CN110324943A - 发光二极管灯串控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管灯串控制系统，包括：开关单元，具有电源输入端、电源输出端及受控端，电源输出端连接发光二极管灯串；控制单元，控制单元连接开关单元的受控端；第二电源产生单元，第二电源产生单元连接发光二极管灯串。本发明将控制单元发送的发光控制命令通过载波方式加载于发光二极管的电源线实现驱动发光二极管灯串的发亮变化，节省成本，简化了发光二极管的控制线路；短路保护单元实时检测发光二极管是否短路，对发光二极管灯串短路时的保护响应速度快，所需元器件少,生产成本低，电路简单，易于实现，安全可靠。

Description

发光二极管灯串控制系统
技术领域
本发明涉及照明控制领域，尤其是一种发光二极管灯串控制系统。
背景技术
发光二极管灯串广泛被用户运用在大楼外观、树木、招牌及造景物上，以增添外观美。目前大致上可以分为串联式及并联式两种连接方式，串联式的发光二极管灯串，是将多个发光二极管串联连接在一起。虽然串联式的连接方式，使发光二极管灯串模块易于生产，但是在使用过程中，只要有一个发光二极管故障，将造成电流无法传递，致使整个二极管灯串皆无法被点亮。并联式的发光二极管灯串，是将多个发光二极管并联连接在一起，每一个发光二极管灯串具有若干个发光二极管，为了达到发光二极管灯串的同步、异步或点控效果，会让每一发光二极管灯串所连接的每一发光二极管具有一寻址编码，每个发光二极管就要有一条控制线及寻址线来控制。若是并联10个发光二极管，就必须利用10条控制线及10条寻址线才能控制10个发光二极管。并联的发光二极管数量越多时，相对控制线及寻址线越多，造成线路的复杂，不易制作，且成本高。
中国发明专利201510402773.7公开了一种发光二极管灯串控制系统，其发光二极管驱动装置包含一开关单元、一控制单元和一电压准位产生单元，开关单元电连接发光二极管灯串，控制单元电连接至开关单元，电压准位产生单元电连接发光二极管驱动装置的输出端和发光二极管灯串，电压准位产生单元的齐纳二极管ZD和电容C并联，齐纳二极管ZD的阴极分别串联电阻R5后接入交流电源整流后的输入端和串联二极管D的阳极后电连接发光二极管灯串，齐纳二极管ZD的阳极接地，齐纳二极管ZD决定电压准位产生单元的输出电压值。在电压准位产生单元的输出电压不高时，例如3~6v，符合要求的齐纳二极管较少，而且低于6V的齐纳二极管属于齐纳击穿，稳压特性不如雪崩击穿的好。当串联式的发光二极管灯串发生短路故障时，线路电流增大，容易烧坏发光二极管灯串和电源，甚至发生火灾的危险情况，产生安全隐患；目前的发光二极管灯串通常在输出端设置短路保护电路，但短路保护的电路都比较复杂，所需元器件较多，虽然可以避免安全隐患，但当灯串的短路故障解除时，发光二极管灯串控制系统无法自行恢复正常工作，只能废弃，浪费资源。
发明内容
本申请人针对上述现有并联式的发光二极管灯串线路复杂、不易制作、成本高、故障解除后无法自动恢复的缺点，提供一种结构合理的发光二极管灯串控制系统，从而减少传输线的使用，线路简洁，安全性高，故障解除后可自动恢复。
本发明所采用的技术方案如下：
一种发光二极管灯串控制系统，包括：
开关单元，具有电源输入端、电源输出端及受控端，电源输出端连接发光二极管灯串；
控制单元，控制单元连接开关单元的受控端；
第二电源产生单元，第二电源产生单元连接发光二极管灯串；
当没有要传送发光脉波讯号时，控制单元控制开关单元导通，电源单元将具有第一电压的直流电源传送至发光二极管灯串，以驱动发光二极管灯串发光；当要传送控制单元产生的发光脉波讯号时，控制单元控制开关单元的启闭动作，当控制单元控制开关单元截止时，第二电源产生单元的具有第二电压的直流电传送至发光二极管灯串；第二电压小于第一电压。
作为上述技术方案的进一步改进：
还包括短路保护单元，短路保护单元连接发光二极管灯串和发光二极管灯串；短路保护单元检测发光二极管灯串的阴极端的电压值，当电压值大于临界值时，短路保护单元发送第二保护信号，控制单元控制开关单元截止；当现有电压小于临界值时，短路保护单元发送第一保护信号或不发送信号。
还包括短路保护单元，短路保护单元包括：
第三电阻R3，第三电阻R3连接发光二极管灯串的阴极端；
第四电阻R4，第四电阻R4连接三极管Q2的基级和第三电阻R3；
三极管Q2，三极管Q2的集电极连接控制单元。
短路保护单元还包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别连接三极管Q2的集电极及电源单元。
第二电源产生单元，其包括：
第一电阻R1，第一电阻R1连接电源单元；
电容C2，电容C2连接分压电阻R1；
二极管D1，二极管D1连接第一电阻R1及电源输出端；
稳压元件，稳压元件连接第一电阻R1。
稳压元件为发光二极管LED1。
还包括无线接收单元，无线接收单元连接控制单元和电源单元，无线接收单元与外部的遥控器通过无线电波或红外线连接。
还包括存储单元，存储单元连接控制单元，存储单元存储发光二极管灯串的地址编码和颜色编码。
开关单元为场效应管，控制单元包括微处理器。
本发明的有益效果如下：
本发明将控制单元发送的发光控制命令通过载波方式加载于发光二极管的电源线实现驱动发光二极管灯串的发亮变化，使若干个并联的发光二极管能够同步或点控操作，而不需要额外配置讯号传输线，节省成本，简化了发光二极管的控制线路。在第二电源产生单元使用正向压降范围为1.6~3V的发光二极管，选择范围广，经济有效，稳压特性好，发光二极管在灯串短路时起到故障提示作用，其噪音比齐纳二极管小。
本发明的短路保护单元实时检测发光二极管是否短路，对发光二极管灯串短路时的保护响应速度快。一检测到短路故障，短路保护单元就发送低电平的第二保护信号给控制单元，控制单元控制开关单元截止，发光二极管灯串及时与具有第一电压的直流电源断开，保护了剩余的发光二极管和电源单元，从而减少维修成本及经济损失；当短路的故障解除后，发光二极管灯串可以及时根据控制单元的发光脉波讯号产生发光变化，实现发光二极管灯串控制系统快速正常工作，减少维修工作，提高资源利用率。短路保护单元只需要一个三极管和两个电阻就可以实现，所需元器件少,生产成本低，电路简单，易于实现，安全可靠。
本发明可遥控控制，能够自由调节发光二极管灯串的亮度、颜色和发光变化。
本发明的线路简洁，性能可靠，生产成本低，利用率高。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为本发明的电路图。
图中：1、发光二极管灯串；2、短路保护单元；3、第二电源产生单元； 4、开关单元；41、电源输入端；42、电源输出端；43、受控端；5、控制单元；6、发光二极管灯串控制系统；7、电源单元；8、存储单元；9、无线接收单元。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明的发光二极管灯串控制系统6连接发光二极管灯串1和电源单元7。其中，电源单元7向发光二极管灯串控制系统6提供直流电压。发光二极管灯串1包含彼此并联的若干发光二极管，每个发光二极管都具有地址编码。发光二极管灯串控制系统6包括开关单元4、控制单元5及第二电源产生单元3，其中，开关单元4具有电源输入端41、电源输出端42及受控端43，电源输入端41连接电源单元7，电源输出端42连接发光二极管灯串1的阳极端，控制单元5产生发光脉波讯号，控制单元5连接开关单元4的受控端43，第二电源产生单元3连接发光二极管灯串1及电源单元7。还包括短路保护单元2，短路保护单元2连接控制单元5及发光二极管灯串1的阴极端。还包括存储单元8，存储单元8连接控制单元5，存储单元8存储发光二极管灯串1的地址编码和颜色编码、以及控制单元5关机前所使用的最后一个发光样式。还包括无线接收单元9，无线接收单元9连接控制单元5和电源单元7，无线接收单元9通过红外线或无线电波与外部的遥控器实现无线连接。
无线接收单元9接收外部的带有发光样式编码的无线信号，并将无线信号转换为控制单元5的控制信号发送给控制单元5。控制单元5设定有若干的发光样式，依据被选择的发光样式，控制单元5根据包含地址编码和颜色编码信息的发光样式编码产生相应的发光脉波讯号。当没有要传送发光脉波讯号时，控制单元5控制开关单元4导通，电源单元7将具有第一电压的直流电源传送至发光二极管灯串1，以驱动发光二极管灯串1；当要传送控制单元5产生的发光脉波讯号时，控制单元5根据发光脉波讯号，控制开关单元4的启闭动作，当控制单元5控制开关单元4截止时，第二电源产生单元3的具有第二电压的直流电源传送至发光二极管灯串1，用于为发光二极管的内部芯片提供工作电压。通过控制单元5控制开关单元4的启闭动作，形成具有若干个第一电压和第二电压的发光控制命令，并将发光控制命令输出至电连接的发光二极管灯串1，发光二极管灯串1中接收发光控制命令，并进行对应的发光变化。第二电压小于第一电压。短路保护单元（2）检测发光二极管灯串（1）的阴极端的电压值，当电压值大于临界值时，短路保护单元（2）发送第二保护信号，控制单元（5）控制开关单元（4）截止后，延迟预定时间T后控制开关单元（4）导通；当现有电压小于临界值时，短路保护单元（2）发送第一保护信号或不发送信号。
如图2所示，电源单元7为+5V的直流电源VDD。控制单元5的电源端连接直流电源VDD。控制单元5包括微处理器和稳压电路，稳压电路的输入端连接直流电源VDD，输出端连接微处理器的电源端，稳压电路用于将直流电源VDD转换为微处理器的工作电压。开关单元4为一P沟道增强型场效应管Q1，场效应管Q1的栅极连接控制单元5，源极连接直流电源VDD，漏极连接发光二极管灯串1的阳极端。第二电源产生单元3包括第一电阻R1、第二电容C2、二极管D1、稳压元件；第一电阻R1用于分压，第二电容C2用于滤波，稳压元件为发光二极管LED1，用于决定第二电压的数值。分压电阻R1一端连接直流电源VDD，另一端分别连接二极管D1的阳极、接地的发光二极管LED1的阳极和接地的第二电容C2，二极管D1的阴极连接发光二极管灯串1的阳极端。短路保护单元2包括第三电阻R3、第四电阻R4、三极管Q2和第二电阻R2，其中，发光二极管灯串1的阴极端连接接地的第三电阻R3和第四电阻R4，第四电阻R4另一端连接三极管Q2的基级；三极管Q2的发射极接地，集电极分别连接控制单元5和经由第二电阻R2连接直流电源VDD，第二电阻R2用于提高短路保护单元2信号输出的可靠性。在其他实施例中，由于控制单元5与短路保护单元2连接的端口在无信号输入时自动为高电平，集电极可以直接连接控制单元5，而省去连接第二电阻R2和直流电源VDD；当三极管Q2截止时，短路保护单元2不向控制单元5输出信号。无线接收单元9包括稳压芯片和无线接收芯片，稳压芯片连接直流电源VDD，用于将直流电源VDD转换为无线接收芯片的工作电压，稳压芯片连接无线接收芯片的电源端，无线接收芯片的输出端连接控制单元5，无线接收芯片的输入端接收来自外部的遥控器的无线信号。
发光二极管灯串控制系统6的工作原理是：
1、当接通电源时，无线接收单元9接收外部的遥控器发送的带有发光样式编码的无线信号，并将无线信号转换为控制单元5的控制信号发送给控制单元5。
2、直流电源VDD通过第一电阻R1使发光二极管LED1导通；直流电源VDD为控制单元5供电，当没有要传送发光脉波讯号时，控制单元5发送低电平至场效应管Q1的栅极，所以场效应管Q1的栅极电位低，而源极电位为高，因此场效应管Q1导通，其漏极电位高于二极管D1的阳极电位，二极管D1截止，电流从直流电源VDD经过场效应管Q1的源极、漏极向发光二极管灯串1流动，具有第一电压的直流电源给发光二极管灯串1供电，驱动发光二极管灯串1发光。
3、当控制单元5要发送由若干低电平和高电平组成的发光脉波讯号时，控制单元5发送高电平至场效应管Q1的栅极时，场效应管Q1的栅极电位高，源极电位也为高，栅极与源极的电压差小于2V，因此场效应管Q1截止，其漏极电位被拉低，漏极电位低于二极管D1的阳极电位，进而使二极管D1导通，电流从直流电源VDD经过第一电阻R1、二极管D1向发光二极管灯串1流动，具有第二电压的直流电源给发光二极管灯串1供电；通过控制单元5控制场效应管Q1的连续启闭动作，形成具有若干第一电压或第二电压的发光控制命令，并将发光控制命令输出至电连接的发光二极管灯串1，发光二极管灯串1接收发光控制命令，并进行对应的发光变化。
4、发光二极管灯串1正常工作时，场效应管Q1导通，流过第三电阻R3的电流是小于300MA，发光二极管灯串1的阴极端的电压约为0.225V，三极管Q2的开启电压VBE约0.5V，而三极管Q2的基级与发射极的电压差小于0.225V，更小于三极管Q2的开启电压，因此三极管Q2处于截止状态，电流从直流电源VDD经过第二电阻R2流向控制单元5，控制单元5接收到高电平的第一保护信号，控制单元5根据发光脉波讯号控制场效应管Q1的启闭动作。当发光二极管灯串1中的某个发光二极管短路时，直流电源VDD通过导通的场效应管Q1连接至发光二极管灯串1的阴极端，即第三电阻R3端，第三电阻R3的电位升高，电压值相当于第一电压，三极管Q2的开启电压VBE即为临界值，当阴极端的电压大于三极管Q2的开启电压VBE时，此时三极管Q2的基级与发射极的电压差远大于0.5V，因此三极管Q2导通，直流电源VDD通过第二电阻R2、三极管Q2的集电极和发射极接地，控制单元5接收到低电平的第二保护信号，控制单元5收到低电平就控制场效应管Q1截止，此时，发光二极管灯串1不发光，且控制单元5的发光脉波讯号无法通过开关单元4生成发光控制命令传送给发光二极管，发光二极管灯串控制系统6进入短路保护状态，避免发光二极管灯串1长时间接入较高的第一电压而烧坏，实现灯串保护，并且第二电源产生单元中的发光二极管LED1不亮，起到提示短路故障的作用。控制单元5在接收到低电平的第二保护信号后，控制场效应管Q1截止并延时预定时间T后控制场效应管Q1再次导通，若发光二极管灯串1仍然短路，则三极管Q2导通，控制单元5再次接收到低电平后快速控制场效应管Q1截止，控制单元5间隔预定时间T后再次控制场效应管Q1导通，按上述过程反复循环，直到故障解除、三极管Q3截止为止，实时监测短路故障是否解除，场效应管Q1导通的时间非常短，可避免发光二极管灯串1烧坏；当短路故障解除，发光二极管灯串1正常工作，具有第一电压的直流电源给发光二极管灯串1供电，发光二极管灯串1的阴极端的电压被拉低，流过第三电阻R3的电流变小，其电流小于300MA，阴极端的电压小于0.225V，也小于三极管Q2的开启电压VBE，因此三极管Q2的基级与发射极的电压差小于三极管Q2的开启电压，三极管Q2截止，电流从直流电源VDD经过第二电阻R2流向控制单元5，控制单元5接收到高电平的第一保护信号后，控制单元5根据发光脉波讯号控制场效应管Q1的启闭动作，发光二极管灯串控制系统6自动恢复正常工作。
本发明将控制单元5发送的发光控制命令通过载波方式加载于发光二极管灯串1的电源线实现驱动发光二极管灯串1的发亮变化，使若干个并联的发光二极管能够同步或异步操作，而不需要额外配置讯号传输线，节省成本，简化了发光二极管灯串1的控制线路。
本发明的短路保护单元2实时检测发光二极管是否短路，对发光二极管灯串1短路时的保护响应速度快。一旦检测到短路故障，短路保护单元2就发送低电平的第二保护信号给控制单元5，控制单元5控制开关单元4截止，发光二极管灯串1及时与具有第一电压的直流电源断开，保护了剩余的发光二极管和电源单元7，从而减少维修成本及经济损失；当短路的故障解除后，发光二极管灯串控制系统3可以自动恢复正常工作，减少维修工作，提高资源的利用率。短路保护单元2只需要一个三极管和两个电阻就可以实现，电路简单，所需元器件少，易于实现。本发明可遥控控制，能够自由调节发光二极管灯串1的亮度、颜色和发光变化。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种发光二极管灯串控制系统，其特征在于包括：
开关单元（4），具有电源输入端（41）、电源输出端（42）及受控端（43），电源输出端（42）连接发光二极管灯串（1）；
控制单元（5），控制单元（5）连接开关单元（4）的受控端（43）；
第二电源产生单元（3），第二电源产生单元（3）连接发光二极管灯串（1）；
当没有要传送发光脉波讯号时，控制单元（5）控制开关单元（4）导通，电源单元（7）将具有第一电压的直流电源传送至发光二极管灯串（1），以驱动发光二极管灯串（1）发光；当要传送控制单元（5）产生的发光脉波讯号时，控制单元（5）控制开关单元（4）的启闭动作，当控制单元（5）控制开关单元（4）截止时，第二电源产生单元（3）的具有第二电压的直流电传送至发光二极管灯串（1）；第二电压小于第一电压。
2.按照权利要求1所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：还包括短路保护单元（2），短路保护单元（2）连接发光二极管灯串（1）和发光二极管灯串（1）；短路保护单元（2）检测发光二极管灯串（1）的阴极端的电压值，当电压值大于临界值时，短路保护单元（2）发送第二保护信号，控制单元（5）控制开关单元（4）截止；当现有电压小于临界值时，短路保护单元（2）发送第一保护信号或不发送信号。
3.按照权利要求1所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：还包括短路保护单元（2），短路保护单元（2）包括：
第三电阻R3，第三电阻R3连接发光二极管灯串（1）的阴极端；
第四电阻R4，第四电阻R4连接三极管Q2的基级和第三电阻R3；
三极管Q2，三极管Q2的集电极连接控制单元（5）。
4.按照权利要求3所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：短路保护单元（2）还包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别连接三极管Q2的集电极及电源单元（7）。
5.按照权利要求1所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：第二电源产生单元（3），其包括：
第一电阻R1，第一电阻R1连接电源单元（7）；
电容C2，电容C2连接分压电阻R1；
二极管D1，二极管D1连接第一电阻R1及电源输出端（42）；
稳压元件，稳压元件连接第一电阻R1。
6.按照权利要求5所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：稳压元件为发光二极管LED1。
7.按照权利要求1所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：还包括无线接收单元（9），无线接收单元（9）连接控制单元（5）和电源单元（7），无线接收单元（9）与外部的遥控器通过无线电波或红外线连接。
8.按照权利要求1所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：还包括存储单元（8），存储单元（8）连接控制单元（5），存储单元（8）存储发光二极管灯串（1）的地址编码和颜色编码。
9.按照权利要求1所述的发光二极管灯串控制系统，其特征在于：开关单元（4）为场效应管，控制单元（5）包括微处理器。
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