一種全數字pid控制led光源驅動器的製作方法

2023-04-25 10:37:36 2

專利名稱：一種全數字pid控制led光源驅動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種LED光源驅動方案，尤其是ー種全數字PID控制LED光源驅動器。
背景技術：
傳統的LED光源驅動方案都是通過模擬集成電路搭建而成，然而隨著科學技術的發展和人們需求的改變，如今也暴露出不少缺陷。首先，傳統的LED光源驅動方案控制方法簡單，而且LED工作特性要求有穩定的工作電流，但由於市電電壓不穩，LED光源驅動器的壽命和可靠性大打折扣，往往輸出的電流隨著供電電壓的變化會產生較大的波動，從而導致LED工作時產生閃爍，間接影響著LED光源的使用壽命；其次，ー些大功率LED需要高品質、專門的電路驅動，這些模擬集成電路不僅製作エ藝複雜，生產成本高，而且驅動電路體積較大，不利於大批量生產；最後，模擬電路不便於進行控制和量化管理，難以滿足現今市場多樣化應用的需求。·

發明內容
為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種採用單片機製作且高控制品質、低成本的全數字PID控制LED光源驅動器。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
ー種全數字PID控制LED光源驅動器，包括用於處理輸入數據和控制輸出信號的控制處理單元，與控制處理單元相連用於輸入數字量數據的用戶接ロ単元，與控制處理單元相連根據負載的情況自動調節輸出功率的LED驅動單元，與LED驅動單元相連的LED光源，用於對控制處理單元、用戶接ロ単元、LED驅動單元、LED光源提供工作電源的電源管理単元，所述控制處理單元包括集成在單片機裡的CPU處理系統、PID控制系統、PWM脈寬調製系統和反饋信息量化系統，所述LED驅動單元的輸出端通過反饋採樣單元連接控制處理單元的反饋信息量化系統。作為上述技術方案的一種改進，所述控制處理單元中還包括用於存儲控制信息的信息存儲系統，信息存儲系統連接CPU處理系統。作為上述技術方案的一種改進，所述LED驅動單元、反饋採樣単元與控制處理單元內的反饋信息量化系統、PID控制系統、PWM脈寬調製系統相連構成閉環控制系統。作為上述技術方案的一種改進，所述CPU處理系統輸出端連接有至少一路的閉環控制系統。作為上述技術方案的一種改進，所述CPU處理系統輸出端連接有三路閉環控制系統。作為上述技術方案的一種改進，所述PID控制系統為軟體PID控制器。作為上述技術方案的一種改進，所述控制處理單元包括無線信號接收系統。作為上述技術方案的一種改進，所述反饋採樣單元包括採樣電阻、信息放大器和AD轉換器。
本發明的有益效果是採用單片機製作具有高控制品質、低成本的全數字PID控制LED光源驅動器的技術方案取代了傳統的通過模擬集成電路搭建而成的LED光源驅動方案，縮小了驅動器的體積，同時也使得LED光源驅動器更容易被人們控制和量化管理，增強了其適用性，使產品更具市場競爭力，此外，閉環控制系統的設計使得驅動控制更加穩定，保障了 LED光源驅動器的使用壽命和可靠性，也延長了 LED光源的使用壽命。


下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步說明。圖I是本發明的一種實施例的結構框圖2是現有的一般PID控制器電路圖3是現有的一般PWM脈寬調製器電路圖； 圖4是本發明的另ー種實施例的結構框圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的ー種全數字PID控制LED光源驅動器，包括用戶接ロ単元3、控制處理單元I、LED驅動單元4、LED光源5和電源管理単元2，其中核心部分控制處理單元I包括集成在單片機裡的CPU處理系統11、PID控制系統12、PWM脈寬調製系統13、反饋信息量化系統14和信息存儲系統15。在本發明中，控制處理單元I藉助單片機進行信息處理與控制，通過軟體程序編寫一個軟體PID控制器，從而實現了全數字PID控制。PID控制系統12按照給定的控制量和反饋量計算出電流調製的佔空比數據，傳輸至PWM脈寬調製系統13，後者產生方波信號後輸出至功率LED驅動單元4，對LED光源5的輸出電流進行調節和控制。之後再採樣再調節，循環往復此調節過程，使LED光源驅動器具有極高的穩定度，即使在很大範圍內調光，也不會發生閃爍現象；PWM脈寬調製技術的應用也不會產生過熱的問題，所以這大大延長了 LED光源驅動器的壽命。而且，因為本發明中PID控制系統12為軟體PID控制器，PWM脈寬調製系統13也採用軟體控制，AD轉換也集成在單片機中，這樣的設計減小了驅動器體積，使得印刷電路板面積縮小至原來的30%，不僅有效降低了生產成本，同時還增強了產品的適用性，使其更具市場競爭力。此外,LED驅動單元4的輸出端通過反饋採樣單元6連接到反饋信息量化系統14,如此ー來，LED驅動單元4、反饋採樣單元6與反饋信息量化系統14、PID控制系統12、PWM脈寬調製系統13相連就構成了閉環控制系統，其反饋信息通過ー個反饋採樣単元6採樣電阻取得電流反饋值，該信息經放大後，再進行AD轉換為數字量，傳回PID控制系統12處理，依靠PID控制系統12循環採樣反饋信息對電流進行控制調節。在實際應用過程中，因為控制處理單元I包括無線信號接收系統，使用者可以通過用戶接ロ系統3輸入數字量或直接調用信息存儲系統15的數據來對PID控制系統12進行操作，進而實現對LED光源的量化管理和控制。電源管理単元2則為上述各単元或系統提供工作電源。如圖2所示，是現有的一般PID控制器電路圖，是ー個由電路元器件搭成的模擬電路。該電路的原理為將輸出的電壓按照一定的比例與DA輸出相加，再進行積分，最後得到連續變化的反饋電壓，將此反饋電壓輸入至高速互補輸出電壓比較器LM361前進行反饋比較，當得出的值與計算的值有差別時，則反饋可以將該值進行自動調整。如圖3所示，是現有的一般PWM脈寬調製器電路圖，其也是ー個由電路元器件搭成的模擬電路。該電路工作原理是利用NE555產生的三角波與反饋電壓信號進行比較，從而產生一 PWM波，該波的佔空比可以根據三角波和反饋電壓信號的比值進行調製。值得ー提的是，本設計中採用軟體編程實現的PID控制器和PWM脈寬調製器的實際控制效果與上述以模擬電路實現的PID控制電路、PWM脈寬調製電路相同，而且採用數字電路高度集成，體積小，發熱小，同時便於擴展。參照圖4，本發明的另ー種實施例的結構框圖，具體為三色LED光源驅動器的結構框圖。從中我們可以發現相較於圖1，此實施例中控制處理單元中的CPU處理系統輸出端共連接有三路閉環控制系統，可見通過相應的擴展，本發明可以完成很多新的設計和用途，市場前景廣闊。儘管已經參照本發明的特定示例性實施例具體顯示和描述了本發明，但本領域的 技術人員應當理解，以上所述僅為本發明的優先實施方式，只要以基本相同手段實現本發明目的的技術方案都應屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種全數字PID控制LED光源驅動器，包括 用於處理輸入數據和控制輸出信號的控制處理單元(1)， 與控制處理單元(I)相連用於輸入數字量數據的用戶接口單元(3)， 與控制處理單元(I)相連根據負載的情況自動調節輸出功率的LED驅動單元(4)， 與LED驅動單元(4)相連的LED光源(5)， 用於對控制處理單元(I)、用戶接口單元(3)、LED驅動單元(4)、LED光源(5)提供工作電源的電源管理單元(2)， 其特徵在於所述控制處理單元(I)包括集成在單片機裡的CPU處理系統(11)、PID控制系統(12)、PWM脈寬調製系統(13)和反饋信息量化系統(14)，所述LED驅動單元(4)的輸出端通過反饋採樣單元(6)連接控制處理單元(I)的反饋信息量化系統(14)。
2.根據權利要求I所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述控制處理單元(I)中還包括用於存儲控制信息的信息存儲系統(15)，信息存儲系統(15)連接CPU處理系統(11)。
3.根據權利要求I所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述LED驅動單元(4)、反饋採樣單元(6)與控制處理單元(I)內的反饋信息量化系統(14)、PID控制系統(12)、PWM脈寬調製系統(13)相連構成閉環控制系統。
4.根據權利要求3所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述CPU處理系統(11)輸出端連接有至少一路的閉環控制系統。
5.根據權利要求4所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述CPU處理系統(11)輸出端連接有三路閉環控制系統。
6.根據權利要求I所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述PID控制系統(12)為軟體PID控制器。
7.根據權利要求I所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述控制處理單元(I)包括無線信號接收系統。
8.根據權利要求I所述的一種全數字PID控制LED光源驅動器，其特徵在於所述反饋採樣單元(6)包括採樣電阻、信息放大器和AD轉換器。
全文摘要
本發明公開了一種全數字PID控制LED光源驅動器，包括控制處理單元、用戶接口單元、LED驅動單元、LED光源和電源管理單元，其中控制處理單元包括集成在單片機裡的CPU處理系統、PID控制系統、PWM脈寬調製系統和反饋信息量化系統，LED驅動單元的輸出端通過反饋採樣單元連接控制處理單元的反饋信息量化系統，本發明在實際應用過程中不論在驅動器的穩定性、使用壽命、經濟性方面，還是其體積或控制的便捷性、有效性上，較之於傳統的通過模擬集成電路搭建而成的光源驅動方案都有很大提高，此外，其方便進行量化管理，且容易拓展，適用性強，具有很強的市場競爭力。
文檔編號H05B37/02GK102821521SQ20121028754
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者胡志軍 申請人:江門市聯創發展有限公司