CN202587473U - 带智能控制的led驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及带智能控制的LED驱动器，其包括带A/D功能的单片机、电流检测电路、温度检测电路、输出驱动电路、整流滤波电路和开关检测电路，其采用带A/D功能的单片机有效解决现有LED光衰和寿命的问题，还具有LED灯串短路、开路、带电接入冲击、反接和LED超温等各种保护功能，由于采用了单片机作为核心控制器件，电路简单，成本低廉，可靠性高，是新一代的LED驱动器。

Description

带智能控制的LED驱动器

技术领域

本实用新型涉及电子领域，尤其涉及一种带智能控制的LED驱动器。 

背景技术

现有的LED驱动系统多采用恒流驱动电路，尽管有的电路具有极好的恒流精度，但是它的性能并不能完全满足目前技术生产的LED的要求，因为这种恒流只解决了电源电压波动、LED负载变化等条件下的LED工作电流的稳定，并没有适应LED本身随着工作电流作用时间和环境温度变化引起的特性变化，定值恒流的驱动线路，如果满足了常温下LED高亮度所需的工作电流，在较高温度下或者长时间工作以后仍然恒定在这个电流时，势必造成LED的早衰和寿命缩短；如果满足了LED较高温度下或者长时间工作以后的恒定电流条件，就会造成LED初始点亮时或者环境温度较低时的亮度不足，LED的亮度优势不能被有效发挥。 

根据LED厂家提供的温度特性得知，LED对温度是很敏感的，图1是最大正向电流与环境温度的关系曲线，曲线表明LED温度不超过75℃的最高允许值时，LED的工作电流应随着温度的升高而呈一定的下降，绝对不能始终恒定在环境温度20°时的参数上，否则将造成LED的寿命严重缩短，采用定值恒流驱动的这些LED灯具产品使用一段时间后即使没有损坏，亮度也大幅度衰减，这正是目前众多产品LED产品理论寿命很长，实际产品寿命短的原因之一。 

发明内容

依据LED敏感于温度的这个特性，本实用新型利用单片机作为核心器件，检测环境温度和LED工作电流，按照LED的电流与温度特性曲线，采用控制占空比的方式调整流经LED的电流，使其始终工作在最佳状态：当温度低于25℃时，保持电流在额定值上，也就是图2中的粗实线A点到B点这一段；当温度高于25℃时，单片机控制LED的电流，使其随着温度的升高适当降低，也就是图2中的粗实线B点到C点这一段。减少驱动电流以后是不是会降低LED的亮度呢，图3的特性曲线反映了这种变化曲线，确实降低了LED亮度，但是通过图4我们又清楚的看到，即便不减少LED电流，温度升高以后，LED的亮度也是逐渐下降的，因此只要控制得当，适当减小LED工作电流，降低其温升，使光效得以增加，对于减小电流导致的亮度降低可以得到一定的补偿。即便因此导致亮度稍有降低，但是保持在常规恒流电路的同等效果上，LED的寿命却得以延长，可靠性更是大幅度提高，显然是值得的，也是十分合理的取舍。实践表明，调节是在连续和微小的区间进行，LED的亮度下降不会被肉眼感知，对实际使用是没有影响的。 

为实现上述目的，本实用新型采用的如下的方案：带智能控制的LED驱动器，包括带A/D功能的单片机、电流检测电路、温度检测电路、输出驱动电路、整流滤波电路、开关检测电路。其特征是：电流检测电路、温度检测电路、输出驱动电路、开关检测电路均分别与单片机的端口相连，其中电流检测电路和温度检测电路连接到单片机的A/D端口，输出驱动电路与LED灯串负载相连，输出驱动电路还与电流检测电路相连。 

本实用新型的技术方案为：带智能控制的LED驱动器，其特征在于，该驱动器包括带A/D功能的单片机、整流滤波电路及外围检测电路和驱动电路，所述带A/D功能的单片机在整流滤波电路提供的直流电源供电下，接受所述外围检测电路感知的LED电流和温度信息，并通过控制占空比变化的输出脉冲串将其输出至驱动电路。 

进一步的，所述外围检测电路包括开关检测电路，连接在所述整流滤波电路的输出与所述带A/D功能的单片机的端口之间。 

进一步的，所述开关检测电路，向所述带A/D功能的单片机提供电源开关快速通断的信号，所述带A/D功能的单片机根据该信号去控制LED的亮度。 

进一步的，所述带A/D功能的单片机具有至少2个模拟量输入口，分别与温度检测电路和电流检测电路相连接。 

进一步的，所述带A/D功能的单片机具有至少1个输出口与驱动电路相连，所述输出口能够输出占空比可变的PWM脉冲信号到驱动电路。 

本实用新型提供的带A/D功能的单片机在整流滤波电路提供的直流电源供电下，接受外围检测电路感知的LED电流和温度信息，通过固化在单片机中的程序控制占空比变化的输出脉冲串至驱动电路，实现LED的安全、高效、可靠工作。 

由于采用了上述方案，本实用新型提供的带智能控制的LED驱动器，除了有效解决LED光衰和寿命以外，还具有LED灯串短路、开路、带电接入冲击、反接和LED超温等各种保护功能，由于采用了单片机作为核心控制器件，电路简单，成本低廉，可靠性高，甚至可能成为替代传统恒流驱动的新一代LED驱动器。 

附图说明

图1是LED的最大正向电流与环境温度的关系图。 

图2是LED的最大正向电流与环境温度关系的工作区域示意图。 

图3是LED的正向电流与亮度的关系图。 

图4是环境温度与LED亮度的关系图。 

图5是本实用新型的原理性方框图。 

图6是带A/D功能的单片机及其外围电路的原理示意图。 

图7是一串以上LED驱动器的原理示意图。 

具体实施方式

图1是LED的最大正向电流与环境温度的关系图，图2是LED的最大正向电流与环境温度关系的工作区域示意图（其中实线所示为LED工作电流，虚线所示为传统恒定电流驱动），图3是LED的正向电流与亮度的关系图（其中CCT＝3200 le（％）），图4是环境温度与LED亮度的关系图，图5是本实用新型的原理性方框图，图6是带A/D功能的单片机及其外围电路的原理示意图，图7是一串以上LED驱动器的原理示意图（TCC3和AN3所对应的灯串驱动电路与虚线框内相同；TCC2和AN2所对应的灯串驱动电路与虚线框内相同）。 

图5示出了本实用新型提供的智能LED驱动器原理结构框图，在图5中，交流电源接入到“整流滤波电路”，并变换成多路直流电压分别提供给“带A/D功能的单片机”、“输出驱动电路”和“开关检测电路”，单片机通过“输出驱动电路”、“电流检测电路”、“温度检测电路”与LED灯串相连接，构成一个完整的LED智能驱动器。 

图6示出了本实用新型提供的单路灯串驱动电路的具体实施例，交流电源经过J1接入到下列各元件构成的“整流滤波电路”：保险丝F1与整流桥IC2相连，在整流桥的输入端还并联有安规电容C1。整流以后经过R1和C5、C6构成RC滤波器，滤波后的直流电供给LED灯串使用，这个直流电还经过R7、R8、D1、C3稳压后为单片机供电。IC1是“带A/D功能的单片机”， R6、D3、C4组成单片机的复位电路，带A/D功能的单片机具有至少2个模拟量输入口，分别与温度检测电路和电流检测电路相连接，还具有至少1个输出口与驱动电路相连，能够输出占空比可变的PWM脉冲信号到输出驱动电路；R11、R12组成“开关检测电路”，连接在整流滤波电路输出与单片机的输入端口之间； R10和RT1组成“温度检测电路”；由R9、Q1、L1、D2和C7组成“输出驱动电路”；R4、R4、C2组成“电流检测电路”。  

 [0023]图7示出了本实用新型提供的多路灯串驱动电路的又一个具体实施例，与图5不同的是“带A/D功能的单片机”具有更多的A/D通道，每个灯串都具有独立的“输出驱动电路”，所有“输出驱动电路”都完全相同，以完成对多路灯串的控制。

下面分别结合以上所述各附图对智能控制的LED驱动器的控制原理进行详细描述。 

参看图5、图6、图7，交流电源接入到“整流滤波电路”，变换成直流电压提供给“输出驱动电路”、“带A/D功能的单片机”及“开关检测电路”，单片机上电以后在一定周期内检测“开关检测电路”输出没有低电平脉冲出现时，便通过其输出端口向“输出驱动电路”送入PWM脉冲串，这个脉冲串从零逐渐增加，同时，单片机还通过“电流检测电路”和“温度检测电路”分别检测灯串电流和灯串温度，在温度低于单片机设置值前提下，单片机调用最大安全电流作为基准电流，这个最大安全电流大于LED额定电流，小于LED最大功率时的电流，当“电流检测电路”感知的负载电流值达到单片机内设基准电流时停止PWM脉冲占空比的增加；当负载电流值超过基准电流时，单片机减少占空比；当负载电流值低于基准电流时，单片机增加占空比，由于单片机的运行速度极快，所以通过上述闭环控制过程使得灯串电流恒定在一个定值上。在单片机内预置了多种电流值，通过单片机的不同调用实施对灯串温度进行控制，当常温下，基准电流最大，甚至超过额定电流，因为小于最大功耗时的电流值，所以保证LED灯珠的安全的前提下实现了灯串的更高亮度，本实用新型对其称之为“最大安全电流”，还有一系列的预置电流值，都小于这个最大安全电流值。 

利用预设基准电流值的方法，本实用新型还实现了对LED灯串亮度的有级调节，在单片机的预设电流值中，除调温用的系列值之外，还有“中等亮度”、“低亮度”、“微亮度”等参数，前面所述的“最大安全电流”对应“最高亮度”。这几种亮度的调节是这样实现的：单片机上电以后在一定周期内检测“开关检测电路”输出多少个低电平脉冲，在这个周期内如果没有出现低电平脉冲，就调用“最高亮度”对应的电流基准值；如果在这个周期中出现过一个低电平脉冲，就调用“中等亮度”对应的电流基准值；如果在这个周期中出现过两个低电平脉冲，就调用“低亮度”对应的电流基准值；如果在这个周期中出现过三个低电平脉冲，就调用“微亮度”对应的电流基准值。这些低电平脉冲约定这样来实现：用户只要在启动本实用新型所实施的灯具产品时快速按压电源开关即可，启动时开关只按压一次，就进入最高亮度状态；启动时开关快速按压两次，就进入中等亮度状态…以此类推，可以实现有限级别的多级调光。 

本实用新型中，在“整流滤波电路”中使用了安规电容，用来吸收经电网输入的干扰脉冲。 

通过“电流检测电路”还可以感知LED灯串所处的工作状态，因为正常情况下的实际电流值在不同温度下都有一个适当的范围，如果实际工作电流超出这个范围过大，就表明灯串处于异常状态。例如PWM脉冲的占空比已经比较高却没有检测到工作电流说明LED灯串或者其它器件处于开路状态，也可能是用户带电取下了装有灯串的灯板或灯具，这时单片机就自动减小PWM到最小值，并周期性继续检测灯串电流，直到电流出现，再逐步增加到设定值，这样就有效防止了带电热插拔导致的LED灯珠受到电冲击所致的损坏。另一种情况是在标准PWM脉冲下，实际电流远远超过正常值，就可能是LED灯串或者其它器件发生了短路，这时单片机自动减小甚至关闭占空比，以防止故障的进一步扩大。 

综上所述，本实用新型提供了一种智能控制的LED驱动器，以带A/D功能的单片机为核心，以单片机软件结合相关的硬件电路，适时检测LED工作电流和工作温度，通过控制LED的工作电流，在保证安全可靠的前提下将现有LED的亮度发挥到极致，同时还通过上电时的开关启动次数来判断用户的调光意愿，通过单片机实现LED亮度的有级调节，不用改变传统布线，仅用两根电源线，实现了灯具调光，满足用户的多种需求。本实用新型可能成为新一代的LED驱动电源。 

以上为本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型的保护范围。凡是在本实用新型的精神和原则之类，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.带智能控制的LED驱动器，其特征在于，该驱动器包括带A/D功能的单片机、整流滤波电路及外围检测电路和驱动电路，所述带A/D功能的单片机在整流滤波电路提供的直流电源供电下，接受所述外围检测电路感知的LED电流和温度信息，并通过控制占空比变化的输出脉冲串将其输出至驱动电路。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述外围检测电路包括开关检测电路，连接在所述整流滤波电路的输出与所述带A/D功能的单片机的端口之间。

3.根据权利要求2所述的驱动器，所述开关检测电路，向所述带A/D功能的单片机提供电源开关快速通断的信号，所述带A/D功能的单片机根据该信号去控制LED的亮度。

4.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述带A/D功能的单片机具有至少2个模拟量输入口，分别与温度检测电路和电流检测电路相连接。

5.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述带A/D功能的单片机具有至少1个输出口与驱动电路相连，所述输出口能够输出占空比可变的PWM脉冲信号到驱动电路。

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