專利名稱：一種多路led控制與驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及LED領域，尤其涉及一種多路LED控制與驅動系統。
背景技術：
LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能，環保，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，各國政府都已經開始把一些高耗能的產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成為大勢所趨。在此背景下，LED應用領域不斷擴廣，下游需求不斷旺盛。其在家用、商用照明，高檔酒店，會所，室內裝飾，車用LED燈，太陽能LED路燈方面應用也不斷擴大。雖然LED燈較以往燈具優勢明顯，但為了發揮其可調，低耗等優勢，也對驅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伏電壓轉變為LED芯片的工作電壓，并且提供一個按照LED發光二極管所要求的恒定直流并以此驅動和點燃LED燈具。為了滿足LED芯片的工作要求，現有的技術一般是在獲得市電220伏供電電壓的前提下接入變壓器和整流穩壓恒流模塊，并把恒流輸出端接到LED燈芯的兩個正負端頭，從而實現LED的工作流程。這種單燈作業的驅動模塊因成本、自身功率消耗等因素，其能量轉換效率一般不高，而且，再簡單的系統也是麻雀雖小，五臟俱全，所以成本不菲。另外，這種單燈系統只能起一個燈亮與滅的作用，對于色溫，超負荷與否，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。而由于PWM脈寬調制信號是事先設置好的，所以不能針對具體情況及時自動調整。此外，現有技術中，LED的驅動方案或采用圖3所示的恒流源，或采用圖4所示的 PWM脈寬調制信號，采用恒流源能最好的滿足LED燈由于其自身的響應特性，采用PWM信號能得到最佳的亮度調節效果，而相應的在另一方面有所不足。此外，現有技術中，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用場合，需要單獨為LED的鋪設獨立的控制線路，結構復雜，成本升高。
發明內容
本發明的目的在于解決上述的技術問題，提供一種低成本、低能耗的一種多路LED 控制與驅動系統。本發明的目的通過提供如下的一種多路LED控制與驅動系統來實現，其包括LED 燈；集成驅動模塊，驅動并控制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動模塊和LED燈的運行；網絡模塊，連接控制終端和至少一個集成驅動模塊，所述集成驅動模塊包括專用集成電路，所述專用集成電路包括向LED燈發出控制信號的控制端口。
優選的，所述集成驅動模塊還包括由PWM信號調制的恒流恒壓源，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。優選的，所述專用集成電路包括一個4位寄存器，所述集成驅動模塊通過4位寄存器至多對16組控制端口進行尋址。優選的，所述集成驅動模塊還包括網絡單元，所述網絡單元包括模組寄存器，所述網絡模塊通過所述模組寄存器對多個集成驅動模塊尋址。優選的，所述尋址通過TCP/IP協議進行。優選的，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接收到的溫度信息調整提供給對應LED燈的驅動能量。優選的，所述集成驅動模塊自身的能耗小于等于其所驅動的所有LED的能耗的百分之一。優選的，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。本發明的有益效果主要體現在1、高效率，低能耗。經測試表明，本發明的專用集成電路(ASIC)只需消耗0. 33瓦， 就能驅動16通道高達400瓦的LED燈，其轉換效率大于99. 9%。相對于傳統的LED驅動， 本發明的驅動模塊更節能環保；2、驅動穩定，LED壽命長。本發明的集成驅動模塊不同于傳統的恒流，或PWM信號調制的驅動方式，采用PWM信號調制結合恒壓恒流源，提出了第三種驅動方式。其便于實時觀察LED的變化，從而調節其驅動的電流電壓，從而增強LED的可靠性和延長使用壽命。3、布線成本低。本發明的信號交通接口突破傳統的DALI和DMX的串/并行通訊模式，采用現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省了控制線路的布線成本，而直接采用現有的網絡架構來實行交流。
圖1為本發明的具體實施例的LED控制系統結構框圖。圖2為本發明的具體實施例的驅動原理示意圖。圖3為傳統恒流控制示意圖。圖4為傳統PWM控制示意圖。圖5為本發明的集成驅動模塊的控制示意圖。
具體實施例方式有關本發明之前述及其他技術內容、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。然而本領域技術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，本發明并不局限于此。參照圖1，本發明的具體實施例的LED控制系統主要包括控制終端4、集成驅動模塊2、網絡模塊3和LED燈1。LED燈1是整個系統最終的工作部件，安裝在各種場合，在系統的控制下發光照明；集成驅動模塊2直接連接LED燈，為其輸送能量和進行控制，集成驅動模塊2通常連接多組LED燈串；網絡模塊3是控制終端4和集成驅動模塊2之間的通信橋梁，多個集成驅動模塊2通過網絡模塊3連接到控制終端4 ；控制終端4協調控制整個 LED控制系統運作，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，集成驅動模塊2和其所控制的至少一組LED燈串是整個系統的基礎單元，不同于現有技術，集成驅動模塊2整合了驅動電路和控制電路，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計的特殊規格邏輯IC，在本發明中，ASIC芯片具有多路輸出，形成多組控制端口以對應的、相互獨立向 LED燈發出控制信號，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，這使得高效能的轉化成為可能，并且避免了控制系統的耗電散熱問題，從而獲得最大的輸出功率以及極高的轉換效率，經測試表明，本發明的專用集成電路(ASIC)只需消耗0. 33瓦，就能驅動16通道高達400瓦的LED燈，其轉換效率大于99. 9 %，集成驅動模塊2自身的能耗小于等于其所驅動的所有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可調，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，專用集成電路內置有一個4位寄存器，4位寄存器對應的連接到外部的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協議的尋址與傳遞方式。本實施例中，使用TCP/IP協議，專用集成電路通過集成驅動模塊上WKhnet/TlOO網絡芯片的引導與外部世界相連，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，具體根據所帶燈串而定。每個單元的負載根據輸出的燈串而定，其最大帶載能力為400瓦，單路輸出為0. 35-1A。集成驅動模塊2還包括由PWM信號調制的恒流恒壓源，該恒流恒壓源通過所述電源輸出端口向LED燈1輸出能量，集成驅動模塊2的驅動原理整合了恒流驅動和PWM驅動兩種常用的方式，具體的如圖5所示，集成驅動模塊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，即調整區5。因波動部分的脈沖溝槽深度很淺，所造成的EMC影響，及輸出電流穩定度的影響都很小。同時，又利用脈寬限制導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點，又克服了恒流電路把波動部分的能耗在電路內部的缺點，克服了 PWM控制回路因脈沖頻率而導致的穩定度較差和EMC影響的缺點。經對整個控制驅動電路板作紅外掃描看，整個集成驅動模塊2沒有一個耗能熱點。
多組集成驅動模塊2通過網絡模塊3連接到控制終端4。具體的，網絡模塊3是一個網路連鎖-TCP/IP Ethnet，它可以是一個網關或是一個網路連接器，其目的是通過IP協議把各自獨立的集成驅動模塊2連接起來，該部件的尋址范圍為28 8 = 64K。對應的，集成驅動模塊還包括網絡單元，具體為Khnet芯片，Ethnet芯片內置了一個十六位的模組寄存器，其尋址能力為2、28 = 64K。網絡模塊通過所述模組寄存器對多個集成驅動模塊尋址。可以看到，本實施例中，尋址均通過TCP/IP協議進行，利用了現有的城市通信網絡，節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路及端口連接由于利用了 TCP/IP協議，可以采用現有的無線通信網路進行。該網絡模塊3除了與集成驅動模塊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。除了上述基本結構，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，專用集成電路根據接收到的溫度信息調整提供給對應LED燈的驅動能量。光線傳感器可以收集環境的亮度，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燈相應的改變亮度，具體為通過PWM信號調制輸送給LED 燈的能量。這樣就達到了自行調整的目的。最終，通過上述的網絡布置，控制終端4通過IP協議鎖定欲通信的集成驅動模塊 2及具體的燈串，然后通過TCP協議與該燈串進行通訊，把控制終端4設定的亮度，時間，范圍等的參數；或采集來自集成驅動模塊2或控制終端4傳感器的信息，通過控制終端4的計算后設定的參數，通過PREFILE (預置文件)的形式存入集成驅動模塊2中的閃存中，以便于執行，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控制系統在不同市場范圍的應用來加以解釋及簡單說明1.家用照明，高檔酒店，會所照明的應用室內裝飾燈市場是LED的一個新興市場。通過電流的控制，LED可以實現幾百種甚至上千種顏色的變化。在現階段講究個性化的時代中，LED顏色多樣化有助于LED裝飾燈市場的發展。LED已經開始做成小型裝飾燈，裝飾幕墻應用在酒店、居室中。據預測，室內 LED裝修市場在未來的5年內增率將達到CAGR，35%。在家具裝修LED用燈時，如果能配套上智能的LED驅動控制系統，燈光的色彩可以根據日光的變化，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照明的應用LED作為汽車車燈主要得益于低功耗、長壽命和反應速度快的特點。有統計顯示， 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已經逐步應用在汽車的第三剎車燈上。雖然LED目前還面臨著單位瓦數流明低以及相關政策的限制，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光效率的提升，最終LED將逐步實現從汽車內部、外部尾端到前端的轉移，最終占據整個汽車車燈市場。中國已是世界上最大的汽車市場，憑借著汽車的巨大產能，LED車燈市場面臨著巨大的發展潛力。智能驅動及控制在這個方面的應用也將乘其東風，飛速發展。3.太陽能LED路燈市場規模國內太陽能LED照明產值超過300億元。LED是低壓，直流供電，必將取代傳統路燈。預計到2012年，市場規模將由2008年的15. 6億元增長至139. 6億元，年復合增長率達到63. 0%。太陽能LED路燈是新型節能環保的方向。使用本發明的智能化LED控制系統，可以很好的控制燈光的亮暗，照亮的區域范圍。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燈的驅動。這種多元一體的控制方式提供了以下幾個優勢首先，可以智能的控制測試電池的容量，從而準確地判定LED可用照明時間，為確保足夠時間的照明，從而自動調節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。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，延長系統的使用時間。系統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，同時控制系統會不斷地對電池，太陽能板及 LED燈串進行自測。如果發現失效，會直接記錄，并通過無線網絡直接把問題通過郵件或信息的形式發送給管理員。
權利要求
1.一種多路LED控制與驅動系統，包括LED 燈；集成驅動模塊，驅動并控制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動模塊和LED燈的運行；網絡模塊，連接控制終端和至少一個集成驅動模塊，其特征在于，所述集成驅動模塊包括專用集成電路，所述專用集成電路包括向LED燈發出控制信號的控制端口。
2.根據權利要求1所述的一種多路LED控制與驅動系統，其特征在于，所述集成驅動模塊還包括由PWM信號調制的恒流恒壓源，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.根據權利要求1所述的一種多路LED控制與驅動系統，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.根據權利要求3所述的一種多路LED控制與驅動系統，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.根據權利要求1所述的一種多路LED控制與驅動系統，其特征在于所述集成驅動模塊還包括網絡單元，所述網絡單元包括模組寄存器，所述網絡模塊通過所述模組寄存器對多個集成驅動模塊尋址。
6.根據權利要求4或5所述的任一種多路LED控制與驅動系統，其特征在于所述尋址通過TCP/IP協議進行。
7.根據權利要求6所述的一種多路LED控制與驅動系統，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.根據權利要求7所述的一種多路LED控制與驅動系統，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接收到的溫度信息調整提供給對應LED燈的驅動能量。
9.根據權利要求1所述的一種多路LED控制與驅動系統，其特征在于所述集成驅動模塊自身的能耗小于等于其所驅動的所有LED的能耗的百分之一。
10.根據權利要求1所述的一種多路LED控制與驅動系統，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
本發明提供了一種LED控制與驅動系統來實現，其包括LED燈；集成驅動模塊，驅動并控制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動模塊和LED燈的運行；網絡模塊，連接控制終端和至少一個集成驅動模塊，所述集成驅動模塊包括專用集成電路，所述專用集成電路包括向LED燈發出控制信號的控制端口。本發明的有益效果主要體現在低成本，高效率，低能耗；驅動穩定，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 優先權日2011年7月11日
發明者冉宏宇, 章燕, 陳競坤 申請人:蘇州辰戈電子有限公司