基于mcu的led分段式交替导通电路及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路设计领域，特别是涉及MCU智能控制、高边驱动电路及恒流电路，具体涉及一种基于MCU的LED分段式交替导通电路及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]由于LED具有单向导通、反向耐压低、需恒流驱动的特点，因此需要由AC/DC电源变换器将交流电转换成直流电进行供电，其中采用开关电源技术的驱动器成为主流，但开关电源需要用到大容量的电解电容、变压器等储能元件。因LED灯具空间的局限及工作时的高温状态，使得电解电容的寿命缩短，成为灯具寿命的短板。
[0003]业界为了克服这一问题，各种高压线性驱动电路应运而生，目前主要有单段式和多段式驱动电路之分，单段式因LED导通门槛电压，造成LED导通时间短，光效和功率因数低；多段式一般通过电子开关的控制跟随输入电压波形分别投入LED灯串，提高功率因数和光效，但也存在着一部分LED灯串导通时间长而另外一些灯串导通时间短，造成导通时间长的LED灯串优先光衰的问题。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种基于MCU的LED分段式交替导通电路，电路结构简单，控制方便，效率高。本发明的另一名第是提供一种上述基于MCU的LED分段式交替导通电路的驱动方法，能够实现各段LED光源导通时间基本一致，达到LED照明灯具长寿命。
[0005]技术方案:为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
一种基于MCU的LED分段式交替导通电路，包括将正弦交流电转换为脉动直流电的整流电路、检测输入电压瞬时值的电压检测电路、为MCU提供电源的供电电路、受MCU控制的电子开关、保持回路电流基本稳定的恒流电路和多段LED灯串；所述多段LED灯串与恒流电路串联后接到整流电路的输出端，每段LED灯串都并联有电子开关，在MCU的控制下，随时接入或断开电路，实现LED灯串的分段点亮；所述检测电路连接在整流电路的输出端，检测电路的输出端接到MCU的A/D转换输入端，由MCU检测输入电压的瞬时值，以确定电子开关的接通与关断，由此控制LED灯串的点亮顺序；所述恒流电路由场效应管及取样电阻配合MCU实现，MCU采集取样电阻上的反馈电压并根据电压值输出PMff信号，控制场效应管导通的时间，实现恒流目的；供电电路接到整流电路的输出端，为MCU提供电源。
[0006]所述的MCU检测过零点，控制电子开关使得LED灯串在相邻两个周期内的导通顺序相反，实现LED灯串的均衡发光。
[0007]所述电子开关选用双极型三极管、场效应三级管或电子继电器。
[0008]所述多段LED灯串为3段以上LED灯串，每个LED灯串均由不少于3个LED灯串联而成。
[0009]所述的基于MCU的LED分段式交替导通电路的驱动方法，包括: 1)通电电后，MCU的Kl、K2、…Kn及PffM端口输出低电平，使得电子开关Ql、Q2、…Qn全部处于关断状态，Tl也关断，全部LED灯串上无电流通过，不发光；
2)MCU的A/D1端口检测输入电压，当电压过零信号出现后，Kl端口输出低电平使电子开关Ql保持关断，Κ2至Kn端口输出高电平使电子开关Q2至Qn开关接通，随着输入电压瞬时值的升高，第一段LED灯串流过电流发光；当输入电压瞬时值升高到Vl时，Κ2端口输出低电平使电子开关Q2断开，第一段LED灯串和第二段LED灯串上流过电流发光；当输入电压瞬时值升高到V2时，Κ3端口输出低电平使电子开关Q3断开，第一段LED灯串、第二段LED灯串和第三段LED灯串上流过电流发光；依此类推，当输入电压瞬时值升高到Vn-1时，Kn端口输出低电平使电子开关Qn断开，全部LED灯串上流过电流发光；当输入电压瞬时值从最大值下降到Vn-1时，Kn端口输出高电平使电子开关Qn闭合，第η段LED灯串上不通过电流不发光；当输入电压瞬时值从最大值下降到Vn-2时，Kn-1端口输出高电平使电子开关Qn-1闭合，第η段LED灯串和第η-1段LED灯串上不通过电流不发光；依此类推，当输入电压瞬时值下降到Vl时，K2端口输出高电平使电子开关Q2闭合，只有第一段LED灯串流过电流发光；随着输入电压瞬时值的降低，第一段LED灯串也会因为两端电压低于导通电压阈值而不发光；
3)当检测到第二个过零点时，Kl端口输出高电平使电子开关Ql闭合，Kn端口输出低电平使电子开关Qn开关断开，随着输入电压瞬时值的升高，第η段LED灯串流过电流发光；当输入电压瞬时值达到Vl时，Kn-1端口输出低电平使电子开关Qn-1断开，第η段LED灯串和第η-1段LED灯串流过电流发光；依次类推，当输入电压瞬时值升高到Vn时，Kl端口输出低电平使电子开关Ql断开，第一段LED灯串流过电流发光；当输入电压瞬时值从最大下降到Vn时，Kl端口输出高电平时电子开关Ql闭合，第一段LED灯串没有电流不发光；当输入瞬时电压下降到Vn-1时，Κ2端口输出高电平使电子开关Q2闭合，第一段LED灯串和第二段LED灯串没有电流不发光，依次类推，当输入电压瞬时值降到Vl时，Kn-1端口输出高电平时电子开关Qn-1闭合，第η-1段LED灯串没有电流不发光；随着输入电压瞬时值的降低，第η段LED灯串因为两端电压低于导通阈值不发光；
4)按照以上步骤循环，实现各段LED灯串轮流交替导通。
[0010]有益效果:与现有技术相比，本发明的优点包括:
I)本发明的电路全部由半导体器件和电阻构成，其使用寿命与LED寿命相匹配，能够达到5万小时以上。
[0011]2 )本发明在MCU的控制下，实现了 LED灯串的轮流交替导通，使得每颗LED灯珠的发光时间一致，克服了其他分段驱动电路各LED灯珠导通时间不一致而导致的部分灯珠提前光衰的弊病。
[0012]3)本发明采用微处理器作为控制器件，比单纯采用电阻分压的方式更精确地控制电子开关的开关电压。
[0013]4)本发明电路通过设定MCU的定时器，可以定时降低LED灯具的功率。
[0014]5)本发明电路利用MCU的标准串行通信接口，可以与控制系统级联，实现集中控制。
【附图说明】
[0015]图1是基于MCU的LED分段式交替导通电路的结构图；
图2是LED分段式交替导通电路的驱动过程图；
图3是LED分段式交替导通电路的驱动效果示意图；
图4是典型的基于MCU的LED分段式交替导通电路的结构图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0017]实施例1
如图1所示，基于MCU的LED分段式交替导通电路，包括整流电路1，供电电路2、检测电路3、MCU 4、恒流电路5、n段LED灯串以及相对应的η个电子开关，η为不小于2的整数，η段LED灯串包括第一段LED灯串6、第二段LED灯串7、…、第η段LED灯串12 ;η个电子开关包括电子开关Ql 9、电子开关Q2 10、...、电子开关Qn 11。η段LED灯串与丨旦流电路5串联后接到整流电路I的输出端，每段LED灯串都并联有电子开关，可以在MCU4的控制下，随时接入或断开电路，实现LED灯串的分段点亮。整流电路I采用桥式整流电路，其输出端连接在恒流电路5、多段LED灯串构成的电路两端。检测电路3连接在整流电路I的输出端，其输出端接到MCU4的A/D转换输入端，由MCU4检测输入电压的瞬时值，以确定电子开关的接通与关断，由此控制LED灯串的点亮顺序。电子开关可以是双极型三极管或场效应管，也可以选用任何可以控制的电子开关。三极管基极连接MCU的对应输出端，三极管的集电极和发射极分别连接到LED灯串的两端。恒流电路5由场效应管Tl及取样电阻R4配合MCU实现，MCU采集R4上的反馈电压并根据其值输出PMff信号，控制Tl导通的时间，实现恒流目的。
[0018]基于MCU的LED分段式交替导通电路的驱动方法，可以实现多段LED灯串的轮流交替导通，流程图见图2和图3，过程如下:
I)上电后，MCU的Κ1、Κ2、…Kn及PffM端口输出低电平，使得电子开关Ql、Q2、...Qn全部处于关断状态，Tl也关断，全部LED灯串上无电流通过，不发光。
[0019]2) MCU的A/D1端口检测输入电压，当电压过零信号出现后，Kl端口输出低电平使Ql开关9保持关断，Κ2至Kn端口输出高电平使Q2至Qn开关接通，随着输入电压瞬时值的升高，第一段LED灯串6流过电流发光；当输入电压瞬时值升高到Vl时，Κ2端口输出低电平使Q2开关10断开，第一段LED灯串6和第二段LED灯串7上流过电流发光；当输入电压瞬时值升高到V2时，Κ3端口输出低电平使Q3开关断开，第一段LED灯串6、第二段LED灯串7和第三段LED灯串上流过电流发光；依此类推，当输入电压瞬时值升高到Vn-1时，Kn端口输出低电平使Qn开关11断开，全部LED灯串上流过电流发光。当输入电压瞬时值从最大值下降到Vn-1时，Kn端口输出高电平使Qn开关11闭合，第η段LED灯串上不通过电流不发光；当输入电压瞬时值从最大值下降到Vn-2时，Kn-1端口输出高电平使Qn-1开关闭合，第η段LED灯串和第η-1段LED灯串上不通过电流不发光；依此类推，当输入电压瞬时值下降到Vl时，Κ2端口输出高电平使Q2开关闭合，只有第一段LED灯串流过电流发光；随着输入电压瞬时值的降低，第一段LED灯串也会因为两端电压低于导通电压阈值而不发光。
[0020]3)当检测到第二个过零点时，Kl端口输出高电平使Ql开关闭合，Kn端口输出低电平使Qn开关11断开，随着输入电压瞬时值的升高，第η段LED灯串流过电流发光；当输入电压瞬时值达到Vl时，Kn-1端口输出低电平使Qn-1开关断开，第η段LED灯串和第η_1段LED灯串流过电流发光；依次类推，当输入电压瞬时值升高到Vn时，Kl端口输出低电平使Ql开关断开，第一段LED灯串流过电流发光。当输入电压瞬时值从最大下降到Vn