CN101977469A - 可调式led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块，该开关电源模块的输入端连接直流电源，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻后接地，其特征在于：所述开关电源模块为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块的反馈端连接在比较器的输出端上，该比较器U2的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接电压识别电路。其显著效果：一种结构简单的可调式LED驱动电源，能够为LED阵列动态提供一个稳定恒流电源，能够精确地实现为LED阵列的功率和亮度调节。

Description

可调式LED驱动电源

技术领域

本发明属于LED照明灯供电技术，具体的说涉及一种可调式LED驱动电源。

背景技术

调光技术应用于LED照明灯，可以在拥有一定环境光照的情况下降低LED照明灯功率，更加充分发挥LED照明节能的特性。但由于LED本身的特性及一些其它因素限制，在大多数情况下不便于LED调光技术应用。

目前主要的LED调光技术方案主要有可控硅调光、直接改变LED工作电压调光和改变LED工作电流调光。

可控硅调光技术原本应用于白炽灯调光，在正弦交流供电时，由一个触发信号调整可控硅导通角，改变电源通断时间控制输入功率，经整流滤波后给LED供电实现调光，该方式会对电网造成干扰，并且整流滤波器件需要承受很大的纹波电流冲击，稳定性较差。输出功率与导通时间为非线性关系，同时受供电波形，可控硅一致性的影响，该方式不能实现准确的调光。

改变电压调光技术是指调整LED供电电压，从而改变LED工作电流实现调光，但是LED在正常工作情况下温度、电压有微小的变化都会对LED伏安特性有较大的影响，LED功率从10％到100％之间调整电压变化一般不会超过5％，因此这种方式对电源电压精度要求高，并且工作很不稳定。而且LED的伏安特性是非线性的，也没有一致性，同样存在不能准确调光的问题。

改变电流调光技术是基于目前常用的恒流LED驱动技术，该供电方式比较适用于LED照明，工作较稳定，并且可以准确调光。虽然电流调光可以解决以上两种方式的不足，但是在需要统一调光的大中型公共场所照明系统中，同样会存在一系列问题。

LED照明灯具通常是由多颗LED串并联组成LED阵列，为实现统一调光，需要把LED灯具再组成一个更大的LED阵列与一个可调恒流驱动电源连接，各个灯具之间相互关联，如果有灯具短路或开路会影响，甚至损坏其它灯具。

如果使用多个电流调光型LED照明灯，可以解决灯具之间相互影响的问题，但是要进行大范围的统一调光，需要额外增加专用的控制线路把所有照明灯连接起来，用于传送调光控制信号，成本高，线路复杂，特别不适合在现有的供电线路上进行改造，以至于目前LED调光技术主要用于台灯。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的可调式LED驱动电源，能够精确地实现为LED阵列的功率和亮度调节。

本发明的技术方案如下：一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块，该开关电源模块的输入端连接直流电源，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻后接地，其关键在于：所述开关电源模块为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块的反馈端连接在比较器的输出端上，该比较器的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接电压识别电路；形成电流输出型开关电源。

开关电源模块的反馈端是电压反馈引脚，正常工作时电压为定值，当该此脚电压高于或低于定值时，开关电源模块的输出端的PWM输出占空比分别会急剧的减小和增大。由于分压采样电阻与LED阵列串联，比较器的正向输入端从分压采样电阻和LED连接点获得动态的分压降U_R，再与电压识别电路的输出电压VPC进行比较。

当分压降U_R大于VPC时，比较器输出电压升高，分压降U_R小于VCP时，比较器输出电压下降，因些可形成以下负反馈过程：

即U_R压降↑，U2输出电压↑，U3输出占空比↓，LED工作电流↓，Ri压降↓。

由于比较器增益很高，输出电压定值时必须分压降U_R与电压识别电路的输出电压VPC几乎相等，由于有上述负反馈过程，电路会自动平衡到分压降U_R与电压识别电路的输出电压VPC相等。

所述电压识别电路包括运放，该运放的同相输入端串一号电阻后，接所述直流电源，该同相输入端与地之间还连接有四号电阻；

运放的反相输入端串二号电阻后，接参考电源，该运放的反相输入端与输出端之间连接有三号电阻；

运放的输出端连接所述比较器的反向输入端。

由于LED特性决定当LED工作电流改变时两端压降变化很小，因此LED功率与LED工作电流基本上为线性关系。

又因分压降U_R＝LED电流×Ri且分压降U_R＝VPC，所以LED功率与电压识别电路的输出电压VPC成线性关系。

电压识别电路是一个减法运算电路，用于识别直流电源的值，直流电源和参考电源分别接入运放的同相和反相输入端进行减法运算，在运放的输出端可得到电压识别电路的输出电压VPC，该VPC传送到比较器的反向输入端，用于控制LED的功率和亮度。

从运放减法器原理可得知VPC＝k(VIN-Vref)，k为减法运算电路的放大系数，由于减法运算电路是线性电路，k为恒定值，所以VPC与VIN-Vref为线性关系。又由于VPC为LED灯功率控制信号，所以VIN-Vref与LED灯功率成线性关系，因此供电电压在Vref到最大VIN之间线性变化时，可以调整LED照明发光功率，并且与LED功率P有以下关系：

P＝{[k(VIN-Vref)]/Ri}×LED压降

K＝R2/R1＝R4/R3

实现了LED照明灯的精确调光。

稳压电路的结构较多，如降压型稳压电路：

降压型稳压电路由二极管、电感和电解电容组成，所述二极管的正极接地，正极接所述开关电源模块的输出端；

所述电感的一端接所述开关电源模块的输出端，电感的另一端接所述LED阵列的输入端组；

所述电解电容的正端接所述LED阵列的输入端组，负端接地。

如升压型稳压电路：

升压型稳压电路为升压型，该稳压电路由第二电阻、第二电感、第二三极管和第二二极管组成，所述第二电阻的一端接所述开关电源模块的输出端，第二电阻的另一端接所述第二三极管的基极，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极串所述第二电感后接所述直流电源，该第二三极管的集电极还接所述第二二极管的正极，第二二极管的负极接所述LED阵列的输入端组。

如升降压型稳压电路：

该升降压型稳压电路由第三电阻、第三电感、第四电感、第三三极管、PNP三极管、第三二极管、第四二极管、第三电容和非门组成，所述第三电阻的一端接所述开关电源模块的输出端，第三电阻的另一端接所述第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极接姐所述非门的输入端，非门的输出端连接所述PNP三极管的基极；

所述第三三极管的集电极还串所述第三电感后接所述直流电源，该第三三极管的集电极还接所述第三二极管的正极，第三二极管的负极接所述PNP三极管的发射极，该PNP三极管的集电极接所述第四二极管负极，该第四二极管正极接地；

所述PNP三极管的集电极还串所述第四电感后接所述LED阵列的输入端组。

如变压器型稳压电路：

该变压器型稳压电路由第四电阻、第四三极管、第五二极管和变压器组成，所述第四电阻的一端接所述开关电源模块的输出端，第四电阻的另一端接所述第四三极管的基极，第四三极管的发射极接地，第四三极管的集电极接所述变压器输入线圈的一端，该输入线圈的另一端接所述直流电源；

所述变压器输出线圈的一端接地，输出线圈的另一端接所述第五二极管的正极，该第五二极管的负极接所述LED阵列的输入端组。

一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块，该开关电源模块的输入端连接直流电源，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻后接地，其关键在于：所述开关电源模块为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块的反馈端连接在比较器的输出端上，该比较器的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接单片机调光灯电压识别电路；

所述单片机调光灯电压识别电路包括单片机MCU，该单片机MCU的电压输入端经上拉电阻连接所述直流电源，该单片机MCU的电压输入端还经下拉电阻接地，该单片机MCU的电压输出端接所述比较器的反向输入端。

显著效果：提供了结构简单的可调式LED驱动电源，能够为LED阵列动态提供一个稳定恒流电源，能够精确地实现为LED阵列的功率和亮度调节。

附图说明

图1为降压型的电路原理图；

图2为升压型的电路原理图；

图3为升降压型的电路原理图；

图4为变压器耦合型的电路原理图；

图5为实施例1电压识别电路原理图；

图6为实施例2单片机调光灯电压识别电路原理图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1、5所示，一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块U3，该开关电源模块U3的输入端连接直流电源VIN，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻后接地，其关键在于：所述开关电源模块U3为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块U3的反馈端连接在比较器U2的输出端上，该比较器U2的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接电压识别电路；

开关电源模块U3的信号为LM2576，其反馈端的定值为1.23V。

开关电源模块U3的反馈端是电压反馈引脚，LM2576正常工作时电压为1.23V，当该此脚电压高于或低于1.23V时，开关电源模块U3的输出端的PWM输出占空比分别会急剧的减小和增大。由于分压采样电阻Ri与LED阵列串联，比较器U2的正向输入端从分压采样电阻Ri和LED连接点获得动态的分压降U_R，再与电压识别电路的输出电压VPC进行比较。

当分压降U_R大于VPC时，比较器U2输出电压升高，分压降U_R小于VCP时，比较器U2输出电压下降，因些可形成以下负反馈过程：

即U_R压降↑，U2输出电压↑，U3输出占空比↓，LED工作电流↓，Ri压降↓。

由于比较器U2增益很高，输出电压定值时必须分压降U_R与电压识别电路的输出电压VPC几乎相等，由于有上述负反馈过程，电路会自动平衡到分压降U_R与电压识别电路的输出电压VPC相等。

如图5所示，所述电压识别电路包括运放U1，该运放U1的同相输入端串一号电阻R1后，接所述直流电源VIN，该同相输入端与地之间还连接有四号电阻R4；

运放U1的反相输入端串二号电阻R2后，接参考电源Vref，该运放U1的反相输入端与输出端之间连接有三号电阻R3；

运放U1的输出端连接所述比较器U2的反向输入端。

由于LED特性决定当LED工作电流改变时两端压降变化很小，因此LED功率与LED工作电流基本上为线性关系，又因：

分压降U_R＝LED电流×Ri且分压降U_R＝VPC

所以LED功率与电压识别电路的输出电压VPC成线性关系。

电压识别电路是一个减法运算电路，用于识别直流电源VIN的值，直流电源VIN和参考电源Vref分别接入运放的同相和反相输入端进行减法运算，在运放U1的输出端可得到电压识别电路的输出电压VPC，该VPC传送到比较器U2的反向输入端，用于控制LED的功率和亮度。

从运放减法器原理可得知VPC＝k(VIN-Vref)，k为减法运算电路的放大系数，由于减法运算电路是线性电路，k为恒定值，所以VPC与VIN-Vref为线性关系。又由于VPC为LED灯功率控制信号，所以VIN-Vref与LED灯功率成线性关系，因此供电电压在Vref到最大VIN之间线性变化时，可以调整LED照明发光功率，并且与LED功率P有以下关系：

P＝{[k(VIN-Vref)]/Ri}×LED压降

K＝R2/R1＝R4/R3

无论调节VIN或Vref，都可以实现LED照明灯的精确调光和调节功率。

稳压电路的结构较多，如降压型稳压电路：

如图1所示，降压型稳压电路由二极管、电感和电解电容组成，所述二极管的正极接地，正极接所述开关电源模块U3的输出端；

所述电感的一端接所述开关电源模块U3的输出端，电感的另一端接所述LED阵列的输入端组；

所述电解电容的正端接所述LED阵列的输入端组，负端接地。

如升压型稳压电路：

如图2所示，升压型稳压电路为升压型，该稳压电路由第二电阻、第二电感、第二三极管和第二二极管组成，所述第二电阻的一端接所述开关电源模块U3的输出端，第二电阻的另一端接所述第二三极管的基极，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极串所述第二电感后接所述直流电源，该第二三极管的集电极还接所述第二二极管的正极，第二二极管的负极接所述LED阵列的输入端组。

如升降压型稳压电路：

如图3所示，该升降压型稳压电路由第三电阻、第三电感、第四电感、第三三极管、PNP三极管、第三二极管、第四二极管、第三电容和非门组成，所述第三电阻的一端接所述开关电源模块U3的输出端，第三电阻的另一端接所述第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极接姐所述非门的输入端，非门的输出端连接所述PNP三极管的基极；

所述第三三极管的集电极还串所述第三电感后接所述直流电源，该第三三极管的集电极还接所述第三二极管的正极，第三二极管的负极接所述PNP三极管的发射极，该PNP三极管的集电极接所述第四二极管负极，该第四二极管正极接地；

所述PNP三极管的集电极还串所述第四电感后接所述LED阵列的输入端组。

如变压器型稳压电路：

如图4所示，该变压器型稳压电路由第四电阻、第四三极管、第五二极管和变压器组成，所述第四电阻的一端接所述开关电源模块U3的输出端，第四电阻的另一端接所述第四三极管的基极，第四三极管的发射极接地，第四三极管的集电极接所述变压器输入线圈的一端，该输入线圈的另一端接所述直流电源；

所述变压器输出线圈的一端接地，输出线圈的另一端接所述第五二极管的正极，该第五二极管的负极接所述LED阵列的输入端组。

实施例2

如图6所示：一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块U3，该开关电源模块U3的输入端连接直流电源VIN，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻Ri后接地，其关键在于：所述开关电源模块U3为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块U3的反馈端连接在比较器U2的输出端上，该比较器U2的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接单片机调光灯电压识别电路；

所述单片机调光灯电压识别电路包括单片机MCU，该单片机MCU的电压输入端经上拉电阻连接所述直流电源VIN，该单片机MCU的电压输入端还经下拉电阻接地，该单片机MCU的电压输出端接所述比较器U2的反向输入端。

尽管以上结构结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，如更改开关电源模块U3的型号，更改其反馈电压值，更改VIN调节方式或Vref调节方式，等等，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块(U3)，该开关电源模块(U3)的输入端连接直流电源(VIN)，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻(Ri)后接地，其特征在于：所述开关电源模块(U3)为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块(U3)的反馈端连接在比较器(U2)的输出端上，该比较器(U2)的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接电压识别电路；

所述电压识别电路包括运放(U1)，该运放(U1)的同相输入端串一号电阻(R1)后，接所述直流电源(VIN)，该同相输入端与地之间还连接有四号电阻(R4)；

运放(U1)的反相输入端串二号电阻(R2)后，接参考电源(Vref)，该运放(U1)的反相输入端与输出端之间连接有三号电阻(R3)；

运放(U1)的输出端连接所述比较器(U2)的反向输入端。

2.根据权利要求1所述可调式LED驱动电源，其特征在于：所述稳压电路由二极管、电感和电解电容组成，所述二极管的正极接地，正极接所述开关电源模块(U3)的输出端；

所述电感的一端接所述开关电源模块(U3)的输出端，电感的另一端接所述LED阵列的输入端组；

所述电解电容的正端接所述LED阵列的输入端组，负端接地。

3.根据权利要求1所述可调式LED驱动电源，其特征在于：所述稳压电路为升压型，该稳压电路由第二电阻、第二电感、第二三极管和第二二极管组成，所述第二电阻的一端接所述开关电源模块(U3)的输出端，第二电阻的另一端接所述第二三极管的基极，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极串所述第二电感后接所述直流电源，该第二三极管的集电极还接所述第二二极管的正极，第二二极管的负极接所述LED阵列的输入端组。

4.根据权利要求1所述可调式LED驱动电源，其特征在于：所述稳压电路为升降压型，该稳压电路由第三电阻、第三电感、第四电感、第三三极管、PNP三极管、第三二极管、第四二极管、第三电容和非门组成，所述第三电阻的一端接所述开关电源模块(U3)的输出端，第三电阻的另一端接所述第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极接姐所述非门的输入端，非门的输出端连接所述PNP三极管的基极；

所述第三三极管的集电极还串所述第三电感后接所述直流电源，该第三三极管的集电极还接所述第三二极管的正极，第三二极管的负极接所述PNP三极管的发射极，该PNP三极管的集电极接所述第四二极管负极，该第四二极管正极接地；

所述PNP三极管的集电极还串所述第四电感后接所述LED阵列的输入端组。

5.根据权利要求1所述可调式LED驱动电源，其特征在于：所述稳压电路为变压器型，该稳压电路由第四电阻、第四三极管、第五二极管和变压器组成，所述第四电阻的一端接所述开关电源模块(U3)的输出端，第四电阻的另一端接所述第四三极管的基极，第四三极管的发射极接地，第四三极管的集电极接所述变压器输入线圈的一端，该输入线圈的另一端接所述直流电源；

所述变压器输出线圈的一端接地，输出线圈的另一端接所述第五二极管的正极，该第五二极管的负极接所述LED阵列的输入端组。

6.一种可调式LED驱动电源，包括开关电源模块(U3)，该开关电源模块(U3)的输入端连接直流电源(VIN)，输出端经稳压电路连接在LED阵列的输入端组，LED阵列的输出端组串分压采样电阻(Ri)后接地，其特征在于：所述开关电源模块(U3)为开关DC/DC变换IC，该开关电源模块(U3)的反馈端连接在比较器(U2)的输出端上，该比较器(U2)的正向输入端接所述LED阵列的输出端组，反向输入端接单片机调光灯电压识别电路；

所述单片机调光灯电压识别电路包括单片机MCU，该单片机MCU的电压输入端经上拉电阻连接所述直流电源(VIN)，该单片机MCU的电压输入端还经下拉电阻接地，该单片机MCU的电压输出端接所述比较器(U2)的反向输入端。

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