專利名稱：一種多路led控制與驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED領(lǐng)域，尤其涉及一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能，環(huán)保，安全，壽命長，低耗，低熱，色光，白光，高亮度，防水，微型，防震，易調(diào)光，光束集中，維護簡單等等特點。面對全球氣候變遷與不斷高漲的能源價格，各國政府都已經(jīng)開始把一些高耗能的產(chǎn)品列為首要的禁用對象，如白熾燈就是最為明顯的案例，因而，LED全面的取代白熾燈具已經(jīng)成為大勢所趨。在此背景下，LED應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴廣，下游需求不斷旺盛。其在家用、商用照明，高檔酒店，會所，室內(nèi)裝飾，車用LED燈，太陽能LED路燈方面應(yīng)用也不斷擴大。雖然LED燈較以往燈具優(yōu)勢明顯，但為了發(fā)揮其可調(diào)，低耗等優(yōu)勢，也對驅(qū)動電路和控制電路提出了更高要求。為了點亮LED燈，需要將市電220伏電壓轉(zhuǎn)變?yōu)長ED芯片的工作電壓，并且提供一個按照LED發(fā)光二極管所要求的恒定直流并以此驅(qū)動和點燃LED燈具。為了滿足LED芯片的工作要求，現(xiàn)有的技術(shù)一般是在獲得市電220伏供電電壓的前提下接入變壓器和整流穩(wěn)壓恒流模塊，并把恒流輸出端接到LED燈芯的兩個正負(fù)端頭，從而實現(xiàn)LED的工作流程。這種單燈作業(yè)的驅(qū)動模塊因成本、自身功率消耗等因素，其能量轉(zhuǎn)換效率一般不高，而且，再簡單的系統(tǒng)也是麻雀雖小，五臟俱全，所以成本不菲。另外，這種單燈系統(tǒng)只能起一個燈亮與滅的作用，對于色溫，超負(fù)荷與否，進一步的亮度控制，色彩混合就無能為力了，需要組建昂貴的專門的燈光控制系統(tǒng)。而由于PWM脈寬調(diào)制信號是事先設(shè)置好的，所以不能針對具體情況及時自動調(diào)整。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，LED的驅(qū)動方案或采用圖3所示的恒流源，或采用圖4所示的 PWM脈寬調(diào)制信號，采用恒流源能最好的滿足LED燈由于其自身的響應(yīng)特性，采用PWM信號能得到最佳的亮度調(diào)節(jié)效果，而相應(yīng)的在另一方面有所不足。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，LED的燈組和控制模塊之間的信息交通通常采用DALI和DMX的串/并行通訊模式，因而在智能家居或者公共照明等各種應(yīng)用場合，需要單獨為LED的鋪設(shè)獨立的控制線路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問題，提供一種低成本、低能耗的一種多路LED 控制與驅(qū)動系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過提供如下的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)，其包括LED 燈；集成驅(qū)動模塊，驅(qū)動并控制LED燈，包括向LED燈輸出能量的電源輸出端口 ；控制終端， 可操作的控制集成驅(qū)動模塊和LED燈的運行；網(wǎng)絡(luò)模塊，連接控制終端和至少一個集成驅(qū)動模塊，所述集成驅(qū)動模塊包括專用集成電路，所述專用集成電路包括向LED燈發(fā)出控制信號的控制端口。
優(yōu)選的，所述集成驅(qū)動模塊還包括由PWM信號調(diào)制的恒流恒壓源，所述恒流恒壓源通過所述電源輸出端口向LED燈輸出能量。優(yōu)選的，所述專用集成電路包括多組控制端口，所述各個控制端口分別連接一組 LED燈串，各個控制端口輸出的控制信號相互獨立。優(yōu)選的，所述專用集成電路包括一個4位寄存器，所述集成驅(qū)動模塊通過4位寄存器至多對16組控制端口進行尋址。優(yōu)選的，所述集成驅(qū)動模塊還包括網(wǎng)絡(luò)單元，所述網(wǎng)絡(luò)單元包括模組寄存器，所述網(wǎng)絡(luò)模塊通過所述模組寄存器對多個集成驅(qū)動模塊尋址。優(yōu)選的，所述尋址通過TCP/IP協(xié)議進行。優(yōu)選的，專用集成電路還包括傳感信號接入端口，所述傳感信號接入端口連接外部傳感器以接收傳感信號。優(yōu)選的，所述傳感器包括溫度傳感器，所述溫度傳感器收集LED燈的溫度信息，所述專用集成電路根據(jù)接收到的溫度信息調(diào)整提供給對應(yīng)LED燈的驅(qū)動能量。優(yōu)選的，所述集成驅(qū)動模塊自身的能耗小于等于其所驅(qū)動的所有LED的能耗的百分之一。優(yōu)選的，智能終端為電腦或智能手機或掌上電腦，具有供用戶操作的控制界面。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在1、高效率，低能耗。經(jīng)測試表明，本發(fā)明的專用集成電路(ASIC)只需消耗0. 33瓦， 就能驅(qū)動16通道高達400瓦的LED燈，其轉(zhuǎn)換效率大于99. 9%。相對于傳統(tǒng)的LED驅(qū)動， 本發(fā)明的驅(qū)動模塊更節(jié)能環(huán)保；2、驅(qū)動穩(wěn)定，LED壽命長。本發(fā)明的集成驅(qū)動模塊不同于傳統(tǒng)的恒流，或PWM信號調(diào)制的驅(qū)動方式，采用PWM信號調(diào)制結(jié)合恒壓恒流源，提出了第三種驅(qū)動方式。其便于實時觀察LED的變化，從而調(diào)節(jié)其驅(qū)動的電流電壓，從而增強LED的可靠性和延長使用壽命。3、布線成本低。本發(fā)明的信號交通接口突破傳統(tǒng)的DALI和DMX的串/并行通訊模式，采用現(xiàn)實分布廣泛的無線控制或TCP/IP控制。這一控制模式的特點是節(jié)省了控制線路的布線成本，而直接采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來實行交流。


圖1為本發(fā)明的具體實施例的LED控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的具體實施例的驅(qū)動原理示意圖。圖3為傳統(tǒng)恒流控制示意圖。圖4為傳統(tǒng)PWM控制示意圖。圖5為本發(fā)明的集成驅(qū)動模塊的控制示意圖。
具體實施例方式有關(guān)本發(fā)明之前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以具體實施方式
的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到此處的參考了附圖的具體描述僅僅用于示例目的，本發(fā)明并不局限于此。參照圖1，本發(fā)明的具體實施例的LED控制系統(tǒng)主要包括控制終端4、集成驅(qū)動模塊2、網(wǎng)絡(luò)模塊3和LED燈1。LED燈1是整個系統(tǒng)最終的工作部件，安裝在各種場合，在系統(tǒng)的控制下發(fā)光照明；集成驅(qū)動模塊2直接連接LED燈，為其輸送能量和進行控制，集成驅(qū)動模塊2通常連接多組LED燈串；網(wǎng)絡(luò)模塊3是控制終端4和集成驅(qū)動模塊2之間的通信橋梁，多個集成驅(qū)動模塊2通過網(wǎng)絡(luò)模塊3連接到控制終端4 ；控制終端4協(xié)調(diào)控制整個 LED控制系統(tǒng)運作，可以為電腦或智能手機或掌上電腦、以及電視、專用的控制器等合適的裝置，控制終端4具有供用戶操作的控制界面。參照圖1及圖2，集成驅(qū)動模塊2和其所控制的至少一組LED燈串是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元，不同于現(xiàn)有技術(shù)，集成驅(qū)動模塊2整合了驅(qū)動電路和控制電路，通過一個模塊同時控制多路LED燈串。集成驅(qū)動模塊2的核心為專用集成電路，即ASIC芯片。ASIC為 Application-specific integrated circuit的簡稱，是指依特定用途而設(shè)計的特殊規(guī)格邏輯IC，在本發(fā)明中，ASIC芯片具有多路輸出，形成多組控制端口以對應(yīng)的、相互獨立向 LED燈發(fā)出控制信號，控制多組LED燈串。且其還可以通過外圍組合電路接收PWM及恒流控制。由于高度集成化，該芯片、即專用集成電路具有最小的分流電阻，這使得高效能的轉(zhuǎn)化成為可能，并且避免了控制系統(tǒng)的耗電散熱問題，從而獲得最大的輸出功率以及極高的轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)測試表明，本發(fā)明的專用集成電路(ASIC)只需消耗0. 33瓦，就能驅(qū)動16通道高達400瓦的LED燈，其轉(zhuǎn)換效率大于99. 9 %，集成驅(qū)動模塊2自身的能耗小于等于其所驅(qū)動的所有LED的能耗的百分之一。同時，由于多組控制端口是各自獨立的，各輸出回路的電流量連續(xù)可調(diào)，這使得各LED芯片燈串之間因老化、溫度、工廠制作工藝不同所造成的亮度不均勻很容易獲得補償。具體的，專用集成電路內(nèi)置有一個4位寄存器，4位寄存器對應(yīng)的連接到外部的4 線SPI接口。這種極其靈活的接口方式使得現(xiàn)行的各種控制的尋址方式都成為可能。通過外部電路的變換，專用集成電路可接受DMX、DALI、或TCP/IP協(xié)議的尋址與傳遞方式。本實施例中，使用TCP/IP協(xié)議，專用集成電路通過集成驅(qū)動模塊上WKhnet/TlOO網(wǎng)絡(luò)芯片的引導(dǎo)與外部世界相連，4線SPI接口的尋址范圍為24 = 16。例如圖1中的192. 168. 1. 1、 192. 168. 1. 16等。因而，本實施例中最多具有16路控制端口。集成驅(qū)動模塊2的電源輸出端口與LED燈1通過低壓功率線相連，圖1中只列出三盞燈為例，實際上一個集成驅(qū)動模塊2可帶動16個燈串，其輸出電壓從5伏到48伏，具體根據(jù)所帶燈串而定。每個單元的負(fù)載根據(jù)輸出的燈串而定，其最大帶載能力為400瓦，單路輸出為0. 35-1A。集成驅(qū)動模塊2還包括由PWM信號調(diào)制的恒流恒壓源，該恒流恒壓源通過所述電源輸出端口向LED燈1輸出能量，集成驅(qū)動模塊2的驅(qū)動原理整合了恒流驅(qū)動和PWM驅(qū)動兩種常用的方式，具體的如圖5所示，集成驅(qū)動模塊2把恒流源從輸出端取出的反饋控制信號反送到PWM的控制端，對恒流源的波動部分進行微調(diào)，即調(diào)整區(qū)5。因波動部分的脈沖溝槽深度很淺，所造成的EMC影響，及輸出電流穩(wěn)定度的影響都很小。同時，又利用脈寬限制導(dǎo)通的原理克服了恒流電路耗能的缺陷。最終糅合了這兩種控制的優(yōu)點，又克服了恒流電路把波動部分的能耗在電路內(nèi)部的缺點，克服了 PWM控制回路因脈沖頻率而導(dǎo)致的穩(wěn)定度較差和EMC影響的缺點。經(jīng)對整個控制驅(qū)動電路板作紅外掃描看，整個集成驅(qū)動模塊2沒有一個耗能熱點。
多組集成驅(qū)動模塊2通過網(wǎng)絡(luò)模塊3連接到控制終端4。具體的，網(wǎng)絡(luò)模塊3是一個網(wǎng)路連鎖-TCP/IP Ethnet，它可以是一個網(wǎng)關(guān)或是一個網(wǎng)路連接器，其目的是通過IP協(xié)議把各自獨立的集成驅(qū)動模塊2連接起來，該部件的尋址范圍為28 8 = 64K。對應(yīng)的，集成驅(qū)動模塊還包括網(wǎng)絡(luò)單元，具體為Khnet芯片，Ethnet芯片內(nèi)置了一個十六位的模組寄存器，其尋址能力為2、28 = 64K。網(wǎng)絡(luò)模塊通過所述模組寄存器對多個集成驅(qū)動模塊尋址?？梢钥吹?，本實施例中，尋址均通過TCP/IP協(xié)議進行，利用了現(xiàn)有的城市通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約了布線的難度和成本。同時，需要意識到，本實施例中的各個網(wǎng)路及端口連接由于利用了 TCP/IP協(xié)議，可以采用現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)路進行。該網(wǎng)絡(luò)模塊3除了與集成驅(qū)動模塊2連接外，還與控制終端4連接，通過這一連接，LED燈的控制功能得以實現(xiàn)。除了上述基本結(jié)構(gòu)，專用集成電路或者控制終端4還包括傳感信號接入端口，其連接外部傳感器以接收傳感信號。傳感器可能包括溫度傳感器、光線傳感器、紅外傳感器等。溫度傳感器可以收集LED燈的溫度信息，返回給專用集成電路后，專用集成電路根據(jù)接收到的溫度信息調(diào)整提供給對應(yīng)LED燈的驅(qū)動能量。光線傳感器可以收集環(huán)境的亮度，返回給專用集成電路后，專用集成電路或控制終端從而相應(yīng)的決定LED燈的適宜亮度，再由專用集成電路的控制端口控制LED燈相應(yīng)的改變亮度，具體為通過PWM信號調(diào)制輸送給LED 燈的能量。這樣就達到了自行調(diào)整的目的。最終，通過上述的網(wǎng)絡(luò)布置，控制終端4通過IP協(xié)議鎖定欲通信的集成驅(qū)動模塊 2及具體的燈串，然后通過TCP協(xié)議與該燈串進行通訊，把控制終端4設(shè)定的亮度，時間，范圍等的參數(shù)；或采集來自集成驅(qū)動模塊2或控制終端4傳感器的信息，通過控制終端4的計算后設(shè)定的參數(shù)，通過PREFILE (預(yù)置文件)的形式存入集成驅(qū)動模塊2中的閃存中，以便于執(zhí)行，從而完成整個控制的全過程。下面我們將對這個智能化的LED控制系統(tǒng)在不同市場范圍的應(yīng)用來加以解釋及簡單說明1.家用照明，高檔酒店，會所照明的應(yīng)用室內(nèi)裝飾燈市場是LED的一個新興市場。通過電流的控制，LED可以實現(xiàn)幾百種甚至上千種顏色的變化。在現(xiàn)階段講究個性化的時代中，LED顏色多樣化有助于LED裝飾燈市場的發(fā)展。LED已經(jīng)開始做成小型裝飾燈，裝飾幕墻應(yīng)用在酒店、居室中。據(jù)預(yù)測，室內(nèi) LED裝修市場在未來的5年內(nèi)增率將達到CAGR，35%。在家具裝修LED用燈時，如果能配套上智能的LED驅(qū)動控制系統(tǒng)，燈光的色彩可以根據(jù)日光的變化，人的心情等而隨意變化，就真正能輕易地作到，“以人為本”的照明。2.車用LED照明的應(yīng)用LED作為汽車車燈主要得益于低功耗、長壽命和反應(yīng)速度快的特點。有統(tǒng)計顯示， 在汽車以100公里的時速行駛下，裝有LED剎車燈的車輛較沒有裝LED剎車燈的車輛剎車距離將減少7英尺。目前，LED已經(jīng)逐步應(yīng)用在汽車的第三剎車燈上。雖然LED目前還面臨著單位瓦數(shù)流明低以及相關(guān)政策的限制，在進入汽車尾燈及前燈市場還需要一定的時間， 但是隨著成本性能比的下降以及發(fā)光效率的提升，最終LED將逐步實現(xiàn)從汽車內(nèi)部、外部尾端到前端的轉(zhuǎn)移，最終占據(jù)整個汽車車燈市場。中國已是世界上最大的汽車市場，憑借著汽車的巨大產(chǎn)能，LED車燈市場面臨著巨大的發(fā)展?jié)摿?。智能?qū)動及控制在這個方面的應(yīng)用也將乘其東風(fēng)，飛速發(fā)展。3.太陽能LED路燈市場規(guī)模國內(nèi)太陽能LED照明產(chǎn)值超過300億元。LED是低壓，直流供電，必將取代傳統(tǒng)路燈。預(yù)計到2012年，市場規(guī)模將由2008年的15. 6億元增長至139. 6億元，年復(fù)合增長率達到63. 0%。太陽能LED路燈是新型節(jié)能環(huán)保的方向。使用本發(fā)明的智能化LED控制系統(tǒng)，可以很好的控制燈光的亮暗，照亮的區(qū)域范圍。最主要的是，通過簡單的擴展，其可以同時控制太陽能板及電池的充放電和LED燈的驅(qū)動。這種多元一體的控制方式提供了以下幾個優(yōu)勢首先，可以智能的控制測試電池的容量，從而準(zhǔn)確地判定LED可用照明時間，為確保足夠時間的照明，從而自動調(diào)節(jié)LED路燈的亮度或照明范圍。如果今天是陰天的話，陽光不夠充分，電池處于低能狀態(tài)。這樣，“SmartDrive”就會選擇低能工作模式，從而確保足夠照明時間；其次，自我保護功能，延長系統(tǒng)的使用時間。系統(tǒng)控制會對電池進行充電電流過載限定或者電池容量不足警報，同時也會對LED進行過溫保護等。從而，減少了工程人員的維護時間，同時控制系統(tǒng)會不斷地對電池，太陽能板及 LED燈串進行自測。如果發(fā)現(xiàn)失效，會直接記錄，并通過無線網(wǎng)絡(luò)直接把問題通過郵件或信息的形式發(fā)送給管理員。
權(quán)利要求
1.一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，包括LED 燈；集成驅(qū)動模塊，驅(qū)動并控制LED燈，包括向LED燈輸出能量的電源輸出端口 ；控制終端，可操作的控制集成驅(qū)動模塊和LED燈的運行；網(wǎng)絡(luò)模塊，連接控制終端和至少一個集成驅(qū)動模塊，其特征在于，所述集成驅(qū)動模塊包括專用集成電路，所述專用集成電路包括向LED燈發(fā)出控制信號的控制端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述集成驅(qū)動模塊還包括由PWM信號調(diào)制的恒流恒壓源，所述恒流恒壓源通過所述電源輸出端口向LED燈輸出能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述專用集成電路包括多組控制端口，所述各個控制端口分別連接一組LED燈串，各個控制端口輸出的控制信號相互獨立。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述專用集成電路包括一個4位寄存器，所述集成驅(qū)動模塊通過4位寄存器至多對16組控制端口進行尋址。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述集成驅(qū)動模塊還包括網(wǎng)絡(luò)單元，所述網(wǎng)絡(luò)單元包括模組寄存器，所述網(wǎng)絡(luò)模塊通過所述模組寄存器對多個集成驅(qū)動模塊尋址。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的任一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述尋址通過TCP/IP協(xié)議進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于專用集成電路還包括傳感信號接入端口，所述傳感信號接入端口連接外部傳感器以接收傳感信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器包括溫度傳感器，所述溫度傳感器收集LED燈的溫度信息，所述專用集成電路根據(jù)接收到的溫度信息調(diào)整提供給對應(yīng)LED燈的驅(qū)動能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述集成驅(qū)動模塊自身的能耗小于等于其所驅(qū)動的所有LED的能耗的百分之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于智能終端為電腦或智能手機或掌上電腦，具有供用戶操作的控制界面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種LED控制與驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)，其包括LED燈；集成驅(qū)動模塊，驅(qū)動并控制LED燈，包括向LED燈輸出能量的電源輸出端口；控制終端，可操作的控制集成驅(qū)動模塊和LED燈的運行；網(wǎng)絡(luò)模塊，連接控制終端和至少一個集成驅(qū)動模塊，所述集成驅(qū)動模塊包括專用集成電路，所述專用集成電路包括向LED燈發(fā)出控制信號的控制端口。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在低成本，高效率，低能耗；驅(qū)動穩(wěn)定，延長LED壽命；布線成本低。
文檔編號H04L29/08GK102264181SQ20111019208
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者冉宏宇, 章燕, 陳競坤 申請人:蘇州辰戈電子有限公司