CN201550321U - 一种led驱动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种LED驱动控制装置，包括：单片机模块和电连接到所述单片机模块的至少一个后级功能模块；其中所述单片机模块包括：数模转换单元，用于电连接到所述至少一个后级功能模块的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；控制信号产生单元，用于接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号；所述至少一个后级功能模块电连接到控制信号产生单元的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。本实用新型的LED驱动控制装置选用单片机模块以及辅助元件来实现LED驱动控制，成本低、性价比高。
Description
技术领域
本实用新型涉及驱动控制领域，更具体地说，涉及一种LED驱动控制装置。
背景技术
发光二极管(LED)广泛应用于LED显示屏、LED照明、手机和液晶电视用LED背光源中。为了降低LED驱动电路成本，一般而言，LED以串联方式连接，然后接入驱动电路中。例如，LED驱动电路输出36伏可驱动由10颗LED组成的串联组，输出60伏可驱动由16颗LED组成的串联组，输出168伏可驱动由48颗LED组成的串联组。
目前，现有的LED驱动集成电路(简称IC)，驱动电压大多在60伏(简称低压)以下，只有部分LED驱动IC能够输出120伏(简称高压)以上。常规的LED驱动IC的典型应用电路如图1所示。以驱动3个LED串联组为例，VIN是输入电压，一般为12V或24V，经升压电路升至输出电压VOUT，输出电压VOUT是可变的，视每组中LED的个数而定，受集成电路的ISEN1、ISEN2、ISEN3引脚耐压所限，VOUT有一个最大值，一般为60V左右，由此限制了每串中的LED个数一般为16颗以内。
在照明LED光源、液晶电视用LED背光源应用中，大多采用多片高压LED驱动IC来驱动多个LED串，驱动成本相对较高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的多片高压LED驱动IC来驱动多个LED串，驱动成本相对较高的缺陷，提供一种成本较低，性价比较高的LED驱动控制装置。
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LED驱动控制装置，包括：单片机模块和电连接到所述单片机模块的至少一个后级功能模块；
其中所述单片机模块包括：
数模转换单元，用于电连接到所述至少一个后级功能模块的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；
控制信号产生单元，用于接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号；
所述至少一个后级功能模块电连接到控制信号产生单元的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述控制信号包括输出电压控制信号和PWM控制信号。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述预设策略包括当所述数字采样信号大于预设值时，减小输出电压控制信号的占空比，控制输出电压减少；当所述数字采样信号小于预设值时，增大输出电压控制信号的占空比，控制输出电压增加。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述后级功能模块包括：采样电阻、第一晶体管、升压单元和LED串；其中，所述升压单元的电压输入端连接到输入电压、控制信号输入端接收所述输出电压控制信号、输出端连接到LED串的正极，所述第一晶体管的源极经采样电阻接地、漏极接收PWM控制信号、栅极连接到所述LED串的负极，所述采样电阻和所述第一晶体管的源极的连接点为所述后级功能模块的采样输出端。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述LED串的亮度与所述PWM控制信号的占空比成正比。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述升压单元包括：电感、二极管、第二晶体管、第一电阻和电容；其中所述电感的一端连接到电压输入端、另一端连接到所述二极管的阳极和所述第二晶体管的栅极，所述二极管的阴极连接到所述输出端和电容的正极，所述电容的负极接地，所述第二晶体管的源极经第一电阻接地，漏极控制信号输入端。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述后级功能模块进一步包括用于检测过压信号的过压检测单元；所述单片机模块包括关断单元，所述关断单元连接到所述过压检测单元的信号输出端以接收所述过压信号并基于所述过压信号和预设的过压保护阈值生成用关闭LED串的关断信号。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述过压保护单元包括串联到所述输出端和地之间的第二电阻和第三电阻，所述关断单元连接到所述第二电阻和第三电阻的连接点以接收过压信号。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述第一晶体管和第二晶体管是N型MOS管，所述二极管是肖特基二极管。
在本实用新型所述的LED驱动控制装置中，所述单片机模块是多通道模数单片机，每个通道可控制所有后级功能模块。
实施本实用新型的LED驱动控制装置，具有以下有益效果：
1、与现有的专用高压LED驱动IC相比，选用AD单片机以及辅助元件来实现LED驱动控制，成本更低、性价比更高，并且电路灵活、易于升级；
2、独立驱动每一个LED串，电路参数可独立调整，每一串的能量损耗可以做到最低，因而产品节能环保，且容易实现各LED串的电流平衡，确保每个LED串亮度的一致性。
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是常规LED驱动集成电路的典型应用电路图；
图2是本实用新型的驱动控制装置的第一实施例的原理框图；
图3是本实用新型的驱动控制装置的第二实施例的电路原理框图；
图4是本实用新型的驱动控制装置的第三实施例的后级功能模块的电路原理图；
图5是本实用新型的驱动控制装置的单片机模块的工作流程图。
具体实施方式
图2是本实用新型的驱动控制装置的第一实施例的原理框图。如图2所示，本实用新型的LED驱动控制装置包括单片机模块100和电连接到所述单片机模块100的至少一个后级功能模块200。所述单片机模块100包括：数模转换单元101和控制信号产生单元102。该数模转换单元101用于电连接到所述至少一个后级功能模块200的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；控制信号产生单元102用于接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号。所述至少一个后级功能模块200电连接到控制信号产生单元102的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。
图3是本实用新型的驱动控制装置的第二实施例的电路原理框图。如图3所示，该驱动控制装置包括单片机模块100和后级功能模块21、22、…、2n。该单片机模块100是AD型单片机，其内部集成多通道AD转换电路、多通道PWM电路。例如可采用STC12C5410AD，其内部集成了8通道AD转换电路、4通道PWM电路，最多可控制4串LED。如图3所示，所述后级功能模块21、22、…、2n的电压输入端VIN分别接收输入电压。单片机模块100通过多个ISEN1-n引脚分别从后级功能模块21，22，...，2n的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号，随后基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号。在本实施例中，所述控制信号包括输出电压控制信号和PWM控制信号。该输出电压控制信号分别通过引脚Gate1-n传送给后级功能模块21，22，...，2n。该PWM控制信号分别通过引脚PWM1-n传送给后级功能模块21，22，...，2n。在本实施例中，所述预设策略包括当所述数字采样信号大于预设值时，减小输出电压控制信号的占空比，控制输出电压减少；当所述数字采样信号小于预设值时，增大输出电压控制信号的占空比，控制输出电压增加。在本实用新型的简化实施例中，该控制信号可只包括电压控制信号或PWM控制信号。根据本实用新型的教导，本领域技术人员可以按照实际情况设置控制信号的种类。
在本实用新型的一个优选实施例中，单片机模块100还可通过多个OVP1-n引脚从后级功能模块21，22，...，2n的信号输出端接收过压信号，并将该过压信号与预设过压保护阈值进行比较，当接收到的该过压信号大于预设过压保护阈值，该单片机模块100执行中断程序，关闭本通道的LED驱动电路，起到过压保护作用。
图4是本实用新型的驱动控制装置的第三实施例的后级功能模块的电路原理图。下面结合图4示出的实施例对本实用新型的驱动控制装置的工作原理进行说明。
如图4所示，本实用新型的后级功能模块包括采样电阻7、第一晶体管6、升压单元11、LED串10和过压保护单元12。所述升压单元11的电压输入端Vin连接到输入电压、控制信号输入端Gate接收所述输出电压控制信号、输出端VOUT连接到LED串10的正极，所述第一晶体管6的源极经采样电阻7接地、漏极接收PWM控制信号、栅极连接到所述LED串10的负极。所述采样电阻7和所述第一晶体管6的源极的连接点为所述后级功能模块200的采样输出端。该过压检测单元12连接到所述输出端VOUT和地之间。
在该实施例中，所述单片机模块100包括关断单元103(未示出)，所述关断单元103连接到所述过压检测单元12的信号输出端OVP以接收所述过压信号并基于所述过压信号和预设的过压保护阈值生成用关闭LED串10的关断信号。
如图所示，所述升压单元11包括：电感1、二极管2、第二晶体管3、第一电阻4和电容5；其中所述电感1的一端连接到电压输入端Vin、另一端连接到所述二极管2的阳极和所述第二晶体管3的栅极，所述二极管2的阴极连接到所述输出端VOUT和电容5的正极，所述电容5的负极接地，所述第二晶体管3的源极经第一电阻4接地，漏极控制信号输入端Gate。所述过压保护单元12包括串联到所述输出端VOUT和地之间的第二电阻8和第三电阻9，所述关断单元103连接到所述第二电阻8和第三电阻9的连接点以接收过压信号。在本实用新型的其他实施例中，也可以采用其他的过压保护单元12，本领域技术人员熟悉各种过压保护单元的构造和使用，在此各种过压保护单元都可在本实用新型中使用。在本实用新型的简化实施例中，也可不包括过压保护单元。
下面结合图4对本实用新型的驱动控制装置的工作原理进行说明：
升压单元11在从控制信号输入端Gate接收所述输出电压控制信号的控制下，将从电压输入端Vin接收到的输入电压VIN在输出端(VOUT)升至设定输出电压。所述输出电压控制信号是一个频率为几百kHz的脉宽调制信号(PWM信号)。该设定输出电压略高于LED串的LED正向电压VF的总和。
电阻4是限流保护电阻。电阻8和电阻9构成分压电路，分压值OVP＝R9*VOUT/(R8+R9)，OVP输入至单片机模块100的OVP1引脚，，当VOUT过高，分压值OVP达到“过压保护阈值”时，单片机模块100中的关断单元(未示出)执行中断程序，关闭本通道的LED驱动电路，起到过压保护作用。
电阻7是采样电阻。采样电压经ISEN引脚输入至单片机模块100。该单片机模块100将采样电压(模拟值)转换成数字信号后根据以下策略来产生输出电压控制信号。升压单元11通过控制信号输入端Gate接收该输出电压控制信号从而控制输出电压。
当采样电压超过预设值V0(V0一般为0.2～1.5V)时，减少输出电压控制信号的占空比，使输出电压VOUT减少；反之，当采样电压低于预设值V0时，增加输出电压控制信号的占空比，使输出电压VOUT增加。经过以上策略控制后，采样电压在V0上下波动。
其中单片机模块100的控制流程如图5所示。在步骤S1中，在上电后，设定过压保护阈值Vth，参考电压Vref。在本实用新型的另一实施例中，该过压保护阈值Vth和参考电压Vref可以是先存储在单片机模块中的，无需重新进行设定。
在步骤S2中，判定分压值OVP是否大于过压保护阈值Vth。在本实用新型的优选实施例中，也可以是判定分压值OVP是否大于或等于过压保护阈值Vth。当判定分压值OVP大于过压保护阈值Vth时，执行步骤S3，否则执行步骤S5。
在步骤S3中，单片机模块100执行中断，关闭本通道电路，接着执行步骤S4。
在步骤S4中，延时10ms，并返回步骤S2，再次进行判断，如此循环。在本实用新型的其他实施例中，也可以延时其他时间。
在步骤S5中，判断从ISEN引脚接收到的采样电压是否大于参考电压Vref，如果是执行步骤S7减少输出电压控制信号的占空比，使输出电压减少，随后返回步骤S2，进入循环。否则执行步骤S6，增加输出电压控制信号的占空比，使输出电压增加，随后返回步骤S2，进入循环。增加或减少的程度何以由本领域技术人员根据实际情况进行确定。
由于LED串的平均亮度与PWM控制信号的占空比成正比，当PWM控制信号的占空比为100％时，LED串亮度最高，当PWM控制信号的占空比为0时，LED串不亮。电阻7的电阻值R决定了通过LED串的电流值ILED：ILED＝Vref/R。
由于每个后级功能模块的PWM控制信号相互独立，各个LED串的发光亮度也相互独立，各LED串的发光顺序(相位)也可独立控制，可以同时，也可以有序地错位，这一特点对液晶电视用LED背光源特别有用，可实现“背光源扫描技术”。
同样，由于各后级功能模块独立工作，独立调整各模块的参数，使每一后级功能模块的电能损耗设计到最低，相应地，产品的能效指标很高，做到节能环保。
本实用新型中，AD型单片机模块的工作电压为3.3～5V，后级功能模块中的元器件的耐压值为VOUT，选取耐压值足够的元器件，即可获得一百多伏的高压驱动能力，一片AD型单片机(例如，STC12C5410AD)可组成4串LED高压驱动电路，而一片AD型单片机的价格，略低于只能驱动单串的高压LED驱动IC价格，可见，本实用新型具有明显的价格优势。
本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合或材料，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
Claims (10)
1.一种LED驱动控制装置，其特征在于，包括：单片机模块(100)和电连接到所述单片机模块(100)的至少一个后级功能模块(200)；
其中所述单片机模块(100)包括：
数模转换单元(101)，用于电连接到所述至少一个后级功能模块(200)的采样输出端以接收模拟采样信号，并将所述模拟采样信号转换成数字采样信号；
控制信号产生单元(102)，用于接收所述数字采样信号并基于所述数字采样信号和预设策略生成控制信号；
所述至少一个后级功能模块(200)电连接到控制信号产生单元(102)的至少一个输出端以接收所述控制信号并基于所述控制信号调整输出电压和/或LED亮度。
2.根据权利要求1所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述控制信号包括输出电压控制信号和PWM控制信号。
3.根据权利要求2所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述预设策略包括当所述数字采样信号大于预设值时，减小输出电压控制信号的占空比，控制输出电压减少；当所述数字采样信号小于预设值时，增大输出电压控制信号的占空比，控制输出电压增加。
4.根据权利要求3所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述后级功能模块(200)包括：采样电阻(7)、第一晶体管(6)、升压单元(11)和LED串(10)；其中，所述升压单元(11)的电压输入端(Vin)连接到输入电压、控制信号输入端(Gate)接收所述输出电压控制信号、输出端(VOUT)连接到LED串(10)的正极，所述第一晶体管(6)的源极经采样电阻(7)接地、漏极接收PWM控制信号、栅极连接到所述LED串(10)的负极，所述采样电阻(7)和所述第一晶体管(6)的源极的连接点为所述后级功能模块(200)的采样输出端。
5.根据权利要求4所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述LED串(10)的亮度与所述PWM控制信号的占空比成正比。
6.根据权利要求4所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述升压单元(11)包括：电感(1)、二极管(2)、第二晶体管(3)、第一电阻(4)和电容(5)；其中所述电感(1)的一端连接到电压输入端(Vin)、另一端连接到所述二极管(2)的阳极和所述第二晶体管(3)的栅极，所述二极管(2)的阴极连接到所述输出端(VOUT)和电容(5)的正极，所述电容(5)的负极接地，所述第二晶体管(3)的源极经第一电阻(4)接地，漏极控制信号输入端(Gate)。
7.根据权利要求4所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述后级功能模块(200)进一步包括用于检测过压信号的过压检测单元(12)；所述单片机模块(100)包括关断单元(103)，所述关断单元(103)连接到所述过压检测单元(12)的信号输出端(OVP)以接收所述过压信号并基于所述过压信号和预设的过压保护阈值生成用关闭LED串(10)的关断信号。
8.根据权利要求7所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述过压保护单元(12)包括串联到所述输出端(VOUT)和地之间的第二电阻(8)和第三电阻(9)，所述关断单元(103)连接到所述第二电阻(8)和第三电阻(9)的连接点以接收过压信号。
9.根据权利要求6所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述第一晶体管(6)和第二晶体管(3)是N型MOS管，所述二极管(2)是肖特基二极管。
10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的LED驱动控制装置，其特征在于，所述单片机模块(100)是多通道模数单片机，每个通道可控制所有后级功能模块(200)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100811 Termination date: 20120928 |