一种基于单片机的低压程控LED恒流驱动电路的制作方法

本发明涉及半导体，具体涉及一种基于单片机的低压程控led恒流驱动电路。

背景技术：

1、由于led是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，使用不当极易烧毁或造成光衰。因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和工作电流保护。

2、图1是不同颜色的led典型伏安曲线。由led伏安特性可知，当加到led两端的正向电压 达到led开启阈值后，其正向工作电流与电压关系具有非常陡峭的伏安特性。这意味着当加到led两端的电压具有稍微变化时，其工作电流就有非常大的变化。

3、当led工作电流增大时，其pn结温度会随之升高，而由于led由具有负温度特性，当led工作电流增大时，其电阻反而变小，从而导致其工作电流进一步增大,pn结温度进一步升高，形成恶行循环，最终导致led烧毁。因此， led一般采用恒流驱动模式，防止led出现热失控。

4、常规的led驱动电路大多采用恒流驱动芯片，但在一些特殊应用场景如电池供电的产品中，由于电压较低，无法达到led的开启门限电压，往往要先经过升压然后再驱动led，其驱动方式如图2所示，但在上述典型低压恒流驱动led电路中，依然存在几个无法满足特殊应用的缺点：

5、1、工作电压依然偏高，大多升压dcdc或恒流驱动芯片最低工作电压都在2.7v，这对于某些特殊需要如单节电池供电的产品依然偏高；

6、2、电利用效率偏低，虽然dcdc芯片或恒流驱动芯片往往号称可以达到90%左右的效率，但在大电流下，芯片自身发热严重，效率下降较快，且dcdc芯片和恒流驱动芯片串联后其综合效率更低，往往只能达到50%~60%左右，对于电池供电的产品来说，能量利用率太低，浪费严重；

7、3、无法按需动态调光，虽然很多dcdc芯片和恒流驱动芯片都可以通过pwm进行调节输出电压或输出电流，但由于dcdc芯片和恒流驱动芯片自身不具有可编程能力，因而往往只能实现某一个特定的亮度，无法按照实际需要动态调节led亮度，如果需要动态调光，则需额外增加mcu实现程序控制输出电压或输出电流，但这样无疑增加了电路复杂度和bom成本。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，利用mcu内部的pwm组件、比较器组件及ad组件，直接构造升压电路和恒流驱动电路，对led工作电流进行采样，与程序内部设定工作电流进行比较，依据比较结果动态调整pwm输出脉冲占空比，从而调节和控制led两端的工作电压，达到调节其工作电流的目的，有效解决现有技术中的诸多问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，电路包括：

3、mos管q1，其源极连接输入电源vin，其漏极连接储能电感l1的一端，从而让输入电源vin电流有控制的流向输出vout;

4、储能电容c3，其一端连接mos管q1的漏极，另一端接地，起到储能作用，保证负载有连续的能量供给；

5、储能电感l1，其另一端连接续流二极管d1的阳极，当mos管q1导通时储能，当q1关断时为负载提供续航电流；

6、续流二极管d1，其阴极连接输出vout，用于在mos管q1关断时为电感电流提供回路，防止电流反灌；

7、单片机u1，与mos管q1连接，用于控制mos管q1的导通与截止，以及检测和控制输出电压和输出电流。

8、作为优选的技术方案，当pwm驱动mos管q1导通时，电感l1两端的电压为：vlon=vin，此时根据电感的基本方程：vlon = l * dion / dton，电感电流将呈线性上升。

9、作为优选的技术方案，当pwm驱动mos管q1截至时，电感l1两端的电压为：vloff=vout -vin，此时电感电流呈线性下降，并根据电感的基本特性方程：vloff= l * dioff / dtoff。

10、作为优选的技术方案，根据电感电压伏秒平衡定律：vlon * ton = vloff * toff，以及已知的dc-dc控制器输出pwm驱动信号的占空比为d，则：d = ton /( ton+toff)。

11、作为优选的技术方案，boost型拓扑电路的电压输出为：vout= vin *d /(1-d)，占空比d越大，输出电压越高，反之则输出电压越低。

12、作为优选的技术方案，当vout建立后，驱动led灯珠d2，同时在r1上建立压降vr，其中led灯珠电流可以通过公式iled= vr/r1计算。

13、作为优选的技术方案，单片机u1利用内含的ad组件，对r1两端电压进行实时采样，并计算led灯珠电流值iled，与设定值进行比较，从而调整pwm输出占空比d值。

14、作为优选的技术方案，通过ad组件对led灯珠电流进行不间断采样并实时调整pwm输出占空比d值。

15、作为优选的技术方案，根据boost型拓扑电路电压输出公式vout= vin *d /(1-d)，当电池电压vin下降时，通过调整pwm输出的占空比d值，可使输出电压vout保持稳定。

16、作为优选的技术方案，单片机u1型号为stc8g1k08a，但不限于此型号。

17、本发明的有益效果是：一、本发明只需要一颗mcu芯片，配合外围少量元器件如储能电感，续流二极管，储能电容，少数电阻等即可实现升压恒流驱动led的目标；

18、二、本发明成本低，较传统的控制方式，本发明省去了dcdc升压芯片和恒流驱动芯片，bom成本明显降低，且占用空间少，更易于集成和装配；

19、三、本发明控制灵活，用于本专利中使用了可编程mcu，可根据使用场景动态控制led灯珠亮度，不仅亮度调节范围大，而且使用更加灵活，在不增加成本的前提下可实现复杂场景下的亮度控制。

技术特征：

1.一种基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：电路包括：

2.根据权利要求1所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：当pwm驱动mos管q1导通时，电感l1两端的电压为：vlon =vin，此时根据电感的基本方程：vlon = l *dion / dton ,电感电流将呈线性上升。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：当pwm驱动mos管q1截至时，电感l1两端的电压为： vloff = vout -vin，此时电感电流呈线性下降，并根据电感的基本特性方程：vloff = l * dioff / dtoff。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：根据电感电压伏秒平衡定律： vlon * ton = vloff * toff，以及已知的dc-dc控制器输出pwm驱动信号的占空比为d，则：d = ton /( ton+ toff)。

5.根据权利要求4所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：boost型拓扑电路的电压输出为：vout = vin *d /(1-d)，占空比d越大，输出电压越高，反之则输出电压越低。

6.根据权利要求1所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：当vout建立后，驱动led灯珠d2，同时在r1上建立压降vr，其中led灯珠电流可以通过公式iled = vr/r1计算。

7.根据权利要求6所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：单片机u1利用内含的ad组件，对r1两端电压进行实时采样，并计算led灯珠电流值iled，与设定值进行比较，从而调整pwm输出占空比d值。

8.根据权利要求7所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：通过ad组件对led灯珠电流进行不间断采样并实时调整pwm输出占空比d值。

9.根据权利要求5所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：根据boost型拓扑电路电压输出公式vout = vin *d / (1-d)，当电池电压vin下降时，通过调整pwm输出的占空比d值，可使输出电压vout保持稳定。

10.根据权利要求1所述的基于单片机的低压程控led恒流驱动电路，其特征在于：单片机u1型号为stc8g1k08a。

技术总结
本发明公开了一种基于单片机的低压程控LED恒流驱动电路，电路包括MOS管Q1，其源极连接输入电源Vin，其漏极连接储能电感L1的一端，储能电容C3一端连接MOS管Q1的漏极，另一端接地，储能电感L1另一端连接续流二极管D1的阳极，当MOS管Q1导通时储能，当Q1关断时为负载提供续航电流；续流二极管D1，其阴极连接输出Vout。本发明利用MCU内部的PWM组件、比较器组件及AD组件，直接构造升压电路和恒流驱动电路，对LED工作电流进行采样，与程序内部设定工作电流进行比较，依据比较结果动态调整PWM输出脉冲占空比，从而调节和控制LED两端的工作电压，从而达到调节工作电流的目的。

技术研发人员：黄孝民,侯景山
受保护的技术使用者：凯联医疗科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5