一种三线制LED灯带的制作方法

本实用新型涉及LED灯带，特别是一种三线制LED灯带。

背景技术：

如图1所示，为传统结构的四线三基色LED灯带，四线中一条为公共线，其余三条为与公共线极性相反的主线，公共线与三条主线之间分别设置红光LED灯串（R）、绿光LED灯串（G）和蓝光LED灯串（B），通过控制器控制公共线与三条主线之间的导通与断开来实现红光LED灯串（R）、绿光LED灯串（G）和蓝光LED灯串（B）的导通与截止，红光LED灯串（R）、绿光LED灯串（G）和蓝光LED灯串（B）之间可以是单独点亮或熄灭，也可以是同时点亮进行两种或三种基色的混合，产生七色全彩的灯光效果。

然而，这种传统的灯带结构仍然存在较大的缺陷，比如：四线制占用的导线很多，生产工艺较为复杂，由于需要四根导线，三个回路，在制作三基色灯带时，为保证四根导线之间的绝缘问题，必须将灯体制作到足够大，导致成本很高，同时大体积灯体还导致弯曲半径过大，失去灯带应该具有的使用价值；更为严重的是，由于红光LED灯串（R）、绿光LED灯串（G）和蓝光LED灯串（B）都是线性排布的，在混色尤其是三基色混白光时，由于灯串之间同一节点的红光LED、绿光LED和蓝光LED 之间间隔较大，混色时失真度极高，这也是业界常常诟病RGB无法混出纯白光的原因所在。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高频无极型控制的三线多彩LED灯带。

本实用新型为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种三线制LED灯带，包括依次电性连接的电源插头（1）、输入电源线（2）、控制器（3）、输出电源线（4）、灯带本体（S），该控制器（3）上设置有功能键（K1）、显示屏和无线接收器，该显示屏用于显示灯带运行状态参数，无线接收器用于接收遥控信号；

所述灯带本体（S）内设有三根并行的主导线（S1、S2、S3）、以及单色LED灯串和双色LED灯串，单色LED灯串（R）连接在主导线（S1）与主导线（S2）连接，双色LED灯串连接在主导线（S2）与主导线（S3）之间，其中S2为公共线，双色LED灯串由若干双色LED串联而成，该双色LED由反向并联的两种基色LED构成，双色LED所包含的两种LED基色与单色LED灯串的LED颜色为三种颜色组合；

功能键（K1）用于输入初始控制信号给控制器（3），该控制器（3）通过输出电源线（4）控制主导线（S1、S2、S3）的正负极性来实现单色LED灯串和双色LED灯串的开关和亮度。

进一步，所述控制器（3）内设有输入端与输出电源线（4）连接的供电模块（31），以及分别由该供电模块（31）提供电平输入且依次连接的MCU（32）、触发电路（33）、开关电路（34），所述功能键（K1）与MCU（32）连接以输入初始控制信号，该MCU（32）用于根据功能键（K1）键入的控制信号输出指令给触发电路（33），触发电路（33）用于控制开关电路（34）的开关器件导通与断开，该开关电路（34）的开关器件分别串联在主导线（S1、S2、S3）与供电模块（31）的输出端之间以控制红光LED灯串（R）、绿光LED灯串（G）和蓝光LED灯串（B）的开关和亮度，主导线（S2）对应连接供电模块（31）的输出端极性与主导线（S1）、主导线（S3）所对应连接供电模块（31）的输出端相反。

作为本技术方案的优选方案1，所述触发电路（33）包括分别与MCU（32）信号输出端连接的第四电阻（R4）、A组三极管触发支路（331）和B组三极管触发支路（332）；

所述开关电路（34）包括A组半桥驱动器（U4）、B组半桥驱动器（U5）、以及第一开关器件MOS管（M1）、第二开关器件MOS管（M2）、第三开关器件MOS管（M3）、第四开关器件MOS管（M4）、第五开关器件MOS管（M5）；

所述第四电阻（R4）与第五开关器件MOS管（M5）的栅极连接，A组三极管触发支路（331）的输出端与A组半桥驱动器（U4）输入端连接，B组三极管触发支路（332）的输出端与B组半桥驱动器（U5）的输入端连接；

A组半桥驱动器（U4）的两输出端分别与第一开关器件MOS管（M1）的栅极、第二开关器件MOS管（M2）的栅极连接，B组半桥驱动器（U5）的两输出端分别与第三开关器件MOS管（M3）的栅极、第四开关器件MOS管（M4）的栅极连接；

所述第一开关器件MOS管（M1）、第二开关器件MOS管（M2）、第三开关器件MOS管（M3）、第四开关器件MOS管（M4）组成H桥，第一开关器件MOS管（M1）与第二开关器件MOS管（M2）在同一半桥且二者公共点与主导线（S3）连接，第三开关器件MOS管（M3）与第四开关器件MOS管（M4）在另一半桥且二者公共点与主导线（S2）连接，第一开关器件MOS管（M1）与第三开关器件MOS管（M3）的漏极与供电模块（31）的输出端连接，第五开关器件MOS管（M5）的漏极与主导线（S1）连接，所述第二开关器件MOS管（M2）、第四开关器件MOS管（M4）、第五开关器件MOS管（M5）的源极接地。

进一步，作为本技术方案的优选方案2，所述灯带本体（S）内还设有第四色LED灯串（W），该第四色LED灯串（W）的第四色LED与单色LED灯串的LED反向并联；

所述触发电路（33）包括分别与MCU（32）信号输出端连接A组三极管触发支路（331）、B组三极管触发支路（332）、C组三极管触发支路（333）；

所述开关电路（34）包括A组半桥驱动器（U4）、B组半桥驱动器（U5）、C组半桥驱动器（U6）以及第一开关器件MOS管（M1）、第二开关器件MOS管（M2）、第三开关器件MOS管（M3）、第四开关器件MOS管（M4）、第六开关器件MOS管（M6）、第七开关器件MOS管（M7）；

A组三极管触发支路（331）的输出端与A组半桥驱动器（U4）输入端连接，B组三极管触发支路（332）的输出端与B组半桥驱动器（U5）的输入端连接，C组三极管触发支路（333）的输出端与C组半桥驱动器（U6）的输入端连接；

A组半桥驱动器（U4）的两输出端分别与第一开关器件MOS管（M1）的栅极、第二开关器件MOS管（M2）的栅极连接，B组半桥驱动器（U5）的两输出端分别与第三开关器件MOS管（M3）的栅极、第四开关器件MOS管（M4）的栅极连接，C组半桥驱动器（U6）的两输出端分别与第六开关器件MOS管（M6）、第七开关器件MOS管（M7）的栅极连接；

所述第一开关器件MOS管（M1）与第二开关器件MOS管（M2）组成第一半桥，第三开关器件MOS管（M3）与第四开关器件MOS管（M4）组成第二半桥，第六开关器件MOS管（M6）与第七开关器件MOS管（M7）组成第三半桥，该第三半桥与第一半桥、第二半桥之间互相组成H桥，第一开关器件MOS管（M1）与第二开关器件MOS管（M2）公共点与主导线（S3）连接，第三开关器件MOS管（M3）与第四开关器件MOS管（M4）公共点与主导线（S2）连接，第六开关器件MOS管（M6）、第七开关器件MOS管（M7）公共点与锡绞线（S1）连接，第一开关器件MOS管（M1）、第三开关器件MOS管（M3）和第六开关器件MOS管（M6）的漏极与供电模块（31）的输出端连接，所述第二开关器件MOS管（M2）、第四开关器件MOS管（M4）、第七开关器件MOS管（M7）的源极接地。

特别的，所述MCU（32）分占空比并采用频率大于等于2KHz的控制信号控制主导线（S1、S2、S3）之间的极性转换。

本技术方案的具体供电方案为：所述供电模块（31）包括依次连接的EMC滤波电路（311）、整流电路（312）、驱动器降压电路（313）、单片机降低电路（314）；该整流电路（312）的其中一输出端用于供电给主导线（S1、S2、S3），另一输出端与驱动器降压电路（313）输入端连接，驱动器降压电路（313）的输出端分别与单片机降低电路（314）、开关电路（34）的电源输入端连接，单片机降低电路（314）输出端与MCU（32）的电源输入端连接。

进一步，所述灯带本体（S）还包括沿同一走向分布的外皮（S4）、芯线（S5）、中空管（S6），该外皮（S4）包裹在芯线（S5）外表面，中空管（S6）与所述主导线（S1、S2、S3）沿芯线（S5）纵向延伸于芯线（S5）中，所述单色LED灯串双色LED灯串沿中空管（S6）走向设置于中空管（S6）内。

进一步，所述单色LED灯串的单色LED与双色LED灯串的双色LED组成对排布，且该单色LED与双色LED组的头部相对。

其中，所述输出电源线（4）与灯带本体（S）之间以电源母接头（5）和延伸公接头（8）连接。

进一步，所述电源母接头（5）和延伸公接头（8）的衔接处设置有第一防水胶圈（7）和第一螺母（6），该第一螺母（6）通过与延伸公接头（8）外表面的螺纹配合将第一防水胶圈（7）锁定。

进一步，所述灯带本体（S）的尾部连接有延伸母接头（16），该延伸母接头（16）套设有尾塞（18），延伸母接头（16）与尾塞（18）之间设置有第二防水胶圈（17），尾塞（18）外表面设置有第二螺母（19以锁定第二防水胶圈（17）。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型LED灯带采用三绞线搭配无极性蓝绿双色LED灯串和红色LED灯串组成，实现灯带的七彩变化，相比传统四线制减少了一根主线，生产工艺简化，节约了灯带内部空间，从而降低制作成本。

（2）由于红光单色LED灯串的LED与绿蓝双色LED灯串的双色LED组成对排布且头部相对，在混色尤其是三基色混白光时，同一节点的红光LED、绿光LED和蓝光LED 之间的间隔大大缩短，混色时失真度极低，从而做出非常逼真的混色效果；

（3）控制器通过AC-DC-AC的逆变技术，将普通的工频逆变为高频，实现无极型LED的颜色控制，通过分时分色快速扫描，将单色LED按照亮灭时间比顺序点亮，高速循环运行，利用人眼对光强的滞后性实现LED颜色和亮度的不同变化，波动频率已经超出了人眼能感觉到的频率，人眼感觉不到LED灯光的闪烁，消除LED闪烁对人眼的伤害。

（4）同时采用开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET组成的H桥式逆变结构和单片机微处理器的结合，可以实现更多传统控制器无法实现的无极性LED的极性和亮度的控制效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是传统LED灯带的四线三基色排线示意图；

图2是本实用新型三线多彩LED灯带的结构示意图；

图3是本实用新型灯带本体的剖视图；

图4是本实用新型灯带本体的横截面图；

图5是本实用新型三线多彩LED灯带的原理框图①；

图6是本实用新型三线多彩LED灯带的原理框图②；

图7是本实用新型供电模块的电路图；

图8是驱动降压电路的电路图；

图9是第一实施例中MCU与触发电路的电路图；

图10是第一实施例中开关电路的电路图；

图11是第二实施例中MCU与触发电路的电路图；

图12是第二实施例中开关电路的电路图；

图13为半桥驱动器的内部接线图。

具体实施方式

参照图2-图4所示，为本实用新型的三线多彩LED灯带，包括依次电性连接的电源插头1、输入电源线2、控制器3、输出电源线4、灯带本体S，该控制器3上设置有功能键K1（K1可以采用遥控器和遥控接收头的组合来代替）、显示屏和无线接收器，该显示屏用于显示灯带运行状态参数，无线接收器用于接收遥控信号；其中，所述输出电源线4与灯带本体S之间以电源母接头5和延伸公接头8连接，电源母接头5和延伸公接头8的衔接处设置有第一防水胶圈7和第一螺母6，该第一螺母6通过与延伸公接头8外表面的螺纹配合将第一防水胶圈7锁定以保证防水要求。

另一方面，灯带本体S的尾部连接有延伸母接头16，该延伸母接头16套设有尾塞18，延伸母接头16与尾塞18之间设置有第二防水胶圈17，尾塞18外表面设置有第二螺母19以锁定第二防水胶圈17以保证防水要求。此处，延伸母接头16还可无限连接延伸公接头8，扩展灯带的长度，最后再上尾塞18。

本技术方案的灯带本体S包括沿同一走向分布的外皮S4、芯线S5、中空管S6，以及三根并行的主导线S1、S2、S3、以及红光单色LED灯串R、蓝绿双色LED灯串（B、G），所述红光LED灯串R首尾两端分别与主导线S1、主导线S2连接，蓝绿双色LED灯串连接在主导线S2与主导线S3之间，该外皮S4包裹在芯线S5外表面，中空管S6与所述主导线S1、S2、S3沿芯线S5走向延伸于芯线S5中，所述红光LED灯串R、蓝绿双色LED灯串沿中空管S6走向设置于中空管S6内。

特别的，红光单色LED灯串的LED与绿蓝双色LED灯串的双色LED组成对排布且头部相对，在混色尤其是三基色混白光时，同一节点的红光LED、绿光LED和蓝光LED 之间的间隔大大缩短，混色时失真度极低，从而做出非常逼真的混色效果。

如图5和图6所示，为本实用新型的基本控制原理架构，控制器3内设有输入端与输出电源线4连接的供电模块31，以及分别由该供电模块31提供电平输入且依次连接的MCU32、触发电路33、开关电路34；MCU32分占空比并采用频率大于等于2KHz的控制信号控制主导线S1、S2、S3之间的极性转换。

功能键K1与MCU32连接以输入初始控制信号，该MCU32根据功能键K1键入的控制信号输出指令给触发电路33，触发电路33用于控制开关电路34的开关器件导通与断开，该开关电路34的开关器件分别串联在主导线S1、S2、S3与供电模块31的输出端之间以控制红光LED灯串R、蓝绿光LED灯串B、G的开关和亮度，其中，主导线S2对应连接供电模块31的输出端极性与主导线S1、主导线S3所对应连接供电模块31的输出端相反。

通过AC-DC-AC的逆变技术，将普通的工频逆变为高频，实现无极型LED的颜色控制，通过分时分色快速扫描，将单色LED按照亮灭时间比顺序点亮，高速循环运行，利用人眼对光强的滞后性实现LED颜色和亮度的不同变化，波动频率已经超出了人眼能感觉到的频率，人眼感觉不到LED灯光的闪烁，消除LED闪烁对人眼的伤害。

如图7、图8所示，本技术方案的具体供电方案为：所述供电模块31包括依次连接的EMC滤波电路311、整流电路312、驱动器降压电路313、单片机降低电路314；该整流电路312的其中一输出端（V-120V）用于供电给主导线S1、S2、S3，另一输出端（V1）与驱动器降压电路313输入端连接，驱动器降压电路313的输出端（VDD）分别与单片机降低电路314、开关电路34的电源输入端连接，单片机降低电路314输出端（5V，VCC）与MCU32的电源输入端连接。

作为本技术方案的优选方案1，基于上述三种颜色的混色方案，是以最具代表性的三基色来说明，即红光LED灯串R、蓝绿光LED灯串B、G；

如图9所示，触发电路33包括分别与MCU32信号输出端连接的第四电阻R4、A组三极管触发支路331和B组三极管触发支路332；

而开关电路34包括A组半桥驱动器U4、B组半桥驱动器U5、以及第一开关器件MOS管M1、第二开关器件MOS管M2、第三开关器件MOS管M3、第四开关器件MOS管M4、第五开关器件MOS管M5；如图10。

第四电阻R4与第五开关器件MOS管M5的栅极连接，A组三极管触发支路331的输出端与A组半桥驱动器U4输入端连接，B组三极管触发支路332的输出端与B组半桥驱动器U5的输入端连接；

A组半桥驱动器U4的两输出端分别与第一开关器件MOS管M1的栅极、第二开关器件MOS管M2的栅极连接，B组半桥驱动器U5的两输出端分别与第三开关器件MOS管M3的栅极、第四开关器件MOS管M4的栅极连接；

第一开关器件MOS管M1、第二开关器件MOS管M2、第三开关器件MOS管M3、第四开关器件MOS管M4组成H桥，第一开关器件MOS管M1与第二开关器件MOS管M2在同一半桥且二者公共点与锡绞线S3连接，第三开关器件MOS管M3与第四开关器件MOS管M4在另一半桥且二者公共点与主导线S2连接，第一开关器件MOS管M1与第三开关器件MOS管M3的漏极与供电模块31的输出端连接，第五开关器件MOS管M5的漏极与主导线S1连接，所述第二开关器件MOS管M2、第四开关器件MOS管M4、第五开关器件MOS管M5的源极接地。

作为本技术方案的优选方案2，为使得本技术方案的在白光混色时更纯，所述灯带本体S内同时设置有红光LED灯串R、蓝绿双色LED灯串B、G、第四色LED灯串（以白光LED为例），该第四色LED灯串的白光LED与红光LED灯串R的红色LED反向并联，结合图6的灯带本体S部分；

如图11，触发电路33包括分别与MCU32信号输出端连接A组三极管触发支路331、B组三极管触发支路332、C组三极管触发支路333；

相应的，开关电路34包括A组半桥驱动器U4、B组半桥驱动器U5、C组半桥驱动器U6以及第一开关器件MOS管M1、第二开关器件MOS管M2、第三开关器件MOS管M3、第四开关器件MOS管M4、第六开关器件MOS管M6、第七开关器件MOS管M7；如图12。

A组三极管触发支路331的输出端与A组半桥驱动器U4输入端连接，B组三极管触发支路332的输出端与B组半桥驱动器U5的输入端连接，C组三极管触发支路333的输出端与C组半桥驱动器U6的输入端连接；

A组半桥驱动器U4的两输出端分别与第一开关器件MOS管M1的栅极、第二开关器件MOS管M2的栅极连接，B组半桥驱动器U5的两输出端分别与第三开关器件MOS管M3的栅极、第四开关器件MOS管M4的栅极连接，C组半桥驱动器U6的两输出端分别与第六开关器件MOS管M6、第七开关器件MOS管M7的栅极连接；

第一开关器件MOS管M1与第二开关器件MOS管M2组成第一半桥，第三开关器件MOS管M3与第四开关器件MOS管M4组成第二半桥，第六开关器件MOS管M6与第七开关器件MOS管M7组成第三半桥，该第三半桥与第一半桥、第二半桥之间互相组成H桥，第一开关器件MOS管M1与第二开关器件MOS管M2公共点与锡绞线S3连接，第三开关器件MOS管M3与第四开关器件MOS管M4公共点与锡绞线S2连接，第六开关器件MOS管M6、第七开关器件MOS管M7公共点与主导线S1连接，第一开关器件MOS管M1、第三开关器件MOS管M3和第六开关器件MOS管M6的漏极与供电模块31的输出端连接，所述第二开关器件MOS管M2、第四开关器件MOS管M4、第七开关器件MOS管M7的源极接地。

上述半桥驱动器（U4、U5、U6）结构如图13，Vcc是半桥驱动器供电的电源，在本设计中为16V，ＩＮ是控制信号的输入端，输入等效电阻很高，可直接连接来自微处理器（MCU）、光耦或其它控制电路发出的信号。逻辑输入信号与CMOS电平兼容，输入端电压为逻辑１时，半桥驱动器输出端HO输出高电平，驱动上管；输出端ＬＯ输出低电平，关闭下管。输入端电压为逻辑０时，情况正好相反。半桥驱动器内部设置了650ns的死区时间（Deadtime），可防止上下管直接导通造成短路事故。COM是接地端，直接和下管MOSFET的源极Ｓ相连。HO、LO分别是上、下管控制逻辑输出端，Vb是为高压侧悬浮电源端，Vs是高压侧悬浮地，它们的电位会随上管的导通截止而变化。

其工作原理是：当输入端（IN）为逻辑0时，下管导通，上管截至，Vs对地导通，VCC电流通过二极管给电容充电，输入端（IN）为逻辑1时，下管截至，Vs对地悬浮，电容存储的电荷为上管导通提供电压。也称自举技术。但是控制信号长时间的为逻辑１，会导致上管电容的电荷用尽而截止上管，因此控制信号的占空比不能为100％。上管电容充电二极管用来防止上管导通时，高压电窜入Vcc端损坏低压器件，也称自举二极管。在高端器件开通时，自举二极管必须能够阻止高压，并且应是快恢复二极管，以减小从自举电容向电源Vcc的回馈电荷。其反向耐压应大于功率端电压，恢复时间应小于100ns。

此外，需要特别指出的是，本实施例中仅以红光LED灯串R首尾两端分别与主导线S1、主导线S2连接，蓝绿双色LED灯串B、Ｇ以极性反向LED并联在主导线S2与主导线S3之间这一组位置关系为优选实施例，从原理上说，红光LED灯串R、蓝绿双色LED灯串B、Ｇ在锡绞线S1与S2之间以及S2与S3之间的位置及LED颜色可以任意组合，灯串不受LED颜色的限制，比如已知的LED颜色：红色、绿色、蓝色、白色、黄色、橙色、粉色、紫色、琥珀色、水蓝色、紫色、蓝绿色、蓝白色、红白色、翠绿色、蓝绿色、蓝紫色等适用于第一实施例的三种颜色组合和第二实施例的四种颜色组合。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。