CN108449840A - 一种led驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED驱动系统，包括电源模块、LED驱动调节模块、LED控制开关、软启动模块、LED模组。电源模块、LED模组、LED控制开关依次连接。LED模组的输入端与LED驱动调节模块的电压采样输入端相连接。LED控制开关的输出端与LED驱动调节模块的电流采样输入端相连接。LED驱动调节模块的输出端与LED控制开关的控制输入端相连接。电源模块的输出端与软启动模块的输入端相连接。软启动模块的输出端与LED控制开关的控制输入端相连接。软启动模块用于对LED模组进行软启动。软启动模块使得LED模组在交流电的过零点导通，避免对LED模组造成大电流冲击。

Description

一种LED驱动系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种LED驱动系统。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是采用半导体材料作为电－光转换介质的新一代光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，将在不久替代节能灯成为主流照明。随着全球白炽灯禁产禁销政策依序落实，LED照明灯具将面对取代白炽灯的机遇，市场规模高达数千亿。
然而，现有的LED驱动系统，具有以下的不足：
(1)现有的LED驱动系统大多数没有软启动方案，而是直接对LED灯具中的LED灯进行驱动，导致流过LED灯的电流瞬间增大，对LED灯本身冲击很大，容易造成LED灯的使用寿命缩短，甚至损坏LED灯，即安全性不高。
(2)现有的LED驱动系统只能工作在固定的功率下，无法依据周围的环境进行调整，长时间的保持高功率工作造成了很大的能源浪费。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种LED驱动系统。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种LED驱动系统，包括电源模块、LED驱动调节模块、LED控制开关、软启动模块、LED模组。电源模块、LED模组、LED控制开关依次连接。LED模组的输入端与LED驱动调节模块的电压采样输入端相连接。LED控制开关的输出端与LED驱动调节模块的电流采样输入端相连接。LED驱动调节模块的输出端与LED控制开关的控制输入端相连接。电源模块的输出端与软启动模块的输入端相连接。软启动模块的输出端与LED控制开关的控制输入端相连接。LED驱动调节模块通过PWM脉冲信号控制LED控制开关的控制输入端；并且，LED驱动调节模块对LED模组的电压和电流进行采样，并分别依据电压采样值、电流采样值对LED控制开关的控制输入端进行电压PWM调节、电流PWM调节。软启动模块用于对LED模组进行软启动。
进一步地，还包括LED功率控制模块。LED功率控制模块的输出端与LED驱动调节模块的电流采样输入端相连接。LED功率控制模块依据输入的功率调整信号改变LED驱动调节模块的电流采样输入端的电流采样值，利用LED驱动调节模块的电流PWM调节来调节LED模组的功率。
进一步地，电源模块包含熔丝F1、电容Cx、压敏电阻MOV、全波整流桥D1、电容Ch。熔丝F1接在全波整流桥D1的正极输入端；电容Cx、压敏电阻MOV分别跨接在全波整流桥D1的正极输入端与负极输入端之间。全波整流桥D1的正极输出端经过电容Ch接地。全波整流桥D1的正极输出端与LED模组的输入端相连接。
进一步地，软启动模块包括电阻R1、R2、二极管D1、电容C1。电源模块的输出端通过电阻R1与LED控制开关的控制输入端相连接。LED控制开关的控制输入端依次经过二极管D1、电容C1接地。电阻R2与电容C1相并联。
进一步地，LED驱动调节模块包含交流瞬态电压采样单元、电压采样放大比较单元、电压PWM调节单元、电流采样单元、电流采样放大比较单元、电流PWM调节单元。LED模组的输入端通过电阻Rh与交流瞬态电压采样单元的输入端相连接；交流瞬态电压采样单元的输出端与电压采样放大比较单元的输入端相连接；电压采样放大比较单元的输出端与电压PWM调节单元的输入端相连接。LED控制开关的输出端与电流采样单元的输入端相连接；电流采样单元的输出端与电流采样放大比较单元的输入端相连接；电流采样放大比较单元的输出端与电流PWM调节单元的输入端相连接。电压PWM调节单元及电流PWM调节单元的输出端分别与LED控制开关的控制输入端相连接。交流瞬态电压采样单元的输入端通过电容Cp接地。
进一步地，LED功率控制模块包含光敏电阻R0、单片机U1、电阻Rs1、Rs2、R10、R20、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3。光敏电阻R0与单片机U1的采样输入端相连接。单片机U1的第一输出端通过电阻R10与NPN型三极管Q2的基极相连接。单片机U1的第二输出端通过电阻R20与NPN型三极管Q3的基极相连接。LED驱动调节模块的电流采样输入端通过电阻Rs1与NPN型三极管Q2的集电极相连接；NPN型三极管Q2的发射极接地。LED驱动调节模块的电流采样输入端通过电阻Rs2与NPN型三极管Q3的集电极相连接；NPN型三极管Q3的发射极接地。电阻Rs1与电阻Rs2的阻值不同，分别用于调节LED驱动调节模块的电流采样输入端的电流采样值。光敏电阻R0的阻值依据周围的亮度而变化。单片机U1的输入端接收光敏电阻R0的采样信号，然后将模拟的采样信号转化为数字信号。单片机U1将采样信号分别与第一参考信号、第二参考信号进行比较。若采样信号大于第一参考信号且小于第二参考信号；则单片机U1的第一输出端输出高电平，控制NPN型三极管Q2导通，电阻Rs1对LED驱动调节模块的电流采样输入端进行分流；LED驱动调节模块的电流采样输入端的电流采样值发生变化；LED驱动调节模块对LED控制开关的控制输入端进行电流PWM调节，调整LED模组的功率。若采样信号大于第二参考信号；则单片机U1的第二输出端输出高电平，控制NPN型三极管Q3导通，电阻Rs2对LED驱动调节模块的电流采样输入端进行分流；LED驱动调节模块的电流采样输入端的电流采样值发生变化；LED驱动调节模块对LED控制开关的控制输入端进行电流PWM调节，调整LED模组的功率。
本发明的有益效果：
(1)该LED驱动系统的软启动模块使得LED模组在交流电的过零点导通，避免对LED模组造成大电流冲击。
(2)该LED驱动系统的LED功率控制模块对周围的亮度进行感应；依据不同的亮度，对LED模组的功率进行合理调整，以达到节省能源的目的；采用单片机U1对光敏电阻R0的采样信号进行模数转化和比较，电路结构简单、成本低。
附图说明
图1为本发明的LED驱动系统的电路结构框图。
图2为图1中电源模块的电路原理图。
图3为图1中软启动模块的电路原理图。
图4为图1中LED驱动调节模块的电路结构框图。
图5为图1中LED功率控制模块的电路原理图。
其中，图1至图5的附图标记为：电源模块1、LED模组2、LED控制开关3、LED驱动调节模块4、软启动模块5、LED功率控制模块6；交流瞬态电压采样单元41、电压采样放大比较单元42、电压PWM调节单元43、电流采样单元44、电流采样放大比较单元45、电流PWM调节单元46。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种LED驱动系统，包括电源模块1、LED驱动调节模块4、LED控制开关3、软启动模块5、LED模组2、LED功率控制模块6。
电源模块1、LED模组2、LED控制开关3依次连接。LED模组2的输入端与LED驱动调节模块4的电压采样输入端相连接。LED控制开关3的输出端与LED驱动调节模块4的电流采样输入端相连接。LED驱动调节模块4的输出端与LED控制开关3的控制输入端相连接。电源模块1的输出端与软启动模块5的输入端相连接。软启动模块5的输出端与LED控制开关3的控制输入端相连接。LED功率控制模块6的输出端与LED驱动调节模块4的电流采样输入端相连接。LED驱动调节模块4通过PWM脉冲信号控制LED控制开关3的控制输入端；并且，LED驱动调节模块4对LED模组2的电压和电流进行采样，并分别依据电压采样值、电流采样值对LED控制开关3的控制输入端进行电压PWM调节、电流PWM调节，保证LED模组2以稳定的电压和电流进行工作。软启动模块5使得LED模组2在交流电的过零点导通，避免对LED模组2造成大电流冲击。LED功率控制模块6依据输入的功率调整信号改变LED驱动调节模块4的电流采样输入端的电流采样值，利用LED驱动调节模块4的电流PWM调节来调节LED模组2的功率。
具体地，如图2所示，电源模块1包含熔丝F1、电容Cx、压敏电阻MOV、全波整流桥D1、电容Ch。
熔丝F1接在全波整流桥D1的正极输入端，电容Cx、压敏电阻MOV分别跨接在全波整流桥D1的正极输入端与负极输入端之间。全波整流桥D1的正极输出端经过电容Ch接地。全波整流桥D1的正极输出端通过一二极管与LED模组2的输入端相连接，该二极管用于控制电路的单向导通。电容Cx用于滤波，全波整流桥D1将市交流电转化为直流电。电容Ch对全波整流桥D1输出的直流电进行稳压。
具体地，如图3所示，软启动模块5包括电阻R1、R2、二极管D1、电容C1。
电源模块1的输出端通过电阻R1与LED控制开关3的控制输入端相连接。LED控制开关3的控制输入端依次经过二极管D1、电容C1接地。电阻R2与电容C1相并联。
上电时，由电阻R1为LED控制开关3的控制输入端提供工作电压，首先通过二极管D1对电容C1进行充电，在电源刚刚接通的瞬间，电容C1两端的内阻很小，其两端的瞬间电压近似为0V，LED控制开关3的控制输入端的电压被拉低而处于截止状态。随着充电时间的增加，电容C1两端的电压慢慢上升，达到阈值后，LED控制开关3进入工作状态，其输出端输出电流也慢慢上升，LED模组2的电流也随之从0开始慢慢上升，直到设定的电流值，完成软启动过程。电阻R2为放电电阻，其作用是在断电时立刻将电容C1两端存储的电能放电，以便在短时间重新上电时恢复初始状态。二极管D1的作用是对电容C1两端的电压起到单向隔离，避免在完成软启动后，电容C1的电压向LED控制开关3的控制输入端倒灌，造成LED控制开关3反应迟滞。软启动的时间取决于电容C1和电阻R1的R.C时间常数，选择适当的电容C1和电阻R1的值，可以使软启动时间设定在期望的范围内。
具体地，如图4所示，LED驱动调节模块4包含交流瞬态电压采样单元41、电压采样放大比较单元42、电压PWM调节单元43、电流采样单元44、电流采样放大比较单元45、电流PWM调节单元46。
LED模组2的输入端通过电阻Rh与交流瞬态电压采样单元41的输入端相连接；交流瞬态电压采样单元41的输出端与电压采样放大比较单元42的输入端相连接；电压采样放大比较单元42的输出端与电压PWM调节单元43的输入端相连接。LED控制开关3的输出端与电流采样单元44的输入端相连接；电流采样单元44的输出端与电流采样放大比较单元45的输入端相连接。电流采样放大比较单元45的输出端与电流PWM调节单元46的输入端相连接。电压PWM调节单元43及电流PWM调节单元46的输出端分别与LED控制开关3的控制输入端相连接。交流瞬态电压采样单元41的输入端通过电容Cp接地。
LED模组2的工作电压、电流大小由LED控制开关3控制，而LED控制开关3的工作状态又受LED驱动调节模块4控制。电阻Rh对LED模组2输入端的电压进行分压，电容Cp用于对的电压进行滤波，交流瞬态电压采样单元41对LED模组2的电压进行采样；电压采样放大比较单元42对交流瞬态电压采样单元41的采样电压进行放大，并将采样电压和参考电压进行比较；电压PWM调节单元43依据电压采样放大比较单元42的比较结果控制LED控制开关3的导通与截止的频率和时间，使得LED模组2保持稳定的电压。电阻Rs用来检测LED模组2的电流，电流通过电阻Rs时，电流采样单元44获取LED模组2电流的采样值，并经过电流采样放大比较单元45放大；电流采样放大比较单元45将采样电流和参考电流进行比较；电流PWM调节单元46依据电流采样放大比较单元45的比较结果控制LED控制开关3的导通与截止的频率和时间，使得LED模组2保持稳定的电流。
具体地，如图5所示，LED功率控制模块6包含光敏电阻R0、单片机(MCU)U1、电阻Rs1、Rs2、R10、R20、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3。
光敏电阻R0与单片机U1的采样输入端相连接。单片机U1的第一输出端通过电阻R10与NPN型三极管Q2的基极相连接。单片机U1的第二输出端通过电阻R20与NPN型三极管Q3的基极相连接。LED驱动调节模块4的电流采样输入端通过电阻Rs1与NPN型三极管Q2的集电极相连接；NPN型三极管Q2的发射极接地。LED驱动调节模块4的电流采样输入端通过电阻Rs2与NPN型三极管Q3的集电极相连接；NPN型三极管Q3的发射极接地。电阻Rs1与电阻Rs2的阻值不同，分别用于调节LED驱动调节模块4的电流采样输入端的电流采样值。光敏电阻R0的阻值依据周围的亮度而变化。单片机U1的输入端接收光敏电阻R0的采样信号，然后将模拟的采样信号转化为数字信号；
单片机U1将采样信号分别与第一参考信号、第二参考信号进行比较；若采样信号大于第一参考信号且小于第二参考信号；则单片机U1的第一输出端输出高电平，控制NPN型三极管Q2导通，电阻Rs1对LED驱动调节模块4的电流采样输入端进行分流；LED驱动调节模块4的电流采样输入端的电流采样值发生变化；LED驱动调节模块4对LED控制开关3的控制输入端进行电流PWM调节，调整LED模组2的功率；若采样信号大于第二参考信号；则单片机U1的第二输出端输出高电平，控制NPN型三极管Q3导通，电阻Rs2对LED驱动调节模块4的电流采样输入端进行分流；LED驱动调节模块4的电流采样输入端的电流采样值发生变化；LED驱动调节模块4对LED控制开关3的控制输入端进行电流PWM调节，调整LED模组2的功率。
LED功率控制模块6对周围的亮度进行感应；依据不同的亮度，对LED模组2的功率进行合理调整，以达到节省能源的目的；采用单片机U1对光敏电阻R0的采样信号进行模数转化和比较，电路结构简单、成本低。
具体地，LED控制开关3包含NMOS场效应管。软启动模块5、LED驱动调节模块4的输出端分别与NMOS场效应管的栅(G)极相连接。LED模组2的输出端与NMOS场效应管的漏(D)极相连接。NMOS场效应管的源(S)极经过电阻Rs接地。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LED驱动系统，其特征在于：
包括电源模块(1)、LED模组(2)、LED控制开关(3)、LED驱动调节模块(4)、软启动模块(5)；
电源模块(1)、LED模组(2)、LED控制开关(3)依次连接；
LED模组(2)的输入端与LED驱动调节模块(4)的电压采样输入端相连接；
LED控制开关(3)的输出端与LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端相连接；
LED驱动调节模块(4)的输出端与LED控制开关(3)的控制输入端相连接；
电源模块(1)的输出端与软启动模块(5)的输入端相连接；
软启动模块(5)的输出端与LED控制开关(3)的控制输入端相连接；
LED驱动调节模块(4)通过PWM脉冲信号控制LED控制开关(3)的控制输入端；并且，LED驱动调节模块(4)对LED模组(2)的电压和电流进行采样，并分别依据电压采样值、电流采样值对LED控制开关(3)的控制输入端进行电压PWM调节、电流PWM调节；
软启动模块(5)用于对LED模组(2)进行软启动。
2.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于：
还包括LED功率控制模块(6)；
LED功率控制模块(6)的输出端与LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端相连接；
LED功率控制模块(6)依据输入的功率调整信号改变LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端的电流采样值，利用LED驱动调节模块(4)的电流PWM调节来调节LED模组(2)的功率。
3.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于：
电源模块(1)包含熔丝F1、电容Cx、压敏电阻MOV、全波整流桥D1、电容Ch；
熔丝F1接在全波整流桥D1的正极输入端；电容Cx、压敏电阻MOV分别跨接在全波整流桥D1的正极输入端与负极输入端之间；
全波整流桥D1的正极输出端经过电容Ch接地；
全波整流桥D1的正极输出端与LED模组(2)的输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于：
软启动模块(5)包括电阻R1、R2、二极管D1、电容C1；
电源模块(1)的输出端通过电阻R1与LED控制开关(3)的控制输入端相连接；
LED控制开关(3)的控制输入端依次经过二极管D1、电容C1接地；
电阻R2与电容C1相并联。
5.根据权利要求1所述的LED驱动系统，其特征在于：
LED驱动调节模块(4)包含交流瞬态电压采样单元(41)、电压采样放大比较单元(42)、电压PWM调节单元(43)、电流采样单元(44)、电流采样放大比较单元(45)、电流PWM调节单元(46)；
LED模组(2)的输入端通过电阻Rh与交流瞬态电压采样单元(41)的输入端相连接；交流瞬态电压采样单元(41)的输出端与电压采样放大比较单元(42)的输入端相连接；电压采样放大比较单元(42)的输出端与电压PWM调节单元(43)的输入端相连接；
LED控制开关(3)的输出端与电流采样单元(44)的输入端相连接；电流采样单元(44)的输出端与电流采样放大比较单元(45)的输入端相连接；电流采样放大比较单元(45)的输出端与电流PWM调节单元(46)的输入端相连接；
电压PWM调节单元(43)及电流PWM调节单元(46)的输出端分别与LED控制开关(3)的控制输入端相连接；
交流瞬态电压采样单元(41)的输入端通过电容Cp接地。
6.根据权利要求2所述的LED驱动系统，其特征在于：
LED功率控制模块(6)包含光敏电阻R0、单片机U1、电阻Rs1、Rs2、R10、R20、NPN型三极管Q2、NPN型三极管Q3；
光敏电阻R0与单片机U1的采样输入端相连接；
单片机U1的第一输出端通过电阻R10与NPN型三极管Q2的基极相连接；
单片机U1的第二输出端通过电阻R20与NPN型三极管Q3的基极相连接；
LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端通过电阻Rs1与NPN型三极管Q2的集电极相连接；NPN型三极管Q2的发射极接地；
LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端通过电阻Rs2与NPN型三极管Q3的集电极相连接；NPN型三极管Q3的发射极接地；
电阻Rs1与电阻Rs2的阻值不同，分别用于调节LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端的电流采样值；
光敏电阻R0的阻值依据周围的亮度而变化；
单片机U1的输入端接收光敏电阻R0的采样信号，然后将模拟的采样信号转化为数字信号；
单片机U1将采样信号分别与第一参考信号、第二参考信号进行比较；
若采样信号大于第一参考信号且小于第二参考信号；则单片机U1的第一输出端输出高电平，控制NPN型三极管Q2导通，电阻Rs1对LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端进行分流；LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端的电流采样值发生变化；LED驱动调节模块(4)对LED控制开关(3)的控制输入端进行电流PWM调节，调整LED模组(2)的功率；
若采样信号大于第二参考信号；则单片机U1的第二输出端输出高电平，控制NPN型三极管Q3导通，电阻Rs2对LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端进行分流；LED驱动调节模块(4)的电流采样输入端的电流采样值发生变化；LED驱动调节模块(4)对LED控制开关(3)的控制输入端进行电流PWM调节，调整LED模组(2)的功率。
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