]与预设的目标温度SP相同并保持动态平衡；

所述步骤(2)中：当前温度误差err[t]的计算公式为：err[t]＝SP-T[t]；

比例误差ΔP的计算公式为：ΔP＝Kp*err[t]；

积分误差ΔI的计算公式为：ΔI＝Ki*integral[t]；

微分误差ΔD的计算公式为：ΔD＝Kd*(err[t]-err[t-1])；

式中：Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数； 为当前温度积分误差的积分值，integral[t-1]为上一周期温度积分误差的积分值。

2.根据权利要求1所述的恒温恒流LED驱动方法，其特征在于，在所述步骤(1)之前，还包括有：读取热敏模块的电压，根据所述热敏模块的电压计算出散热器的当前温度的步骤。

3.根据权利要求1所述的恒温恒流LED驱动方法，其特征在于，所述步骤(3)中电流控制信号误差ΔPWM的计算公式为：

ΔPWM＝ΔP+ΔI+ΔD＝Kp*err[t]+Ki*integral[t]+Kd*(err[t]-err[t-1])。

4.根据权利要求3所述的恒温恒流LED驱动方法，其特征在于，所述步骤(4)中电流控制信号PWM[t]的计算公式为：

PWM[t]＝PWM[0]+ΔPWM；

式中：PWM[0]为预设的电流控制信号初值。

5.恒温恒流LED驱动装置，其特征在于，包括有单片机控制模块，所述单片机控制模块包括有：

温度读取单元，用于读取散热器的当前温度T[t]；

第一计算单元，用于计算当前温度T[t]与预设的目标温度SP之间的当前温度误差err[t]，并根据所述当前温度误差err[t]和上一周期温度误差err[t-1]，计算当前温度的比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD；

第二计算单元，用于根据所述比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD，计算电流控制信号误差ΔPWM；

第三计算单元，用于根据所述电流控制信号误差ΔPWM计算电流控制信号PWM[t]；

重复执行单元，用于重复步骤(1)-(4)，最终使得所述当前温度T[t]与预设的目标温度SP相同并保持动态平衡；

所述第一计算单元根据如下公式计算当前温度误差err[t]、比例误差ΔP、积分误差ΔI和微分误差ΔD：

当前温度误差err[t]的计算公式为：err[t]＝SP-T[t]；

比例误差ΔP的计算公式为：ΔP＝Kp*err[t]；

积分误差ΔI的计算公式为：ΔI＝Ki*integral[t]；

微分误差ΔD的计算公式为：ΔD＝Kd*(err[t]-err[t-1])；

式中：Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数； 为当前温度积分误差的积分值，integral[t-1]为上一周期温度积分误差的积分值。

6.根据权利要求5所述的恒温恒流LED驱动装置，其特征在于，该装置还包括有：与所述单片机控制模块电性连接的热敏模块，与所述单片机控制模块电性连接的DCDC恒流驱动模块，与所述DCDC恒流驱动模块电性连接的发光二极管LED。

7.根据权利要求6所述的恒温恒流LED驱动装置，其特征在于：

所述热敏模块包括一设置在散热器上的热敏电阻；

所述单片机控制模块还包括有第四计算单元，所述第四计算单元用于读取热敏模块的电压，根据所述热敏模块的电压计算出散热器的当前温度。

8.根据权利要求6所述的恒温恒流LED驱动装置，其特征在于：

所述DCDC恒流驱动模块包括有电流转换电路和电源开关控制电路；

其中，所述电流转换电路与所述单片机控制模块的第2引脚PWM连接；

所述电流转换电路包括有电流监控芯片，所述电流监控芯片用于根据所述单片机控制模块发出的电流控制信号PWM[t]控制所述电流转换电路的输出电流的大小；

所述电源开关控制电路与所述单片机控制模块的第3引脚ENABLE连接，所述电源开关控制电路包括有电源管理芯片和电源开关。

9.根据权利要求8所述的恒温恒流LED驱动装置，其特征在于：

所述电流监控芯片为ZXCT1010，所述电源管理芯片为XC9221C09AMR。