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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体,具体涉及一种基于单片机的低压程控led恒流驱动电路。
技术介绍
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
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,本专利技术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、本专利技术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、本专利技术的有益效果是:一、本专利技术只需要一颗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、本专利技术成本低,较传统的控制方式,本专利技术省去了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、本专利技术控制灵活,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。
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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
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。
...【技术特征摘要】
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-...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄孝民,侯景山,
申请(专利权)人:凯联医疗科技上海有限公司,
类型:发明
国别省市:
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