本發(fā)明涉及LED燈驅(qū)動(dòng)電源的控制方法，更具體說(shuō)，它涉及一種新型LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制方法。

背景技術(shù)：

由于LED光源的特性，LED燈不能直接使用常規(guī)的市電電網(wǎng)供電。為了滿足LED特殊的電壓、電流要求，必須使用特別設(shè)計(jì)的電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，即驅(qū)動(dòng)電源，才能使得LED正常工作。所以LED燈具就有了區(qū)別于傳統(tǒng)燈具的電源驅(qū)動(dòng)方式。根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方式不同，LED驅(qū)動(dòng)電源可以分為鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)電源和恒流式驅(qū)動(dòng)電源。鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)，就是簡(jiǎn)單地在LED的回路中串接電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻的阻值,改變LED的驅(qū)動(dòng)電流，此控制方法電流穩(wěn)定度不高，電阻發(fā)熱消耗功率，導(dǎo)致用電效率低，僅適用小功率LED范圍。穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)電源，輸出電壓固定，而輸出的電流隨負(fù)載的增減而變化，以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)LED燈，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均。恒流式驅(qū)動(dòng)電源輸出電流是恒定的，而輸出的直流電壓隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高。恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是較為理想的，然而對(duì)于同功率由于LED燈的串并方式不同(圖1)，則就需要不同的驅(qū)動(dòng)電源，因此需要根據(jù)LED燈的連接方式，負(fù)載的電流不同，恒流的電流參考值不同，定制設(shè)計(jì)相匹配的驅(qū)動(dòng)電源，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成本較高，通用性不強(qiáng),不利用大規(guī)模生產(chǎn)和推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足,提供一種考慮LED燈VI曲線斜率及功率的協(xié)同控制，保證驅(qū)動(dòng)電源對(duì)不同LED燈連接方式能夠自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載電流的恒流控制，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源自適應(yīng)匹配同功率LED燈負(fù)載的一種通用驅(qū)動(dòng)電源控制方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

這種新型LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制方法，包括如下步驟：

步驟一,市電輸入信號(hào)進(jìn)行整流穩(wěn)壓，作為L(zhǎng)ED燈驅(qū)動(dòng)電源主電路的直流輸入電壓；

步驟二，驅(qū)動(dòng)電源主電路采用DC/DC電源，實(shí)現(xiàn)直流到直流的變換，DC/DC電源中選用開(kāi)關(guān)電源；

步驟三，不同接線的同功率負(fù)載在電路中所需不同的電源輸出電流，通過(guò)電壓電流采樣，將電路工作中的實(shí)際電壓和電流值進(jìn)行采樣，輸送給電源的MCU控制器；

步驟四，根據(jù)采樣的電壓和電流，MCU控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和控制算法的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算相應(yīng)的VI曲線斜率及當(dāng)前功率，并結(jié)合斜率和功率以及相應(yīng)的參考值進(jìn)行輸出PWM調(diào)整波占空比調(diào)節(jié)；

步驟五，MCU控制器輸出的PWM信號(hào),提供給驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行功率放大，并輸送到主電路,供給開(kāi)關(guān)管的控制極進(jìn)行電路的輸出電流的調(diào)控；

步驟六，回到步驟三，直到系統(tǒng)達(dá)到工作所需的電流及相應(yīng)的功率輸出。

作為優(yōu)選：所述布驟三中，電壓的采樣采用電阻分壓的方式，電流的采樣選用電流互感器的方式。

作為優(yōu)選：所述步驟四中，當(dāng)MCU控制器檢測(cè)信號(hào)計(jì)算分析中，電流電壓過(guò)高，則輸出封鎖脈沖，電源停止工作；當(dāng)功率達(dá)到一定程度，VI曲線斜率未達(dá)到給定要求范圍，則進(jìn)行工作不正常指示，并封鎖脈沖；當(dāng)VI曲線斜率在需求范圍內(nèi)，而功率未達(dá)到時(shí)，則系統(tǒng)功率不匹配，指示報(bào)警，并封鎖脈沖。

作為優(yōu)選：所述步驟四中，MCU控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和控制算法的實(shí)現(xiàn)的具體為：將檢測(cè)得出的VI曲線斜率與上一次的值進(jìn)行比較差值為E，該差值的變換趨勢(shì)為EC，輸出占空比D，則對(duì)E、EC、D進(jìn)行模糊化，規(guī)定模糊域值為：E＝{NB NS ZE PS PB}；EC＝{NB NS ZE PS PB}；D＝{NB NM NS ZE PS PM PB}，NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分別為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大；根據(jù)如下規(guī)則表進(jìn)行模糊規(guī)則運(yùn)算：

當(dāng)E為NB，EC為NB時(shí)，D為NB；當(dāng)E為NB，EC為NS時(shí)，D為NM；當(dāng)E為NB，EC為ZE時(shí)，D為NS；當(dāng)E為NB，EC為PS時(shí)，D為NS；當(dāng)E為NB，EC為PB時(shí)，D為ZE；以此類推進(jìn)行模糊規(guī)則運(yùn)算，再將輸出占空比D的模糊值進(jìn)行反模糊化輸出一定的占空比。

作為優(yōu)選：所述步驟四中，MCU控制器有四種工作狀態(tài)；狀態(tài)1為：如果和功率在給定值范圍,前時(shí)刻和現(xiàn)在的值在一定范圍，LED工作正常，功率匹配，PWM占空比不變；狀態(tài)2為：當(dāng)功率在給定值范圍；在給定值范圍偏小，則根據(jù)模糊控制方法調(diào)整PWM占空比至狀態(tài)1，如果一直調(diào)整不到，LED燈故障，進(jìn)行燈閃爍報(bào)警指示；狀態(tài)3為：功率在給定值范圍；在給定值范圍偏大,電壓飽和，LED燈故障，進(jìn)行燈閃爍報(bào)警指示；狀態(tài)4為：調(diào)整到給定范圍，功率不在給定范圍，則功率不匹配，報(bào)警指示。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明引入新的LED燈控制參變量LED燈VI曲線斜率同功率不同接線的LED燈負(fù)載，雖然串并聯(lián)的組合形式不同，然而單個(gè)LED燈的VI曲線和不同串并后總負(fù)載的曲線形狀類似，雖然接線方式不同但通過(guò)跟蹤總負(fù)載LED燈的VI曲線，使其工作在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近，即可實(shí)現(xiàn)每個(gè)LED燈工作在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近，在LED燈的工作電流略有余量的一個(gè)電流值處，即能保護(hù)LED燈，又能保持LED燈的亮度和均勻性，提升了驅(qū)動(dòng)電源的控制靈活性和適應(yīng)性。在控制中同時(shí)兼顧輸出功率的檢測(cè)和匹配跟蹤。從而克服目前同功率不同LED驅(qū)動(dòng)電源需要定制不能通用的問(wèn)題，同時(shí)也能保持LED燈的工作品質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制系統(tǒng)框圖；

圖2是本發(fā)明同功率不同接線方式下的LED燈負(fù)載示例；

圖3是本發(fā)明LED燈負(fù)載的VI曲線及VI曲線斜率控制點(diǎn)；

圖4是本發(fā)明LED燈負(fù)載的VI曲線斜率和功率的聯(lián)合協(xié)調(diào)模糊控制；

圖5是本發(fā)明LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

如圖1至圖5所示，本實(shí)施例的這種新型LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制方法,包括如下步驟：

步驟一,市電輸入信號(hào)進(jìn)行整流穩(wěn)壓，作為L(zhǎng)ED燈驅(qū)動(dòng)電源主電路的直流輸入電壓。

步驟二，驅(qū)動(dòng)電源主電路采用DC/DC電源，實(shí)現(xiàn)直流到直流的變換，DC/DC電源中選用開(kāi)關(guān)電源，可以根據(jù)反饋采樣的電壓電流值，并結(jié)合控制方法中的控制方案，調(diào)控主電路的開(kāi)關(guān)器件PWM調(diào)制的占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出負(fù)載所需的電流和功率。

步驟三，不同接線的同功率負(fù)載在電路中所需不同的電源輸出電流，通過(guò)電壓電流采樣，將電路工作中的實(shí)際電壓和電流值進(jìn)行采樣，輸送給電源的MCU控制器，以便進(jìn)行分析和計(jì)算。

步驟四，據(jù)采樣的電壓和電流，MCU控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和控制算法的實(shí)現(xiàn)，計(jì)算相應(yīng)的VI曲線斜率及當(dāng)前功率，并結(jié)合斜率和功率以及相應(yīng)的參考值進(jìn)行輸出PWM調(diào)整波占空比調(diào)節(jié)，最終為主電路開(kāi)關(guān)管提供相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。

步驟五，MCU控制器輸出的PWM信號(hào),提供給驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行功率放大，并輸送到主電路,供給開(kāi)關(guān)管的控制極進(jìn)行電路的輸出電流的調(diào)控。

步驟六，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)控的輸出，再進(jìn)3)，如此反復(fù)，只到系統(tǒng)達(dá)到工作所需的電流及相應(yīng)的功率輸出。

步驟七，系統(tǒng)控制中增加保護(hù)和不正常工作的報(bào)警指示，當(dāng)控制器檢測(cè)信號(hào)計(jì)算分析中，電流電壓過(guò)高，輸出封鎖脈沖，電源停止工作；當(dāng)功率達(dá)到一定程度，VI曲線斜率未達(dá)到給定要求范圍，則進(jìn)行工作不正常指示，并封鎖脈沖；當(dāng)VI曲線斜率在需求范圍內(nèi)，而功率未達(dá)到時(shí)，則系統(tǒng)功率不匹配，指示報(bào)警，并封鎖脈沖。

所述的步驟二中驅(qū)動(dòng)電源主電路采用開(kāi)關(guān)電源的方式，開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)器件可以選用MOSFET，IGBT等，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)DC/DC的調(diào)節(jié)，不斷跟蹤給定功率及給定的VI曲線斜率參考值。

所述的步驟三中同功率LED燈負(fù)載，結(jié)構(gòu)和接線方式有區(qū)別，多個(gè)LED燈串聯(lián)和并聯(lián)混合，并聯(lián)支路數(shù)量和串聯(lián)LED燈個(gè)數(shù)都有所不同，所需的電壓和電流控制條件也不同，在電源工作時(shí)需要根據(jù)控制方法自適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

所述的步驟三中電壓的采樣采用電阻分壓的方式，電流的采樣選用電流互感器的方式。MCU作為驅(qū)動(dòng)電源的控制器可以進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和分析，是實(shí)現(xiàn)控制的核心控制單元。同時(shí)進(jìn)行電壓電流的超限判斷，當(dāng)超限時(shí)封鎖輸出脈沖；電壓電流正常時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)，通過(guò)聯(lián)合協(xié)調(diào)VI曲線斜率以及電源輸出功率進(jìn)行輸出PWM的脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)電源自適應(yīng)恒流跟蹤。

所述的步驟五中控制器輸出是數(shù)字信號(hào)，電壓和功率不能滿足開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)控制要求，擬進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大電路，實(shí)現(xiàn)功率放大，提升驅(qū)動(dòng)能力，給主電路開(kāi)關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

所述的步驟六中系統(tǒng)根據(jù)控制方法閉環(huán)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸出電流，實(shí)現(xiàn)同功率不同接法的恒流跟蹤，同時(shí)兼顧功率的匹配。

所述的步驟七中驅(qū)動(dòng)電源的保護(hù)實(shí)施，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電源輸出電壓和電流超過(guò)限定最大值，說(shuō)明電路出現(xiàn)異常，控制器及時(shí)控制封鎖脈沖，同時(shí)在調(diào)控穩(wěn)定后，系統(tǒng)達(dá)不到VI曲線斜率和功率參考值給定范圍，也說(shuō)明電路的異常，及時(shí)封鎖和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈工作的保護(hù)。

如圖1所示，LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，市電輸入經(jīng)過(guò)整流穩(wěn)壓后，作為DC/DC變換主電路的直流輸入電壓，在DC/DC變換電路中選用開(kāi)關(guān)電源，過(guò)控制變換電路中的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行負(fù)載的恒流控制，使DC/DC變換輸出負(fù)載所需的電流電壓條件，從而提供給一定功率的負(fù)載。采用電壓分壓的方法采樣輸出電壓，采用電流互感的方式采樣負(fù)載電流，經(jīng)過(guò)隔離輸入給MCU控制器，MCU控制器根據(jù)采樣的電壓和電流值進(jìn)行自適應(yīng)控制算法運(yùn)算，計(jì)算當(dāng)前VI曲線斜率和功率，并根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行模糊調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，提供給DC/DC變換電路中的開(kāi)關(guān)管。實(shí)現(xiàn)輸出VI曲線斜率和功率都在參考值的規(guī)定范圍內(nèi)。否則將說(shuō)明工作不正常，輸出封鎖PWM的信號(hào)進(jìn)行保護(hù)。MCU的PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大提供給主電路開(kāi)關(guān)器件。最后通過(guò)控制VI曲線斜率基本恒定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率匹配下的電流恒定輸出。

如圖2所示，同功率負(fù)載的不同連接方式示例，兩個(gè)圖功率一樣，LED燈串并關(guān)系不同，決定了恒流控制的電流不同，直接的恒流控制方法，保證電源輸出固定的電流，由于兩個(gè)負(fù)載恒流不同，因此就需要兩套不同的電源，不具有通用性。該發(fā)明通過(guò)自適應(yīng)的控制方法實(shí)現(xiàn)同功率的電路都適用。

如圖3所示，LED燈負(fù)載的VI曲線及VI曲線斜率控制點(diǎn)，根據(jù)LED燈VI曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)A之后，斜率變換在一定范圍，工作在小于飽和電壓V_F的情況，該控制測(cè)量選取工作電流略小的一個(gè)點(diǎn)，如圖中的A點(diǎn)，保證斜率在一定范圍內(nèi)。每個(gè)LED燈的特性和負(fù)載的總VI特性曲線近似，保證總負(fù)載的VI曲線斜率及功率在一定范圍，即可實(shí)現(xiàn)每個(gè)LED燈也在VI曲線斜率及功率在一定范圍，實(shí)現(xiàn)恒流控制的目的，同時(shí)每個(gè)燈的亮度均衡性也能夠保障。

如圖4所示，LED燈負(fù)載的VI曲線斜率和功率的聯(lián)合協(xié)調(diào)模糊控制，系統(tǒng)根據(jù)采樣的電流電壓值，進(jìn)行當(dāng)前VI曲線斜率和功率的計(jì)算。同時(shí)以這兩個(gè)變量為輸入變量，輸出PWM占空比為輸出變量，進(jìn)行模糊控制，變量經(jīng)過(guò)模糊化，知識(shí)庫(kù)及相應(yīng)模糊邏輯學(xué)習(xí)，輸出所需的占空比，綜合考慮兩個(gè)因素，協(xié)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)VI曲線斜率在給定點(diǎn)附近，功率匹配。將檢測(cè)得出的VI曲線斜率與上一次的值進(jìn)行比較差值為E，該差值的變換趨勢(shì)為EC，輸出占空比D，則對(duì)E、EC、D進(jìn)行模糊化，規(guī)定模糊域值為：E＝{NB NS ZE PS PB}；EC＝{NB NS ZE PS PB}；D＝{NB NM NS ZE PS PM PB}，NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分別為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。根據(jù)規(guī)則表進(jìn)行模糊規(guī)則預(yù)算。當(dāng)E為NB，EC為NB時(shí)，D為NB；當(dāng)E為NB，EC為NS時(shí)，D為NM；當(dāng)E為NB，EC為ZE時(shí)，D為NS；當(dāng)E為NB，EC為PS時(shí)，D為NS；當(dāng)E為NB，EC為PB時(shí)，D為ZE等，根據(jù)規(guī)則表中的各種情況，進(jìn)行模糊規(guī)則運(yùn)算，再將輸出占空比D的模糊值進(jìn)行反模糊化輸出一定的占空比，進(jìn)行調(diào)大、調(diào)小、不變等控制，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出的電壓和電流，實(shí)現(xiàn)一定功率下的LED等VI曲線斜率在給定點(diǎn)附近，即間接實(shí)現(xiàn)恒流控制。若斜率調(diào)節(jié)基本穩(wěn)定后，檢測(cè)的功率過(guò)大或過(guò)小，則認(rèn)為該控制電源的功率不匹配，封鎖D并進(jìn)行一定的報(bào)警指示。

模糊控制E、EC及輸出D規(guī)則表

如圖5所示，MCU控制器LED燈同功率通用驅(qū)動(dòng)電源控制流程。MCU經(jīng)過(guò)內(nèi)部的AD采樣，進(jìn)行輸出電壓和電流的采樣，根據(jù)采樣電壓電流計(jì)算VI曲線斜率和功率，有四種工作狀態(tài)。狀態(tài)1的情況為：如果和功率在給定值范圍,前時(shí)刻和現(xiàn)在的值在一定范圍，LED工作正常，功率匹配，PWM占空比不變。狀態(tài)2的情況為：當(dāng)功率在給定值范圍；在給定值范圍偏小，則根據(jù)模糊控制方法調(diào)整PWM占空比至狀態(tài)1，如果一直調(diào)整不到，LED燈故障，進(jìn)行燈閃爍報(bào)警指示。狀態(tài)3的情況為：功率在給定值范圍；在給定值范圍偏大,電壓飽和，LED燈故障，進(jìn)行燈閃爍報(bào)警指示；狀態(tài)4的情況為：調(diào)整到給定范圍，功率不在給定范圍，則功率不匹配，報(bào)警指示。