CN203206561U - 一种纽扣电池供电的led驱动电路及一种蓝牙设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备，所述纽扣电池供电的LED驱动电路，包括纽扣电池、MCU控制单元、升压单元、采样单元、导通电压不同的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元，且升压单元、采样单元和MCU控制单元形成一闭环控制，MCU控制单元通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关，并根据采样单元对升压单元输出电压的采样结果PWM控制升压单元稳定地输出适合各个LED灯的导通电压，从而保证导通的LED灯工作在恒定电压状态。因而本实用新型的纽扣电池供电的LED驱动电路及蓝牙设备，可以导通所需导通电压大于纽扣电池电压的LED灯，还可以使得输出的导通电压不受纽扣电池电压降低的影响，电路简单，成本低。

Description

一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备

技术领域

本实用新型涉及LED驱动电路技术领域，尤其涉及一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种使用该LED驱动电路的蓝牙设备。

背景技术

低功耗蓝牙钥匙扣、蓝牙标签等蓝牙产品具有体积小、成本低、携带方便等特点，由此受到广大用户的青睐，变得越来越普及。此类产品通常具有一个或多个LED指示灯，一般采用纽扣电池供电。由于LED指示灯的导通电压随颜色变化差异很大，例如红色、黄色等颜色的LED指示灯的导通电压为2V左右，白色、蓝色、绿色等颜色的LED指示灯的导通电压接近或大于3V，而纽扣电池的输出电压小于3V，因此纽扣电池可以正常驱动红色、黄色等颜色的LED指示灯，而无法直接驱动白色、蓝色、绿色等颜色的LED指示灯，因而上述蓝牙产品使用的LED指示灯的颜色受到限制，不能满足一些用户的要求；而且随着纽扣电池电量的消耗，其输出电压越来越低，使得其直接驱动的LED指示灯的亮度也会降低。

因此，需要一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种使用该LED驱动电路的蓝牙设备，以避免上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备，能够使得纽扣电池正常驱动各种颜色的LED灯，同时控制LED灯的亮度稳定。

为解决上述问题，本实用新型提供一种纽扣电池供电的LED驱动电路，包括纽扣电池、导通电压高于和低于纽扣电池电压的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元、MCU控制单元、升压单元和采样单元，所述MCU控制单元通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关，并根据采样单元对升压单元输出的采样结果PWM控制升压单元向LED灯输出电压；所述升压单元的输入端连接至纽扣电池的输出端和MCU控制单元的PWM接口，输出端连接至每个LED灯的一端和采样单元的输入端；所述采样单元的输出端连接至所述MCU控制单元的ADC接口；每个LED开关单元的输入端连接至所述MCU控制单元的GPIO接口，输出端连接至其对应的LED灯的另一端。

进一步的，所述MCU控制单元为蓝牙芯片。

进一步的，所述升压单元包括电感、第一三极管、二极管和电容；所述电感与所述二极管串联，所述电感远离所述二极管的一端连接所述纽扣电池的输出端，所述二极管远离电感的一端连接所述每个LED灯的一端；所述第一三极管的集电极连接至所述电感与二极管的相互连接端，基极连接至所述PWM接口，发射极接地；所述电容一端连接所述二极管远离电感的一端，另一端接地。

进一步的，所述第一三极管的基极与所述PWM接口之间还串联一电阻。

进一步的，所述采样单元包括串联的两个电阻，所述两个电阻所在支路的一端接地，另一端为所述采样单元的输入端且连接至所述二极管远离电感的一端，所述两个电阻的相互连接端为所述采样单元的输出端。

进一步的，所述两个电阻的阻值由升压单元的目标输出电压及MCU控制单元的ADC接口的参考电压确定并能使采样单元输入到ADC接口的电压低于所述参考电压。

进一步的，所述采样单元输入到ADC接口的电压为所述参考电压的一半。

进一步的，每个LED开关单元包括第二三极管及电阻，所述电阻串联在所述第二三极管集电极和所述第二三极管控制的LED灯之间，所述第二三极管的基极连接至所述MCU控制单元的GPIO接口，发射极接地。

进一步的，所述第二三极管的基极与所述MCU控制单元的GPIO接口之间还串联一电阻。

本实用新型还提供一种蓝牙设备，包括上述之一的纽扣电池供电的LED驱动电路，所述MCU控制单元为蓝牙芯片。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备，所述纽扣电池供电的LED驱动电路，包括纽扣电池、MCU控制单元、升压单元、采样单元、导通电压不同的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元，且升压单元、采样单元和MCU控制单元形成一闭环控制，MCU控制单元通过采样单元对升压单元的输出电压进行采样，并根据采样结果PWM控制升压单元稳定地输出适合各个LED灯的导通电压，同时通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关，从而保证导通的LED灯工作在恒定电压状态，保持亮度稳定。因而本实用新型提供的一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备，不但可以导通所需导通电压大于纽扣电池电压的LED灯，而且还可以使得输出的导通电压不受纽扣电池电压降低的影响，电路简单实用，成本低。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的纽扣电池供电的LED驱动电路的系统架构图；

图2是图1所示的纽扣电池供电的LED驱动电路的具体结构图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想是公开一种纽扣电池供电的LED驱动电路，包括纽扣电池、导通电压高于和低于纽扣电池电压的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元、MCU控制单元、升压单元和采样单元；所述MCU控制单元通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关，并根据采样单元对升压单元输出的采样结果PWM控制升压单元向LED灯输出电压；所述升压单元的输入端连接至纽扣电池的输出端和MCU控制单元的PWM接口，输出端连接至每个LED灯的一端和采样单元的输入端；所述采样单元的输出端连接至所述MCU控制单元的ADC接口；每个LED开关单元的输入端连接至所述MCU控制单元的GPIO接口，输出端连接至其对应的LED灯的另一端。

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。

请参考图1，本实用新型提供一种纽扣电池供电的LED驱动电路，包括纽扣电池1、MCU控制单元2、升压单元3、采样单元4、导通电压不同的多个LED灯6及开关每个LED灯的LED开关单元5，其中，所述升压单元3的输入端连接至纽扣电池1的输出端和MCU控制单元2的PWM接口，输出端连接至每个LED灯6的一端和采样单元4的输入端；所述采样单元4的输出端连接至所述MCU控制单元2的ADC接口；每个LED开关单元5的输入端连接至所述MCU控制单元2的相应的GPIO接口，输出端连接至LED开关单元5控制的LED灯6的另一端。

所述纽扣电池1用于LED驱动电路整系统的供电；所述MCU控制单元用于处理采样单元对升压单元的输出电压的采样数据，并根据处理结果输出PWM信号以控制升压单元向LED灯输出电压，同时通过控制GPIO接口电平的高低来控制LED开关单元5的开启和闭合以控制相应LED灯的开关；升压单元3用于在MCU控制单元2的PWM信号控制下对纽扣电池的电压升压，输出适合各个LED灯的不同导通电压；采样单元4用于对升压单元3的输出电压进行采样并反馈至所述MCU控制单元2，以使得MCU控制单元2实时调整输出的PWM信号，进而调整升压单元3的输出电压；所述多个LED灯6具有不同的导通电压，所述不同的导通电压是指小于纽扣电池1正常电压的电压和大于等于纽扣电池1正常电压的电压，例如纽扣电池的正常输出电压为3V，红色、黄色等颜色的LED灯的导通电压为2V左右，白色、蓝色、绿色等颜色的LED灯的导通电压接近或大于3V，因此纽扣电池1可以正常驱动红色、黄色等颜色的LED灯，纽扣电池1的输出电压在MCU控制单元2和升压单元3的处理下可以稳定，使得纽扣电池1的输出电压降低时也不会影响LED灯的亮度；同时升压单元3在MCU控制单元2的PWM信号控制下对纽扣电池1的电压升压至白色、蓝色、绿色等LED灯所需的导通电压，并向这些LED等稳压输出，最终使得纽扣电池1可以驱动任何LED灯；LED开关单元5用于在MCU控制单元2的GPIO接口的高低电平控制下导通和关断，实现对应LED灯6的开灯和关灯。

其中，GPIO（General Purpose Input Output）接口为通用输入/输出接口。

PWM（脉冲宽度调制）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码，PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF），电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的，通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。本实施中，MCU控制单元2的PWM接口输出的PWM信号对升压单元3中三极管的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，可改变升压单元3电路输出电压的大小。

ADC（analog-to-digital conversion，模数转换)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。本实施例中，对升压单元3的输出电压进行采样后，把采得的输出电压转换成相应的数字表示，即经模/数转换后，构成数字信号供MCU处理。

请参考图2，本实施例中，所述MCU控制单元2为蓝牙芯片，LED灯有n个，分别为LED1，…，LEDn。

所述升压单元3为典型的boost电路，包括电感L、NPN三极管Q0、二极管D和电容C；所述电感L与所述二极管D串联，所述电感L远离二极管D的一端（即图2中电感L的左端）连接所述纽扣电池E的输出端(正极)，所述二极管D远离电感L的一端（即二极管D的阴极，图2中二极管D的右端）连接所述每个LED灯的一端（即LED灯的阳极，图2中LED灯的上端）；所述NPN三极管Q0的集电极连接至所述电感L与二极管D的相互连接端（即二极管D的阳极，图2中二极管D的左端），基极串联一电阻Rc后连接至所述蓝牙芯片的PWM接口，发射极接地，其中，Rc的作用是限流，防止Q0基极电流过大而烧毁；所述电容C一端（即电容C正极，图2中电容C的上端）连接所述二极管D远离电感L的一端（即二极管D的阴极，图2中二极管D的右端），所述电容C另一端（电容C负极，即图2中电容C的下端）接地。电感L的作用是将纽扣电池E的电能转换为磁场能的能量转换器件，当NPN三极管Q0在PWM脉宽调制下闭合后，电感L将纽扣电池E的电能转换为磁场能储存起来，当NPN三极管Q0在PWM脉宽调制下断开后，电感L将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和纽扣电池E的输入电压叠加后通过二极管D和电容C的滤波后得到平滑的直流电压提供给相应的LED灯，由于这个电压是纽扣电池E的电压和电感L的磁砀能转换为电能的叠加后的结果，所以升压单元3输出电压高于输入电压，既升压过程的完成；二极管D主要起隔离作用，即在NPN三极管Q0闭合时，二极管D的阳极电压比阴极电压低，此时二极管D反偏截止，使此电感L的储能过程不影响输出端电容C对LED灯的正常供电；因在NPN三极管Q0断开时，两种叠加后的能量通过二极管D向LED灯供电，此时二极管D正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到LED灯。

由于升压单元的boost电路的输出电压大于蓝牙芯片的采样能力，必须先进行分压后再采样，所以本实施例中，所述采样单元4包括串联的两个用于分压的采样电阻Ra、Rb，采样电阻Ra、Rb构成的串联支路的一端（即图2中Rb下端）接地，另一端（即图2中Ra上端）为所述采样单元的输入端且连接至所述二极管D的阴极，采样电阻Ra、Rb的相互连接端为所述采样单元的输出端。采样电阻Ra、Rb的阻值由升压单元的目标输出电压及MCU ADC接口的参考电压确定，采样电阻Ra、Rb的阻值能够使采样单元4输入到ADC接口的电压低于ADC接口的参考电压，优选的，采样单元4输入到ADC接口的电压为ADC接口的参考电压的一半。

每个LED开关单元5包括一个第二NPN三极管以及两个分别与第二NPN三极管基极和集电极串联的电阻，即控制LED1的LED1开关单元包括Q1、R11、R21，…，控制LEDn的LEDn开关单元包括Qn、R1n、R2n，其中，LED1开关单元的R11串联在蓝牙芯片1的GPIO1接口与Q1基极之间，…，LEDn开关单元的R1n串联在蓝牙芯片1的GPIOn与Qn基极之间，R21串联在LED1阴极与Q1集电极之间，…，R2n串联在LEDn1阴极与Qn集电极之间，且Q1，…，Qn的发射极均接地，其中，R11，…，R1n的作用是限流，防止Q1，…，Qn基极电流过大而烧毁，R21，…，R2n的作用也是限流，分别用来设置LED1，…，LEDn的电流大小，进而设定LED1，…，LEDn正常工作的亮度。

本实施例的LED驱动电路工作原理是：纽扣电池E通过电感L、NPN三极管Q0、采样电阻Ra和Rb、二极管D以及电容C为LED灯提供工作回路，蓝牙芯片2控制GPIO1…GPIOn接口处的电平高低来控制第二NPN三极管Q1…Qn的开通、关断，从而控制相应的LED灯的开通、关断，并根据采样电阻Ra和Rb的采样电压输出连续变化的PWM信号，PWM信号通过电阻Rc与NPN三极管Q0的基极连接，通过控制NPN三极管Q0的开通、关断从而调整向相应的LED灯输出的工作电压，其中蓝牙芯片2输出连续变化的PWM信号时可参考LED灯的导通电压来决定PWM信号的脉宽，从而保证相应的LED灯工作在恒定电压状态。进一步的，蓝牙芯片2控制LED开关单元的通断来控制LED灯的闪烁。

本实用新型还提供一种蓝牙设备，包括纽扣电池、导通电压高于和低于纽扣电池电压的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元、蓝牙芯片、升压单元和采样单元，所述蓝牙芯片通过采样单元对升压单元的输出进行采样，并根据采样结果PWM控制升压单元向LED灯输出电压，同时通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关；其中，所述升压单元的输入端连接至纽扣电池的输出端和蓝牙芯片的PWM接口，输出端连接至每个LED灯的一端和采样单元的输入端；所述采样单元的输出端连接至所述MCU控制单元的ADC接口；每个LED开关单元的输入端连接至所述蓝牙芯片的GPIO接口，输出端连接至其对应的LED灯的另一端。

综上所述，本实用新型提供的一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备，所述纽扣电池供电的LED驱动电路，包括纽扣电池、MCU控制单元、升压单元、采样单元、导通电压不同的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元，且升压单元、采样单元和MCU控制单元形成一闭环控制，MCU控制单元通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关，并根据采样单元对升压单元输出电压的采样结果PWM控制升压单元稳定地输出适合各个LED灯的导通电压，从而保证导通的LED灯工作在恒定电压状态，保持亮度稳定。因而本实用新型提供的一种纽扣电池供电的LED驱动电路及一种蓝牙设备，不但可以导通所需导通电压大于纽扣电池电压的LED灯，而且还可以使得输出的导通电压不受纽扣电池电压降低的影响，电路简单实用，成本低。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，包括纽扣电池、导通电压高于和低于纽扣电池电压的多个LED灯及开关每个LED灯的LED开关单元、MCU控制单元、升压单元和采样单元；所述MCU控制单元通过GPIO接口的电平高低控制LED开关单元以控制相应LED灯的开关，并根据采样单元对升压单元输出的采样结果PWM控制升压单元向LED灯输出电压；所述升压单元的输入端连接至纽扣电池的输出端和MCU控制单元的PWM接口，输出端连接至每个LED灯的一端和采样单元的输入端；所述采样单元的输出端连接至所述MCU控制单元的ADC接口；每个LED开关单元的输入端连接至所述MCU控制单元的GPIO接口，输出端连接至其对应的LED灯的另一端。

2.如权利要求1所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，所述MCU控制单元为蓝牙芯片。

3.如权利要求1所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，所述升压单元包括电感、第一三极管、二极管和电容；所述电感与所述二极管串联，所述电感远离所述二极管的一端连接所述纽扣电池的输出端，所述二极管远离电感的一端连接所述每个LED灯的一端；所述第一三极管的集电极连接至所述电感与二极管的相互连接端，基极连接至所述PWM接口，发射极接地；所述电容一端连接所述二极管远离电感的一端，另一端接地。

4.如权利要求3所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，所述第一三极管的基极与所述PWM接口之间还串联一电阻。

5.如权利要求3所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，所述采样单元包括串联的两个电阻，所述两个电阻所在支路的一端接地，另一端为所述采样单元的输入端且连接至所述二极管远离电感的一端，所述两个电阻的相互连接端为所述采样单元的输出端。

6.如权利要求3所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，每个LED开关单元包括第二三极管及电阻，所述电阻串联在所述第二三极管集电极和所述第二三极管控制的LED灯之间，所述第二三极管的基极连接至所述MCU控制单元的GPIO接口，发射极接地。

7.如权利要求6所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，其特征在于，所述第二三极管的基极与所述MCU控制单元的GPIO接口之间还串联一电阻。

8.一种蓝牙设备，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的纽扣电池供电的LED驱动电路，所述MCU控制单元为蓝牙芯片。

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