CN107493635A - 一种led多像素点驱动系统 - Google Patents
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Abstract
一种LED多像素驱动系统，属于LED照明技术领域。本发明系统包括电源、恒流驱动电路、像素点电路、开关电路、驱动控制电路；所述像素点电路由多个串联的LED灯构成；所述开关电路有多个且每个并联于所述像素点电路中的一个或者多个LED灯两端，每个开关电路还分别连接所述驱动控制电路；所述电源依次连接所述恒流驱动电路、所述像素点电路；其中，所述开关电路包括开关MOS管或开关三极管或同等功能开关器件，所述驱动控制电路为使所述开关三极管的集电极开路或者开关MOS管漏极开路输出的电路。本发明结构简单，大大精简了LED多像素驱动系统规模，并降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种LED多像素点驱动系统。
背景技术
目前随着对于夜景照明的要求日益增加，对于照明效果的表现力要求也日益增加，LED灯具一个像素点可以单独表现一种全彩中的任意颜色，像素点越多，可以表现的画面越细腻，因此，目前对于灯具的也提出了像素点的要求。
现有LED多像素点控制方式基本采用并联方式，如图1所示，每个像素点的每个通道都是一个独立控制的单元，而LED都需要恒流方式驱动，现有的LED多像素点方案均采用低电压恒压电源统一供电，常规电路每个像素点的每个通道都使用一个恒流电路和一个开关电路。开关断开与之串联的LED熄灭，开关导通与之串联的LED点亮，对应驱动电路通过PWM方式控制每路恒流电路的开和关，实现每路LED单独调节的作用。但这种方式存在以下缺点：
1、多像素点方式LED串联数很少，电压低，恒压电源需要选用低压大电流版本(显示屏一般选用5V 40A)，带来的问题是大电流传输距离短。并且对于户外灯具，使用低压大电流电源会带来线损压降大，带灯数少的问题；
2、每路LED上必须有一个恒流电路，针对小电流LED（显示屏应用），可以选用单颗芯片多路输出版本，但是对于洗墙灯等大功率LED，需要多个大电流恒流电路，电路非常复杂；
3、成本高，每个像素点的每个通道都需要一路独立的恒流驱动电路，大量的恒流电路大大增加了灯具的成本；
4、目前常用的恒流电路采用线性恒流电路，在用于调光开关时，会产生很大的器件损耗；
5、LED调光时常用如半桥驱动器的驱动控制电路进行驱动，为了能匹配开关电路关断所需的电压，则该半桥驱动器需要再连接三极管，或者电容、二极管来拉高电压；同时半桥驱动器可连接的开关电路数量少，LED灯具的规模仍然较大，成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种解决户外灯具线损压降大、带灯数少、灯具规模大且成本高问题的LED多像素点驱动系统。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种LED多像素点驱动系统，包括电源、恒流驱动电路、像素点电路、开关电路、驱动控制电路；所述像素点电路由多个串联的LED灯构成；所述开关电路有多个且每个并联于所述像素点电路中的一个LED灯或多个LED灯两端，每个开关电路还分别连接所述驱动控制电路；所述电源依次连接所述恒流驱动电路、所述像素点电路；其中，所述开关电路包括开关MOS管或开关三极管，所述驱动控制电路为使所述开关三极管的集电极开路或者开关MOS管漏极开路输出的电路。
作为优选，所述开关电路还包括第一分压电阻、第二分压电阻；所述开关MOS管的源极连接在所述LED灯的正极，所述开关MOS管的漏极连接在所述LED灯的负极，所述开关MOS管的门极与所述开关MOS管的源极之间连接有第一分压电阻，所述开关MOS管的门极与所述驱动控制电路之间连接有第二分压电阻。
作为优选，所述恒流驱动电路为DC-DC恒流驱动电路。
作为优选，所述恒流驱动电路包括DC-DC转换器、第十电阻、第二十电阻、第一二极管、第一电感；所述DC-DC转换器的电源电压端与输出电流感应端之间并联有第十电阻和第二十电阻，所述DC-DC转换器的电源电压端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述DC-DC转换器的开关输出端；所述第十电阻一端连接所述电源，另一端连接所述像素点电路的正极；所述DC-DC转换器的开关输出端经所述第一电感连接所述像素点电路的负极。
作为优选，所述恒流驱动电路还包括滤波支路，所述滤波支路设于所述电源与所述第十电阻之间。
作为优选，所述滤波支路包括相互并联的第一电容、第三电容，且第一电容、第三电容均连接于所述电源和接地之间。
作为优选，所述电源为24伏电源。
作为优选，所述驱动控制电路包括驱动控制芯片及其外围电路，所述驱动控制芯片的恒电流输出端连接所述开关电路。
作为优选，所述驱动控制电路包括驱动三极管、驱动电阻；所述驱动三极管的集电极经所述驱动电阻连接所述开关MOS管的门极，所述驱动三极管的发射极接地，所述驱动三极管的基极连接所述第二分压电阻。
作为优选，所述开关MOS管采用PMOS管，Vgs导通电压范围为-3V—-20V。
作为优选，一个所述恒流驱动电路、一个所述像素电路、多个开关电路构成一组像素驱动通路；所述LED多像素点驱动系统包括多组像素驱动通路。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种LED多像素点驱动系统，结构简单，规模精简、成本大幅降低，有效解决了户外灯具线损压降大、带灯数少的问题。
附图说明
图1为现有技术的电路图；
图2为本发明一种LED多像素点驱动系统的原理框图；
图3为本发明一种LED多像素点驱动系统中恒流驱动电路的电路图；
图4为本发明一种LED多像素点驱动系统中像素点电路与开关电路的电路图；
图5为本发明一种LED多像素点驱动系统中一实施方式驱动控制电路的电路图；
图6为本发明一种LED多像素点驱动系统中另一实施方式驱动控制电路的电路图。
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。
图1示出了现有LED多像素控制方式，现有驱动系统包括恒压电源、多路像素通路以及驱动电路，且每路像素通路包括串联在一起的LED灯、恒流电路和开关电路。当进行点阵LED像素控制时，需要建立多路像素通路，并且需要多路恒流电路以及开关电路，这样装配该驱动系统的灯具需要很大空间容量大量器件，则灯具规模大，生产成本也很高。
为此，本发明提出一种LED多像素点驱动系统。如图2，该系统包括电源、恒流驱动电路、像素点电路、开关电路、驱动控制电路。所述像素点电路由多个串联的LED灯构成，其中每个LED灯为一个像素点。所述开关电路有多个且每个并联于所述像素点电路中的一个LED灯两端，每个开关电路还分别连接所述驱动控制电路。所述电源依次连接所述恒流驱动电路、所述像素点电路。根据LED多像素点需求，每个开关电路还可并联于多个串联的LED灯两端。
所述开关电路包括开关MOS管，一般开关MOS管需要快速驱动，则在驱动时往往采特定的驱动电路，如半桥驱动器，来满足快速驱动性，同时又能提供开关电路导通、关断时的电压。但一个半桥驱动器可选通一个开关电路，也就说，通过一个半桥驱动器来控制一个LED灯的导通和关断。这样，仍然存需要大量的半桥驱动器来对多个像素点开关电路进行控制，LED灯具仍存在规模大，不够精简的问题；同时，半桥驱动器在达到开关MOS管关断电压值时需要通过外加三极管，或二级管和电容等方式实现，如此整个LED灯具的尺寸又扩大了。为此，考虑本发明系统主要用于调光领域，开关MOS管快速启动的要求并不是很高，只要能够满足开关MOS管在正常范围内有效导通、关断，则所述驱动控制电路设置为使所述开关MOS管漏极开路输出的电路。所述开关MOS管也可替换为开关三极管，则所述驱动控制电路设置为使开关三极管集电极开路输出的电路。同样，其他与开关MOS管或开关三极管有同等功能的开关器件也可替换使用。
具体地， 图4示出了以开关电路包括开关MOS管为示例的电路图。所述开关电路还包括第一分压电阻、第二分压电阻。所述开关MOS管的源极连接在所述LED灯的正极，所述开关MOS管的漏极连接在所述LED灯的负极，所述开关MOS管的门极与所述开关MOS管的源极之间连接有第一分压电阻，所述开关MOS管的门极与所述驱动控制电路之间连接有第二分压电阻。以开关MOS管Q1，第一分压电阻R1，第二分压电阻R13，LED灯LED1为例，开关MOS管Q1的源极连接在所述LED1灯的正极，所述开关MOS管Q1的漏极连接在所述LED1灯的负极，所述开关MOS管Q1的门极与所述开关MOS管Q1的源极之间连接有第一分压电阻R1，所述开关MOS管Q1的门极与所述驱动控制电路之间连接有第二分压电阻R13。所述开关MOS管采用PMOS管，其Vgs导通电压为-3V—-20V。
如图3，所述恒流驱动电路为DC-DC恒流驱动电路或线性恒流电路。优选，所述恒流驱动电路为DC-DC恒流驱动电路，这样在开关电路导通或关断时降低器件不必要损耗。具体地，所述恒流驱动电路包括DC-DC转换器、第十电阻R10、第二十电阻R20、第一二极管D1、第一电感L1；所述DC-DC转换器的电源电压端VIN与输出电流感应端SEN之间并联有第十电阻R10和第二十电阻R20，所述DC-DC转换器的电源电压端VIN连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极连接所述DC-DC转换器的开关输出端SW；所述第十电阻R10一端连接所述电源，另一端连接所述像素点电路的正极LED+；所述DC-DC转换器的开关输出端SW经所述第一电感L1连接所述像素点电路的负极LED-。所述恒流驱动电路还包括滤波支路，所述滤波支路设于所述电源与所述第十电阻R10之间。所述滤波支路包括相互并联的第一电容C1、第三电容C3，且第一电容C1、第三电容C3均连接于所述电源和接地GND之间。其中，所述DC-DC转换器可选择MBI6655型的恒流、高亮度DC-DC转换器，使得经过该恒流驱动电路后的LED+输出电压近似或者等于电源电压。
如图5，一实施方式所述驱动控制电路包括驱动控制芯片及其外围电路；所述驱动控制芯片的恒电流输出端DUTCO、DUTB0、DUTA0、DUTC1、DUTB1、DUTA1、DUTC2、DUTB2、DUTA2、DUTC3、DUTB3、DUTA3连接所述开关电路。其中，所述驱动控制芯片采用MY9221SS型芯片；且该芯片有12个端口连接12个开关电路，控制12个开关电路的通断，大大减少了原有驱动控制电路的数量，进一步缩小了灯具规模。其中，驱动控制芯片也可选用其他串行扩展芯片，并且芯片输出端为集电极开路或者漏极开路，如TM1812，SM16712P,UCS9812，DM621等。
当驱动通道较少时，图6所示的另一实施方式替代图5所示的实施方式驱动图4中的开关MOS管或其他等同功能的开关器件。具体地，所述驱动控制电路包括驱动三极管、驱动电阻；所述驱动三极管的集电极经所述驱动电阻连接所述开关MOS管的门极，所述驱动三极管的发射极接地，所述驱动三极管的基极连接所述第二分压电阻。该驱动控制电路有多个，每个电路对应与一个开关电路连接。以其中一路为例，驱动三极管Q7的集电极经所述驱动电阻R7连接所述开关MOS管Q1的门极，所述驱动三极管Q7的发射极接地，驱动三极管Q7的基极连接所述第二分压电阻R13。在驱动通道较少时，可利用具有驱动三极管的驱动控制电路简单、有效驱动开关电路的关断。其中，所述驱动三极管也可由驱动MOS管等其他相同功能的开关器件替代。
本发明根据像素阵列等情况，可将一个所述恒流驱动电路、一个所述像素电路、多个开关电路构成一组像素驱动通路，则所述LED多像素点驱动系统包括多组像素驱动通路，这样可根据灯具像素要求进行布置多组像素驱动通路。当有两组像素驱动通路时，且每组中的像素电路有6个LED灯，有6个开关电路，则参见上图为例，进行原理分析。驱动控制芯片DIM1~DIM12，如果输出为高阻态，开关管因为RGS的作用VGS=0，开关管截止，LED正常点亮。当驱动芯片DIM1输出低电平，对应的开关MOS Q1上R1,R13对24V分压（LED+端电压接近电源电压24v），Q1 VGS电压为-12V，Q1导通LED1熄灭。如果为DIM2输出低电平，Q2对应的R2上端电压为电源电压24V-LED1电压，Q2 VGS近似为-（24V-Vf（LED1））/2=-10.5V。同样可以使LED2熄灭。依次类推，LED串中越靠近LED-，对应的开关MOS管VGS越低，当只有DIM6输出低电平时，Q6对应的R6上端电压为24V-VF(LED1~LED5),近似为(24V-15V)/2=4.5V。使用低导通电压开关MOS管同样可以保证Q6导通，LED6熄灭。按此方式，当采用12个端口的驱动控制芯片时，每6个端口连接一组像素驱动通路；12个开关电路依据上述原理进行开断控制。
不同于现有方案，本发明LED采用了串联的方式，恒流电路工作在伺服状态，始终稳定LED串的电流，在每颗LED两端并联可控开关电路，开关闭合时与之并联的LED因为被短路而熄灭，开关断开时电流重新流过LED，与之并联的LED点亮，对应驱动控制电路通过PWM方式控制每路控制开关的开和关，实现每颗LED单独调节的作用。本发明多颗LED串联只需采用一路恒流电路，并且电源电压不再需要低压，可以选用户外灯具常用24V电源。
采用本发明驱动系统的灯具，具有以下优势：
1.对电源的要求低，不需要使用低压大电流电源；
2.线路简单，实现同样的功能情况下，原来一个控制通道需要一个恒流驱动电路，按照此方案，多个控制通道共用一个恒流驱动，大大降低电路复杂程度。
3.成本降低，开关电路的成本远小于恒流驱动电路的成本，减少了恒流驱动电路，整灯成本大大降低。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，包括电源、恒流驱动电路、像素点电路、开关电路、驱动控制电路；所述像素点电路由多个串联的LED灯构成；所述开关电路有多个且每个并联于所述像素点电路中的一个LED灯两端，每个开关电路还分别连接所述驱动控制电路；所述电源依次连接所述恒流驱动电路、所述像素点电路；其中，所述开关电路包括开关MOS管或开关三极管，所述驱动控制电路为使所述开关三极管的集电极开路或者开关MOS管的漏极开路输出的电路。
2.根据权利要求1所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述开关电路包括开关MOS管时，所述开关电路还包括第一分压电阻、第二分压电阻；所述开关MOS管的源极连接在所述LED灯的正极，所述开关MOS管的漏极连接在所述LED灯的负极，所述开关MOS管的门极与所述开关MOS管的源极之间连接有第一分压电阻，所述开关MOS管的门极与所述驱动控制电路之间连接有第二分压电阻。
3.根据权利要求1所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述恒流驱动电路为DC-DC恒流驱动电路。
4.根据权利要求3所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述恒流驱动电路包括DC-DC转换器、第十电阻、第二十电阻、第一二极管、第一电感；所述DC-DC转换器的电源电压端与输出电流感应端之间并联有第十电阻和第二十电阻，所述DC-DC转换器的电源电压端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接所述DC-DC转换器的开关输出端；所述第十电阻一端连接所述电源，另一端连接所述像素点电路的正极；所述DC-DC转换器的开关输出端经所述第一电感连接所述像素点电路的负极。
5.根据权利要求4所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述恒流驱动电路还包括滤波支路，所述滤波支路设于所述电源与所述第十电阻之间。
6.根据权利要求1所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述电源为24伏电源。
7.根据权利要求1所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述驱动控制电路包括驱动控制芯片及其外围电路，所述驱动控制芯片的恒电流输出端连接所述开关电路。
8.根据权利要求2所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述驱动控制电路包括驱动三极管、驱动电阻；所述驱动三极管的集电极经所述驱动电阻连接所述开关MOS管的门极，所述驱动三极管的发射极接地，所述驱动三极管的基极连接所述第二分压电阻。
9.根据权利要求1所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，所述开关MOS管采用PMOS管， Vgs导通电压范围为-3V—-20V。
10.根据权利要求1所述的一种LED多像素点驱动系统，其特征在于，一个所述恒流驱动电路、一个所述像素电路、多个开关电路构成一组像素驱动通路；所述LED多像素点驱动系统包括多组像素驱动通路。
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