CN203912284U - 一种混色led 照明系统及其驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混色LED照明系统及其驱动电路，该驱动电路连接不同色温或颜色的至少两个LED灯组，且所述驱动电路包括：用于为所述LED灯组提供恒定的电流的恒流模块；用于根据目标色控制所述恒流模块输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比的PWM信号的控制模块；用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流的开关模块。实施本实用新型的技术方案，该驱动电路有较宽的电压范围，而且，大大地降低成本、减少体积。

Description

一种混色LED 照明系统及其驱动电路

技术领域

本实用新型涉及LED技术领域，尤其涉及一种混色LED系统及其驱动电路。 

背景技术

在全球低碳、绿色、环保的发展趋势下，随着LED技术的不断进步，LED产品的应用领域逐步拓展，LED照明已广泛被人们接受。同时智能照明开始得到重视。作为智能照明的重要组成部分，混色技术也逐渐得到应用。混色技术是指通过控制不同色温(如冷白和暖白)或颜色(如红绿蓝)达到用户所需要的照明效果，以提高用户的舒适度。这种根据用户需要，提供无数种不同照明效果的照明器件是传统照明设备所达不到的。 

目前，绝大多数的LED混色是通过恒压输出和简单的占空比PWM信号来控制不同色温或颜色的LED的输出比例。目前市场上的LED灯带就是这种方式。由于LED是二极管，恒压输出不仅无法精确控制LED的光通量，当LED发热或老化时，导通电压会发生变化，使光通量发生较大偏移，不适合稳定的混色。 

Philips第一款Hue系列家居智能照明灯泡于2013年投放市场，可用手机选取照片上的任意一种颜色，并使灯泡的照明效果和该颜色同步，混色效果非常精准，有16万钟颜色之多。该产品迅速被市场接受。但是由于照明驱动的 产业链多为传统照明方案服务，Philips只能根据现有芯片和驱动技术来实现混色功能。Philips的混色驱动电路为两级，先产生40V和5V恒压源，并且不支持功率因数矫正。5V恒压源为无线接收和PWM信号发生模块提供电源，40V恒压源在通过DC-DC恒压电路为串行的红绿蓝(RGB)彩色LED灯组供电。为了精准的控制混色，Philips采用的串行LED灯组，其输出电压范围变化很大，从2v-20v。目前没有控制芯片可以实现这样大的动态范围。因此，Philips的驱动电路采用两级，复杂度高，成本高。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述驱动电路无法实现宽电压范围的缺陷，提供一种混色LED照明系统及其驱动电路，能实现宽电压范围。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种混色LED照明系统的驱动电路，连接不同色温或颜色的至少两个LED灯组，所述驱动电路包括： 

用于为所述LED灯组提供恒定的电流的恒流模块； 

用于根据目标色控制所述恒流模块输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比的PWM信号的控制模块； 

用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流的开关模块。 

在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述恒流模块为所述控制模块供电。 

在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述至少两个 LED灯组串联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组并联。 

在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述至少两个LED灯组并联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组串联。 

在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述恒流模块的输出端和所述LED灯组之间连接有电感。 

在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述恒流模块的输出端和地之间连接有电容。 

在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述驱动电路连接有可控硅调光器。 

本实用新型还构造一种混色LED照明系统，包括不同色温或颜色的至少两个LED灯组，所述混色LED照明系统还包括以上任一项驱动电路。 

实施本实用新型的技术方案，使用单级的恒流模块为LED灯组提供恒定的电流，且该恒流模块可根据控制模块的控制实现输出电流可调，从而使得该驱动电路有较宽的电压范围，而且，这种驱动电路大大地降低成本、减少体积。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中： 

图1A、图1B是本实用新型混色LED照明系统实施例一的逻辑图； 

图2是图1中各信号的波形图； 

图3是本实用新型混色LED照明系统实施例二的逻辑图； 

图4A、图4B是本实用新型混色LED照明系统实施例三的逻辑图； 

图5是本实用新型混色LED照明系统实施例四的逻辑图。 

具体实施方式

图1A、图1B是本实用新型混色LED照明系统实施例一的逻辑图，该混色LED照明系统包括整流电路、驱动电路和LED灯组331。整流电路包括EMI滤波器301和二极管整流桥310，分别用于对交流输入电压进行EMI滤波和整流，以转换成直流电压110。该LED灯组331包括有红色LED灯组LED1、绿色LED灯组LED2和蓝色LED灯组LED3，而且，该三个LED灯组串联。驱动电路包括恒流模块120、控制模块125和开关模块135，其中，恒流模块120用于为三个LED灯组331提供恒定的电流，即，提供电流为Io的恒流源，而且，该恒流模块120根据控制模块12的控制实现输出电流Io可调；控制模块125用于根据目标色控制恒流模块120输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比的PWM信号。开关模块135用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流。 

在该实施例中，三个LED灯组LED1、LED2、LED3串联，开关模块135包括三个开关K1、K2、K3，而且，开关K1与LED灯组LED1并联，开关K2与LED灯组LED2并联，开关K3与LED灯组LED3并联。控制模块125可将输出电流控制在三个LED灯组中需要电流最大的LED灯组所对应的电流值上，例如，根据混色要求确定红色、绿色、蓝色LED灯组LED1、LED2、LED3的电流(PWM信号的占空比)比例为3：7：2，则该控制模块125可将恒流模块120的输出电流调整为绿色LED灯组LED2所需要的电流。 

在该实施例中，由于负载是在按一定的周期不断变化的，恒流源在不同 的负载上所造成的电压Vo是随负载变化而变化的： 

Vo＝Io*Rload 

当三个LED灯组全导通时，输出电压最高，记为Vo_max。当只有一个LED灯组导通时，输出电压最低，Vo_min。如果每个LED灯组中LED灯的数量基本相同，Vo_max:Vo_min一般至少会达到6:1。如果每个LED灯组中LED灯的数量不相同，Vo_max:Vo_min比例会更高。这个电压范围远远大于一般LED驱动电路的输出电压动态范围。 

在该实施例中，串联后的三个LED灯组LED1、LED2、LED3通过电感L0连接恒流模块120的输出端，电感L0的特性可保证恒流模块120的输出电流不会因为由PWM信号控制的开关K1、K2、K3的开或关而产生突变。而且，恒流模块120的输出端连接有电容值较大的电容C0，用于滤除恒流源的纹波。 

在该实施例中，结合图2，PWM1、PWM2、PWM3分别为控制模块125所产生的用于控制红色、绿色、蓝色LED灯组LED1、LED2、LED3的PWM信号。以红色、绿色、蓝色LED灯组的PWM信号占空比的比例为3：7：2为例，由于绿色LED灯组LED2所需的电流最大，所以控制模块125将恒流模块120的输出电流控制在绿色LED灯组LED2所需要的电流上。这样，绿色LED灯组LED2的PWM信号恒为0，该绿色LED灯组LED2处于常开状态，即恒流模块的输出电流一直流过绿色LED灯组LED2。红色LED灯组LED1和蓝色LED灯组LED3由其余两路PWM信号控制，而且，这两路PWM信号的相位在PWM周期内对称，相位对称是指第一路PWM信号的高电位的中心值与第二路PWM信号的低电位的中心值重合。 

值得注意的是，当某一路灯组短路，电流流过相应开关时，负载降低，会造成LED灯组上的输出电压降低。由于电容C0上的电压变化缓慢，在这种情况下，电感L0的电流会逐渐上升。而当某一路灯组开路，电流重新流过LED灯组时，负载升高，会造成LED灯组上的输出电压升高，电感L0的电流会逐渐下降。 

在图2中，Io表示输出电流，即电感L0中的电流；Vo为输出电压，即LED灯组上的电压；Ig为绿色LED灯组LED2的电流；Ir为红色LED灯组LED1的电流；Ib为蓝色LED灯组LED3的电流。在此应用例中，由于绿色LED灯组LED2常开，因此其电流与输出电流Io一致。每个PWM周期内，输出电流Io的波动△I与电感L0的电感值L成反比，与PWM信号的开关频率Fpwm成反比，同时与输出电压的跳动幅度△Vo成正比。 

$\mathrm{\ΔI}=\mathrm{\ψ}\left(\frac{\mathrm{\ΔVo}}{L*\mathrm{Fpwm}}\right)$

当电感L0的电感值较大或PWM信号的开关频率较高时，电流的上升或下降可以被认为是线性的。虽然电流会随PWM信号而变化，由于只有两路PWM信号同时工作，当这两路PWM信号的相位对称的时候，电流和PWM信号的占空比为1：1的关系。只有在这种对称的相位下，电流和PWM信号的占空比为1：1的关系。否则，混色将偏离PWM信号的占空比。 

因此，在使用PWM信号控制三个LED灯组开或关以达到精准混色时，与每一个LED灯组相对应的PWM信号可遵循一定的规律，保证PWM波形的角度对称，同时减少输出电压的波动。 

图3是本实用新型混色LED照明系统实施例二的逻辑图，该混色LED照明系统包括整流电路、驱动电路和三个LED灯组，其中，驱动电路包括恒流 模块、控制模块和开关模块。下面分别说明每个部分： 

整流电路包括EMI滤波器和二极管整流桥，交流输入电压经EMI滤波器和二极管整流桥后，转换为直流电压。 

驱动电路的开关模块包括与每一个LED灯组相对应的光耦和MOS管，而且，每个MOS管均和相应的LED灯组并联。 

在驱动电路的控制模块中，无线通讯模块U1同时输出三路PWM信号PWM1、PWM2、和PWM3，每一路PWM信号均通过相应光耦传输到相应MOS管，以通过控制MOS管的开关实现相应LED灯组的电流控制。电感L0连接在恒流模块的输出端和LED灯组之间，保证电流不会突变。 

在驱动电路的恒流模块中，驱动芯片U0通过CLK/DIM接口接收来自无线通讯模块U1的数字指令，并且根据所接收的数字指令通过控制MOS管Q1的开和关来控制变压器的频率，并通过其脚2实时采样变压器的输出电压及通过其脚8实时采样变压器的输出电流，以使输出电流满足数字指令的要求，且通过耦合的方式为LED灯组提供恒流源及通过无线通讯模块U1的脚9为无线通讯模块U1供电。该驱动芯片U0还通过其脚3检测整流后的电压，并根据该检测电压通过控制MOS管Q1的开关使变压器的输出电流跟随输入电压的变化而变化，以达到功率因素矫正的目的。另外，无线通讯模块U1还通过VOP管脚控制驱动芯片U0，使其进入低电压输出状态，从而关断所有LED灯组的输出，达到用电子方式关断照明设备的功能，同时，不会影响控制模块的供电。 

图4A、图4B是本实用新型混色LED照明系统实施例三的逻辑图，该实施例主要实现不同色温的混色。在该实施例中，LED灯组包括相并联的两组，分别为LED数量相等的冷白LED灯组LED4和暖白LED灯组LED5。开 关模块包括两个开关K4、K5，而且，开关K4与LED灯组LED4串联，开关K5与LED灯组LED5串联。当开关导通时，电流从相应LED灯组流过；当开关断开时，相应LED灯组没有电流。和图1所示的实施例一样，恒流模块将输出电流调整为LED灯组导通时所需要的电流。另外，控制模块所产生的两路PWM信号PWM4、PWM5相反，当一路导通时，另一路关闭，这样可以精准地达到混色要求。 

另外，优选地，本实用新型混色LED照明系统的驱动电路还可兼容可控硅调光器。例如，图5示出了本实用新型混色LED照明系统实施例四的逻辑图，该实施例相比图3所示的实施例，所不同的仅是，在二极管整流桥之前，还包括有可控硅调光器(未示出)。另外，该驱动电路还包括二极管Ddim、MOS管M2和电阻Rbld，其中，二极管Ddim的正极连接二极管整流桥的正输出端，其负极连接变压器第一初级绕组的同名端。电阻Rbld连接在二极管整流桥的正输出端和MOS管M2的漏极之间，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的栅极接驱动芯片U0的锁存电流控制端(BLDR)。驱动芯片U0用于在所采样的电压低于预设的第一阈值时，通过其锁存电流控制端(BLDR)开启MOS管M2，以通过电阻Rbld为可控硅调光器提供锁存电流，并关断MOS管Q1；在所采样的电压高于预设的第二阈值时，通过其锁存电流控制端(BLDR)关断MOS管M2，停止为可控硅调光器提供锁存电流，并控制MOS管Q1工作，使整流后的电压能耦合到LED灯组。 

最后需说明的是，以上几个实施例，恒流模块都是采用耦合的方式为控制模块供电，当然，在其他实施例中，恒流模块也可采用连接的方式为控制模块供电。 

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新 型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。 

Claims (8)

1.一种混色LED照明系统的驱动电路，连接不同色温或颜色的至少两个LED灯组，其特征在于，所述驱动电路包括：

用于为所述LED灯组提供恒定的电流的恒流模块；

用于根据目标色控制所述恒流模块输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比的PWM信号的控制模块；

用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流的开关模块。

2.根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述恒流模块为所述控制模块供电。

3.根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述至少两个LED灯组串联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组并联。

4.根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述至少两个LED灯组并联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组串联。

5.根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述恒流模块的输出端和所述LED灯组之间连接有电感。

6.根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述恒流模块的输出端和地之间连接有电容。

7.根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路连接有可控硅调光器。

8.一种混色LED照明系统，包括不同色温或颜色的至少两个LED灯组，其特征在于，所述混色LED照明系统还包括权利要求1-7任一项驱动电路。