CN102300355B - 一种led调光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED调光系统，包括稳压变换器，所述稳压变换器的输入端连接电源；恒流模块，所述恒流模块的输出端连接至少一个串联的LED负载；所述稳压变换器的输出端通过开关管与所述恒流模块的输入端连接，所述开关管由PWM信号控制开断。本发明具有功率因数高，电磁干扰小，易于实现等优点。

Description

一种LED调光系统
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种集中控制的LED调光系统。
背景技术
LED照明具有节能、高光效等突出优点，被广泛应用于各种照明场所。在使用过程中，需根据不同要求调节LED负载的亮度
图1示出了一种常用的通过外部调光器对LED进行调光的方案。其中，LED驱动器12上设置输入线11和输出线13，其中LED驱动器12通过输入线11连接电源，输出线13连接至LED，并为LED输出驱动电流。另外，LED驱动器12上还连接来自外部调光器的调光信号线，用户通过外部调光器可以调节输入到LED驱动器12中的调光信号，使得LED驱动器12根据调光信号输出至LED的驱动电流进行调节。
但上述的调光方式需要为每个独立LED光源引入调光信号线14，不仅施工布线麻烦，而且当LED的距离较远需要延长调光信号线14的长度时，调光信号线也易受干扰，即随着调光信号线长度的延长，系统的可靠性也逐渐降低。
参见图2，示出交流斩波调光电路图，包括交流电源11、LED驱动器12、调光器13及多个串联的LED负载，交流电源11输出的电压经调光器13调节后，输出到LED驱动器12，驱动LED负载发光。调光器13包括设置在交流电源11和LED驱动器12之间连线上的双向可控硅Q1，可变电阻R1和电容C1串联连接，并与双向可控硅Q1并联。双向可控硅Q1的控制端连接触发二极管DB3的一端，触发二极管DB3的另一端连接在可变电阻R1和电容C1的公共端。
参见图3，为电压V1的波形图。通过改变可变电阻R1的阻值，可改变电容C1的充电时间，从而改变双向可控硅Q1的导通角，使调光器13的输出电压V1出现斩波电压的变化。
该方式以电压V1的斩波角的变化控制LED驱动器12的输出电流，是一种理想的低成本调光方案，但斩波调光固有的缺点是调光状态下功率因数差、电磁干扰大，应用于开关电源类LED驱动器时存在调光器13和开关电源11负载的阻抗匹配问题，解决匹配问题往往就会导致LED驱动器12的效率大幅降低。
发明内容
本发明的目的提供一种LED调光系统，该系统具有功率因数高，电磁干扰小，易于实现等优点。
本发明一种LED调光系统，包括稳压变换器，所述稳压变换器的输入端连接电源；恒流模块，所述恒流模块的输出端连接一个或多个串联的LED负载；所述稳压变换器的输出端通过开关管与所述恒流模块的输入端连接，所述开关管由PWM信号控制开断。
优选的，所述LED调光系统包括多个并联的恒流模块，所述稳压变换器的输出端与各恒流模块的输入端连接。
优选的，所述稳压变换器具有功率因数校正功能。
优选的，所述稳压变换器的输出电压随LED负载电压的变化而变化。
优选的，所述PWM信号的频率范围是100Hz-10000Hz。
优选的，所述稳压变换器可为AC-DC变换器或DC-DC变换器。
优选的，稳压变换器和开关管可以组成集中调光电路，并与各恒流模块在整个灯具系统中分别独立放置。
优选的，所述恒流模块包括第一开关管，第一开关管的第一端和第二端分别连接恒流模块正输入端和第一电感的一端，第一电感的另一端连接恒流模块正输出端；第一开关管的控制端连接第一控制电路的输出端，第一控制电路在所述恒流模块的输出端采样输出电流；第一二极管的阳极接恒流模块的负输入端和负输出端，第一二极管的阴极连接第一开关管和第一电感的公共端；第一控制电路将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制第一开关管的开断，使恒流模块输出恒定电流。
优选的，所述恒流模块的正输入端和正输出端之间串联第二电感和第二二极管，第二二极管的阳极连接第二电感，阴极连接正输出端；第二开关管的第一端和第二端分别连接第二电感和第二二极管的公共端和恒流模块的负输入端，控制端连接第二控制电路的输出端，第二控制电路的输入在所述恒流模块的输出端采样输出电流；第二控制电路将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制第二开关管的开断，使恒流模块输出恒定电流。
优选的，所述恒流模块包括变压器，变压器原边绕组的异名端连接所述恒流模块的正输入端，同名端通过第三开关管的第一端和第二端连接所述恒流模块的负输入端，第三开关管的控制端连接第三控制电路的输出端，第三控制电路在所述恒流模块的输出端采样输出电流；变压器副边绕组的同名端连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接所述恒流模块的正输出端，异名端连接所述恒流模块的负输出端；第三控制电路将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制第三开关管的开断，使恒流模块输出恒定电流。
优选的，所述恒流模块包括驱动控制电路和调整管，所述驱动控制电路的输入端连接所述恒流模块的负输入端，输出端连接调整管的控制端，调整管的第一端和第二端分别连接驱动控制电路的输入端和所述恒流模块的负输出端；驱动控制电路采样输出电流，将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制调整管的阻抗，使恒流模块输出恒定电流。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过PWM信号控制开关管的开断，实现对LED负载的调节。通过斩波开关直接以PWM的方式集中调节LED亮度，通过功率电压信号进行传递调光信号，不需要另外设置调光信号线，所以整个系统的抗干扰能力较强，而且不受距离的限制，调光系统的可靠性更高。
稳压变换器和开关管组成集中调光电路，和传统的可控硅调光方式相比，不需要专门的调光信号检测电路或控制电路，电路简单，功率因数高，该调节方式通过稳压变换器与电源隔离，对电源无影响，电磁干扰相对较小，且不存在LED驱动器与电源阻抗匹配问题。
本发明的集中调光电路和各恒流模块在整个灯具系统中可以分别独立放置。稳压变换器和开关管作为集中式调光器，放置在灯具外面，各恒流模块可放置在灯具内部，这样有利于灯具的散热。
附图说明
图1是现有技术中通过外部调光器对LED进行调光的方案的示意图；
图2为现有交流斩波调光电路图；
图3为图1中电压V1的波形图；
图4为本发明LED调光系统第一实施例电路图；
图5为图3中恒流模块的输入电压V2的波形图；
图6为本发明LED调光系统第二实施例电路图；
图7为本发明LED调光系统第三实施例电路图；
图8为本发明LED调光系统第四实施例电路图；
图9为本发明LED调光系统第五实施例电路图；
图10为本发明LED调光系统第六实施例电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图4，示出本发明LED调光系统第一实施例，包括稳压变换器21，稳压变换器21的两输入端连接电源，正输出端分别与恒流模块22的正输入端连接稳压变换器21的负输出端与恒流模块的负输入端之间通过由PWM信号控制开断的开关管S1连接，恒流模块的正负两输出端之间连接多个串联的LED负载。
稳压变换器21包括功率因数校正电路，功率因数校正电路调节稳压变换器21的功率因数。稳压变换器21的输出电压V1可以是预先设定值，也可以随LED负载电压的变化而变化。稳压变换器21可为AC-DA变换器或DC-DC变换器。所述PWM信号的频率范围是100Hz-10000Hz。
开关管S1接受PWM信号的控制，交替工作在导通/关断状态，使恒流模块22的输入电压V2为PWM斩波电压，经过恒流模块22后输出PWM斩波电流I2，通过改变PWM信号的占空比，即可改变输入电压V2的占空比，从而改变恒流模块22输出PWM斩波电流I2的平均值，实现集中调节LED负载亮度的目的。
参见图5，示出恒流模块22的输入电压V2的波形，其中T等于PWM信号的周期，V2的幅值与电压V1相等。本发明恒流模块22的输入电压V2为PWM斩波电压，当输入电压V2为高电平时，恒流模块22工作，使恒流模块22输出恒定的电流，该电流值可以是预先设定；当输入电压V2为低电平时，恒流模块22不工作，其输出的电流为零。当PWM信号的占空比为100％时，LED灯最亮，当PWM信号的占空比为0时，LED灯熄灭。
本发明通过PWM信号控制开关管S1的开断，实现对LED负载的调节。该调节方式功率损耗小，功率因数较高，该调节方式通过稳压变换器21与电源隔离，对电源无影响，电磁干扰相对较小，且不存在LED驱动器与电源阻抗匹配问题。因此本发明具有功率因数高，电磁干扰小，易于实现等优点。
参见图6，示出本发明LED调光系统第二实施例，包括稳压变换器21，稳压变换器21的两输入端连接电源，正负两输出端分别与多个并联的恒流模块22的正负两输入端连接，各恒流模块的正负两输出端之间连接多个串联的LED负载；稳压变换器21的负输出端与恒流模块的负输入端之间连接由PWM信号控制开断的开关管S1。每个恒流模块22可根据LED负载需要输出不同的电流，即可带不同的LED负载。
本发明通过多个恒流模块22控制多组LED负载，实现对多组LED负载的集中控制。
本发明恒流模块22可以为DC-DC变换电路，如BUCK电路、BOOST电路、Flyback电路等。
参见图7，示出本发明LED调光系统第三实施例，恒流模块22包括第一开关管S2，第一开关管S2的第一端和第二端分别连接恒流模块22正输入端和第一电感L2的一端，第一电感L1的另一端连接恒流模块22正输出端；第一开关管S2的控制端连接第一控制电路K1的输出端，第一控制电路K1的输入端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第一开关管S2和第一电感L1的公共端。第一开关管S2的控制端控制第一端和第二端的导通或断开。
第一控制电路采样输出电流Io，将采样输出电流Io与设定值比较，依据比较结果控制第一开关管S2的开断，使恒流模块22输出恒定电流。
参见图8，示出本发明LED调光系统第四实施例，恒流模块22的正输入端和正输出端之间串联第二电感L2和第二二极管D2，第二二极管D2的阳极连接第二电感L2，阴极连接正输出端；第二开关管S3的导管端分别连接第二电感L2和第二二极管D2的公共端和恒流模块22的负输入端，控制端连接第二控制电路K2的输出端，第二控制电路K2的输入端连接恒流模块22的负输出端；第二开关管S3的控制端控制第一端和第二端的导通或断开。
第二控制电路K2采样输出电流Io，将采样输出电流Io与设定值比较，依据比较结果控制第二开关管S3的开断，使恒流模块22输出恒定电流。
参见图9，示出本发明LED调光系统第五实施例，恒流模块22包括变压器T1，变压器他原边绕组的异名端连接恒流模块22的正输入端，同名端通过第三开关管S4的第一端和第二端连接恒流模块22的负输入端，第三开关管S4的控制端连接第三控制电路K3的输出端，第三控制电路K3的输出端的输入端连接恒流模块22的负输出端；变压器T1副边绕组的同名端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接恒流模块22的正输出端，异名端连接恒流模块22的负输出端；第三开关管S4的控制端控制第一端和第二端的导通或断开。
第三控制电路K3采样输出电流Io，将采样输出电流Io与设定值比较，依据比较结果控制第三开关管S4的开断，使恒流模块22输出恒定电流。
参见图10，示出本发明LED调光系统第六实施例，恒流模块22包括驱动控制电路K4和调整管S5，驱动控制电路K4的输入端连接恒流模块22的负输入端，输出端连接调整管S5的控制端，调整管S5的第一端和第二端分别连接驱动控制电路K4的输入端和恒流模块22的负输出端；
驱动控制电路K4采样输出电流，将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制调整管S5的阻抗，使恒流模块22输出恒定电流。
本发明通过斩波开关直接以PWM的方式调节LED亮度，后级DC/DC电路不需要专门的调光信号检测电路或控制电路。PWM方波的频率在一个较宽范围都是可行的，斩波开关管的占空比就是后级电路PWM调光的占空比，容易形成行业内的标准化设计。本发明和前沿或后沿交流供电电源相角斩波调光比，电网交流侧电磁兼容性好。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种LED调光系统，其特征在于，包括稳压变换器，所述稳压变换器的输入端连接电源；恒流模块，所述恒流模块的输出端连接一个或多个串联的LED负载；所述稳压变换器的输出端通过开关管与所述恒流模块的输入端连接，所述开关管串联在稳压变换器的输出端和恒流模块的输入端之间，所述开关管由PWM信号控制开断。
2.如权利要求1所述的LED调光系统，其特征在于，所述LED调光系统包括多个并联的恒流模块，所述稳压变换器的输出端通过开关管与各恒流模块的输入端连接。
3.如权利要求1所述的LED调光系统，其特征在于，所述稳压变换器具有功率因数校正功能。
4.如权利要求1所述的LED调光系统，其特征在于，所述稳压变换器的输出电压随LED负载电压的变化而变化。
5.如权利要求1所述的LED调光系统，其特征在于，所述PWM信号的频率范围是100Hz-10000Hz。
6.如权利要求1所述的LED调光系统，其特征在于，所述稳压变换器可为AC-DC变换器或DC-DC变换器。
7.如权利要求1所述的LED调光系统，其特征在于，所述稳压变换器和所述开关管组成集中调光电路，并与各恒流模块分别独立放置。
8.如权利要求1-7任一项所述的LED调光系统，其特征在于，所述恒流模块包括第一开关管，第一开关管的第一端和第二端分别连接恒流模块正输入端和第一电感的一端，第一电感的另一端连接恒流模块正输出端；第一开关管的控制端连接第一控制电路的输出端，第一控制电路在所述恒流模块的输出端采样输出电流；第一二极管的阳极接恒流模块的负输入端和负输出端，第一二极管的阴极连接第一开关管和第一电感的公共端；
第一控制电路将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制第一开关管的开断，使恒流模块输出恒定电流。
9.如权利要求1-7任一项所述的LED调光系统，其特征在于，所述恒流模块的正输入端和正输出端之间串联第二电感和第二二极管，第二二极管的阳极连接第二电感，阴极连接正输出端；第二开关管的第一端和第二端分别连接第二电感和第二二极管的公共端和恒流模块的负输入端，控制端连接第二控制电路的输出端，第二控制电路的输入在所述恒流模块的输出端采样输出电流；第二控制电路将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制第二开关管的开断，使恒流模块输出恒定电流。
10.如权利要求1-7任一项所述的LED调光系统，其特征在于，所述恒流模块包括变压器，变压器原边绕组的异名端连接所述恒流模块的正输入端，同名端通过第三开关管的第一端和第二端连接所述恒流模块的负输入端，第三开关管的控制端连接第三控制电路的输出端，第三控制电路在所述恒流模块的输出端采样输出电流；变压器副边绕组的同名端连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接所述恒流模块的正输出端，异名端连接所述恒流模块的负输出端；
第三控制电路将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制第三开关管的开断，使恒流模块输出恒定电流。
11.如权利要求1-7任一项所述的LED调光系统，其特征在于，所述恒流模块包括驱动控制电路和调整管，所述驱动控制电路的输入端连接所述恒流模块的负输入端，输出端连接调整管的控制端，调整管的第一端和第二端分别连接驱动控制电路的输入端和所述恒流模块的负输出端；
驱动控制电路采样输出电流，将采样输出电流与设定值比较，依据比较结果控制调整管的阻抗，使恒流模块输出恒定电流。
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