CN101932175B - 一种具有自动调光功能的照明led恒流驱动电路 - Google Patents

一种具有自动调光功能的照明led恒流驱动电路 Download PDF

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Abstract

一种具有自动调光功能的高效LED恒流驱动电路，包括输入雷击保护、EMI滤波电路、整流电路、输入过压保护电路、功率因素校正(PFC)控制电路、LLC谐振变换控制电路、输出电压电流采样电路、光耦反馈电路、单片机(MCU)自动调光控制电路。其特征在于所述电路构成以LLC谐振变换控制电路和单片机自动控制电路为核心的LED恒流驱动电路，输入电压为通用交流市电，LLC变换级通过隔离反馈采样输出电流实现恒流控制，单片机自动控制采样电路实现自动调光；所述电路充分利用了LLC变换器的高效率和单片机智能控制的优点，实现对LED的高效智能驱动。与普通LED驱动电路相比，本发明具有通用性强、高功率因素、高效率、高可靠性、自动调光等优点，特别适合LED路灯驱动。

Description

一种具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及照明LED驱动电路，尤其涉及具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，适用于LED路灯照明或其他公共场合的LED照明系统。
背景技术
半导体照明(即LED照明或发光二极管照明)是一种新型高效固体光源，具有节能、环保和寿命长等显著优点。随着全球节能意识日渐深入人心，在全球能源高消耗的大环境下，人们把关注的焦点集中到LED这项“照亮未来的技术”以及由此带来的照明领域第三次革命上。据统计，用LED照明取代全部白炽灯或部分荧光灯，我国每年就可节约1/3的照明用电量，这相当于节省一个三峡工程的年发电量，不仅可以缓解我国电能需求的紧张形势，还可以降低燃煤量(目前我国70％以上的发电量是依靠燃煤获得)，减小对环境的污染。在市场上LED照明产品如火如荼的发展态势下，就照明LED驱动电源而言，面临几个挑战：首先，是否有功率因素校正功能，这关系到电能的利用情况；其次，驱动电路是否为恒流驱动，只有恒流电源才能保证LED的寿命；再次，就是驱动电路的转换效率；最后，针对大功率LED照明用的驱动电源一定要能够对LED路灯照明实现智能控制，以更加智能地实现节能目标。这些挑战对大功率照明LED驱动电路的设计提出了更高的要求，这些要求也必将是未来LED驱动电源的发展趋势。
本发明结合LLC谐振变换器和单片机电路，实现一种具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路。检索现有技术资料发现，目前虽然已有恒流输出的LED电源驱动电路，但将LLC谐振变换器作为恒压输出电源，同时将单片机和LLC谐振变换器结合起来进行智能调光的产品尚未见报道。
发明内容
本发明结合LLC谐振变换器高效率和单片机智能控制的特点，提供一种具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路。该电路具有高功率因素、高效率、高可靠性、自动调光等优点，适合批量生产，适用于LED路灯照明或其他公共场合的LED照明系统。
本发明技术方案如下：
一种具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，如图1所示，包括EMI滤波电路，整流电路，功率因素校正(PFC，Power Factor Correction)电路，LLC谐振变换控制电路，电压输出、电流采样电路，光耦反馈电路，以及单片机自动调光控制电路。交流市电经EMI滤波电路、整流电路后输入功率因素校正电路，功率因素校正电路输出信号经LLC谐振变换控制电路，再经过变压器后连接到电压输出电路，电流采样电路对电压输出采样后经光耦反馈电路反馈至中LLC谐振变换控制电路。
所述功率因素校正(PFC)电路实现整个电路功率因素校正功能，以达到功率因素指标要求；所述LLC谐振变换控制电路确保整个电路具有极高的效率。
所述电压输出、电流采样电路及光耦反馈电路如图3所示：以串联谐振半桥拓扑设计的双终接控制器芯片L6599为核心的LLC谐振变换控制电路输出接变压器T2的初级；变压器T2具有两个次级绕组：次级绕组1和次级绕组2；次级绕组1的同名端接二极管D8的正极，其异名端接二极管D9的正极，其中间抽头接输出地；二极管D8、D9的负极相连后接电解电容C45、C46的正极和电感L2的一端，电解电容C45、C46的负极接地；电感L2的另一端通过电容C7、电阻R36接输出地；电解电容C47的正极接电感L2和电容C7的连接点，电解电容C47的负极接电容C7和电阻R36的连接点，电解电容C47的两端输出LED负载所需工作电压；次级绕组2的同名端接二极管D12的正极，二极管D12的负极接电解电容C48正极和三端稳压器78L18的1脚，三端稳压器78L18的2脚接电解电容C49的正极，电解电容C48和C49的负极与三端稳压器78L18的3脚一起连接到次级绕组2的异名端并连接到输出地；电阻R50连接在电解电容C47的正极和集成误差放大器LM358的5脚之间，电阻R60连接在电解电容C47的负极和集成误差放大器LM358的5脚之间；集成误差放大器LM358的6脚一方面通过电阻R54、电容C10后接集成误差放大器LM358的7脚，另一方面通过电容C11接集成误差放大器LM358的7脚；三端稳压管TL431的1脚和3脚相连后通过电阻R65接集成误差放大器LM358的6脚的同时，通过电阻R59接三端稳压器78L18的2脚；三端稳压管TL431的2脚接电解电容C47的负极；集成误差放大器LM358的3脚接电解电容C47的负极；集成误差放大器LM358的2脚一方面通过电阻R64接参考电压Vref端，同时通过电阻R49接输出地，另一方面通过电阻R63、电容C14接集成误差放大器LM358的1脚，同时通过电容C16接集成误差放大器LM358的1脚；集成误差放大器LM358的1脚通过电阻R53接二极管D17的正极，集成误差放大器LM358的7脚接二极管D16的正极；二极管D16、D17的负极相连后通过电阻R52接光耦PC817的1脚；光耦PC817的2脚和集成误差放大器LM358的4脚接电解电容C47的负极；集成误差放大器LM358的8脚接三端稳压器78L18的2脚的同时通过电容C9接输出地；光耦PC817的3脚接前级LLC谐振变换控制电路的地，光耦PC817的4脚通过电阻R51接到串联谐振半桥拓扑设计的双终接控制器芯片L6599的5脚，完成反馈作用。
所述单片机自动调光控制电路以单片机AT89S51为核心控制器构成，如图6所示。三端稳压器78L05的1脚接电压输出、电流采样电路中三端稳压器78L18的2脚的同时接电解电容C26的正极，三端稳压器78L05的3脚接电解电容C26的负极的同时通过电容C17接三端稳压器78L05的2脚，三端稳压器78L05的2脚接电解电容C27的正极，电解电容C27的负极和三端稳压器78L05的3脚接输出地；单片机AT89S51的37脚接三端稳压器78L05的2脚的同时通过电容C8和电解电容C24的并联电路后接输出地，单片机AT89S51的29脚接三端稳压器78L05的2脚的同时通过电容C15接输出地；单片机AT89S51的33脚通过电阻R58接三端稳压器78L05的2脚的同时通过电阻R62接三极管9013的基极；三极管9013的发射极接地，三极管9013的集电极接三端稳压管TL431的1脚和3脚的同时通过电阻R55接电压输出、电流采样电路中三端稳压器78L18的2脚；电阻R56一端连接三极管9013的集电极，另一端通过电容C12接输出地；电阻R57一端接电阻R56和电容C12的连接点，另一端通过电容C13接输出地，电阻R57和电容C13的连接点输出参考电压Vref；单片机AT89S51的15脚和16脚之间连接晶振XTAL1，并分别通过电容C18、C19接输出地；单片机AT89S51的17脚和18脚接输出地；单片机AT89S51的1脚、2脚、3脚、4脚分别连接到10座插座(JTAG)的9脚、3脚、1脚、5脚；10座插座(JTAG)的4脚连接到三端稳压器78L05的2脚，10座插座(JTAG)的2脚和10脚接输出地；单片机AT89S51的4脚分别通过电容C25、电阻R61接三端稳压器78L05的2脚和输出地。
如图2所示，本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，可在所述交流市电与EMI滤波电路之间增加一个雷击保护电路；还可在所述整流电路和功率因素校正电路之间增加一个输入过压保护电路。
所述输入过压保护电路如图5所示，由四个电阻、一个电解电容、一个三端稳压管TL431、一个稳压二极管和一个MOS开关管构成，共具有三个端口：A端、B端和C端；C端通过电阻R2、电阻R7和电阻R11的串联电路接A端，电阻R2和电阻R7的连接点通过电解电容C22接A端的同时接三端稳压管TL431的1脚；电阻R3的一端接C端，另一端同时接三端稳压管TL431的3脚、稳压二极管D4的正极和MOS开关管M2的栅极；三端稳压管TL431的2脚、稳压二极管D4的负极和MOS开关管M2的源极接A端；MOS开关管M2的漏极接B端。
如图4所示，本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，还可在电解电容C47和LED负载之间增加一个共模滤波电感L4，电解电容C47的正、负极分别连接共模滤波电感L4的输入端，共模滤波电感L4的两个输出端为LED负载供电。
本发明具有以下特点：
1、采用功率因素校正电路和LLC谐振变换电路为电路主体拓扑结构，联合单片机控制，实现对LED的高效恒流驱动和自动调光控制。
2、所述的LED驱动电路，PFC控制电路最好采用芯片L6563实现，LLC谐振控制电路最好采用芯片L6599实现，单片机最好是AT89S51。
3、由电阻R36、电阻R49、电阻R64、电阻R53、电阻R52，二极管D17，误差放大器U4A，补偿网络C14、电阻R63、电容C16构成电流采样反馈电路，用于LLC谐振变换的恒流控制。
4、所述的LED驱动电路，利用单片机输出PWM信号，经过电阻R58、电阻R62、三极管9013、三端稳压管TL431、电阻R55、电阻R56、电阻R57、电容C12、电容C13组成的模拟DA转换电路，最后产生模拟信号Vref，为电流采样电路提供基准信号。
5、所述的LED驱动电路，通过单片机改变输出PWM信号占空比，改变基准电压Vref，从而实现输出电流调节，进而实现LED的自动调光。
6、所述的LED驱动电路，输入电压为185V～265V之间交流市电，其输出为3.1A的恒定电流输出，输出功率达150W；整机效率大于90％。
与市场现有LED驱动电路相比，本发明具有高功率因素、高效率、高可靠性、自动调光等优点，适合批量生产。
附图说明
图1是本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路的电路框图之一。
图2是本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路的电路框图之二。
图3是本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路中，所述电压输出、电流采样电路及光耦反馈电路的电路结构图之一。
图4是本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路中，所述电压输出、电流采样电路及光耦反馈电路的电路结构图之二。
图5是本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路中，输入过压保护电路结构图。
图6是本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路中，单片机自动调光控制电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步进行说明。
如图1所示，本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路由EMI滤波电路、整流电路、功率因素校正(PFC，Power Factor Correction)控制电路、LLC谐振变换控制电路、光耦反馈、输出电压电流采样和单片机自动调光控制电路组成。功率因素校正(PFC)电路实现整个电路功率因素校正功能，以达到功率因素指标要求；LLC谐振变换控制电路确保整个电路具有极高的效率。
如图2所示，本发明提供的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，在图1的基础上，还可在所述交流市电与EMI滤波电路之间增加一个雷击保护电路；还可在所述整流电路和功率因素校正电路之间增加一个输入过压保护电路。
如图3所示，LLC谐振变换电路通过变压器T2传递能量，二极管D8、二极管D9、点解电容C45、点解电容C46、点解电容C47、电容C7构成谐振变换器输出整流滤波电路。电阻R36、电阻R49、电阻R64、电阻R53、电阻R52，二极管D17，误差放大器U4A，补偿网络C14、电阻R63、电容C16，光耦PC1A、PC1B以及电阻R51构成电流采样、光耦隔离反馈电路，实现基于LLC谐振拓扑的恒流控制，具体恒定电流值由参考电压Vref确定。电阻R50、电阻R60、电阻R54、电阻R59、电阻R65、三端稳压管TL431、误差放大器U4B、电容C10、电容C11构成输出过压保护电路。二极管D12、电解电容C48、电解电容C49及三端稳压器78L18为电压、电流采样反馈电路提供工作电源。
如图4所示，在图3的基础上，在电解电容C47和LED负载之间还具有一个共模滤波电感L4，电解电容C47的正、负极分别连接共模滤波电感L4的输入端，共模滤波电感L4的两个输出端为LED负载供电。
如图5所示，输入过压保护电路由四个电阻、一个电解电容、一个三端稳压管TL431、一个稳压二极管和一个MOS开关管构成，可以实现PFC电路的输入过压保护功能，增强电路的可靠性。通过改变电阻R2、点解电容C22的值调整输入过压保护阈值。
如图6所示，采用AT89S51单片机为核心，利用单片机输出PWM信号，经过电阻R58、电阻R62、三极管9013、三端稳压管TL431、电阻R55、电阻R56、电阻R57、电容C12、电容C13组成的模拟DA转换电路，最后产生模拟信号Vref，为电流采样电路提供基准信号；通过程序定时控制单片机输出PWM信号占空比，改变基准电压Vref，从而实现对LED的定时自动调光。电容C25、电阻R61构成单片机上电复位电路。电容C8、电解电容C24、电容C15为电源滤波电容，保证单片机工作稳定。电容C18、电容C19、晶振XTAL1为单片机的时钟电路。JP1为程序下载接口。电解电容C26、电解电容C27、电容C17及三端稳压器78L05为单片机工作提供电源。

Claims (4)

1.一种具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，包括EMI滤波电路，整流电路，功率因素校正电路，LLC谐振变换控制电路，电压输出、电流采样电路，光耦反馈电路，以及单片机自动调光控制电路；交流市电经EMI滤波电路、整流电路后输入功率因素校正电路，功率因素校正电路输出信号经LLC谐振变换控制电路，再经过变压器后连接到电压输出电路，电流采样电路对电压输出采样后经光耦反馈电路反馈至LLC谐振变换控制电路；
所述功率因素校正电路实现整个电路功率因素校正功能，以达到功率因素指标要求；所述LLC谐振变换控制电路确保整个电路具有极高的效率；
所述电压输出、电流采样电路及光耦反馈电路如下：以串联谐振半桥拓扑设计的双终接控制器芯片L6599为核心的LLC谐振变换控制电路输出接变压器T2的初级；变压器T2具有两个次级绕组：次级绕组1和次级绕组2；次级绕组1的同名端接二极管D8的正极，其异名端接二极管D9的正极，其中间抽头接输出地；二极管D8、D9的负极相连后接电解电容C45、C46的正极和电感L2的一端，电解电容C45、C46的负极接地；电感L2的另一端通过电容C7、电阻R36接输出地；电解电容C47的正极接电感L2和电容C7的连接点，电解电容C47的负极接电容C7和电阻R36的连接点，电解电容C47的两端输出LED负载所需工作电压；次级绕组2的同名端接二极管D12的正极，二极管D12的负极接电解电容C48正极和三端稳压器78L18的1脚，三端稳压器78L18的2脚接电解电容C49的正极，电解电容C48和C49的负极与三端稳压器78L18的3脚一起连接到次级绕组2的异名端并连接到输出地；电阻R50连接在电解电容C47的正极和集成误差放大器LM358的5脚之间，电阻R60连接在电解电容C47的负极和集成误差放大器LM358的5脚之间；集成误差放大器LM358的6脚一方面通过电阻R54、电容C10后接集成误差放大器LM358的7脚，另一方面通过电容C11接集成误差放大器LM358的7脚；三端稳压管TL431的1脚和3脚相连后通过电阻R65接集成误差放大器LM358的6脚的同时，通过电阻R59接三端稳压器78L18的2脚；三端稳压管TL431的2脚接电解电容C47的负极；集成误差放大器LM358的3脚接电解电容C47的负极；集成误差放大器LM358的2脚一方面通过电阻R64接参考电压Vref端，同时通过电阻R49接输出地，另一方面通过电阻R63、电容C14接集成误差放大器LM358的1脚，同时通过电容C16接集成误差放大器LM358的1脚；集成误差放大器LM358的1脚通过电阻R53接二极管D17的正极，集成误差放大器LM358的7脚接二极管D16的正极；二极管D16、D17的负极相连后通过电阻R52接光耦PC817的1脚；光耦PC817的2脚和集成误差放大器LM358的4脚接电解电容C47的负极；集成误差放大器LM358的8脚接三端稳压器78L18的2脚的同时通过电容C9接输出地；光耦PC817的3脚接前级LLC谐振变换控制电路的地，光耦PC817的4脚通过电阻R51接到串联谐振半桥拓扑设计的双终接控制器芯片L6599的5脚，完成反馈作用；
所述单片机自动调光控制电路以单片机AT89S51为核心控制器构成，三端稳压器78L05的1脚接电压输出、电流采样电路中三端稳压器78L18的2脚的同时接电解电容C26的正极，三端稳压器78L05的3脚接电解电容C26的负极的同时通过电容C17接三端稳压器78L05的2脚，三端稳压器78L05的2脚接电解电容C27的正极，电解电容C27的负极和三端稳压器78L05的3脚接输出地；单片机AT89S51的37脚接三端稳压器78L05的2脚的同时通过电容C8和电解电容C24的并联电路后接输出地，单片机AT89S51的29脚接三端稳压器78L05的2脚的同时通过电容C15接输出地；单片机AT89S51的33脚通过电阻R58接三端稳压器78L05的2脚的同时通过电阻R62接三极管9013的基极；三极管9013的发射极接地，三极管9013的集电极接三端稳压管TL431的1脚和3脚的同时通过电阻R55接电压输出、电流采样电路中三端稳压器78L18的2脚；电阻R56一端连接三极管9013的集电极，另一端通过电容C12接输出地；电阻R57一端接电阻R56和电容C12的连接点，另一端通过电容C13接输出地，电阻R57和电容C13的连接点输出参考电压Vref；单片机AT89S51的15脚和16脚之间连接晶振XTAL1，并分别通过电容C18、C19接输出地；单片机AT89S51的17脚和18脚接输出地；单片机AT89S51的1脚、2脚、3脚、4脚分别连接到10座插座的9脚、3脚、1脚、5脚；10座插座的4脚连接到三端稳压器78L05的2脚，10座插座的2脚和10脚接输出地；单片机AT89S51的4脚分别通过电容C25、电阻R61接三端稳压器78L05的2脚和输出地。
2.根据权利要求1所述的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，其特征在于，所述交流市电与EMI滤波电路之间还具有一个雷击保护电路。
3.根据权利要求1所述的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，其特征在于，所述整流电路和功率因素校正电路之间还具有一个输入过压保护电路；所述输入过压保护电路由四个电阻、一个电解电容、一个三端稳压管TL431、一个稳压二极管和一个MOS开关管构成，共具有三个端口：A端、B端和C端；C端通过电阻R2、电阻R7和电阻R11的串联电路接A端，电阻R2和电阻R7的连接点通过电解电容C22接A端的同时接三端稳压管TL431的1脚；电阻R3的一端接C端，另一端同时接三端稳压管TL431的3脚、稳压二极管D4的正极和MOS开关管M2的栅极；三端稳压管TL431的2脚、稳压二极管D4的负极和MOS开关管M2的源极接A端；MOS开关管M2的漏极接B端；所述输入过压保护电路的C端分别连接于“整流电路”的正输出端和“功率因素校正电路”的正输入端，A端接“整流电路”的负输出端、B端接“功率因素校正电路”的负输入端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有自动调光功能的照明LED恒流驱动电路，其特征在于，在电解电容C47和LED负载之间还具有一个共模滤波电感L4，电解电容C47的正、负极分别连接共模滤波电感L4的输入端，共模滤波电感L4的两个输出端为LED负载供电。
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