一種供電線路中的led驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，包括：進(jìn)線信號(hào)處理單元，單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元，自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元以及輸出電壓電流檢測(cè)單元，所述進(jìn)線信號(hào)處理單元分別通過(guò)單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元、自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元與輸出電壓電流檢測(cè)單元通信連接。該電路通過(guò)在合理范圍內(nèi)調(diào)整集中穩(wěn)壓供電設(shè)備的輸出電壓值，將控制信息承載于供電線路上，同時(shí)仍保持新穩(wěn)壓值條件下的穩(wěn)壓功能。
【專利說(shuō)明】
一種供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及LED驅(qū)動(dòng)電路，尤其涉及利用照明供電線路兼做燈控信息的LED驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明技術(shù)近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展，以其很高的發(fā)光效率、無(wú)與倫比的長(zhǎng)壽特性、優(yōu)良的光色、驅(qū)動(dòng)的方便與靈活而受到用戶的好評(píng)。雖然在推向市場(chǎng)的初期曾有過(guò)一段時(shí)間的爭(zhēng)議，但現(xiàn)在通過(guò)不斷地發(fā)展完善，已迅速被廣大用戶所接受，并迎來(lái)了普及推廣的高潮。
[0003]LED照明技術(shù)應(yīng)用范圍廣闊，不僅可以在家庭中應(yīng)用，還可以廣泛應(yīng)用于廣場(chǎng)、商場(chǎng)、學(xué)校、路燈、機(jī)場(chǎng)、橋梁等公共照明場(chǎng)合，得益于其燈具的發(fā)光效率很高，可以大大減少能源的熱損耗，實(shí)現(xiàn)城市照明領(lǐng)域的綠色低碳環(huán)保，還能通過(guò)引入智能調(diào)光控制技術(shù)與設(shè)備，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、靈活的管理控制，進(jìn)一步挖掘LED照明技術(shù)的節(jié)電潛能，并使城市照明達(dá)到更高的智能化水平。
[0004]要想對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行控制，目前慣用的方式有兩種:
[0005]—種是預(yù)編程序控制方式，即把預(yù)期的光強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系曲線作成“照明運(yùn)行圖”，并編程下載到LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的嵌入式微處理器中，然后在每天加電后，燈具都在微處理器的控制下，根據(jù)所處的不同時(shí)段選擇不同的照明功率，即自動(dòng)的嚴(yán)格遵循預(yù)定的照明運(yùn)行圖工作，這種方式簡(jiǎn)單方便，但必需事先對(duì)照明需求進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真的摸底、分析與規(guī)劃，一旦編程確定后，再想修改就相當(dāng)麻煩。
[0006]另一種是實(shí)時(shí)通信控制方式，不但可以將上述“照明運(yùn)行圖”通過(guò)信號(hào)在線傳輸方式根據(jù)需要隨時(shí)下載到LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的嵌入式微處理器中，還可以根據(jù)特殊需求，隨時(shí)人工干預(yù)微處理器的工作，進(jìn)而立即改變燈具的運(yùn)行狀態(tài)，即達(dá)到脫離“照明運(yùn)行圖”而靈活進(jìn)行即時(shí)操控的目的。如果再加上燈具運(yùn)行狀態(tài)的反饋信息處理，才能真正稱得上現(xiàn)代智能化的照明監(jiān)控管理。
[0007]上述第二種可控照明管理系統(tǒng)具有一個(gè)很明顯的特點(diǎn)，即需要一套與嵌入式微處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的信息傳輸回路，這套信息傳輸回路可以是有線的，例如電力線載波、RS485工業(yè)控制總線等，也可以是無(wú)線的，例如點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的射頻傳輸、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)RF接力、z igbee無(wú)線組網(wǎng)等。但是，目前這些常用的傳輸方式都必需在原有燈具系統(tǒng)之外，另敷設(shè)通信線纜或配備無(wú)線通信傳輸系統(tǒng)設(shè)備，而且由于通信系統(tǒng)設(shè)備都獨(dú)立于燈具，和燈具之間還必需通過(guò)諸如0-10V電壓控制接口、4-20mA電流環(huán)路控制接口或其它數(shù)字控制接口才能相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的實(shí)時(shí)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種利用照明供電線路兼做燈控信息的LED驅(qū)動(dòng)電路，完全避免另架設(shè)通信線路的技術(shù)路線和方法，以克服目前常用的各種控制方法的繁瑣和不足，簡(jiǎn)潔方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)LED公共照明燈具實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的控制，具體由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，包括:進(jìn)線信號(hào)處理單元，單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元，自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元以及輸出電壓電流檢測(cè)單元，所述進(jìn)線信號(hào)處理單元分別通過(guò)單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元、自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元與輸出電壓電流檢測(cè)單元通信連接。
[0010]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，還包括隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元，所述隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元分別與單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、輸出電壓電流檢測(cè)單元通信連接，形成閉環(huán)反饋回路。
[0011]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元包括三個(gè)誤差放大器1431與光耦0?11，三個(gè)誤差放大器分別為104、105、106，其中IC4為電壓誤差放大器，IC6、IC5共同構(gòu)成電流誤差放大器，IC4、IC5、IC6的負(fù)輸入端分別內(nèi)置有一個(gè)精密2.5V穩(wěn)壓源，輸出端分別設(shè)置有一個(gè)擴(kuò)流三極管，IC5、IC4的陰極直接相連，接于光耦OPTl的內(nèi)部發(fā)光管負(fù)極，IC5、IC4的陽(yáng)極與陽(yáng)極也直接相連，接于所述直流輸出采樣電阻的一端，IC6的陰極通過(guò)分壓電阻接于光耦OPTl的內(nèi)部發(fā)光管正極。
[0012]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元包括?麗開(kāi)關(guān)控制芯片比2、二極管02、03、05、開(kāi)關(guān)管01、電容05、(:11、以及電阻1?1、1?2、1?、尺4、1?5、1?6、1?9、1?11、1?12，01的源極通過(guò)電阻1?11接地，01工作電流經(jīng)過(guò)1?1時(shí)形成的壓降作為電流取樣信號(hào)，送到IC2的4腳，用于實(shí)現(xiàn)功率管的過(guò)流保護(hù)，Ql的柵極受控于IC2，通過(guò)電阻R9、D3的并聯(lián)電路連接到IC2的7腳，IC2的I腳為調(diào)整電壓輸入端，所述進(jìn)線信號(hào)處理單元的輸出端經(jīng)電阻R2、R3及R4取樣分壓后連接IC2的3腳，D5的正極通過(guò)電阻R12連接到IC2的5腳，IC2的8腳通過(guò)R5、R6與C5的正極相連，Ql工作形成的脈沖電流經(jīng)變壓后由二極管D2進(jìn)行二次整流，再通過(guò)Cl I平滑濾波后，經(jīng)直流輸出端送往LED燈具。
[0013]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述輸出電壓電流檢測(cè)單元包括電阻R21與電阻R2 2，R21、R2 2跨接在該單元的反饋控制信號(hào)輸出端的正極輸出與負(fù)極GND2之間，R22上端的分壓點(diǎn)與IC4的參考電極端相連，實(shí)現(xiàn)電壓采樣。
[0014]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述輸出電壓電流檢測(cè)單元中還包括電阻R14，電阻R14串聯(lián)在負(fù)極GND2與實(shí)際的直流輸出端負(fù)極GND之間，實(shí)現(xiàn)電流采樣。
[0015]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元包括微處理器ICl、光耦0PT2、光耦0PT3、電容C9、電阻R23、R24、R25、R31、R32、高頻變壓器、二極管D6整流、電容ClO以及設(shè)有線性三端穩(wěn)壓器IC3，IC3輸出的+5V電壓送到ICl的20腳，電容C9、電阻R23串聯(lián)并接入+5V輔助電源與地之間，串聯(lián)的連接點(diǎn)與IC的I腳相連，ICl的7腳、6腳分別對(duì)應(yīng)地連接到光耦0PT2和光耦0PT3的內(nèi)部發(fā)光二極管的負(fù)極，該兩只發(fā)光二極管的正極則分別通過(guò)電阻R29、R30連接到+5V電源端，光耦0PT2、0PT3內(nèi)部光敏三極管的集電極分別對(duì)應(yīng)地通過(guò)R31、R32連接到所述IC4的參考電極上，光耦0ΡΤ2內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極與光耦0PT3內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極相連，并接至IC4的陽(yáng)極，R31、R32分別對(duì)應(yīng)地與0PT2、0PT3中的光敏三極管串聯(lián)后再與R22并聯(lián)。
[0016]所述供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，進(jìn)線信號(hào)處理單元包括電感L1、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、保險(xiǎn)絲Fl以及整流橋電路，所述Cl、C2分別跨接于LI的兩端，所述C3、C4串接再并接于整流橋電路的輸入端，串接點(diǎn)接保護(hù)地端，用于濾除電源輸入線路上的共模干擾，所述Fl連接于進(jìn)線L端與Cl的正極之間，用于過(guò)流保護(hù)。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0018]本發(fā)明對(duì)常見(jiàn)的單級(jí)PFC反激式開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行深入的技術(shù)改造，一方面引入微處理器，對(duì)進(jìn)線電源的電氣參量進(jìn)行連續(xù)不斷的采樣分析，隨時(shí)識(shí)別電氣參量變化所隱含的控制信息，另一方面在恒流恒壓的閉環(huán)反饋控制回路中引入可調(diào)接口，根據(jù)需要，微處理器可以通過(guò)該接口對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出采樣電路進(jìn)行快速結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整，在基準(zhǔn)源不變的前提下，得以實(shí)現(xiàn)恒壓、限流整定數(shù)值的按需變化，從而達(dá)到改變調(diào)整燈功率的目的。
[0019]本發(fā)明涉及的LED驅(qū)動(dòng)器與集中穩(wěn)壓供電設(shè)備配合使用，遠(yuǎn)程照明控制中心根據(jù)需要的實(shí)時(shí)控制信息，通過(guò)在合理范圍內(nèi)調(diào)整集中穩(wěn)壓供電設(shè)備的輸出電壓值，將控制信息承載于供電線路上，同時(shí)仍保持新穩(wěn)壓值條件下的穩(wěn)壓功能。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明專利提出的供電線路自控調(diào)光式LED驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2是本發(fā)明專利提出的供電線路自控調(diào)光式LED驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例。
[0022]圖3是TL431的符號(hào)及內(nèi)部等效原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]如圖1，該LED驅(qū)動(dòng)電路包含:A進(jìn)線信號(hào)處理單元、B單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元、C輸出電壓電流檢測(cè)單元、D隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元以及E自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元。其中各個(gè)部分的功能如下:
[0025]A進(jìn)線信號(hào)處理單元
[0026]該部分接于LED驅(qū)動(dòng)器的供電電源進(jìn)線和單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元之間，進(jìn)線濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行雙向抗干擾濾波，既隔離電網(wǎng)雜波對(duì)驅(qū)動(dòng)器的影響，又隔離驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電子元件工作時(shí)產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。經(jīng)濾波后的市電在整流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為含有脈動(dòng)成分的直流電，提供給單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元，為實(shí)現(xiàn)對(duì)市電輸入的功率因數(shù)校正做準(zhǔn)備。浪涌保護(hù)環(huán)節(jié)是由進(jìn)線濾波環(huán)節(jié)中配備的某些浪涌保護(hù)性元件組成，用于吸收供電電源中過(guò)高的瞬時(shí)電脈沖或?qū)⑵湫狗湃氲亍?br>[0027]B單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器
[0028]PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器接于“進(jìn)線信號(hào)處理單元”和“輸出電壓電流檢測(cè)單元”之間，實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換以及初次級(jí)間的隔離。
[0029]PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器是LED驅(qū)動(dòng)器的核心部件。單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器是由兩級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)化而成。傳統(tǒng)的PFC電路一般安排在反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器電路之前，二者形成串聯(lián)關(guān)系，其中PFCSP “有源功率因數(shù)校正”，該技術(shù)根據(jù)特定的規(guī)律對(duì)整流環(huán)節(jié)提供的直流電壓進(jìn)行斬波，輸出含有工頻脈動(dòng)成分的直流電信號(hào)，可迫使進(jìn)線電流達(dá)到與進(jìn)線電壓同頻同相，且波形保持與進(jìn)線正弦電壓波形一致，以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)近似為I的理想狀態(tài)；另一方面反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器用于對(duì)PFC級(jí)處理后的直流電進(jìn)行PffM脈沖調(diào)制，得到第二直流電信號(hào)，再經(jīng)高頻變壓器降壓處理及二次整流濾波后，得到所需的低壓直流輸出，是一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換處理過(guò)程。
[0030]兩級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器每級(jí)都需要一只功率開(kāi)關(guān)管，而這里采用的“單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器”，則是將二者的功能融為一體，利用一只功率開(kāi)關(guān)管配合外圍元器件，即可同時(shí)完成原來(lái)需要兩只功率開(kāi)關(guān)管才能實(shí)現(xiàn)的功能。電路的特殊架構(gòu)還省去了整流環(huán)節(jié)后用于平滑濾波的一只高壓電解電容，因此，單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗較低，使設(shè)備可靠性提高，壽命更長(zhǎng)。但對(duì)功率開(kāi)關(guān)管及低壓側(cè)二次整流濾波的要求較高。
[0031]C輸出電壓電流檢測(cè)單元
[0032]LED發(fā)光管工作電流與發(fā)光強(qiáng)度之間近似為線性關(guān)系，而LED發(fā)光管對(duì)工作電壓的穩(wěn)定性非常敏感，其原因在于它的V-1特性曲線斜率很大，微小的供電電壓變化即可引起電流的較大改變，另外，LED燈并非普通電阻負(fù)載，其特性曲線還會(huì)隨著溫度變化發(fā)生較的大水平位移，即使供電電壓非常穩(wěn)定，也不能保證電流同等穩(wěn)定，因此，LED驅(qū)動(dòng)電源不僅必須首先具有直流穩(wěn)壓電源的基本穩(wěn)壓特性，還必需同時(shí)具有檢測(cè)并穩(wěn)定工作電流的能力。輸出電壓電流檢測(cè)單元正是為這一目的而設(shè)的。輸出電壓的檢測(cè)通過(guò)在直流輸出端設(shè)置的電阻分壓器得到電壓采樣值，輸出電流的檢測(cè)則是在直流輸出回路中串聯(lián)采樣電阻，電阻端電壓即為電流采樣值。兩個(gè)采樣值經(jīng)放大處理后，作為反饋控制信號(hào)對(duì)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行控制，達(dá)到穩(wěn)壓穩(wěn)流目的，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備和燈具的保護(hù)。
[0033]當(dāng)負(fù)載電流低于穩(wěn)流閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)器以穩(wěn)壓方式運(yùn)行；而當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到穩(wěn)流閾值或有超過(guò)穩(wěn)流閾值傾向時(shí)，驅(qū)動(dòng)器平滑過(guò)渡為穩(wěn)流方式運(yùn)行。需要說(shuō)明的是，基本的穩(wěn)壓閾值與穩(wěn)流閾值不僅可以通過(guò)調(diào)整各自的整定電位器進(jìn)行設(shè)定，還可以在微處理器控制下通過(guò)改變上述電阻分壓器的分壓比或電流采樣處理回路的放大率來(lái)設(shè)定。
[0034]D隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元
[0035]隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元接于“輸出電壓電流檢測(cè)與保護(hù)”回路與“單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器”的PWM/PFC控制芯片之間，用于控制信號(hào)的隔離傳輸。
[0036]為了使用上的安全與方便，減小干擾信號(hào)對(duì)整機(jī)穩(wěn)定性的不良影響，LED驅(qū)動(dòng)器的交流供電回路與直流輸出回路必須是完全隔離的。為了構(gòu)成輸出與輸入回路之間的閉環(huán)反饋，必須通過(guò)光耦合器一類的器件實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的隔離傳輸。這里采用線性光耦合器，將來(lái)自誤差放大器的電壓與電流反饋信號(hào)在光耦初級(jí)進(jìn)行合路，并將次級(jí)得到的信號(hào)送入反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的PWM控制芯片，用于改變其輸出脈沖的參數(shù)以穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)器的直流輸出。
[0037]E自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元
[0038]該單元有別于一般的LED驅(qū)動(dòng)器，對(duì)LED燈具提供驅(qū)動(dòng)的電源功率是可以實(shí)時(shí)改變的，而且這種改變不需要附加任何的通信線路或通訊設(shè)備，只要接到配套的可調(diào)交流穩(wěn)壓電源送來(lái)的供電線路上即可實(shí)現(xiàn)。
[0039]自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元接于供電進(jìn)線電路與電壓電流檢測(cè)回路之間，用于根據(jù)供電線路的電氣特征來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器輸出的恒壓恒流閾值，進(jìn)而完成對(duì)LED燈具運(yùn)行功率的管控。自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元的核心是嵌入式微處理器，該器件利用其前向通道對(duì)供電進(jìn)線電路的電氣參數(shù)進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)分析與計(jì)算處理后，得到應(yīng)提供給LED燈具的驅(qū)動(dòng)功率代碼，然后通過(guò)后向通道驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)恒壓限流閉環(huán)反饋回路進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而改變電壓取樣與電流取樣值，完成對(duì)LED燈具的驅(qū)動(dòng)功率的整定與調(diào)控。
[0040]下面結(jié)合圖2中的實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明專利的技術(shù)實(shí)施情況。
[0041]其中A進(jìn)線信號(hào)處理單元與B單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，這兩部分是常規(guī)單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的組成部分。由于屬公知技術(shù)，僅為后續(xù)電路的基礎(chǔ)作簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
[0042]供電電源進(jìn)行線自Jl引入，壓敏電阻RVl用于吸收可能出現(xiàn)的電壓浪涌，保險(xiǎn)絲Fl用于過(guò)流保護(hù)。電感L1、電容C3、C4用于濾除電源輸入線路上的共模干擾，電容Cl與C2則用于濾除差模干擾。然后，將濾波處理后的交流電源送到橋式整流器BI的1、3端進(jìn)行全波整流，成為具有脈動(dòng)成分的直流電負(fù)極接地，正極通過(guò)高頻變壓器Tl的初級(jí)線圈加到主VMOS開(kāi)關(guān)管Ql的漏極上。主VMOS開(kāi)關(guān)管Ql的源極通過(guò)電阻Rll接地，Ql工作電流經(jīng)過(guò)Rl時(shí)形成的壓降作為電流取樣信號(hào)，送到PWM開(kāi)關(guān)控制芯片IC2(SA7527)的第4腳，用于實(shí)現(xiàn)功率管的過(guò)流保護(hù);開(kāi)關(guān)管Ql的柵極受控于IC2，即通過(guò)電阻R9、D3的并聯(lián)電路連接到芯片IC2的控制輸出端(7腳XIC2的第I腳為調(diào)整電壓輸入端，改變?cè)撃_的電壓即可控制芯片的工作狀態(tài)。由于IC2需要根據(jù)進(jìn)線整流后的直流脈動(dòng)電壓波形來(lái)實(shí)現(xiàn)PFC校正，所以將整流器的輸出(C5上端)經(jīng)電阻R2、R3及R4取樣分壓后，從分壓點(diǎn)(R4上端)引出并送到IC2第3腳。IC2的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)還需要檢測(cè)高頻變壓器內(nèi)磁通的歸零點(diǎn)，為此，將高頻變壓器Tl的次級(jí)線圈(與二極管D5正極的連接點(diǎn))通過(guò)電阻Rl 2連接到IC2第5腳。IC2的自身供電為第6腳(負(fù)極)接地，而正極第8腳有兩條供電回路，一條取自整流橋輸出點(diǎn)即C5上端+250V處，經(jīng)電阻R5和R6降壓后送第8腳，供加電啟動(dòng)時(shí)應(yīng)用，另一條取自高頻變壓器的輔助電源輸出端，即線圈N3經(jīng)二極管D5整流、電阻R15及電容C12濾波后提供的直流電源正極VF處，同樣送IC2第8腳，作為電路正常起振后IC2的長(zhǎng)期工作電源。開(kāi)關(guān)管Ql工作形成的脈沖電流經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為所需電壓等級(jí)后，經(jīng)次級(jí)線圈N2輸出，由二極管D2進(jìn)行二次整流，Cll平滑濾波后，經(jīng)直流輸出端送往LH)燈具。
[0043]C輸出電壓電流檢測(cè)回路用于對(duì)直流輸出的電壓、電流進(jìn)行采樣，作為監(jiān)控調(diào)整的依據(jù)。其中對(duì)電壓的采樣是通過(guò)分壓電阻R21和R22實(shí)現(xiàn)的，它們跨接在正極輸出與負(fù)極GND2之間，分壓點(diǎn)(R22上端)連接到“三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源” IC4(TL431)的參考電極端，實(shí)現(xiàn)電壓采樣;對(duì)電流的采樣則是通過(guò)串聯(lián)在負(fù)極輸出回路中的電流采樣電阻R14來(lái)完成，R14的左端連接GND2，右端連接點(diǎn)為GND，GND是實(shí)際的直流輸出端負(fù)極，因此，流過(guò)負(fù)載的電流必須全部經(jīng)過(guò)R14，從而實(shí)現(xiàn)電流采樣。
[0044]D隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋與保護(hù)回路，用于根據(jù)電壓電流檢測(cè)回路的采樣值得到放大后的誤差信號(hào)，并將此信號(hào)通過(guò)光電耦合器隔離傳輸至PWM開(kāi)關(guān)控制芯片，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋以達(dá)到對(duì)直流輸出的恒壓、限流控制目的。本實(shí)施例中的電壓和電流誤差放大器均由“三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源” TL431構(gòu)成，其中IC4擔(dān)任電壓誤差放大器，而IC6、IC5共同構(gòu)成電流誤差放大器。
[0045]TL431的符號(hào)及內(nèi)部等效原理圖如圖3所示。由圖可知，TL431可等效為一個(gè)高增益運(yùn)算放大器，并在放大器的負(fù)輸入端內(nèi)置了一個(gè)精密2.5V穩(wěn)壓源，在放大器的輸出端設(shè)置了一個(gè)擴(kuò)流三極管，放大器的正輸入端相當(dāng)于器件的參考電極，上述擴(kuò)流三極管的集電極相當(dāng)于器件的陰極，而擴(kuò)流三極管的發(fā)射極相當(dāng)于器件的陽(yáng)極。當(dāng)器件被作為閉環(huán)反饋回路中的一個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，如果把前述輸出電壓檢測(cè)回路的分壓點(diǎn)連接到TL431的參考電極，即連接到高增益運(yùn)算放大器的正輸入端時(shí)，由于高增益運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端被內(nèi)部精密穩(wěn)壓源穩(wěn)定鉗位于2.5V電壓，根據(jù)閉環(huán)調(diào)整理論，必然會(huì)使分壓點(diǎn)得到的實(shí)際電壓趨同于2.5V，則被分壓的總電壓即被兩個(gè)分壓電阻的阻值所確定，也就是說(shuō)，輸出電壓被確定在:uo/2.5V=(R21+R22)/R22o
[0046]穩(wěn)壓環(huán)路的調(diào)控過(guò)程
[0047]在本實(shí)施例中，線性光耦OPTl電流傳輸比為1:1，在這里既隔離了初次級(jí)兩邊的電氣連接，又能有效地實(shí)現(xiàn)初次級(jí)間有用電信號(hào)的傳輸。線性光耦OPTl內(nèi)部發(fā)光管正極連接直流輸出正極端，發(fā)光管的負(fù)極連接于IC4的陰極，IC4的陽(yáng)極接GND2，構(gòu)成隔離控制的初級(jí)偵^當(dāng)外界條件改變或線路元器件特性發(fā)生漂移導(dǎo)致直流輸出正極端電壓出現(xiàn)增高趨勢(shì)時(shí)，R21和R22分壓點(diǎn)的電壓將偏離2.5V隨之增高，由于分壓點(diǎn)接在運(yùn)放的同名輸入端，運(yùn)放的輸出也趨于升高，運(yùn)放輸出端內(nèi)置三極管內(nèi)阻降低，使得流過(guò)光耦OPTl發(fā)光二極管的電流增大，經(jīng)光耦隔離傳輸后，作為光耦次級(jí)負(fù)載的電阻R16上端電壓將趨于增高，該變化經(jīng)R7傳輸至芯片IC2第I腳，經(jīng)芯片內(nèi)部處理后，第7腳輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖占空比減小，致使Ql電流開(kāi)通時(shí)間減少，引起高頻變壓器次級(jí)D2的直流輸出趨于下降。這樣一系列閉環(huán)調(diào)控的結(jié)果，將使直流輸出電壓保持穩(wěn)定。反之，如果外界條件改變或線路元器件特性發(fā)生漂移導(dǎo)致直流輸出正極端電壓出現(xiàn)降低趨勢(shì)時(shí)，上述調(diào)控過(guò)程將呈現(xiàn)相反方向的變化，同樣使直流輸出電壓保持穩(wěn)定。
[0048]穩(wěn)流環(huán)路的調(diào)控過(guò)程
[0049]在本實(shí)施例中，穩(wěn)流環(huán)路的調(diào)控過(guò)程比穩(wěn)壓環(huán)路的調(diào)控過(guò)程略復(fù)雜一些。穩(wěn)流環(huán)路的調(diào)控元件IC5也是一只“三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源” TL431，與穩(wěn)壓環(huán)路的調(diào)控元件IC4相同。元件IC5、IC4的陰極直接相連，接于光耦OPTl的內(nèi)部發(fā)光管負(fù)極，IC5、IC4的陽(yáng)極與陽(yáng)極也直接相連，接于直流輸出取樣電阻R14的左端(GND2)，根據(jù)它們這種十分相似的接法可以看出，它們的閉環(huán)控制過(guò)程也是十分相似的。另有一只TL43UIC6)用于產(chǎn)生一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，并經(jīng)電位器Wl和電阻R19分壓后，產(chǎn)生了一個(gè)相對(duì)于GND地端來(lái)說(shuō)略小于2.5V的電壓，并將此電壓送到穩(wěn)流環(huán)路的調(diào)控元件IC5的參考端上。注意，由于取樣電阻R14是串接于輸出負(fù)端，負(fù)載電流流經(jīng)取樣電阻R14的方向是從右向左，回流到線圈N2下端，如果以GND端作為真正的OV參考點(diǎn)，R14的左端(GND2)處則是一個(gè)數(shù)值不大的負(fù)電壓。(舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)R14為0.1歐姆，負(fù)載電流2六，則1?14的左端6仰2處的負(fù)電壓為:-24\0.1=-0.2￥)。如果調(diào)整Wl使Wl和R19分壓點(diǎn)的電壓相對(duì)于GND達(dá)到2.3V，S卩IC5的參考端電壓為2.3V時(shí)，由于IC5的陽(yáng)極是接在GND2處的，它的參考端相對(duì)于陽(yáng)極的電壓就已經(jīng)達(dá)到2.5V，即達(dá)到了穩(wěn)流或限流的起控點(diǎn)。如果此時(shí)外界條件、負(fù)載等發(fā)生改變或線路元器件特性發(fā)生漂移，導(dǎo)致輸出電流趨于增大時(shí)，GND2端負(fù)壓的絕對(duì)值趨于增大，使IC5參考端相對(duì)于陽(yáng)極的電壓也趨于增大，這就導(dǎo)致產(chǎn)生了與穩(wěn)壓環(huán)路電壓升高時(shí)十分類似的調(diào)控過(guò)程，使輸出電流保持穩(wěn)定。
[0050]如果情況相反，負(fù)載等發(fā)生改變或線路元器件特性發(fā)生漂移是導(dǎo)致輸出電流趨于減小，則有兩種可能，一種是IC5參考端相對(duì)于陽(yáng)極的電壓雖然趨于減小，但仍超過(guò)2.5V基準(zhǔn)值，這時(shí)在環(huán)路控制下輸出電流繼續(xù)保持穩(wěn)定的限流值;另一種是IC5參考端相對(duì)于陽(yáng)極的電壓減小至2.5V基準(zhǔn)值以下，此時(shí)IC5基本退出控制環(huán)路，電路退化到只受控于IC4的單純穩(wěn)壓狀態(tài)。
[0051]從上述分析可以看出，雖然IC4、IC5的基準(zhǔn)電壓2.5V是不能改變的，但是只要在合理范圍內(nèi)改變電壓取樣回路中R21、R22的分壓比，就可以方便的改變直流輸出電壓的穩(wěn)壓值；同樣，在合理范圍內(nèi)改變電流比較回路中W1、R19的分壓比，就可以方便的改變直流輸出電流的限流值。在本發(fā)明中，正是應(yīng)用這種方法，對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，使LED驅(qū)動(dòng)器可以在微處理器的管控下按需調(diào)整燈具的發(fā)光功率。
[0052]E自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元
[0053]該單元對(duì)LED燈具提供驅(qū)動(dòng)的電源功率是可以實(shí)時(shí)改變的，而且這種改變不需要附加任何的通信線路或通訊設(shè)備，只要接到配套的可調(diào)交流穩(wěn)壓電源送來(lái)的供電線路上即可實(shí)現(xiàn)。
[0054]如圖1，回路中J3引入經(jīng)抗干擾濾波后的交流電壓信號(hào)，經(jīng)串聯(lián)電阻R24、R25限流后，由全橋整流器B2整流、電容C21平滑濾波后，得到與輸入電源電壓成正比的采樣信號(hào)，經(jīng)電阻R27、R28適當(dāng)分壓后，送達(dá)微處理器ICl的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端14腳，供微處理器進(jìn)行處理。
[0055]由于主回路中也有全橋整流器，也可以從主回路全橋整流器的直流輸出端經(jīng)適當(dāng)?shù)姆謮禾幚砗笕〉眠M(jìn)線電壓采樣信號(hào)，但必須考慮加強(qiáng)隔離，盡可能減少對(duì)主回路的影響，防止造成主回路的工作條件和工作狀態(tài)的改變。
[0056]微處理器的工作電源取自前述高頻變壓器的N3線圈，經(jīng)二極管D6整流、電容ClO平滑濾波后，得到15V左右的直流輔助電源，為減少紋波干擾保障微處理器供電穩(wěn)定，設(shè)有線性三端穩(wěn)壓器103(781^05)，(:17、(:18分別為輸入、輸出端濾波電容，103輸出的+5￥電壓送到微處理器電源引腳20腳。電容C9、電阻R23串聯(lián)并接入+5V輔助電源與GNDI之間，其串聯(lián)連接點(diǎn)送微處理器復(fù)位引腳I腳。微處理器的第7腳、第6腳分別連接到光耦0PT2和光耦0PT3的內(nèi)部發(fā)光二極管的負(fù)極，而該兩只發(fā)光二極管的正極則分別通過(guò)電阻R29、R30連接到+5V電源端。光耦0PT2內(nèi)部光敏三極管的集電極經(jīng)串聯(lián)電阻R31連接到前述三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源IC4的參考電極上，光耦0PT3內(nèi)部光敏三極管的集電極經(jīng)串聯(lián)電阻R32也連接到IC4的參考電極上;光耦0PT2內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極與光耦0PT3內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極直接相連，共同接至IC4的陽(yáng)極(GND2)。由圖1可以看出，電阻R31與0PT2中的光敏三極管串聯(lián)后是直接并聯(lián)于電阻R22上的，電阻R32與0PT3中的光敏三極管串聯(lián)后也是直接并聯(lián)于電阻R22上的，利用對(duì)兩只光耦的開(kāi)關(guān)控制，可以使R31、R32以4種不同的組合方式與電阻R22并聯(lián)，也就間接改變了輸出電壓采樣的分壓比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的調(diào)整控制。
[0057]具體的，當(dāng)微處理器I/O輸出引腳僅有第7腳為低電平時(shí)，0PT2的發(fā)光管通電發(fā)光，內(nèi)部的光敏三極管導(dǎo)通，R31被并接到R22上，使R22阻值減小，分壓比增大，輸出直流電壓上升；同理，當(dāng)微處理器I/O輸出引腳僅有第6腳為低電平時(shí)，R32被并接到R22上，使R22阻值減小，合理選擇R31、R32的阻值，使兩者的阻值不一致，可使分壓得到4檔適用的數(shù)值，即得到了四種不同的LED燈功率。
[0058]微處理器的其它引腳，其中第10腳接至電源地(GNDl)，第2腳RXD、第3腳TXD用于對(duì)微處理器下載應(yīng)用程序，第4、第5腳之間連接晶體振蕩器JTl，為微處理器提供工作時(shí)鐘。
[0059]送達(dá)微處理器ICl的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端14腳的進(jìn)線電壓采樣信號(hào)，在微處理器中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由處理器對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于進(jìn)線電壓由配套工作的集中穩(wěn)壓器提供，不僅工作電壓可以根據(jù)要求整定，而且可以保證在整定范圍內(nèi)工作電壓保持恒定不變。每臺(tái)LED驅(qū)動(dòng)器根據(jù)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的分析，即可計(jì)算出照明控制中心的意圖，進(jìn)而采用前述方法通過(guò)后向輸出通道實(shí)現(xiàn)對(duì)燈功率的控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括:進(jìn)線信號(hào)處理單元，單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元，自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元以及輸出電壓電流檢測(cè)單元，所述進(jìn)線信號(hào)處理單元分別通過(guò)單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元、自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元與輸出電壓電流檢測(cè)單元通信連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于還包括隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元，所述隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元分別與單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、輸出電壓電流檢測(cè)單元通信連接，形成閉環(huán)反饋回路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述隔離式恒壓限流閉環(huán)反饋單元包括三個(gè)誤差放大器TL431與光耦0PT1，三個(gè)誤差放大器分別為IC4、IC5、IC6，其中IC4為電壓誤差放大器，IC6、IC5共同構(gòu)成電流誤差放大器，IC4、IC5、IC6的負(fù)輸入端分別內(nèi)置有一個(gè)精密2.5V穩(wěn)壓源，輸出端分別設(shè)置有一個(gè)擴(kuò)流三極管，IC5、IC4的陰極直接相連，接于光耦OPTl的內(nèi)部發(fā)光管負(fù)極，IC5、IC4的陽(yáng)極與陽(yáng)極也直接相連，接于所述輸出電壓電流檢測(cè)單元的一端，IC6的陰極通過(guò)分壓電阻接于光耦OPTl的內(nèi)部發(fā)光管正極。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述單級(jí)PFC反激開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換單元包括PWM開(kāi)關(guān)控制芯片IC2、二極管D2、D3、D5、開(kāi)關(guān)管Q1、電容C5、C11、以及電阻尺1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?9、1?11、1?12，01的源極通過(guò)電阻1?11接地，01工作電流經(jīng)過(guò)1?1時(shí)形成的壓降作為電流取樣信號(hào)，送到IC2的4腳，用于實(shí)現(xiàn)功率管的過(guò)流保護(hù)，Ql的柵極受控于IC2，通過(guò)電阻R9、D3的并聯(lián)電路連接到IC2的7腳，IC2的I腳為調(diào)整電壓輸入端，所述進(jìn)線信號(hào)處理單元的輸出端經(jīng)電阻R2、R3及R4取樣分壓后連接IC2的3腳，D5的正極通過(guò)電阻R12連接到IC2的5腳，IC2的8腳通過(guò)R5、R6與C5的正極相連，Ql工作形成的脈沖電流經(jīng)變壓后由二極管D2進(jìn)行二次整流，再通過(guò)Cl I平滑濾波后，經(jīng)直流輸出端送往LED燈具。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述輸出電壓電流檢測(cè)單元包括電阻R21與電阻R22，R21、R22跨接在該單元的反饋控制信號(hào)輸出端的正極輸出與負(fù)極GND2之間，R22上端的分壓點(diǎn)與IC4的參考電極端相連，實(shí)現(xiàn)電壓采樣。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述輸出電壓電流檢測(cè)單元中還包括電阻R14，電阻R14串聯(lián)在負(fù)極GND2與實(shí)際的直流輸出端負(fù)極GND之間，實(shí)現(xiàn)電流米樣。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于自控信號(hào)調(diào)理與執(zhí)行單元包括微處理器I Cl、光耦0PT2、光耦0PT3、電容C9、電阻R23、R24、R25、R31、R32、高頻變壓器、二極管D6整流、電容ClO以及設(shè)有線性三端穩(wěn)壓器IC3，IC3輸出的+5V電壓送到ICl的20腳，電容C9、電阻R23串聯(lián)并接入+5V輔助電源與地之間，串聯(lián)的連接點(diǎn)與IC的I腳相連，ICl的7腳、6腳分別對(duì)應(yīng)地連接到光耦0PT2和光耦0PT3的內(nèi)部發(fā)光二極管的負(fù)極，該兩只發(fā)光二極管的正極則分別通過(guò)電阻R29、R30連接到+5V電源端，光耦0PT2、0PT3內(nèi)部光敏三極管的集電極分別對(duì)應(yīng)地通過(guò)R31、R3 2連接到所述IC4的參考電極上，光耦0ΡΤ2內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極與光耦0ΡΤ3內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極相連，并接至IC4的陽(yáng)極，R31、R32分別對(duì)應(yīng)地與0ΡΤ2、0ΡΤ3中的光敏三極管串聯(lián)后再與R22并聯(lián)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電線路中的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于進(jìn)線信號(hào)處理單元包括電感L1、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、保險(xiǎn)絲Fl以及整流橋電路，所述Cl、C2分別跨接于LI的兩端，所述C3、C4串接再并接于整流橋電路的輸入端，串接點(diǎn)接保護(hù)地端，用于濾除電源輸入線路上的共模干擾，所述Fl連接于進(jìn)線L端與Cl的正極之間，用于過(guò)流保護(hù)。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK205491273SQ201521117934
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日
【發(fā)明人】胡曉曄, 吳家余
【申請(qǐng)人】南京瑞寶特電子設(shè)備有限公司