CN101868082B - 灯具亮度控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种灯具亮度控制电路，包括亮度调节模块；用于给所述亮度调节模块和灯具供电的开关电源模块；及串联连接在所述开关电源模块与所述亮度调节模块之间的稳压电路，其中，所述亮度调节模块包括：数字输入电路，用于串行接收亮度控制信号；控制器，用于对所述亮度控制信号进行解码、运算并输出数字电压信号；数模转换电路用于将所述数字电压信号转换成模拟电压信号，并输出给灯具；以及在线编程接口电路。采用本发明，可以输出可控且稳定的模拟电压，从而使照明灯具能够发出不同亮度而且还能稳定地发光，尤其是在灯具内发光体数量较多时，能很好地稳定其亮度。

Description

灯具亮度控制电路

技术领域

本发明涉及照明领域，具体地说涉及一种灯具亮度控制电路。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，对能源的需求越来越大，节能也就成了当今世界的主题。因此，低能耗、高亮度的LED被开发出来，且广泛应用于各行各业照明使用。在一些室内、广场或其他空旷的地方，在照明灯具里一般会采用多个大功率LED串接或并接在一起作为发光体提供照明。然而，当用多个LED提供照明时，它们不能根据外界条件包括温度和照度而改变自身的发光亮度。此外，它们经常会因外界电压的波动或电流波动而影响到其发光亮度，给作业人员带来不便，从而大大降低了使用LED照明的有效性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术中采用多个大功率LED共同照明时其亮度不能根据外界温度和照度而调节的缺陷，提供一种通过控制LED灯的供电电源的输出电压来调节亮度并能稳定亮度的电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种灯具亮度控制电路，包括亮度调节模块和用于给所述亮度调节模块和灯具供电的开关电源模块，所述亮度调节模块包括：用于串行接收亮度控制信号的数字输入电路，用于对所述亮度控制信号进行解码、运算并输出数字电压信号的控制器，用于将所述数字电压信号转换成模拟电压信号输出给灯具的数模转换电路；

所述开关电源模块包括依次串联连接的滤波电路、整流电路、波形变换电路、输出电路以及恒流控制电路，其中所述波形变换电路包括脉宽调制控制芯片，所述脉宽调制控制芯片的输入端连接在所述整流电路的输出端上；

所述开关电源模块包括还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端连接在所述输出电路的正输出端上、输出端连接在所述脉宽调制控制芯片的控制引脚上；

所述过压保护电路包括：

补偿电阻和限流电阻；

电压采样电路，用于采样所述输出电路的输出电压，包括第一电阻、第二电阻以及第一电容，所述第一电阻一端连接所述输出电路的输出端、另一端连接所述第二电阻，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电容并联在所述第二电阻两端；

电压基准源，其阳极连接于所述第二电阻的另一端，其参考端连接在所述第一电阻和第二电阻的节点，用于比较所述输出电压和基准电压；

光耦，其发光二极管的正极经所述限流电阻连接所述输出电路的输出端、负极连接所述电压基准源的阴极，其三极管的集电极连接在所述脉宽调制控制芯片的控制引脚上、发射极接地；

所述补偿电阻一端连接于所述光耦的发光二极管的负极与所述电压基准源的阴极的节点，另一端连接所述输出电路的输出端；

所述灯具亮度控制电路还包括：

连接在所述开关电源模块与所述亮度调节模块之间的稳压电路，用于给所述亮度调节模块提供稳定的电压；以及

过温保护电路，其连接在所述脉宽调制控制芯片的控制引脚上，以在温度过高时关断所述开关电源模块。

优选地，所述过温保护电路包括一端接地、另一端连接在所述脉宽调制控制芯片的控制引脚上的热敏电阻。

优选地，所述稳压电路包括：三极管；电阻，其一端连接在所述三极管的基极上，另一端连接在所述三极管的集电极上；稳压管，其负极连接在所述基极上，正极连接在信号地上。

进一步优选地，所述稳压电路还包括电容和电阻，所述电容和电阻并联连接在所述三极管的发射极和所述信号地之间。

优选地，所述亮度调节模块还可包括在线可编程接口电路，所述在线可编程接口电路可以是JTAG接口和ISP接口。

综上所述，由于本发明的灯具亮度控制电路具有亮度调节模块和稳压电路，因此可以输出可控且稳定的模拟电压，从而使照明灯具能够稳定地发出不同亮度的光，尤其是在灯具内发光体数量较多时，能很好的稳定其亮度。此外，本发明还具有过压保护和过温保护电路，因此在外界温度过高（高于70度）或供电电压超过额定电压（15V）时，该电路可自动切断电源，有效地保护控制电路中的各个芯片不受到损坏。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是根据本发明实施例的开关电源模块的原理框图；

图2是根据本发明实施例的带有稳压电路的亮度调节模块的原理框图；

图3是根据本发明实施例的亮度调节模块的电路原理图；

图4是根据本发明实施例的开关电源的电路原理图；

图5是将图4中开关电源模块中的稳压电路放大的电路原理图；

图6是将图4中开关电源模块中的过压保护电路放大的电路原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，其中显示了组成本发明的灯具亮度控制电路的各个部分的框图，该电路包括：亮度调节模块800；开关电源模块900，用于给亮度调节模块800和灯具供电；以及连接在开关电源模块900与亮度调节模块800之间的稳压电路700，用于稳定施加给亮度调节模块800的电压，以便输出稳定的模拟电压。

其中，亮度调节模块800包括：数字输入电路801，其用于串行接收亮度控制信号；控制器802，其用于对亮度控制信号进行解码、运算并输出数字电压信号；数模转换电路803，用于将数字电压信号转换成模拟电压信号，然后输出给灯具。

另外，开关电源模块900包括依次串联连接的滤波电路100、整流电路200、波形变换电路300、输出电路500以及恒流控制电路400，其中波形变换电路300包括脉宽调制（PWM）控制芯片U1，脉宽调制控制芯片（U1）的输入端（VIN）连接在整流电路的输出端上。

参照图3，其中详细显示了亮度调节模块800及其相连接的接口。在亮度调节模块800中，控制器802选用ATMEG16系列单片机，用U5表示；数模转换电路803选用TI公司的TLC5620芯片，用U3表示。亮度控制信号DIN+经由数字光耦U2通过单片机U5的输入脚PA4读入，单片机U5通过内部解码、运算后产生一串数字信号，通过数模转换电路U3的DATA引脚串行输入，并变换为模拟电压DOUT+通过DACA引脚输出。这里，亮度控制信号DIN+可以通过计算机的串行通信线路传递，也可以通过外接的键盘或其他输入装置来传递。

此外，在亮度调节模块800中，还包括在线可编程接口电路804，其可以是JTAG接口或ISP接口。通过在线可编程接口电路，本发明可以实现在线更改设置，而不需要对硬件电路进行改变，从而容易地进行系统升级。

如图4所示，其中详细显示了开关电源模块900的各个组成部分的原理图。在该图中，波形变换电路300中所选用的PWM控制芯片，其RT引脚在电位被拉低时，可使GATE（即图中的G引脚）停止驱动，从而关断开关电源。

上述两个电路这样共同工作：当亮度调节模块800输出的模拟电压高于U3的DATA脚上的电压与二极管D25的导通电压的和时，D25导通并产生导通电流，使R17输出端电压（R14侧）减小，R14两端压降减小，从而起到减小输出电流作用。同时，输出电流的减小是可量化的，因此可以精确调节。

如图5所示，为清楚起见，其中详细显示了稳压模块700的放大的电路原理图。其包括：三极管Q19、电阻R108和稳压管ZD10。R108一端连接在所述三极管Q19的基极上，另一端连接在三极管Q19的集电极上；稳压管ZD10负极连接在三极管Q19的基极上，正极连接在信号地。这样，通过使Q19处于放大状态，使三极管发射极产生恒定电压，该恒定电压值为稳压管的稳压值减去三极管基极与集电极的导通电压。所述稳压电路700还包括电容C66和电阻R111，所述电容C66和电阻R111并联连接在所述三极管的发射极和所述信号地之间，用于消除扰动。

如图6所示，为清楚起见，其中详细显示了过压保护电路600的放大的电路原理图。其包括：

电压采样电路，用于采样输出电路500的输出电压，由R27和R28串联形成的采样电阻和电容C20组成，这里不限于采样电阻的连接方式和数量，各电阻值可以根据需要而改变；

电压基准源U5，用于比较所述电压采样电路采样的电压和基准电压，其正极和中间抽头分别连接在所述电压采样电路的两个输出端上；

光耦U4，其发光二极管的负极连接在电压基准源U5的负极上，三极管的集电极连接在所述脉宽调制控制芯片U1的RT上，发射极接地；

补偿电阻R26和限流电阻R29，其中补偿电阻R26与限流电阻R29一端相并接后与输出电路500的14V+连接，而限流电阻R29和补偿电阻R26的另一端分别与光耦U4的发光二极管的正极和负极连接。

这样，当由于负载问题或输出电流过大引起电源电压过高，高于电路所需电压15V时，电压采样电路将截取输出电压，并经电压采样电路作用，将采样电压输送至电压基准源U5，与电压基准源U5的内置基准电压进行误差放大处理后，使光耦U4的电位拉下，此时光耦U4的发光二极管发光，从而使三极管处于导通状态。这时，脉宽调制控制芯片U1的RT引脚上的电压被拉下，由此而关断开关电源，起到保护作用。

另外，本发明还对电路异常状态做了进一步改进，在脉宽调制控制芯片U1的RT引脚上连接一个由负温热敏电阻R15组成的过温保护电路，R15的另一端接地。其中，R15的最高限温值为70度。这样，当U1所处环境温度升高超过70度时，过温保护电路立即启动，热敏电阻阻值骤降，使脉宽调制控制芯片U1的RT引脚上的电压拉下，由此而关断电源，确保U1不会因温度过高而烧坏。

根据本发明的亮度控制电路在负载很小时仍然可以正常工作。当输出电压小于5.6V时，如果直接通过输出电压稳压方式给亮度调节模块800和恒流控制电路400提供工作电压，将因为电压过低而使其不能正常工作。通过改变开关电源中的变压器内部绕线，增加绕组的方式设计变压器，使增加的绕组绕线圈数高于输出绕组圈数，从而增加一个高于输出电路的电压的输出端。图中此输出电压通过D12整流后提供比输出电路输出的电压要高的工作电压，来为亮度调节模块800和恒流控制电路400供电。由于芯片的驱动电流很小，所以消耗功率也很小。

Claims (5)

1.一种灯具亮度控制电路，包括亮度调节模块和用于给所述亮度调节模块和灯具供电的开关电源模块，其特征在于，所述亮度调节模块包括：用于串行接收亮度控制信号的数字输入电路，用于对所述亮度控制信号进行解码、运算并输出数字电压信号的控制器，用于将所述数字电压信号转换成模拟电压信号输出给灯具的数模转换电路；

所述开关电源模块包括依次串联连接的滤波电路、整流电路、波形变换电路、输出电路以及恒流控制电路，其中所述波形变换电路包括脉宽调制控制芯片（U1），所述脉宽调制控制芯片（U1）的输入端（VIN）连接在所述整流电路的输出端上；

所述开关电源模块包括还包括过压保护电路，所述过压保护电路的输入端连接在所述输出电路的正输出端（+14V）上、输出端连接在所述脉宽调制控制芯片（U1）的控制引脚（RT）上；

所述过压保护电路包括：

补偿电阻（R26）和限流电阻（R29）；

电压采样电路，用于采样所述输出电路的输出电压，包括第一电阻（R27）、第二电阻（R28）以及第一电容（C20），所述第一电阻（R27）一端连接所述输出电路的输出端、另一端连接所述第二电阻（R28），所述第二电阻（R28）的另一端接地，所述第一电容（C20）并联在所述第二电阻（R28）两端；

电压基准源，其阳极连接于所述第二电阻（R28）的另一端，其参考端连接在所述第一电阻（R27）和第二电阻（R28）的节点，用于比较所述输出电压和基准电压；

光耦（U4），其发光二极管的正极经所述限流电阻（R29）连接所述输出电路的输出端、负极连接所述电压基准源的阴极，其三极管的集电极连接在所述脉宽调制控制芯片（U1）的控制引脚（RT）上、发射极接地；

所述补偿电阻（R26）一端连接于所述光耦（U4）的发光二极管的负极与所述电压基准源的阴极的节点，另一端连接所述输出电路的输出端；

所述灯具亮度控制电路还包括：

连接在所述开关电源模块与所述亮度调节模块之间的稳压电路，用于给所述亮度调节模块提供稳定的电压；以及

过温保护电路，其连接在所述脉宽调制控制芯片的控制引脚（RT）上，以在温度过高时关断所述开关电源模块。

2.如权利要求1所述的灯具亮度控制电路，其特征在于，所述过温保护电路包括一端接地、另一端连接在所述脉宽调制控制芯片（U1）的控制引脚（RT）上的热敏电阻。

3.如权利要求1所述的灯具亮度控制电路，其特征在于，所述稳压电路包括：三极管（Q19）；电阻（R108），其一端连接在所述三极管（Q19）的基极上，另一端连接在所述三极管（Q19）的集电极上；稳压管（ZD10），其负极连接在所述基极上，正极连接在信号地上。

4.如权利要求3所述的灯具亮度控制电路，其特征在于，所述稳压电路还包括电容（C66）和电阻（R111），所述电容（C66）和电阻（R111）并联连接在所述三极管（Q19）的发射极和所述信号地之间。

5.如权利要求1所述的灯具亮度控制电路，其特征在于，所述亮度调节模块还可包括在线可编程接口电路，所述在线可编程接口电路可以是JTAG接口和ISP接口。

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