三基色LED灯组控制电路的制作方法

三基色led灯组控制电路
技术领域
1.本实用新型涉及led灯的控制电路。


背景技术：

2.型号为elmos521.31的驱动器芯片(由德国elmos公司制造)由于仅有四个out端口和四个ain端口，一般被用于驱动单颗rgb led芯片，且功耗会集中在驱动器芯片上，因此输出的驱动电流不能很高，否则容易导致芯片损坏。
3.此外，为了保证产品的功能和性能，传统的led驱动电路一般采用恒压源或者恒流源。恒压源通常为dc/dc电路或ldo电路，电路设计成本较高，且在电磁兼容emc实验中容易造成干扰导致试验失败，会增加光衰，降低寿命。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种三基色led灯组控制电路，其在采用一块型号为elmos521.31的控制芯片的情况下就能驱动一颗以上的 rgb三基色led灯，且电路结构简单，能够以较低的成本实现恒流驱动led 灯，并具有较好的电磁屏蔽性能。
5.本实用新型实施例提供了一种三基色led灯组控制电路，包括控制芯片和三路led驱动电路，控制芯片的型号为elmos521.31；每一路led驱动电路包括开关电路、恒流控制电路以及一路或多路led灯串支路，多路led灯串支路的led灯串的颜色相同；每一led灯串支路包括电流输出电路和led灯串，电流输出电路的输出端与led灯串的阳极连接，led灯串的阴极接地；三路 led驱动电路的开关电路的输入端分别与控制芯片的三个信号输出端口连接，三路led驱动电路的电流输出电路的输入端均与电源连接，三路led驱动电路的led灯串分别为红色led灯串、蓝色led灯串和绿色led灯串；每一路led驱动电路的开关电路的输出端分别与该路led驱动电路的各电流输出电路的控制输入端连接，以控制各电流输出电路的通断；每一路led驱动电路的恒流控制电路分别与电源以及该路led驱动电路的各电流输出电路连接，以使电流输出电路向led灯串输出恒定的电流。
6.本实用新型至少具有以下优点：
7.1、本实用新型实施例的三基色led灯组控制电路实现了采用一块 elmos521.31控制芯片就可以直接驱动一颗以上的rgb三基色led灯的效果，大大提高了产品的性能，降低了产品的成本；
8.2、本实用新型实施例的电路结构简单，采用了恒流设计，保证了输出给 led灯的电流大小恒定，降低了消耗在控制芯片上的功耗，解决了系统的发热问题；
9.3、本实用新型实施例的三基色led灯组控制电路没有dc/dc等复杂电路，不易受外界干扰，也不会对外界设备产生辐射及干扰，更容易通过emc电磁兼容试验。
附图说明
10.图1示出了根据本实用新型一实施例的三基色led灯组控制电路的电路原理方框
图。
11.图2示出了根据本实用新型一实施例的三基色led灯组控制电路的电路图。
12.图3示出了根据本实用新型一实施例的一路led驱动电路的电路示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
14.请参阅图1至图3。根据本实用新型一实施例的一种三基色led灯组控制电路，包括控制芯片1和三路led驱动电路。
15.控制芯片1的型号为elmos521.31。
16.每一路led驱动电路包括开关电路21、恒流控制电路22以及一路或多路 led灯串支路，多路led灯串支路的led灯串24的颜色相同。每一led灯串支路包括电流输出电路23、led灯串24和电压采样电路25，电流输出电路23的输出端与led灯串24的阳极连接，led灯串24的阴极接地，电压采样电路25的输入端连接于电流输出电路23的输出端与led灯串的阳极的共接点。
17.三路led驱动电路的开关电路21的输入端分别与控制芯片1的三个信号输出端口(out端口)连接，三路led驱动电路的电流输出电路23的输入端均与电源vs连接，三路led驱动电路的电压采样电路25的输出端分别与控制芯片1的三个模拟信号输入端口(ain端口)连接。三路led驱动电路的 led灯串24分别为红色led灯串、蓝色led灯串和绿色led灯串。每个led 灯串24由一个led灯珠或多个同向串联、颜色相同的led灯珠组成。
18.每一路led驱动电路的开关电路21的输出端分别与该路led驱动电路的各电流输出电路23的控制输入端连接，以控制各电流输出电路23的通断。每一路led驱动电路的恒流控制电路22分别与电源vs以及该路led驱动电路的各电流输出电路23连接，以使电流输出电路23向led灯串24输出恒定的电流。
19.在本实施例中，电源vs为电池5的输出电压减去二极管d1的压降vd1 后得到的电压。对于led灯组为氛围灯、星空灯等内饰灯产品的情况而言，工作电压范围一般在9v～16v，典型电压值是13.5v。当电池5的输出电压vbat 为13.5v时，此时控制芯片1的输入电压vs＝vbat
‑
vd1＝13.5
‑
1＝12.5v,而 elmos521.31芯片的工作电压范围是5.5v～18v，12.5v的电压值满足控制芯片的工作条件，控制芯片1开始工作，此时控制芯片的out1端口会提供一个5.5v 的高电平输出。
20.在图1和图2的示例中，采用了一块elmos521.31芯片来驱动六颗led灯 9发光，六颗led灯9是以两串联三并联的方式连接的。三路led驱动电路的开关电路21的输入端分别与控制芯片1的三个信号输出端口out1、out2 和out3连接，三路led驱动电路的电压采样电路25的输出端分别与控制芯片1的三个模拟信号输入端口ain1、ain2和ain3连接。每一路led驱动电路包括三路led灯串支路，每一路led灯串支路的led灯串24由两个同向串联、颜色相同的led灯珠组成。
21.由于三路led驱动电路的结构和原理基本相同，为简便起见，接下来，仅以设置了红色led灯串的一路led驱动电路为例说明led驱动电路的结构及工作原理。
22.请结合图3所示。在本实施例中，开关电路21包括npn三极管q10、基极限流电阻r61和下拉电阻r62，基极限流电阻r61的一端与控制芯片1的信号输出端口out1连接，基极限流
电阻r61的另一端连接于npn三极管q10 的基极与下拉电阻r62的一端的共接点，下拉电阻r62的另一端与npn三极管q10的发射极的共接点接地。基极限流电阻r61和下拉电阻r62主要用于调整npn三极管q10的基极电流，以确保npn三极管能处于饱和导通或者截止的稳定状态。在其它的实施例中，开关电路21还可采用mos场效应管， mos场效应管作为开关管，开关管的控制端和第一导通端分别连接开关电路 21的输入端和输出端，开关管的第二导通端接地。
23.恒流控制电路22包括双二极管d2，双二极管d2由两个串联的二极管组成。双二极管d2可起到稳压作用。
24.三路led灯串支路的结构和原理也基本相同，为简便起见，以第一路led 灯串支路为例说明led灯串支路的结构。电流输出电路23包括pnp三极管 q1、第一限流电阻r1和第二限流电阻r51。第一限流电阻r1的第一端与双二极管d2的阳极的共接点连接电源vs，第一限流电阻r1的第二端连接pnp三极q1管的发射极，pnp三极管q1的集电极与第二限流电阻r51的第一端连接，pnp三极管q1的基极与双二极管的阴极的共接点连接开关电路21的输出端，第二限流电阻r51的第二端连接led灯串24的阳极。
25.根据客户需求(产品的光通量值)，可以计算得出led灯正常工作时的电流值，而led灯的总电流值等于led灯的红r、绿g、蓝b三色通道的电流之和。
26.以第一路led灯串支路(红色r通道)的电流为例：通过双二极管d2和 pnp三极管q1的导通电压值给电阻r1提供一个恒定的电压值，恒定电压除以电阻r1的电阻值可以得出恒定电流，以此驱动红色led灯串的发光。流过led 灯的第一路红色led灯串的电流
27.由公式可以看出，影响电流i
led灯
变化的参数是u
d2
、u
eb
和r1,而这几个参数都是固定的，因此，它不因外部输入电压的变化而变化，可以实现恒流驱动。在一种具体的实施方式中，双二极管d2的导通电压为vf＝u
d2
＝1.75v，pnp三极管q1的发射极与基极的导通电压u
eb
＝1.2v，即电阻r1两端形成了一个恒定的电压值，u
r1
＝u
d2
‑
u
eb
＝1.75
‑
1.2＝0.55v，而电阻r1的阻值是恒定的 15ω，即恒定电流i
led灯
＝0.55v/15ω＝36.7ma，根据不同的电流需求，更换不同的电阻阻值即可。
28.对于第二路、第三路led灯串支路而言，pnp三极管q2和pnp三极管 q3的基极分别与双二极管d2的阴极相连，即双二极管d2的导通电压亦作用到pnp三极管q2和pnp三极管q3，使电阻r2和电阻r3的两端亦形成一个恒定的电压值，而电阻r1、电阻r2、电阻r3的阻值一致，均为15ω，故三路led灯串支路(三组红色r通道)的电流一致，所有红色led灯的发光亮度一致，效果更佳。
29.elmos521.31芯片的4个out端口的输出电压范围是：
‑
0.3v～5.5v，主要作用是输出高电平或低电平来控制npn三极管q10、npn三极管q11、npn 三极管q12的导通和截止。当out端口输出为高电平时，npn三极管导通，当out端口输出为低电平时，npn三极管截止。
30.elmos521.31芯片的4个ain端口的电压范围也是：
‑
0.3v～5.5v,主要作用是通过检测到不同的电压值来判定led灯的状态，即：led灯正常工作时和 led灯短路以及开路时有明显的电压差异，不同的电压值表现出不同的led 状态。
31.在本实施例中，电压采样电路25包括采样电阻，采样电阻的第一端连接于电流输
出电路23的输出端与led灯串的共接点。三路led驱动电路的电压采样电路25的采样电阻的第二端分别与控制芯片1的三个模拟信号输入端口 (即ain端口)连接，每一路led驱动电路中，所有led灯串支路的采样电阻的阻值相等，以便于计算和统一标定。
32.以设置了红色led灯串的一路led驱动电路为例，三路led灯串支路的采样电阻分别为r10、r11和r12。进一步地，在每一路led驱动电路中，其中一路led灯串支路的电压采样电路25还包括接地电阻，接地电阻的第一端与采样电阻的第二端连接，接地电阻的另一端接地。在图中的示例中，第一路 led灯串支路的电压采样电路25设有接地电阻r13，每一路led驱动电路具有一个led灯串或者具有多个led灯串时均只需设置一个接地电阻，接地电阻r13是共用的。
33.结合图3所示，三路红色led灯串是并联关系，其中r10＝r11＝r12，ain1 管脚检测到的电压值v
in1
的公式如下：通过公式可以得出， led灯串正常及led灯串开路或者短路，这三种情况下第一路、第二路和第三路led灯串的电压v1、v2和v3是变化的，采用elmos521.31芯片在不同环境条件下进行ain的数据采集，可以实现诊断功能。led灯串正常时，控制芯片采样到的电压范围是2.2v～2.8v，led灯串短路时，控制芯片采样的电压范围为0～2.1v，led灯串开路时，控制芯片采样的电压范围时2.9v～5v。 elmos521.31芯片采集完电压数据后，与预设的正常电压阈值、短路电压阈值以及开路电压阈值进行比较，就可以实现诊断功能。
34.上述实施方式以控制六颗led灯为例，在其它的实施方式中也可以控制大于等于一颗以上的任意数量的led灯，其基本电路架构与原理是一致的，这有助于减少开发时间，降低开发成本。
35.型号为elmos521.31的控制芯片，仅有四个out端口和四个ain端口，一般被用于驱动单颗三基色led，单颗三基色led就需要三个out端口分别输出调节红、绿、蓝的pwm信号，使led灯发出30种不同颜色的光，而三个ain端口用于分别监测红色led灯珠、蓝色led灯珠和绿色led灯珠的电压，判定led灯状态的正常及开短路。本实施例的三基色led灯组控制电路通过三极管等器件的电路搭建，利用elmos521.31芯片的三个out端口和三个ain端口实现了控制大于等于一颗led灯的工作，解决了恒流控制以及因为ain口不足带来的无法诊断led开短路的难题，大大提高了产品的性能需求，降低了产品的成本预算。
36.本实施例可用于车辆的内饰灯的控制。作为内饰灯的氛围灯、星空灯的主要用途是用灯光在车内营造出舒适的氛围，有效提升汽车的内饰品质。而本实施例可以根据不同的需求控制led灯发出30种不同的颜色，使内饰灯控制更加智能化、人性化。
37.以上描述是结合具体实施方式和附图对本实用新型所做的进一步说明。但是，本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本实用新型确定的保护范围。