CN105722270B - 基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，包括边沿信号发生器，用于生成边沿信号并将所述的边沿信号加载在电源线上输出；若干LED模组，每个LED模组包括一个LED彩灯组和用于根据电源线输出的边沿信号驱动该LED彩灯组的LED驱动器；所述若干LED模组通过串并联混合方式连接在所述电源线。本发明通过控制直流电源的通断产生边沿信号，可以实现多达2000颗以上的LED的七彩色控制，且成本低廉。通过MCU编程可以实现极其丰富的装饰效果。

Description

基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置

技术领域

本发明涉及LED控制技术领域，具体涉及一种基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有发光效率高、可靠性高、寿命长等显著优点，尤其适合应用于LED装饰照明。LED圣诞灯一般由多颗LED通过串联、并联方式或串并联混合方式联结，是圣诞节、复活节等节日的主要装饰品，也是喜庆、娱乐、夜景照明的亮化装饰产品，具有广阔的市场。

一般情况下，LED并联方式由于电流大，导线等效电阻消耗较大电压，导致并联方式不适合连接数量较多的LED，比如1000颗以上LED的应用。

为了实现数量较多LED的应用，一般采用串并联混合模式，并通过控制电源通断实现闪烁。电源电压为36V或者60V时，当前LED串并联产品，都不能仅通过电源线与地线实现七彩色变化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置。

一种基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，包括：

边沿信号发生器，用于生成边沿信号并将所述的边沿信号加载在电源线上输出；

若干LED模组，每个LED模组包括一个LED彩灯组和用于根据电源线输出的边沿信号驱动该LED彩灯组的LED驱动器；

所述若干LED模组通过串并联混合方式连接在所述电源线。

通过边沿信号发生器生成边沿信号并加载至电源线上输出，一方面为LED驱动器供电，另外，电源线输出的边沿信号还可以作为LED驱动器的控制信号，只通过电源线和地线就获得闪烁、颜色跳变、颜色逐渐增亮、颜色逐渐变暗以及流水灯等效果，可大大减少所需连线的数量。

串联方式连接的LED模组之间可以串联连接LED。在实际应用中也可以为LED模组和LED之间的串并联混合。本发明的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置不仅适用于LED模组之间的串并联混合连接，也适用于LED模组与LED之间以及LED之间的串并联混合连接。

所述的边沿信号发生器包括第一可控开关和分压控制电路，所述第一可控开关的输入端连接一直流电源，输出端接电源线，所述分压控制电路的控制信号输出端与第一可控开关的控制端连接用于控制第一可控开关的通断以生成边沿信号并加载在电源线上。

通过控制第一可控开关的通断，即可形成边沿信号，并加载至电源线上。本发明中当第一可控开关导通时，电源线上加载的边沿信号为高电平，当第一可控开关断开时，电源线上加载的边沿信号为低电平。

作为优选，所述直流电源电压大于5V。进一步，所述直流电源电压通常为12V、24V、36V或者60V。

作为优选，第一可控开关为P沟道场效应管，源极连接所述直流电源，漏极连接所述电源线，栅极连接所述分压控制电路的控制信号输出端。

当P沟道场效应管源极电压与栅极电压差大于P沟道场效应管导通阈值，P沟道场效应管导通；当P沟道场效应管源极电压与栅极电压差大于P沟道场效应管击穿电压时，P沟道场效应管被击穿。

本发明所述分压控制电路提供控制信号，通过控制P沟道场效应管栅极电压，实现作为第一可控开关的P沟道场效应管的通断控制，并使得作为第一可控开关的P沟道场效应管不被击穿。

作为优选，所述分压控制电路包括微处理器、第一电阻、第二电阻和第二可控开关，其中：

所述微处理器用于输出中间控制信号，所述微处理器最低电位端连接地；

所述第二可控开关的输入端连接通过依次串联的所述第一电阻和所述第二电阻与所述直流电源连接，输出端连接地，控制端与所述微处理器连接；

所述第一电阻和所述第二电阻的串联处作为分压控制电路的控制信号输出端以输出控制信号。

进一步，为降低成本，所述的微处理器可以为单片机。

当微处理器输出的中间控制信号为高电平时，第二可控开关导通，第二可控开关的等效电阻值约等于0，分压控制电路的控制信号输出端电压由第一电阻和第二电阻比值确定，分压控制电路的控制信号输出端电压与所述P沟道场效应管栅极电压的差大于所述P沟道场效应管导通阈值电压，所述P沟道场效应管导通；

反之，当微处理器输出的中间控制信号为低电平时，所述第二可控开关截止，第二可控开关的等效电阻值约等于无穷大，作为第一可控开关的P沟道场效应管源极电压与所述P沟道场效应管栅极电压的差小于所述P沟道场效应管导通阈值电压，所述P沟道场效应管截止。

作为分压控制电路的另外一种实现方式，所述分压控制电路包括微处理器、稳压电路，其中：稳压电路输出端输出低于所述直流电源电位的电压；所述微处理器用于输出控制信号，其最低电位端连接所述稳压电路输出端，供电端连接所述直流电源，输出所述控制信号的微处理器输出引脚作为分压控制电路的控制信号输出端。

本发明中稳压电路电压与直流电源之间电压差应该是使得微处理器可以正常工作的电压。

当输出所述控制信号的微处理器输出引脚输出逻辑“0”时，输出所述控制信号的微处理器输出引脚电位与稳压电路输出端电位相等，第一可控开关的P沟道场效应管源极电压与所述P沟道场效应管栅极电压的差大于P沟道场效应管导通阈值电压，所述P沟道场效应管导通；当输出所述控制信号的微处理器输出引脚输出逻辑“1”时，输出所述控制信号的微处理器输出引脚电位与微处理器供电端电位相等，第一可控开关的P沟道场效应管源极电压与所述P沟道场效应管栅极电压的差小于P沟道场效应管导通阈值电压，所述P沟道场效应管截止。

为提高电源线上边沿信号高电平到低电平的切换速度，所述电源线与地之间还串接有下拉电路，下拉电路的通断可切换，且在所述控制信号由使电源线上加载的边沿信号从高电平切换为低电平时导通，反之，则断开。

本发明中当第一可控开关的P沟道场效应管的源极电压与分压控制电路输出的控制信号电压差大于P沟道场效应管导通阈值电压时，第一可控开关导通，电源线上加载的边沿信号为高电平；此时，若分压控制电路输出的控制信号切换(即控制信号由使电源线上加载的边沿信号从高电平切换为低电平)，P沟道场效应管源极电压与分压控制电路输出的控制信号电压差小于P沟道场效应管导通阈值电压时，第一可控开关断开，电源线上加载的边沿信号变为低电平。进一步，第三可控开关导通，电源线通过下拉电路与地导通，快速放电，使电源线上的边沿信号由高电平迅速拉低至低电平。

作为优选，所述下拉电路为第三可控开关，其中：

第三可控开关的输入端连接所述电源线，输出端连接所述地，控制端连接有第二控制电路，所述第二控制电路与第一控制电路的输出信号的逻辑电平相反。

作为一种实现方案，第一可控开关和第三可控开关的控制端连接至所述微处理器不同输出引脚，且该两个输出引脚的输出的逻辑电平相反。

作为另一种实现方案，将第一控制电路的输出的中间控制信号取反(即连接已取反电路)后连接至第三可控开关的控制端。

作为优选，所述第三可控开关输入端与所述电源线之间还连接有限流电阻。

作为优选，所述第二可控开关、第三可控开关的控制端分别连接下拉电阻。

为保证可控开关具有较高的响应速度，所述的第二可控开关、第三可控开关可以采用场效应管实现。作为优选，所述的第二可控开关、第三可控开关基于N沟道的场效应管实现，其源极作为输入端，漏极作为输出端，栅极作为控制端。

作为优选，所述LED驱动器包括：

边沿触发运算单元，由电源线边沿信号触发进行运算，并输出运算结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿触发运算单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿触发运算单元进行初始化。

本发明中边沿触发运算单元的实际作用是由边沿信号触发进行计数运算、算术运算、逻辑运算或移位运算，或者完成由计数运算、算术运算、逻辑运算、移位运算等运算组合而成的运算。边沿触发运算单元运算结果用于生成LED驱动信号。

不同LED模组的LED驱动器的边沿触发运算单元的运算可以不同，进一步不同LED模组的LED驱动器的边沿触发运算单元的运算结果可以不同。

作为优选，所述的边沿触发运算单元为边沿计数单元，用于对电源线输入的边沿信号的边沿进行计数，并输出计数结果。

所述的边沿计数单元包括若干个触发器，以触发器的输出端输出计数结果。

作为优选，所述的触发器为D触发器。

作为优选，所述的边沿计数单元包括若干个串联的D触发器，以D触发器的输出端输出计数结果，其中：

第一个D触发器的时钟信号输入端与电源线连接，相邻两个D触发器中，后一个D触发器的时钟信号输入端与前一个D触发器的反向输出端连接；

各个D触发器的复位端与初始化单元连接，各个D触发器反向输出端与触发端连接。

本发明中未作特殊说明，第一个D触发器是指根据边沿计数单元中最低位对应的D触发器。相邻两个D触发器中以相对低位的D触发器作为前一个，相对高位的D触发器作为后一个。

所述D触发器为时序电路的基本电路，输出端包括正向输出端和反向输出端，反向输出端逻辑值等于正向输出端逻辑值取反；当复位端为有效电平时正向输出端为逻辑0，当置位端为有效电平时正向输出端为逻辑1，当时钟信号输入端为有效边沿且复位端和置位端都为无效电平时正向输出端逻辑值等于触发端逻辑值，否则输出端逻辑值不变。

D触发器有效边沿可以为上升沿，也可以为下降沿，根据需求选择。

所述的充电单元包括单向导电元件，所述单向导电元件的阳极电压高于阴极电压时导电，阴极电压高于阳极电压时截止。所述单向导电元件的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件接地，所述的充电单元通过单向导电元件的阴极为边沿触发运算单元和初始化单元提供供电电平。单向导电元件可以是单个器件，也可以是多个器件构成的具有单向导电特性的电路。

进一步优选，所述的LED驱动器还包括LED驱动电路，所述的LED驱动电路的输入端与边沿触发运算单元的输出端连接，输出端与相应的LED连接以驱动相应的LED。

所述LED彩灯组包括n个LED，相对于所述LED驱动器的n个输出端，所述LED彩灯组具有连接方式是A(n,n)排列数中的一种连接方式。连接时，n个LED的阳极共同连接在所述LED模组的电源端，n个不同颜色的LED的阴极分别连接在所述LED驱动器的n个输出端。

所述LED模组的电源端为所述LED模组阳极，所述LED模组的地端为所述LED模组阴极。也可以在LED模组阳极和LED模组阴极之间连接稳压电路，如反向连接稳压二极管。

所述LED彩灯组中的n个LED的阴极连接在对应LED驱动器的n个输出引脚，电源线边沿信号触发的LED驱动器中边沿触发运算单元的运算结果的取值范围为0～(2ⁿ-1)，通过加载电源线边沿信号控制每个LED彩灯组实现2ⁿ种模式变化，进一步，通过控制每个边沿信号后高电平时间的长短获得边沿信号间隔时间对应速度的模式变化。

进一步，在运算结果范围0～(2ⁿ-1)中选择若干个值K₀、K₁、...、K_u，u为大于0的整数，并设置对应的维持高电平时间D₀、D₁、...、D_u，运算结果对应的颜色模式集合为{L₀、L₁、...、L_u}，重复在人眼不能分辨的短时间内快速加载若干个边沿信号使得LED驱动器运算结果为K₀维持高电平时间D₀、LED驱动器运算结果为K₁维持高电平时间D₁，其余各个运算结果的维持时间依次类推，LED驱动器运算结果为K_u维持高电平时间D_u，通过上述方式实现彩灯组对应LED驱动器运算结果为K₀、K₁、...、K_u对应的颜色模式跳变，进一步，通过设置边沿信号后高电平时间D₀、D₁、...、D_u长短获得边沿信号间隔时间对应速度的颜色模式变化。

进一步，在运算结果范围0～(2ⁿ-1)中选择值K_i，i为大于0小于等于2ⁿ-1整数，并设置对应的维持高电平时间D_i，对应的颜色模式集合为L_i，重复在人眼不能分辨的短时间内快速加载若干个边沿信号使得LED驱动器运算结果为K_i维持高电平时间D_i，然后快速加载若干个边沿信号使得LED驱动器运算结果为K_j维持高电平时间D_j。在视觉上得到由D_i和D_j比值对应亮度的颜色模式L_ij。进一步，当LED驱动器运算结果K_j等于0并维持高电平时间D₀，当D_i和D₀比值随时间逐渐由小到大，获得颜色模式L_i由暗到亮的效果。进一步，当D_i和D₀比值随时间逐渐由大到小，获得颜色模式L_i由亮到暗的效果。进一步，通过改变D_i和D₀比值随时间由大到小然后在由小变大，可以实现呼吸闪效果。进一步，D₀时间较长，D_i时间较短，可以实现爆闪效果。通过改变D_i和D₀比值随时间变化的方式，可以实现多种亮灯效果。

进一步，颜色模式变化从L₀→L₁→..→L_u的LED彩灯组、颜色模式变化从L₁→L₂→...→L_u→L₀的彩灯组、颜色模式变化从L₂→L₃→...→L_u→L₀→L₁的LED彩灯组、...、颜色模式变化从L_u→L₀→L₁→...→L_u-1的LED彩灯组在视觉效果上获得流水效果，进一步，通过设置边沿信号后维持高电平时间D₀、D₁、...、D_u长短获得边沿信号间隔时间对应速度的流水效果。

所述串并联混合方式包括Q个LED串联组并联在所述电源线和所述地线，Q为大于0的整数，每个所述LED串联组的LED模组数量可以不同。如串并联混合方式包括Q₀、Q₁、...、Q_ser个LED串联组，每个LED串联组对应有NUM_Q0、NUM_Q1、...、NUM_Qser个所述LED模组，NUM_Q0、NUM_Q1、...、NUM_Qser为大于0的整数，NUM_Q0、NUM_Q1、...、NUM_Qser可以互不相等。

所述LED串联组串联若干个LED并联组，每个LED并联组的LED模组数量可以不同。如LED串联组串联P个LED并联组，P个LED并联组分别为PARR₀、PARR₁、...、PARR_P。作为优选，PARR₀的阴极连接地线、阳极连接PARR₁的阴极，PARR₁的阳极连接下一个LED并联组的阴极，依次类推，最后一个LED并联组PARR_P的阳极连接所述的电源线，形成所述的LED串联组。P个LED并联组中每个LED并联组的LED模组数量可以不同。作为优选，P个LED并联组中每个LED并联组的LED模组数量相等。

所述LED并联组并联若干个LED模组，各个LED模组阳极连接在一起，LED模组阴极连接在一起。

作为优选，所述微处理器由稳压电路从所述直流电源获得供电电压。

与现有技术相比，本发明通过分压控制电路控制大于5V的直流电源的通断，产生边沿信号，实现了基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯，可以实现多达2000颗以上的LED的控制，且成本低廉。通过MCU编程可以实现极其丰富的装饰效果。

附图说明

图1为本实施例的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置；

图2为本实施例的LED模组中LED连接方式示意图，其中(a)、(b)、(c)分别代表不同的连接方式；

图3为本实施例的LED驱动器的结构框图；

图4为本实施例的边沿触发运算单元的电路原理图；

图5为本实施例的充电单元的电路原理图；

图6为本实施例的初始化单元的电路原理图；

图7为本实施例的电源线边沿信号触发的算术运算装置的时序图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步详细描述。

如图1和如图2所示，本实施例的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，包括：

边沿信号发生器，用于生成边沿信号并将所述的边沿信号加载在电源线上输出；

若干LED模组，每个LED模组包括一个LED彩灯组和用于根据电源线输出的边沿信号驱动该LED彩灯组的LED驱动器；

本实施例中共有12个LED模组，分别为M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄、M₂₁、M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₂₆、M₂₇、M₂₈，所有LED模组通过串并联混合方式连接在电源线。

边沿信号发生器包括第一可控开关和分压控制电路，第一可控开关的输入端连接一直流电源，输出端接电源线，所分压控制电路的控制信号输出端与第一可控开关的控制端连接用于控制第一可控开关的通断(即导通与断开)以生成边沿信号并加载在电源线上。

本实施例的第一可控开关为P沟道场效应管CJ2301(P1)，其源极作为输入端接直流电源(+18V电源)，漏极作为输出端与电源线连接，栅极作为控制端，与分压控制电路的输出端(即控制信号输出端)连接。

分压控制电路包括：微处理器、第一电阻、第二电阻和第二可控开关，其中：

微处理器用于输出中间控制信号，微处理器最低电位端连接地；

本实施例中微处理器为EM78P153S型单片机，其引脚9输出中间控制信号。引脚11为接地引脚，引脚4为供电输入引脚。

EM78P153S型单片机所需供电电压为5V，为避免增设5V的直流电源，直接使用稳压电路，将18V的直流电压降低至5V为单片机供电。

本实施例稳压电路包括分压电阻R6和稳压二极管D1，分压电阻R6的一端连接直流电源(+18V电源)，另一端连接稳压二极管D1的阴极作为电压输出端为单片机供电，稳压二极管(D1)的阳极连接地，稳压二极管D1的阴极还通过电容C1接地。

第二可控开关的输入端连接通过依次串联的第一电阻R1和第二电阻R2与直流电源连接，输出端连接地，控制端与微处理器连接以接收微处理器的输出的中间控制信号；

第一电阻R1和第二电阻R2的串联处作为分压控制电路的控制信号输出端以输出控制信号。

第二可控开关为CJ2302型N沟道场效应管N1，其源极作为输入端，漏极作为输出端，栅极作为控制端。

第二可控开关的输入端连接通过依次串联的第一电阻R1和第二电阻R2与直流电源连接，输出端连接地，控制端与微处理器连接以接收微处理器的引脚9输出的中间控制信号；

第一电阻R1和第二电阻R2的串联处作为分压控制电路的控制信号输出端以输出控制信号。

当微处理器的引脚9输出高电平时，第二可控开关导通，场效应管P1源极电压与栅极电压的差大于P沟道场效应管导通阈值电压，场效应管P1导通，电源线上加载的边沿信号为高电平；

当微处理器一个输出引脚为低电平时，所述第二可控开关截止，场效应管P1源极电压与栅极电压的差小于P沟道场效应管导通阈值电压，场效应管P1截止，电源线上加载的边沿信号为低电平。

为提高电源线上加载的边沿信号由高电平切换至低电平的速度，电源线与地之间还串接有下拉电路，下拉电路为第三可控开关。

第三可控开关的输入端连接所述电源线，输出端连接所述地，控制端连接有第二控制电路，第二控制电路与中间控制信号的逻辑电平相反。

第三可控开关输入端与所述电源线之间还连接有限流电阻。

本实施例中第三可控开关为CJ2302型N沟道场效应管N2，其源极作为输入端，漏极作为输出端，栅极作为控制端。

为便于实现，第二控制电路和第三控制电路均采用单片机实现，将场效应管N2栅极连接EM78P153S单片机的引脚8。

在EM78P153S单片机的引脚9输出为高电平时，作为第一可控开关场效应管P1导通，此时，EM78P153S单片机的引脚8输出低电平，作为第三可控开关的场效应管N2截止，电源线上加载的边沿信号拉低为高电平。

此时，若使EM78P153S单片机的引脚9输出为低电平时，作为第一可控开关场效应管P1截止，此时，EM78P153S单片机的引脚8输出高电平，作为第三可控开关的场效应管N2导通，电源线通过第三可控开关向地放电，迅速将电源线上加载的边沿信号拉低为低电平。

可见，下拉电路的通断可切换，且在控制信号由使第一可控开关输出的边沿信号为高电平切换为低电平时导通，反之，则断开。

本实施例作为第二可控开关的场效应管N1的栅极与地之间连接下拉电阻R4，作为第三可控开关的场效应管N2的栅极与地之间连接下拉电阻R5。

如图3所示，本实施例的LED驱动器包括：

边沿触发运算单元，由电源线边沿信号触发进行运算，并输出运算结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿触发运算单元提供供电电平，当边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿触发运算单元进行初始化；

以及LED驱动电路，用于根据边沿触发运算单元输出的运算结果输出相应的驱动信号以驱动对应的LED彩灯组。本实施例LED驱动电路是3个NMOS管，各个NMOS管栅极对应连接在边沿触发运算单元的输出端，各个NMOS管的源极接LED驱动器的地，各个NMOS管的漏极连接在LED驱动器的输出端。

图4为本实施例的边沿触发运算单元，包括3个并联的D触发器和一个3位算术逻辑单元，以各个D触发器的输出端输出运算结果。

本实施例中的D触发器为带低电平复位的时钟上升沿触发D触发器，分别为第一D触发器F1、第二D触发器F2和第三D触发器F3，对应的正向输出端分别为Q1、Q2和Q3，对应的运算结果从低到高依次为Q1、Q2、Q3。各个D触发器的触发端分别与算术逻辑单元相应位的输出端连接，即D1连C1、D2连C2、D3连C3。

各个D触发器的复位端(包括RD1、RD2和RD3)与初始化单元的输出端连接，通过初始化单元对D触发器进行初始置数。

时钟信号输入端(包括CK1、CK2和CK3)与电源线连接，由电源线输入的边沿信号触发进行算术运算。

本实施例中边沿触发运算单元为三位加法器，该边沿触发运算单元的A组输入端由低到高依次为A1、A2和A3，B组输入端由低到高依次为B1、B2和B3，输出端由低到高依次为C1、C2和C3。算术逻辑单元的A组输入端分别与相应位的D触发器的输出端连接(即Q1接A1、Q2接A2、Q3接A3)。B组输入端外接模式控制常量。模式控制常量可以根据用户需求进行置数。

图5为本实施例的充电单元的具体电路，包括二极管D，二极管D的阳极与电源线连接，阴极通过一储能元件C接地(本实施例中充电电容为源漏短接的MOS管等效电容，等效电容的大小为0.2μF)。整个充电单元通过二极管D的阴极为边沿触发运算单元和初始化单元提供供电电平。

图6为初始化单元的电路原理图，包括四个MOS管，分别为p沟道MOS管T1、p沟道MOS管T2、n沟道MOS管T3和n沟道MOS管T4、第一反相器V1、第二反相器V2。具体连接关系如下：

MOS管T1的源极和漏极均连接至充电单元中二极管D1的阴极，栅极与MOS管T3的漏极连接，MOS管T3的栅极与MOS管T1的源极连接，MOS管T3源极接地。MOS管T2的栅极和源极分别与MOS管T1的栅极和源极连接，漏极串联一限流电阻R后(本实施例中限流电阻的大小为500Ω)，与MOS管T4的栅极连接，且MOS管T4的漏极和源极分别与MOS管T3的源极和地连接。

MOS管T4的栅极连接第一反相器V1输入端，第一反相器V1的输出端连接第二反相器V2输入端，第二反相器V2的输出作为初始化单元的输出端，向边沿触发运算单元输出复位信号。

本实施例的电源线边沿信号触发的算术运算装置的工作原理如下：

当该运算装置未上电时，充电单元提供的供电电平为低电平，此时初始化单元和边沿触发运算单元供电不足，整个运算装置不能运算。

当运算装置上电时，且在边沿信号为高电平时，充电单元中的储能元件C被充电。在高电平持续时间足够长的情况下，供电电平由低电平翻转为高电平，初始化单元和边沿触发运算单元被正常供电。

此时，初始化单元中的MOS管T3导通，使MOS管T2导通，因此，充电单元可以通过限流电阻R对用作电容的MOS管T4充电。在对MOS管T4充电过程中，MOS管T4栅极的电压逐渐增大，当充电到达使得第二反相器V2输出的复位信号由低电平翻转至高电平后完成初始化。

第二反相器V2的输出端与边沿触发运算单元中的各个D触发器的复位端连接，当第二反相器V2输出低电平时，各个D触发器复位，即边沿触发运算单元清零。

图7为本实施例中电源线输入的边沿信号、初始化单元以及三位加法器B组输入端的模式控制常量为二进制001时运算结果的时序示意图，其中运算结果采用三个D触发器的正向输出端的输出信号表示。在电源上电后，在T时间三个D触发器复位为逻辑0，即运算结果清零。在边沿信号的上升沿E1处，运算结果为二进制001；在电源线上升沿E2，运算结果为二进制010；在电源线上升沿E3，运算结果为二进制011；在电源线上升沿E4，运算结果为二进制100；在电源线上升沿E5，运算结果为二进制101；在电源线上升沿E6，运算结果为二进制110；在电源线上升沿E7，运算结果为二进制111；在电源线上升沿E8，运算装置溢出，运算结果为二进制000，电源线边沿信号触发的LED驱动器中边沿触发运算单元的运算结果的取值范围为0～(2³-1)。

本实施例中，所有LED模组的LED驱动器的边沿触发运算单元以相同方式运算。

本实施例包括若干个LED模组，每个LED模组包括一个LED彩灯组和用于根据电源线输出的边沿信号驱动LED彩灯组的LED驱动器。

本实施例中每个LED彩灯组包括3不同颜色的LED，分别为红光、绿光和兰光。

本实施例包括2个LED串联组并联在所述电源线和所述地线。

第一LED串联组包括4个LED模组，分别为M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄，第一LED串联组的4个LED并联组分别包括一个LED模组，第一LED串联组的4个LED并联组分别为M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄，M₁₁的阴极连接地、阳极连接M₁₂的阴极，M₁₂的阳极连接M₁₃阴极，M₁₃阳极连接M₁₄阴极，M₁₄阳极连接电源线。

第二LED串联组包括8个LED模组，分别为M₂₁、M₂₂、M₂₃、M₂₄、M₂₅、M₂₆、M₂₇、M₂₈；第二LED串联组包括4个LED模组，分别为：M₂₁、M₂₂并联构成第二LED串联组的第一并联组，M₂₁的阳极和M₂₂的阳极连接成为第二LED串联组的第一并联组的阳极，M₂₁的阴极和M₂₂的阴极连接成为第二LED串联组的第一并联组的阴极；M₂₃、M₂₄并联构成第二LED串联组的第二并联组，M₂₃的阳极和M₂₄的阳极连接成为第二LED串联组的第二并联组的阳极，M₂₃的阴极和M₂₄的阴极连接成为第二LED串联组的第二并联组的阴极；M₂₅、M₂₆并联构成第二LED串联组的第三并联组，M₂₅的阳极和M₂₆的阳极连接成为第二LED串联组的第三并联组的阳极，M₂₅的阴极和M₂₆的阴极连接成为第二LED串联组的第三并联组的阴极；M₂₇、M₂₈并联构成第二LED串联组的第四并联组，M₂₇的阳极和M₂₈的阳极连接成为第二LED串联组的第四并联组的阳极，M₂₇的阴极和M₂₈的阴极连接成为第二LED串联组的第四并联组的阴极。第二LED串联组的第一并联组的阴极接地，第二LED串联组的第一并联组的阳极与第二LED串联组的第二并联组的阴极连接，第二LED串联组的第二并联组的阳极与第二LED串联组的第三并联组的阴极连接，第二LED串联组的第三并联组的阳极与第二LED串联组的第四并联组的阴极连接，第二LED串联组的第四并联组的阳极连接电源线。

本实施例中各个LED模组中LED的连接方式如图2所示，其中如(a)所示，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄的LED驱动器的三个输出端由低位到高位分别连接红光LED(即图中R)、绿光LED(即图中G)、和兰光LED(即图中B)；如(b)所示，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中的LED驱动器的三个输出端由低位到高位分别连接兰光LED、红光LED和绿光LED；如(c)所示，LED模组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈的LED驱动器的三个输出端由低位到高位分别连接绿光LED、兰光LED和红光LED。

在电源上电后，在T时间三个D触发器复位为逻辑0，即边沿触发运算单元输出为零，所有LED模组中的各个LED都为暗。LED的点亮情况如下：

在边沿信号的上升沿E1处，运算结果为二进制001，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄中红光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中兰光LED亮，LED模组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈中绿光LED亮；

在电源线上升沿E2，运算结果为二进制010，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄中绿光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中红光LED亮，LED模组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈中兰光LED亮；

在电源线上升沿E3，运算结果为二进制011，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄中红光LED和绿光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中红光LED和兰光LED亮，LED模组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈中兰色LED和绿光LED亮；

在电源线上升沿E4，运算结果为二进制100，LED模组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈中兰光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中绿光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中红光LED亮；

在电源线上升沿E5，运算结果为二进制101，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄中红光LED和兰光LED亮，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄中绿光LED和兰光LED亮，LED模组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈中红光LED和绿光LED亮；

在电源线上升沿E6，运算结果为二进制110，LED模组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄中兰光LED和绿光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中绿光LED、红光LED亮，LED模组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇中红光LED和兰光LED亮；

在电源线上升沿E7，运算结果为二进制111，所有LED模组中红光LED、绿光LED、兰光LED都亮；

在电源线上升沿E8，运算装置溢出，运算结果为二进制000，所有LED模组的红光LED、绿光LED、兰光LED都暗。

本实施例的LED彩灯装置在实现彩灯控制时，通过边沿信号发生器生成边沿信号并加载至电源线上，以点亮LED组中相应的颜色的LED，实现不同的彩灯效果。

通过控制加载在电源线上的边沿信号控制每个彩灯组实现红、绿、兰、红绿、红兰、绿兰、红绿兰、全暗，也就是7种彩色、全暗共计8种颜色模式。通过控制图7中各个上升沿后的高电平维持时间为1秒，就可获得间隔1秒的7彩色跳变。改变图7中各个上升沿后的高电平维持时间，就可以获得相应速度的七彩色跳变。

例如：在运算结果范围0～7中选择1、2、4，并设置对应的高电平维持时间都为1秒，本实施例中运算结果对应的颜色模式集合为{红、绿、兰}。在边沿触发运算单元输出为零，LED模组M₁₁的三个LED都为暗的状态下，如图7所示加载低电平时间为100ns的上升沿E1，LED驱动器运算结果为1维持高电平时间1秒；加载低电平时间为100ns的上升沿E2，LED驱动器运算结果为2维持高电平时间1秒；加载低电平时间为100ns的上升沿E₃，LED驱动器运算结果为3，维持高电平时间100ns，加载低电平时间为100ns的上升沿E₄，LED驱动器运算结果为4维持高电平时间1秒钟。通过上述方式，因为人眼对短时间无法分辨(即人眼的视觉暂留效应)，本实施例LED模组M₁₁得到红色、绿色、兰色三种颜色间隔时间1秒的三色跳变。进一步，通过设置边沿信号后高电平时间长短获得边沿信号间隔时间对应速度的三色跳变。

通过上述方式实现LED驱动器运算结果依次从1→2→4的跳变，LED彩灯组M₁₁、M₁₂、M₁₃、M₁₄颜色模式变化从红→绿→兰，彩灯组M₂₁、M₂₃、M₂₅、M₂₇颜色模式变化从兰→红→绿，LED彩灯组M₂₂、M₂₄、M₂₆、M₂₈颜色模式变化从绿→兰→红，整个灯串在视觉效果上获得红、兰、绿三色的流水效果。进一步，通过设置边沿信号后高电平时间长短获得边沿信号间隔时间对应速度的流水效果。为保证运算过程中，初始化单元和边沿触发运算单元能够正常供电，边沿信号中低电平的持续时长必须小于充电单元中储能元件C由高电平放电至低电平的放电时长。

此外，由于二极管的单向导通作用，放电时充电电容不会对电源线进行反向放电。

本实施例的LED驱动器仅利用电源线输入边沿信号，通过边沿信号触发运算，使控制驱动单元驱动完成LED的七彩色发光、七彩色组合跳变、流水效果，不需要专门的信号线传递控制信号。与现有技术相比，本发明通过分压控制电路控制大于5V的直流电源的通断，产生边沿信号，可以实现多达2000颗以上的LED的七彩色控制，且成本低廉。通过MCU编程可以实现极其丰富的装饰效果。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，包括：

边沿信号发生器，用于生成边沿信号并将所述的边沿信号加载在电源线上输出；所述边沿信号发生器包括第一可控开关和分压控制电路，第一可控开关的输入端连接一直流电源，输出端接所述电源线，分压控制电路的控制信号输出端与第一可控开关的控制端连接用于控制第一可控开关的通断以生成边沿信号并加载在电源线上；

若干LED模组，每个LED模组包括一个LED彩灯组和用于根据电源线输出的边沿信号驱动该LED彩灯组的LED驱动器；

所述若干LED模组通过串并联混合方式连接在所述电源线；

所述分压控制电路包括微处理器、第一电阻、第二电阻和第二可控开关，其中：

所述微处理器用于输出中间控制信号，微处理器最低电位端连接地；

第二可控开关的输入端连接通过依次串联的第一电阻和第二电阻与直流电源连接，输出端连接地，控制端与微处理器连接以接收微处理器的输出的中间控制信号；

第一电阻和第二电阻的串联处作为分压控制电路的控制信号输出端以输出控制信号。

2.如权利要求1所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，所述直流电源电压大于5V。

3.如权利要求2所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，所述第一可控开关为P沟道场效应管，源极连接所述直流电源，漏极连接所述电源线，栅极连接所述分压控制电路的控制信号输出端。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，所述电源线与地之间还串接有下拉电路，下拉电路的通断可切换，且在所述控制信号由使电源线上加载的边沿信号从高电平切换为低电平时导通，反之，则断开。

5.如权利要求4所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，所述下拉电路为第三可控开关，其中：

第三可控开关的输入端连接所述电源线，输出端连接地，控制端连接有第二控制电路，第二控制电路与中间控制信号的逻辑电平相反。

6.如权利要求4所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，所述分压控制电路包括微处理器、稳压电路，其中：

稳压电路电压输入端连接所述直流电源，用于输出低于所述直流电源电位的电压；

所述微处理器用于输出控制信号，其供电端连接所述直流电源，最低电位端连接所述稳压电路输出端。

7.如权利要求6所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，串联方式连接的LED模组之间可以串联连接LED。

8.如权利要求7所述的基于电源线边沿信号控制的串并联混合彩灯装置，其特征在于，所述LED驱动器包括：

边沿触发运算单元，由来自所述电源线的边沿信号触发进行运算，并输出运算结果；

充电单元，用于根据电源线输入的边沿信号为边沿触发运算单元提供供电电平，当所述的边沿信号为高电平时充电，当边沿信号为低电平时放电；

初始化单元，用于根据所述的供电电平对边沿触发运算单元进行初始化。