CN103052201A - 一种led控制电路、一种led照明装置和短路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED控制电路，包括LED驱动器(1)、微控制器(2)、彼此串联在一起的多个负载组(LED string_1，.....LED string_N)、以及多个与各自的负载组并联的开关(S1，....SN)，其中LED驱动器向所述多个负载组供给驱动电流，所述微控制器通过各个控制线路(L1，.....LN)发送相应的脉宽调制信号(PWM_1，......PWM_N)以控制所述开关(S1，....SN)，其特征在于，还包括短路保护电路，所述短路保护电路从各个控制线路上采集所述脉宽调制信号(PWM_1，......PWM_N)，在所有所述脉宽调制信号均处于高电平时，所述短路保护电路向所述LED驱动器接口(3)输出信号使得所述LED驱动器(1)关闭以停止输出驱动电流。

Description

一种LED控制电路、一种LED照明装置和短路保护方法

技术领域

本发明涉及LED驱动领域，具体而言，涉及一种LED控制电路，LED照明装置和短路保护方法。 

背景技术

目前，颜色混合的构思已经被广泛地应用以用于获得具有预期的CCT(色温)和CRI(color rendering index)的白光。同时，对于电子驱动器的设计提出了很高的要求。电子驱动器应当能够驱动多个LED串。 

在现有技术中，用于驱动多个LED串的方案如图1所示。该方案的优点在于其仅仅需要一个DC/DC转换器以用于全部的LED串。而在传统的方案中，DC/DC转换器的数量与LED串的数量是相同的。如图1所示，在该方案中存在N个通道的LED串，即从LED string_1至LED string_N的LED串。从MCU(即微控制器)中输出多个PWM信号-PWM_1至PWM_N，以控制在PWM模式下的LED string_1至LED string_N的电流。该方案的缺点在于，当所有的PWM信号处于高电位的时候，所有的开关将会打开并且将所有的LED串短接。因此将会引起短路，使得LED驱动器产生故障。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED控制电路，所述LED控制电路可以克服现有技术中的缺点，具有安全性高、响应快的优点。 

根据本发明的目的通过这样一种LED控制电路来实现：一种LED控制电路，包括LED驱动器、微控制器、彼此串联在一起的多个负载组、以及多个与各自的负载组并联的开关，其中LED驱动器向所述多个负载组供给驱动电流，所述微控制器通过各个控制线路发送相应的脉宽调制信号以控制所述开关，其特征在于，还包括短路保护电路，所述短路保护电路从各个控制线路上采集所述脉宽调制信号，在所有所述脉宽调制信号均处于高电平时，所述短路保护电路向所述LED驱动器的接口输出信号使得所述LED驱动器关闭以停止输出驱动电流。利用具有上述特征的短路保护电路，可以提高控制电路的安全性，并且实现快速响应。 

在一种情况下，所述LED驱动器的接口是高电平有效。在高电平有效的情况下，可以提供以下三个具体实施例。 

根据第一优选实施例，所述短路保护电路包括具有多个二极管的二极管网络，所述二极管的负极端分别连接到各自的控制线路并且所述二极管的正极端经分压电阻与供电电源连接，所述共正极端连接所述LED驱动器的接口。该第一实施例的优点是电路较为简化，通过二极管网络就可以实现控制LED驱动器的高电平。 

根据第二优选实施例，所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管的第一晶体管网络以及第二晶体管，第一晶体管的控制电极分别经各自的所述第一控制电极电阻连接到各自的控制线路，所述第一晶体管的参考电极连接到供电电源，所述第一晶体管的工作电极为共工作电极并经所述共工作电极电阻连接参考电位，第二晶体管的控制电极经第二控制电极电阻连接至所述第一晶体管的共工作电极，所述第二晶体管的参考电极连接到参考电位并且其工作电极由供电电源经所述第二工作电极电阻供电，所述第二晶体管的工作电极连接所述LED驱动器的接口。该第二实施例同样可以实现短路保护。 

根据第三优选实施例，所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管的第一晶体管网络以及具有多个第二晶体管的第二晶体管网络，所述第一晶体管的控制电极分别经第一控制电极电阻连接到各自的控制线路并且其工作电极分别经各自的第一工作电极电阻连接到供电电源，以及其参考电极共同连接到参考电位，所述第二晶体管的控制电极连接到所述第一晶体管的工作电极，并且其工作电极为共工作电极并经第二共工作电极电阻连接到供电电源以及其参考电极连接到参考电位，所述第二晶体管的共工作电极连接所述LED驱动器的接口。该实施例的优点可以利用第一晶体管网络来实现将脉宽调制信号反相，利用第二晶体管网络实现逻辑“或非”功能。该第三实施例同样可以实现上述短路保护功能。 

在所述LED驱动器的接口是低电平有效的情况下，相应也可以提供以下三个具体实施例。 

根据本发明的第四实施例和第一实施例相对应，不同的是，为了适应低电平有效的这种情况，在二极管网络以外另外加设了一个晶体管。具体方案为：所述短路保护电路包括具有多个二极管的二极管网络和晶体管，所述二极管的负极端分别连接到各自的控制线路并且所述二极管的正极端为共正极端并经一个分压电阻与供电电源连接，所述共正极端连接至所述晶体管的控制电极，所述晶体管的工作电极连接所述LED驱动器的接口并且其参考电极连接参考电位。该实施例同样具有电路较为简化的优点。 

根据本发明的第五实施例和第二实施例相对应，不同的是，为了适应低电平有效的这种情况，省去了第二晶体管。具体方案为：所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管的第一晶体管网络，第一晶体管的控制电极分别经各自的所述第一控制电极电阻连接到各自的控制线路，所述第一晶体管的参考电极连接到供电电源，所述第一晶体管的工作电极为共工作电极并经所述共工作电极电阻连接参考电位，所述第一晶体管的共工作电极 连接所述LED驱动器的接口。该第五实施例同样能够实现上述短路保护功能。 

根据本发明的第六实施例和第三实施例相对应，不同的是，为了适应低电平有效的这种情况，在第一晶体管网络、第二晶体管网络以外另外加设了一个第三晶体管。具体方案为：所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管的第一晶体管网络、具有多个第二晶体管的第二晶体管网络以及第三晶体管，所述第一晶体管的控制电极分别经第一控制电极电阻连接到各自的控制线路并且其工作电极分别经各自的第一工作电极电阻连接到供电电源，以及其参考电极共同连接到参考电位，所述第二晶体管的控制电极连接到所述第一晶体管的工作电极，并且其工作电极为共工作电极并经第二共工作电极电阻连接到供电电源以及其参考电极连接到参考电位，所述第三晶体管的控制电极连接所述第二晶体管的共工作电极并且所述第三晶体管的工作电极连接所述LED驱动器的接口，其参考电极连接至所述参考电位。该实施例的优点可以利用第一晶体管网络来实现将脉宽调制信号反相，利用第二晶体管网络实现逻辑“或非”功能，利用第三晶体管实现另一次反相。该第六实施例同样可以实现上述短路保护功能。 

本发明还涉及一种LED照明装置，包括具有上述特征的LED控制电路。 

本发明相应涉及一种短路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：a)从连接在微控制器和多个与各自的负载组并联的开关之间的控制线路上采集各自的脉宽调制信号，b)如果所有所述脉宽调制信号均处于高电平，向LED驱动器接口输出使得所述LED驱动器关闭的信号，以停止向所述负载供给驱动电流，否则LED驱动器向所述负载组供给驱动电流，从而可以提高控制电路的安全性，并且实现快速响应。 

根据本发明的LED控制电路以及短路保护方法具有安全性好、反应较快的优点。 

附图说明

附图中，在不同的视图中，相似的参考标号通常指相同的部分。在下列说明书中，参照下列附图，描述了本发明的各种实施例，其中： 

图1示出了现有技术中的LED控制电路； 

图2示出了根据本发明的LED控制电路的第一、第四具体实施例； 

图3示出了图2中的LED控制电路的各个信号的时序图； 

图4示出了根据本发明的LED控制电路的第二、第五具体实施例； 

图5示出了根据本发明的LED控制电路的第三、第六具体实施例； 

图6示出了根据本发明的短路保护方法的流程图。 

具体实施方式

图2示出了根据本发明的LED控制电路的第一、第四具体实施例。根据本发明的LED控制电路包括LED驱动器1、微控制器2、彼此串联在一起的多个负载组LED string_1，.....LED string_N。彼此串联在一起的多个负载组LED string_1，.....LED string_N连接在LED驱动器1的两端，接收来自LED驱动器1的驱动电流Io。设置有多个开关S1，....SN，分别与各自的负载组LED string_1，.....LED string_N并联，微控制器MCU 2通过相应的控制线路L1，.....LN发送相应的脉宽调制信号PWM_1，......PWM_N以控制开关S1，....SN，以短接或连接各自的负载组。 

根据本发明提供了短路保护电路，短路保护电路从各个控制线路L1，.....LN上采集脉宽调制信号PWM_1，......PWM_N，在所有脉宽调制信号均处于高电平时，短路保护电路向LED驱动器接口3输出信号，使得 LED驱动器1关闭以停止输出驱动电流，而脉宽调制信号中之一处于低电平时，LED驱动器1正常输出驱动电流。 

在该第一、第四具体实施例中，短路保护电路包括具有多个二极管D1，....Dn的二极管网络或者包括具有多个二极管D1，....Dn的二极管网络和晶体管，以分别与LED驱动器接口3为高电平有效或者低电平有效的情形相匹配。在LED驱动器接口3为高电平有效的情况下，二极管的负极端分别连接到各自的控制线路L1，.....LN，用于采集脉宽调制信号PWM_1，......PWM_N，二极管的正极端为共正极端。该共正极端通过分压电阻R1与供电电源Vdd连接。该共正极端连接LED驱动器接口3，以输出信号，如图中可以从Point 1处引出信号。在LED驱动器接口为低电平有效的情况下，需要另外加设一个晶体管Q1，晶体管Q1的控制电极连接至共正极端，晶体管的工作电极连接到LED驱动器的接口并且其参考电极连接至参考电位。共正极端连接至晶体管Q1的控制电极，晶体管的工作电极连接LED驱动器的接口并且其参考电极连接至参考电位。 

图3示出了图2中的LED控制电路的各个信号的时序图，图中示意为LED驱动器接口为低电平有效的情况。从中可以看出，例如脉宽调制信号PWM_1，......PWM_N的波形分别如CH1，....CHn示出，而晶体管Q1的控制电极，即图中point1处的波形如CHn+1所示，并且LED驱动器输出的驱动电流Io的波形如CHn+2所示。可以看到在t0-t1，t2-t3，以及t4-t5时刻的波形，此时所有的PWM信号都是高电平的，此时会将整个LED灯串即负载组LED string_1，.....LED string_N短路掉，但是，晶体管Q1的控制电极处，即Point1处的逻辑电压却转变为高电平，从而关闭了LED驱动器，防止了对于负载组进行短路带来的损失。 

图4示出了根据本发明的LED控制电路的第二、第五具体实施例。在第二、第五具体实施例中，短路保护电路包括具有多个第一晶体管Q1′，…Qn′的第一晶体管网络以及第二晶体管Qn+1′或者仅仅包括具有多个第一晶体管Q1′，…Qn′的第一晶体管网络，以分别与LED驱动器接口 3为高电平有效或者低电平有效的情形相匹配。在LED驱动器接口3为高电平有效的情况下，第一晶体管Q1′，…Qn′的控制电极分别经各自的第一控制电极电阻R1′，......Rn′连接到各自的控制线路L1，.....LN，第一晶体管的参考电极Q1′，…Qn′连接到供电电源Vdd，第一晶体管的工作电极为共工作电极并经共工作电极电阻Rn+1′连接参考电位，第二晶体管Qn+1′的控制电极经第二控制电极电阻Rn+2′连接至第一晶体管的共工作电极，第二晶体管Qn+1′的参考电极连接到参考电位并且其工作电极由供电电源Vdd经第二工作电极电阻Rn+3供电，第一晶体管Q1′，…Qn′的共工作电极连接LED驱动器接口3，可以从图中的Point 2处引出信号。在LED驱动器接口3为低电平有效的情况下，无需第二晶体管Qn+1′以及其第二控制电极电阻Rn+2、第二工作电极电阻Rn+3。此时，各第一晶体管Q1′，…Qn′的共工作电极连接LED驱动器3的接口，可以从图中的Point 1处引出信号。 

图5示出了根据本发明的LED控制电路的第三、第六具体实施例。在第三、第六具体实施例中，短路保护电路包括具有多个第一晶体管Q1″，…Qn″的第一晶体管网络以及具有多个第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的第二晶体管网络或者包括具有多个第一晶体管Q1″，…Qn″的第一晶体管网络、具有多个第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的第二晶体管网络以及第三晶体管，以分别与LED驱动器接口3为高电平有效或者低电平有效的情形相匹配。在LED驱动器接口3为高电平有效的情况下，第一晶体管Q1″，…Qn″的控制电极分别经第一控制电极电阻R1″，.....Rn″连接到各自的控制线路L1，.....LN并且其工作电极分别经各自的第一工作电极电阻Rn+1″，....R2n″连接到供电电源Vdd，以及其参考电极共同连接到参考电位，第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的控制电极分别连接到各自第一晶体管的工作电极，并且其工作电极为共工作电极并经第二共工作电极电阻R2n+1″连接到供电电源Vdd以及其参考电极连接到参考电位，第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的共工作电极连接LED驱动器接口3，可以从图中的Point 1处引出信号。在LED驱动器接口3为低电平有效的情况下，需要 另外加设第三晶体管Q2n+1″，实现另一次反相，此时第三晶体管Q2n+1″的控制电极连接第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的共工作电极并且第三晶体管Q2n+1″的工作电极连接所述LED驱动器接口3，其参考电极连接至所述参考电位。在本发明的各个实施例中，晶体管可以MOS管或者三极晶体管，例如N-MOS管或者N-P-N三极晶体管。 

图6示出了根据本发明的短路保护方法的流程图。该短路保护方法包括：a)从连接在微控制器和多个与各自的负载组并联的开关之间的控制线路L1，....LN上采集各自的脉宽调制信号，b)如果所有脉宽调制信号均处于高电平，向LED驱动器输出使得LED驱动器关闭的信号，以停止向负载供给驱动电流，否则LED驱动器向负载组供给驱动电流。 

与上述第一至第六实施例相对应的是，在步骤b)中利用具有多个二极管D1，....Dn的二极管网络以产生用于LED驱动器接口的高电平信号或者利用所述二极管网络和晶体管以产生用于LED驱动器接口的低电平信号。在步骤b)中利用具有多个第一晶体管Q1′，…Qn′的第一晶体管网络产生用于LED驱动器接口的低电平信号或者利用第一晶体管网络和第二晶体管产生用于LED驱动器接口的高电平信号。在步骤b)中利用具有多个第一晶体管Q1′，…Qn′的第一晶体管网络以及具有多个第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的第二晶体管网络产生用于LED驱动器接口的高电平信号或者利用具有多个第一晶体管Q1′，…Qn′的第一晶体管网络、具有多个第二晶体管Qn+1″，....Q2n″的第二晶体管网络以及第三晶体管产生用于LED驱动器接口的低电平信号。 

参考标号列表： 

1LED驱动器 

2微控制器 

3LED驱动器接口 

LED string_1，.....LED string_N负载组 

S1，....SN开关 

L1...LN控制线路 

PWM_1，......PWM_N脉宽调制信号 

Vdd供电电源 

D1，....Dn二极管 

R1分压电阻 

Q1晶体管 

Q1′，....Qn′第一晶体管 

Qn+1′第二晶体管 

R1′，....Rn′第一控制电极电阻 

Rn+1′共工作电极电阻 

Rn+2′第二控制电极电阻 

Rn+3′第二工作电极电阻 

Q1″，…Qn″第一晶体管 

Qn+1″，....Q2n″第二晶体管 

R1″，...Rn″第一控制电极电阻 

Rn+1″，....R2n″第一工作电极电阻 

R2n+1″第二共工作电极电阻 

Qn+1″，....Q2n″第二晶体管 

Q2n+1″第三晶体管 

Claims (14)

1.一种LED控制电路，包括LED驱动器(1)、微控制器(2)、彼此串联在一起的多个负载组(LED string_1，.....LED string_N)、以及多个与各自的负载组并联的开关(S1，....SN)，其中LED驱动器(1)向所述多个负载组供给驱动电流，所述微控制器(2)通过各个控制线路(L1，.....LN)发送相应的脉宽调制信号(PWM_1，.....PWM_N)以控制所述开关(S1，....SN)，其特征在于，还包括短路保护电路，所述短路保护电路从各个控制线路上采集所述脉宽调制信号(PWM_1，......PWM_N)，在所有所述脉宽调制信号均处于高电平时，所述短路保护电路向所述LED驱动器接口(3)输出信号使得所述LED驱动器(1)关闭以停止输出驱动电流。

2.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于，所述LED驱动器接口(3)是高电平有效。

3.根据权利要求2所述的LED控制电路，其特征在于，所述短路保护电路包括具有多个二极管(D1，....Dn)的二极管网络，所述二极管的负极端分别连接到各自的控制线路(L1，.....LN)并且所述二极管的正极端经分压电阻(R1)与供电电源(Vdd)连接，所述共正极端连接所述LED驱动器接口(3)。

4.根据权利要求2所述的LED控制电路，其特征在于，所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管(Q1′，…Qn′)的第一晶体管网络以及第二晶体管(Qn+1′)，第一晶体管(Q1′，…Qn′)的控制电极分别经各自的所述第一控制电极电阻(R1′，…Rn′)连接到各自的控制线路(L1，.....LN)，所述第一晶体管的参考电极连接到供电电源(Vdd)，所述第一晶体管的工作电极为共工作电极并经共工作电极电阻(Rn+1′)连接参考电位，第二晶体管的控制电极经第二控制电极电阻(Rn+2′)连接至所述第一晶体管的共工作电极，所述第二晶体管(Qn+1′)的参考电极连接到参考电位并且其工作电极由供电电源(Vdd)经所述第二工作电极电阻(Rn+3′)供电，所述第二晶体管的工作电极连接所述LED驱动器接口(3)。

5.根据权利要求2所述的LED控制电路，其特征在于，所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管(Q1″，…Qn″)的第一晶体管网络以及具有多个第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的第二晶体管网络，所述第一晶体管(Q1″，….Qn″)的控制电极分别经第一控制电极电阻(R1″，...Rn″)连接到各自的控制线路(L1，.....LN)并且其工作电极分别经各自的第一工作电极电阻(Rn+1″，....R2n″)连接到供电电源(Vdd)，以及其参考电极共同连接到参考电位，所述第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的控制电极分别连接到相对应的所述第一晶体管的工作电极，并且其工作电极为共工作电极并经第二共工作电极电阻(R2n+1″)连接到供电电源(Vdd)以及其参考电极连接到参考电位，所述第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的共工作电极连接所述LED驱动器接口(3)。

6.根据权利要求1所述的LED控制电路，其特征在于，所述LED驱动器接口(3)是低电平有效。

7.根据权利要求6所述的LED控制电路，其特征在于，所述短路保护电路包括具有多个二极管(D1，....Dn)的二极管网络和晶体管(Q1)，所述二极管的负极端分别连接到各自的控制线路(L1，.....LN)并且所述二极管的正极端经分压电阻(R1)与供电电源(Vdd)连接，所述共正极端连接至所述晶体管(Q1)的控制电极，所述晶体管的工作电极连接所述LED驱动器接口(3)并且其参考电极连接参考电位。

8.根据权利要求6所述的LED控制电路，其特征在于，所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管的第一晶体管网络，第一晶体管(Q1′，…Qn′)的控制电极分别经各自的所述第一控制电极电阻(R1′，…Rn′)连接到各自的控制线路(L1，.....LN)，所述第一晶体管的参考电极连接到供电电源(Vdd)，所述第一晶体管的工作电极为共工作电极并经所述共工作电极电阻(Rn+1′)连接参考电位，所述第一晶体管的共工作电极连接所述LED驱动器接口(3)。

9.根据权利要求6所述的LED控制电路，其特征在于，所述短路保护电路包括具有多个第一晶体管(Q1″，…Qn″)的第一晶体管网络、具有多个第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的第二晶体管网络以及第三晶体管(Q2n+1″)，所述第一晶体管的控制电极分别经第一控制电极电阻(R1″，...Rn″)连接到各自的控制线路(L1，.....LN)并且其工作电极分别经各自的第一工作电极电阻(Rn+1″，....R2n″)连接到供电电源(Vdd)，以及其参考电极共同连接到参考电位，所述第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的控制电极分别连接到相对应的所述第一晶体管的工作电极，并且其工作电极为共工作电极并经第二共工作电极电阻(R2n+1″)连接到供电电源(Vdd)以及其参考电极连接到参考电位，所述第三晶体管(Q2n+1″)的控制电极连接所述第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的共工作电极并且所述第三晶体管(Q2n+1″)的工作电极连接所述LED驱动器接口(3)，其参考电极连接至所述参考电位。

10.一种LED照明装置，包括根据权利要求1-9中任一项所述的LED控制电路。

11.一种短路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)从连接在微控制器(2)和多个与各自的负载组(LED string_1，.....LED string_N)并联的开关(S1，....SN)之间的控制线路上(L1，....LN)采集各自的脉宽调制信号(PWM_1，......PWM_N)，

b)如果所有所述脉宽调制信号(PWM_1，......PWM_N)均处于高电平，向LED驱动器接口输出使得所述LED驱动器关闭的信号，以停止向所述负载供给驱动电流，。

12.根据权利要求11所述的短路保护方法，其特征在于，在步骤b)中利用具有多个二极管(D1，....Dn)的二极管网络以产生用于LED驱动器接口的高电平信号或者利用所述二极管网络和晶体管以产生用于LED驱动器接口的低电平信号。

13.根据权利要求11所述的短路保护方法，其特征在于，在步骤b)中利用具有多个第一晶体管(Q1′，…Qn′)的第一晶体管网络产生用于LED驱动器接口的低电平信号或者利用所述第一晶体管网络和第二晶体管产生用于LED驱动器接口的高电平信号。

14.根据权利要求11所述的短路保护方法，其特征在于，在步骤b)中利用具有多个第一晶体管(Q1″，…Qn″)的第一晶体管网络以及具有多个第二晶体管(Qn+1″，...Q2n″)的第二晶体管网络产生用于LED驱动器接口的高电平信号或者利用具有多个第一晶体管(Q1′，…Qn′)的第一晶体管网络、具有多个第二晶体管(Qn+1″，....Q2n″)的第二晶体管网络以及第三晶体管(Q2n+1″)产生用于LED驱动器接口的低电平信号。

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