本實(shí)用新型涉及照明設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LED燈驅(qū)動電路。

背景技術(shù)：

由于LED節(jié)能環(huán)保，使用壽命長，光電效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)成為照明領(lǐng)域的焦點(diǎn)。LED的正向壓降變化范圍比較大，正向電壓的微小變化會引起較大的正向電流的變化，從而引起亮度的較大變化，所以采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的壽命和可靠性。LED驅(qū)動電路關(guān)系到LED整個系統(tǒng)性能的可靠性，為了盡可能得保護(hù)LED燈的損壞，降低照明系統(tǒng)的成本，就要設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確控制輸出電流的LED驅(qū)動電路。

當(dāng)前，直流輸入LED驅(qū)動電源已經(jīng)發(fā)展了較長的一段時間，電路已比較成熟。LED照明是一種綠色節(jié)能照明，其驅(qū)動電源的輸出功率較小，在此情況下實(shí)現(xiàn)電源的高效率是一大難點(diǎn)。同時，由于LED的使用壽命理論上長達(dá)10萬小時，這要求驅(qū)動電源很高的可靠性。綜上所述，根據(jù)市場需求，為LED提供性能優(yōu)良的驅(qū)動電路，具有很大的經(jīng)濟(jì)價值和實(shí)用意義。

傳統(tǒng)的降壓電路是將交流市電通過變壓器降壓，再經(jīng)過整流和濾波作用后給LED供電，該電路要有限流電阻來穩(wěn)定LED的工作，而且限流電阻R1是必須的，R1上的損耗影響整個電路的效率，再加上變壓器和整流二極管上的損耗，電路的效率會更低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種LED燈驅(qū)動電路，能夠降低LED燈驅(qū)動過程中的損耗，提高整個驅(qū)動電路的效率，并提高LED燈的電流穩(wěn)定性，從而延長LED燈的壽命。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：一種LED燈驅(qū)動電路，其特征在于：包括電源、升降壓穩(wěn)壓模塊、MCU、驅(qū)動模塊、BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊、電流電壓采樣模塊、以及運(yùn)算放大模塊；

所述電源同時與升降壓穩(wěn)壓模塊和BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊相連；其中，所述BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊包括開關(guān)管，該開關(guān)管的漏極與電源相連，其源極作為輸出端對LED燈供電；

所述MCU用于將上位機(jī)發(fā)送的輸出電流信號轉(zhuǎn)換成PWM信號，該MCU經(jīng)驅(qū)動模塊后與開關(guān)管的柵極相連，以控制輸出電壓；

所述電流電壓采樣模塊與開關(guān)管的輸出端相連，以采集BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出電流和輸出電壓，該電流電壓采樣模塊經(jīng)運(yùn)算放大模塊后與MCU相連，以將采集到的輸出電流和輸出電壓反饋給MCU；MCU根據(jù)接收到的輸出電流和輸出電壓信號，調(diào)節(jié)PWM信號，并將輸出電流和輸出電壓信號反饋到上位機(jī)；

所述升降壓穩(wěn)壓模塊經(jīng)隔離及降壓模塊后為MCU、驅(qū)動模塊以及運(yùn)算放大模塊供電。

進(jìn)一步地，所述MCU采用Cortex M0處理器。

進(jìn)一步地，所述升降壓穩(wěn)壓模塊采用LM5007芯片，所述隔離及降壓模塊包括DC-DC電源模塊和TPS5430降壓芯片；其中，LM5007芯片的電源輸入端與電源相連，其電源輸出端與DC-DC電源模塊的電源輸入端相連；該DC-DC電源模塊的電源輸出端與TPS5430降壓芯片的電源輸入端相連，TPS5430降壓芯片的電源輸出端與Cortex M0處理器的電源輸入端相連，以為Cortex M0處理器供電；同時，DC-DC電源模塊的電源輸出端與驅(qū)動模塊和運(yùn)算放大模塊相連。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動模塊包括IR2101驅(qū)動芯片，該IR2101驅(qū)動芯片的PWM信號輸入端與Cortex M0處理器的PWM信號輸出端相連，其PWM信號輸出端與開關(guān)管的柵極相連。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大模塊包括LM358型運(yùn)算放大器，其輸入端與電流電壓采樣電路相連，并分別將電流、電壓放大，其電流輸出端與Cortex M0處理器的電流反饋輸入端相連，電壓輸出端與Cortex M0處理器的電壓反饋輸入端相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、驅(qū)動模塊采用恒流驅(qū)動方式，電流波動較?。娏鞑▌有∮?%）,能夠確保LED發(fā)光亮度均勻穩(wěn)定。

2、具有更寬的輸入和輸出電壓范圍（輸入電壓為DC 12V～60V，輸出電壓為30～95V）。

3、由于采用了大量低功耗器件，較傳統(tǒng)驅(qū)動控制器的功耗低，在保證足夠亮度的前提下節(jié)能環(huán)保。

4、與傳統(tǒng)驅(qū)動電路相比具有更高的電源效率（電源效率≥90%），驅(qū)動效率更高。

5、具有短路、開路、軟啟動等狀態(tài)保護(hù)功能，開關(guān)壽命1萬次以上，性能穩(wěn)定、可靠性高；使用壽命更長。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。

圖2為升降壓穩(wěn)壓模塊的電路原理圖。

圖3為隔離及降壓模塊的電路原理圖

圖4為MCU的電路原理圖

圖5為LED燈驅(qū)動主電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例：參見圖1，一種LED燈驅(qū)動電路，其特征在于：包括電源、升降壓穩(wěn)壓模塊、MCU、驅(qū)動模塊、BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊、電流電壓采樣模塊、以及運(yùn)算放大模塊。

所述電源同時與升降壓穩(wěn)壓模塊和BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊相連；其中，所述BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊包括開關(guān)管，該開關(guān)管的漏極與電源相連，其源極作為輸出端對LED燈供電。

所述MCU用于將上位機(jī)發(fā)送的輸出電流信號轉(zhuǎn)換成PWM信號，PWM即脈沖寬度調(diào)制，用以調(diào)節(jié)控制MOSFET開關(guān)時間從而控制BUCK-BOOST升降壓電路的輸出電壓值。該MCU經(jīng)驅(qū)動模塊后與開關(guān)管的柵極相連，以控制輸出電壓。具體實(shí)施時，所述MCU采用Cortex M0處理器，其價位更低、尺寸更小、功耗更低，處理速度更快，效率更高，并且具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)以及欠壓保護(hù)功能；同時，適用于C語言編程，并且被許多編譯器支持，易于使用。

所述電流電壓采樣模塊與開關(guān)管的輸出端相連，以采集BOOST-BUCK升降壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出電流和輸出電壓（即LED燈的電流電壓），該電流電壓采樣模塊經(jīng)運(yùn)算放大模塊后與MCU相連，以將采集到的輸出電流和輸出電壓反饋給MCU。MCU根據(jù)接收到的輸出電流和輸出電壓信號，調(diào)節(jié)PWM信號；由MCU接收上位機(jī)設(shè)定的輸出電流值并與電流電壓采樣模塊的輸出電流值和輸出電壓值進(jìn)行比較運(yùn)算后產(chǎn)生并輸出，其PWM占空比根據(jù)電流電壓采樣模塊的輸出電壓和輸出電流值通過PI運(yùn)算后進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而使輸出電流電壓信號穩(wěn)定性更好；其中，MCU產(chǎn)生PWM信號的運(yùn)算方法為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，可靠性更好。并將輸出電流和輸出電壓信號反饋到上位機(jī)；這樣，更便于用戶通過上位機(jī)向MCU發(fā)送輸出電流值改變LED的亮度。

所述升降壓穩(wěn)壓模塊經(jīng)隔離及降壓模塊后為MCU、驅(qū)動模塊以及運(yùn)算放大模塊供電。

作為一種實(shí)施方式，參見圖2—圖5，所述升降壓穩(wěn)壓模塊采用LM5007芯片，所述隔離及降壓模塊包括DC-DC電源模塊（隔離型DC-DC電源模塊，即隔離模塊）和TPS5430降壓芯片；具體實(shí)施時，DC—DC模塊采用ZY1212IFS-2W電源模塊，ZY1212IFS-2W電源模塊是一個輸入12V輸出12V的隔離型DC-DC電源模塊，輸出功率2W，效率高，可以達(dá)到80%以上。其中，LM5007芯片的電源輸入端與電源相連，其電源輸出端與DC-DC電源模塊的電源輸入端相連；該DC-DC電源模塊的電源輸出端與TPS5430降壓芯片的電源輸入端相連，TPS5430降壓芯片的電源輸出端與Cortex M0處理器的電源輸入端相連，以為Cortex M0處理器供電；同時，DC-DC電源模塊的電源輸出端與驅(qū)動模塊和運(yùn)算放大模塊相連。所述驅(qū)動模塊包括IR2101驅(qū)動芯片，該IR2101驅(qū)動芯片的PWM信號輸入端與Cortex M0處理器的PWM信號輸出端相連，其PWM信號輸出端與開關(guān)管的柵極相連。所述運(yùn)算放大模塊包括LM358型運(yùn)算放大器，其輸入端與電流電壓采樣電路相連，并分別將電流、電壓放大，其電流輸出端與Cortex M0處理器的電流反饋輸入端相連，電壓輸出端與Cortex M0處理器的電壓反饋輸入端相連。

由于整個LED驅(qū)動電路的輸入工作電壓范圍為DC12V-60V，而開關(guān)管的驅(qū)動電壓正常為10V~20V范圍，LM358集成運(yùn)放工作電壓也為12V左右,因此需要對輸入工作電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓。雖然LM5007能夠正常輸出12V電壓，但是由于主電路結(jié)構(gòu)為反相輸出，輸出電壓為負(fù)的，所以在電流采樣時需要隔離處理，因此在LM5007輸出的12V電壓之后需要加一個隔離模塊。而MCU工作電壓范圍在3.3V左右，DC-DC隔離模塊輸出電壓為12V，因此還需要通過1個降壓模塊TPS5430降壓芯片作二次降壓輸出穩(wěn)定的3.3V電壓為MCU提供工作電源。

如圖所示，JP1接線端子2和JP4接線端子2與電源相連，接入工作電壓。工作電壓通過JP1接線端子2接入升降壓穩(wěn)壓模塊，經(jīng)過LM5007開關(guān)降壓型集成穩(wěn)壓芯片后在VCC引腳輸出12V電壓。將升降壓穩(wěn)壓模塊的VCC引腳與隔離及降壓模塊的VIN引腳相連，在DC-DC電源模塊的VOUT引腳輸出12V電壓，此引腳用與連接TPS5430降壓芯片的電壓輸入端VIN引腳、驅(qū)動模塊的IR2101驅(qū)動芯片的VCC引腳以及運(yùn)算放大器LM358的VCC引腳。隔離及降壓模塊經(jīng)二次降壓后輸出3.3V電壓，然后與Cortex M0處理器的1腳和16腳相連；Cortex M0處理器的JP2的4腳AD_V、5腳AD_C分別接驅(qū)動模塊的AD_V、AD_C引腳，JP3的1腳RST為復(fù)位管腳連接復(fù)位按鍵，2腳PWM連接模塊4的PWM引腳，JP5接線端子1為輸出電壓端子。

工作過程中：

輸入電壓通過升降壓轉(zhuǎn)換模塊輸出同時，由于開關(guān)管IR2101驅(qū)動芯片、運(yùn)算放大器LM358以及 Cortex-M0所需工作電壓分別為12V和3.3V，因此對于輸入DC12V～60V電源需要做進(jìn)一步降壓和穩(wěn)壓處理。因此，電壓通過電路升降壓穩(wěn)壓模塊LM5007輸出DC12V，主要為開關(guān)管驅(qū)動芯片IR2101以及運(yùn)算放大器LM358提供工作電源；再經(jīng)過隔離及降壓模塊輸出DC3.3V，雖然LM5007能夠正常輸出12V電壓，但是由于主電路結(jié)構(gòu)為反相輸出，輸出電壓為負(fù)的，所以在電流和電壓采樣時需要隔離處理，這樣在LM5007輸出的12V電壓之后需要加一個隔離模塊。而MCU工作電壓范圍在3.3V左右，DC-DC隔離模塊輸出電壓為12V，因此還需要通過1個降壓模塊TPS5430做二次降壓輸出穩(wěn)定的3.3V電壓為MCU提供工作電源。由于LED燈驅(qū)動采用恒流驅(qū)動，因此用戶可通過上位機(jī)向MCU發(fā)送輸出電流值改變LED的亮度，MCU通過RS232串口接收上位機(jī)設(shè)定的輸出電流值并與AD采樣的輸出電流值和輸出電壓值進(jìn)行運(yùn)算比較調(diào)節(jié)并輸出PWM信號用以驅(qū)動開關(guān)管，并控制經(jīng)升降壓模塊輸入的DC電源電壓，產(chǎn)生對應(yīng)的輸出電壓和輸出電流用以調(diào)節(jié)LED燈的亮度。同時通過AD采樣將輸入電壓值、輸出電壓值和輸出電流值通過串口發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時顯示。電路的輸出電壓和輸出電流采樣電路，用LM358作為放大和跟隨，由于Cortex M0的AD采樣最大輸入為3.3V，所以需要對輸出電壓進(jìn)行分壓處理。為防止輸出瞬間高壓或大電流，在Cortex M0的AD輸入引腳各接一個3V的穩(wěn)壓二極管。在輸出過壓或過流時，可以起到保護(hù)MCU的作用。此外，MCU還具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)以及欠壓保護(hù)功能。由于電路輸入和輸出的電壓范圍比較寬，所以輸入電流也在比較寬的范圍內(nèi)變化。為了避免較大的電流流過電路，要限制電壓不能低于某個值，該設(shè)計(jì)設(shè)定最低輸入電壓為11V，當(dāng)?shù)陀谶@個設(shè)定值時電路進(jìn)入欠壓保護(hù)模式，開關(guān)管關(guān)斷，電路延時一段時間后恢復(fù)。當(dāng)輸入電壓高于65V時電路進(jìn)入輸入過壓保護(hù)模式，同樣保護(hù)之后延時一段時間再重新啟動電路。在輸出電路部分，為了防止LED過流，短路或被高壓擊穿，設(shè)定輸出電流不大于400mA，輸出電壓不高于95V，但在應(yīng)用時輸出過壓保護(hù)的電壓值要根據(jù)LED燈個數(shù)來確定。

升降壓穩(wěn)壓模塊LM5007是一個開關(guān)降壓型集成穩(wěn)壓芯片，最大輸入電壓可達(dá)到80V，且輸出電壓可調(diào)。在LM5007的輸出端經(jīng)過分壓電阻分壓反饋到“FB”端，與內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，改變LM5007內(nèi)部PWM波的占空比，準(zhǔn)確的輸出設(shè)定的電壓值。

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。