CN209526919U - 三色led氛围灯控制电路 - Google Patents

Abstract

一种三色LED氛围灯控制电路，包括电源电路、主控制电路、中间电路和氛围灯驱动电路。电源电路分别与中间电路和氛围灯驱动电路连接；中间电路分别与主控制电路以及汽车车身总线连接；主控制电路包括单片机。其中，氛围灯驱动电路包括三路LED支路，每一路LED支路包括限流电路、LED灯串、恒流电路和开关电路。限流电路的一端与电源电路连接，另一端与LED灯串的正极连接。恒流电路的一端与LED灯串的负极连接，另一端连接于开关电路。开关电路包括开关管，三路LED支路的开关管的控制端分别连接于单片机的第一、第二和第三PWM信号输出端；三路LED支路的LED灯串分别为红、绿、蓝LED灯串。本实用新型结构简单，通用性好，制造成本低。

Description

三色LED氛围灯控制电路

技术领域

本实用新型涉及汽车照明技术，尤其涉及氛围灯控制电路。

背景技术

随着汽车行业的不断发展，人们对车灯的要求越来越高。汽车车灯不仅仅是功能件，也是外观/装饰件，日益成为汽车造型及整体内外观至关重要的一部分。近年来，氛围灯作为一种新型灯种在汽车中的使用日渐增多，其主要安装在汽车内部，以用于调节氛围并提供一定的照明作用。现有的氛围灯电路主要包括电源电路、主控制电路、中间电路和氛围灯驱动电路。电源电路的第一输出端与中间电路连接，电源电路的第二输出端与氛围灯驱动电路连接，用于向中间电路和氛围灯驱动电路供电。中间电路分别与主控制电路以及汽车车身总线连接，中间电路用于将电源电路的输出电压转换成主控制电路的工作电压后输出给主控制电路，中间电路将来自汽车车身总线的氛围灯控制指令转发给主控制电路。中间电路通常由***集成芯片组成。主控制电路根据接收到的所述氛围灯控制指令控制氛围灯驱动电路的工作。

三色氛围灯（如利用红、绿、蓝三种颜色的灯进行混色，或其它不同颜色）可以提供足够多的颜色变化，通过改变三种颜色的灯珠的发光强度及相互比例（如PWM调光），从而可调整氛围灯最终显示的颜色和亮度，满足了人们在不同情况下想要达到不同效果的要求，因此正逐步成为主流配置。LED（发光二极管）灯由于其具有工作电压低、效能高、适用性强、寿命长、响应时间短、环境污染小、颜色丰富等优点，被越来越多的应用于三色氛围灯中。

由LED的特性可知，随着正向电流的增加，LED光通量随之增大，即亮度增加，对于三色氛围灯这可能导致三种颜色LED的亮度比例变化，由混色原理可知最终的混色形成的颜色会发生改变，从而导致氛围灯的颜色显示出现偏差。此外，电流对LED结温影响很大，过大的电流很容易导致LED灯珠结温升高而损坏。当LED的结温上升时，其正向电压VF会随之减小，如果LED工作在恒压条件下，这会导致流过LED 的正向电流增加进一步加剧温升效应形成恶性循环，最终损坏器件。另外，随着结温的增加，发光二极管的最大发光效率降低，波长向长波长逐渐变化，即单颗LED的色坐标和光通量均发生改变，这会导致最终氛围灯的颜色显示出现偏差。因此LED的色坐标、亮度、结温相对电流、温度敏感的特性也对三色LED氛围灯的控制驱动提出了严苛的要求。

现有技术中，对三色LED氛围灯，通常采用价格昂贵的专用芯片提供恒流驱动，采用温度传感器（如热敏电阻）检测LED的结温并反馈给控制器，根据LED已知的结温-发光强度/色坐标曲线对相应颜色的LED的占空比进行修正。当检测到过温时，控制器会控制各LED的占空比，降低其占空比从而控制其温升。现有技术主要存在以下缺点：1、专用芯片成本高、通用性差；2、由于传感器实际检测的是LED灯珠附近的温度，控制器根据预先设定的传感器温度-结温模型推算LED结温，而不同氛围灯的LED灯珠的布置不同、装配时的LED灯珠与传感器位置误差、使用环境差异均会导致该模型推算出的结温准确性降低，因而对结温的检测无法达到高精度的要求，从而在修正结温对氛围灯显示颜色的影响时难以达到预定精度；此外还会发生实际结温已超过限值但根据模型推算的结温值仍正常的情况，导致器件损坏；3、采用热敏电阻只能检测单颗LED灯珠，若对多颗灯珠进行检测则需多个热敏电阻，进一步增加器件成本、功耗和产生的热量，加剧了LED灯珠的温升。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、通用性好、制造成本低的三色LED氛围灯控制电路。

本实用新型所要解决的进一步的技术问题在于提供一种以较低的成本实现对LED结温进行准确检测的三色LED氛围灯控制电路。

根据本实用新型实施例的三色LED氛围灯控制电路，包括电源电路、主控制电路、中间电路和氛围灯驱动电路；电源电路的第一输出端与中间电路连接，电源电路的第二输出端与氛围灯驱动电路连接；中间电路分别与主控制电路以及汽车车身总线连接，中间电路用于将电源电路的输出电压转换成主控制电路的工作电压后输出给主控制电路，中间电路将来自汽车车身总线的氛围灯控制指令转发给主控制电路；主控制电路包括单片机，所述单片机用于根据接收到的氛围灯控制指令控制氛围灯驱动电路的工作；其中，氛围灯驱动电路包括三路LED支路，每一路LED支路包括限流电路、LED灯串、恒流电路和开关电路；限流电路的一端与电源电路的第二输出端连接，限流电路的另一端与LED灯串的正极连接；恒流电路包括PNP三极管、第一NPN三极管、第一稳压管、第二稳压管、第一电阻和第二电阻；第一稳压管的负极和第一电阻的一端均连接于LED灯串的负极，第一电阻的另一端与PNP三极管的发射极连接；PNP三极管的基极分别与第一稳压管的正极和第一NPN三极管的集电极连接，PNP三极管的集电极分别与第二稳压管的负极和第一NPN三极管的基极连接；第一NPN三极管的发射极与第二电阻的一端连接；开关电路包括开关管，开关管的第一导通端分别与第二电阻的另一端和第二稳压管的正极连接，开关管的第二导通端接地；三路LED支路的开关管的控制端分别连接于单片机的第一PWM信号输出端、第二PWM信号输出端和第三PWM信号输出端；三路LED支路的LED灯串分别为红色LED灯串、绿色LED灯串和蓝色LED灯串。

上述的三色LED氛围灯控制电路，其中，单片机的第一电压信号测量端分别与红色LED灯串的正极、绿色LED灯串的正极和蓝色LED灯串的正极连接，单片机的第二电压信号测量端分别与红色LED灯串的负极、绿色LED灯串的负极和蓝色LED灯串的负极连接。

上述的三色LED氛围灯控制电路，其中，限流电路由相互并联的多个限流电阻组成。

本实用新型至少具有以下优点：

1、每路LED支路独立控制，每路LED支路可根据需要设置一颗或串联多颗LED灯珠，仅需对输入给LED支路的电压和/或限流电路进行调整而无需更改其余电路设计，电路通用性强；

2、每路LED支路设置了独立的恒流控制电路，电路结构简单且恒流效果好，避免电流波动损坏器件和对显示效果的影响，由于未采用成本较高的专用定制芯片来提供恒流源，可根据功能需要选择合适的单片机而无需重新定制芯片，降低了成本、提高了电路的通用性；

3、通过测量LED灯串的正向电压的方式测量结温，测量结果相比其它测量方式（如温度传感器）更精确，且三路LED支路皆可测量，从而能够更精确地修正温度对LED的亮度和色坐标的影响；由于无需设置温度传感器（通常为热敏电阻），也降低了电路功耗以及器件成本。另外，通过将单片机的PWM控制与正向电压测量结合，无需为每路LED支路分别设置单独的测量端口，在不额外占用更多单片机的端口的情况下实现了对三路LED电路的结温检测；

4、对电路整体发热和散热效率进行控制，通过设置多个并联的限流电阻来降低限流电阻的发热影响、提高了散热效率和电路的使用安全性。

附图说明

图1示出了根据实用新型实施例的三色LED氛围灯控制电路的电路原理图。

图2示出了根据实用新型实施例的氛围灯驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

图1示出了根据实用新型实施例的三色LED氛围灯控制电路的电路原理图。如图1所示，该车内氛围灯控制电路包括电源电路1、主控制电路2、中间电路3和氛围灯驱动电路4。

电源电路1的第一输出端与中间电路3连接，电源电路1的第二输出端与氛围灯驱动电路4连接，用于向中间电路3和氛围灯驱动电路4供电。进一步地，电源电路1包括直流电源11和电源保护电路12。直流电源11与电源保护电路12的输入端连接，电源保护电路12的第一输出端和第二输出端分别与中间电路3和氛围灯驱动电路4连接。

中间电路3分别与主控制电路2以及汽车车身总线（比如CAN总线或者LIN总线）连接，中间电路3用于将电源电路1的输出电压转换成主控制电路2的工作电压后输出给主控制电路2，以向主控制电路2供电，并且中间电路3将来自汽车车身总线的氛围灯控制指令转发给主控制电路2，上述的氛围灯控制指令可由车身控制器（BCM）通过汽车车身总线传送。

主控制电路2用于根据接收到的氛围灯控制指令控制氛围灯驱动电路4的工作。主控制电路2包括单片机21和单片机***电路（未图示）。单片机21用于根据接收到的氛围灯控制指令控制氛围灯驱动电路的工作；例如，当氛围灯控制指令是点灯指令时，则单片机21会向氛围灯驱动电路4输出相关的控制信号，由氛围灯驱动电路4驱动氛围灯点亮。

图2示出了根据实用新型一实施例的氛围灯驱动电路的电路图。图2中，Vin为电源电路1向氛围灯驱动电路4的输出电压，本实施例中即汽车电瓶输出的12V直流电压，如果LED串联数量较多，也可以在电源电路1与氛围灯驱动电路4之间增加电压转换电路以提高Vin。

氛围灯驱动电路4包括三路LED支路41，每一路LED支路均包括限流电路411、LED灯串412、恒流电路413和开关电路414。其中，三路LED支路的LED灯串分别为红色LED灯串、绿色LED灯串和蓝色LED灯串。每个LED灯串由一个LED灯珠或多个同向串联、颜色相同的LED灯珠组成。由于三路LED支路的结构基本相同，为简便起见，接下来，仅以设置了红色LED灯串的LED支路为例说明LED支路的结构及工作原理。

限流电路411的一端与电源电路1的第二输出端连接，限流电路411的另一端与LED灯串412的正极连接；限流电路411用于限制流过LED灯串412的电流的大小。在本实施例中，限流电路411由相互并联的多个限流电阻R11、R12和R13组成。通过多个电阻并联降低了流过单个电阻的电流，从而减少了单个限流电阻的发热并提高了散热效率，降低了限流电阻发热对LED的影响。

恒流电路413包括PNP三极管Q11、第一NPN三极管Q12、第一稳压管Z11、第二稳压管Z12、第一电阻R14和第二电阻R15。第一稳压管Z11的负极和第一电阻R14的一端均连接于LED灯串412的负极，第一电阻R14的另一端与PNP三极管Q11的发射极连接；PNP三极管Q11的基极分别与第一稳压管Z11的正极和第一NPN三极管Q12的集电极连接，PNP三极管Q11的集电极分别与第二稳压管Z12的负极和第一NPN三极管Q12的基极连接；第一NPN三极管Q12的发射极与第二电阻R15的一端连接。PNP三极管Q11、第一稳压管Z11和第一电阻R14构成一个恒流源，给第二稳压管Z12提供稳定的工作电流，而第一NPN三极管Q12、第二稳压管Z12和第二电阻R15构成另一个恒流源，给第一稳压管Z11提供稳定的工作电流。由于两个恒流源互相稳定对方的稳压管工作点，使稳压管上的稳定电压和流过恒流电流的总电流均不再变化，因此可以保证流过LED灯串的工作电流的恒定。

开关电路414包括开关管，开关管的第一导通端分别与第二电阻R15的另一端和第二稳压管Z12的正极连接，开关管的第二导通端接地。该设有红色LED灯串的LED支路的开关管的控制端与单片机21的第一PWM信号输出端连接。设有绿色LED灯串的LED支路的开关管的控制端则与单片机21的第二PWM信号输出端连接，设有蓝色LED灯串的LED支路的开关管的控制端与单片机21的第三PWM信号输出端连接。

在本实施例中，设有红色LED灯串的LED支路的开关管为第二NPN三极管Q13，第二NPN三极管Q13的基极、集电极和发射极分别构成开关管的控制端、第一导通端和第二导通端。开关电路414还包括第三电阻R16和第四电阻R17。第三电阻R16的一端与单片机21的第一PWM信号输出端连接，第三电阻R16的另一端分别与第二NPN三极管Q13的基极和第四电阻R17的一端连接，第四电阻R17的另一端与第二NPN三极管Q13的发射极连接。第二NPN三极管Q13接收单片机21输出的PWM控制信号，通过调节PWM占空比从而调节LED灯串的发光亮度。第四电阻R17可以确保在输入信号去除时，第二NPN三极管Q13也确保处于关断状态，保证了电路的安全性和稳定性。

在本实施例中，单片机21的第一电压信号测量端V1分别与红色LED灯串的正极、绿色LED灯串的正极和蓝色LED灯串的正极连接，单片机21的第二电压信号测量端V2分别与红色LED灯串的负极、绿色LED灯串的负极和蓝色LED灯串的负极连接，这种连接方式有助于实现通过测量LED灯串的正向电压的方式测量结温。

根据本实用新型实施例的三色LED氛围灯控制电路的工作原理和过程大致如下。

单片机21在接收到三色氛围灯的控制信号后（如打开/关闭、颜色调节、亮度调节等），输出三路PWM控制信号给各LED支路的开关管。通过调节三个LED支路的PWM信号的占空比的大小和相互比例，则可以实现所需的颜色显示和相应的亮度。

在测量LED灯串的结温时，单片机21通过控制PWM信号，使得在某一短暂的时刻（该时间很短，人眼不会察觉），仅一路LED支路导通，另两路LED支路关断，此时V1和V2端口测量到的电压即该支路LED灯串两端的电压，从而可以计算出该路LED灯串上的正向电压，通过查询预先存储的相应LED灯串的电压-结温温度关系表，就可以确定该路LED灯串的结温。其余两路LED灯串的结温通过同样的方式测量得到。进一步地，单片机21还可根据预先存储的各LED灯串的结温-发光强度/色坐标曲线对相应颜色的LED灯串的占空比进行修正。如此，虽然LED灯串发光过程中结温变化导致各路LED灯串的发光强度、颜色相比初始状态发生偏移，使得未修正情况下氛围灯的最终显示颜色/亮度与初始状态发生偏离，但通过测量得到各路LED灯串的结温，可以得出各路LED灯串在当前结温下实际的发光强度和实际颜色，根据此修正各路LED灯串的占空比，从而使得氛围灯显示的颜色和亮度与初始状态保持一致。而当检测到LED灯串过温时，单片机21还会降低LED灯串的占空比，从而控制其温升。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种三色LED氛围灯控制电路，包括电源电路、主控制电路、中间电路和氛围灯驱动电路；所述电源电路的第一输出端与所述中间电路连接，电源电路的第二输出端与所述氛围灯驱动电路连接；所述中间电路分别与所述主控制电路以及汽车车身总线连接，所述中间电路用于将所述电源电路的输出电压转换成所述主控制电路的工作电压后输出给所述主控制电路，所述中间电路将来自所述汽车车身总线的氛围灯控制指令转发给所述主控制电路；所述主控制电路包括单片机，所述单片机用于根据接收到的所述氛围灯控制指令控制氛围灯驱动电路的工作；其特征在于，所述氛围灯驱动电路包括三路LED支路，每一路LED支路包括限流电路、LED灯串、恒流电路和开关电路；

所述限流电路的一端与所述电源电路的第二输出端连接，限流电路的另一端与所述LED灯串的正极连接；

所述恒流电路包括PNP三极管、第一NPN三极管、第一稳压管、第二稳压管、第一电阻和第二电阻；所述第一稳压管的负极和所述第一电阻的一端均连接于所述LED灯串的负极，所述第一电阻的另一端与所述PNP三极管的发射极连接；PNP三极管的基极分别与第一稳压管的正极和所述第一NPN三极管的集电极连接，PNP三极管的集电极分别与所述第二稳压管的负极和第一NPN三极管的基极连接；第一NPN三极管的发射极与所述第二电阻的一端连接；

所述开关电路包括开关管，所述开关管的第一导通端分别与第二电阻的另一端和第二稳压管的正极连接，开关管的第二导通端接地；三路LED支路的开关管的控制端分别连接于所述单片机的第一PWM信号输出端、第二PWM信号输出端和第三PWM信号输出端；

所述三路LED支路的LED灯串分别为红色LED灯串、绿色LED灯串和蓝色LED灯串。

2.如权利要求1所述的三色LED氛围灯控制电路，其特征在于，所述单片机的第一电压信号测量端分别与红色LED灯串的正极、绿色LED灯串的正极和蓝色LED灯串的正极连接，所述单片机的第二电压信号测量端分别与红色LED灯串的负极、绿色LED灯串的负极和蓝色LED灯串的负极连接。

3.如权利要求1所述的三色LED氛围灯控制电路，其特征在于，所述开关管为第二NPN三极管，所述第二NPN三极管的基极、集电极和发射极分别构成所述开关管的控制端、第一导通端和第二导通端；

所述开关电路包括第三电阻和第四电阻；所述第三电阻的一端与相应的单片机的PWM信号输出端连接，第三电阻的另一端分别与第二NPN三极管的基极和所述第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第二NPN三极管的发射极连接。

4.如权利要求1所述的三色LED氛围灯控制电路，其特征在于，所述限流电路由相互并联的多个限流电阻组成。

5.如权利要求1所述的三色LED氛围灯控制电路，其特征在于，所述中间电路由***集成芯片组成。

6.如权利要求1所述的三色LED氛围灯控制电路，其特征在于，每个所述LED灯串由一个LED灯珠或多个同向串联、颜色相同的LED灯珠组成。