CN108541105A - Led驱动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED驱动系统，包括驱动系统包括控制单元、驱动单元、接口单元、逻辑选择单元以及多个LED；控制单元，用于生成LED的控制信号，所述控制信号至少包括LED的亮度信号及其选择信号；驱动单元，用于输出与所述亮度信号相对应的LED的驱动电流；逻辑选择单元，用于输出与所述选择信号相对应的LED的导通信号；接口单元，用于根据所述导通信号使得所述驱动电流流经对应的LED。本发明提高了驱动效率，降低了驱动电压。

Description

LED驱动系统及方法

技术领域

总的而言本发明涉及LED驱动，特别涉及一种LED驱动系统及方法。

背景技术

目前LED以其体积下、亮度高、节能环保等优点而逐渐主要的照明光源。LED驱动中，由于驱动芯片的输出限制，一个驱动芯片往往难以驱动多个LED，为了解决这一问题，当需要驱动多个LED时，通常会采用提高LED电源电压的手段，这就导致了VCC-LED过高。以普通RGB三色灯为例，一般直接使用MCU引脚控制，或是选用三色灯驱动芯片。大多MCU引脚输出电流在20mA左右，只能驱动一颗三色灯，对于高亮度RGB三色灯，不能直接用MCU引脚控制，需加驱动电路；而对于三色灯驱动芯片，比如MAX16824，需要单独为LED提供恒压VCCled，且如果每路串联多颗LED，那么所提供VCCled将会很高，若LED压降按照3V计算，如果串联三颗LED，正向压降约在12V左右，VCCled需大于12V。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种LED驱动系统及方法。

一种LED驱动系统，包括驱动系统包括控制单元、驱动单元、接口单元、逻辑选择单元以及多个LED；控制单元，用于生成LED的控制信号，所述控制信号至少包括LED的亮度信号及其选择信号；驱动单元，用于输出与所述亮度信号相对应的LED的驱动电流；逻辑选择单元，用于输出与所述选择信号相对应的LED的导通信号；接口单元，用于根据所述导通信号使得所述驱动电流流经对应的LED。

可选的，所述驱动单元包括驱动模块、采样模块、电源模块和输入模块；驱动模块用于根据输入的控制信号输出相应的驱动电流驱动LED；通过采样模块对流经LED的电流进行采样，采样结果负反馈给驱动模块，驱动模块根据采样结果对输出电流进行调节；输入模块一端与控制单元连接，另一端连接驱动模块，通过输入模块将控制单元发送的亮度指令输入驱动模块；电源模块用于提供稳定的电源；所述驱动模块包括采样电阻，所述电源模块包括稳压二极管和滤波电容，所述稳压二极管与所述滤波电容相互并联；所述接口单元包括多个开关模块，各开关模块分别与对应的LED串联，各开关模块的控制端分别连接逻辑选择单元的输出端；所述逻辑选择单元采用多路选择器，其输入端与输出端的关系为：输出端＝2n-1，其中n为输入端数目，n为大于等于2的自然数。

所述驱动模块(U1)采用PT4205，采样模块由采样电阻R3组成，采样电阻R3连接于U1的4脚与5脚之间，通过电流采样电阻设定LED平均电流；电源模块包括稳压二极管D和滤波电容C1、C2，D与C1、C2相互并联后分别与电源Vcc连接以及U1的5脚相连，U1的4脚通过接口单元连接LED；输入模块由电阻R1与电阻R2组成，电阻R1的一端与控制模块连接，另一端分别连接电阻R2及U1的3脚；所述接口单元包括多个开关模块，各开关模块分别与对应的LED串联，各开关模块的控制端分别连接逻辑选择单元的输出端。

所述接口单元包括多个开关模块，所述开关模块采用MOS管、三极管、或继电器；所述LED为RGB三色LED。

一种LED驱动方法，用于驱动多个LED，包括以下步骤：S100：生成LED的控制信号，所述控制信号至少包括LED的亮度信号及其选择信号；S200：输出与所述亮度信号相对应的LED的驱动电流；S300：输出与所述选择信号相对应的LED的导通信号；S400：根据所述导通信号使得所述驱动电流流经对应的LED。

本发明的有益效果是：本发明通过采用驱动单元和逻辑选择单元相互配合，通过一个驱动芯片实现了高亮度、多颗LED驱动，提高了驱动效率；多个LED相互并联，所提供VCCled大大降低；通过逻辑选择单元的设置，实现了由较少的输入信号控制多个不同的LED。

附图说明

图1为本发明驱动系统的结构示意图；

图2为本发明驱动单元的结构示意图；

图3为本发明接口单元的结构示意图；

图4为本发明驱动方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

参阅图1，首先对本发明所涉及的LED驱动系统的整体做介绍，其中驱动系统所驱动的LED灯可以是单个或多个单色LED，也可以是封装于一起的单个或多个三色LED(RGB-LED)。驱动系统包括控制单元、驱动单元、接口单元以及逻辑选择单元，控制单元分别连接驱动单元和逻辑选择单元，驱动单元和逻辑选择单元均与接口单元连接，通过接口单元连接LED。其中，控制单元主要负责发送控制指令，控制指令包括LED的亮度、开/闭、及其LED的选择信号；驱动单元用于根据控制指令产生稳定的驱动电流，点亮LED；接口单元根据其内部结构的不同可以实现LED的串联或并联连接。

本发明中的控制单元可以采用DSP、单片机、或MCU等已封装的控制芯片，也可以采用分立元件组成控制单元，控制单元的具体构造并非本发明的重点所在，只要其能实现下文所述功能即可。本发明中，控制单元向驱动单元发送LED亮度指令，这一亮度指令可以是一电压信号、电流信号或PWM信号(脉宽调制信号)。以电流信号为例，控制单元向驱动单元发送1mA的电流信号，驱动单元接收到该信号后会产生流经LED的3mA驱动电流，当控制单元向驱动单元发送2mA的电流信号，驱动单元接收到该信号后会产生流经LED的6mA驱动电流，由于LED的亮度与流经其中的电流成正比，随着电流的增大，LED的亮度逐渐增加，从而可以通过控制单元改变LED的亮度。对于PWM信号，控制单元通过向驱动单元发送不同占空比的PWM信号来产生不同的驱动电流，例如，当控制单元向驱动单元发送占空比为10％的PWM信号时，驱动单元检测到这一信号后会产生流经LED的3mA驱动电流，当控制单元向驱动单元发送占空比为20％的PWM信号时，驱动单元接收到该信号后会产生流经LED的6mA驱动电流，由于LED的亮度与流经其中的电流成正比，随着电流的增大，LED的亮度逐渐增加，从而可以通过控制单元改变LED的亮度。

下面结合图2、图3对各单元的具体结构分别进行详细说明。图2为驱动单元的电路结构图，驱动单元可以包括驱动模块、采样模块、电源模块和输入模块。驱动模块用于根据输入的控制信号输出相应的驱动电流驱动LED；通过采样模块对流经LED的电流进行采样，采样结果负反馈给驱动模块，驱动模块根据采样结果对输出电流进行调节；输入模块一端与控制单元连接，另一端连接驱动模块，通过输入模块将控制单元发送的亮度指令输入驱动模块；稳压模块负责为驱动模块、LED、采样模块等提供稳定的电源。

继续参阅图2，本发明中，驱动模块(U1)采用PT4205，PT4205是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED。PT4205输入电压范围从5伏到30伏，具有200mV±3基准电压，根据不同的输入电压和外部器件，PT4205可以驱动高达数十瓦的LED。采样模块由采样电阻R3组成，采样电阻R3连接于U1的4脚与5脚之间，通过电流采样电阻设定LED平均电流，图2所示由电阻R3设定电流。电源模块包括稳压二极管D1和滤波电容C1、C2，通过在LED两端并联电容减少输出电流纹波，D1与C1、C2相互并联后分别与电源Vcc连接以及U1的5脚相连，U1的4脚通过接口单元连接LED。输入模块由电阻R1与电阻R2组成，电阻R1的一端与控制模块连接，另一端分别连接电阻R2及U1的3脚。

逻辑选择单元与接口单元的结构如图3所示。接口单元包括多个开关模块，各开关模块分别与对应的LED串联，各开关模块的控制端分别连接逻辑选择单元的输出端。逻辑选择单元采用多路选择器，其输入端(选择端)与输出端的关系为：输出端＝2ⁿ-1，其中n为输入端数目，n＝2、3、4、5……，逻辑选择单元的输入端与控制单元连接，控制单元向逻辑选择单元发出不同组合的高低电平的选择信号，从而选择不同输出端，输出导通信号，通过输出端来控制开关模块的开/闭，从而实现选择控制不同LED的点亮。

具体而言，以图3为例，图3中接口单元具有三个开关模块，开关模块采用三极管，三个开关模块连接了3个LED，但本领域技术人员应当明了，开关模块与LED的数目可以是任意自然数，例如5、6、7……，开关模块可以采用MOS管、三极管、继电器等，本发明并不对开关模块的具体数目与形式做限定。图3中，逻辑选择单元的输出端分别与三极管的栅极连接，三极管的集电极连接驱动单元，发射极分别连接LED。逻辑选择单元的输入端与控制单元连接，当需要点亮D1时，控制单元输出01至选择器的输入端，选择器的第一输出端输出导通信号(高电平)，三极管G1导通，D1被点亮；当需要点亮D2时，控制单元输出10至选择器的输入端，选择器的第二输出端输出高电平，三极管G2导通，D2被点亮；同理，需要点亮D3时，控制单元输出11至选择器的输入端，选择器的第二输出端输出高电平，三极管G3导通，D3被点亮。由此便可以通过选择器实现由较少的输入信号控制多个不同的LED。

进一步的，当LED被点亮后，控制单元向驱动单元发送亮度指令，驱动单元通过采样模块采样得到当前流过LED的电流大小，驱动单元将采样电流与由亮度指令得到的指令电流进行比较，根据二者的差值调整输出电流的大小，使得输出电流与指令电流相等，从而驱动LED按照规定的亮度发光，这一调节过程例如可以采用PID调节器来完成，PID调节器在现有技术中已被详细描述，本发明在此不再赘述。

进一步的，本发明中LED可以为RGB三色LED，RGB三色LED是将Red(红色)、Green(绿色)和Blue(蓝色)3种颜色封装在一起的LED，三色LED共用一个GND。本发明中，当LED为三色LED时，由于使用本发明的技术方案，各LED的亮度均可单独调节，因此可以实现三色LED3种颜色不同的组合比例。例如对于图3中，当D1可以为红色LED，D2可以是绿色LED，D3可以是蓝色LED，通过逻辑选择单元可以控制各LED的选通与否，通过驱动单元调节各LED的驱动电流改变其亮度，从而实现三色LED3种颜色不同的组合比例。

本发明通过采用驱动单元和逻辑选择单元相互配合，通过一个驱动芯片实现了高亮度、多颗LED驱动；多个LED相互并联，所提供VCCled大大降低；通过逻辑选择单元的设置，实现了由较少的输入信号控制多个不同的LED。

实施例2

该实施例重点介绍其与实施例1的不同之处，相同之处不再赘述。相应的，如图4所示，本发明还提供了一种LED驱动方法，用于驱动多个LED，其包括以下步骤：S100：生成LED的控制信号，所述控制信号至少包括LED的亮度信号及其选择信号；S200：输出与所述亮度信号相对应的LED的驱动电流；S300：输出与所述选择信号相对应的LED的导通信号；S400：根据所述导通信号使得所述驱动电流流经对应的LED。

进一步的，所述步骤S100包括：通过驱动模块根据输入的控制信号输出相应的驱动电流驱动LED；通过采样模块对流经LED的电流进行采样，采样结果负反馈给驱动模块，驱动模块根据采样结果对输出电流进行调节；通过输入模块将控制单元发送的亮度指令输入驱动模块。其中，所述驱动模块(U1)采用PT4205，采样模块由采样电阻R3组成，采样电阻R3连接于U1的4脚与5脚之间，通过电流采样电阻设定LED平均电流；电源模块包括稳压二极管D和滤波电容C1、C2，D与C1、C2相互并联后分别与电源Vcc连接以及U1的5脚相连，U1的4脚通过接口单元连接LED；输入模块由电阻R1与电阻R2组成，电阻R1的一端与控制模块连接，另一端分别连接电阻R2及U1的3脚。

所述步骤S400包括将各开关模块分别与对应的LED串联，各开关模块的控制端分别连接逻辑选择单元的输出端。其中，所述逻辑选择单元采用多路选择器，其输入端与输出端的关系为：输出端＝2n-1，其中n为输入端数目，n＝2、3、4、5……。逻辑选择单元的输入端与控制单元连接，控制单元向逻辑选择单元发出不同组合的高低电平信号，从而选择不同输出端，通过输出端来控制开关模块的开/闭。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于本申请的方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种LED驱动系统，其特征在于，包括驱动系统包括控制单元、驱动单元、接口单元、逻辑选择单元以及多个LED；

控制单元，用于生成LED的控制信号，所述控制信号至少包括LED的亮度信号及其选择信号；

驱动单元，用于输出与所述亮度信号相对应的LED的驱动电流；

逻辑选择单元，用于输出与所述选择信号相对应的LED的导通信号；

接口单元，用于根据所述导通信号使得所述驱动电流流经对应的LED。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动单元包括驱动模块、采样模块、电源模块和输入模块；驱动模块用于根据输入的控制信号输出相应的驱动电流驱动LED；通过采样模块对流经LED的电流进行采样，采样结果负反馈给驱动模块，驱动模块根据采样结果对输出电流进行调节；输入模块一端与控制单元连接，另一端连接驱动模块，通过输入模块将控制单元发送的亮度指令输入驱动模块；电源模块用于提供稳定的电源。

3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动模块包括采样电阻，所述电源模块包括稳压二极管和滤波电容，所述稳压二极管与所述滤波电容相互并联。

4.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述接口单元包括多个开关模块，各开关模块分别与对应的LED串联，各开关模块的控制端分别连接逻辑选择单元的输出端。

5.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述逻辑选择单元采用多路选择器，其输入端与输出端的关系为：输出端＝2n-1，其中n为输入端数目，n为大于等于2的自然数。

6.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，逻辑选择单元的输入端与控制单元连接，控制单元向逻辑选择单元发出不同组合的高低电平信号，从而选择不同输出端，通过输出端来控制开关模块的开/闭。

7.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述接口单元包括多个开关模块，所述开关模块采用MOS管、三极管、或继电器。

8.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述LED为RGB三色LED。

9.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，当LED被点亮后，控制单元向驱动单元发送亮度指令，驱动单元通过采样模块采样得到当前流过LED的电流大小，驱动单元将采样电流与由亮度指令得到的指令电流进行比较，根据二者的差值调整输出电流的大小，使得输出电流与指令电流相等。

10.一种LED驱动方法，用于驱动多个LED，其特征在于，包括以下步骤：

S100：生成LED的控制信号，所述控制信号至少包括LED的亮度信号及其选择信号；

S200：输出与所述亮度信号相对应的LED的驱动电流；

S300：输出与所述选择信号相对应的LED的导通信号；

S400：根据所述导通信号使得所述驱动电流流经对应的LED。