CN214795090U

CN214795090U - 一种连续脉冲输出控制模块及led测量系统

Info

Publication number: CN214795090U
Application number: CN202120941515.7U
Authority: CN
Inventors: 谢飞; 汪钢; 徐大地; 杨培中
Original assignee: Shanghai Leets Lighting Co ltd
Current assignee: Shanghai Leets Lighting Co ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2031-04-30

Abstract

本申请涉及一种连续脉冲输出控制模块及LED测量系统，属于LED测试技术领域，连续脉冲输出控制模块包括电流模块矩阵和MCU，所述电流模块矩阵包括至少两个并联设置的恒流驱动单元，所述恒流驱动单元和MCU连接。本申请可输出完整的波形和精准的检测电流，提高了LED光谱测量的精确度。

Description

一种连续脉冲输出控制模块及LED测量系统

技术领域

本申请涉及LED测试技术领域，尤其是涉及一种连续脉冲输出控制模块及LED测量系统。

背景技术

LED（Light Emitting Diode）是用电流驱动的固态照明器件。LED在何种状态能高效地工作，则需要对LED器件的光/色/热进行定量分析，为此国际上制订了相应的标准，并在标准中给出了三种定量分析模式，其中，三种定量分析模式的优缺点分别如下：

DC测量模式（DC Mode）：测得数据准确，LED发热量大，测量器件功率范围有限；

单脉冲测量模式（Single Pules Mode）：测量效率高，但不能避免被测LED结温的瞬间聚积，测得数据与真值误差大，测量范围受限；

连续脉冲测量模式（Continuous Pules Mode）：测量效率高，避免了被测LED内部温度聚积，测量数据与DC测量模式接近，测量器件功率范围大。

通过比较其优缺点，连续脉冲测量模式较为合理，它有效地避免了大功率LED测量中产生的热量所引入的误差，扩展了测量功率范围，并大大提高了测量装置的使用效率。

在连续脉冲测量模式中，连续脉冲的脉宽要小于或等于50uS（占空比为1%），电流波形也有严格的要求。测量时，测量电流较大（如测量电流为10安培，甚至达到几十安培以上），故，电流驱动装置即要输出较大瞬间电流，又要使电流波形（di/dt）接近理想波形，一般的电流驱动装置难以做到。

实用新型内容

为了能输出较大电流，且使电流波形接近理想波形，本申请提供了一种连续脉冲输出控制模块及LED测量系统。

第一方面，本申请提供一种连续脉冲输出控制模块，采用如下的技术方案：

一种连续脉冲输出控制模块，包括电流模块矩阵和MCU，所述电流模块矩阵包括至少两个并联设置的恒流驱动单元，所述恒流驱动单元和MCU连接。

通过采用上述技术方案，恒流驱动单元并联设置，通过电流的并行叠加作用，使电流模块矩阵能输出较大的电流。其中，MCU控制恒流驱动单元输出相应的脉冲电流，单个恒流驱动单元的输出电流较小，便于输出瞬间电流，电流响应的波形不易发生畸变，使电流的大小、波形能满足测量的标准。同时，单个恒流驱动单元的输出电流较小，功率小，使单个恒流驱动单元的发热量小，不需要设置复杂的散热结构件。

可选的，还包括控制开关，所述控制开关的数目和恒流驱动单元的数目相同，控制开关和恒流驱动单元一一对应连接。

通过采用上述技术方案，控制开关和恒流驱动单元一一对应，闭合不同数量的控制开关，可控制不同数量的恒流驱动单元进行输出，进而可根据被测样品的需求调整输出电流，实现输出电流的分段粗调。

可选的，所述控制开关采用继电器，继电器和MCU连接。

通过采用上述技术方案，继电器成本低、阻抗小，MCU控制继电器的得电与失电，可自动控制相应恒流驱动单元所在支路的通断，切换量程。

可选的，所述MCU采用型号为STM32F103的芯片。

通过采用上述技术方案，型号为STM32F103的芯片构成时基控制单元，能精确管理各种波形的生成。

可选的，还包括积分电路和电平钳位电路，所述积分电路分别和电平钳位电路、MCU连接，所述电平钳位电路分别和恒流驱动单元、MCU连接。

通过采用上述技术方案，MCU具有两路脉冲输出，一路为PWM1，PWM1的占空比限定为1%（脉宽小于或等于50uS），PWM1同时输出至电平钳位电路的输出端；另一路为PWM2，PWM2输出至积分电路，经积分电路、电平钳位电路后变成一低阻抗的电平，并被钳制到PWM1上，使PWM1的幅值发生改变，改变后的PWM1输送至恒流驱动单元的控制端，使恒流驱动单元启动，并使其输出电流发生变化。通过MCU增大或减小PWM2的占空比，PWM2的幅值不变，PWM2经积分电路的积分后形成一电平值，且该电平值随占空比的改变相应地增大或减小，然后该电平值被钳制在PWM1上，PWM1的幅值相应增大或减小，进而使恒流驱动单元的输出电流增大或减小，实现输出电流的微调。通过不断的反馈调节，提高测量的精确度，使输出电流等于目标电流值。其中，PWM1的脉宽保持不变。

可选的，所述积分电路包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端和MCU连接，第一电阻R1的另一端和电平钳位电路、第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电阻R2和第一电容C1并联。

通过采用上述技术方案，由第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2形成积分电路，简单实用。

可选的，所述电平钳位电路包括运算放大器A、第三电阻R3、三极管Q、二极管D和第四电阻R4，所述运算放大器A的同相端和积分电路连接，运算放大器A的反相端和运算放大器A的输出端连接，运算放大器A的输出端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端和三极管Q的基极连接，所述三极管Q的集电极和VCC连接，三极管Q的发射极和二极管D的阴极、第四电阻R4的一端连接，所述二极管D的阳极分别和MCU、恒流驱动单元连接，第四电阻R4的另一端接地。

通过采用上述技术方案，运算放大器A构成电压跟随器，PWM2经积分电路和电压跟随器处理后形成一个低阻值的电平，由二极管D构成钳位电路，PWM1幅值被该电平钳制，组成脉宽不变而幅度可变的复合波形，并输送至恒流驱动单元的DIM端。

第二方面，本申请提供一种LED测量系统，采用如下的技术方案：

一种LED测量系统，包括上述的连续脉冲输出控制模块，以及电源和光谱检测装置，所述恒流驱动单元和电源连接，所述光谱检测装置和被测样品连接。

通过采用上述技术方案，电源输出电能给恒流驱动单元，MCU输出脉冲信号给恒流驱动单元，使恒流驱动单元输出脉冲电流。恒流驱动单元并联设置，通过电流的叠加作用，进而能输出较大的脉冲电流，脉冲电流作用在被测样品上，被测样品发光，光谱检测装置对被测样品发出的光进行测量。

可选的，还包括上位机和测量表，所述测量表分别和电流模块矩阵、上位机连接，所述上位机分别和MCU、光谱检测装置连接。

通过采用上述技术方案，测量表对叠加后的电流进行检测，并将检测到的数据发送给上位机，上位机将检测数据和目标值进行比较，并根据比较结果发送相应的信息给MCU，MCU根据比较结果调整恒流驱动单元的输出。上位机接收光谱检测装置的检测数据。

可选的，所述测量表采用平均值电压表。

通过采用上述技术方案，平均值电压表对多个周期的电流进行检测，将被测样品上50uS、占空比1%的脉冲电流转换为电压平均值，然后以数字形式发送给上位机，可提高检测的精准度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.恒流驱动单元并联设置，使电流模块矩阵能输出较大的电流。其中，单个恒流驱动单元的输出电流较小，便于输出瞬间电流，电流响应的波形不易发生畸变，使电流波形能满足测量的标准。

2.控制开关和恒流驱动单元一一对应，通过MCU控制相应控制开关的闭合，控制不同数量的恒流驱动单元进行输出，进而可根据被测样品的需求调整输出电流，可对输出电流进行分段粗调，能满足多种测量功率的要求。

3.通过设置积分电路和电平钳位电路，根据PWM2转换的电平值对PWM1的幅值进行调整，进而调整恒流驱动单元的输出电流，可对电流进行微调。

附图说明

图1是本申请一实施例中一种连续脉冲输出控制模块的结构框图；

图2是ACT001芯片的电路图；

图3是本申请另一实施例中一种连续脉冲输出控制模块的结构框图；

图4是积分电路、电平钳位电路、MCU、恒流驱动单元及上位机之间的连接示意图；

图5是本申请一实施例中一种LED测量系统的结构框图；

图6是本申请另一实施例中一种LED测量系统的结构框图；

图7是电流、PWM1的波形示意图。

附图标记说明：10、电源；20、电流模块矩阵；21、恒流驱动单元；30、被测样品；41、积分电路；42、电平钳位电路；43、上位机；44、测量表；50、控制开关；60、光谱检测装置。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-7及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种连续脉冲输出控制模块。参照图1，连续脉冲输出控制模块包括电流模块矩阵20和MCU，电流模块矩阵20包括至少两个并联设置的恒流驱动单元21，恒流驱动单元21均与MCU连接。

多个恒流驱动单元21并联设置，通过电流的并行叠加作用，使电流模块矩阵20能输出较大的电流。MCU控制恒流驱动单元21输出相应的脉冲电流，单个恒流驱动单元21的输出电流较小，便于输出瞬间电流，电流响应的波形不易发生畸变。

参考图2，在本实施例中，恒流驱动单元21可采用型号为ACT001的芯片及其外围电路，ACT001芯片具有负载能力强、开关频率可达1MHz、恒流波形理想、可多模块共阳并行工作的优点（共阳为各单元可直接与电源10的正极连接）。恒流驱动单元21还可以采用其他型号的芯片，比如型号为LM3402的芯片，只要恒流输出，且能根据PWM进行调光即可。

可选的，参照图3，连续脉冲输出控制模块还包括控制开关50、积分电路41和电平钳位电路42。

控制开关50的数目和恒流驱动单元21的数目相同，控制开关50和恒流驱动单元21一一对应连接。在本实施例中，控制开关50可采用继电器，继电器和MCU连接。控制开关50还可以采用其他的开关，比如光耦；控制开关50也可以采用手动开关。

测样品30连接在电流模块矩阵20的输出端，例如，每个恒流驱动单元21的输出电流为200mA，若该被测样品30的检测电流为1A，5个恒流驱动单元21可输出1A的叠加电流，此时，MCU控制5个控制开关50闭合，5个相应的恒流驱动单元21所在的支路导通，电流模块矩阵20输出1A的电流作用在被测样品30上。通过控制不同数量的恒流驱动单元21，可对电流进行分段粗调。

参照图3和图4，积分电路41分别和电平钳位电路42、MCU连接，积分电路41包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端和MCU连接，第一电阻R1的另一端和电平钳位电路42、第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第二电阻R2和第一电容C1并联。

电平钳位电路42分别和恒流驱动单元21、MCU连接，电平钳位电路42包括运算放大器A、第三电阻R3、三极管Q、二极管D和第四电阻R4，其中，三极管Q为NPN三极管。运算放大器A的同相端和第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2连接，运算放大器A的反相端和运算放大器A的输出端连接，运算放大器A的输出端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端和三极管Q的基极连接，三极管Q的集电极和VCC连接，VCC的端口电压为5V，三极管Q的发射极和二极管D的阴极、第四电阻R4的一端连接，二极管D的阳极分别和MCU、恒流驱动单元21连接，第四电阻R4的另一端接地。

MCU采用型号为STM32F103的芯片，MCU具有两路脉冲输出，第一路脉冲信号为占空比为1%（脉宽小于或等于50uS）的PWM1，第一路脉冲信号的输出端连接有第五电阻R5和第二电容C2，第五电阻R5的一端和MCU连接，第五电阻R5的另一端和二极管D的阳极、恒流驱动单元21连接，第二电容C2和第五电阻R5并联，第五电阻R5和第二电容C2起到提高PWM1方波整形的作用。第二路脉冲信号为PWM2，第二路脉冲信号的输出端和第一电阻R1连接。MCU可改变PWM2的占空比，PWM2经积分电路41、电平钳位电路42后，PWM2受到电平钳位电路42的钳制作用，使PWM1的幅值发生改变，经钳位处理的PWM1输送至恒流驱动单元21的DIM端口，使恒流驱动单元21的输出电流发生改变，实现对输出电流进行微调，使流经被测样品30的电流更精确。

本申请实施例还公开一种LED测量系统，参照图5，LED测量系统包括上述的连续脉冲输出控制模块，以及电源10和光谱检测装置60，恒流驱动单元21和电源10连接，光谱检测装置60和被测样品30连接，光谱检测装置60包括光谱仪和积分球。

电源10提供电能给恒流驱动单元21，MCU输出脉冲信号给恒流驱动单元21，使恒流驱动单元21输出脉冲电流，叠加后的脉冲电流作用在被测样品30上，被测样品30发光，光谱检测装置60对被测样品30发出的光进行测量和积分计算。

可选的，参照图6，LED测量系统还包括上位机43和测量表44，测量表44分别和电流模块矩阵20、上位机43、被测样品30连接，上位机43分别和MCU、光谱检测装置60连接。在本实施中，上位机43采用计算机，测量表44可采用平均值电压表。测量表44还可以采用其他测量仪表，比如电流表。

具体的，平均值电压表将占空比为1%（脉宽小于或等于50uS）的脉冲电流转换为电压平均值，经通信串口以数字形式发送给上位机43，上位机43将该电压平均值进行相应倍率的计算。在本实施例中，上位机43将电压平均值放大100倍，然后将该电压平均值与目标值进行比较，若电压平均值高于目标值，上位机43发送相应的信号给MCU，MCU减小PWM2的占空比，将该PWM2积分后并钳制在PWM1上后，PWM1的幅值相应减小，使恒流驱动单元21的输出电流减小；若电压平均值低于目标值，MCU增加PWM2的占空比，将该PWM2积分后并钳制在PWM1上后，PWM1的幅值相应增加，使恒流驱动单元21的输出电流增加。通过不断的反馈修正，使流经被测样品30的电流等于目标电流或在允许的误差内。

本申请实施例一种LED测量系统的实施原理为：根据被测样品30的测量需求，在上位机43上输入相应的目标电流，上位机43将目标电流的信息发送给MCU，MCU根据目标电流控制相应数量的控制开关50闭合，使相应数量的恒流驱动单元21启动，恒流驱动单元21的输出电流叠加作用在被测样品30上。测量表44将检测到的电压平均值发送给上位机43，上位机43将电压平均值与该目标电流对应的目标值进行比较，并根据比较结果发送相应的信息给MCU，MCU根据该信息增大或减小PWM2的占空比，PWM2经积分电路41、电平钳位电路42后被钳制在PWM1上，PWM1的幅值相应增大或减小，进而使恒流驱动单元21的输出电流增大或减小。通过不断的反馈修正，使流经被测样品30的电流等于目标电流或在允许的误差内。

参考图7，测量表44测到的数据乘以倍率后与目标值相等，可以认为电流波形形成的面积S与预定波形的能量相等，根据连续脉冲模式的光谱积分法，测得的光谱值也是准确的。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims

1.一种连续脉冲输出控制模块，其特征在于：包括电流模块矩阵(20)和MCU，所述电流模块矩阵(20)包括至少两个并联设置的恒流驱动单元(21)，所述恒流驱动单元(21)和MCU连接。

2.根据权利要求1所述的连续脉冲输出控制模块，其特征在于：还包括控制开关(50)，所述控制开关(50)的数目和恒流驱动单元(21)的数目相同，控制开关(50)和恒流驱动单元(21)一一对应连接。

3.根据权利要求2所述的连续脉冲输出控制模块，其特征在于：所述控制开关(50)采用继电器，继电器和MCU连接。

4.根据权利要求1所述的连续脉冲输出控制模块，其特征在于：所述MCU采用型号为STM32F103的芯片。

5.根据权利要求1所述的连续脉冲输出控制模块，其特征在于：还包括积分电路(41)和电平钳位电路(42)，所述积分电路(41)分别和电平钳位电路(42)、MCU连接，所述电平钳位电路(42)分别和恒流驱动单元(21)、MCU连接。

6.根据权利要求5所述的连续脉冲输出控制模块，其特征在于：所述积分电路(41)包括第一电阻R1、第一电容C1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端和MCU连接，第一电阻R1的另一端和电平钳位电路(42)、第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述第二电阻R2和第一电容C1并联。

7.根据权利要求5所述的连续脉冲输出控制模块，其特征在于：所述电平钳位电路(42)包括运算放大器A、第三电阻R3、三极管Q、二极管D和第四电阻R4，所述运算放大器A的同相端和积分电路(41)连接，运算放大器A的反相端和运算放大器A的输出端连接，运算放大器A的输出端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端和三极管Q的基极连接，所述三极管Q的集电极和VCC连接，三极管Q的发射极和二极管D的阴极、第四电阻R4的一端连接，所述二极管D的阳极分别和MCU、恒流驱动单元(21)连接，第四电阻R4的另一端接地。

8.一种LED测量系统，其特征在于：包括如权利要求1至7任一所述的连续脉冲输出控制模块，以及电源(10)和光谱检测装置(60)，所述恒流驱动单元(21)和电源(10)连接，所述光谱检测装置(60)和被测样品(30)连接。

9.根据权利要求8所述的LED测量系统，其特征在于：还包括上位机(43)和测量表(44)，所述测量表(44)分别和电流模块矩阵(20)、上位机(43)连接，所述上位机(43)分别和MCU、光谱检测装置(60)连接。

10.根据权利要求9所述的LED测量系统，其特征在于：所述测量表(44)采用平均值电压表。