CN212183780U - 驱动电路及灯具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种驱动电路及灯具。该驱动电路包括控制器，用于生成控制信号；驱动芯片，其信号输入端与控制器的信号输出端连接，用于接收、解码控制信号并输出对应的脉冲宽度调制信号；以及驱动控制电路，其输入端与驱动芯片的驱动信号输出端连接，驱动控制电路的输出端与发光元件连接，驱动控制电路用于根据脉冲宽度调制信号生成电压脉冲信号，以驱动发光元件工作。上述驱动电路可用于生成24V的调光信号，且元器件少、集成度高、制备成本低，有利于产品化并应用到多种照明及亮化装饰场景中。

Description

驱动电路及灯具

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，特别是涉及一种驱动电路及灯具。

背景技术

发光二极管在照明及亮化装饰工程领域应用极为广泛，照明领域包括家庭照明和精品柜台照明、路灯照明以及景观照明等，亮化装饰领域包括楼宇亮化、桥梁装饰、景观装饰和舞台灯光、广告招牌等。发光二极管按照驱动方式的不同来划分则主要包括恒压驱动和恒流驱动，具体可借助脉冲宽度调制信号(Pulse width modulation，PWM)来驱动发光元件工作。

脉冲宽度调制技术是指对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。传统的PWM信号的产生有以下两种方法：1、利用信号发生器产生三角波或锯齿波，再经过比较器即可产生PWM信号，但是此方法集成度低，不利于产品化；2、利用单片机以及可编程逻辑器件编程产生PWM信号，但是此方法所需的元器件较多，电路较复杂，也不利于产品化。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的PWM调光信号的产生电路元器件多、结构复杂、集成度低的问题，提供一种改进的驱动电路。

一种驱动电路，包括：控制器，用于生成控制信号；驱动芯片，所述驱动芯片的信号输入端与所述控制器的信号输出端连接，用于接收、解码所述控制信号并输出对应的脉冲宽度调制信号；以及驱动控制电路，所述驱动控制电路的输入端与所述驱动芯片的驱动信号输出端连接，所述驱动控制电路的输出端与发光元件连接，所述驱动控制电路用于根据所述脉冲宽度调制信号生成电压脉冲信号，以驱动所述发光元件工作。

上述驱动电路，通过驱动芯片可以根据控制器生成的控制信号输出脉冲宽度调制信号，并使驱动控制电路在脉冲宽度调制信号的控制下生成电压脉冲信号，以驱动发光元件工作。上述驱动电路元器件少、结构简单、集成度高，有利于应用到多种照明及亮化装饰场景中。

在其中一个实施例中，所述驱动芯片包括多个驱动信号输出端，且每个所述驱动信号输出端连接有一个所述驱动控制电路。

在其中一个实施例中，所述驱动芯片的信号输入端为差分信号输入端，所述差分信号输入端包括第一差分信号输入端和第二差分信号输入端。

在其中一个实施例中，所述驱动电路还包括：

第一稳压电路，所述第一稳压电路与所述第一差分信号输入端相连，用于将所述第一差分信号输入端的信号稳定在预设范围内；

第二稳压电路，所述第二稳压电路与所述第二差分信号输入端相连，用于将所述第二差分信号输入端的信号稳定在预设范围内。

在其中一个实施例中，所述驱动芯片为SM165系列芯片。

在其中一个实施例中，所述驱动控制电路包括：

开关管，所述开关管的第一端与第一电源和所述驱动控制电路的输出端连接，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端与所述驱动控制电路的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述驱动控制电路还包括：电压提供电路，所述电压提供电路的电压输出端与所述开关管的控制端连接，用于为所述开关管提供导通电压。

在其中一个实施例中，所述电压提供电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与第二电源连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端和所述电压提供电路的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述驱动芯片根据所述控制信号调整所述脉冲宽度调制信号的占空比，以对所述发光元件的平均亮度进行调整。

本申请还提供一种灯具。

一种灯具，包括如前所述的驱动电路。

上述灯具能够较佳地根据源数据实现照明或楼宇亮化工程，并且灯具中发光元件的驱动电路结构简单、集成度高，从而可以有效降低灯具的制备成本，提升灯具的市场竞争力。

附图说明

图1为本申请一实施例驱动电路的组成示意图；

图2为本申请另一实施例的驱动芯片示意图；

图3为本申请又一实施例的稳压保护电路示意图；

图4为本申请又一实施例的驱动电路的组成示意图；

图5为本申请又一实施例的驱动控制电路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的优选实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本实用新型的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

随着科学技术的进步和设计水平的提高，业界对灯光的控制效果提出了更高的要求和期待。灯光的特效离不开通讯和驱动，所谓发光二极管(LED)驱动电路包括应用于发光二极管上的驱动芯片或功能相等同的电子装置，主要机理是通过控制发光二极管的两端的电压大小从而达到控制发光二极管发光、亮度调节等特定效果。本申请的主要内容是设计出单通道或多通道发光二极管的恒压驱动电路以满足主流的驱动需求，可应用于由发光二极管所拓展开的点阵屏、装饰灯条、广告模组、景观照明等亮化装饰领域，尤其是楼宇亮化和景观装饰及舞台灯光和展示招牌等领域。

DMX512协议是美国剧场技术协会制定的数字多路复用协议，制定的初衷是为了符合舞台、剧场等地所使用的众多的调光器和控制器能互相兼容，目前绝大多数的调光***是采用基于DMX512协议的通信方案实现灯具的远程通讯操作。虽然DMX512协议暂时不是行业或国家标准，但由于它的简单性和实用性使得自从协议出台以来，得到相关生产商和使用者普遍承认成为事实标准，类似的还有以太网舞台灯光控制器有标准Art-Net等均兼容于本申请的单线通信。

请参见图1，本申请提供一种驱动电路，元器件少、结构简单且集成度高，有利于降低LED灯具的制备成本，使该LED灯具更具竞争力。具体的，该驱动电路包括依次连接的控制器、驱动芯片以及驱动控制电路，发光元件(如发光二极管)与驱动控制电路的输出端连接。

控制器，位于驱动电路的前端，用于产生DMX信号。DMX信号通过差分信号传输以增强其抗干扰能力和传输距离。其中，一个DMX512数据包包括起始码和512个数据帧，数据帧内包含1个起始位(低电平)、8个数据位和2个停止位(高电平)；一个数据帧则代表一路通道的调光数据，理论上可以支持512路控制通道。具体的，在调光***中，每一帧数据都表示一路通道的调光亮度值，8位的数据帧可以设定0～255个梯度，代表0～100％的灰度值。

驱动芯片，其信号输入端与控制器的信号输出端连接，用于接收、解码控制信号并输出对应的脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)信号。具体的，驱动芯片可兼容并扩展DMX512协议，且具有差分数据输入端口、地址写入端口以及驱动信号输出端口，驱动芯片内部集成有数据解码模块以及数据缓存器，以对接收的控制信号进行解码，进而从驱动芯片的驱动信号输出端输出PWM信号。

驱动控制电路，驱动控制电路的输入端与驱动芯片的驱动信号输出端连接，驱动控制电路的输出端与发光元件连接，驱动控制电路用于根据PWM信号生成电压脉冲信号，以驱动发光元件工作。具体的，一个发光元件可包含多个像素点，每个像素点可占用多个颜色通道，同时每个像素点可占用发光元件中一个或者多个灯珠。

将多个驱动芯片相互级联时，每颗驱动芯片需要通过其接收的控制信号来指示自身配套的发光元件的发光灰度，理论上只要驱动芯片足够多，任何静态或动态的图案都可以通过驱动芯片以及发光元件来显示。同时，任一驱动芯片从控制信号中提取到本级所需的数据时还必须将控制信号继续传输给后续的其他驱动芯片，即具有数据转发功能，所有的驱动芯片均能撷取到控制信号时才能完整的以像素点的方式来展示期望图案。另外，驱动芯片在执行通信任务的过程中是按照预定通信协议规则(即DMX512协议)来收发控制信号的，而当驱动芯片收到不符合规范的控制信号时，可直接驱动配套的发光元件关断(即熄灭)不显示任何内容，从而避免显示紊乱。

上述驱动电路，通过驱动芯片可以根据控制器生成的控制信号输出PWM信号，并使驱动控制电路在脉冲宽度调制信号的控制下生成电压脉冲信号，以驱动发光元件工作。具体的，当发光元件为发光二极管时，调光信号通常为24V的电压脉冲信号。上述驱动电路元器件少、结构简单、集成度高，有利于应用到多种照明及亮化装饰场景中。

在示例性实施方式中，如图2所示，驱动芯片包括多个驱动信号输出端(OUT/R/G/B/W)，且每个驱动信号输出端连接有一个驱动控制电路。例如，一个驱动芯片可包括红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)三个颜色通道，另外还可以包括白色(W)通道。驱动芯片从控制信号中捕获和解码出对应于自身的指定信号，并产生基于指定信号携带的的针对红色通道的占空比信息产生第一路PWMR信号以使对应的驱动控制电路驱动红色发光元件发光；同理，驱动芯片还产生基于指定信号携带的的针对绿色通道的占空比信息产生第二路PWMG信号以使对应的驱动控制电路驱动绿色发光元件发光；同理，驱动芯片还产生基于指定信号携带的的针对蓝色通道的占空比信息产生第三路PWMB信号以使对应的驱动控制电路驱动蓝色发光元件发光。可选的，驱动芯片还产生基于指定信号携带的的针对白色通道的占空比信息产生第四路PWMW信号以使对应的驱动控制电路驱动白色发光元件发光。

在示例性实施方式中，继续参见图2，驱动芯片的信号输入端为差分信号输入端，该差分信号输入端包括第一差分信号输入端(A)和第二差分信号输入端(B)。驱动芯片通过双线差分传输，从而增强了信号的抗干扰能力，并增加了传输距离。

进一步的，请参见图3，驱动电路还包括第一稳压电路，第一稳压电路与第一差分信号输入端相连，用于将第一差分信号输入端的信号稳定在预设范围内；以及第二稳压电路，第二稳压电路与第二差分信号输入端相连，用于将第二差分信号输入端的信号稳定在预设范围内。其中，第一稳压电路采用两个正反向串联的齐纳二极管T1并串联一个熔断器，第二稳压电路采用两个正反向串联的齐纳二极管T2并串联一个熔断器，进而实现第一差分信号输入端和第二差分信号输入端的电压钳位，同时防止电路过载。

在示例性实施方式中，驱动芯片可采用SM165系列芯片，例如SM16511芯片、SM16512芯片以及SM16522芯片。本申请以SM16512芯片为例进行说明。请参见图2，SM16512芯片的A、B端口为差分信号输入端分别与控制器的信号输出端连接；OUT/R/G/B/W端口分别表示芯片的PWM驱动信号输出端口，其中OUTW端口为选接端口；REXT端口为外接电阻连接端口，用于调节OUT/R/G/B/W端的输出电流；PORT端口为通道选择端口，其输出信号为“1”时(默认)，多通道独立输出，其输出信号为“0”时，多通道一致输出；SPWM为极性选择端口，其输出信号为“1”时，多通道正常输出，其输出信号为“0”时(例如引脚接地时)，多通道输出反相，且各通道端口的输出频率为800Hz，可用于外接大电流开关管；VDD为电源端；ADRI为地址输入端口，与上一适配器的输出端口连接；ADRO为地址输出端口，与下一适配器的输入端口连接，从而有利于实现长距离的发光控制并实现远程设备管理反馈；DAO为数据输出线，用于级联信号输出；GND为芯片地，即芯片的接地端。使用SM165系列芯片可同时实现信号差分传输、产生PWM信号以及三通道或四通道的发光控制，集成度高，有利于驱动电路的产品化。

另一些实施方式中，请参见图2和图3，芯片的地址输入端口ADRI和地址输出端口ADRO也均设置有稳压电路，以使输入的地址信号稳定准确，防止地址片选错误，从而有利于实现多个发光元件的级联控制。此处的稳压电路与前文所述的稳压电路设置形式相同，便不再赘述。

在示例性实施方式中，请参见图4，驱动控制电路包括开关管，开关管的第一端与第一电源和所述驱动控制电路的输出端连接，所述开关管的第二端接地，开关管的控制端与驱动控制电路的输入端连接。具体的开关管可以是MOS管或是三极管。当开关管为MOS管时，由于MOS管需要快速启动，因此在驱动时往往采用特定的驱动电路，如半桥驱动电路来满足快速驱动性，同时又能提供开关电路导通、关断时的电压。

另一实施方式中，当开关管为三极管(如NPN型)时，三极管的集电极与第一电源和驱动控制电路的输出端连接，三极管的发射极接地，三极管的基极作为开关管的控制端与驱动控制电路的输入端连接。如此，当驱动控制电路的输入端输入的PWM信号为0时，三极管的基极电压为低电平，三极管截止，从而驱动控制电路的输出端输出第一电源电压；当驱动控制电路的输入端输入的PWM信号为1时，三极管的基极电压为高电平，三极管工作在饱和状态，此时三极管导通，驱动控制电路的输出端的输出电压趋近于0V。

进一步的，请参见图5，驱动控制电路还包括电压提供电路，电压提供电路的电压输出端与开关管的控制端连接，用于为开关管提供导通电压。例如，当驱动控制电路的输入端输入的PWM信号为1时，可以为三极管的基极提供一预设电压，从而使三极管的基极电流和集电极电流满足βI_B＞I_C，三极管工作在饱和状态，此时三极管导通。

具体的，请继续参见图5，驱动控制电路具有三条，分别用于控制红色二极管、绿色二极管和蓝色二极管，红色二极管、绿色二极管和蓝色二极管对应的开关管均为三极管(分别用Q1、Q2、Q3表示)。以三极管Q1(9013三极管)为例，电压提供电路包括第一电阻RH1，第一电阻RH1的一端与第二电源(DC24V)连接；第二电阻RL1，第二电阻RL1的一端与第一电阻RH1的另一端和电压提供电路的输出端相连，第二电阻RL1的另一端接地。由于第二电源的电压为24V，第一电阻RH1的电阻为20千欧，第二电阻RL1的电阻为4.7千欧，根据分压原理，可得电压提供电路的的输出端电压约为5V，可使三极管Q1工作于饱和状态，此时三极管Q1导通。

继续参见图5，三极管Q1的集电极连接第一电源(DC24V)，并设置有上拉电阻RR1。当驱动控制电路的输入端输入的PWM信号为0时，驱动控制电路的电压输出端电压为24V调光电压。同样，为稳定驱动控制电路的电压输出端电压，三极管Q1的集电极也连接有一稳压电路，该稳压电路包括正反向串联的两个齐纳二极管T6以及一熔断器，三极管Q1的集电极与正反向串联的两个齐纳二极管T6的一端以及熔断器的一端连接，正反向串联的两个齐纳二极管T6的另一端接地。同理，绿色二极管Q2对应的驱动控制电路以及蓝色二极管Q3对应的驱动控制电路也均以同样方式设置有对应的稳压电路，此处的稳压电路与驱动芯片的信号输入端的稳压电路设置方式相同，便不再赘述。

在示例性实施方式中，驱动芯片还可以根据控制信号调整脉冲宽度调制信号的占空比，以对发光元件的平均亮度进行调整。通过上述方式，可以通过简单的电路结构即实现发光元件的亮度控制，有利于产品化，并提升市场竞争力。

本申请还提供一种灯具，包括如前文所述的驱动电路。

上述灯具能够较佳地根据源数据实现照明或楼宇亮化工程，并且灯具中发光元件的驱动电路结构简单、集成度高，从而可以有效降低灯具的制备成本，提升灯具的市场竞争力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括：

控制器，用于生成控制信号；

驱动芯片，所述驱动芯片的信号输入端与所述控制器的信号输出端连接，用于接收、解码所述控制信号并输出对应的脉冲宽度调制信号；以及，

驱动控制电路，所述驱动控制电路的输入端与所述驱动芯片的驱动信号输出端连接，所述驱动控制电路的输出端与发光元件连接，所述驱动控制电路用于根据所述脉冲宽度调制信号生成电压脉冲信号，以驱动所述发光元件工作。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片包括多个驱动信号输出端，且每个所述驱动信号输出端连接有一个所述驱动控制电路。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片的信号输入端为差分信号输入端，所述差分信号输入端包括第一差分信号输入端和第二差分信号输入端。

4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：

第一稳压电路，所述第一稳压电路与所述第一差分信号输入端相连，用于将所述第一差分信号输入端的信号稳定在预设范围内；

第二稳压电路，所述第二稳压电路与所述第二差分信号输入端相连，用于将所述第二差分信号输入端的信号稳定在预设范围内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片为SM165系列芯片。

6.根据权利要求1-4任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括：开关管，所述开关管的第一端与第一电源和所述驱动控制电路的输出端连接，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端与所述驱动控制电路的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动控制电路还包括：电压提供电路，所述电压提供电路的电压输出端与所述开关管的控制端连接，用于为所述开关管提供导通电压。

8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述电压提供电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与第二电源连接；

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端和所述电压提供电路的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地。

9.根据权利要求1-4任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片根据所述控制信号调整所述脉冲宽度调制信号的占空比，以对所述发光元件的平均亮度进行调整。

10.一种灯具，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的驱动电路。

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