CN208317060U - 一种可调亮度无频闪led控制电路、led照明设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可调亮度无频闪LED控制电路、LED照明设备，该可调亮度无频闪LED控制电路，包括依次连接的命令处理电路、输出电流控制电路、以及驱动控制电路；命令处理电路用于接收分析外部处理器提供的命令信号、并根据命令信号译码产生控制信号；其中，控制信号为并行输出数字逻辑信号；输出电流控制电路用于接收控制信号、并根据控制信号输出调节信号；驱动控制电路用于接收调节信号、并根据调节信号调节输出电流。本实用新型可以解决现有设计中存在的频闪问题、避免频闪光源给人体带来的各种不良反应，提升了产品的性能及稳定性。

Description

一种可调亮度无频闪LED控制电路、LED照明设备

技术领域

本实用新型涉及开关电源LED驱动领域，更具体地说，涉及一种可调亮度无频闪LED控制电路、LED照明设备。

背景技术

智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。智能LED照明作为智能家居中的重要组成部分，受到越来越多的重视。智能LED照明最基本的要求是对灯具亮度的可控调节，现有方案通常是由单片机或类似智能设备通过PWM方式对LED驱动进行控制，从而控制平均输出电流，得到预定的亮度。但是常规的PWM控制方式使得输出电流以特定的低频率脉动(如400Hz)，从而产生了频闪现象，长期使用该类光源会导致人体的多种不良生理反应，如头痛、眼疲劳和视力下降等等。

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缺陷，提供一种可调亮度无频闪LED控制电路、LED照明设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可调亮度无频闪LED控制电路，包括依次连接的命令处理电路、输出电流控制电路、以及驱动控制电路；

所述命令处理电路用于接收分析外部处理器提供的命令信号、并根据所述命令信号译码产生控制信号；其中，所述控制信号为并行输出数字逻辑信号；

所述输出电流控制电路用于接收所述控制信号、并根据所述控制信号输出调节信号；

所述驱动控制电路用于接收所述调节信号、并根据所述调节信号调节输出电流。

优选地，所述命令信号包括高电平时间命令信号、低电平时间命令信号和结束时间命令信号；

所述命令处理电路包括：

与所述外部处理器连接、用于在接收到所述高电平时间命令信号时更新当前上升沿数值的累加器；以及

与所述外部处理器连接、用于在根据所述高电平时间命令信号产生计时并根据所述结束时间命令信号输出命令结束信号的计时器。

优选地，，所述命令处理电路还包括控制单元和数据存储单元；

所述控制单元分别与所述累加器和所述计时器连接，用于根据所述命令结束信号将所述累加器的当前上升沿数值发送至所述数据存储单元；

所述数据存储单元与所述控制单元连接，用于接收并存储所述当前上升沿数值。

优选地，所述命令处理电路还包括：

与所述数据存储单元连接、用于对所述当前上升沿数值进行译码处理转换为所述控制信号的译码电路。

优选地，所述数字逻辑信号包括电压控制信号和/或时间控制信号；

所述输出电流控制电路包括：

与所述命令处理电路的第一输出端连接，用于根据所述时间控制信号产生延时信号的死区时间产生电路；

与所述死区时间产生电路连接，接收并根据所述延时信号执行逻辑操作并输出第一驱动信号的控制逻辑电路。

优选地，所述输出电流控制电路还包括：

与所述命令处理电路的第二输出端连接，用于根据所述电压控制信号产生参考电压的参考电压产生电路；

分别与所述参考电压产生电路、所述控制逻辑电路连接的电压比较电路；

与所述电压比较电路连接，用于检测电流信号并根据所述电流信号转换为电压信号的电压转换电路。

优选地，所述驱动控制电路包括：

与所述控制逻辑电路连接，用于接收并根据所述第一驱动信号产生第二驱动信号的驱动电路；

分别与所述驱动电路、所述电压比较电路以及输出电路连接，用于根据所述第二驱动信号调节输出电流的开关电路。

优选地，还包括：

与所述开关电路连接、用于产生输出电流的输出电路。

优选地，所述输出电路包括续流二极管D7、电感L以及电容Co；

所述续流二极管D7的阳极与所述电感L的第一端连接，所述续流二极管D7的阳极与所述电感L的第一端的连接节点还与所述开关电路连接，所述续流二极管D7的阴极接入输入信号，所述电感L的第二端与所述电容Co的第二端连接，所述电容Co的第一端与所述续流二极管D7的阴极连接；

所述电容Co的第一端接入LED灯的正输入端，所述电容Co的第二端接入LED灯的负输入端。

本实用新型还提供一种LED照明设备，包括：处理器、以及如上所述的可调亮度无频闪LED控制电路；

所述处理器用于接收输入信息并根据所述输入信息产生命令信号，并将所述命令信号发送至所述可调亮度无频闪LED控制电路。

实施本实用新型的可调亮度无频闪LED控制电路，具有以下有益效果：该可调亮度无频闪LED控制电路，包括依次连接的命令处理电路、输出电流控制电路、以及驱动控制电路；命令处理电路用于接收分析外部处理器提供的命令信号、并根据命令信号译码产生控制信号；其中，控制信号为并行输出数字逻辑信号；输出电流控制电路用于接收控制信号、并根据控制信号输出调节信号；驱动控制电路用于接收调节信号、并根据调节信号调节输出电流。本实用新型可以解决现有设计中存在的频闪问题、避免频闪光源给人体带来的各种不良反应，提升了产品的性能及稳定性。

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1是本实用新型实施例可调亮度无频闪LED控制电路的逻辑图；

图2是本实用新型实施例可调亮度无频闪LED控制电路的电路原理图；

图3是本实用新型实施例可调亮度无频闪LED控制电路中输出电感的电波形图；

图4是本实用新型实施例LED照明设备中处理器所采用的通讯协议格式示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

为了避免现有设计中存在的低频频闪问题，本实用新型构造了一种可调亮度无频闪LED控制电路，该可调亮度无频闪LED控制电路可实现对电源输出电流的无频闪调节。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种可调亮度无频闪LED控制电路具体可以包括依次连接的命令处理电路10、输出电流控制电路20、以及驱动控制电路30。所述命令处理电路10用于接收分析外部处理器提供的命令信号、并根据所述命令信号译码产生控制信号；输出电流控制电路20用于接收所述控制信号、并根据所述控制信号输出调节信号；驱动控制电路30用于接收所述调节信号、并根据所述调节信号调节输出电流。

其中，本实用新型实施例的命令处理电路10所产生的控制信号为并行输出数字逻辑信号；作为选择，该并行输出数字逻辑信号可以为电压控制信号和/或时间控制信号。

在此需要说明的是，本实用新型实施例中，命令处理电路10所接收的命令信号是由外部处理器提供的，该外部处理器对LED电流的控制不是由PWM信号的占空比来实现的，而是由该外部处理器根据电源的输出电流的需求以及预先设定的通讯协议，产生该命令信号，该命令信号为特定格式的命令信号，再由命令处理电路10分析所接收到的命令信号，根据所接收的命令信号进行译码处理产生对应的控制信号。

可以理解地，这里所指的电源的输出电流的需求是指，根据用户或者预先定义的要求，如用户输入的输出电流需求，外部处理器接收到该用户输入的输出电流需求后，结合该电源驱动的预定的通讯协议，产生对应的命令信号，并发送给命令处理电路10，其中，外部处理器与命令处理电路10可通过有线或无线的方式实现通信连接。

通过命令处理电路10产生的控制信号并发送至输出电流控制电路20以调节输出电流控制电路20，再由输出电流控制电路20根据所接收的控制信号产生对应的调节信号至驱动控制电路30，最后由驱动控制电路30根据调节信号执行相应的操作以实现对输出电流的调节控制，同时还可避免常规PWM控制方式中输出电流随处理器的控制信号(PWM控制信号)的频率变化产生的频闪问题，从而消除了低频频闪的现象。

进一步地，本实用新型实施例的外部处理器提供的命令信号包括高电平时间命令信号、低电平时间命令信号和结束时间命令信号。

如图4所示，为本实用新型实施例的可调亮度无频闪LED控制电路所采用的通讯协议的格式示意图。由图4中可以看出，有6个上升沿，其将被定义为6个上升沿命令，同理，如果出现100个上升沿则被定义为100个上升沿命令，如此类推。不同的上升沿命令代表不同的输出电流需求。为了便于理解，本实施例中用1至100上升沿命令分别与1％至100％的输出电流需求一一对应，因此，6上升沿命令代表6％输出电流需求。另外，在该命令信号中有三个重要时间参数信号，T_L、T_H和T_END，这三个时间参数信号分别对应前述的低电平时间命令信号、高电平时间命令信号以及结束时间命令信号。其中，低电平时间命令信号限定了低电平持续时间，高电平时间命令信号限定了高电平持续时间，结束时间命令信号限定了结束操作的时间。也就是说，外部处理器在发送完图4中的第6个上升沿以后，必须保持高电平的时间至少为结束时间命令信号所限定的时间，这样才算完成这6个上升沿命令的发送。

如图2所示，作为选择，该实施例的命令处理电路10可以包括累加器和计时器。

累加器与所述外部处理器连接、用于在接收到所述高电平时间命令信号时更新当前上升沿数值，计时器与所述外部处理器连接、用于在根据所述高电平时间命令信号产生计时并根据所述结束时间命令信号输出命令结束信号。

进一步地，该命令处理电路10还包括控制单元和数据存储单元；

所述控制单元分别与所述累加器和所述计时器连接，用于根据所述命令结束信号将所述累加器的当前上升沿数值发送至所述数据存储单元；

所述数据存储单元与所述控制单元连接，用于接收并存储所述当前上升沿数值。

在本实用新型的各个实施例中，数据存储单元可采用EEPROM存储器、MTP存储器等断电后仍然能够长期保存信息的存储器实现。控制单元可采用常规的微处理器(如MCU)实现。

具体的，命令处理电路10在接收到命令信号后，控制单元对命令信号进行分析，若所接收的命令信号为高电平时间命令信号(即为上升沿命令)，则控制累加器更新其内部上升沿的数值，同时该高电平时间命令信号还可使能计时器，计时器开始计时；若接收到低电平时间命令信号，则重置计时器。当计时器计时到T_END时，计时器输出命令结束信号；若控制单元接收到计时器输出的命令结束信号，则判定当前命令完成传送，并将累加器当前的数值传送至数据存储单元，然后清除累加器当前的数值，等待下一条命令信号的传输。此时，数据存储单元的数据即为最新命令信号的数据，该数据即为当前上升沿数值，该当前上升沿数值由译码处理电路进行译码处理转换为对应的控制信号。该控制信号用于发送给输出电流控制电路20，以控制输出电流控制电路20的工作。

可以理解地，如果计时器计时到T_END时刻以前，命令信号从高电平时间命令信号转为低电平时间命令信号，则计时器将被复位，计时器不产生结束时间命令信号，直到下一个上升沿(高电平时间命令信号)到来并保持高电平时间超过T_END，该命令信号传输才结束。

作为选择，该控制信号为并行输出的数字逻辑信号，该并行输出数字逻辑信号包括电压控制信号和/或时间控制信号。

输出电流控制电路20可以包括：死区时间产生电路201、控制逻辑电路202、参考电压产生电路203、电压比较电路204以及电压转换电路205。

其中，死区时间产生电路201与所述命令处理电路10的第一输出端连接，用于根据所述时间控制信号产生延时信号。控制逻辑电路202与所述死区时间产生电路201连接，接收并根据所述延时信号执行逻辑操作并输出第一驱动信号。

参考电压产生电路203与所述命令处理电路10的第二输出端连接，用于根据所述电压控制信号产生参考电压。电压比较电路204分别与所述参考电压产生电路203、所述控制逻辑电路202连接的。电压转换电路205与所述电压比较电路204连接，用于检测电流信号并根据所述电流信号转换为电压信号。

作为选择，电压比较电路204可采用比较器实现，电压转换电路205可采用电流检测电阻实现，通过电流检测电阻可对输出电路40中电感的电流的检测转换为电压并发送给电压比较电路204进行比较判断。

控制逻辑电路202可由多个不同的逻辑门组合实现，如可采用或门、非门、与或门、与非门、与门等逻辑门组合实现。

具体的，如图2所示，电流检测电阻Rs的第一端连接比较器的同相输入端，电流检测电阻RS的第二端接地，比较器的反相入端与参考电压产生电路203的输出端连接，用于接收参考电压产生电路203输出的参考电压，比较器的输出端连接控制逻辑电路202，通过比较器将同相输入端的接入的检测电压与其反相输入端的参考电压进行比较处理，输出相应的信号至控制逻辑电路202以调节控制逻辑电路202的输出，最终实现对输出电路40中的电感的电流的调节。

驱动控制电路30可以包括：驱动电路301和开关电路302。

驱动电路301与所述控制逻辑电路202连接，用于接收并根据所述第一驱动信号产生第二驱动信号的。其中，驱动电路301可由缓冲器实现，该缓冲器可以为高阻输入低阻输出的缓冲器，通过缓冲器的作用，可以对第一驱动信号进行加强处理，以获得放大的第二驱动信号。

开关电路302分别与所述驱动电路301、所述电压比较电路204以及输出电路40连接，用于根据所述第二驱动信号调节输出电流。开关电路302可采用MOS管实现，通过第二驱动信号对MOS管的开/关控制，以调节输出电路40的电感电流。

输出电路40，与所述开关电路302连接、用于产生输出电流。

如图2所示，输出电路40包括续流二极管D7、电感L以及电容Co。

所述续流二极管D7的阳极与所述电感L的第一端连接，所述续流二极管D7的阳极与所述电感L的第一端的连接节点还与所述开关电路302连接，所述续流二极管D7的阴极接入输入信号，所述电感L的第二端与所述电容Co的第二端连接，所述电容Co的第一端与所述续流二极管D7的阴极连接；所述电容Co的第一端接入LED灯的正输入端，所述电容Co的第二端接入LED灯的负输入端。

参考图3，其中电感L的峰值电流为：电感L的平均电流为：

其中，T₀为电感电流从0上升到I_peak所需的时间和电感电流从I_peak下降到0所需时间之和，V_cs，_th为参考电压产生电路203产生的参考电压，用于控制电感L的电流峰值，T_D为死区时间产生电路201产生的时间信号(即前述的延时信号)，用在电感L的电流下降到0后延迟一段时间T_D再打开功率开关(MOS管)，为电感L充电。由上面的公式可以看到，输出电流控制电路20可以通过改变参考电压V_cs，_th和T_D的数值，调节电感L的平均电流，从而实现了对LED的平均电流的调节，避免了常规PWM控制方式中输出电流随处理器控制信号(PWM控制信号)的频率变化的问题，有效地解决了低频频闪现象。

本实用新型还构造了一种LED照明设备，该LED照明设备可以包括：处理器、以及前述的可调亮度无频闪LED控制电路。所述处理器用于接收输入信息并根据所述输入信息产生命令信号，并将所述命令信号发送至所述可调亮度无频闪LED控制电路。其中，处理器所接收的输入信息可以为用户现场输入的操作信息，也可以预存储在处理器内部的操作指令。输入信息包括了输出电流需求。该处理器对LED电流的控制不是由PWM信号的占空比来实现的，而是由该处理器根据电源的输出电流的需求以及预先设定的通讯协议，产生该命令信号，该命令信号为特定格式的命令信号，再由命令处理电路10分析所接收到的命令信号，根据所接收的命令信号进行译码处理产生对应的控制信号。

可以理解地，这里所指的电源的输出电流的需求是指，根据用户或者预先定义的要求，如用户输入的输出电流需求，处理器接收到该用户输入的输出电流需求后，结合该电源驱动的预定的通讯协议，产生对应的命令信号，并发送给命令处理电路10，其中，处理器与命令处理电路10可通过有线或无线的方式实现通信连接。这里的处理器与前述的外部处理器可以相同。

该LED照明设备可以解决现有设计中存在的频闪问题，避免频闪光源给人体带来的各种不良反应，长期使用该LED照明设备也不会导致头痛、眼疲劳和视力下降的问题。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，包括依次连接的命令处理电路、输出电流控制电路、以及驱动控制电路；

所述命令处理电路用于接收分析外部处理器提供的命令信号、并根据所述命令信号译码产生控制信号；其中，所述控制信号为并行输出数字逻辑信号；

所述输出电流控制电路用于接收所述控制信号、并根据所述控制信号输出调节信号；

所述驱动控制电路用于接收所述调节信号、并根据所述调节信号调节输出电流。

2.根据权利要求1所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述命令信号包括高电平时间命令信号、低电平时间命令信号和结束时间命令信号；

所述命令处理电路包括：

与所述外部处理器连接、用于在接收到所述高电平时间命令信号时更新当前上升沿数值的累加器；以及

与所述外部处理器连接、用于在根据所述高电平时间命令信号产生计时并根据所述结束时间命令信号输出命令结束信号的计时器。

3.根据权利要求2所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述命令处理电路还包括控制单元和数据存储单元；

所述控制单元分别与所述累加器和所述计时器连接，用于根据所述命令结束信号将所述累加器的当前上升沿数值发送至所述数据存储单元；

所述数据存储单元与所述控制单元连接，用于接收并存储所述当前上升沿数值。

4.根据权利要求3所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述命令处理电路还包括：

与所述数据存储单元连接、用于对所述当前上升沿数值进行译码处理转换为所述控制信号的译码电路。

5.根据权利要求1所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述数字逻辑信号包括电压控制信号和/或时间控制信号；

所述输出电流控制电路包括：

与所述命令处理电路的第一输出端连接，用于根据所述时间控制信号产生延时信号的死区时间产生电路；

与所述死区时间产生电路连接，接收并根据所述延时信号执行逻辑操作并输出第一驱动信号的控制逻辑电路。

6.根据权利要求5所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述输出电流控制电路还包括：

与所述命令处理电路的第二输出端连接，用于根据所述电压控制信号产生参考电压的参考电压产生电路；

分别与所述参考电压产生电路、所述控制逻辑电路连接的电压比较电路；

与所述电压比较电路连接，用于检测电流信号并根据所述电流信号转换为电压信号的电压转换电路。

7.根据权利要求6所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括：

与所述控制逻辑电路连接，用于接收并根据所述第一驱动信号产生第二驱动信号的驱动电路；

分别与所述驱动电路、所述电压比较电路以及输出电路连接，用于根据所述第二驱动信号调节输出电流的开关电路。

8.根据权利要求7所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，还包括：

与所述开关电路连接、用于产生输出电流的输出电路。

9.根据权利要求8所述的可调亮度无频闪LED控制电路，其特征在于，所述输出电路包括续流二极管D7、电感L以及电容Co；

所述续流二极管D7的阳极与所述电感L的第一端连接，所述续流二极管D7的阳极与所述电感L的第一端的连接节点还与所述开关电路连接，所述续流二极管D7的阴极接入输入信号，所述电感L的第二端与所述电容Co的第二端连接，所述电容Co的第一端与所述续流二极管D7的阴极连接；

所述电容Co的第一端接入LED灯的正输入端，所述电容Co的第二端接入LED灯的负输入端。

10.一种LED照明设备，其特征在于，包括：处理器、以及如权利要求1-9任一项所述的可调亮度无频闪LED控制电路；

所述处理器用于接收输入信息并根据所述输入信息产生命令信号，并将所述命令信号发送至所述可调亮度无频闪LED控制电路。