一种LED恒流驱动电路及方法与流程

一种led恒流驱动电路及方法
技术领域
1.本发明涉及电子元器件控制领域，尤其涉及一种led恒流驱动电路及方法。


背景技术：

2.发光二极管led在照明应用中，具有发光效率高、寿命长、高亮度、节能环保和耐用等特点，被认为是当前最具潜力的光源之一。随着led在车灯上的广泛应用，在信号灯方面如刹车灯、转向灯等，通常需要多颗led串联，当前的汽车法规中有要求，一颗或者几颗led等故障，其余灯光如有亮度，必须要满足配光要求，从配光角度而言，当前由于多采用串联方案，如果有多颗led灯故障，此时很难满足配光需求，由于多颗led灯珠串联，必须对整个车灯系统更换，使得维修成本增大。另外，led模组配置好后，很难对光强进行调节，缺少光强的反馈单元，也没有对led灯珠损坏之后的两种状态分别进行配光调整。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种可以调整整体通路的电流、调整对应通路的开关管栅极电压对通路电流微调的led恒流驱动电路及方法，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。
4.第一方面，本发明提供了一种led恒流驱动电路，包括：led灯组，包括多路并联的led灯串，每一路led灯串灯包含至少三个led灯珠；驱动单元，与所述led灯组连接，包括第一二极管、电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一驱动电阻、第二驱动电阻和第三驱动电阻，所述第一二极管的阳极与电压输入端连接，所述第一二极管的阴极连接所述电感，所述第一二极管的阴极分别连接所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管的漏极，所述第一开关管的源极连接第一电阻，所述第二开关管的源极连接第二电阻，所述第三开关管的源极连接第三电阻，所述第一开关管的栅极连接所述第一驱动电阻，所述第二开关管的栅极连接第二驱动电阻，所述第三开关管的栅极连接所述第三驱动电阻，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻分别连接至所述led灯串；检测反馈芯片，与所述led灯组连接，所述第三电阻所在的第三led灯串连接所述检测反馈芯片的第一检测端口，所述第二电阻所在的第二led灯串连接所述检测反馈芯片的第二检测端口，所述第一电阻所在的第一led灯串连接所述检测反馈芯片的第三检测端口；控制芯片，连接在所述驱动单元和所述检测反馈芯片之间，所述第一驱动电阻连接所述控制芯片的第一接口，所述第二驱动电阻连接所述控制芯片的第二接口，所述第三驱动电阻连接所述控制芯片的第三接口，所述检测反馈芯片的第一反馈端口连接所述控制芯片的第四接口，所述检测反馈芯片的第二反馈端口连接所述控制芯片的第五接口，所述检测反馈芯片的第三反馈端口连接所述控制芯片的第六接口，所述控制芯片的第七接口接地，所述控制芯片的第八接口与所述电感连接，所述控制芯片的第九接口连接第二二极管；
其中，当所述led灯组工作时，所述控制芯片检测外部输入信号并控制所述驱动单元给所述led灯组供电，所述检测反馈单元检测每一通路的led灯串的电流值，以确定每一路led灯串的工作状态，并将信号实时反馈给所述控制芯片；当检测反馈单元通过至少一个检测端口检测到led灯出现异常并经过对应的反馈端口向控制芯片发送异常信号时，控制芯片根据第九接口检测到外部光强对应的预设电压并通过第八接口对输入电压进行滤波得到输入电压，控制芯片根据输入电压均衡调整驱动单元的输入电流。
5.作为上述技术方案的进一步改进，所述第二二极管与所述第九接口之间连接有电容，所述第七接口连接第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极与第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极连接所述检测反馈芯片。
6.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻为稳压电阻。
7.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管为mos管。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一驱动电阻、所述第二驱动电阻和所述第三驱动电阻为mos管栅极驱动电阻。
9.第二方面，本发明还提供了一种led恒流驱动方法，包括以下步骤：获取每一路的led灯串的led灯珠的工作状态，当检测反馈芯片检测到led灯珠损坏且所述led灯珠所在电路为断路状态；检测反馈芯片通过与led灯串连接的检测端口检测所述led灯珠所在电路的电流值发生变化得到第一信号，与所述检测端口对应的反馈端口将第一信号反馈给控制芯片，控制芯片通过与所述led灯珠连接的接口输出第一信号对应的控制信号控制与所述接口连接的开关管关闭，并通过与电感连接的接口增加与开关管并联通路的电流；当所述led灯珠出现热损坏且所述led灯珠所在电路为通路状态，检测反馈芯片通过检测端口判断电流值大小得到第二信号，将第二信号通过接口反馈给控制芯片，控制芯片控制开关管的栅极电压以微调开关管的电流值。
10.本发明提供了一种led恒流驱动电路及方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：通过在led灯组和控制芯片之间加入检测反馈芯片，led灯组包括多路并联的led灯串，控制反馈芯片可以实时检测led灯串的工作状态，并将检测结果反馈给控制芯片，提高了对led灯串检测的及时性和有效性。驱动单元包括多个并联的开关管、与开关管连接的二极管、以及与开关管的栅极连接的驱动电阻，每个开关管的源极连接一个电阻，可以实现led灯串所在通路的电流稳定。当led灯组工作时，控制芯片检测外部输入信号并控制驱动单元给led灯组供电，检测反馈单元检测每一通路的led灯串的电流值，以确定每一路led灯串的工作状态，并将信号实时反馈给控制芯片，单个led灯串损坏不会影响整体配光效果，各个通路相对独立，使得维修便捷易实现。检测反馈芯片可以对各个通路的信号实时检测，各个通路的光强通过控制芯片实时调整，整体配光效果稳定。通过控制芯片可以调节整体通路的电流，还可以通过调整对应通路的开关管栅极电压对led灯串通路的电流进行微调，使led灯组的光强调节范围增大，提高了led灯组的工作稳定性，也降低了维修成本。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
12.图1为本发明实施例提供的led恒流驱动电路的结构框图；图2为本发明实施例提供的led灯组的结构示意图；图3为本发明实施例提供的led恒流驱动电路的原理图；图4为本发明实施例提供的led恒流驱动方法的流程图。
13.主要元件符号说明如下：10-led灯组；11-led灯串；20-驱动单元；21-第一二极管；22-电感；23-第一开关管；24-第二开关管；25-第三开关管；26-第一电阻；27-第二电阻；28-第三电阻；29-第一驱动电阻；30-第二驱动电阻；31-第三驱动电阻；40-检测反馈芯片；50-控制芯片；51-第二二极管；52-第三二极管；53-第四二极管；54-电容。
具体实施方式
14.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
15.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
16.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.参阅图1、图2和图3，本发明提供了一种led恒流驱动电路，包括；led灯组10，包括多路并联的led灯串11，每一路led灯串11灯包含至少三个led灯珠；驱动单元20，与所述led灯组10连接，包括第一二极管21、电感22、第一开关管23、第二开关管24、第三开关管25、第一电阻26、第二电阻27、第三电阻28、第一驱动电阻29、第二驱动电阻30和第三驱动电阻21，所述第一二极管21的阳极与电压输入端连接，所述第一二极管21的阴极连接所述电感22，所述第一二极管21的阴极分别连接所述第一开关管23、所述第二开关管24和所述第三开关管25的漏极，所述第一开关管23的源极连接第一电阻26，所述第二开关管24的源极连接第二电阻26，所述第三开关管25的源极连接第三电阻28，所述第一开关管23的栅极连接所述第一驱动电阻29，所述第二开关管24的栅极连接第二驱
动电阻30，所述第三开关管25的栅极连接所述第三驱动电阻31，所述第一电阻26、所述第二电阻27和所述第三电阻28分别连接至所述led灯串11；检测反馈芯片40，与所述led灯组10连接，所述第三电阻28所在的第三led灯串连接所述检测反馈芯片40的第一检测端口，所述第二电阻27所在的第二led灯串连接所述检测反馈芯片40的第二检测端口，所述第一电阻26所在的第一led灯串连接所述检测反馈芯片40的第三检测端口；控制芯片50，连接在所述驱动单元20和所述检测反馈芯片40之间，所述第一驱动电阻29连接所述控制芯片50的第一接口，所述第二驱动电阻30连接所述控制芯片50的第二接口，所述第三驱动电阻31连接所述控制芯片50的第三接口，所述检测反馈芯片40的第一反馈端口连接所述控制芯片50的第四接口，所述检测反馈芯片40的第二反馈端口连接所述控制芯片50的第五接口，所述检测反馈芯片40的第三反馈端口连接所述控制芯片50的第六接口，所述控制芯片50的第七接口接地，所述控制芯片50的第八接口与所述电感22连接，所述控制芯片50的第九接口连接第二二极管51；其中，当所述led灯组10工作时，所述控制芯片50检测外部输入信号并控制所述驱动单元20给所述led灯组10供电，所述检测反馈单元40检测每一通路的led灯串11的电流值，以确定每一路led灯串11的工作状态，并将信号实时反馈给所述控制芯片50；当检测反馈单元通过至少一个检测端口检测到led灯出现异常并经过对应的反馈端口向控制芯片发送异常信号时，控制芯片根据第九接口检测到外部光强对应的预设电压并通过第八接口对输入电压进行滤波得到输入电压，控制芯片根据输入电压均衡调整驱动单元的输入电流。
18.本实施例中，led灯组10包含有多路并联的led灯串11，led灯组10包含三个led灯串11，每个led灯串11包含三个颗led灯珠，即k1-k3可以为多个如k1-k2-k3......kn，每一个灯串可以包含多个led灯珠如led1-led2......ledn，以三路和三颗灯珠为例，led灯组10共包含三路led灯串11，k1，k2，k3，每一个灯串又包含led1-led3三颗灯珠，第一led灯串k1中对应的灯珠led1-3，第二led灯串k2中对应的灯珠led4-6，第三led灯串k3中对应的灯珠led7-9。驱动单元40中的第一开关管23记为m1、第二开关管24记为m2和第三开关管25记为m3为mos管，每个开关管分别并联连接电压输入端，且每个开关管的栅极均连接一个驱动电阻，第一驱动电阻29记为rg1、第二驱动电阻30记为rg2和第三驱动电阻31记为rg3且三个驱动电阻均为mos管栅极驱动电阻，驱动电阻可以减缓导通电阻rds从无穷大到rds（on）（一般0.1欧姆或者更低），若不加驱动电阻，高压情况下会由于mos管开关速率过快而导致周围与器件被击穿，但驱动电阻会消耗大量的功率，从而使mos管发热异常。每个开关管的基极连接一个二极管，每个mos管的漏极连接在第一二极管21记为d1的阴极，d1的阴极还连接电感记为l1。控制芯片50和检测反馈芯片40可以是单片机、mcu等，控制芯片50和检测反馈芯片40具备电流电压变换和开关功能。电阻为稳压电阻，二极管均为防护二极管，起到分压和导流的作用。
19.需要说明的是，第一电阻26、第二电阻27和第三电阻28为稳压电阻，mos管的栅极端子上连接一个电阻器。该栅极电阻器的用途包括抑制尖峰电流，调节功率开关器件的通断速度，栅极电阻小，开关器件通断快，开关损耗小；反之则慢，同时开关损耗大，但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高。较大的栅极电阻器会降低mos管的开关速度，从而导致功率损耗增大，性能降低以及出现潜在的发热问题。反之，较小的栅极电
阻器会提高mos管的开关速度，易引发电压尖峰和振荡，从而造成器件故障和损坏，因此，需要选择最佳的栅极电容器即驱动电阻，或通过调节栅极电阻器值来优化mos开关管速度，有时会用不同的栅极电阻器来开通和关断mos管。检测反馈芯片40包含三个检测端口和三个反馈端口，检测反馈芯片40的检测端口分别连接各个灯串，第一检测端口记为a1与第三led灯串、第三电阻28连接，第二检测端口记为a2与第二led灯串、第二电阻27连接，第三检测端口记为a3与第一led灯串、第一电阻26连接。控制芯片50包含九个接口，第一驱动电阻29连接第一接口记为接口1，第二驱动电阻30连接第二接口记为接口2，第三驱动电阻31连接第三接口记为接口3，检测反馈芯片40的第一反馈端口记为b1连接第四接口记为接口4，检测反馈芯片40的第二反馈端口记为b2连接第五接口记为接口5，检测反馈芯片40的第三反馈端口连接第六接口记为接口6，检测反馈芯片40还连接第四二极管53记为d4的阴极，第七接口记为接口7连接第三二极管52记为d3的阴极，第三二极管52的阳极、第四二极管53的阳极接地。第八接口记为接口8连接电感22记为l1，第九接口9连接第二二极管51记为d2的阴极，第二二极管51和接口9之间连接电容54记为c1，第二二极管51的阳极连接正电压，第一二极管21的阳极连接电压输入端。
20.应理解，当led灯组10工作时，控制芯片50检测外部输入信号并控制驱动单元20给led灯组10供电，检测反馈单元40检测每一通路的led灯串11的电流值，以确定每一路led灯串11的工作状态，并将信号实时反馈给控制芯片50，led灯串11的工作状态包括正常开亮度、关闭或者亮度暗。当检测反馈单元通过至少一个检测端口检测到led灯出现异常并经过对应的反馈端口向控制芯片发送异常信号时，控制芯片根据第九接口检测到外部光强对应的预设电压并通过第八接口对输入电压进行滤波得到输入电压，控制芯片根据输入电压均衡调整驱动单元的输入电流。可以理解的是，将连接在第八接口的第一二极管和第一电感作为滤波模块可以对电路的输入电压进行滤波，将连接在第九接口的第二二极管和第一电容作为电压补偿单元并结合外接的光强值对应存储的电压，或者将检测反馈芯片检测到led灯组初始化的电压信号和对应的预设电流值，在检测到通路出现异常时，将当前反馈的电流值与预设电流值进行比较，使控制芯片根据比较结果合理调整驱动单元的输入电压，以达到led灯的恒流驱动。通过在mos管的栅极加入驱动电阻可以优化开关管速率，在栅极和源极之间外接一个二极管可以有效防止静电放电和栅极尖峰电压，以提高led驱动电路的正常工作稳定性。
21.参阅图4，本发明还提供了一种led恒流驱动方法，包括以下步骤：s1：获取每一路的led灯串的led灯珠的工作状态，当检测反馈芯片检测到led灯珠损坏且所述led灯珠所在电路为断路状态；s2：检测反馈芯片通过与led灯串连接的检测端口检测所述led灯珠所在电路的电流值发生变化得到第一信号，与所述检测端口对应的反馈端口将第一信号反馈给控制芯片，控制芯片通过与所述led灯珠连接的接口输出第一信号对应的控制信号控制与所述接口连接的开关管关闭，并通过与电感连接的接口增加与开关管并联通路的电流；s3：当所述led灯珠出现热损坏且所述led灯珠所在电路为通路状态，检测反馈芯片通过检测端口判断电流值大小得到第二信号，将第二信号通过接口反馈给控制芯片，控制芯片控制开关管的栅极电压以微调开关管的电流值。
22.本实施例中，当led灯组工作时，控制芯片外部输入信号，控制驱动单元给led灯组
供电，led灯组正常工作，此时检测反馈芯片检测每一通路led灯串的电流值发生变化得到第一信号，以判断这一路led灯串的工作状态，工作状态有短路或断路等，检测反馈芯片将第一信号实时反馈给控制芯片。若通路k1的led灯珠出现损坏，如led1损坏，如果损坏后是断路状态，检测反馈芯片会检测到a3通路的电流值发生变化，将此信号通过反馈端口b3反馈给控制芯片，控制芯片会通过接口1输出信号控制通路的开关管m1关闭此通路，同时会通过接口8增加通过m2和m3两路通路的电流，增大k2和k3通路的亮度，从而满足配光需求。若led1由于热损坏，损坏后是通路状态，由于led导通时内阻较小，此时单个led的损坏对该通路的电流值的增加不明显，此时检测反馈芯片通过a3端口判断电流值增大得到第二信号，将第二信号通过接口6反馈给控制芯片，控制芯片通过接口1控制m1的栅极电压，微调通过m1的电流值，从而使得当led1损坏后，通路电流仍然满足当前通路led灯串的配光需求。
23.需要说明的是，每个led灯串都是并联连接即各个led通路相对独立，更换时无需将所有模块全部更换，只需更换对应的led灯串，使得后续维修更加便捷，具有成本低廉的特点。在led灯串中的某一灯珠出现损坏时，可以控制该通路电流大小改变其他led灯珠的亮度来调整配光，这样不会影响整体配光效果。
24.应理解，检测反馈单元可以对每路led灯串的电流大小进行实时检测并反馈给控制芯片，控制芯片控制驱动单元中的驱动电阻和开关管来调整led灯串的输入电流，即控制芯片可以调节整体通路的电流，还可以通过调整对应通路的开关管栅极电压对通路电流进行微调，使得光强调节范围大，也保证了led灯组的电流恒定即led的显示效果稳定。led恒流驱动电路应用于车灯led的显示，当单个led损坏时，可以通过led恒流驱动方法保证车灯的正常显示效果。现有技术中的每一个led均需要并联一个二极管，成本较高，同时还需使用pwm，脉冲调光，而led恒流驱动电路的调节电流是通过mos管的栅极电压实现，只需配置电路功能即可，降低了成本。
25.本发明提供了一种led恒流驱动电路及方法，通过在led灯组和控制芯片之间加入检测反馈芯片，led灯组包括多路并联的led灯串，控制反馈芯片可以实时检测led灯串的工作状态，并将检测结果反馈给控制芯片，提高了对led灯串检测的及时性和有效性。驱动单元包括多个并联的开关管、与开关管连接的二极管、以及与开关管的栅极连接的驱动电阻，每个开关管的源极连接一个电阻，可以实现led灯串所在通路的电流稳定。当led灯组工作时，控制芯片检测外部输入信号并控制驱动单元给led灯组供电，检测反馈单元检测每一通路的led灯串的电流值，以确定每一路led灯串的工作状态，并将信号实时反馈给控制芯片，单个led灯串损坏不会影响整体配光效果，各个通路相对独立，使得维修便捷易实现。检测反馈芯片可以对各个通路的信号实时检测，各个通路的光强通过控制芯片实时调整，整体配光效果稳定。通过控制芯片可以调节整体通路的电流，还可以通过调整对应通路的开关管栅极电压对led灯串通路的电流进行微调，使led灯组的光强调节范围增大，提高了led灯组的工作稳定性，也降低了维修成本。
26.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。