CN202143265U

CN202143265U - 基于数字pwm控制技术的led灯控制器

Info

Publication number: CN202143265U
Application number: CN201120243962U
Authority: CN
Inventors: 鲍挺; 刘显云
Original assignee: ZHEJIANG KEBODA INDUSTRIAL Co Ltd; KEBODA TECHNOLOGY CORP
Current assignee: ZHEJIANG KEBODA INDUSTRIAL Co Ltd; KEBODA TECHNOLOGY CORP
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，包括电源管理模块、一DC-DC变换器、与一组LED灯串或多组LED灯串一一对应的恒流控制电路以及控制模块。电源管理模块的输入端接收从外部输入的电源电压信号；控制模块接收从外部输入的PWM信号；DC-DC变换器的输入端与电源管理模块的输出端电连接，输出端与一组LED灯串或多组LED灯串的一端电连接；控制模块分别与DC-DC变换器的控制端以及恒流控制电路的输入端电连接；恒流控制电路的输出端与一组LED灯串或多组LED灯串的另一端电连接。本实用新型选用由基本元器件构成的组合电路来控制单组和相互并联的多组LED灯串，具有成本低，控制灵活的特点。

Description

基于数字PWM控制技术的LED灯控制器

技术领域

本实用新型涉及LED灯控制装置，尤其涉及一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器。

背景技术

高亮度二极管(High Brightness Lighting Emitted Diode)因其具有光转换效率高、低功耗、低热量、启动快、寿命长等特点，已在汽车照明领域得到了广泛的应用。很多汽车的日间行车灯所使用的就是高亮度二极管。

当前，车用LED灯控制器通常采用的是专用集成电路，其结构大致如图8所示。电源管理模块91的输入端接收由车身控制模块100发送的电源电压信号，输出端与LED灯控制器9内的LED控制芯片92连接。LED控制芯片92将电池电压转换到LED灯串200所需要的电压，并且控制LED灯串200按照恒电流的方式进行工作，其内部的集成电路一般采用buck-boost或者sepic电路用于升降电压，同时接收单片机93发出的调光信号来调光。单片机93接收由车身控制模块100输出的PWM信号。然而，由于日间行车灯使用的LED灯串的组合较多，调光的准确度要求较高，输出电流和功率的范围要求也越来越宽，还存在着LED灯串并联的需求，目前还没有一种采用LED控制芯片的专用集成电路能够满足上述要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于PWM控制的LED灯控制器，主要选用由基本元器件构成的组合电路来控制单组或相互并联的多组LED灯串，具有成本低，控制灵活的特点，能够适用于多种LED灯组合结构，且该LED灯控制器的输出电流精度高，输出电压范围宽。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，用于控制一组LED灯串或相互并联的多组LED灯串，该LED灯控制器包括电源管理模块以及控制模块；所述电源管理模块的输入端接收从外部输入的电源电压信号；所述控制模块接收从外部输入的PWM信号；其特征在于，

该LED灯控制器还包括一DC-DC变换器以及与所述一组LED灯串或多组LED灯串一一对应的一组或多组恒流控制电路；

所述DC-DC变换器的输入端与所述电源管理模块的输出端电连接，输出端与所述一组LED灯串或多组LED灯串的一端电连接；

所述控制模块分别与DC-DC变换器的控制端以及所述一组或多组恒流控制电路的输入端电连接；所述一组或多组恒流控制电路的输出端与所述一组LED灯串或多组LED灯串的另一端电连接。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型是由基本元器件组合而成，并可以根据所并联的LED灯串的数量增加或减少恒流控制模块的数量，因此比现有采用LED控制芯片进行控制的方式更加灵活，成本也更低；

2．经测试，本实用新型的LED灯控制器与现有采用LED控制芯片进行控制的方式相比，输出给LED灯串的电流精度更高，输出电压范围更宽；

3．采用本实用新型的LED灯控制器，可以同时控制多组LED灯串，输出的灯光信号也比现有的LED灯控制器更加稳定。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步描述。

图1是根据本实用新型一实施方式的LED控制器的电路方框图。

图2是根据本实用新型一个实施例的电源管理模块的电路框图。

图3是根据本实用新型一个实施例的PWM信号检测单元的电路框图。

图4是根据本实用新型一个实施例的中央处理单元的电路框图。

图5是根据本实用新型第一实施例的LED控制器的电路拓扑结构图。

图6是根据本实用新型一个实施例的恒流控制电路的电路框图。

图7是根据本实用新型第二实施例的LED控制器的电路拓扑结构图。

图8是现有的LED控制器的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。

如图1所示，本实用新型的LED灯控制器包括电源管理模块1、一DC-DC变换器2、与一组LED灯串或多组LED灯串一一对应的一组或多组恒流控制电路3和控制模块4。电源管理模块1的输入端接收从外部输入的电源电压信号，输出端与DC-DC变换器2的输入端电连接，DC-DC变换器2的输出端与一组LED灯串或多组LED灯串200的一端电连接。DC-DC变换器2用于将输入电压转换为LED灯串所需的工作电压。

电源管理模块1的结构与现有的电源管理模块91相同，其包括防止输入电压反接的防反接电路11以及滤波电路12。防反接电路11的输入端接收从外部输入的电源电压信号，输出端与滤波电路12的输入端电连接，滤波电路12的输出端与DC-DC变换器2的输入端电连接，如图2所示。在一种实施方式中，防反接电路11可由一个二极管构成。

控制模块4接收从外部输入的PWM信号，该控制模块4分别与DC-DC变换器2的控制端以及所述一组或多组恒流控制电路3的输入端电连接。该一组或多组恒流控制电路3的输出端与一组LED灯串或多组LED灯串的另一端电连接。恒流控制电路3用于控制流过LED灯串的电流。控制模块4根据从外部输入的PWM信号，以及检测到的LED灯串两端的电压和流过每组LED灯串的工作电流，向DC-DC变换器2以及与每组LED灯串相对应的恒流控制电路3输出相应占空比的PWM信号，并控制LED灯串工作电流的开启或断开。

在本实用新型的一个具体实施例中，从外部输入的电源电压信号以及PWM信号可分别由车身控制模块100的电源电压信号输出端和PWM信号输出端输出；此时，防反接电路11的输入端与车身控制模块100的电源电压信号输出端电连接。

控制模块4包括一PWM信号检测单元41、一LED灯串参数检测单元42、一存储单元43、一第一PWM信号输出单元44、与所述一组或多组恒流控制电路3一一对应的一个或多个第二PWM信号输出单元45、与一组或多组恒流控制电路3一一对应的一个或多个电流通断信号输出单元46和一中央处理单元47。PWM信号检测单元41的输出端与中央处理单元47电连接，LED灯串参数检测单元42的输出端与存储单元43的输入端电连接，存储单元43的输出端与中央处理单元47电连接，中央处理单元47分别与第一PWM信号输出单元44的输入端、各第二PWM信号输出单元45的输入端以及各电流通断信号输出单元46的输入端电连接，第一PWM信号输出单元44的输出端与DC-DC变换器2的输入端电连接，各第二PWM信号输出单元45的输出端与所对应的恒流控制电路的第一输入端电连接，各电流通断信号输出单元46与所对应的恒流控制电路的第二输入端电连接。其中：

PWM信号检测单元41用于检测车身控制模块100输入的PWM信号，并将检测结果发送给中央处理单元47。如图3所示，该PWM信号检测单元41包括一比较器411、一A/D转换电路412和一计算子单元413，比较器411和A/D转换电路412的输出端均与该计算子单元413的信号输入端电连接。比较器411设有一高门限电压和一低门限电压。当从车身控制模块100输入的PWM输入信号电压高于高门限电压时比较器输出高电平，当从车身控制模块100输入的PWM输入信号电压低于低门限电压时比较器输出低电平。计算子单元413通过计算高电平和低电平的持续时间来计算PWM输入信号的频率和占空比。由于比较器411只能在电压越过门限时才被触发，可能会导致对0%和100%占空比的判定失效，故A/D转换电路同时对从车身控制模块100输入的PWM信号进行A/D转换，如果A/D转换对应的PWM输入信号电压值持续大于5V，则计算子单元413判定PWM信号的占空比为100%，如果A/D转换对应的PWM输入信号电压值持续小于4V，则计算子单元413判定PWM信号的占空比为0%；

LED灯串参数检测单元42用于采集LED灯串两端的电压值检测信号以及每组LED灯串的工作电流值检测信号，并将检测结果存入存储单元43；如图5和图7中所示，LED灯串参数检测单元42通过采样LED灯串正极端的电压Vdrla、LED灯串负极端的Vdrlk来确定LED灯串的工作状态；

第一PWM信号输出单元44向DC-DC变换器2输出PWM信号；第二PWM信号输出单元45向所对应的恒流控制电路3输出PWM信号；电流通断信号输出单元46向所对应的恒流控制电路3输出电流开启信号或电流切断信号，以控制LED灯串工作电流的开启或断开；

中央处理单元47根据PWM信号检测单元41所检测到的PWM信号以及存储在存储单元43内的LED灯串两端的电压值检测结果和每组LED灯串的工作电流值检测结果，控制第一PWM信号输出单元44向DC-DC变换器2输出相应占空比的PWM信号；根据PWM信号检测单元41所检测到的PWM信号以及存储在存储单元43内的每组LED灯串的指定工作电流值，分别控制各第二PWM信号输出单元45向相对应的恒流控制电路发送相应占空比的PWM信号；根据PWM信号检测单元41所检测到的PWM信号，控制每一电流通断信号输出单元46的输出。

如图4所示，该中央处理单元47进一步包括功率控制子单元471、占空比计算子单元472和亮度调节子单元473。功率控制子单元471的输出端与第一PWM信号输出单元44的输入端电连接，占空比计算子单元472的输出端与各第二PWM信号输出单元的输入端电连接，亮度调节子单元473的输出端分别与第一PWM信号输出单元44的输入端和各电流通断信号输出单元45的输入端电连接。其中，功率控制子单元471通过LED灯串参数检测单元42所检测到的、并存储于存储单元43中的LED灯串两端的电压值检测结果以及每组LED灯串的工作电流值检测结果来计算输出到所有LED灯串的总功率，当输出到LED灯串的总功率超过一存储于该功率控制子单元471中的预先设定的上限值（比如20W）时，功率控制子单元471通过减小第一PWM信号输出单元44输出的PWM信号的占空比以降低输出到LED灯串的电流来限制总功率回到预先设定的上限值以下。占空比计算子单元472根据PWM信号检测单元41所检测到的PWM信号以及存储在存储单元43内的每组LED灯串的指定工作电流值，控制每一第二PWM信号输出单元45输出的PWM信号的占空比。亮度调节子单元473根据PWM信号检测单元41所检测到的PWM信号，控制第一PWM信号输出单元44以及电流通断信号输出单元46的输出，实现输出调光。

在本实用新型的一种实施方式中，本实用新型还包括分压电路5和电压取样电路6。分压电路5的输入端与车身控制模块100的电源电压信号输出端电连接，接收从外部输入的电源电压信号，输出端与LED灯串参数检测单元42电连接；该分压电路5用于将电源电压转换成LED灯串参数检测单元42的所需的电源电压大小，为LED灯串参数检测单元42提供电源。电压取样电路6的输入端与车身控制模块100的PWM信号输出端电连接，接收从外部输入的PWM信号，输出端与PWM信号检测单元41的输入端电连接，用于将车身控制模块100输出的PWM信号电压值大小，转换成PWM信号检测单元41所能承受的电压值。

图5示出了本实用新型的一个具体实施例，在该实施例中，LED灯串的数量为一组。如图所示，DC-DC变换器2为反激式直流变换器。该反激式DC-DC变换器包括一变压器T1、一NMOS管N1和一NMOS管驱动电路21。变压器T1的一次侧线圈的一端与电源管理模块1的输出端的一端电连接，另一端与NMOS管N1的漏极D电连接；该变压器T1的二次侧线圈的一端与二极管D1的正极电连接，另一端通过一电容C3与该二极管D1的负极电连接,二极管D1的负极与LED灯串200的正极端电连接。NMOS管驱动电路21的输入端与第一PWM信号输出单元44电连接，输出端与NMOS管N1的栅极G电连接；该NMOS管N1的源极S与电源管理模块1的输出端的另一端电连接。

图6示出了根据本实用新型一个实施例的恒流控制电路3的电路框图。恒流控制电路3包括滤波电路31、比较器32、功率驱动电路33、开关电路34、第一限流电路35、第二限流电路36和电流采样电路37。滤波电路31的输入端与所对应的第二PWM信号输出单元45电连接，输出端与比较器32的第一输入端电连接；比较器32的第二输入端与第一限流电路35的输出端电连接，第一限流电路35的输入端与所对应的电流通断信号输出单元46电连接，该比较器32的输出端与功率驱动电路33的输入端电连接，功率驱动电路33的输出端与开关电路34的输入端电连接；该开关电路34的第一输出端与LED灯串200的负极端电连接，该开关电路的第二输出端与第二限流电路36的输入端电连接，第二限流电路36的输出端与比较器32的第二输入端电连接，该开关电路的第二输出端还与电流采样电路37电连接。

在图5所示的实施例中，开关电路34主要由一NMOS管N2构成，功率驱动电路33为一OTL功率放大电路,比较器32主要由运算放大器U1构成，第一限流电路35由第一限流电阻R1组成，第二限流电路由第二限流电阻R2组成，电流采样电路37由电流采样电阻R3组成。NMOS管N2的漏极D与LED灯串200的负极端电连接，源极S通过第二限流电阻R2与运算放大器U1的反相端电连接，该源极S还通过电流采样电阻R3接地，并与LED灯串参数检测单元42电连接。该OTL功率放大电路包括一NPN三极管Q1和一PNP三级管Q2。NPN三极管Q1的基极与PNP三极管Q2的基极电连接，集电极与一8V电源电连接，发射极与PNP三极管Q2的发射极电连接。PNP三极管Q2的集电极与NMOS管N2的源极电连接。该NPN三极管的基极与PNP三级管的基极的共接点与运算放大器U1的输出端电连接，该NPN三极管的发射极与PNP三级管的发射极的共接点与NMOS管的栅极G电连接。

第二PWM信号输出单元45产生的固定占空比信号通过滤波电路31生成稳定的电压输出到运算放大器U1的正相端，该电压用于确定恒流控制电路的电流。LED灯串电流的计算公式为

Figure 2011202439621100002DEST_PATH_IMAGE002

。

Figure 2011202439621100002DEST_PATH_IMAGE004

为运算放大器U1正相端的电压，其由第二PWM信号输出单元45的驱动电压和输出占空比决定。

。上式中，

为第二PWM信号输出单元45的驱动电压。

为第二PWM信号输出单元45的输出占空比。单片机通过电流通断信号输出单元46控制恒流控制电路的开关。当电流通断信号输出单元46设置为输出高电平时，恒流控制电路关闭，此时，流过NMOS管N2的电流为零，其中，第一限流电阻R1最好是远小于第二限流电阻R2的阻值，以保证电流通断信号输出单元46可以可靠的关闭恒流控制电路；在一种实施方式中，R1/R2小于等于1/50。当电流通断信号输出单元46设置为输入状态（高阻态）时，恒流控制电路开启，此时流过NMOS管N2的电流(也即LED灯串的电流)为

。

为了控制LED灯串200的纹波以及开关时的波形，在LED灯串200的两端并联连接了一电容C1。

该LED灯控制器的工作过程如下：LED灯控制器启动后，中央处理单元47通过第一PWM信号输出单元44控制DC-DC变换器2，使输出电压上升，同时，通过第二PWM信号输出单元45设定LED灯串的电流值对应存储在存储单元内的LED灯串的指定工作电流值。当输出到LED灯串的电流达到设定值后，该LED灯控制器转入运行阶段。在运行阶段LED灯串工作在恒流状态。

该LED灯控制器的输出调光过程如下：在运行阶段，输出到LED灯串的电流的开关由中央处理单元47控制第一PWM信号输出单元44以及电流通断信号输出单元46实现。当禁止第一PWM信号输出单元和输出关断信号到电流通断信号输出单元46时，LED灯串的电流为0；当允许第一PWM信号输出单元44和输出开通信号到电流通断信号输出单元46时，LED灯串的电流为设定值。通过以250Hz的频率切换第一PWM信号输出单元45的开关以及电流通断信号输出单元46的开关，并设定对应输入PWM信号的占空比，系统可以实现输出调光，即输出亮度的调节。

图7示出了本实用新型的第二实施例。本实用新型的第二实施例与第一实施例的主要区别在于，LED灯控制器设置了两组相互并联的LED灯串200以及与该两组LED灯串一一对应的两组恒流控制电路3。在控制器4中设有与该两组恒流控制电路3一一对应两个第二PWM信号输出单元45和两个电流通断信号输出单元46。LED灯串参数检测单元42采集LED灯串两端的电压值检测信号以及每组LED灯串的工作电流值检测信号，并将检测结果存入存储单元43。图7只示出了两组相互并联的LED灯串，灯串的数量可以根据实际需要还可以增加，如相互并联的三组、四组等LED灯串。

本实用新型具有成本低，控制灵活的特点，能够适用于多种LED灯组合结构，且该LED灯控制器的输出电流精度高，输出电压范围宽。

Claims

1.一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，用于控制一组LED灯串或相互并联的多组LED灯串，该LED灯控制器包括电源管理模块以及控制模块；所述电源管理模块的输入端接收从外部输入的电源电压信号；所述控制模块接收从外部输入的PWM信号；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述控制模块包括一检测从外部输入的PWM信号的PWM信号检测单元、一用于采集LED灯串两端的电压值检测信号以及每组LED灯串的工作电流值检测信号的LED灯串参数检测单元、一存储单元、一第一PWM信号输出单元、与所述一组或多组恒流控制电路一一对应的一个或多个第二PWM信号输出单元、与所述一组或多组恒流控制电路一一对应的一个或多个电流通断信号输出单元和一中央处理单元；其中：

所述PWM信号检测单元的输出端与所述中央处理单元电连接，所述LED灯串参数检测单元的输出端与所述存储单元的输入端电连接，所述存储单元的输出端与所述中央处理单元电连接，所述中央处理单元分别与第一PWM信号输出单元的输入端、各第二PWM信号输出单元的输入端以及各电流通断信号输出单元的输入端电连接，第一PWM信号输出单元的输出端与所述DC-DC变换器的输入端电连接，各第二PWM信号输出单元的输出端与所对应的恒流控制电路的第一输入端电连接，各电流通断信号输出单元与所对应的恒流控制电路的第二输入端电连接。

3. 根据权利要求2所述的一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述中央处理单元包括控制所述第一PWM信号输出单元输出的PWM信号的占空比的功率控制子单元、控制各第二PWM信号输出单元输出的PWM信号的占空比的占空比计算子单元以及控制所述第一PWM信号输出单元以及各电流通断信号输出单元的输出的亮度调节子单元；所述功率控制子单元的输出端与所述第一PWM信号输出单元的输入端电连接，所述占空比计算子单元的输出端与各第二PWM信号输出单元的输入端电连接，所述亮度调节子单元的输出端分别与所述第一PWM信号输出单元的输入端和各电流通断信号输出单元的输入端电连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述恒流控制电路包括滤波电路、比较器、功率驱动电路、开关电路、第一限流电路、第二限流电路和电流采样电路；

所述滤波电路的输入端与所对应的第二PWM信号输出单元电连接，输出端与所述比较器的第一输入端电连接；所述比较器的第二输入端与所述第一限流电路的输出端电连接，第一限流电路的输入端与所对应的电流通断信号输出单元电连接，该比较器的输出端与所述功率驱动电路的输入端电连接，所述功率驱动电路的输出端与所述开关电路的输入端电连接；该开关电路的第一输出端与所对应的那组LED灯串的负极端电连接，该开关电路的第二输出端与所述第二限流电路的输入端电连接，第二限流电路的输出端与所述比较器的第二输入端电连接，该开关电路的第二输出端还与电流采样电路电连接。

5.根据权利要求4所述的基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，所述的第一限流电路由第一限流电阻组成；所述的第二限流电路由第二限流电阻组成；所述的电流采样电路由一电流采样电阻组成。

6.根据权利要求5所述的基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述开关电路主要由一NMOS管构成；该NMOS管的栅极与所述功率驱动电路的输出端电连接，该NMOS管的漏极与所对应的那组LED灯串的负极端电连接，源极通过所述的第二限流电阻与所述比较器的第二输入端电连接，该源极还通过所述的电流采样电阻接地，并与所述LED灯串参数检测单元电连接。

7.根据权利要求6所述的基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述功率驱动电路为一OTL功率放大电路；该OTL功率放大电路包括一NPN三极管和一PNP三级管；所述NPN三极管的基极与所述PNP三极管的基极电连接，该NPN三极管的集电极与一电源电连接，发射极与所述PNP三极管的发射极电连接；所述PNP三极管的集电极与所述NMOS管的源极电连接；该NPN三极管的基极与PNP三级管的基极的共接点与所述比较器的输出端电连接，该NPN三极管的发射极与PNP三级管的发射极的共接点与所述NMOS管的栅极电连接。

8.根据权利要求1或4所述的基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述的DC-DC变换器为反激式直流变换器；

该反激式DC-DC变换器包括一变压器、一NMOS管和一NMOS管驱动电路；所述变压器的一次侧线圈的一端与所述电源管理模块的输出端的一端电连接，另一端与所述NMOS管的漏极电连接；该变压器二次侧线圈的一端与二极管的正极电连接，另一端通过一电容与该二极管的负极电连接；该二极管的负极与所述一组LED灯串或多组LED灯串的正极端电连接；所述NMOS管驱动电路的输入端与所述第一PWM信号输出单元电连接，输出端与所述NMOS管的栅极电连接；该NMOS管的源极与所述电源管理模块的输出端的另一端电连接。

9.根据权利要求2所述的基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，该LED灯控制器还包括一分压电路和一电压取样电路；所述分压电路的输入端接收从外部输入的电源电压信号，输出端与所述LED灯串参数检测单元电连接；所述电压取样电路的输入端接收从外部输入的PWM信号，输出端与所述PWM信号检测单元的输入端电连接。

10.根据权利要求1所述的基于数字PWM控制技术的LED灯控制器，其特征在于，所述电源管理模块包括防反接电路和滤波电路；所述防反接电路的输入端接收从外部输入的电源电压信号，输出端与所述滤波电路的输入端电连接，所述滤波电路的输出端与所述DC-DC变换器的输入端电连接。