一种数字式UV-LED并联均流驱动系统的制作方法

本实用新型属于LED光源驱动技术领域，具体涉及一种数字式UV-LED并联均流驱动系统。

背景技术：

在UV-LED固化系统中，为了使印刷颜料瞬间达到均匀的固化效果，单组 UV-LED光源模组拥有LED灯数达1000多个，紫外光光通量达8W/CM2，功率至少在1800瓦以上，通常需要把多个UV-LED进行串并联以满足所需的固化的光通量。UV-LED的驱动方式是恒流式驱动，其紫外光光通量以及发光光谱是由其电流决定，为了保证UV-LED灯组的发光质量，亮度均匀，就要确保流过每一组的LED的电流一致。

因为生产工艺限制，每一个UV-LED之间的伏安特性都会有微小的差异(电伏安特性为指数关系)，在串联结构下，每一个LED两端都会有电压的偏差。而在并联结构下，因为UV-LED灯组的离散型差异，导致在相同电压之下，并联的 LED灯组之间电流有很大的差异，由于LED导通压降的离散性和负温度系数特性，造成各并联支路电流不均，影响UV-LED紫外光的光通量不均衡，固化的效果不理想，部分大电流运行的UV-LED长时间运行会产生光衰、老化甚至熄灭现象，缩短UV-LED的寿命。

当前UV-LED均流技术主要由两种：一是有源均流，另一种是无源均流。其中有源均流技术主要采用有源器件构成电流调节器串联在相对应的LED支路上，每一个支路单独调节电流，这种方式可以改善电路的负载适应性，有利于均流的多路拓展，但是额外增加能量变换环节，使得整体效率有所下降，同时电路成本高，器件多，线路复杂。另外一种就是无源均流技术，这种技术包括电感与电容无源均流技术，其中包括电感利用磁耦合技术实现均流，对耦合电感数量要求多，电路结构复杂，控制电路复杂，并且受漏感以及励磁电流影响，使得均流精度不高效果不稳定。而电容利用交流电容阻抗特性进行无源均流驱动，这种技术是通过电容容量控制电流，且UV-LED只能在半个周期内工作发光，效率较低。

因此,现有技术还需要进一步改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种数字式UV-LED并联均流驱动系统,旨在解决现有均流技术效率低、均流精度低、效果不稳定、成本高、器件多、线路复杂的问题。

所采用的技术方案为：

一种数字式UV-LED并联均流驱动系统，包括主控模块、人机交互模块、驱动模块、检测模块、UV-LED和电源输入模块，主控模块与人机交互模块电连接，主控模块与检测模块电连接，驱动模块与检测模块分别与UV-LED电连接，驱动模块与检测模块分别与电源输入模块电连接。

主控模块以STM32作为主控芯片，STM32产生PWM。

人机交互模块采用7英寸，1677万色TFT信捷CCSG-765液晶触摸屏。

驱动模块以双NMOS作为恒流驱动元器件。

检测模块采用霍尔电流传感器。

霍尔电流传感器是通过霍尔效应将一次通过UV-LED的大电流变换为二次微小的0-3.3V的电压信号的传感器，霍尔电流传感器输出电压范围1.6V-3V之间对应流过的电流0-10A的关系为线性。

STM32采用时分复用技术。

有益效果：本实用新型提供了一种数字式UV-LED并联均流驱动系统，通过 STM32作为主控，通过构建多路电流反馈调节以及多路PWM信号驱动Mos管的导通率，实现多路并联数字调光以及均流，该电路调光不仅结构简单，发光效率高，调光简单，便于模块化均流方案。

附图说明

图1是本实用新型一种数字式UV-LED并联均流驱动系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种数字式UV-LED并联均流驱动系统的人机交互模块的电路图；

图3是本实用新型一种数字式UV-LED并联均流驱动系统的驱动模块的电路图；

图4是本实用新型一种数字式UV-LED并联均流驱动系统的检测模块的电路图；

图5是本实用新型一种数字式UV-LED并联均流驱动系统的多路PWM同时产生的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示的一种数字式UV-LED并联均流驱动系统，包括主控模块100、人机交互模块200、驱动模块300、检测模块400、UV-LED500和电源输入模块 600，主控模块100与人机交互模块200电连接，主控模块100与检测模块400 电连接，驱动模块300与检测模块400分别与UV-LED500电连接，驱动模块300 与检测模块400分别与电源输入模块600电连接。

主控模块100以STM32作为主控芯片，STM32产生PWM。具体的，驱动模块 300内的驱动器驱动MOS管，实现将输入工作电流均匀分配给每个UV-LED500；检测模块400和STM32内的ADC模块采集UV-LED500的电压及电流，并根据采集的信号进行均流控制运算，以达到恒压恒流输出的目的。人机交互模块200 实时显示系统的工作状态、输出电压、输出电流、报警以及调光控制等信息。

STM32主控芯片采用基于哈佛架构的3级流水线内核Cortex-M3，具有单周期乘法、硬件除法特性，最高工作频率72MHz，运算速度高达1.25DMips/MHz, 内置高速存储器高达512k字节的闪存和64k字节的SRAM，执行速度和内存容量完全满足均流多任务实时应用。STM32主控芯片设置11个定时器，包括4个 16位通用定时器、2个16位带死区控制的PWM高级控制定时器、2个看门狗定时器、系统时间定时器；STM32主控芯片设置80个快速多功能双向I/O口，所有I/O口可以映射到16个外部中断；几乎所有端口均可容忍5V信号，满足了多路PWM实时同步驱动；STM32主控芯片设置13个通信接口，包括2个I2C接口、5个USART接口、3个SPI接口、CAN接口、USB2.0全速接口、SDIO接口，满足了多种接口扩展以及人机互动的驱动；STM32主控芯片设置21个输入通道 A/D转换器，转换时间1μs，满足了21路电流实时采集的需求；STM32主控芯片出色的性能和丰富的资源使硬件设计大为简化，不需要扩展外围电路就能完全满足21路实时并联均流驱动的设计要求。

如图2所示，人机交互模块200采用7英寸，1677万色TFT信捷CCSG-765 液晶触摸屏，支持C语言脚本功能，运算、自由协议编写、绘图，提高编程自由度，支持BMP、JPEG格式图片显示，丰富的立体3D图库，画面更生动，灵活的部件选择空间，自定义动画轨迹设计，数据采集保存功能，支持时间趋势图，XY趋势图等多种形式的数据管理方式，配方数据的存储与双向传送，提高工作效率。

如图3所示，驱动模块300以双NMOS作为恒流驱动元器件，驱动电路简单, 采用双NMOS并行驱动功耗小，发热量低，开关速度快，工作频率高，输出的电流大小由输入PWM占空比控制。STM32主控芯片的IO管脚同步输出多路PWM信号，频率为固定100KHZ，其中每一路占空比代表该路电流的大小，信号首先经过6N138进行光耦隔离，从而提高信号的驱动能力，把3.3V电平的脉冲信号转换成5V电平脉冲信号，驱动IR2104型半桥驱动芯片利用驱动高端驱动N沟道 MOSFET，能提供较大的栅极驱动电流，并具有硬件死区、硬件防同臂导通等功能，在输出端驱动两个并行N沟道MOSFET，降低了MOSFET的内阻，同时减少了MOSFET的损耗，提高了效率。

如图4所示，检测模块400采用霍尔电流传感器，通过霍尔效应将一次通过UV-LED大电流变换为二次微小的0-3.3V的电压信号的传感器，具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量的优点。根据霍尔电流传感器输出电压范围1.6V-3V之间对应流过的电流0-10A的关系为线性， STM32自带AD接口直接对霍尔传感器输出信号进行采集，构成对电流信号的闭环控制。

STM32采用时分复用技术。如图5所示，以STM32一个定时器产生公共的PWM 时基，将该时基与各路PWM所要求的占空比数据进行比较，当时基≤占空比数据时，对应输出口输出“1”，否则输出“0”，这种技术称之为分时复用技术，可以实现多路高精度相互独立的占空比可调的PWM驱动信号。在系统中实时驱动21路高精度PMM信号，每一路PWM信号的频率设置为固定频率1KHz，其中占空比的分辨率为1/100。首先设置PWM频率为1KHz，对1KHz进行划分100 个时间片，每一个时间片时间为100K，STM32定时器定时中断时间为100KHz，然后每一次进行定时器中断时，设PWM公共时基存于TIMER(0～100)存储器中，各路占空比数据存于P1、P2...21，PWM输出分别为OUT1、OUT2... OUT21，主程序和中断程序流程如图5所示。每间隔100K，系统进入一次中断 TIMER++，当到达100清零并且重新开始计数，每一次中断，将时基TIMER分别与各路占空比P1～P21比较，时基大于占空比则对应输出“0”，否则对应输出“1”。

UV—LED500均流的原理主要是通过电流幅值进行反馈，其实质就是通过PWM 均流控制其流通的平均电流，因此每一组UV—LED500都需要单独平均电流反馈控制环路，其控制环路主要是基于数字反馈形式进行的。首先通过电流霍尔传感器采样UV-LED500瞬时电流信号，其中电流大小与霍尔传感器线性输出1.6-3V 具有一一对应关系，STM32自带AD对其输出电压信号进行实时采集，并计算出平均电压，然后与均流基准电压数值构成均流电流环，通过PID算法，调制生产PWM补偿信号，最后驱动均流开关Mos管，确保每一条支路输出的电流信号达到一致。

UV-LED500均流和调光均是控制其支路的平均电流，因此PWM均流电流上无需增加任何器件，容易实现调光功能。把调光的分辨率设置成0-100，通过调节输出的PWM信号的占空比时，即可以实现调光。当0时对应的PWM占空比为0，即PWM为关闭，当调光为50％时对应的PWM占空比为50％，当调光为100％时对应的PWM占空比为100％。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。