一种调光调色控制电路及LED照明装置的制作方法

一种调光调色控制电路及led照明装置
技术领域
1.本发明涉及led驱动技术领域，尤其设计一种调光调色控制电路及led照明装置。


背景技术：

2.目前市面上常规的rgb彩光或可调色温led灯具通常是采用单独的3路或2路led恒流驱动来实现不同颜色灯珠的发光和输出，这样的驱动方式存在以下弊端：(1)成本高，而且在如今缺芯片的情况下，更加增加产品的成本；(2)功率控制比较困难。
3.具体地，目前白光一般是采用2路恒流驱动，驱动2路不同色温的白光led，然后2路驱动分别输出不同功率的白光，通过光学系统合成所需色温的白光，这样在运行的过程中就有可能使得2个恒流驱动相加输出的功率超过系统总功能，造成过载；而彩光是用3路led恒流驱动单独可以输出驱动红绿蓝，来实现调节光的颜色，3路led恒流驱动每一路都可以输出系统最大的功率，其在应用时是通过每一路驱动输出一定比例的功率来合成所需要的颜色的光，如果因为某些原因，3路led恒流驱动中某一路已输出最大功率，而其它的2路led恒流驱动理论上是不能再有任何输出的，否则系统会过载；而事实上，因为led恒流驱动并非完全线性的输出，会很容易造成过载。针对上述的问题，目前主流做法是要么将单路led恒流驱动的输出留出余量，降低系统功率输出，要么就增加成本，加外围元件来做限制，增加系统故障风险。
4.以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提出一种调光调色控制电路及led照明装置，不仅大大降低成本，而且能够避免系统过载的风险。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明公开了一种调光调色控制电路，用于控制led发光组件亮度变化和/或色温变化，包括单片机模块、恒流驱动模块和mos管组件，所述mos管组件包括至少两个mos管，所述至少两个mos管中的至少部分mos管分别连接所述单片机模块的驱动接口以分别接收所述单片机模块的pwm信号以通过所述pwm信号分别控制所述mos管的开关，其中各个连接所述单片机模块的驱动接口的mos管分别接收到的pwm信号中的至少两组pwm信号在任意预设的周期内相互互补，所述恒流驱动模块连接所述单片机模块的亮度调节接口以接收所述单片机模块的亮度调节信号，所述led发光组件包括至少两组led灯串，所述至少两组led灯串的第一端均与所述恒流驱动模块连接，第二端分别与各个连接所述单片机模块的驱动接口的mos管连接。
8.优选地，所述mos管组件包括第一mos管单元，所述第一mos管单元包含多个第一mos管，所述第一mos管的数量与所述led灯串的数量一一对应，其中多个所述第一mos管的
漏极分别连接在对应的所述led灯串的第二端，栅极分别连接在所述单片机模块的各个驱动接口上，源极均与所述恒流驱动模块连接。
9.优选地，所述led发光组件包括红光led灯串、绿光led灯串和蓝光led灯串。
10.优选地，所述led发光组件包括冷白光led灯串和暖白光led灯串。
11.优选地，所述led发光组件包括多个led发光单元，每个所述led发光单元分别包括至少两组led灯串，所述mos管组件包括第一mos管单元和第二mos管单元；所述第一mos管单元包含多个第一mos管，所述第二mos管单元包括多个第二mos管，所述第一mos管的数量与所述led灯串的数量一一对应，所述第二mos管的数量与所述led发光单元的数量一一对应；其中多个所述第一mos管的漏极分别连接在对应的所述led灯串的第二端，栅极分别连接在所述单片机模块的各个驱动接口上，源极分别与对应的所述第二mos管的漏极连接，多个所述第二mos管的源极均与所述恒流驱动模块连接，多个所述第二mos管的栅极分别连接在所述单片机模块的控制接口上。
12.优选地，所述led发光组件包括第一led发光单元和第二led发光单元，所述第一led发光单元和所述第二led发光单元分别包括至少两组led灯串，所述mos管组件包括第一mos管单元、第二mos管单元和第三mos管单元；所述第一mos管单元包含多个第一mos管，所述第二mos管单元包括第二mos管、第三mos管，所述第三mos管单元包括第四mos管，所述第一mos管的数量与所述led灯串的数量一一对应；其中多个所述第一mos管的漏极分别连接在对应的所述led灯串的第二端，栅极分别连接在所述单片机模块的各个驱动接口上，对应连接所述第一led发光单元的多个所述第一mos管的源极分别与所述第二mos管的漏极连接，对应连接所述第二led发光单元的多个所述第一mos管的源极分别与所述第三mos管的漏极连接，所述第二mos管和所述第三mos管的源极均与所述恒流驱动模块连接，所述第二mos管的栅极和所述第四mos管的漏极均连接所述单片机模块的电源接口，所述第三mos管和所述第四mos管的栅极均连接所述单片机模块的同一控制接口，所述第四mos管的源极接地。
13.优选地，所述第一led发光单元包括红光led灯串、绿光led灯串和蓝光led灯串，所述第二led发光单元包括冷白光led灯串和暖白光led灯串。
14.优选地，所述第二mos管的栅极和所述第四mos管的漏极均通过上拉电阻后连接所述单片机模块的电源接口。
15.本发明还公开了一种led照明装置，包括led发光组件和上述的调光调色控制电路。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明公开的调光调色控制电路，只需要用一路恒流驱动模块并通过互补的pwm信号的方式来分时驱动不同的灯串，以实现利用更少的元器件实现调光调色控制功能，减少了芯片使用量，大大降低了成本，而且由于采用互补的pwm信号的方式来分时驱动不同的灯串，不可能出现两路灯串同时工作，避免了系统过载的风险；另外直接通过单片机模块输出亮度调节信号(即功率调节信号)给恒流驱动模块，来直接控制对应工作的灯串的功率，使得功率得以很方便地控制。
17.在进一步的方案中，可以基于该调光调色控制电路同时控制白光可调色温的两组灯串，也可以同时控制彩色rgb的三组灯串，还可以同时控制白光可调色温+彩色rgb的五组灯串。
附图说明
18.图1是本发明优选实施例的led照明装置的结构示意图；
19.图2是本发明优选实施例的互补的两路pwm波形结构图；
20.图3是本发明的实施例一的led照明装置的详细结构示意图；
21.图4是本发明的实施例二的led照明装置的详细结构示意图；
22.图5是本发明的实施例三的led照明装置的详细结构示意图。
具体实施方式
23.以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
25.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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发明的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.如图1所示，本发明优选实施例公开了一种led照明装置，包括led发光组件10和调光调色控制电路，其中调光调色控制电路用于控制led发光组件10的亮度变化和/或色温变化。具体地，调光调色控制电路包括单片机模块20、恒流驱动模块30和mos管组件40，在本优选实施例中，mos管组件40包括两个mos管41，两个mos管41分别连接单片机模块20的驱动接口以分别接收单片机模块20的pwm信号以通过pwm信号分别控制mos管41的开关，其中两个mos管41接收到的两组pwm信号在任意预设的周期内相互互补，恒流驱动模块30连接单片机模块20的亮度调节接口以接收单片机模块20的亮度调节信号(也即功率调节信号)，led发光组件10包括两组led灯串11，两组led灯串11的第一端均与恒流驱动模块30连接，第二端分别与各个mos管41连接。
28.其中，两组pwm信号在任意预设的周期内相互互补，是指其中一个信号为高电平，其互补的另一个信号必定为低电平，反之亦然，如图2所示的两组相互互补的pwm信号，a通道为高电平时b通道为低电平，反之a通道为低电平时b通道为高电平。
29.上述优选实施例中的调光调色控制电路，还可以应用于包含两组以上的led灯串的led发光组件，仍然可以通过一个恒流驱动模块30通过互补方式来分时驱动两组以上的led灯串，实现以更少的元器件来实现调光调色功能。
30.如图3所示，是本发明的一个具体实施例的led照明装置的详细结构示意图，该led照明装置包括led发光组件、单片机模块、恒流驱动模块和mos管组件，其中led发光组件包
括第一led发光单元和第二led发光单元，第一led发光单元包括rgb彩色灯串d2～d19，第二led发光单元包括高色温白光灯珠灯串d23～d39(冷白光)和低色温白光灯珠灯串d43～d59(暖白光)；单片机模块采用单片机u2，其会输出white(白光/彩光切换信号)、gcpwm(绿光/冷白光pwm驱动信号)、bwpwm(蓝光/暖白光pwm驱动信号)、rpwm(红光pwm驱动信号)、dimpwm(亮度调节pwm驱动信号)、vin(输入电压)、gnd(接地)、key1(开关接口)；恒流驱动模块包括驱动升压恒流芯片u1、输入电容c1、储能电感l1、整流有肖特基二极管d1、输出电容c2和电流取样电阻r6；mos管组件包括第一mos管单元、第二mos管单元和第三mos管单元，其中第一mos管单元包括开关mos管q1、q2、q3、q5、q6，第二mos管单元包括开关mos管q4、q7，第三mos管单元包括开关mos管q8。其中的第一mos管单元中的各个开关mos管分别对应各组灯串，并连接在单片机模块、恒流驱动模块和各组灯串之间，第二mos管单元中的各个开关mos管分别对应各个led发光单元，并连接在第一mos管单元、单片机模块和恒流驱动模块之间，第三mos管单元中的开关mos管连接在第二mos管单元中的各个开关mos管和接地之间，以起到对两个led发光单元对应的第二mos管单元中的各个开关mos管的开关进行导向的作用，使得两者不能同时导通，其中一者在导通时，另一者必然断开。
31.其中，驱动升压恒流芯片u1的en/pwm接口连接单片机u2的dimpwm接口以接收单片机u2的亮度调节信号(即功率调节信号)，fb接口连接电流取样电阻r6之后接地，lx接口连接整流有肖特基二极管d1和输出电容c2后接地，gnd接口接地，in接口连接单片机u2的vin接口(输入电压接口)且连接输入电容c1后接地，在in接口和lx接口之间还连接储能电感l1。rgb彩色灯串d2～d19、高色温白光灯珠灯串d23～d39和低色温白光灯珠灯串d43～d59的第一端均连接到整流有肖特基二极管d1和输出电容c2之间，rgb彩色灯串d2～d19中的红光led灯串、绿光led灯串和蓝光led灯串的第二端分别连接开关mos管q1、q2、q3的漏极，高色温白光灯珠灯串d23～d39的第二端连接开关mos管q5的漏极，低色温白光灯珠灯串d43～d59的第二端连接开关mos管q6的漏极；开关mos管q1的栅极连接单片机u2的rpwm接口，开关mos管q2的栅极连接单片机u2的gcpwm接口，开关mos管q3的栅极连接单片机u2的bwpwm接口，开关mos管q5的栅极连接单片机u2的gcpwm接口，开关mos管q6的栅极连接单片机u2的bwpwm接口。其中，在本实施例中，连接绿光led灯串的开关管mos管q2与连接高色温白光灯珠灯串d23～d39的开关mos管q5的栅极同时连接单片机u2上的gcpwm接口，连接蓝光led灯串的开关管mos管q3与低色温白光灯珠灯串d43～d59的开关mos管q6的栅极同时连接单片机u2的gcpwm接口，可以节省单片机u2的接口数量，也即不同的led发光单元中的led灯串之间可以共用单片机u2的驱动接口，在其他实施例中也可以不共用，根据实际需要选择。
32.开关mos管q1、q2、q3的源极都连接到开关mos管q4的漏极，开关mos管q5、q6的源极都连接到开关mos管q7的漏极；开关mos管q4、q7的源极都连接到驱动升压恒流芯片u1的fb接口和电流取样电阻r6之间，开关mos管q4的栅极连接到开关mos管q8的漏极和上拉电阻r12之间，开关mos管q7、q8的栅极同时连接到单片机u2的white接口，开关mos管q8的源极连接接地，上拉电阻r12的另一端连接单片机u2的vin接口。另外，单片机u2上的gnd接口接地，key1接口连接人机交换界面输入开关s1以通过该人机交换界面输入开关s1对单片机u2进行总输入控制。
33.本具体实施例的led照明装置的工作原理如下：如果要输出白光，则单片机u2的white接口的信号为高电平有效，开关mos管q4关闭，开关mos管q7、q8打开，此时gcpwm接口
和bwpwm接口的输出信号为互补的pwm信号，例如可以是图2所示的相互互补的两组pwm信号，分时驱动高色温白光灯珠灯串d23～d39和低色温白光灯珠灯串d43～d59工作，与此同时，单片机u2的dimpwm接口输出亮度调节信号以用于调节两组灯串的亮度；如果要输出彩光，则单片机u2的white接口的信号为低电平有效，开关mos管q7、q8关闭，开关mos管q4打开，rpwm接口、gcpwm接口和bwpwm接口输出的pwm信号两两互补，以驱动红光+绿光、红光+蓝光或者绿光+蓝光分时输出；不管是哪一组灯串在工作，其最终的电流都会经过电流取样电阻r6，这样驱动升压恒流芯片u1会根据不同灯串的工作电压，输出对应的驱动电压，做到恒流输出。
34.其中，在本具体实施例中，开关mos管q1、q2、q3、q5、q6分别对应每组led灯串的连接控制，开关mos管q4、q7分别对应每个led发光单元的总连接控制，开关mos管q8是对于两个led发光单元的导向作用，使得两个led发光单元在同一时间只能有一个led发光单元在工作。
35.本具体实施例为白光可调色温+彩色rgb方案，其中通过一个恒流驱动模块同时控制了5路led灯串，也即5路led灯串仅需一个驱动升压恒流芯片即可很好地进行控制，相比传统的每路灯串对应需要一路恒流驱动，大大减少了芯片的需求量，因此大大降低了成本；而且基于该控制电路使得在同一时刻只可能有一组灯串进行工作，避免了系统出现过载的风险；另外直接通过单片机模块输出亮度调节信号(即功率调节信号)给恒流驱动模块，来直接控制对应工作的灯串的功率，使得功率得以很方便地控制。
36.如图4所示，是本发明实施例二的白光可调色温的方案中，相比图3所示的电路结构，去除掉rgb彩色灯串d2～d19、对应的开关mos管q1、q2、q3、q4、q7和q8以及上拉电阻r12，只需将两路灯串连接的开关mos管q5、q6分别连接到单片机u2对应的驱动接口处即可。
37.在本实施例中，需调节白光色温，例如其中的高色温白光灯珠灯串d23～d39为6000k色温，低色温白光灯珠灯串d43～d59为3000k色温，系统总功率为100w。具体的工作原理如下：(1)如需得到50w、3000k色温的白光输出，则可以通过单片机u2的dimpwm接口输出到驱动升压恒流芯片u1的调光pwm正周期脉冲比设为50％，将控制低色温白光灯珠灯串d43～d59的开关mos管q6打开，控制高色温白光灯珠灯串d23～d39的开关mos管q5关闭，这样就可以得到所需的50w、3000k色温的白光。(2)如需得到60w、4000k色温的白光输出，则可以通过单片机u2的dimpwm接口输出到驱动升压恒流芯片u1的调光pwm正周期脉冲比设为60％，根据(4000k－3000k)/(6000k－3000k)＝1/3，可以推算出3000k：6000k为2：1，这时采用互补信号控制低色温白光灯珠灯串d43～d59(3000k色温灯串)和高色温白光灯珠灯串d23～d39(6000k色温灯串)的开关mos管的通断，每个周期的前面2/3时间里控制低色温白光灯珠灯串d43～d59(3000k色温灯串)的开关mos管q6导通，控制高色温白光灯珠灯串d23～d39(6000k色温灯串)的开关mos管q5关闭，紧跟着的后面1/3时间里控制低色温白光灯珠灯串d43～d59(3000k色温灯串)的开关mos管q6关闭，控制高色温白光灯珠灯串d23～d39(6000k色温灯串)的开关mos管q5导通。因为一个周期的时间非常短，例如可以设计是在4khz以上；这样不管是人眼还是摄像机都只是看到混光后的色温4000k。因为在任何时候都只有一组灯串在工作，总功率也由单一的恒流驱动在控制，所以不会产生过载的问题。用上面的方法可以获得3000k～6000k任意色温，任意输出功率的白光，达到可调色温可调功率的要求。
38.如图5所示，是本发明实施例三的彩光rgb的方案中，相比图3所示的电路结构，去
除掉高色温白光灯珠灯串d23～d39、低色温白光灯珠灯串d43～d59、对应的开关mos管q4、q5、q6、q7和q8以及上拉电阻r12，只需将三路灯串连接的开关mos管q1、q2、q3分别连接到单片机u2对应的驱动接口处即可。彩色rgb的工作原理同上述白光可调色温方案的工作原理，可以通过两两组合实现不同相位饱和度100的光，即可以通过红+绿、红+蓝、绿+蓝的不同互补比例来实现不同颜色的光，在此不再赘述。
39.基于上述各个实施例可以看出，本发明提出的调光调色控制电路可以用于同时控制白光可调色温的两组灯串，也可以用于同时控制彩色rgb的三组灯串，还可以用于同时控制白光可调色温+彩色rgb的五组灯串，另外还可用于其他任意需要的多组灯串，通过该调光调色控制电路，采用互补驱动方式，做到精准交替亮灯，使得该led照明装置中的两组灯串是交替亮的，看到的却是两种灯串亮起来的混光效果。在进一步的方案中，还可以通过实现三组或三组以上的相互互补的pwm信号的单片机来相应控制三组或三组以上的灯串来实现交替亮，且使得看到的仍是三种或三种以上的灯串亮起来的混光效果，解决了现有技术中的成本高、功率控制困难以及存在系统过载风险的问题。
40.本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
41.以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。