CN202261910U - 用于给发光二极管提供直流电和亮度调节的集成系统 - Google Patents

用于给发光二极管提供直流电和亮度调节的集成系统 Download PDF

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Abstract

一种用于给发光二极管(LED)提供直流电和亮度调节的集成系统，其包括：LED驱动电源，其用于提供恒定的直流电；一个或多个LED的阵列；以及集成的可编程LED电流脉宽调制(PWM)调光控制器，其中集成的可编程LED电流脉宽调制(PWM)调光控制器包括：前控制面板，其用于控制一个或多个LED的阵列的亮度；以及LED电流PWM调光模块。

Description

用于给发光二极管提供直流电和亮度调节的集成系统
技术领域
本实用新型大体涉及一种发光二极管(LED)驱动器。更具体地，本实用新型涉及一种LED的亮度调节控制电路。 
背景技术
传统上，白炽灯和荧光灯已经成为人工照明的主要来源。但是，发光二极管(LED)技术的显著优势已经使LED的光输出不但可以应用于指示器，而且还足以用于全面照明。 
LED是一种需要直流(DC)电输入源来工作的半导体装置。常规的LED发光单元包括LED驱动电源、调光模块、调光控制器面板和LED阵列。LED驱动电源采用外部电功率输入源并转换成恒定的直流输出，馈送到调光模块，接着到LED。土地和建筑物的使用中，外部电源通常是交流电的电源。在这种常规的LED发光单元中，一个限制在于因为驱动LED的最大电流是由LED驱动电源根据其类型和负载量确定的，所以所选择使用的LED驱动电源必须适配LED的负载量。 
一种通用类型的调光模块是低频脉宽调制器(PWM)。馈送到负载LED的电流的平均值通过将功率输入端和负载之间的开关快速地导通和断开控制。与断开相比，开关导通时间越长，供给到负载的电流越高。于是，供给到LED的电流是Imin≤ILED≤IDriver，其中ILED是供给到LED的电流；IDriver是LED驱动电源的直流输出；以及Imin是PWM调光模块能够输出的最小电流。这种类型的PWM调光模块的开关频率通常由分离的调光控制面板来控制。这样布置的一个缺点在于复杂的布线和安装。另一个缺点在于由分离的调光控制面板产生的相对高的成本。 
美国专利申请公开号2007/0097043公开了一种LED驱动器，其旨在通过调节与LED温度有关的馈电电流提高LED的效率。在该公开内容中，虽然用控制电路来调节LED的馈电电流，但是该控制电路是为了使LED保持恒定的色度和/或光度，并不旨在用来调节LED的亮度。 
美国专利No.6,586,890公开了一种使用脉宽调制(PWM)的LED驱动电路。它也利用电流反馈来调节LED的功率并提供充分发光和暗光模式。所公开的驱动电路旨在提供良好的调节和效率，而电流反馈是为了保持LED标称电流的运行。但是，所公开的系统不是一种既提供恒定D/C又提供用户可调节的调光功能的集成系统。 
实用新型内容
现在要求保护的实用新型的目的在于提供一种集成LED驱动、调光和控制系统，其消除了由于对调光控制面板和PWM单元使用了分离部分产生的复杂的布线和高昂的成本。 
现在要求保护的实用新型的又一目的在于提供一个来自恒定DC电源的可配置的最大LED馈电电流的特征，从而能够使用不同类型和负载量的LED，而无需适配LED驱动器。 
本实用新型提供了一种用于给LED提供直流电和亮度调节的集成系统，其包括：LED驱动电源，其用于提供恒定的直流电；一个或多个LED的阵列；以及集成的可编程LED电流PWM调光控制器，其包括：前控制面板，其用于控制一个或多个LED的阵列的亮度；以及LED电流PWM调光模块；其中前控制面板通过LED电流PWM调光模块上的插入槽接口固定到LED电流PWM调光模块。 
其中LED电流PWM调光模块包括：输入电压调节器；过电流保护电路；过温度保护电路；微控制器，其用于产生脉宽调制电流；DC-DC降压转换器，其用于逐步降低脉宽调制电流以给所述一个或多个LED的阵列建立最大LED馈电电流；以及电流选择器，其与DC-DC降压转换器耦合以选择DC-DC降压转换器中逐步降低的LED馈电电流的量。 
其中DC-DC降压转换器包括：断路保护模块；闭合电路保护模块；自动LED馈电电压恒流制输出模块；以及自动功率转换模块。 
根据各个实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器将调光控制前面板和PWM调光模块集成起来。集成的调光控制前面板可以是包括机械-模拟拨号式控制、机械-模拟滑动式控制和电子-数字式控制的多种类型的调光 控制面板中的一种。因为调光控制前面板与PWM调光模块集成起来，所以LED驱动电源电流输入连接和LED馈电电流输出连接仅仅需要两组电线。 
根据一个实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器包括微调电阻(trim pot)或选择器，其具有用于逐步降低最大LED馈电电流的恒定电流DC-DC降压转换器，从而可以通过相同的LED驱动电源驱动不同类型的LED；尤其是在LED驱动电源提供大于LED的额定最大输入电流的恒定DC电流的情况下。 
根据另一实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器能够提供自动恒流制输出LED电压，该自动恒流制输出LED电压从一个LED馈送到最多数量的LED，其中总电压降在Vin-2V的范围内，其中Vin是供给到串联连接的一个或多个LED的馈电电压。 
根据再一实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器包括过电流保护(OCP)、过电压保护(OVP)、过温度保护(OTP)、断路和短路保护的特征。 
根据又一实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器包括LED过温度电流补偿和关闭的LED热感测的特征。 
附图说明
在下文中参照附图对本实用新型的实施例进行更详细地描述，其中 
图1示意性图示了包括可编程LED电流PWM调光控制器的实施例的LED发光系统的框图； 
图2示意性图示了可编程LED电流PWM调光模块的实施例的框图； 
图3示意性图示了可编程LED电流PWM调光模块和机械-模拟控制前面板之间的布线结构的框图； 
图4示意性图示了可编程LED电流PWM调光模块和电子-数字控制前面板之间的布线结构的框图；以及 
图5a示意性图示了可编程LED电流PWM调光模块的实施例的电路系统； 
图5b表示PWM调光控制器的脉冲电压； 
图5c表示图5a中晶体管Q1的栅极的脉冲电压。 
具体实施方式
在下面的描述中，可编程LED电流PWM调光控制器等的系统和设备以优选实例的形式进行阐述。对于所属领域的技术人员而言，可以进行包括附加物和/或替换物的修改，而不背离本实用新型的范围和精神。为了不使本实用新型模糊不清，可以省略具体细节；但是，为了使所属领域的技术人员能够在不进行过多实验的情况下实施这里所教导的内容，书面提供本公开内容。 
参照图1，根据各个实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器104将调光控制前面板105和PWM调光模块107集成起来。输入90-305V AC101，调光控制前面板105可以是包括机械-模拟拨号式控制、机械-模拟滑动式控制和电子-数字式控制的多种类型的调光控制面板中的一种。控制前面板105可以是低成本的自主设计DC/PWM控制前面板选择或者第三方标准产品(第三方控制前面板)。控制前面板105通过插入槽接口106附接到背端的PWM调光模块107。因为调光控制前面板105与PWM调光模块107集成起来，所以LED驱动器电流输入连接和LED馈电电流输出连接分别只需要两对电线103和108。 
根据一个实施例，背面模块，也就是PWM调光模块107特征在于1kHz到3kHz的低频脉冲电流调光输出；容易安装，仅需2根输入线和2根输出线；在任意调光级别时具有大于90％的功率效率；电源电源/电流独立；具有OCT、OTP、OVP、断路和短路保护；可以选择的带有LED过温度电流补偿/关闭特征的外部LED热感测。 
根据另一实施例，PWM调光模块107特征在于自动恒流制输出LED电压，该自动恒流制输出LED电压从一个LED馈送到最多数量的LED，其中总电压降在Vin-2V的范围内，其中Vin是供给到串联连接的一个或多个LED的馈电电压，对于1个LED高达最大Vin-2V的自动恒流制输出LED电压。 
依然参照图1，根据一个实施例，现在要求保护的可编程LED电流PWM调光控制器包括微调电阻或选择器109，例如背面最大LED电流微调电阻/选择器，其与用于逐步降低最大LED馈电电流的嵌入式恒定电流DC-DC降压转换器连接，从而可以通过相同的LED驱动电源102驱动不同类型的LED 110，其中该LED驱动电源102可以是GRE Alpha CV/LED电源或者各种CV/CC SMPS 48V3A(最大)输出；尤其是在LED驱动电源提供大于LED的额定最大输入电流的恒定DC电流的情况下。例如，当与额定处于3A的最大输出电流的LED驱动电 源耦合时，供给LED的有效最大恒定电流可以从60mA到3A(+/-2％)。 
根据另一实施例，PWM调光模块106还包括用于过电流保护(OCP)、过温度保护(OTP)、过电压保护(OVP)、断路和短路保护的电路系统。可选地，PWM调光模块106可以包括外部的LED热感测电路系统，该热感测电路系统具有LED过温度电流补偿和关闭功能。 
参照图2，根据一个实施例，PWM调光模块200包括1-10V电压源和控制输入/输出模块201，其用于从模拟式调光控制面板接收输入信号以及给处理单元MCU206提供控制信号以控制脉宽调制信号特性。PWM调光模块还包括用于使来自LED驱动电源的输入电压Vin保持恒定电压电平的电压调节器202、过电压保护模块OVP204和过温度保护模块OTP205。输入电压Vin和PWM信号一起被馈送到恒定电流DC-DC降压转换器203，以如编程那样进行任何电流的逐步下降。恒定电流DC-DC降压转换器203的特征在于连接最大ILED微调电阻/选择器，提供自动VLED恒流制输出和自动功率转换。这种电流逐步下降通过微调电阻或选择器207程式化，微调电阻或选择器207可以是最大ILED选择器。 
参照图3，根据一个实施例，模拟式调光控制前面板300与PWM调光模块301连接。两个部件集成为一个单元，其中调光控制前面板300在前部，其中具有电路304。PWM调光模块301在背部作为黑盒子，其中具有最大ILED选择器306。调光控制前面板300包括模拟前面板或者0-10V调光器302和前面板背面303。模拟式调光控制前面板300通过DC-Ctrl+和DC-Ctrl-线接头305提供模拟控制信号到PWM调光模块301的MCU，而后PWM调光模块301连接至LED307。 
参照图4。根据一个实施例，数字式调光控制前面板400与PWM调光模块401连接。PWM调光模块401在背部作为黑盒子，其中具有最大ILED选择器408。数字式调光控制前面板400包括远程控制或者数字前面板402和前面板背面403，也可以包括用于远程控制功能的IF/IR接收器404。数字式调光控制前面板400包括用于产生对LED进行调光的PWM信号的MCU 405。数字式调光控制前面板400通过+5V和GND接头406耦接到PWM调光模块401，通过PWM-IN和PWM-GND接头407耦接到PWM调光模块401，而后PWM调光模块401连接至LED409。 
参照图5a，其示意性图示了可编程LED电流PWM调光模块的实施例的电路系统。LED电流可以被调整为数字的，通过将允许频率的PWM逻辑信号到 PWM管脚，以开关控制器。这将产生于控制信号的工作周期成比例的平均输出电流。在PWM的工作过程中，装置持续运转，通过控制信号选通输出开关。PWM信号可以达到十分高的LED电流解析度。实际上亮度从100％降低到0，可以获得2μs的最小脉冲宽度，达到十分高的精确度，如图5b所示。同时对于PWM信号来说，建议的最大脉冲是10ms。晶体管Q1的栅极信号如图5c所示，与PWM信号的脉冲周期相对应。 
同时，在亮度为100％的PWM输入工作过程中，可以通过电位器/电阻器分压网络准确地调整最大LED电流，从而改变从IC的REF管脚向ADJ管脚施加的电压电平，进而调整IC开关工作周期以改变最大LED功率。 
根据一个实施例，PWM调光模块的电气性能如下： 
输入电压(Vin)范围：   12～48V(Vin＞LED Vf+2V) 
输出电压(LED Vf)范围：2.7～48V(自动恒流制输出直到LED Vf) 
可调节的最大LED电流： 150mA～3A(可通过微调电阻/选择器选择) 
功率效率：            一般85％且高达95％ 
LED电流调整：         +/-1％ 
PWM调光频率：         1kHz(模拟调光) 
                      100～3kHz(PWM调光) 
调光比率：            1∶256(在0～10V时，DC-Ctrl+/-输入) 
                      1∶1000(在＜1kHz时，PWM输入) 
                      1∶500(在＞1kHz～3kHz时，PWM输入) 
+SV输出电流：         100mA(+/-10％) 
DC-Ctrl+/-输入电流：  在0％LED电流时，0V 
                      在100％LED电流时，+10V 
PWM-IN输入电压：      2～5V(高电平) 
                      0～0.4V(低电平) 
已经出于解释和说明的目的提供了本实用新型的上述描述。它并不全面或者旨在把本实用新型限制在所公开的具体形式。对于所属领域的技术人员而言，很多修改和变型将是显而易见的。 
选择和描述实施例是为了最好地理解本实用新型的原理及其实践应用，从而使所属领域的技术人员能够理解本实用新型的各个实施例并且本实用新型具有 适于预期中实际使用的各种修改。本实用新型的范围由所附的权利要求书及其等效物所限定。 

Claims (4)

1.一种用于给发光二极管(LED)提供直流电和亮度调节的集成系统，其包括：
LED驱动电源，其用于提供恒定的直流电；
一个或多个LED的阵列；以及
集成的可编程LED电流脉宽调制(PWM)调光控制器，其包括：
前控制面板，其用于控制一个或多个LED的阵列的亮度；以及
LED电流PWM调光模块；
其中前控制面板通过LED电流PWM调光模块上的插入槽接口固定到LED电流PWM调光模块。
2.根据权利要求1所述的集成系统，其中LED电流PWM调光模块包括：
输入电压调节器；
过电流保护电路；
过温度保护电路；
微控制器，其用于产生脉宽调制电流；
直流-直流(DC-DC)降压转换器，其用于逐步降低脉宽调制电流以给所述一个或多个LED的阵列建立最大LED馈电电流；以及
电流选择器，其与DC-DC降压转换器耦合以选择DC-DC降压转换器中逐步降低的LED馈电电流的量。
3.根据权利要求1所述的集成系统，其中前控制面板可以是机械-模拟式控制器或者电子-数字式控制器。
4.根据权利要求2所述的集成系统，其中DC-DC降压转换器包括：
断路保护模块；
闭合电路保护模块；
自动LED馈电电压恒流制输出模块；以及
自动功率转换模块。
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