一種混色led 照明系統(tǒng)及其驅動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種混色LED照明系統(tǒng)及其驅動電路，該驅動電路連接不同色溫或顏色的至少兩個LED燈組，且所述驅動電路包括：用于為所述LED燈組提供恒定的電流的恒流模塊；用于根據(jù)目標色控制所述恒流模塊輸出的電流，并為每一個LED燈組產(chǎn)生相應占空比的PWM信號的控制模塊；用于根據(jù)每一路PWM信號導通或關閉相應LED燈組的電流的開關模塊。實施本實用新型的技術方案，該驅動電路有較寬的電壓范圍，而且，大大地降低成本、減少體積。
【專利說明】-種混色LED照明系統(tǒng)及其驅動電路

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及LED【技術領域】，尤其涉及一種混色LED系統(tǒng)及其驅動電路。

【背景技術】
[0002] 在全球低碳、綠色、環(huán)保的發(fā)展趨勢下，隨著LED技術的不斷進步，LED產(chǎn)品的應用 領域逐步拓展，LED照明已廣泛被人們接受。同時智能照明開始得到重視。作為智能照明 的重要組成部分，混色技術也逐漸得到應用?；焐夹g是指通過控制不同色溫（如冷白和 暖白）或顏色（如紅綠藍）達到用戶所需要的照明效果，以提高用戶的舒適度。這種根據(jù) 用戶需要，提供無數(shù)種不同照明效果的照明器件是傳統(tǒng)照明設備所達不到的。
[0003] 目前，絕大多數(shù)的LED混色是通過恒壓輸出和簡單的占空比PWM信號來控制不同 色溫或顏色的LED的輸出比例。目前市場上的LED燈帶就是這種方式。由于LED是二極管， 恒壓輸出不僅無法精確控制LED的光通量，當LED發(fā)熱或老化時，導通電壓會發(fā)生變化，使 光通量發(fā)生較大偏移，不適合穩(wěn)定的混色。
[0004] Philips第一款Hue系列家居智能照明燈泡于2013年投放市場，可用手機選取照 片上的任意一種顏色，并使燈泡的照明效果和該顏色同步，混色效果非常精準，有16萬鐘 顏色之多。該產(chǎn)品迅速被市場接受。但是由于照明驅動的產(chǎn)業(yè)鏈多為傳統(tǒng)照明方案服務， Philips只能根據(jù)現(xiàn)有芯片和驅動技術來實現(xiàn)混色功能。Philips的混色驅動電路為兩級， 先產(chǎn)生40V和5V恒壓源，并且不支持功率因數(shù)矯正。5V恒壓源為無線接收和PWM信號發(fā) 生模塊提供電源，40V恒壓源在通過DC-DC恒壓電路為串行的紅綠藍（RGB)彩色LED燈組 供電。為了精準的控制混色，Philips采用的串行LED燈組，其輸出電壓范圍變化很大，從 2v-20v。目前沒有控制芯片可以實現(xiàn)這樣大的動態(tài)范圍。因此，Philips的驅動電路采用 兩級，復雜度高，成本高。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述驅動電路無法實現(xiàn)寬電 壓范圍的缺陷，提供一種混色LED照明系統(tǒng)及其驅動電路，能實現(xiàn)寬電壓范圍。
[0006] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種混色LED照明系統(tǒng)的 驅動電路，連接不同色溫或顏色的至少兩個LED燈組，所述驅動電路包括 ：
[0007] 用于為所述LED燈組提供恒定的電流的恒流模塊；
[0008] 用于根據(jù)目標色控制所述恒流模塊輸出的電流，并為每一個LED燈組產(chǎn)生相應占 空比的PWM信號的控制模塊；
[0009] 用于根據(jù)每一路PWM信號導通或關閉相應LED燈組的電流的開關模塊。
[0010] 在本實用新型所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路中，所述恒流模塊為所述控制 模塊供電。
[0011] 在本實用新型所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路中，所述至少兩個LED燈組串 聯(lián)，所述開關模塊包括至少兩個開關，而且，每個開關與其中一個LED燈組并聯(lián)。
[0012] 在本實用新型所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路中，所述至少兩個LED燈組并 聯(lián)，所述開關模塊包括至少兩個開關，而且，每個開關與其中一個LED燈組串聯(lián)。
[0013] 在本實用新型所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路中，所述恒流模塊的輸出端和 所述LED燈組之間連接有電感。
[0014] 在本實用新型所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路中，所述恒流模塊的輸出端和 地之間連接有電容。
[0015] 在本實用新型所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路中，所述驅動電路連接有可控 娃調(diào)光器。
[0016] 本實用新型還構造一種混色LED照明系統(tǒng)，包括不同色溫或顏色的至少兩個LED 燈組，所述混色LED照明系統(tǒng)還包括以上任一項驅動電路。
[0017] 實施本實用新型的技術方案，使用單級的恒流模塊為LED燈組提供恒定的電流， 且該恒流模塊可根據(jù)控制模塊的控制實現(xiàn)輸出電流可調(diào)，從而使得該驅動電路有較寬的電 壓范圍，而且，這種驅動電路大大地降低成本、減少體積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：
[0019] 圖1A、圖1B是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例一的邏輯圖；
[0020] 圖2是圖1中各信號的波形圖；
[0021] 圖3是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例二的邏輯圖；
[0022] 圖4A、圖4B是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例三的邏輯圖；
[0023] 圖5是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例四的邏輯圖。

【具體實施方式】
[0024] 圖1A、圖1B是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例一的邏輯圖，該混色LED照明 系統(tǒng)包括整流電路、驅動電路和LED燈組331。整流電路包括EMI濾波器301和二極管整流 橋310,分別用于對交流輸入電壓進行EMI濾波和整流，以轉換成直流電壓110。該LED燈 組331包括有紅色LED燈組LED1、綠色LED燈組LED2和藍色LED燈組LED3,而且，該三個 LED燈組串聯(lián)。驅動電路包括恒流模塊120、控制模塊125和開關模塊135，其中，恒流模塊 120用于為三個LED燈組331提供恒定的電流，S卩，提供電流為Ιο的恒流源，而且，該恒流 模塊120根據(jù)控制模塊12的控制實現(xiàn)輸出電流Ιο可調(diào)；控制模塊125用于根據(jù)目標色控 制恒流模塊120輸出的電流，并為每一個LED燈組產(chǎn)生相應占空比的PWM信號。開關模塊 135用于根據(jù)每一路PWM信號導通或關閉相應LED燈組的電流。
[0025] 在該實施例中，三個LED燈組LED1、LED2、LED3串聯(lián)，開關模塊135包括三個開關 ΚΙ、K2、K3,而且，開關K1與LED燈組LED1并聯(lián)，開關K2與LED燈組LED2并聯(lián)，開關K3與 LED燈組LED3并聯(lián)。控制模塊125可將輸出電流控制在三個LED燈組中需要電流最大的 LED燈組所對應的電流值上，例如，根據(jù)混色要求確定紅色、綠色、藍色LED燈組LED 1、LED2、 LED3的電流（PWM信號的占空比）比例為3 :7 :2,則該控制模塊125可將恒流模塊120的輸 出電流調(diào)整為綠色LED燈組LED2所需要的電流。
[0026] 在該實施例中，由于負載是在按一定的周期不斷變化的，恒流源在不同的負載上 所造成的電壓Vo是隨負載變化而變化的：
[0027] Vo = Io*Rload
[0028] 當三個LED燈組全導通時，輸出電壓最高，記為Vo_max。當只有一個LED燈組導通 時，輸出電壓最低，Vo_min。如果每個LED燈組中LED燈的數(shù)量基本相同，Vo_max:Vo_min 一般至少會達到6:1。如果每個LED燈組中LED燈的數(shù)量不相同，Vo_max: Vo_min比例會更 高。這個電壓范圍遠遠大于一般LED驅動電路的輸出電壓動態(tài)范圍。
[0029] 在該實施例中，串聯(lián)后的三個LED燈組LED1、LED2、LED3通過電感L0連接恒流模 塊120的輸出端，電感L0的特性可保證恒流模塊120的輸出電流不會因為由PWM信號控制 的開關K1、K2、K3的開或關而產(chǎn)生突變。而且，恒流模塊120的輸出端連接有電容值較大的 電容C0,用于濾除恒流源的紋波。
[0030] 在該實施例中，結合圖2, PWM1、PWM2、PWM3分別為控制模塊125所產(chǎn)生的用于控 制紅色、綠色、藍色LED燈組LED1、LED2、LED3的PWM信號。以紅色、綠色、藍色LED燈組的 PWM信號占空比的比例為3 :7 :2為例，由于綠色LED燈組LED2所需的電流最大，所以控制 模塊125將恒流模塊120的輸出電流控制在綠色LED燈組LED2所需要的電流上。這樣，綠 色LED燈組LED2的P麗信號恒為0,該綠色LED燈組LED2處于常開狀態(tài)，即恒流模塊的輸 出電流一直流過綠色LED燈組LED2。紅色LED燈組LED1和藍色LED燈組LED3由其余兩路 PWM信號控制，而且，這兩路PWM信號的相位在PWM周期內(nèi)對稱，相位對稱是指第一路PWM信 號的高電位的中心值與第二路PWM信號的低電位的中心值重合。
[0031] 值得注意的是，當某一路燈組短路，電流流過相應開關時，負載降低，會造成LED 燈組上的輸出電壓降低。由于電容C0上的電壓變化緩慢，在這種情況下，電感L0的電流會 逐漸上升。而當某一路燈組開路，電流重新流過LED燈組時，負載升高，會造成LED燈組上 的輸出電壓升高，電感L0的電流會逐漸下降。
[0032] 在圖2中，1〇表示輸出電流，即電感L0中的電流；Vo為輸出電壓，即LED燈組上的 電壓；Ig為綠色LED燈組LED2的電流；Ir為紅色LED燈組LED1的電流；lb為藍色LED燈 組LED3的電流。在此應用例中，由于綠色LED燈組LED2常開，因此其電流與輸出電流Ιο 一致。每個PWM周期內(nèi)，輸出電流Ιο的波動Λ I與電感L0的電感值L成反比，與PWM信號 的開關頻率Fpwm成反比，同時與輸出電壓的跳動幅度Λ Vo成正比。 r . ?Υο .
[0033] Δ ? = r(----) L * Fpwm
[0034] 當電感L0的電感值較大或PWM信號的開關頻率較高時，電流的上升或下降可以被 認為是線性的。雖然電流會隨PWM信號而變化，由于只有兩路PWM信號同時工作，當這兩路 PWM信號的相位對稱的時候，電流和PWM信號的占空比為1 :1的關系。只有在這種對稱的 相位下，電流和PWM信號的占空比為1 :1的關系。否則，混色將偏離PWM信號的占空比。
[0035] 因此，在使用PWM信號控制三個LED燈組開或關以達到精準混色時，與每一個LED 燈組相對應的PWM信號可遵循一定的規(guī)律，保證PWM波形的角度對稱，同時減少輸出電壓的 波動。
[0036] 圖3是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例二的邏輯圖，該混色LED照明系統(tǒng)包 括整流電路、驅動電路和三個LED燈組，其中，驅動電路包括恒流模塊、控制模塊和開關模 塊。下面分別說明每個部分：
[0037] 整流電路包括EMI濾波器和二極管整流橋，交流輸入電壓經(jīng)EMI濾波器和二極管 整流橋后，轉換為直流電壓。
[0038] 驅動電路的開關模塊包括與每一個LED燈組相對應的光耦和M0S管，而且，每個 M0S管均和相應的LED燈組并聯(lián)。
[0039] 在驅動電路的控制模塊中，無線通訊模塊U1同時輸出三路PWM信號PWM1、PWM2、 和PWM3,每一路PWM信號均通過相應光耦傳輸?shù)较鄳狹0S管，以通過控制M0S管的開關實現(xiàn) 相應LED燈組的電流控制。電感L0連接在恒流模塊的輸出端和LED燈組之間，保證電流不 會突變。
[0040] 在驅動電路的恒流模塊中，驅動芯片U0通過CLK/DM接口接收來自無線通訊模塊 U1的數(shù)字指令，并且根據(jù)所接收的數(shù)字指令通過控制M0S管Q1的開和關來控制變壓器的頻 率，并通過其腳2實時采樣變壓器的輸出電壓及通過其腳8實時采樣變壓器的輸出電流，以 使輸出電流滿足數(shù)字指令的要求，且通過耦合的方式為LED燈組提供恒流源及通過無線通 訊模塊U1的腳9為無線通訊模塊U1供電。該驅動芯片U0還通過其腳3檢測整流后的電 壓，并根據(jù)該檢測電壓通過控制M0S管Q1的開關使變壓器的輸出電流跟隨輸入電壓的變化 而變化，以達到功率因素矯正的目的。另外，無線通訊模塊U1還通過V0P管腳控制驅動芯 片U0,使其進入低電壓輸出狀態(tài)，從而關斷所有LED燈組的輸出，達到用電子方式關斷照明 設備的功能，同時，不會影響控制模塊的供電。
[0041] 圖4A、圖4B是本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例三的邏輯圖，該實施例主要實 現(xiàn)不同色溫的混色。在該實施例中，LED燈組包括相并聯(lián)的兩組，分別為LED數(shù)量相等的冷 白LED燈組LED4和暖白LED燈組LED5。開關模塊包括兩個開關K4、K5,而且，開關K4與 LED燈組LED4串聯(lián)，開關K5與LED燈組LED5串聯(lián)。當開關導通時，電流從相應LED燈組流 過；當開關斷開時，相應LED燈組沒有電流。和圖1所示的實施例一樣，恒流模塊將輸出電 流調(diào)整為LED燈組導通時所需要的電流。另外，控制模塊所產(chǎn)生的兩路PWM信號PWM4、PWM5 相反，當一路導通時，另一路關閉，這樣可以精準地達到混色要求。
[0042] 另外，優(yōu)選地，本實用新型混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路還可兼容可控硅調(diào)光器。 例如，圖5示出了本實用新型混色LED照明系統(tǒng)實施例四的邏輯圖，該實施例相比圖3所示 的實施例，所不同的僅是，在二極管整流橋之前，還包括有可控硅調(diào)光器（未示出）。另外， 該驅動電路還包括二極管Ddim、M0S管M2和電阻Rbld，其中，二極管Ddim的正極連接二極 管整流橋的正輸出端，其負極連接變壓器第一初級繞組的同名端。電阻Rbld連接在二極管 整流橋的正輸出端和M0S管M2的漏極之間，M0S管Q2的源極接地，M0S管Q2的柵極接驅動 芯片U0的鎖存電流控制端（BLDR)。驅動芯片U0用于在所采樣的電壓低于預設的第一閾值 時，通過其鎖存電流控制端（BLDR)開啟M0S管M2,以通過電阻Rbld為可控硅調(diào)光器提供鎖 存電流，并關斷M0S管Q1 ;在所采樣的電壓高于預設的第二閾值時，通過其鎖存電流控制端 (BLDR)關斷M0S管M2,停止為可控硅調(diào)光器提供鎖存電流，并控制M0S管Q1工作，使整流 后的電壓能耦合到LED燈組。
[0043] 最后需說明的是，以上幾個實施例，恒流模塊都是采用耦合的方式為控制模塊供 電，當然，在其他實施例中，恒流模塊也可采用連接的方式為控制模塊供電。
[0044] 以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本 領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則
【權利要求】
1. 一種混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，連接不同色溫或顏色的至少兩個LED燈組，其特 征在于，所述驅動電路包括 ： 用于為所述LED燈組提供恒定的電流的恒流模塊； 用于根據(jù)目標色控制所述恒流模塊輸出的電流，并為每一個LED燈組產(chǎn)生相應占空比 的PWM信號的控制模塊； 用于根據(jù)每一路PWM信號導通或關閉相應LED燈組的電流的開關模塊。
2. 根據(jù)權利要求1所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，其特征在于，所述恒流模塊為 所述控制模塊供電。
3. 根據(jù)權利要求1所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，其特征在于，所述至少兩個 LED燈組串聯(lián)，所述開關模塊包括至少兩個開關，而且，每個開關與其中一個LED燈組并聯(lián)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，其特征在于，所述至少兩個 LED燈組并聯(lián)，所述開關模塊包括至少兩個開關，而且，每個開關與其中一個LED燈組串聯(lián)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，其特征在于，所述恒流模塊的 輸出端和所述LED燈組之間連接有電感。
6. 根據(jù)權利要求1所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，其特征在于，所述恒流模塊的 輸出端和地之間連接有電容。
7. 根據(jù)權利要求1所述的混色LED照明系統(tǒng)的驅動電路，其特征在于，所述驅動電路連 接有可控硅調(diào)光器。
8. -種混色LED照明系統(tǒng)，包括不同色溫或顏色的至少兩個LED燈組，其特征在于，所 述混色LED照明系統(tǒng)還包括權利要求1-7任一項驅動電路。
【文檔編號】H05B37/02GK203912284SQ201420329622
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權日:2014年6月19日
【發(fā)明者】葉軍 申請人:深圳普得技術有限公司