CN206442563U

CN206442563U - 一种led灯驱动电路

Info

Publication number: CN206442563U
Application number: CN201720161157.1U
Authority: CN
Inventors: 彭小峰; 曹阳; 刘世涛; 张勋; 任发韬; 毛昉
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2027-02-22

Abstract

本实用新型公开了一种LED灯驱动电路，包括电源、升降压稳压模块、MCU、驱动模块、BOOST‑BUCK升降压转换模块、电流电压采样模块、以及运算放大模块；所述电源同时与升降压稳压模块和BOOST‑BUCK升降压转换模块相连；所述MCU用于将上位机发送的输出电流信号转换成PWM信号；所述电流电压采样模块采集BOOST‑BUCK升降压转换模块的输出电流和输出电压，MCU根据接收到的输出电流和输出电压信号，调节PWM信号；所述升降压稳压模块经隔离及降压模块后为MCU、驱动模块以及运算放大模块供电。本实用新型能够降低LED灯驱动过程中的损耗，提高整个驱动电路的效率，并提高LED灯的电流稳定性。

Description

一种LED灯驱动电路

技术领域

本实用新型涉及照明设备控制技术领域，尤其涉及一种LED灯驱动电路。

背景技术

由于LED节能环保，使用寿命长，光电效率高等众多优点成为照明领域的焦点。LED的正向压降变化范围比较大，正向电压的微小变化会引起较大的正向电流的变化，从而引起亮度的较大变化，所以采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的寿命和可靠性。LED驱动电路关系到LED整个系统性能的可靠性，为了尽可能得保护LED灯的损坏，降低照明系统的成本，就要设计能够准确控制输出电流的LED驱动电路。

当前，直流输入LED驱动电源已经发展了较长的一段时间，电路已比较成熟。LED照明是一种绿色节能照明，其驱动电源的输出功率较小，在此情况下实现电源的高效率是一大难点。同时，由于LED的使用寿命理论上长达10万小时，这要求驱动电源很高的可靠性。综上所述，根据市场需求，为LED提供性能优良的驱动电路，具有很大的经济价值和实用意义。

传统的降压电路是将交流市电通过变压器降压，再经过整流和滤波作用后给LED供电，该电路要有限流电阻来稳定LED的工作，而且限流电阻R1是必须的，R1上的损耗影响整个电路的效率，再加上变压器和整流二极管上的损耗，电路的效率会更低。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种LED灯驱动电路，能够降低LED灯驱动过程中的损耗，提高整个驱动电路的效率，并提高LED灯的电流稳定性，从而延长LED灯的寿命。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种LED灯驱动电路，其特征在于：包括电源、升降压稳压模块、MCU、驱动模块、BOOST-BUCK升降压转换模块、电流电压采样模块、以及运算放大模块；

所述电源同时与升降压稳压模块和BOOST-BUCK升降压转换模块相连；其中，所述BOOST-BUCK升降压转换模块包括开关管，该开关管的漏极与电源相连，其源极作为输出端对LED灯供电；

所述MCU用于将上位机发送的输出电流信号转换成PWM信号，该MCU经驱动模块后与开关管的栅极相连，以控制输出电压；

所述电流电压采样模块与开关管的输出端相连，以采集BOOST-BUCK升降压转换模块的输出电流和输出电压，该电流电压采样模块经运算放大模块后与MCU相连，以将采集到的输出电流和输出电压反馈给MCU；MCU根据接收到的输出电流和输出电压信号，调节PWM信号，并将输出电流和输出电压信号反馈到上位机；

所述升降压稳压模块经隔离及降压模块后为MCU、驱动模块以及运算放大模块供电。

进一步地，所述MCU采用Cortex M0处理器。

进一步地，所述升降压稳压模块采用LM5007芯片，所述隔离及降压模块包括DC-DC电源模块和TPS5430降压芯片；其中，LM5007芯片的电源输入端与电源相连，其电源输出端与DC-DC电源模块的电源输入端相连；该DC-DC电源模块的电源输出端与TPS5430降压芯片的电源输入端相连，TPS5430降压芯片的电源输出端与Cortex M0处理器的电源输入端相连，以为Cortex M0处理器供电；同时，DC-DC电源模块的电源输出端与驱动模块和运算放大模块相连。

进一步地，所述驱动模块包括IR2101驱动芯片，该IR2101驱动芯片的PWM信号输入端与Cortex M0处理器的PWM信号输出端相连，其PWM信号输出端与开关管的栅极相连。

进一步地，所述运算放大模块包括LM358型运算放大器，其输入端与电流电压采样电路相连，并分别将电流、电压放大，其电流输出端与Cortex M0处理器的电流反馈输入端相连，电压输出端与Cortex M0处理器的电压反馈输入端相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、驱动模块采用恒流驱动方式，电流波动较小（电流波动小于2%）,能够确保LED发光亮度均匀稳定。

2、具有更宽的输入和输出电压范围（输入电压为DC 12V～60V，输出电压为30～95V）。

3、由于采用了大量低功耗器件，较传统驱动控制器的功耗低，在保证足够亮度的前提下节能环保。

4、与传统驱动电路相比具有更高的电源效率（电源效率≥90%），驱动效率更高。

5、具有短路、开路、软启动等状态保护功能，开关寿命1万次以上，性能稳定、可靠性高；使用寿命更长。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为升降压稳压模块的电路原理图。

图3为隔离及降压模块的电路原理图

图4为MCU的电路原理图

图5为LED灯驱动主电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例：参见图1，一种LED灯驱动电路，其特征在于：包括电源、升降压稳压模块、MCU、驱动模块、BOOST-BUCK升降压转换模块、电流电压采样模块、以及运算放大模块。

所述电源同时与升降压稳压模块和BOOST-BUCK升降压转换模块相连；其中，所述BOOST-BUCK升降压转换模块包括开关管，该开关管的漏极与电源相连，其源极作为输出端对LED灯供电。

所述MCU用于将上位机发送的输出电流信号转换成PWM信号，PWM即脉冲宽度调制，用以调节控制MOSFET开关时间从而控制BUCK-BOOST升降压电路的输出电压值。该MCU经驱动模块后与开关管的栅极相连，以控制输出电压。具体实施时，所述MCU采用Cortex M0处理器，其价位更低、尺寸更小、功耗更低，处理速度更快，效率更高，并且具有过流保护、过压保护以及欠压保护功能；同时，适用于C语言编程，并且被许多编译器支持，易于使用。

所述电流电压采样模块与开关管的输出端相连，以采集BOOST-BUCK升降压转换模块的输出电流和输出电压（即LED灯的电流电压），该电流电压采样模块经运算放大模块后与MCU相连，以将采集到的输出电流和输出电压反馈给MCU。MCU根据接收到的输出电流和输出电压信号，调节PWM信号；由MCU接收上位机设定的输出电流值并与电流电压采样模块的输出电流值和输出电压值进行比较运算后产生并输出，其PWM占空比根据电流电压采样模块的输出电压和输出电流值通过PI运算后进行自动调节，从而使输出电流电压信号稳定性更好；其中，MCU产生PWM信号的运算方法为成熟的现有技术，可靠性更好。并将输出电流和输出电压信号反馈到上位机；这样，更便于用户通过上位机向MCU发送输出电流值改变LED的亮度。

作为一种实施方式，参见图2—图5，所述升降压稳压模块采用LM5007芯片，所述隔离及降压模块包括DC-DC电源模块（隔离型DC-DC电源模块，即隔离模块）和TPS5430降压芯片；具体实施时，DC—DC模块采用ZY1212IFS-2W电源模块，ZY1212IFS-2W电源模块是一个输入12V输出12V的隔离型DC-DC电源模块，输出功率2W，效率高，可以达到80%以上。其中，LM5007芯片的电源输入端与电源相连，其电源输出端与DC-DC电源模块的电源输入端相连；该DC-DC电源模块的电源输出端与TPS5430降压芯片的电源输入端相连，TPS5430降压芯片的电源输出端与Cortex M0处理器的电源输入端相连，以为Cortex M0处理器供电；同时，DC-DC电源模块的电源输出端与驱动模块和运算放大模块相连。所述驱动模块包括IR2101驱动芯片，该IR2101驱动芯片的PWM信号输入端与Cortex M0处理器的PWM信号输出端相连，其PWM信号输出端与开关管的栅极相连。所述运算放大模块包括LM358型运算放大器，其输入端与电流电压采样电路相连，并分别将电流、电压放大，其电流输出端与Cortex M0处理器的电流反馈输入端相连，电压输出端与Cortex M0处理器的电压反馈输入端相连。

由于整个LED驱动电路的输入工作电压范围为DC12V-60V，而开关管的驱动电压正常为10V~20V范围，LM358集成运放工作电压也为12V左右,因此需要对输入工作电压进行降压稳压。虽然LM5007能够正常输出12V电压，但是由于主电路结构为反相输出，输出电压为负的，所以在电流采样时需要隔离处理，因此在LM5007输出的12V电压之后需要加一个隔离模块。而MCU工作电压范围在3.3V左右，DC-DC隔离模块输出电压为12V，因此还需要通过1个降压模块TPS5430降压芯片作二次降压输出稳定的3.3V电压为MCU提供工作电源。

如图所示，JP1接线端子2和JP4接线端子2与电源相连，接入工作电压。工作电压通过JP1接线端子2接入升降压稳压模块，经过LM5007开关降压型集成稳压芯片后在VCC引脚输出12V电压。将升降压稳压模块的VCC引脚与隔离及降压模块的VIN引脚相连，在DC-DC电源模块的VOUT引脚输出12V电压，此引脚用与连接TPS5430降压芯片的电压输入端VIN引脚、驱动模块的IR2101驱动芯片的VCC引脚以及运算放大器LM358的VCC引脚。隔离及降压模块经二次降压后输出3.3V电压，然后与Cortex M0处理器的1脚和16脚相连；Cortex M0处理器的JP2的4脚AD_V、5脚AD_C分别接驱动模块的AD_V、AD_C引脚，JP3的1脚RST为复位管脚连接复位按键，2脚PWM连接模块4的PWM引脚，JP5接线端子1为输出电压端子。

工作过程中：

输入电压通过升降压转换模块输出同时，由于开关管IR2101驱动芯片、运算放大器LM358以及 Cortex-M0所需工作电压分别为12V和3.3V，因此对于输入DC12V～60V电源需要做进一步降压和稳压处理。因此，电压通过电路升降压稳压模块LM5007输出DC12V，主要为开关管驱动芯片IR2101以及运算放大器LM358提供工作电源；再经过隔离及降压模块输出DC3.3V，虽然LM5007能够正常输出12V电压，但是由于主电路结构为反相输出，输出电压为负的，所以在电流和电压采样时需要隔离处理，这样在LM5007输出的12V电压之后需要加一个隔离模块。而MCU工作电压范围在3.3V左右，DC-DC隔离模块输出电压为12V，因此还需要通过1个降压模块TPS5430做二次降压输出稳定的3.3V电压为MCU提供工作电源。由于LED灯驱动采用恒流驱动，因此用户可通过上位机向MCU发送输出电流值改变LED的亮度，MCU通过RS232串口接收上位机设定的输出电流值并与AD采样的输出电流值和输出电压值进行运算比较调节并输出PWM信号用以驱动开关管，并控制经升降压模块输入的DC电源电压，产生对应的输出电压和输出电流用以调节LED灯的亮度。同时通过AD采样将输入电压值、输出电压值和输出电流值通过串口发送给上位机进行实时显示。电路的输出电压和输出电流采样电路，用LM358作为放大和跟随，由于Cortex M0的AD采样最大输入为3.3V，所以需要对输出电压进行分压处理。为防止输出瞬间高压或大电流，在Cortex M0的AD输入引脚各接一个3V的稳压二极管。在输出过压或过流时，可以起到保护MCU的作用。此外，MCU还具有过流保护、过压保护以及欠压保护功能。由于电路输入和输出的电压范围比较宽，所以输入电流也在比较宽的范围内变化。为了避免较大的电流流过电路，要限制电压不能低于某个值，该设计设定最低输入电压为11V，当低于这个设定值时电路进入欠压保护模式，开关管关断，电路延时一段时间后恢复。当输入电压高于65V时电路进入输入过压保护模式，同样保护之后延时一段时间再重新启动电路。在输出电路部分，为了防止LED过流，短路或被高压击穿，设定输出电流不大于400mA，输出电压不高于95V，但在应用时输出过压保护的电压值要根据LED灯个数来确定。

升降压稳压模块LM5007是一个开关降压型集成稳压芯片，最大输入电压可达到80V，且输出电压可调。在LM5007的输出端经过分压电阻分压反馈到“FB”端，与内部的参考电压进行比较，改变LM5007内部PWM波的占空比，准确的输出设定的电压值。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种LED灯驱动电路，其特征在于：包括电源、升降压稳压模块、MCU、驱动模块、BOOST-BUCK升降压转换模块、电流电压采样模块、以及运算放大模块；

2.根据权利要求1所述的一种LED灯驱动电路，其特征在于：所述MCU采用Cortex M0处理器。

3.根据权利要求2所述的一种LED灯驱动电路，其特征在于：所述升降压稳压模块采用LM5007芯片，所述隔离及降压模块包括DC-DC电源模块和TPS5430降压芯片；其中，LM5007芯片的电源输入端与电源相连，其电源输出端与DC-DC电源模块的电源输入端相连；该DC-DC电源模块的电源输出端与TPS5430降压芯片的电源输入端相连，TPS5430降压芯片的电源输出端与Cortex M0处理器的电源输入端相连，以为Cortex M0处理器供电；同时，DC-DC电源模块的电源输出端与驱动模块和运算放大模块相连。

4.根据权利要求3所述的一种LED灯驱动电路，其特征在于：所述驱动模块包括IR2101驱动芯片，该IR2101驱动芯片的PWM信号输入端与Cortex M0处理器的PWM信号输出端相连，其PWM信号输出端与开关管的栅极相连。

5.根据权利要求3所述的一种LED灯驱动电路，其特征在于：所述运算放大模块包括LM358型运算放大器，其输入端与电流电压采样电路相连，并分别将电流、电压放大，其电流输出端与Cortex M0处理器的电流反馈输入端相连，电压输出端与Cortex M0处理器的电压反馈输入端相连。