CN201499349U

CN201499349U - 三基色led混光控制电路

Info

Publication number: CN201499349U
Application number: CN2009201285084U
Authority: CN
Inventors: 龙兴明
Original assignee: Chongqing Normal University
Current assignee: Chongqing Normal University
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-08-18

Abstract

本实用新型公开了一种三基色LED混光控制电路，包括LED开关电源驱动模块、恒流控制芯片、红、绿、蓝三色LED阵列和单片机控制模块；红、绿、蓝三色LED阵列分别由红、绿、蓝三色LED芯片组成，LED开关电源驱动模块通过三路恒流控制芯片分别向红、绿、蓝三色LED阵列提供驱动电源并实现三基色LED的混光控制；单片机控制模块上的PWM控制输出端与三路恒流控制芯片的PWM控制输入端电连接并对其进行PWM控制，本实用新型不仅满足白光LED驱动电路的设计要求，而且能够根据各种反馈信息，对三基色LED阵列实现适时控制，并且保持色温、色彩点和流明数的稳定性，从而有效实现三基色LED的自适应控制。

Description

三基色LED混光控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种三基色LED混光控制电路。

背景技术

LED用作一般照明，对其光源质量有如下要求：相同类型的灯应有相同的出光特性，输出光强具有相对稳定性，不同应用场所应当具有特定的色彩、色温和显色指数。

LED照明光源的产生有多种途径，一种方法是利用蓝光或紫外光激励磷元素产生，改变加磷量调节LED色温、色彩以及显色指数，由于制造工艺的限制，该方法制造的LED的出光特性存在较大的随机性，输出光强和波长具有分散性，光效低且工作温度和工作时间也会引起LED出光特性的变化。基于三基色原理的加性混光是另一种LED照明光源产生的有效途径，三基色加性混光是指利用红光LED、绿光LED和蓝光LED进行混光，产生各种照明色彩，根据国际照明委员会(CIE)色度图得知，光的色彩与三基色的比例量r(λ)、g(λ)、b(λ)有光，并且满足条件r(λ)+g(λ)+b(λ)＝1，因此，三基色加性混光法不仅可以通过改变LED电流的脉宽实现亮度调节，而且可以根据用户的喜好改变三基色流明的比例获得LED的色彩调节。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种三基色LED混光控制电路，以高效率开关电源控制芯片为供电核心，以具有强抗干扰能力的单片机控制模块为智能控制中心，结合温度传感器、光电传感器检测信息为反馈，对三基色LED阵列的恒流芯片进行PWM控制，从而有效实现三基色LED的自适应混光控制。

本实用新型的三基色LED混光控制电路，包括LED开关电源驱动模块、恒流控制芯片、红、绿、蓝三色LED阵列和单片机控制模块；

所述红、绿、蓝三色LED阵列分别由红、绿、蓝三色LED芯片组成，所述LED开关电源驱动模块通过恒流控制芯片分别向红、绿、蓝三色LED阵列提供驱动电源并实现三基色LED的混光控制；

所述单片机控制模块上的PWM控制输出端与三路恒流控制芯片的PWM控制输入端电连接并对其进行PWM控制。

进一步，所述LED开关电源驱动模块1包括整流电路、开关管Q1、高频变压/整流电路、开关电源管理芯片、输出电流检测电路、输出电压检测电路和光耦反馈电路，所述整流电路为桥式整流电路，输入的市电通过整流电路整流滤波后输出到高频变压/整流电路的初级线圈，所述高频变压/整流电路的初级线圈与开关管Q1相连且受开关管Q1控制，所述输出电压检测电路和输出电流检测电路与高频变压/整流电路的输出端相连，通过光耦反馈电路把相关检测信息送回开关电源管理芯片进行处理并对开关管Q1进行控制，所述高频变压/整流电路的辅助线圈一端接地，另一端经二极管D4为开关电源管理芯片和光耦反馈电路供电；

进一步，所述LED开关电源驱动模块还包括输入电压补偿电路和温度检测补偿电路，所述输入电压补偿电路与整流电路的输出端相连，通过电阻R1和电阻R5串联接地，电阻R5的电压输入到开关电源管理芯片的MUL引脚实现输入电压补偿；所述温度检测补偿电路并联在电阻R5两端，所述温度检测补偿电路由电阻R4和具有正温度系数的热敏电阻RT串联构成，所述电阻R4与电阻R5的接点与电源管理芯片的MUL引脚相连接，将检测值送入电源管理芯片实现温度补偿；

进一步，所述输出电流检测电路包括电流采样电阻R18和三极管Q3，所述R18串接在高频变压/整流电路的输出接地端，另一端与三极管Q3的基极相连，所述三极管Q3的集电极与光耦发光二极管PC817的阴极相连，发射极接地；所述电压检测电路包括包括采样电阻R15、R17、精密可调三端稳压管TL431，所述采样电阻R15与R17串联，其中，采样电阻R15的一端接高频变压/整流电路低压输出端，所述采样电阻R17一端接地，采样电阻R15与R17的连接点接精密可调三端稳压管TL431的参考端；所述光耦反馈电路包括采样部分和输出部分，所述采样部分包括采样电阻R16和光耦发光二极管，所述采样电阻R16一端接高频变压/整流电路输出端，另一端接光耦发光二极管PC817的阳极，所述光耦发光二极管PC817的阴极接可调稳压管TL431的阴极，同时接三极管Q3的集电极；所述光耦反馈电路的输出部分包括光耦的光敏三极管Q4，所述光敏三极管Q4的发射极经二极管D4与高频变压器的辅助绕组的输出端连接，所述光敏三极管Q4的集电极经采样电阻R10接地，同时通过电阻R9接开关电源管理芯片的INV引脚，将采集到的信息送入电源管理芯片，实现输出电压和输出电流的调整控制；

进一步，所述LED开关电源驱动模块还包括恒流控制芯片功率检测电路，所述恒流控制芯片功率检测电路包括采样电阻R3和三极管Q2；所述采样电阻R3的一端经采样电阻R15接高频变压/整流电路输出端，另一端与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极接地，基极经电阻R2与恒流控制芯片的PWM功率检测引脚相连；

进一步，所述开关电源管理芯片为SA7527芯片，所述开关电源管理芯片的VDD引脚经二极管D4接高频变压/整流电路的辅助线圈的输出端，得到电源供电，所述开关电源管理芯片的IDET引脚接高频变压/整流电路的辅助线圈的输出端，实现零电流检测，所述开关电源管理芯片的VSS引脚接地；

进一步，所述恒流控制芯片为NU4001芯片，所述恒流控制芯片的PWM功率控制端与开关电源驱动模块的功率检测电路相连；

进一步，所述单片机控制模块为AVR8535控制芯片及其外围电路，所述AVR8535控制芯片的PWM控制输出端口分别与三路NU4001芯片的PWM控制输入端口相连；

进一步，还包括用于检测LED光强的光电传感器单元，所述光电传感器单元的输出端与AVR8535控制芯片的8路模拟输入端相连；

所述控制电路还包括用于检测LED芯片温度的温度检测单元，所述温度检测单元的输出端与AVR8535控制芯片的8路模拟输入端相连；

所述控制电路还包括外部显示设备和外部输入设备，所述外部显示设备和外部输入设备与AVR8535控制芯片的对应I/O端口电连接。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型以高效率开关电源控制芯片为核心，结合强抗干扰的单片机控制模块作为智能控制中心，对连接三基色LED阵列的恒流芯片进行PWM控制，不仅满足白光LED驱动电路的设计要求，而且能够根据各种反馈信息，对三基色LED阵列实现适时控制，并且保持色温、色彩点和流明数的稳定性，从而有效实现了三基色LED的自适应控制；

2.本实用新型的LED开关电源驱动模块具有以下优点：a.采用输入电压补偿电路，具有宽电压的输入范围，保证了在宽输入电压条件下的输出稳定；b.具有温度调节功能，能够有效缓解温度升高后LED光强降低的问题；c.具有自动调整恒流/恒压的特性，从而有效地避免了当LED出现开路以及短路时，常规驱动电路可能导致的连锁性破坏；d.具有后级保护功能，通过检测后级芯片的功率大小作为调节参数，用于控制该开关电源的实际电压输出，使其工作时不会超过极限损耗功率。

本实用新型的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的控制框图；

图2为LED开关电源驱动模块的电路连接图；

图3为三色LED配置安装面板图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型包括LED开关电源驱动模块1、恒流控制芯片2、红色LED阵列31、绿色LED阵列32、蓝色LED阵列33和单片机控制模块4；

红、绿、蓝三色LED阵列分别由红、绿、蓝三色LED芯片组成，LED开关电源驱动模块1通过三路恒流控制芯片2分别向三基色红、绿、蓝三色LED阵列提供驱动电源并实现三基色LED的混光控制；

单片机控制模块4上的PWM控制输出端与三路恒流控制芯片2的PWM控制输入端电连接并对其进行PWM控制。

本实施例中，单片机控制模块4采用AVR8535控制芯片及其外围电路，AVR8535控制芯片的PWM控制输出端分别与三路NU4001芯片的PWM控制输入端相连。AVR单片机具有高速度、高保密性、低功耗的特点，内含可反复编程的FLASH程序存储器、SRAM和EPROM两种数据存储器、定时器/计数器、方向可定义的I/O口、A/D转换器及PWM等丰富的内部资源，通常只需一块便可搭建功能强大的应用系统。

本实用新型还包括用于检测LED光强的光电传感器单元5以及用于检测LED芯片温度的温度检测单元6，光电传感器单元5的输出端与温度检测单元6的输出端均与AVR8535控制芯片的8路模拟开关输入端相连。

为便于外部操作，本实用新型还包括外部显示设备7和外部输入设备8，所述外部显示设备7和外部输入设备8与AVR8535控制芯片的对应I/O端口电连接。

本实施例中，恒流控制芯片2选用NUD4001，该芯片具有宽范围、低功耗、体积小、内含精密基准电源等特点，只需提供外部电阻便可实现恒流幅值大小的设定，通过提供的PWM引脚可实现恒流PWM输出。

如图2所示，LED开关电源驱动模块1包括整流电路、开关管Q1、高频变压/整流电路、开关电源管理芯片、输出电流检测电路、输出电压检测电路和光耦反馈电路，

其中，开关电源管理芯片采用SA7527芯片，SA7527为8脚封装，除了一般的PWM控制芯片的功能外，还提供了开机缓启动、电流检测滤波以及乘法器，因此，可以得到高密度、低浪涌电流、高功率因素的开关电源，并且其周边的电路非常简洁。

整流电路为桥式整流电路，从图中可以看出，本实施例中的桥式整流电路由4个整流管IN4007组成，输入的市电通过整流电路整流滤波后输出到高频变压/整流电路的初级线圈，高频变压/整流电路的初级线圈与开关管Q1相连且受开关管Q1控制，输出电压检测电路和输出电流检测电路均与高频变压/整流电路的输出端相连，通过光耦反馈电路把相关检测信息送回开关电源管理芯片进行处理并对开关管Q1进行控制，高频变压/整流电路的辅助线圈一端接地，另一端经二极管D4为开关电源管理芯片和光耦反馈电路供电。

输出电流检测电路包括电流采样电阻R18和三极管Q3，R18串接在高频变压/整流电路的输出接地端，另一端与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的集电极与光耦发光二极管PC817的阴极相连，发射极接地；当LED驱动电路输出电流在采样电阻R18的压降超过0.7V时，三极管Q3导通。电流检测电路的工作原理为：流过光耦发光二极管PC817的电流主要受开关电源输出电流大小控制，当输出电流增大时，电阻R18上的电压增大，三极管Q3导通，流过光耦管PC817的电流增大，使反馈到电源管理芯片的信号加强。

电压检测电路包括采样电阻R15、R17、可调稳压管TL431，采样电阻R15与R17串联，其中，采样电阻R15的一端接高频变压/整流电路低压输出端，采样电阻R17一端接地，采样电阻R15与R17的连接点接可调稳压管TL431的参考端。

光耦反馈电路包括采样部分和输出部分，采样部分包括采样电阻R16和光耦发光二极管，采样电阻R16一端接高频变压/整流电路输出端，另一端接光耦发光二极管PC817的阳极，光耦发光二极管PC817的阴极接可调稳压管TL431的阴极，同时接三极管Q3的集电极；光耦反馈电路的输出部分包括光耦的光敏三极管Q4，光敏三极管Q4的发射极经二极管D4与高频变压器的辅助绕组的输出端连接，光敏三极管Q4的集电极经采样电阻R10接地，同时通过电阻R9接开关电源管理芯片的INV引脚，将采集到的信息送入电源管理芯片，实现输出电压和输出电流的调整控制。光耦反馈电路的工作原理是，输出经过TL431反馈并将误差放大，TL431驱动光耦PC817的发光部分，而光耦感光部分得到反馈电压，通过调整PWM控制芯片的开关时间，得到稳定的输出。

LED开关电源驱动模块还包括输入电压补偿电路和温度检测补偿电路，输入电压补偿电路与整流电路的输出端相连，通过电阻R1和电阻R5串联接地，电阻R5的电压输入到电源管理芯片的MUL引脚实现输入电压补偿；输入电压补偿电路的工作原理是：将整流采样信号与检测到的输出电压分别输入SA7527乘积运算的两输入端(3脚和2脚)，运算结果作为PWM的控制信号，当输入电压降低时，乘积运算的结果减小，使PWM脉宽输出增大，保证了在宽输入范围条件下LED驱动电路输出的稳定。

温度检测补偿电路并联在电阻R5两端，温度检测补偿电路由电阻R4和具有正温度系数的热敏电阻RT串联构成，电阻R4与电阻R5的接点与电源管理芯片的MUL引脚相连接，将检测值送入电源管理芯片实现温度补偿。温度补偿电路的工作原理是：当RT检测到LED工作温度升高时，SA7527芯片的乘法器输入端子MUL输入信号变大，使得输出电流大小随温度的升高而降低，有效地补偿了温度升高后LED可靠工作寿命降低的矛盾。

LED开关电源驱动模块还包括恒流控制芯片功率检测电路，恒流控制芯片功率检测电路包括采样电阻R3和三极管Q2；采样电阻R3的一端经采样电阻R15接高频变压/整流电路输出端，另一端与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极接地，基极经电阻R2与恒流控制芯片2的PWM功率检测引脚相连。通过检测恒流控制芯片的功率大小作为调节参数，用于控制该开关电源的实际电压输出，使其工作时不会超过极限损耗功率。

开关电源管理芯片SA7527的VDD引脚经二极管D4接高频变压/整流电路的辅助线圈的输出端，得到电源供电，开关电源管理芯片SA7527的IDET引脚接高频变压/整流电路的辅助线圈的输出端，实现零电流检测，开关电源管理芯片SA7527的VSS引脚接地。

本实用新型在使用时，用户通过外部输入设备实现相关参数的设定输入，信息可以通过外部显示设备显示，光电传感器单元和温度检测单元检测得到的信号经放大后，输入到AVR8535，经由8通道模拟输入连接到10位内部A/D采样，根据检测得到的温度信息、光强信息以及用户设定值控制PWM的脉宽输出，达到调节LED色度和光度的目的。

本实用新型结构紧凑、性能稳定、自适应性好，非常适合于在LED控制领域推广使用。图3为形成产品的三色LED配置安装面板图，其中R代表红色LED，B代表蓝色LED，G代表绿色LED，9为温度传感器，10为硅光电传感器，基底板材为铝板。三色LED利用704环氧树脂固定在钻孔的铝板上，其分布采用典型的正六边形蜂窝分布。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述控制电路包括LED开关电源驱动模块、恒流控制芯片、红、绿、蓝三色LED阵列和单片机控制模块；

所述红、绿、蓝三色LED阵列分别由红、绿、蓝三色LED芯片组成，所述LED开关电源驱动模块通过三路恒流控制芯片分别向红、绿、蓝三色LED阵列提供驱动电源并实现三基色LED的混光控制；

2.根据权利要求1所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述LED开关电源驱动模块包括整流电路、开关管Q1、高频变压/整流电路、开关电源管理芯片、输出电流检测电路、输出电压检测电路和光耦反馈电路，所述整流电路为桥式整流电路，输入的市电通过整流电路整流滤波后输出到高频变压/整流电路的初级线圈，所述高频变压/整流电路的初级线圈与开关管Q1相连且受开关管Q1控制，所述输出电压检测电路和输出电流检测电路与高频变压/整流电路的输出端相连，通过光耦反馈电路把相关检测信息送回开关电源管理芯片进行处理并对开关管Q1进行控制，所述高频变压/整流电路的辅助线圈一端接地，另一端经二极管D4为开关电源管理芯片和光耦反馈电路供电。

3.根据权利要求2所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述LED开关电源驱动模块还包括输入电压补偿电路和温度检测补偿电路，所述输入电压补偿电路与整流电路的输出端相连，通过电阻R1和电阻R5串联接地，电阻R5的电压输入到开关电源管理芯片的MUL引脚实现输入电压补偿；所述温度检测补偿电路并联在电阻R5两端，所述温度检测补偿电路由电阻R4和具有正温度系数的热敏电阻RT串联构成，所述电阻R4与电阻R5的接点与电源管理芯片的MUL引脚相连接，将检测值送入电源管理芯片实现温度补偿。

4.根据权利要求3所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述输出电流检测电路包括电流采样电阻R18和三极管Q3，所述R18串接在高频变压/整流电路的输出接地端，另一端与三极管Q3的基极相连，所述三极管Q3的集电极与光耦发光二极管PC817的阴极相连，发射极接地；所述电压检测电路包括包括采样电阻R15、R17、精密可调三端稳压管TL431，所述采样电阻R15与R17串联，其中，采样电阻R15的一端接高频变压/整流电路低压输出端，所述采样电阻R17一端接地，采样电阻R15与R17的连接点接精密可调三端0稳压管TL431的参考端；所述光耦反馈电路包括采样部分和输出部分，所述采样部分包括采样电阻R16和光耦发光二极管，所述采样电阻R16一端接高频变压/整流电路输出端，另一端接光耦发光二极管PC817的阳极，所述光耦发光二极管PC817的阴极接可调稳压管TL431的阴极，同时接三极管Q3的集电极；所述光耦反馈电路的输出部分包括光耦的光敏三极管Q4，所述光敏三极管Q4的发射极经二极管D4与高频变压器的辅助绕组的输出端连接，所述光敏三极管Q4的集电极经采样电阻R10接地，同时通过电阻R9接开关电源管理芯片的INV引脚，将采集到的信息送入电源管理芯片，实现输出电压和输出电流的调整控制。

5.根据权利要求4所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述LED开关电源驱动模块还包括恒流控制芯片功率检测电路，所述恒流控制芯片功率检测电路包括采样电阻R3和三极管Q2；所述采样电阻R3的一端经采样电阻R15接高频变压/整流电路输出端，另一端与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极接地，基极经电阻R2与恒流控制芯片的PWM功率检测引脚相连。

6.根据权利要求5所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述开关电源管理芯片为SA7527芯片，所述开关电源管理芯片的VDD引脚经二极管D4接高频变压/整流电路的辅助线圈的输出端，得到电源供电，所述开关电源管理芯片的IDET引脚接高频变压/整流电路的辅助线圈的输出端，实现零电流检测，所述开关电源管理芯片的VSS引脚接地。

7.根据权利要求6所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述恒流控制芯片为NU4001芯片，所述恒流控制芯片的PWM功率控制端与开关电源驱动模块的功率检测电路相连。

8.根据权利要求7所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：所述单片机控制模块为AVR8535K控制芯片及其外围电路，所述AVR8535K控制芯片的PWM控制输出端口分别与三路NU4001芯片的PWM控制输入端口相连。

9.根据权利要求8所述的三基色LED混光控制电路，其特征在于：还包括用于检测LED光强的光电传感器单元，所述光电传感器单元的输出端与AVR8535K控制芯片的模拟输入端相连，所述AVR8535K控制芯片自带8路模数转换功能；

所述控制电路还包括用于检测LED芯片温度的温度检测单元，所述温度检测单元的输出端与AVR8535K控制芯片的模拟输入端相连；

所述控制电路还包括外部显示设备和外部输入设备，所述外部显示设备和外部输入设备与AVR8535K控制芯片的对应I/O端口电连接。