CN108882462A - 一种基于光学方法的生化物质检测仪器中led驱动光源及其驱动方法 - Google Patents
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
Abstract
本发明公开了一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源及其驱动方法，属于生化物质检测技术领域，包括AD823运算放大器U5B、U5A和U6A，U5B的输入端有R6、R7和R8，R6与R7之间有R5，U5B的输出端有R14，U5B的输入端与输出端之间有R11，U5A的输入端有R14和R45，其输入端与输出端有R16，U6A的输入端还有R10，U6A的输出端有R9，U6A的输入端与输出端有R13，R9通过Q2与连接Q1，Q1通过P沟道与Q4连接，Q4与Q5通过LED开关控制引脚LED_EN，进行LED灯驱动。本发明恒流驱动稳定性好，可靠性高，有两个量程切换，能满足测试仪器的测试数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED驱动光源及其驱动方法，特别是涉及一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源及其驱动方法，属于生化物质检测技术领域。
背景技术
目前，现有的基于光学方法的生化物质检测仪器中使用的LED驱动光源的调光方式一种是PWM调光，另一种是LED恒流驱动。
1、PWM调光
如图1所示，PWM调光是基于光学方法的生化物质检测仪器中使用的LED驱动光源的调光方式之一，通过PWMDIM引脚输入脉宽调制信号，利用脉宽调制信号反复地开/关LED驱动器来调节LED的平均电流，在整个调光范围内，LED电流要么处于最大值，要么处于关断状态，通过调节占空比来调节LED的平均电流，调光的频率一般在低频调光的200HZ-高频调光的20KHZ。
2、LED恒流驱动
LED恒流驱动是基于光学方法的生化物质检测仪器中使用的LED驱动光源的另一种方式，这种驱动方式使得LED只能工作在单一的驱动电流下，无法实现调光功能，这也使得检测仪器测试的样品的范围有所限制。
从以上的相关技术中可以看出，目前，其所述的PWM调光的缺点是：由于一般LED驱动器都基于开关电源原理，如果PWM调光的频率在200HZ-20KHZ之间时，LED调光电源周围的电感和输出电容容易产生噪声，此外，在进行PWM调光时，调节信号的频率与LED驱动芯片对栅极控制信号的频率越接近，调节的效果越差。而单一的恒流驱动又会对所测样品的范围有所局限。
因此，需要设计出一种既能有稳定的恒流输出，又具有调光功能的LED驱动光源来解决上述存在的缺点。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源及其驱动方法，对基于光学方法的生化物质检测仪器中使用的LED驱动光源进行优化改进，提供一种既能有稳定的恒流输出，又具有调光功能的LED驱动光源。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，包括AD823运算放大器U5B、与AD823运算放大器U5B电连接的AD823运算放大器U5A及与AD823运算放大器U5A电连接的AD823运算放大器U6A；
AD823运算放大器U5B的输入端串联有电阻R6、R7和R8，电阻R6、R7和R8三者之间并联，电阻R6与电阻R7之间并联有电阻R5，AD823运算放大器U5B的输出端串联有电阻R14，AD823运算放大器U5B的输入端与输出端之间并联有电阻R11，电阻R14与AD823运算放大器U5A的输入端串联；
AD823运算放大器U5A的输入端还串联有电阻R45，电阻R14与R45并联，AD823运算放大器U5A的输出端串联有电阻R15，AD823运算放大器U5A的输入端与输出端并联有电阻R16，电阻R15与AD823运算放大器U6A的输入端串联；
AD823运算放大器U6A的输入端还串联有电阻R10，AD823运算放大器U6A的输出端串联有电阻R9，AD823运算放大器U6A的输入端与输出端并联有电阻R13；
电阻R9通过三极管Q2与三极管Q1串联，三极管Q1通过P沟道与三极管Q4串联，三极管Q4与三极管Q5串联LED开关控制引脚LED_EN，进行LED灯驱动。
进一步的，所述电阻R5一端连接AGND，另一端与三极管Q1串联，三极管Q1与三极管Q2之间串联有电阻R39，电阻R39串联有电阻R12，电阻R12一端与三极管Q2之间并联，另一端连接AGND。
进一步的，所述电阻R45与电压U7串联，电压U7通过串联电阻R49与控制引脚LED_level连接，电压U7还串联有电容C11和电感L9，电感L9接5V电源，电容C11接AGND，电压U7使用TS12A12511高性能模拟开关实现恒定电流输出的切换选择，LED_level为量程切换控制引脚。
进一步的，当LED_level为低电平时，电阻R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为45ma。
进一步的，当LED_level为高电平时，电阻R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为145ma。
进一步的，AD823运算放大器U5B、AD823运算放大器U5A和AD823运算放大器U6A均是双通道、精密、16MHz、JFET输入运算放大器，采用3.0V-36V单电源或±1.5V-±18V双电源供电。
进一步的，电阻R13与AD823运算放大器U6A输出端的电阻R9串联，电阻R13还并联有电容C9，AD823运算放大器U6A和三极管Q2还串联有电容C8和电感L7，电感L7接9V电源，电容C8接AGND。
进一步的，三极管Q1与三极管Q4之间串联光耦P4的第1和第2脚线，光耦P4的第3接AGND，光耦P4的第4脚线并联有电阻R30和电容C65，电阻R30与电容C65并联，光耦P4的第4脚线串联MCU控制接口MCU_ADC。
进一步的，三极管Q4的第3脚线串联避雷器F1，三极管Q5的第3脚线与三极管Q4的第3脚线之间串联电阻R34，与三极管Q4的第1脚线之间串联电阻R36，三极管Q5的第1脚线通过电阻R38串联LED开关控制引脚LED_EN，三极管Q5的第2脚线接AGND。
一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源的驱动方法，包括如下步骤：
步骤1：确定检测仪器中驱动光源的正常使用电流I，确定电流I的额定工作电流是60ma，最大工作电流为150ma，使其工作在比较理想的工作状态；
步骤2：对该检测仪器所使用的驱动光源进行恒流驱动，在电流分别为45ma和145ma时，检测不同浓度样品溶液，测出样品溶液在浓度过高或者过低情况下的测试数据；
步骤3：当LED_level为低电平时，电阻R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为45ma；
步骤4：当LED_level为高电平时，电阻R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为145ma。
本发明的有益技术效果：本发明提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源及其驱动方法，恒流驱动稳定性好，可靠性高，LED驱动光源有两个量程的切换，能满足测试仪器在实际使用过程中需要测量出样品溶液过高或者过低的情况下的测试数据。
附图说明
图1为现有技术中基于光学方法的生化物质检测仪器中使用的LED驱动光源的PWM调光电路图。
图2为按照本发明的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源的一优选实施例的电路图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，包括AD823运算放大器U5B、与AD823运算放大器U5B电连接的AD823运算放大器U5A及与AD823运算放大器U5A电连接的AD823运算放大器U6A；
AD823运算放大器U5B的输入端串联有电阻R6、R7和R8，电阻R6、R7和R8三者之间并联，电阻R6与电阻R7之间并联有电阻R5，AD823运算放大器U5B的输出端串联有电阻R14，AD823运算放大器U5B的输入端与输出端之间并联有电阻R11，电阻R14与AD823运算放大器U5A的输入端串联；
AD823运算放大器U5A的输入端还串联有电阻R45，电阻R14与R45并联，AD823运算放大器U5A的输出端串联有电阻R15，AD823运算放大器U5A的输入端与输出端并联有电阻R16，电阻R15与AD823运算放大器U6A的输入端串联；
AD823运算放大器U6A的输入端还串联有电阻R10，AD823运算放大器U6A的输出端串联有电阻R9，AD823运算放大器U6A的输入端与输出端并联有电阻R13；
电阻R9通过三极管Q2与三极管Q1串联，三极管Q1通过P沟道与三极管Q4串联，三极管Q4与三极管Q5串联LED开关控制引脚LED_EN，进行LED灯驱动。
在本实施例中，如图2所示，所述电阻R5一端连接AGND，另一端与三极管Q1串联，三极管Q1与三极管Q2之间串联有电阻R39，电阻R39串联有电阻R12，电阻R12一端与三极管Q2之间并联，另一端连接AGND，所述电阻R45与电压U7串联，电压U7通过串联电阻R49与控制引脚LED_level连接，电压U7还串联有电容C11和电感L9，电感L9接5V电源，电容C11接AGND，电压U7使用TS12A12511高性能模拟开关实现恒定电流输出的切换选择，LED_level为量程切换控制引脚。
在本实施例中，如图2所示，当LED_level为低电平时，电阻R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为45ma；当LED_level为高电平时，电阻R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为145ma。
在本实施例中，如图2所示，AD823运算放大器U5B、AD823运算放大器U5A和AD823运算放大器U6A均是双通道、精密、16MHz、JFET输入运算放大器，采用3.0V-36V单电源或±1.5V-±18V双电源供电，电阻R13与AD823运算放大器U6A输出端的电阻R9串联，电阻R13还并联有电容C9，AD823运算放大器U6A和三极管Q2还串联有电容C8和电感L7，电感L7接9V电源，电容C8接AGND。
在本实施例中，如图2所示，三极管Q1与三极管Q4之间串联光耦P4的第1和第2脚线，光耦P4的第3接AGND，光耦P4的第4脚线并联有电阻R30和电容C65，电阻R30与电容C65并联，光耦P4的第4脚线串联MCU控制接口MCU_ADC，三极管Q4的第3脚线串联避雷器F1，三极管Q5的第3脚线与三极管Q4的第3脚线之间串联电阻R34，与三极管Q4的第1脚线之间串联电阻R36，三极管Q5的第1脚线通过电阻R38串联LED开关控制引脚LED_EN，三极管Q5的第2脚线接AGND。
在本实施例中，如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源的驱动方法，包括如下步骤：
步骤1：确定检测仪器中驱动光源的正常使用电流I，确定电流I的额定工作电流是60ma，最大工作电流为150ma，使其工作在比较理想的工作状态；
步骤2：对该检测仪器所使用的驱动光源进行恒流驱动，在电流分别为45ma和145ma时，检测不同浓度样品溶液，测出样品溶液在浓度过高或者过低情况下的测试数据；
步骤3：当LED_level为低电平时，电阻R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为45ma；
步骤4：当LED_level为高电平时，电阻R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为145ma。
在本实施例中，如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，采用的PWM调光的驱动光源的稳定性不够好，在空载或者有载的情况下检测仪器测得的数据的波动性较大，而采用的单一的恒定电流驱动的光源，无法实现调光功能，这使得在测试样品浓度过高或者过低的情况下，无法准确测出数据。
在本实施例中，如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，使用TS12A12511高性能模拟开关实现恒定电流输出的切换选择，光源电流有45ma和145ma两个量程的切换。
LED_level为量程切换控制引脚，LED_EN为LED开关控制引脚，可通过与之连接的MCU发出控制命令来实现测试要求。
在本实施例中，如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，驱动线路采用P沟道MOS管NTD2955来进行驱动LED灯，此芯片外围被动器件少，成本低，驱动方式为恒流驱动，该驱动电路驱动电流大，能达到1.3A，远远能满足要求，对于不同的驱动光源，其电路中的电流可以按照用户的需要进行改进，只要改变接入模拟开关的电阻，就可以满足要求。
在本实施例中，如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，在后面的控制线路中，运用巧妙的设计，简单的元件，可以实现LED驱动电流在45ma和145ma两个量程中任意切换，从而达到控制的效果，上述的电路简化，元件少，可靠性能高，是一种较好的控制电路。
在本实施例中，如图2所示，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其工作原理如下：
确定好检测仪器中驱动光源的正常使用电流(I)，使其工作在比较理想的工作状态，如本实施例中提及的检测仪器所使用的驱动光源，其额定工作电流是60ma，最大的工作电流可以达到150ma。
对该检测仪器所使用的驱动光源进行恒流驱动，在实验中检测各种浓度的样品溶液，结果发现驱动电流在45ma和145ma时检测样品溶液，能够较为准确的测出样品溶液在浓度过高或者过低情况下的测试数据。
如图2所示，正常情况下，LED_level为低电平，此时R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823的U5B的差分放大和运放AD823的U5A放大，再经过运放AD823的U6A的减法电路，进而控制三极管MMBT2222A和BD243C的通断，实现恒流驱动，此时的驱动电流为45ma。
当LED_level为高电平，此时R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823的U5B的差分放大和运放AD823的U5A放大，再经过运放AD823的U6A的减法电路，最后控制三极管MMBT2222A和BD243C的通断，实现恒流驱动，此时的驱动电流为145ma。
AD823是一款双通道、精密、16MHz、JFET输入运算放大器,可采用3.0V至36V单电源或±1.5V至±18V双电源供电，该电路控制方便，电路简单，为稳定性提供了保障，可靠性大大提高。
综上所述，在本实施例中，本实施例提供的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，恒流驱动稳定性好，可靠性高，LED驱动光源有两个量程的切换，能满足测试仪器在实际使用过程中需要测量出样品溶液过高或者过低的情况下的测试数据。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，包括AD823运算放大器U5B、与AD823运算放大器U5B电连接的AD823运算放大器U5A及与AD823运算放大器U5A电连接的AD823运算放大器U6A；其特征在于，
AD823运算放大器U5B的输入端串联有电阻R6、R7和R8，电阻R6、R7和R8三者之间并联，电阻R6与电阻R7之间并联有电阻R5，AD823运算放大器U5B的输出端串联有电阻R14，AD823运算放大器U5B的输入端与输出端之间并联有电阻R11，电阻R14与AD823运算放大器U5A的输入端串联；
AD823运算放大器U5A的输入端还串联有电阻R45，电阻R14与R45并联，AD823运算放大器U5A的输出端串联有电阻R15，AD823运算放大器U5A的输入端与输出端并联有电阻R16，电阻R15与AD823运算放大器U6A的输入端串联；
AD823运算放大器U6A的输入端还串联有电阻R10，AD823运算放大器U6A的输出端串联有电阻R9，AD823运算放大器U6A的输入端与输出端并联有电阻R13；
电阻R9通过三极管Q2与三极管Q1串联，三极管Q1通过P沟道与三极管Q4串联，三极管Q4与三极管Q5串联LED开关控制引脚LED_EN，进行LED灯驱动。
2.如权利要求1所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，所述电阻R5一端连接AGND，另一端与三极管Q1串联，三极管Q1与三极管Q2之间串联有电阻R39，电阻R39串联有电阻R12，电阻R12一端与三极管Q2之间并联，另一端连接AGND。
3.如权利要求1所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，所述电阻R45与电压U7串联，电压U7通过串联电阻R49与控制引脚LED_level连接，电压U7还串联有电容C11和电感L9，电感L9接5V电源，电容C11接AGND，电压U7使用TS12A12511高性能模拟开关实现恒定电流输出的切换选择，LED_level为量程切换控制引脚。
4.如权利要求3所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，当LED_level为低电平时，电阻R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为45ma。
5.如权利要求3所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，当LED_level为高电平时，电阻R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为145ma。
6.如权利要求1所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，AD823运算放大器U5B、AD823运算放大器U5A和AD823运算放大器U6A均是双通道、精密、16MHz、JFET输入运算放大器，采用3.0V-36V单电源或±1.5V-±18V双电源供电。
7.如权利要求1所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，电阻R13与AD823运算放大器U6A输出端的电阻R9串联，电阻R13还并联有电容C9，AD823运算放大器U6A和三极管Q2还串联有电容C8和电感L7，电感L7接9V电源，电容C8接AGND。
8.如权利要求1所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，三极管Q1与三极管Q4之间串联光耦P4的第1和第2脚线，光耦P4的第3接AGND，光耦P4的第4脚线并联有电阻R30和电容C65，电阻R30与电容C65并联，光耦P4的第4脚线串联MCU控制接口MCU_ADC。
9.如权利要求1所述的一种基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源，其特征在于，三极管Q4的第3脚线串联避雷器F1，三极管Q5的第3脚线与三极管Q4的第3脚线之间串联电阻R34，与三极管Q4的第1脚线之间串联电阻R36，三极管Q5的第1脚线通过电阻R38串联LED开关控制引脚LED_EN，三极管Q5的第2脚线接AGND。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的基于光学方法的生化物质检测仪器中LED驱动光源的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定检测仪器中驱动光源的正常使用电流I，确定电流I的额定工作电流是60ma，最大工作电流为150ma，使其工作在比较理想的工作状态；
步骤2：对该检测仪器所使用的驱动光源进行恒流驱动，在电流分别为45ma和145ma时，检测不同浓度样品溶液，测出样品溶液在浓度过高或者过低情况下的测试数据；
步骤3：当LED_level为低电平时，电阻R45未接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为45ma；
步骤4：当LED_level为高电平时，电阻R45接入电路，采样电阻R5上的电压经过AD823运算放大器U5B的差分放大和AD823运算放大器U5A运放放大，再经过AD823运算放大器U6A减法电路，最后控制三极管Q5的MMBT2222A和BD243C的通断，控制恒流驱动电流为145ma。
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