一种混色led 照明系统及其驱动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种混色LED照明系统及其驱动电路，该驱动电路连接不同色温或颜色的至少两个LED灯组，且所述驱动电路包括：用于为所述LED灯组提供恒定的电流的恒流模块；用于根据目标色控制所述恒流模块输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比的PWM信号的控制模块；用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流的开关模块。实施本实用新型的技术方案，该驱动电路有较宽的电压范围，而且，大大地降低成本、减少体积。
【专利说明】-种混色LED照明系统及其驱动电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及LED【技术领域】，尤其涉及一种混色LED系统及其驱动电路。
【背景技术】
[0002] 在全球低碳、绿色、环保的发展趋势下，随着LED技术的不断进步，LED产品的应用 领域逐步拓展，LED照明已广泛被人们接受。同时智能照明开始得到重视。作为智能照明 的重要组成部分，混色技术也逐渐得到应用。混色技术是指通过控制不同色温（如冷白和 暖白）或颜色（如红绿蓝）达到用户所需要的照明效果，以提高用户的舒适度。这种根据 用户需要，提供无数种不同照明效果的照明器件是传统照明设备所达不到的。
[0003] 目前，绝大多数的LED混色是通过恒压输出和简单的占空比PWM信号来控制不同 色温或颜色的LED的输出比例。目前市场上的LED灯带就是这种方式。由于LED是二极管， 恒压输出不仅无法精确控制LED的光通量，当LED发热或老化时，导通电压会发生变化，使 光通量发生较大偏移，不适合稳定的混色。
[0004] Philips第一款Hue系列家居智能照明灯泡于2013年投放市场，可用手机选取照 片上的任意一种颜色，并使灯泡的照明效果和该颜色同步，混色效果非常精准，有16万钟 颜色之多。该产品迅速被市场接受。但是由于照明驱动的产业链多为传统照明方案服务， Philips只能根据现有芯片和驱动技术来实现混色功能。Philips的混色驱动电路为两级， 先产生40V和5V恒压源，并且不支持功率因数矫正。5V恒压源为无线接收和PWM信号发 生模块提供电源，40V恒压源在通过DC-DC恒压电路为串行的红绿蓝（RGB)彩色LED灯组 供电。为了精准的控制混色，Philips采用的串行LED灯组，其输出电压范围变化很大，从 2v-20v。目前没有控制芯片可以实现这样大的动态范围。因此，Philips的驱动电路采用 两级，复杂度高，成本高。 实用新型内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述驱动电路无法实现宽电 压范围的缺陷，提供一种混色LED照明系统及其驱动电路，能实现宽电压范围。
[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种混色LED照明系统的 驱动电路，连接不同色温或颜色的至少两个LED灯组，所述驱动电路包括 ：
[0007] 用于为所述LED灯组提供恒定的电流的恒流模块；
[0008] 用于根据目标色控制所述恒流模块输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占 空比的PWM信号的控制模块；
[0009] 用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流的开关模块。
[0010] 在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述恒流模块为所述控制 模块供电。
[0011] 在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述至少两个LED灯组串 联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组并联。
[0012] 在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述至少两个LED灯组并 联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组串联。
[0013] 在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述恒流模块的输出端和 所述LED灯组之间连接有电感。
[0014] 在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述恒流模块的输出端和 地之间连接有电容。
[0015] 在本实用新型所述的混色LED照明系统的驱动电路中，所述驱动电路连接有可控 娃调光器。
[0016] 本实用新型还构造一种混色LED照明系统，包括不同色温或颜色的至少两个LED 灯组，所述混色LED照明系统还包括以上任一项驱动电路。
[0017] 实施本实用新型的技术方案，使用单级的恒流模块为LED灯组提供恒定的电流， 且该恒流模块可根据控制模块的控制实现输出电流可调，从而使得该驱动电路有较宽的电 压范围，而且，这种驱动电路大大地降低成本、减少体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 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：
[0019] 图1A、图1B是本实用新型混色LED照明系统实施例一的逻辑图；
[0020] 图2是图1中各信号的波形图；
[0021] 图3是本实用新型混色LED照明系统实施例二的逻辑图；
[0022] 图4A、图4B是本实用新型混色LED照明系统实施例三的逻辑图；
[0023] 图5是本实用新型混色LED照明系统实施例四的逻辑图。
【具体实施方式】
[0024] 图1A、图1B是本实用新型混色LED照明系统实施例一的逻辑图，该混色LED照明 系统包括整流电路、驱动电路和LED灯组331。整流电路包括EMI滤波器301和二极管整流 桥310,分别用于对交流输入电压进行EMI滤波和整流，以转换成直流电压110。该LED灯 组331包括有红色LED灯组LED1、绿色LED灯组LED2和蓝色LED灯组LED3,而且，该三个 LED灯组串联。驱动电路包括恒流模块120、控制模块125和开关模块135，其中，恒流模块 120用于为三个LED灯组331提供恒定的电流，S卩，提供电流为Ιο的恒流源，而且，该恒流 模块120根据控制模块12的控制实现输出电流Ιο可调；控制模块125用于根据目标色控 制恒流模块120输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比的PWM信号。开关模块 135用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流。
[0025] 在该实施例中，三个LED灯组LED1、LED2、LED3串联，开关模块135包括三个开关 ΚΙ、K2、K3,而且，开关K1与LED灯组LED1并联，开关K2与LED灯组LED2并联，开关K3与 LED灯组LED3并联。控制模块125可将输出电流控制在三个LED灯组中需要电流最大的 LED灯组所对应的电流值上，例如，根据混色要求确定红色、绿色、蓝色LED灯组LED 1、LED2、 LED3的电流（PWM信号的占空比）比例为3 :7 :2,则该控制模块125可将恒流模块120的输 出电流调整为绿色LED灯组LED2所需要的电流。
[0026] 在该实施例中，由于负载是在按一定的周期不断变化的，恒流源在不同的负载上 所造成的电压Vo是随负载变化而变化的：
[0027] Vo = Io*Rload
[0028] 当三个LED灯组全导通时，输出电压最高，记为Vo_max。当只有一个LED灯组导通 时，输出电压最低，Vo_min。如果每个LED灯组中LED灯的数量基本相同，Vo_max:Vo_min 一般至少会达到6:1。如果每个LED灯组中LED灯的数量不相同，Vo_max: Vo_min比例会更 高。这个电压范围远远大于一般LED驱动电路的输出电压动态范围。
[0029] 在该实施例中，串联后的三个LED灯组LED1、LED2、LED3通过电感L0连接恒流模 块120的输出端，电感L0的特性可保证恒流模块120的输出电流不会因为由PWM信号控制 的开关K1、K2、K3的开或关而产生突变。而且，恒流模块120的输出端连接有电容值较大的 电容C0,用于滤除恒流源的纹波。
[0030] 在该实施例中，结合图2, PWM1、PWM2、PWM3分别为控制模块125所产生的用于控 制红色、绿色、蓝色LED灯组LED1、LED2、LED3的PWM信号。以红色、绿色、蓝色LED灯组的 PWM信号占空比的比例为3 :7 :2为例，由于绿色LED灯组LED2所需的电流最大，所以控制 模块125将恒流模块120的输出电流控制在绿色LED灯组LED2所需要的电流上。这样，绿 色LED灯组LED2的P丽信号恒为0,该绿色LED灯组LED2处于常开状态，即恒流模块的输 出电流一直流过绿色LED灯组LED2。红色LED灯组LED1和蓝色LED灯组LED3由其余两路 PWM信号控制，而且，这两路PWM信号的相位在PWM周期内对称，相位对称是指第一路PWM信 号的高电位的中心值与第二路PWM信号的低电位的中心值重合。
[0031] 值得注意的是，当某一路灯组短路，电流流过相应开关时，负载降低，会造成LED 灯组上的输出电压降低。由于电容C0上的电压变化缓慢，在这种情况下，电感L0的电流会 逐渐上升。而当某一路灯组开路，电流重新流过LED灯组时，负载升高，会造成LED灯组上 的输出电压升高，电感L0的电流会逐渐下降。
[0032] 在图2中，1〇表示输出电流，即电感L0中的电流；Vo为输出电压，即LED灯组上的 电压；Ig为绿色LED灯组LED2的电流；Ir为红色LED灯组LED1的电流；lb为蓝色LED灯 组LED3的电流。在此应用例中，由于绿色LED灯组LED2常开，因此其电流与输出电流Ιο 一致。每个PWM周期内，输出电流Ιο的波动Λ I与电感L0的电感值L成反比，与PWM信号 的开关频率Fpwm成反比，同时与输出电压的跳动幅度Λ Vo成正比。 r . ?Υο .
[0033] Δ ? = r(----) L * Fpwm
[0034] 当电感L0的电感值较大或PWM信号的开关频率较高时，电流的上升或下降可以被 认为是线性的。虽然电流会随PWM信号而变化，由于只有两路PWM信号同时工作，当这两路 PWM信号的相位对称的时候，电流和PWM信号的占空比为1 :1的关系。只有在这种对称的 相位下，电流和PWM信号的占空比为1 :1的关系。否则，混色将偏离PWM信号的占空比。
[0035] 因此，在使用PWM信号控制三个LED灯组开或关以达到精准混色时，与每一个LED 灯组相对应的PWM信号可遵循一定的规律，保证PWM波形的角度对称，同时减少输出电压的 波动。
[0036] 图3是本实用新型混色LED照明系统实施例二的逻辑图，该混色LED照明系统包 括整流电路、驱动电路和三个LED灯组，其中，驱动电路包括恒流模块、控制模块和开关模 块。下面分别说明每个部分：
[0037] 整流电路包括EMI滤波器和二极管整流桥，交流输入电压经EMI滤波器和二极管 整流桥后，转换为直流电压。
[0038] 驱动电路的开关模块包括与每一个LED灯组相对应的光耦和M0S管，而且，每个 M0S管均和相应的LED灯组并联。
[0039] 在驱动电路的控制模块中，无线通讯模块U1同时输出三路PWM信号PWM1、PWM2、 和PWM3,每一路PWM信号均通过相应光耦传输到相应M0S管，以通过控制M0S管的开关实现 相应LED灯组的电流控制。电感L0连接在恒流模块的输出端和LED灯组之间，保证电流不 会突变。
[0040] 在驱动电路的恒流模块中，驱动芯片U0通过CLK/DM接口接收来自无线通讯模块 U1的数字指令，并且根据所接收的数字指令通过控制M0S管Q1的开和关来控制变压器的频 率，并通过其脚2实时采样变压器的输出电压及通过其脚8实时采样变压器的输出电流，以 使输出电流满足数字指令的要求，且通过耦合的方式为LED灯组提供恒流源及通过无线通 讯模块U1的脚9为无线通讯模块U1供电。该驱动芯片U0还通过其脚3检测整流后的电 压，并根据该检测电压通过控制M0S管Q1的开关使变压器的输出电流跟随输入电压的变化 而变化，以达到功率因素矫正的目的。另外，无线通讯模块U1还通过V0P管脚控制驱动芯 片U0,使其进入低电压输出状态，从而关断所有LED灯组的输出，达到用电子方式关断照明 设备的功能，同时，不会影响控制模块的供电。
[0041] 图4A、图4B是本实用新型混色LED照明系统实施例三的逻辑图，该实施例主要实 现不同色温的混色。在该实施例中，LED灯组包括相并联的两组，分别为LED数量相等的冷 白LED灯组LED4和暖白LED灯组LED5。开关模块包括两个开关K4、K5,而且，开关K4与 LED灯组LED4串联，开关K5与LED灯组LED5串联。当开关导通时，电流从相应LED灯组流 过；当开关断开时，相应LED灯组没有电流。和图1所示的实施例一样，恒流模块将输出电 流调整为LED灯组导通时所需要的电流。另外，控制模块所产生的两路PWM信号PWM4、PWM5 相反，当一路导通时，另一路关闭，这样可以精准地达到混色要求。
[0042] 另外，优选地，本实用新型混色LED照明系统的驱动电路还可兼容可控硅调光器。 例如，图5示出了本实用新型混色LED照明系统实施例四的逻辑图，该实施例相比图3所示 的实施例，所不同的仅是，在二极管整流桥之前，还包括有可控硅调光器（未示出）。另外， 该驱动电路还包括二极管Ddim、M0S管M2和电阻Rbld，其中，二极管Ddim的正极连接二极 管整流桥的正输出端，其负极连接变压器第一初级绕组的同名端。电阻Rbld连接在二极管 整流桥的正输出端和M0S管M2的漏极之间，M0S管Q2的源极接地，M0S管Q2的栅极接驱动 芯片U0的锁存电流控制端（BLDR)。驱动芯片U0用于在所采样的电压低于预设的第一阈值 时，通过其锁存电流控制端（BLDR)开启M0S管M2,以通过电阻Rbld为可控硅调光器提供锁 存电流，并关断M0S管Q1 ;在所采样的电压高于预设的第二阈值时，通过其锁存电流控制端 (BLDR)关断M0S管M2,停止为可控硅调光器提供锁存电流，并控制M0S管Q1工作，使整流 后的电压能耦合到LED灯组。
[0043] 最后需说明的是，以上几个实施例，恒流模块都是采用耦合的方式为控制模块供 电，当然，在其他实施例中，恒流模块也可采用连接的方式为控制模块供电。
[0044] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则
【权利要求】
1. 一种混色LED照明系统的驱动电路，连接不同色温或颜色的至少两个LED灯组，其特 征在于，所述驱动电路包括 ： 用于为所述LED灯组提供恒定的电流的恒流模块； 用于根据目标色控制所述恒流模块输出的电流，并为每一个LED灯组产生相应占空比 的PWM信号的控制模块； 用于根据每一路PWM信号导通或关闭相应LED灯组的电流的开关模块。
2. 根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述恒流模块为 所述控制模块供电。
3. 根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述至少两个 LED灯组串联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组并联。
4. 根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述至少两个 LED灯组并联，所述开关模块包括至少两个开关，而且，每个开关与其中一个LED灯组串联。
5. 根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述恒流模块的 输出端和所述LED灯组之间连接有电感。
6. 根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述恒流模块的 输出端和地之间连接有电容。
7. 根据权利要求1所述的混色LED照明系统的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路连 接有可控硅调光器。
8. -种混色LED照明系统，包括不同色温或颜色的至少两个LED灯组，其特征在于，所 述混色LED照明系统还包括权利要求1-7任一项驱动电路。
【文档编号】H05B37/02GK203912284SQ201420329622
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】叶军 申请人:深圳普得技术有限公司