CN105392247A - 一种led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED驱动电路，用于驱动LED灯，所述LED灯包括发红光的第一LED颗粒、发绿光的第二LED颗粒和发蓝光的第三LED颗粒，所述LED驱动电路包括控制芯片、恒流驱动模块、第一开关管、第二开关管和第三开关管，控制芯片通过延时电路连接于第一开关管、第二开关管和第三开关管。本发明克服现有可调节LED亮度、色温和色彩的LED驱动电路采用电阻限流方式控制LED电流恒定，控制效果不好，且增加了功耗的技术问题，同时，本发明能够根据用户设定的亮度、色温和色彩要求，控制不同LED颗粒工作状态，达到设定的效果，输出电流稳定，无电流过冲，减少了额外功耗。

Description

一种LED驱动电路

技术领域

本发明涉及LED驱动技术领域，具体为一种LED驱动电路。

背景技术

随着LED在照明领域的应用推广，人们对家居照明的舒适度提出了新的要求，不仅要控制灯光的开关，还要求灯光的亮度、色温、色彩可调，并且要采用更加智能和方便的控制方式。目前，市场上大多采用一个驱动模块，输出恒定电压，负载为多路LED颗粒并联，在每路LED颗粒支路中，串联电阻和开关，电阻用来限流，防止LED颗粒压降不一致导致LED电流过大，调节开关的占空比，从而调节每个支路的LED电流混光比例，得到不同色彩和亮度的照明效果。但是采用电阻限流方式并不能很好地控制LED电流恒定，并且增加了功耗。

中国专利公开号CN102056373，公开日2011年5月11日，发明的名称为一种可调亮度和色温的LED照明遥控系统，该申请案公开了一种可调亮度和色温的LED照明遥控系统，它采用单片机输出PWM脉冲，每个LED驱动模块用一个PWM控制信号，调节电流输出，不同模块混色后得到不同的亮度和色温值。其不足之处是，采用多组驱动模块分别驱动不同LED颗粒，这样的控制系统比较复杂，成本较高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种LED驱动电路，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种LED驱动电路，用于驱动LED灯，所述LED灯包括发红光的第一LED颗粒、发绿光的第二LED颗粒和发蓝光的第三LED颗粒，所述LED驱动电路包括控制芯片、恒流驱动模块、第一开关管、第二开关管和第三开关管，控制芯片通过延时电路连接于第一开关管、第二开关管和第三开关管，所述第一LED颗粒、第一开关管和恒流驱动模块串联成一个回路，所述第二LED颗粒、第二开关管和恒流驱动模块串联成一个回路，所述第三LED颗粒、第三开关管和恒流驱动模块串联成一个回路，所述控制芯片分别与恒流驱动模块的控制端、第一开关管的控制端、第二开关管的控制端和第三开关管的控制端电连接。

进一步地，所述延时电路包括RC充放电电路单元、第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元包括三极管，第二开关单元包括MOS管，RC充放电电路单元与电源输入端以及信号输入端相连，三极管的基极和发射极与RC充放电电路单元相连，三极管的发射极还接地端，三极管的集电极与MOS管的栅极相连，MOS管的源极与信号输入端相连，MOS管的漏极与信号输出端相连。

进一步地，所述RC充放电电路单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2。其中，第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2组成充电电路；第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2组成放电电路。第一开关单元包括三极管Q1。第二开关单元包括MOS管Q2，第一电阻R1的第一端与电源输入端VDD相连，第一电阻R1的第二端分别与第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端相连，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端相连，第二电阻R2的第二端与三极管Q1的基极相连，第三电阻R3的第一端与第二电阻R2的第二端相连，第三电阻R3的第二端与三极管Q1的发射极相连，第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端串联第四电阻R4以与信号输入端D相连，第一电容C1的第二端以及第二电容C2的第二端分别接地端，第一电阻R1的第二端还串联第五电阻R5以接地端。

进一步地，控制芯片可控制恒流驱动模块输出电流的大小，从而控制LED灯的亮度。控制芯片按照一定频率控制发红光的第一LED颗粒、发绿光的第二LED颗粒和发蓝光的第三LED颗粒依次导通，同一时间最多只有一个LED颗粒处于导通状态，这样，每个LED颗粒工作时的电流就是恒流驱动模块的输出电流，保证了输出电流的稳定。控制芯片调节每个LED颗粒的导通时间t1，t2和t3，经过混光处理后，可以自由调节LED的色彩、色温和亮度。

进一步地，所述恒流驱动模块包括DC/DC驱动芯片、电子开关S、二极管D、电感L、电容C1、电容C2和采样电阻R，电子开关S的输入端与电容C1的第一端和LED灯的电源正极电连接，电容C1的第二端接地，电子开关S的输出端与电感L的第一端和二极管D的阴极电连接，二极管D的阳极接地，电子开关S的控制端与DC/DC驱动芯片的控制信号输出端电连接，电感L的第二端与电容C2的第一端和DC/DC驱动芯片的电压采样端电连接，电容C2的第二端接地，DC/DC驱动芯片的电流采样端与采样电阻R的第一端电连接，采样电阻R的第二端接地，DC/DC驱动芯片的控制信号输入端与控制芯片电连接，电容C2的第一端作为恒流驱动模块的输出正极，采样电阻R的第一端作为恒流驱动模块的输出负极。

进一步地，所述控制芯片为单片机。

一种LED驱动电路其驱动方法，包括以下步骤：

控制芯片根据接收到的调光信号计算出恒流驱动模块需输出的电流大小，并控制恒流驱动模块工作，同时按照设定的工作频率f控制三个LED颗粒工作，控制芯片控制三个LED颗粒工作包括以下步骤：

S1：控制芯片根据接收到的调色信号计算出每个LED颗粒在一个工作周期T内需要点亮的时间，T=1/f=t1+t2+t3+t4，t1为第一LED颗粒需点亮的时间，t2为第二LED颗粒需点亮的时间，t3为第三LED颗粒需点亮的时间，t4为恒流驱动模块需关断的时间；

S2：控制芯片控制第一开关管导通t1时间，同时控制第二开关管和第三开关管断开；

S3：控制芯片控制第二开关管导通t2时间，同时控制第一开关管和第三开关管断开；

S4：控制芯片控制第三开关管导通t3时间，同时控制第一开关管和第二开关管断开；

S5：控制芯片控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开，同时控制恒流驱动模块停止工作t4时间；

S6：控制芯片控制恒流驱动模块开始工作，接着跳转至步骤S2。

进一步地，所述工作频率f≥200HZ。

与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明克服现有可调节LED亮度、色温和色彩的LED驱动电路采用电阻限流方式控制LED电流恒定，控制效果不好，且增加了功耗的技术问题，同时，本发明能够根据用户设定的亮度、色温和色彩要求，控制不同LED颗粒工作状态，达到设定的效果，输出电流稳定，无电流过冲，减少了额外功耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的恒流驱动模块的电路原理图；

图3为本发明的控制芯片输出的控制信号时序图；

图4为本发明的延时控制电路的电路原理图；

图5为本发明的RC充放电电路单元电路图；

图中：1、第一LED颗粒，2、第二LED颗粒，3、第三LED颗粒，4、控制芯片，5、恒流驱动模块，6、第一开关管，7、第二开关管，8、第三开关管，9、DC/DC驱动芯片。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种LED驱动电路，用于驱动LED灯，LED灯包括发红光的第一LED颗粒1、发绿光的第二LED颗粒2和发蓝光的第三LED颗粒3，LED驱动电路包括控制芯片4、恒流驱动模块5、第一开关管6、第二开关管7和第三开关管8，控制芯片4通过延时电路连接于第一开关管6、第二开关管7和第三开关管8，第一LED颗粒1、第一开关管6和恒流驱动模块5串联成一个回路，第二LED颗粒2、第二开关管7和恒流驱动模块5串联成一个回路，第三LED颗粒3、第三开关管8和恒流驱动模块5串联成一个回路，控制芯片4分别与恒流驱动模块5的控制端、第一开关管6的控制端、第二开关管7的控制端和第三开关管8的控制端电连接，控制芯片4为单片机。

所述延时电路包括RC充放电电路单元、第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元包括三极管，第二开关单元包括MOS管，RC充放电电路单元与电源输入端以及信号输入端相连，三极管的基极和发射极与RC充放电电路单元相连，三极管的发射极还接地端，三极管的集电极与MOS管的栅极相连，MOS管的源极与信号输入端相连，MOS管的漏极与信号输出端相连。

如图2所示，恒流驱动模块5包括DC/DC驱动芯片9、电子开关S、二极管D、电感L、电容C1、电容C2和采样电阻R，电子开关S的输入端与电容C1的第一端和LED灯的电源正极电连接，电容C1的第二端接地，电子开关S的输出端与电感L的第一端和二极管D的阴极电连接，二极管D的阳极接地，电子开关S的控制端与DC/DC驱动芯片9的控制信号输出端电连接，电感L的第二端与电容C2的第一端和DC/DC驱动芯片9的电压采样端电连接，电容C2的第二端接地，DC/DC驱动芯片9的电流采样端与采样电阻R的第一端电连接，采样电阻R的第二端接地，DC/DC驱动芯片9的控制信号输入端与控制芯片4电连接，电容C2的第一端作为恒流驱动模块5的输出正极，采样电阻R的第一端作为恒流驱动模块5的输出负极。

如图5所示，RC充放电电路单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2。其中，第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2组成充电电路；第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2组成放电电路。第一开关单元包括三极管Q1。第二开关单元包括MOS管Q2。

第一电阻R1的第一端与电源输入端VDD相连，第一电阻R1的第二端分别与第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端相连，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端相连，第二电阻R2的第二端与三极管Q1的基极相连，第三电阻R3的第一端与第二电阻R2的第二端相连，第三电阻R3的第二端与三极管Q1的发射极相连，第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端串联第四电阻R4以与信号输入端D相连，第一电容C1的第二端以及第二电容C2的第二端分别接地端，第一电阻R1的第二端还串联第五电阻R5以接地端。本申请RC充放电电路单元利用对电容充电，使其两端电压上升至第一开关单元导通。

控制芯片4可控制恒流驱动模块5输出电流的大小，从而控制LED灯的亮度。控制芯片4按照一定频率控制发红光的第一LED颗粒1、发绿光的第二LED颗粒2和发蓝光的第三LED颗粒3依次导通，同一时间最多只有一个LED颗粒处于导通状态，这样，每个LED颗粒工作时的电流就是恒流驱动模块5的输出电流，保证了输出电流的稳定。控制芯片4调节每个LED颗粒的导通时间t1，t2和t3，经过混光处理后，可以自由调节LED的色彩、色温和亮度。

本发明的一种LED驱动电路其驱动方法，包括以下步骤：控制芯片根据接收到的调光信号计算出恒流驱动模块需输出的电流大小，并控制恒流驱动模块工作，同时按照设定的工作频率f控制三个LED颗粒工作，控制芯片控制三个LED颗粒工作包括以下步骤：

S1：控制芯片根据接收到的调色信号计算出每个LED颗粒在一个工作周期T内需要点亮的时间，T=1/f=t1+t2+t3+t4，t1为第一LED颗粒需点亮的时间，t2为第二LED颗粒需点亮的时间，t3为第三LED颗粒需点亮的时间，t4为恒流驱动模块需关断的时间；

S2：控制芯片控制第一开关管导通t1时间，同时控制第二开关管和第三开关管断开；

S3：控制芯片控制第二开关管导通t2时间，同时控制第一开关管和第三开关管断开；

S4：控制芯片控制第三开关管导通t3时间，同时控制第一开关管和第二开关管断开；

S5：控制芯片控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开，同时控制恒流驱动模块停止工作t4时间；

S6：控制芯片控制恒流驱动模块开始工作，接着跳转至步骤S2。

工作频率f≥200HZ。如图3所示，PWM1为第一开关管的控制信号，PWM2为第二开关管的控制信号，PWM3为第三开关管的控制信号。多路LED负载采用顺序导通方式，即同时最多只有一路LED负载处于导通状态。这样，每路LED负载工作时的电流就是恒流驱动模块的输出电流。由于恒流驱动模块是恒流输出型，这样每路LED负载工作时的电流是恒定不变的。由于每路LED负载的导通电压不一致，根据LED厂商的规格资料，不同LED颗粒的导通压降是已知的参数，发红光的第一LED颗粒的导通压降约为2.1V，发绿光的第二LED颗粒的导通压降约为2.9V，发蓝光的第三LED颗粒的导通压降约为3V。这样，可以根据已知的导通压降，决定PWM信号的控制时序，本发明中的PWM信号的控制时序由低导通压降的LED支路逐步过渡到高导通压降的LED支路。第一个开通信号PWM1为红光导通控制信号，第二个开通信号PWM2为绿光导通控制信号，第三个开通信号PWM3为蓝光导通控制信号。这样做的目的是为了防止由高导通压降向低导通压降过渡过程中引起电流过冲。

当最高导通压降的LED支路开通完成后，在下一个周期开通最低导通压降LED支路前，引入一个死区时间t4，在t4时间段，控制芯片关断恒流驱动模块，让输出电压下降，在t4结束时，控制芯片使能开通恒流驱动模块，恒流驱动模块输出电流由0增加到设定值，这样可以避免最低导通压降开通时的电流过冲。控制芯片调节每路LED负载的导通时间t1、t2和t3，经过混光处理后，可以自由调节LED的色彩、色温和亮度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种LED驱动电路，用于驱动LED灯，其特征在于：所述LED灯包括发红光的第一LED颗粒、发绿光的第二LED颗粒和发蓝光的第三LED颗粒，所述LED驱动电路包括控制芯片、恒流驱动模块、第一开关管、第二开关管和第三开关管，控制芯片通过延时电路连接于第一开关管、第二开关管和第三开关管，所述第一LED颗粒、第一开关管和恒流驱动模块串联成一个回路，所述第二LED颗粒、第二开关管和恒流驱动模块串联成一个回路，所述第三LED颗粒、第三开关管和恒流驱动模块串联成一个回路，所述控制芯片分别与恒流驱动模块的控制端、第一开关管的控制端、第二开关管的控制端和第三开关管的控制端电连接；所述延时电路包括RC充放电电路单元、第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元包括三极管，第二开关单元包括MOS管，RC充放电电路单元与电源输入端以及信号输入端相连，三极管的基极和发射极与RC充放电电路单元相连，三极管的发射极还接地端，三极管的集电极与MOS管的栅极相连，MOS管的源极与信号输入端相连，MOS管的漏极与信号输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于：所述RC充放电电路单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2；其中，第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2组成充电电路；第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第二电容C2组成放电电路；第一开关单元包括三极管Q1；第二开关单元包括MOS管Q2，第一电阻R1的第一端与电源输入端VDD相连，第一电阻R1的第二端分别与第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端相连，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端相连，第二电阻R2的第二端与三极管Q1的基极相连，第三电阻R3的第一端与第二电阻R2的第二端相连，第三电阻R3的第二端与三极管Q1的发射极相连，第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端串联第四电阻R4以与信号输入端D相连，第一电容C1的第二端以及第二电容C2的第二端分别接地端，第一电阻R1的第二端还串联第五电阻R5以接地端。

3.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于：控制芯片可控制恒流驱动模块输出电流的大小，从而控制LED灯的亮度；控制芯片按照一定频率控制发红光的第一LED颗粒、发绿光的第二LED颗粒和发蓝光的第三LED颗粒依次导通，同一时间最多只有一个LED颗粒处于导通状态，这样，每个LED颗粒工作时的电流就是恒流驱动模块的输出电流，保证了输出电流的稳定，控制芯片调节每个LED颗粒的导通时间t1，t2和t3，经过混光处理后，可以自由调节LED的色彩、色温和亮度。

4.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于：所述恒流驱动模块包括DC/DC驱动芯片、电子开关S、二极管D、电感L、电容C1、电容C2和采样电阻R，电子开关S的输入端与电容C1的第一端和LED灯的电源正极电连接，电容C1的第二端接地，电子开关S的输出端与电感L的第一端和二极管D的阴极电连接，二极管D的阳极接地，电子开关S的控制端与DC/DC驱动芯片的控制信号输出端电连接，电感L的第二端与电容C2的第一端和DC/DC驱动芯片的电压采样端电连接，电容C2的第二端接地，DC/DC驱动芯片的电流采样端与采样电阻R的第一端电连接，采样电阻R的第二端接地，DC/DC驱动芯片的控制信号输入端与控制芯片电连接，电容C2的第一端作为恒流驱动模块的输出正极，采样电阻R的第一端作为恒流驱动模块的输出负极。

5.根据权利要求1所述的一种LED驱动电路，其特征在于：所述控制芯片为单片机。

6.一种LED驱动电路其驱动方法，包括以下步骤：

控制芯片根据接收到的调光信号计算出恒流驱动模块需输出的电流大小，并控制恒流驱动模块工作，同时按照设定的工作频率f控制三个LED颗粒工作，控制芯片控制三个LED颗粒工作包括以下步骤：

S1：控制芯片根据接收到的调色信号计算出每个LED颗粒在一个工作周期T内需要点亮的时间，T=1/f=t1+t2+t3+t4，t1为第一LED颗粒需点亮的时间，t2为第二LED颗粒需点亮的时间，t3为第三LED颗粒需点亮的时间，t4为恒流驱动模块需关断的时间；

S2：控制芯片控制第一开关管导通t1时间，同时控制第二开关管和第三开关管断开；

S3：控制芯片控制第二开关管导通t2时间，同时控制第一开关管和第三开关管断开；

S4：控制芯片控制第三开关管导通t3时间，同时控制第一开关管和第二开关管断开；

S5：控制芯片控制第一开关管、第二开关管和第三开关管断开，同时控制恒流驱动模块停止工作t4时间；

S6：控制芯片控制恒流驱动模块开始工作，接着跳转至步骤S2。

7.根据权利要求6所述的一种LED驱动电路的驱动方法，其特征在于：所述工作频率f≥200HZ。