CN116437527A - 一种防闪烁的led调光电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防闪烁的LED调光电路，特点是包括使能信号输入模块、电源输入模块、恒流驱动模块、LED负载模块和电流控制模块，使能信号输入模块用于发送持续的数字电平信号至恒流驱动模块的PWM调节端，电源输入模块用于为恒流驱动模块提供工作电压，LED负载模块连接于恒流驱动模块的功率输出端与电流检测端之间，电流控制模块的电流控制端与恒流驱动模块的电流检测端连接，电流控制模块用于在恒流驱动模块的电流检测端与地之间产生阻值连续可调的采样电阻；优点是有效避免闪烁及高帧率相机拍摄时存在的条纹现象；电流控制模块在电流控制端产生连续可调电阻，对流经LED灯的电流连续性调节，有效解决了调光亮度时的阶跃性跳变问题。

Description

一种防闪烁的LED调光电路

技术领域

本发明涉及一种调光电路，尤其是一种防闪烁的LED调光电路。

背景技术

现有LED调光电路主要基于恒流驱动芯片实现，恒流驱动芯片的输出频率相对较高，一般在200KHz~1MHz之间，MCU输出频率固定的占空比可调的PWM信号给恒流驱动芯片，PWM信号的频率相对较低，一般在200Hz~20KHz之间，恒流驱动芯片通过采样PWM的占空比和反馈电阻的电压来控制输出到LED的电流，实现对LED的调光控制。

此方案满足普通照明用途，但应用于显微镜照明领域，则存在低亮度时LED发出的光产生肉眼可见的闪烁现象，或当CMOS卷帘相机的行曝光时间小于PWM周期时间时拍摄图像存在条纹现象问题；同时由于PWM的信号离散性，调光效果还存在亮度阶跃性跳变的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在低亮度环境下能够稳定发光且能有效避免闪烁及条纹现象的防闪烁的LED调光电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防闪烁的LED调光电路，包括使能信号输入模块、电源输入模块、恒流驱动模块、LED负载模块和电流控制模块，所述的使能信号输入模块用于发送持续的数字电平信号至所述的恒流驱动模块的PWM调节端，所述的电源输入模块用于为所述的恒流驱动模块提供工作电压，所述的LED负载模块连接于所述的恒流驱动模块的功率输出端与电流检测端之间，所述的电流控制模块的电流控制端与所述的恒流驱动模块的电流检测端连接，所述的电流控制模块用于在所述的恒流驱动模块的电流检测端与地之间产生阻值连续可调的采样电阻。

所述的使能信号输入模块包括型号为STM32F103的MCU控制器和第三电阻，所述的MCU控制器用于在使能信号输出端产生持续的数字电平信号，所述的MCU控制器的使能信号输出端、所述的第三电阻的一端及所述的恒流驱动模块的PWM调节端连接，所述的第三电阻的另一端接地。上电后，MCU控制器可以通过普通IO口输出持续的数字高电平或低电平开关信号，控制恒流驱动模块的输出，从而控制LED负载模块中LED灯的开关，将恒流驱动模块的PWM调节端通过第三电阻接地，使上电瞬间恒流驱动模块的PWM调节端是低电平，恒流驱动模块的功率输出端为关断状态，避免LED灯上电爆闪现象；当数字电平信号为持续高电平时，恒流驱动模块将保持稳定输出，有效避免闪烁及条纹现象。

所述的电流控制模块包括第一电阻、第四电阻、第四电容和NMOS管，所述的MCU控制器还用于通过模拟信号输出端输出模拟电压调节信号并发送至所述的NMOS管的栅极，所述的第四电阻的一端、所述的第四电容的一端及所述的NMOS管的栅极连接，所述的NMOS管的漏极与所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端与所述的恒流驱动模块的电流检测端连接，所述的NMOS管的源极、所述的第四电阻的另一端及所述的第四电容的另一端并接于地。第四电阻是一个下拉电阻，使NMOS管在上电瞬间处于关断状态，避免LED负载模块中的LED灯上电爆闪现象；NMOS管的工作区有夹断区、恒流区、可变电阻区，利用NMOS管工作在可变电阻区，可以通过改变NMOS管栅极相对于源极的电压的大小来改变导通电阻的特性，将NMOS管与第一电阻串联，并通过MCU控制器的模拟信号输出端输出模拟电压调节信号来控制NMOS管的栅极-源极电压的大小从而产生阻值连续可调的采样电阻，以此来改变流经LED负载模块中LED灯的电流，实现对LED负载模块中的LED灯的连续亮度调节，避免了LED亮度变化的阶跃性跳变，实现亮度连续变化，尤其是在显微镜照明领域的超低亮度环境下具有显著的效果，稳定发光不闪烁，提升成像效果，从而有效提升实验结果的准确性。

所述的恒流驱动模块包括型号为LM3404HV的恒流驱动芯片、第二电阻、第一电容和第二电容，所述的LED负载模块包括第一电感、第三电容、肖特基二极管和LED灯，所述的恒流驱动芯片的第3引脚与所述的第三电阻的一端连接，所述的电源输入模块的电压输出端、所述的第二电阻的一端、所述的第一电容的一端及所述的恒流驱动芯片的第8引脚连接，所述的第二电阻的另一端与所述的恒流驱动芯片的第6引脚连接，所述的第二电容的一端与所述的恒流驱动芯片的第7引脚连接，所述的第一电容的另一端、所述的第二电容的另一端及所述的恒流驱动芯片的第4引脚分别接地，所述的恒流驱动芯片的第1引脚、所述的第一电感的一端、所述的第三电容的一端及所述的肖特基二极管的负极连接，所述的恒流驱动芯片的第2引脚与所述的第三电容的另一端连接，所述的第一电感的另一端与所述的LED灯的正极连接，所述的LED灯的负极、所述的第一电阻的一端及所述的恒流驱动芯片的第5引脚连接。恒流驱动芯片的型号还可以为AX2002。

与现有技术相比，本发明的优点在于上电后，使能信号输入模块发送持续的数字电平信号至恒流驱动模块的PWM调节端，用于控制恒流驱动模块的功率输出，从而控制LED负载模块中的LED灯的开关，当采用持续的高电平信号时，恒流驱动模块将保持稳定输出，有效避免闪烁及条纹现象；电流控制模块产生阻值连续可调的采样电阻，由于恒流驱动芯片的电流检测端维持恒定的基准电压，因此实现了对流经LED灯的电流的连续性调节，防止调节亮度时的阶跃性跳变，有效避免了低亮度照明时的明显闪烁现象，实现驱动电流低至1微安时的超低亮度下LED灯不闪烁，尤其在应用于显微镜照明领域时优势显著，大大提升了试验时的视觉观察效果；应用于CMOS卷帘相机拍摄时，经过实验证明所拍相片不存在条纹现象，成像清晰质量较高。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的电路结构图；

图3为采用现有PWM波控制恒流驱动芯片的调光电路在100倍物镜下，使用鑫图Dhyana 400BSI相机拍摄的图片，其中，PWM波的信号频率为10Khz，控制流经LED灯的电流为400mA，相机行曝光时间为56微秒。

图4为采用实施例的电路结构在100倍物镜下，使用鑫图Dhyana 400BSI相机拍摄的图片，此时，通过电流控制模块控制流经LED灯的电流为400mA，相机行曝光时间为56微秒。

实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种防闪烁的LED调光电路，包括使能信号输入模块1、电源输入模块2、恒流驱动模块3、LED负载模块4和电流控制模块5，使能信号输入模块1用于发送持续的数字电平信号至恒流驱动模块3的PWM调节端，电源输入模块2用于为恒流驱动模块3提供工作电压，LED负载模块4连接于恒流驱动模块3的功率输出端与电流检测端之间，电流控制模块5的电流控制端与恒流驱动模块3的电流检测端连接，电流控制模块5用于在恒流驱动模块3的电流检测端与地之间产生阻值连续可调的采样电阻。

使能信号输入模块1包括型号为STM32F103的MCU控制器（图未显示）和第三电阻R3，MCU控制器用于在使能信号输出端产生持续的数字电平信号，MCU控制器的使能信号输出端、第三电阻R3的一端及恒流驱动模块3的PWM调节端连接，第三电阻R3的另一端接地。

电流控制模块5包括第一电阻R1、第四电阻R4、第四电容C4和NMOS管Q1，MCU控制器还用于通过模拟信号输出端输出模拟电压调节信号并发送至NMOS管Q1的栅极，第四电阻R4的一端、第四电容C4的一端及NMOS管Q1的栅极连接，NMOS管Q1的漏极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与恒流驱动模块3的电流检测端连接，NMOS管Q1的源极、第四电阻R4的另一端及第四电容C4的另一端并接于地。

恒流驱动模块3包括型号为LM3404HV的恒流驱动芯片U1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，LED负载模块4包括第一电感L1、第三电容C3、肖特基二极管D1和LED灯D2，恒流驱动芯片U1的第3引脚与第三电阻R3的一端连接，电源输入模块2的电压输出端、第二电阻R2的一端、第一电容C1的一端及恒流驱动芯片U1的第8引脚连接，第二电阻R2的另一端与恒流驱动芯片U1的第6引脚连接，第二电容C2的一端与恒流驱动芯片U1的第7引脚连接，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端及恒流驱动芯片U1的第4引脚分别接地，恒流驱动芯片U1的第1引脚、第一电感L1的一端、第三电容C3的一端及肖特基二极管D1的负极连接，恒流驱动芯片U1的第2引脚与第三电容C3的另一端连接，第一电感L1的另一端与LED灯D2的正极连接，LED灯D2的负极、第一电阻R1的一端及恒流驱动芯片U1的第5引脚连接。

以上实施例中，恒流驱动芯片U1会根据其电流采样引脚CS的电压值调整其输出电流，从而维持CS管脚的电压为基准电压，当Vgs-Vth>Vds，NMOS管Q1工作在可变电阻区，其中Vgs是NMOS管Q1的栅极相对于源极的电压，Vth是NMOS管Q1导通的阈值电压，Vds是NMOS管Q1的漏极相对于源极的电压，经过LED灯D2的电流受第一电阻R1和处于可变电阻区的NMOS管Q1导通电阻的影响，Id≈Vcs/(R1+Ron)，其中Id是经过LED灯D2的电流大小，Vcs是恒流驱动芯片U1的CS引脚的采样电压，Ron是NMOS管Q1的导通电阻，可知，Id随着Ron的增大而减小，因此可以通过控制Vgs改变Ron的大小，从而控制Id的大小，最终实现控制LED的亮度。

如图3所示，采用现有PWM波控制恒流驱动芯片的调光电路在100倍物镜下，使用鑫图Dhyana 400BSI相机拍摄的图片存在条纹现象，成像不够清晰；如图4所示，采用以上实施例的电路结构在100倍物镜下，使用鑫图Dhyana 400BSI相机拍摄的图片能够实现流经LED灯D2的电流小至1uA时，LED灯D2仍能稳定发光，不闪烁，不存在条纹现象，成像清晰质量较高，较现有结构成像质量具有较大的改善。

以上实施例中，恒流驱动芯片U1的型号还可以为AX2002， MCU控制器的型号还可以为MSP430。

Claims (4)

1.一种防闪烁的LED调光电路，其特征在于包括使能信号输入模块、电源输入模块、恒流驱动模块、LED负载模块和电流控制模块，所述的使能信号输入模块用于发送持续的数字电平信号至所述的恒流驱动模块的PWM调节端，所述的电源输入模块用于为所述的恒流驱动模块提供工作电压，所述的LED负载模块连接于所述的恒流驱动模块的功率输出端与电流检测端之间，所述的电流控制模块的电流控制端与所述的恒流驱动模块的电流检测端连接，所述的电流控制模块用于在所述的恒流驱动模块的电流检测端与地之间产生阻值连续可调的采样电阻。

2.根据权利要求1所述的一种防闪烁的LED调光电路，其特征在于所述的使能信号输入模块包括型号为STM32F103的MCU控制器和第三电阻，所述的MCU控制器用于在使能信号输出端产生持续的数字电平信号，所述的MCU控制器的使能信号输出端、所述的第三电阻的一端及所述的恒流驱动模块的PWM调节端连接，所述的第三电阻的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种防闪烁的LED调光电路，其特征在于所述的电流控制模块包括第一电阻、第四电阻、第四电容和NMOS管，所述的MCU控制器还用于通过模拟信号输出端输出模拟电压调节信号并发送至所述的NMOS管的栅极，所述的第四电阻的一端、所述的第四电容的一端及所述的NMOS管的栅极连接，所述的NMOS管的漏极与所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端与所述的恒流驱动模块的电流检测端连接，所述的NMOS管的源极、所述的第四电阻的另一端及所述的第四电容的另一端并接于地。

4.根据权利要求3所述的一种防闪烁的LED调光电路，其特征在于所述的恒流驱动模块包括型号为LM3404HV的恒流驱动芯片、第二电阻、第一电容和第二电容，所述的LED负载模块包括第一电感、第三电容、肖特基二极管和LED灯，所述的恒流驱动芯片的第3引脚与所述的第三电阻的一端连接，所述的电源输入模块的电压输出端、所述的第二电阻的一端、所述的第一电容的一端及所述的恒流驱动芯片的第8引脚连接，所述的第二电阻的另一端与所述的恒流驱动芯片的第6引脚连接，所述的第二电容的一端与所述的恒流驱动芯片的第7引脚连接，所述的第一电容的另一端、所述的第二电容的另一端及所述的恒流驱动芯片的第4引脚分别接地，所述的恒流驱动芯片的第1引脚、所述的第一电感的一端、所述的第三电容的一端及所述的肖特基二极管的负极连接，所述的恒流驱动芯片的第2引脚与所述的第三电容的另一端连接，所述的第一电感的另一端与所述的LED灯的正极连接，所述的LED灯的负极、所述的第一电阻的一端及所述的恒流驱动芯片的第5引脚连接。

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