CN112822816A

CN112822816A - 发光二极管灯串驱动控制系统

Info

Publication number: CN112822816A
Application number: CN202110186441.5A
Authority: CN
Inventors: 赵红春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2021-05-18
Also published as: US20210212179A1; US11337283B2

Abstract

本发明涉及一种发光二极管灯串驱动控制系统，包括控制单元和信号产生单元，所述信号产生单元包括：开关元件，包括第一端、第二端和控制端，所述控制单元的一端电性连接于所述控制端，所述第二端电性连接于所述发光二极管灯串的负极端；稳压元件，电性连接所述发光二极管灯串的负极端；其中，所述发光二极管灯串的正极端电性连接于供电单元，所述控制单元用于控制所述开关元件导通，所述供电单元用于直接驱动所述发光二极管灯串发光；所述控制单元还用于控制所述开关元件截止，所述供电单元用于通过所述稳压元件驱动所述发光二极管灯串发光。

Description

发光二极管灯串驱动控制系统

技术领域

本发明涉及一种发光灯串的驱动控制系统，尤其涉及一种用于发光二极管灯串的驱动控制系统。

背景技术

目前的发光二极管灯串大致上包括串联和并联两种方式，由于串联式灯串将多个发光二极管串接在一起，使用时故障率较高，只要有一个发光二极管出现故障，其他发光二极管都将无法被点亮，因此目前大多发光二极管灯串均采用并联方式连接。例如中国专利CN210274608U，公开了一种发光二极管灯串控制系统，如图1所示，该驱动控制系统的通过控制单元发送的发光控制命令至发光二极管实现驱动发光二极管灯串的发亮变化，控制单元控制开关单元的开/关和第二电源配合产生信号序列，使若干个并联的发光二极管同步或点控操作。

由于该专利的驱动控制电路通过发光二极管灯串的正极进行驱动，而系统主控制电路的供电电压比发光二极管灯串低，控制电路不能正常控制开关单元的开/关，因此该专利通常只能用于控制驱动单独一串的发光二极管灯串，且该发光二极管灯串的连接限于并联方式，而难以适用于驱动2串或者2串以上的发光二极管灯串，或者通过串联方式连接的发光二极管灯串。实践中，需要驱动2串或者2串以上的发光二极管灯串时，通常所需要使用的电子元件数量较多，电路太复杂而不利于成本控制。同时，该专利亦限制于第二电源供电能力弱，当发光二极管灯串的数量较多时，不能达到良好的驱动效果。

进一步地，中国专利CN102696282也提出了一种发光二极管驱动方案，但其技术方案明确限于驱动串联的发光二极管灯串，同时，该技术方案的发光二极管灯串在使用时，需要在每个LED单元上附加至少一个电容器，以用于存储驱动LED控制电路和该单独控制的LED单元上的各LED的电能储备。这就导致发光灯串的驱动控制系统的电路和线路都很复杂，一方面不利于产品的成本控制，另一方面也对产品的简单美观产生不利影响。

因此，通过一种简单的驱动电路实现一种低功耗的，既可以驱动并联的发光二极管灯串，也可以驱动串联的发光二极管灯串的驱动控制系统则是本发明所要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种二线式发光二极管灯串驱动控制系统，通过将信号产生单元电性连接于发光二极管的阴极端，实现灯串的负极驱动，其驱动力强，便于驱动各种连接方式的发光二极管灯串，信号产生单元通过一个开关元件和稳压元件即可实现，使得本发明的电路简单，降低了产品成本，与此同时，本发明的发光二极管既可以是串联也可以并联或者是两种方式的结合，由此解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种二线式发光二极管灯串驱动控制系统，包括控制单元和信号产生单元，所述信号产生单元包括：

开关元件，包括第一端、第二端和控制端，所述控制单元的一端电性连接于所述控制端，所述第二端电性连接于所述发光二极管灯串的负极端；

稳压元件，电性连接所述发光二极管灯串的负极端；

其中，所述发光二极管灯串的正极端电性连接于供电单元，所述控制单元用于控制所述开关元件导通，所述供电单元用于直接驱动所述发光二极管灯串发光；

所述控制单元还用于控制所述开关元件截止，所述供电单元用于通过所述稳压元件驱动所述发光二极管灯串发光。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，所述稳压元件为稳压二极管。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，所述稳压元件包括稳压电路，所述稳压电路包括至少一达林顿晶体管电路。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，所述稳压电路包括第一晶体管、第二晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和电容，其中，

所述第一晶体管的集电极通过所述第四电阻电性连接于电流源，所述第一晶体管的基极电性连接所述第二晶体管的集电极，所述第二晶体管的发射极连接于所述发光二极管灯串的阴极，所述第二晶体管的基极通过所述第五电阻电性连接于电流源，所述第六电阻与所述电容分别电连接于所述第二晶体管的基极。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，还包括短路保护单元，所述短路保护单元分别电性连接于所述开关元件的第一端和所述稳压元件的阳极端。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，所述无线接收单元包括：

稳压芯片，用于将直流电源转换为所述无线接收芯片的工作电压，所述稳压芯片分别连接于直流电源和所述无线接收芯片的电源端；

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，还包括存储单元，用以存储所述发光二极管灯串的地址编码和颜色编码以及发光样式，所述存储单元电性连接于所述控制单元。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，所述第一晶体管为NPN型晶体管，所述第二晶体管为PNP型晶体管。

根据上述发光二极管灯串驱动控制系统，其中，所述开关元件为场效应管，所述控制单元包括微处理器。

本发明的有益功效在于：本发明通过将信号产生单元电性连接于发光二极管的阴极端，实现灯串的负极驱动，控制单元驱动开关元件不需要高的电压就能控制其开/关，控制单元与灯串之间不需要进行升压处理，不论多少串发光二极管灯串，也不论发光二极管灯串的何种连接方式，开关单元的控制电压都不需要改变；驱动力比正极驱动的方式强，当灯串功率较大时，正极驱动方式难以驱动。本发明中的信号产生单元只需要二个电子元器件(例如一个CMOS管和一个稳压二极管)，即可驱动发光二极管的发光，因此本发明的电路简单，能够产生更加经济实用的效果。此外，由于本发明的不需要设置第二电压源，即可实现驱动发光二极管，因此本发明供电和信号传输更加稳定。

附图说明

图1为现有技术中一种发光二极管灯串控制系统的电路图。

图2为本发明的一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的方框图。

图3为本发明的一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的电路图。

图4为本发明的一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的发光二极管灯串的压降周期变化示意图。

图5为本发明的一实施例的短路保护单元的电路示意图。

图6为本发明的又一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的方框图。

其中，附图标记：

1：发光二极管灯串驱动控制系统；

11：控制单元；

12：信号产生单元；121：开关元件；122：稳压元件；

13：供电单元；

14：发光二极管灯串；

15：无线接收单元；

16：存储单元；

17：短路保护单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

如图2和图3所示，图2为本发明的一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的方框图，图3为本发明的一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的电路图。

本发明的二线式发光二极管灯串驱动控制系统主要可以用于多个并联或者串联的发光二极管灯串的驱动控制。

如图2所示，在本发明的实施例中，二线式发光二极管灯串驱动控制系统1包括控制单元11和信号产生单元12，其中，控制单元11的一端电性连接供电单元13，另一端电性连接信号产生单元12，信号产生单元12的一端用以电性连接于发光二极管灯串14的负极，发光二极管灯串的正极连接于供电单元13。

详细而言，信号产生单元12包括开关元件121和稳压元件122，开关单元12包括第一端、第二端和控制端。控制单元11电性连接于开关元件121的控制端，用于产生脉冲信号以控制开关元件121；开关元件121的第一端接地，第二端电性连接于发光二极管灯串14的负极；稳压元件122的阴极端连接发光二极管灯串14的负极，稳压元件122的阳极端与地连接。本发明的驱动控制系统1将信号产生单元12连接于发光二极管灯串14的负极，通过对发光二极管灯串14负极的驱动而实现对灯串14的发光与发光变化的控制，实现通过设置简单电路即可驱动多个并联以及/或者串联的灯串的技术目的。

如图3所示，控制单元11电性连接于开关元件121的控制端，当控制单元11接收到发光信号，即向开关元件12的控制端发送控制信号，以控制开关元件121的导通或截止状态。例如，在控制单元11设置若干发光形态(例如发光颜色和亮度等)，根据被选择的发光形态，控制单元11产生相应的发光控制信号。当不需要产生不同发光形态时，控制单元11则不会产生相应的发光控制信号，此时，控制单元11产生高电平信号，控制开关元件121导通，发光二极管灯串14的负极和稳压元件122的阴极电位被开关元件121拉至低电平(也就是0电位GND)，供电单元13经过发光二极管灯串14通过开关元件121形成回路，供电单元13即可直接驱动发光二极管灯串14发光。稳压元件122被开关元件121旁路而不起作用，发光二极管灯串14的负极电压等于供电单元13的负极电压。当需要产生不同发光形态时，控制单元11产生相应的发光控制信号，并根据该发光控制信号控制开关元件121启闭。当控制单元11产生低电平信号，控制开关元件121截止时，供电单元13经过发光二极管灯串14通过稳压元件122形成供电回路，灯串的阴极电位被稳压元件122拉升至稳压元件相同的电位(具体数值取决于稳压二极管本身的参数，相当于高电平)，发光二极管灯串14的负极电压就是稳压元件122的电压；供电单元13则通过稳压元件122向发光二极管灯串14提供电压以为发光二极管灯串14供电。按照一定规律多次导通和截止的组合产生一帧信号，灯串内部的芯片会自动识别产生的一帧信号进行相关功能颜色变化。

上述两种情况下，发光二极管灯串14上的压降存在差异，如图4所示，当控制单元11产生高电平信号，控制开关元件121导通，发光二极管灯串14的压降等于供电单元13的电源电压V₊；当控制单元11产生低电平信号，控制开关元件121截止时，发光二极管灯串14的压降等于稳压元件122的电压V_D。通过控制单元控制开关元件121导通/截止，发光二极管灯串14上的压降呈周期性变化。

需要指出的是，本发明提供的二线式发光二极管灯串驱动控制系统，也就是说，本发明通过在电源线上传输发光信号，以载波的方式实现对发光二极管的发光控制，因此本发明实际上涉及到的线路也相对简单，不仅节约了成本，还使产品的走线更加简洁，更加符合市场的需求。

本实施例的供电单元13例如提供+5V的直流电源，控制单元11例如包括微处理器和稳压器(图中未示出)，稳压器的输入端连接供电单元13，输出端连接微处理器的电源端，稳压器用于将供电单元13转换为微处理器的工作电压。开关元件121例如为N沟道增强型场效应管Q1，场效应管Q1的栅极连接控制单元11，漏极连接发光二极管灯串14的负极。稳压元件122例如为稳压二极管D2，稳压二极管D2的阴极端连接发光二极管灯串14的负极。如上所述，当控制单元11控制场效应管Q1导通时，供电单元13可直接驱动发光二极管14灯串发光，当控制单元11控制场效应管Q1截止时，供电单元13经过发光二极管灯串14通过稳压二极管D2形成供电回路，向发光二极管灯串14提供稳定电压。此时稳压二极管D2构成该回路的负载元件，发光二极管灯串14的负极电压就是稳压二极管D2的电压。实际上，这种情况下的稳压二极管D2，通过发光二极管灯串14吸取供电单元的电能，以导通发光二极管灯串14发光。

当串联连接的发光二极管灯串14数量不同时，所需要的电压也不同，则可根据不同灯串数量设置不同的稳压二极管电压值就能适应不同的灯串串数，达到可以驱动多个不同数量的发光二极管灯串的目的。由此，通过控制单元11控制开关元件121的启闭动作以及稳压元件122的工作状态，决定发光二极管灯串14的发光电压，从而实现发光二极管灯串14进行相应的发光变化。

由上述发光二极管灯串驱动控制过程可知，与现有技术相比，本发明的驱动控制系统仅通过信号产生单元12中的开关元件121与稳压元件122即可实现对发光二极管灯串的发光驱动，因此本发明的电路简洁，信号传输更稳定，信号质量更好，出错率更低。

此外，由于本发明采用了单一电流源，其供电更加稳定。本发明通过连接于发光二极管灯串14的负极的信号产生单元12进行驱动，灯串的正极接有电压单元13，因而控制单元11驱动不需要高的电压就能控制开关元件121的启闭，控制单元11与发光二极管灯串14之间也不需要进行升压处理。从整体上来看，与灯串正极驱动相比，本发明的驱动控制系统1驱动发光二极管灯串14发光时，稳压元件122的驱动能力更足，灯串的发光亮度大小变化周期更小，其发光效果更加稳定。而且在本发明中，由于场效应管Q1的电流小，因此其功耗低，能够在保证有效驱动的基础上较大程度地节约成本。

继续如图2所示，本实施例的驱动控制系统1还包括无线接收单元15和存储单元16，其中，无线接收单元15连接控制单元11和供电单元13，无线接收单元15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15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11的控制信号发送给控制单元11。控制单元11设定有若干的发光样式，依据被选择的发光样式，控制单元11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信号。存储单元16连接控制单元11，存储单元11用以存储发光二极管灯串14的地址编码和颜色编码、以及控制单元11关机前所使用的最后一个发光样式。无线接收单元15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11，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。

此外，由于本发明大多情况下使用于大楼外观、树木、招牌及造景物上，因此为确保安全和产品使用效果，本发明还设置了短路保护单元17，用以实时检测发光二极管灯串14是否出现短路，对发光二极管灯串14短路时进行快速响应。如图2和图5所示，图5为本发明的短路保护单元17的电路示意图。短路保护单元17分别电性连接于信号产生单元12和供电单元13。具体而言，短路保护单元17分别电性连接于开关元件121的第一端和稳压元件122的阳极端，且与控制单元11电性连接，以于发生短路时，向控制单元发送短路信号，使控制单元11断开发光二极管灯串14的发光电路。如图4所示，短路保护单元17包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和三极管Q2(例如为NPN型管)，其中，场效应管Q1的源极端连接第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的另一端接地，第二电阻R2的另一端连接三极管Q2的基级，三极管Q2的发射极接地，集电极连接控制单元11，同时经由第一电阻R1连接供电单元13。第一电阻R1用于提高短路保护单元17信号输出的可靠性。在其他实施例中，由于控制单元11与短路保护单元17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11，而省去连接第一电阻R1和供电单元13；当三极管Q2截止时，短路保护单元17不向控制单元11输出信号。

续请参考图6，图6为本发明的又一实施例的多个发光二极管灯串驱动控制系统的电路示意图。本实施例的发光二极管灯串驱动控制系统与图3所示的驱动控制系统的区别在于，稳压元件122的实现电路不同。如图5所示，本实施例的稳压元件122由一个稳压电路构成，该稳压电路包括两个晶体管(第一晶体管Q4和第二晶体管Q3)，其中第一晶体管Q4例如为NPN型管，第二晶体管Q3例如为PNP型管。两个晶体管之间组成达林顿晶体管电路，第一晶体管Q4的集电极通过第四电阻R4电性连接于电流源，第一晶体管Q4的基极电性连接第二晶体管Q3的集电极，第二晶体管Q3的发射极连接于发光二极管灯串14的阴极，第二晶体管Q3的基极通过第五电阻R5电性连接于电流源，且于第二晶体管Q3的基极与第五电阻R5之间还分别设有并联连接电容器C5和第六电阻R6，电容器C5的一端与第六电阻R6的一端分别接地。

控制单元11产生高电平信号，控制开关元件121导通，供电单元13经过发光二极管灯串14通过开关元件121形成回路，供电单元13即可直接驱动发光二极管灯串14发光。稳压电路被开关元件121旁路而不起作用，发光二极管灯串14的负极电压等于电源的负极电压。当需要产生不同发光形态时，控制单元11产生相应的发光控制信号，并根据该发光控制信号控制开关元件121启闭。当控制单元11产生低电平信号，控制开关元件121截止时，供电单元13经过发光二极管灯串14通过稳压电路形成供电回路，发光二极管灯串14的负极电压就是稳压元件122的电压。多个高低不同的电平信号序列组合成一帧信号，例如00001000表示0x08(8421编码的十六进制)，00010001表示0x11(8421编码的十六进制)，具体的时间宽度参数取决于稳压二极管本身的型号参数。

本实施例采用二分压电路，其线路电压根据供电电压的变化而自动变化，且总是大致等于供电电压的一半。具体而言，本实施例可以在不改变发光二极管的情况下，用相对应的电压与灯串匹配，例如灯串电压为3V，则采用5V～6V的电源即可实现发光，若灯串电压为6V，则采用10V～12V的电源即可实现发光，这样电子部分可以大批量做库存，不需要调换电路中的元器件。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，包括控制单元和信号产生单元，所述信号产生单元包括：

稳压元件，包括阴极端和阳极端，所述稳压元件的阴极端电性连接所述发光二极管灯串的负极端；

其中，所述发光二极管灯串的正极端电性连接于供电单元，所述控制单元用于输出高电平控制所述开关元件导通，所述发光二极管灯串的负极端和所述稳压元件的阴极端为低电平，所述供电单元用于向所述发光二极管灯串提供电压；

所述控制单元还用于输出低电平控制所述开关元件截止，所述发光二极管灯串的负极端为高电平，所述供电单元用于通过所述稳压元件向所述发光二极管灯串提供电压。

2.根据权利要求1所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，当所述控制单元输出高电平控制所述开关元件导通，所述发光二极管灯串的发光电压为所述供电单元的输出电压。

3.根据权利要求1所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，当所述控制单元输出低电平控制所述开关元件截止，所述发光二极管灯串的发光电压为所述供电单元与所述稳压元件之间的差值电压。

4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，所述稳压元件为稳压二极管。

5.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，所述稳压元件包括稳压电路，所述稳压电路包括至少一达林顿晶体管电路。

6.根据权利要求5所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，所述稳压电路包括第一晶体管、第二晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和电容，其中，

7.根据权利要求1所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，还包括存储单元，用以存储所述发光二极管灯串的地址编码和颜色编码以及发光样式，所述存储单元电性连接于所述控制单元。

8.根据权利要求6所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，所述第一晶体管为NPN型晶体管，所述第二晶体管为PNP型晶体管。

9.根据权利要求1所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，所述发光二极管灯串的连接方式包括并联和/或串联。

10.根据权利要求1所述的发光二极管灯串驱动控制系统，其特征在于，所述开关元件为场效应管，所述控制单元包括微处理器。