CN109152153B

CN109152153B - 一种电流可调的led驱动电路及控制方法

Info

Publication number: CN109152153B
Application number: CN201811204737.XA
Authority: CN
Inventors: 程远雄; 林毅
Original assignee: HUBEI HUAZHONG PHOTOELECTRIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: Hubei Huazhong Changjiang Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: CN109152153A

Abstract

本发明提供一种电流可调的LED驱动电路，由LED驱动器、MCU、运算放大器及电阻、电容、电感、场效应管、二极管和LED组成；一种基于电流可调的LED驱动电路的控制方法，LED驱动器对LED为恒流驱动，对LED驱动器输出的控制电压恒定且为MCU输出的调整电压与LED的采样电阻两端的电压之和，通过调节MCU输出的调整电压能使LED驱动器按需求对LED输出不同的恒定电流，从而达到调节LED的驱动电流的目的。本发明在LED的采样电阻保持不变的情况下，通过控制MCU的D/A的输出电压来调节驱动LED的恒定电流的大小，电路简单，调试方便。

Description

一种电流可调的LED驱动电路及控制方法

技术领域

本发明属于LED驱动技术领域，特别是涉及一种电流可调的LED驱动电路及控制方法。

背景技术

LED因体积小并且节能，在许多产业中都有运用，包括日用电子产品、工业仪器仪表、测量测试仪器及汽车等。如用于手机及液晶电视等的背光照明，手机及相机拍摄时的闪光，汽车及电动车等的行车、刹车和转向时的照明和指示，手电筒的照明，家居、厂矿及街道的照明等。现有LED的驱动方式分为线性方式和开关方式，线性方式的LED驱动电路效率低，通常采用的是开关方式的LED驱动电路，现有LED驱动电路一般不具备可实时调节驱动电流的功能或调节方式不便于现场操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电流可调的LED驱动电路及控制方法，在LED的采样电阻保持不变的情况下，通过控制MCU的D/A的输出电压来稳定地调节驱动LED的恒定电流的大小。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

一种电流可调的LED驱动电路，包括依次连接的MCU电路、反相加法器电路、反相器电路、LED驱动器电路和LED，且LED与反相加法器电路相连，MCU电路与LED驱动器电路相连，MCU电路包括MCU，组成复位电路的第一电阻R1和第一电容C1，作为滤波电容的第二电容C2和第三电容C3，作为去耦电容的第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，以及组成MCU的时钟电路的晶振Z1、磁珠FB1和第四电容C4；反相加法器电路包括第二运算放大器N2，第五电阻R5、第八电阻R8和第九电阻R9，以及作为去耦电容的第十四电容C14和第十六电容C16；反相器电路包括第三运算放大器N3、第六电阻R6和第十电阻R10，作为去耦电容的第十五电容C15和第十七电容C17；LED驱动器电路包括LED驱动器N1，作为滤波电容的第九电容C9、第十电容C10和第十一电容C11，第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，场效应管V1，整流二极管V2，LED及作为LED的滤波电容的第十二电容C12、第十三电容C13；第二电阻R2用于限制LED的电流，第三电阻R3用于抑制LED的电流的噪声，第四电阻R4为LED的电流的采样电阻；其中所述的MCU电路与LED驱动器电路之间通过MCU的任一普通I/O口引脚与LED驱动器的DIM引脚的接点连接，所述的MCU电路与反相加法器电路之间通过MCU的任一D/A引脚与第八电阻R8的一侧的接点连接，所述的反相加法器电路与反相器电路之间通过第九电阻R9的一侧、第二运算放大器N2的输出端和第六电阻R6的一侧的接点连接，所述的反相器电路与LED驱动器电路之间通过第十电阻R10的一侧、第三运算放大器N3的输出端和LED驱动器的SNS引脚的接点连接，所述的LED的正极与LED驱动器电路之间通过第一电感L1的一侧、第十三电容C13的一侧、第十二电容C12的正极和LED的正极之间的接点连接，LED的负极与LED驱动器电路之间通过第四电阻R4的一侧、第十三电容C13的另一侧、第十二电容C12的负极和LED的负极之间的接点连接，所述的LED的负极与反相加法器电路之间通过LED的负极与第五电阻R5的一侧的接点连接；所述的LED驱动器电路用于实现对LED的恒流驱动，所述的MCU电路用于通过MCU的内部存储器加载的软件调节LED驱动器电路对LED输出不同的恒定驱动电流。

按上述方案，所述的反相加法器电路包括第二运算放大器N2、第五电阻R5、第八电阻R8和第九电阻R9，其中所述的第八电阻R8的另一侧与第二运算放大器N2的反相输入端、第五电阻R5的另一侧和第九电阻R9的另一侧的接点连接构成反相加法器电路；所述的反相器电路包括第三运算放大器N3、第六电阻R6和第十电阻R10，其中所述的第六电阻R6的另一侧与第三运算放大器N3的反相输入端和第十电阻R10的另一侧的接点连接构成反相器电路；所述的第二运算放大器N2和所述的第三运算放大器N3的型号相同。

一种基于电流可调的LED驱动电路的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：一种基于电流可调的LED驱动电路包括依次连接的MCU电路、反相加法器电路、反相器电路、LED驱动器电路和LED，且LED与反相加法器电路相连，MCU电路与LED驱动器电路相连，MCU电路包括MCU，组成复位电路的第一电阻R1和第一电容C1，作为滤波电容的第二电容C2和第三电容C3，作为去耦电容的第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，以及组成MCU的时钟电路的晶振Z1、磁珠FB1和第四电容C4；反相加法器电路包括第二运算放大器N2，第五电阻R5、第八电阻R8和第九电阻R9，以及作为去耦电容的第十四电容C14和第十六电容C16；反相器电路包括第三运算放大器N3、第六电阻R6和第十电阻R10，作为去耦电容的第十五电容C15和第十七电容C17；LED驱动器电路包括LED驱动器N1，作为滤波电容的第九电容C9、第十电容C10和第十一电容C11，第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，场效应管V1，整流二极管V2，LED及作为LED的滤波电容的第十二电容C12、第十三电容C13；第二电阻R2用于限制LED的电流，第三电阻R3用于抑制LED的电流的噪声，第四电阻R4为LED的电流的采样电阻；其中所述的MCU电路与LED驱动器电路之间通过MCU的任一普通I/O口引脚与LED驱动器的DIM引脚的接点连接，所述的MCU电路与反相加法器电路之间通过MCU的任一D/A引脚与第八电阻R8的一侧的接点连接，所述的反相加法器电路与反相器电路之间通过第九电阻R9的一侧、第二运算放大器N2的输出端和第六电阻R6的一侧的接点连接，所述的反相器电路与LED驱动器电路之间通过第十电阻R10的一侧、第三运算放大器N3的输出端和LED驱动器的SNS引脚的接点连接，所述的LED的正极与LED驱动器电路之间通过第一电感L1的一侧、第十三电容C13的一侧、第十二电容C12的正极和LED的正极之间的接点连接，LED的负极与LED驱动器电路之间通过第四电阻R4的一侧、第十三电容C13的另一侧、第十二电容C12的负极和LED的负极之间的接点连接，所述的LED的负极与反相加法器电路之间通过LED的负极与第五电阻R5的一侧的接点连接；所述的LED驱动器电路用于实现对LED的恒流驱动，所述的MCU电路用于通过MCU的内部存储器加载的软件调节LED驱动器电路对LED输出不同的恒定驱动电流；通过所述的电流可调的LED驱动电路的连接方式和各组成电路的元器件的特性获取建立LED的驱动电流的算法模型的所需参数，所述的MCU的任一D/A引脚与第八电阻R8的一侧的接点的电压即调整电压为Vadj，所述的第十电阻R10的一侧、第三运算放大器N3的输出端和LED驱动器的SNS引脚的接点的电压即控制电压为Vsns，所述的LED的负极、第四电阻R4的一侧、第十三电容C13的另一侧、第十二电容C12的负极和第五电阻R5的一侧的接点的电压即采样电压为Vsam，设流过LED的电流即对LED的驱动电流为I，第四电阻R4为采样电阻，其阻值为R；

步骤S2：根据反相加法器电路和反相器电路的特性得到电压的关系模型Vsns＝f(Vadj，Vsam)；根据电阻的伏安特性得到LED的驱动电流的模型I＝f(Vsam，R)；

步骤S3：根据LED驱动器的恒流输出特性，得到在没有其他变量的情况下恒定的控制电压Vsns；所述的MCU的存储器中加载有软件，通过软件的工作流程改变MCU的D/A引脚输出的调整电压Vadj，使LED驱动器对LED输出不同的驱动电流I。

按上述方案，在所述步骤S2中，建立控制电压Vsns与调整电压Vadj、采样电压Vsam的关系模型Vsns＝f(Vadj，Vsam)，具体步骤为：

步骤S21：反相加法器电路输出到反相器电路的电压为Vadj和Vsam之和，且极性相反，经反相器电路输出到LED驱动电路的电压极性再次相反，根据上述电路功能确定控制电压Vsns的表达式为：

Vsns＝Vadj+Vsam (1)

按上述方案，在所述步骤S2中，建立驱动电流I与采样电压Vsam、采样电阻R的关系模型I＝f(Vsam，R)，具体步骤为：

步骤S22：根据(1)式推得采样电压Vsam的表达式为：

Vsam＝Vsns-Vadj (2)

在直流稳态电路中，LED两端并联的第十三电容C13和第十二电容C12不起作用，即流过电容的电流为零，第四电阻R4与LED串联，则流过第四电阻R4的电流即为驱动电流I，根据电阻的伏安特性得到驱动电流与采样电压、采样电阻的关系式为：

I＝Vsam/R (3)

根据(2)、(3)式推得驱动电流I的表达式为：

I＝(Vsns-Vadj)/R (4)

综上所述，根据式(4)得到对LED的驱动电流I同MCU输出的调整电压Vadj之间满足一定的线性关系，因此通过设定MCU输出的调整电压Vadj来改变对LED的驱动电流I。

按上述方案，在所述步骤S3中，通过MCU的存储器加载的软件的工作流程改变MCU的D/A引脚输出的调整电压Vadj，具体为：MCU上电复位并完成各内部单元包括D/A转换器和参考电压的初始化，为D/A转换器赋初值后，进入主循环；硬件检测CAN总线上是否有通信接口或键盘操作发来的数据，若否则继续主循环，若是则主循环暂停，进入中断处理程序，中断处理完毕，退出中断；继续主循环，判断D/A转换器是否需要赋值，若否则继续主循环，若是则为D/A转换器重新赋值，继续主循环。

按上述方案，提高对所述的LED驱动器的VIN引脚的输入电压Vin，使得所述的LED驱动器电路输出到LED两端的电压增大，用于驱动串联的多个LED。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种电流可调的LED驱动电路在LED的采样电阻保持不变的情况下，通过控制MCU的D/A的输出电压来调节驱动LED的恒定电流的大小。

2.本发明电路简单，调试方便。

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图。

图2为本发明实施例的MCU及其外围电路图。

图3为本发明实施例的LED驱动器及其外围电路图。

图4为本发明实施例的运算放大器及其外围电路图。

图中，C1～C17为电容，R1～R6、R8～R10为电阻，L1为电感，V1为场效应管，V2为二极管，V3为LED，D1为MCU，N1为LED驱动器，N2、N3为运算放大器，FB1为磁珠，Z1为晶振。

图5位本发明实施例的MCU的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，由MCU电路、反相加法器电路、反相器电路、LED驱动器电路和LED组成，其中作为负载的LED可替换为激光器，本发明的实施例驱动的是光纤激光器；MCU电路输出DIM信号到LED驱动器电路，MCU电路输出调节电压Vadj到反相加法器电路，光纤激光器输入回路的采样电压Vsam输出到反相加法器电路，经反相加法器电路将Vadj和Vsam相加并反相后输出到反相器电路，经反相器电路再次反相后输出控制电压Vsns到LED驱动器电路，LED驱动器电路对光纤激光器输出可控的恒定电流。

参见图2至图4，MCU电路包括MCU D1，组成复位电路的电阻R1和电容C1，滤波电容C2和C3，去耦电容C5、C6、C7和C8，以及作为MCU D1的时钟电路的晶振Z1、磁珠FB1和去耦电容C4。

LED驱动器电路包括LED驱动器N1，滤波电容C9、C10和C11，电阻R2、R3和R4，场效应管V1，整流二极管V2，光纤激光器V3及其滤波电容C12、C13；其中电阻R2限制光纤激光器的电流，电阻R3抑制光纤激光器的电流的噪声，电阻R4为光纤激光器的电流的采样电阻。

反相加法器电路包括运算放大器N2，电阻R5、R8和R9，去耦电容C14和C16，其中电阻R5、R8和R9为精密电阻且阻值相等；所述的反相器电路包括运算放大器N3、电阻R6和R10，去耦电容C15和C17，其中电阻R6和R10为精密电阻且阻值相等。

上述电路中使用的元器件的名称、规格型号和位号如表1所示：

表1

名称	规格型号	位号
			电容	0805-50V-220pF	C13
电容	0805-50V-0.01uF	C4、C5、C6、C7、C8
			电容	0805-50V-0.1uF	C2、C11、C14、C15、C16、C17
电容	A-16V-1uF	C12
			电容	A-10V-4.7uF	C3
电容	1210-25V-10uF	C1、C10
			电容	C-10V-33uF	C9
电阻	0805-1/8W-39KΩ±5％	R1
			电阻	0805-1/8W-21KΩ±1％	R2
电阻	0805-4.32KΩ±1％	R3
			电阻	2512-1W-0.075Ω±1％	R4
电阻	0805-1/8W-1.1KΩ±1％	R5、R8、R9
			电阻	0805-1/8W-300Ω±1％	R6、R10
电感	MSS1038-522NL	L1
			场效应管	Si3493BDV	V1
二极管	SSB43L	V2
			光纤激光器	FL-FCSE08-2-808	V3
MCU	C8051F041	D1
			LED驱动器	LM3401MM	N1
运算放大器	LMH6714MF	N2、N3
			磁珠	GZ1608D102	FB1
晶振	SMD7050-11.0592MHz	Z1

本实施例中，设LED驱动器的VIN引脚的输入电压Vin、反相放大器电路和反相器电路的电源电压Vdd，Vin＝Vdd＝5V，-Vdd＝-5V，控制电压Vsns＝0.2V。通过所述的电流可调的LED驱动电路的连接方式和各组成电路的元器件的特性获取建立光纤激光器的驱动电流的算法模型的所需参数，所述的MCU的任一D/A引脚与第八电阻R8的一侧的接点的电压即调整电压为Vadj，所述的第十电阻R10的一侧、第三运算放大器N3的输出端和LED驱动器的SNS引脚的接点的电压即控制电压为Vsns，所述的光纤激光器输入回路的负极、第四电阻R4的一侧、第十三电容C13的另一侧、第十二电容C12的负极和第五电阻R5的一侧的接点的电压即采样电压为Vsam，设流过光纤激光器输入回路的电流即对光纤激光器输入回路的驱动电流为I，第四电阻R4为采样电阻，其阻值为R。

根据反相加法器电路和反相器电路的特性建立控制电压Vsns与调整电压Vadj、采样电压Vsam的关系模型Vsns＝f(Vadj，Vsam)，具体步骤为：

反相加法器电路输出到反相器电路的电压为Vadj和Vsam之和，且极性相反，经反相器电路输出到LED驱动电路的电压极性再次相反，根据上述电路功能确定控制电压Vsns的表达式为：

Vsns＝Vadj+Vsam (1)

根据电阻的伏安特性建立驱动电流I与采样电压Vsam、采样电阻R的关系模型I＝f(Vsam，R)，具体步骤为：

根据(1)式推得采样电压Vsam的表达式为：

Vsam＝Vsns-Vadj (2)

在直流稳态电路中，光纤激光器输入回路的两端并联的第十三电容C13和第十二电容C12不起作用，即流过电容的电流为零，第四电阻R4与上述并联电路串联，则流过第四电阻R4的电流即为驱动电流I，根据电阻的伏安特性得到驱动电流与采样电压、采样电阻的关系式为：

I＝Vsam/R (3)

根据(2)、(3)式推得驱动电流I的表达式为：

I＝(Vsns-Vadj)/R (4)

根据表达式(4)得到光纤激光器的驱动电流为I＝(0.2V-Vadj)/0.075Ω。通过MCU的存储器中加载的软件的工作流程改变MCU的D/A转换器输出的调整电压Vadj：MCU上电复位并完成各内部单元包括D/A转换器和参考电压的初始化，为D/A转换器赋初值后，进入主循环；硬件检测到CAN总线上是否有数据包(通信接口或键盘操作有无发来数据)，若否则继续主循环，若是则主循环暂停，进入中断处理程序，中断处理完毕，退出中断；继续主循环，判断D/A转换器是否需要赋值，若否则继续主循环，若是则为D/A转换器重新赋值，继续主循环。

综上所述，根据式(4)得到对光纤激光器的驱动电流I同MCU输出的调整电压Vadj之间满足一定的线性关系，从而通过设定MCU输出的调整电压Vadj来改变对光纤激光器的驱动电流I。

当所述的LED驱动器电路需要驱动串联的多个光纤激光器时，提高对LED驱动器的VIN引脚的输入电压Vin，使得LED驱动器电路输出到光纤激光器输入回路两端的电压增大即可满足要求。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电流可调的LED驱动电路，其特征在于：包括依次连接的MCU电路、反相加法器电路、反相器电路、LED驱动器电路和LED，且LED与反相加法器电路相连，MCU电路与LED驱动器电路相连，MCU电路包括MCU，组成复位电路的第一电阻R1和第一电容C1，作为滤波电容的第二电容C2和第三电容C3，作为去耦电容的第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，以及组成MCU的时钟电路的晶振Z1、磁珠FB1和第四电容C4；反相加法器电路包括第二运算放大器N2，第五电阻R5、第八电阻R8和第九电阻R9，以及作为去耦电容的第十四电容C14和第十六电容C16；反相器电路包括第三运算放大器N3、第六电阻R6和第十电阻R10，作为去耦电容的第十五电容C15和第十七电容C17；LED驱动器电路包括LED驱动器N1，作为滤波电容的第九电容C9、第十电容C10和第十一电容C11，第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，场效应管V1，整流二极管V2，LED及作为LED的滤波电容的第十二电容C12、第十三电容C13；第二电阻R2用于限制LED的电流，第三电阻R3用于抑制LED的电流的噪声，第四电阻R4为LED的电流的采样电阻；其中所述的MCU电路与LED驱动器电路之间通过MCU的任一普通I/O口引脚与LED驱动器的DIM引脚的接点连接，所述的MCU电路与反相加法器电路之间通过MCU的任一D/A引脚与第八电阻R8的一侧的接点连接，所述的反相加法器电路与反相器电路之间通过第九电阻R9的一侧、第二运算放大器N2的输出端和第六电阻R6的一侧的接点连接，所述的反相器电路与LED驱动器电路之间通过第十电阻R10的一侧、第三运算放大器N3的输出端和LED驱动器的SNS引脚的接点连接，所述的LED的正极与LED驱动器电路之间通过第一电感L1的一侧、第十三电容C13的一侧、第十二电容C12的正极和LED的正极之间的接点连接，LED的负极与LED驱动器电路之间通过第四电阻R4的一侧、第十三电容C13的另一侧、第十二电容C12的负极和LED的负极之间的接点连接，所述的LED的负极与反相加法器电路之间通过LED的负极与第五电阻R5的一侧的接点连接；所述的LED驱动器电路用于实现对LED的恒流驱动，所述的MCU电路用于通过MCU的内部存储器加载的软件调节LED驱动器电路对LED输出不同的恒定驱动电流。

2.根据权利要求1所述的电流可调的LED驱动电路，其特征在于：所述的反相加法器电路包括第二运算放大器N2、第五电阻R5、第八电阻R8和第九电阻R9，其中所述的第八电阻R8的另一侧与第二运算放大器N2的反相输入端、第五电阻R5的另一侧和第九电阻R9的另一侧的接点连接构成反相加法器电路；所述的反相器电路包括第三运算放大器N3、第六电阻R6和第十电阻R10，其中所述的第六电阻R6的另一侧与第三运算放大器N3的反相输入端和第十电阻R10的另一侧的接点连接构成反相器电路；所述的第二运算放大器N2和所述的第三运算放大器N3的型号相同。

3.基于权利要求1所述的一种电流可调的LED驱动电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种电流可调的LED驱动电路的控制方法，其特征在于：在所述步骤S2中，建立控制电压Vsns与调整电压Vadj、采样电压Vsam的关系模型Vsns＝f(Vadj，Vsam)，具体步骤为：

Vsns＝Vadj+Vsam (1)。

5.根据权利要求4所述的一种电流可调的LED驱动电路的控制方法，其特征在于：在所述步骤S2中，建立驱动电流I与采样电压Vsam、采样电阻R的关系模型I＝f(Vsam，R)，具体步骤为：

步骤S22：根据(1)式推得采样电压Vsam的表达式为：

Vsam＝Vsns-Vadj (2)

I＝Vsam/R (3)

根据(2)、(3)式推得驱动电流I的表达式为：

I＝(Vsns-Vadj)/R (4)

6.根据权利要求3所述的一种电流可调的LED驱动电路的控制方法，其特征在于：在所述步骤S3中，通过MCU的存储器加载的软件的工作流程改变MCU的D/A引脚输出的调整电压Vadj，具体为：MCU上电复位并完成各内部单元包括D/A转换器和参考电压的初始化，为D/A转换器赋初值后，进入主循环；硬件检测CAN总线上是否有通信接口或键盘操作发来的数据，若否则继续主循环，若是则主循环暂停，进入中断处理程序，中断处理完毕，退出中断；继续主循环，判断D/A转换器是否需要赋值，若否则继续主循环，若是则为D/A转换器重新赋值，继续主循环。

7.根据权利要求3所述的一种电流可调的LED驱动电路的控制方法，其特征在于：提高对所述的LED驱动器的VIN引脚的输入电压Vin，使得所述的LED驱动器电路输出到LED两端的电压增大，用于驱动串联的多个LED。