CN219459337U - 具有电流反馈的led灯控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有电流反馈的LED灯控制电路，包括升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2。本实用新型通过升压电路单元将输入电压升压到适于LED灯阵列电路单元的电压值，给LED灯阵列电路单元供电；通过电流反馈电路单元将流过每个LED灯电流实时反馈至LED驱动芯片，LED驱动芯片内部的比较器将电流反馈值与预设值比较，进而调整升压电路单元的输出电压，使流过LED灯电流保持不变，实现LED灯电流的精确控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED灯控制电路，尤其是涉及具有电流反馈的LED灯控制电路。
背景技术
目前的LED灯恒压控制电路，通常是通过控制MOS管或三极管输入电压来实现对LED灯的控制。LED灯阳极接通电源而阴极接MOS管或三极管,通过给MOS管或三极管提供高电平或低电平控制LED灯的亮、灭,并通过给MOS管或三极管提供PWM信号以控制LED灯的亮度；或通过控制RGB三色LED灯各单色灯珠的颜色混合得出不同的颜色灯光,实现对灯光颜色的控制。
采用MOS管或三极管对LED灯进行控制时，LED灯电流的大小是通过电阻分压计算得出。但由于LED灯的特性，LED灯珠的压降通常是在一个范围内变化，这就使得温度对灯珠的压降影响也比较明显：温度升高时，LED灯珠的压降通常会降低，这会导致电阻分压升高，LED灯电流增大；当串联多个LED灯使用时，因为每个LED灯珠的压降有差异，进而导致计算电阻分压时产生较大误差。而且采用MOS管或三极管控制LED灯，通常只能用于降压电路中，在无电流反馈电路时，环境温度和LED灯压降将导致LED灯电流产生较大误差；尤其是当RGB三色LED灯采用阵列电路时，电流误差的累积造成RGB三色LED灯的各单色灯珠发光亮度有较大偏差，从而导致RGB三色LED灯发出的光产生严重的色差，造成颜色控制不准确现象。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种具有电流反馈的LED灯控制电路，实现对LED灯供电电流的精确控制。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
本实用新型所述具有电流反馈的LED灯控制电路，包括升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2；
所述升压电路单元，用于将输入电压升至预设电压值输出给所述LED灯阵列电路单元，并根据所述电流反馈电路单元的反馈信号，实时对升压电路的输出电压进行调整，以满足LED灯阵列电路单元所需电压值；
所述LED灯阵列电路单元，由多个相并联的LED灯组构成；每个所述LED灯组由多个LED灯串联构成，每个LED灯组的第一个LED灯阳极与升压电路单元输出端连接，每个LED灯组的最后一个LED灯阴极与电流反馈电路单元输入端连接；
所述电流反馈电路单元，用于将流过LED灯阵列电路单元的每个LED灯组的电流反馈至LED驱动芯片U1，所述LED驱动芯片U1根据反馈电流值，调整升压电路单元输出的电压至所述预设电压值，实现对LED灯供电电流的精确控制。
所述PWM信号反馈电路单元，用于将所述控制器U2输出的PWM信号反馈至LED驱动芯片U1，通过LED驱动芯片U1调整升压电路单元的输出电压，实现对LED灯的亮度及颜色控制。
可选择地，所述升压电路单元由电感L、二极管D、第一电容C1、第二电容C2和所述LED驱动芯片U1构成；所述第一电容C1、第二电容C2的高电位端与所述二极管D负极连接而低电位端接地，所述电感L一端与电源Vin连接而另一端分别与LED驱动芯片U1的开关信号输出端SW、二极管D正极连接，二极管D负极为升压电路单元的输出端与每个所述LED灯组的第一个LED灯阳极连接；LED驱动芯片U1的使能端EN与控制器U2控制信号输出端连接。
升压电路单元根据电流反馈电路单元的反馈信号和PWM信号反馈电路单元的反馈信号，通过调整LED驱动芯片U1的开关信号输出端SW，使输出电压升高或降低，从而实现对LED灯供电电流的精确控制。
可选择地，所述电流反馈电路单元包含电流采样电阻RS和第一电阻R1；所述采样电阻RS一端与每个所述LED灯组的最后一个LED灯阴极连接而另一端接地；所述第一电阻R1一端与每个LED灯组的最后一个LED灯阴极连接，第一电阻R1另一端与所述LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB连接。
当LED灯阵列电路单元通电时，电流经过电流采样电阻RS形成压降，通过第一电阻R1反馈到LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB，LED驱动芯片U1通过将反馈电压输入端FB的电压信号与其内部比较器0.22V基准电压进行比较，当反馈电压输入端FB电压信号大于0.22V基准电压时，控制开关信号输出端SW使升压电路单元输出电压降低；反馈电压输入端FB的电压信号小于0.22V基准电压时，控制开关信号输出端SW使升压电路单元输出电压升高；从而保证电流反馈电路单元中电流采样电阻RS的压降恒定在0.22V，达到精确控制LED灯电流的目的。
可选择地，所述PWM信号反馈电路单元包含第二电阻R2、第三电阻R3和第三电容C3；所述第二电阻R2一端与LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB连接，第二电阻R2另一端与所述第三电阻R3串联后与所述控制器U2的PWM信号输出端连接，并通过所述第三电容C3接地。
当控制器U2输出的PWM信号为高电平时，LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB电压大于0.22V基准电压，LED驱动芯片U1通过控制开关信号输出端SW使升压电路单元输出电压降低，从而调节LED灯亮度降低；
当PWM信号为低电平时，LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB电压小于0.22V基准电压，LED驱动芯片U1通过控制开关信号输出端SW使升压电路单元输出电压升高，从而调节LED灯亮度升高。
当LED灯选型RGB三色LED灯时，每个所述LED灯组由七个所述RGB三色LED灯串联构成；所述升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2分别为三个；所有相并联的LED灯组的第一个RGB三色LED灯相同颜色灯珠（R色灯珠、G色灯珠、B色灯珠）阳极分别与对应的一个升压电路单元输出端连接，所有相并联的LED灯组的最后一个RGB三色LED灯相同颜色灯珠阴极分别与对应的一个电流反馈电路单元输入端连接。
通过三个相同的PWM信号反馈电路单元，对LED灯阵列电路单元中RGB三色LED灯的各单色灯珠进行控制，即：三个PWM信号按照光学三原色原理配比控制各单色灯珠发光，混合得到任意颜色的灯光，从而实现对任意颜色灯光的精确控制。
本实用新型通过升压电路单元将输入电压升压到适于LED灯阵列电路单元的电压值，给LED灯阵列电路单元供电；通过电流反馈电路单元将流过每个LED灯电流实时反馈至LED驱动芯片，LED驱动芯片内部的比较器将电流反馈值与预设值比较，进而调整升压电路单元的输出电压，使流过LED灯电流保持不变，实现LED灯电流的精确控制。当LED灯温控发生变化时，其压降发生变化，通过电流反馈电路单元将压降变化反馈至LED灯驱动芯片，进而调整升压电路单元的输出电压，使流过LED灯的电流不受温度影响而发生变化；特别是在控制RGB三色LED灯时，LED灯阵列电路混合得到的各种灯光颜色更加准确，颜色灯光色差更加明显。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型实施例采用单色LED灯的电路原理示意图。
图3是本实用新型实施例采用RGB三色LED灯的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型所述具有电流反馈的LED灯控制电路，由升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2组成。
有益地或示例性地，如图2所示，升压电路单元由电感L、二极管D、第一电容C1、第二电容C2和LED驱动芯片U1（XL6006、芯龙半导体）构成；第一电容C1、第二电容C2的高电位端与二极管D负极连接而低电位端接地，电感L一端与电源Vin连接而另一端分别与LED驱动芯片U1的开关信号输出端SW、二极管D正极连接，二极管D负极为升压电路单元的输出端与每个LED灯组的第一个LED灯阳极连接；LED驱动芯片U1的使能端EN与控制器U2（GD32F103RBT6、兆易创新）控制信号输出端CTL_EN连接。
控制器U2通过CTL_EN信号给驱动芯片U1的第2引脚使能端EN提供高电平，此时升压电路单元被使能开始工作。驱动芯片U1通过第3引脚SW输出开关驱动信号，使电感L进入充电储能阶段，输出电压升高。
输出电压给LED灯阵列电路单元供电，并使电流反馈电路单元的电流采用电阻RS的压降逐渐升至0.22V，此时驱动芯片U1通过第3引脚SW使电感L停止充电储能，进入放电泄能阶段；此时升压电路单元输出电压到达稳定，因此LED灯阵列电路单元中的各个LED灯电流也就保持稳定不变。
LED灯阵列电路单元，由多个相并联的LED灯组构成；每个LED灯组由多个单色LED灯串联构成，每个LED灯组的第一个LED灯阳极与升压电路单元输出端连接，每个LED灯组的最后一个LED灯阴极与电流反馈电路单元输入端连接。
有益地或示例性地，如图2所示，电流反馈电路单元包含电流采样电阻RS和第一电阻R1；电流采样电阻RS一端与每个LED灯组的最后一个LED灯阴极连接而另一端接地；第一电阻R1一端与每个LED灯组的最后一个LED灯阴极连接，第一电阻R1另一端与LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB连接。
电流采样电阻RS采集到LED灯的电流形成压降Vrs，经过第一电阻R1反馈至LED驱动芯片U1第5引脚FB（反馈电压输入端）；LED驱动芯片U1内部0.22V基准电压的比较器将FB引脚的电压与基准电压做比较，当Vrs大于基准电压0.22V时，内部比较器输出高电平，调节LED驱动芯片U1第3引脚SW（开关信号输出端）使升压电路单元的输出电压VOUT降低，当Vrs小于基准电压0.22V时，LED驱动芯片U1内部比较器输出低电平，调节第3引脚SW驱动信号使升压电路单元输出电压VOUT升高，从而实现精确控制电流采样电阻RS的压降保持在0.22V，达到精确控制LED灯电流I=0.22V/RS保持不变目的。
当温度变化使LED灯压降升高时，Vrs就会降低，升压电路单元输出电压VOUT就会升高；当温度变化使LED灯压降降低时，Vrs就会升高，升压电路单元输出电压VOUT就会降低。因此，不管LED灯压降受温度影响如何变化，电流采样电阻RS的压降Vrs始终保持在0.22V，从而使LED灯的电流始终保持在I=0.22V/RS，实现LED灯电流不受温度影响。
有益地或示例性地，如图2所示，PWM信号反馈电路单元包含第二电阻R2、第三电阻R3和第三电容C3；第二电阻R2一端与LED驱动芯片U1的反馈电压输入端FB（第五引脚）连接，第二电阻R2另一端与第三电阻R3串联后与控制器U2的PWM信号输出端连接，并通过第三电容C3接地。
当控制器U2的PWM信号为高电平时，经过第三电阻R3和第二电阻R2反馈至LED驱动芯片U1第5引脚FB，此时FB电压为高电平且大于0.22V，升压电路单元输出电压VOUT降低，LED灯亮度降低。
当控制器U2的PWM信号为低电平时，LED驱动芯片U1第5引脚FB电压为低电平且为0V，升压电路单元输出电压VOUT升高，LED灯亮度升高。
有益地或示例性地，如图3所示，LED灯选用三色LED灯，（TB-5050BRGZ6-H1、宇光电子）每个LED灯组由七个RGB三色LED灯串联构成；相并联的LED灯组的数量不限。
当选用三色LED灯时，升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2分别为三个。
每个LED灯组的第一个RGB三色LED灯相同颜色灯珠的阳极分别连接到对应的一个升压电路单元的输出端，每个LED灯组的最后一个RGB三色LED灯相同颜色灯珠的阴极分别连接到对应的一个电流反馈电路单元，其余RGB三色LED灯的各单色灯珠阴极依次与相串联的下一个RGB三色LED灯对应单色灯珠的阳极连接。
下面以RGB三色LED灯中的红光单色灯珠（R）为例作进一步描述：
设定控制红光单色灯珠的升压电路单元输出电压为VOUT，RGB三色LED灯的红光单色灯珠压降为Vrf，电流采用电阻RS压降为Vrs；根据LED灯串联分压原则，Vrs=VOUT-7*Vf，Vf代表RGB三色LED灯三种单色灯珠的压降。
升压电路单元工作时输出电压给LED灯阵列电路单元供电，使红光单色灯珠点亮，
RGB三色LED灯电流经过电流采用电阻RS形成压降Vrs，Vrs通过第一电阻R1反馈至LED驱动芯片U1第5引脚FB；当Vrs电压大于0.22V时，LED驱动芯片U1通过内部基准电压为0.22V的比较器检测到Vrs大于0.22V，LED驱动芯片U1调节第3引脚SW输出信号，使升压电路单元输出电压VOUT降低；当Vrs电压小于0.22V时，则使升压电路单元输出电压VOUT升高，这样就可以确保电流采用电阻RS的压降一直稳定在0.22V，因此流过红光单色灯珠的电流就能精确控制在I=0.22V/RS，实现对红光单色灯珠电流的精确控制。
尽管RGB三色LED灯的压降会受到温度的影响而升高或降低，但电流采样电阻RS的压降Vrs始终被钳制在0.22V，因此RGB三色LED灯的电流不会受到温度的影响。
同理，RGB三色LED灯的其他两种单色灯珠（G、B）的控制原理与上述相同，这里就不再重复阐述。
当不同单色灯珠通过对应的PWM信号按照光学三原色原理配比控制时，RGB三色LED灯即可混合得出任意颜色的灯光效果，通过各个PWM信号反馈电路单元，实现对RGB三色LED灯亮度及颜色的精确控制。
Claims (5)
1.一种具有电流反馈的LED灯控制电路，其特征在于：包括升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2；
所述升压电路单元，用于将输入电压升至预设电压值输出给所述LED灯阵列电路单元，并根据所述电流反馈电路单元的反馈信号，实时对输入电压进行调整，以满足LED灯阵列电路单元所需电压值；
所述LED灯阵列电路单元，由多个相并联的LED灯组构成；每个所述LED灯组由多个LED灯串联构成，每个LED灯组的第一个LED灯阳极与升压电路单元输出端连接，每个LED灯组的最后一个LED灯阴极与电流反馈电路单元输入端连接；
所述电流反馈电路单元，用于将流过LED灯阵列电路单元的每个LED灯组的电流反馈至LED驱动芯片U1，所述LED驱动芯片U1根据反馈电流值，调整升压电路单元输出的电压至所述预设电压值，实现对LED灯供电电流的精确控制；
所述PWM信号反馈电路单元，用于将控制器U2输出的PWM信号反馈至LED驱动芯片U1，通过LED驱动芯片U1调整升压电路单元的输出电压，实现对LED灯的亮度及颜色控制。
2.根据权利要求1所述具有电流反馈的LED灯控制电路，其特征在于：所述升压电路单元由电感L、二极管D、第一电容C1、第二电容C2和所述LED驱动芯片U1构成；所述第一电容C1、第二电容C2的高电位端与所述二极管D负极连接而低电位端接地，所述电感L一端与电源Vin连接而另一端分别与LED驱动芯片U1的开关信号输出端、二极管D正极连接，二极管D负极为升压电路单元的输出端与每个所述LED灯组的第一个LED灯阳极连接。
3.根据权利要求1或2所述具有电流反馈的LED灯控制电路，其特征在于：所述电流反馈电路单元包含电流采样电阻RS和第一电阻R1；所述采样电阻RS一端与每个所述LED灯组的最后一个LED灯阴极连接而另一端接地；所述第一电阻R1一端与每个LED灯组的最后一个LED灯阴极连接，第一电阻R1另一端与所述LED驱动芯片U1的反馈电压输入端连接。
4.根据权利要求1或2所述具有电流反馈的LED灯控制电路，其特征在于：所述PWM信号反馈电路单元包含第二电阻R2、第三电阻R3和第三电容C3；所述第二电阻R2一端与LED驱动芯片U1的反馈电压输入端连接，第二电阻R2另一端与所述第三电阻R3串联后与所述控制器U2的PWM信号输出端连接，并通过所述第三电容C3接地。
5.根据权利要求1所述具有电流反馈的LED灯控制电路，其特征在于：所述LED灯为RGB三色LED灯，每个所述LED灯组由七个所述RGB三色LED灯串联构成；所述升压电路单元、LED灯阵列电路单元、电流反馈电路单元、PWM信号反馈电路单元和控制器U2分别为三个；所有相并联的LED灯组的第一个RGB三色LED灯相同颜色灯珠阳极分别与对应的一个升压电路单元输出端连接，所有相并联的LED灯组的最后一个RGB三色LED灯相同颜色灯珠阴极分别与对应的一个电流反馈电路单元输入端连接。
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