CN102438365B

CN102438365B - 一种程控scr大功率led高效电源电路

Info

Publication number: CN102438365B
Application number: CN201110318764.1A
Authority: CN
Inventors: 俞竹青; 蔡洁
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Shandong Yikai Electrical Equipment Co., Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102438365A

Abstract

本发明公开一种程控SCR大功率LED高效电源电路，该电路包括可控硅SCR整流滤波电路、PWM驱动电路、大功率LED电路、可控硅SCR触发信号光隔电路、PWM信号光隔电路、电流采样电路、过零检测电路和单片机控制电路，过零检测电路检测市电交流AC的过零点，并送入单片机作为可控硅SCR触发的参考时间点；电流采样电路检测大功率LED的驱动电流，并送入单片机进行A/D转换，单片机控制电路判断大功率LED电流与设定值的关系，进而可控硅SCR当前触发时间的基础上提前或延迟一个微小增量发出可控硅SCR的触发指令，从而增加或减小大功率LED电路两端的电压，稳定大功率LED电路电流；并根据大功率LED电路的驱动电流适时调整PWM控制信号的占空比，实现稳定大功率LED电路电流。

Description

一种程控SCR大功率LED高效电源电路

技术领域

本发明涉及照明驱动技术，尤其涉及一种程控SCR方式对大功率LED的非隔离高效驱动电源电路。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)是一种节能、长寿命、环保型的新光源，随着LED光源技术的快速发展及生产成本的下降，其在照明领域的使用比例逐渐加大。如果用LED照明光源取代目前传统照明光源数量的50％，每年我国节省的电量就相当于一个三峡电站发电量的总和，其节能效益十分可观。LED光源在照明市场的前景已令全球瞩目，它正在给照明领域带来一场全新的绿色革命。

额定电流为几十毫安的LED称为小功率LED，额定电流大于300mA的LED称为大功率LED。目前，大功率LED已经成熟并应用与各个场所，并随着技术的进步，高效的大功率LED将逐步取代白炽灯、荧光灯、节能灯等传统光源，成为照明的主流光源。

大功率LED为低压驱动，对其而言，市电是高电压，这就需要一个降压过程，目前主要的降压方式有工频变压器降压、高频变压器降压、电容降压、电阻降压和固定触发可控硅SCR降压五种方式。在大功率LED驱动电路中，工频变压器降压和高频变压器降压属于隔离驱动方式，因为有变压器的存在，驱动效率较低；电容降压方式不能提供大的驱动电流，因此不适用于大功率LED驱动；电阻降压方式因为电阻本身就消耗能量，因此驱动效率较低；固定触发可控硅SCR降压方式虽然是非隔离驱动方式，但因目前可控硅的触发时间都是在出厂是通过电位器调整后固定下来，因此适应负载变化的能力很差，还需要后续的二次降压调节，降低了驱动效率。

发明内容

本发明的目的是针对大功率LED，提出一种程控可控硅SCR触发的降压方式来达到非隔离高效率大功率LED驱动电路，该驱动电路可以稳定大功率LED电路的电流。

本发明采用的技术方案是：一种程控SCR大功率LED驱动电路，包括可控硅SCR整流滤波电路、PWM驱动电路、大功率LED电路、电流采样电路、PWM信号光隔电路、可控硅SCR触发信号光隔电路、过零检测电路和单片机控制电路；

所述过零检测电路的输入连接到交流电源AC，输出与所述单片机控制电路的中断信号相连，其用于检测交流电源AC的过零点，并触发控制信号的产生；

所述可控硅SCR整流滤波电路输入连接到交流电源AC，输出连接到所述PWM驱动电路，其用于将交流电整流为直流电；

所述PWM驱动电路的输入连接到所述可控硅SCR整流滤波电路，输出连接到大功率LED电路，其用于驱动大功率LED；

所述电流采样电路的输入连接到所述PWM驱动电路，输出连接到所述单片机控制电路，用于采样驱动控制电路的电流；

所述单片机控制电路的一输出端通过所述SCR触发信号光隔电路与所述可控硅SCR整流滤波电路相连，用于对所述可控硅SCR整流滤波电路的发送触发指令；另一输出端通过所述PWM信号光隔电路与所述PWM驱动电路相连，用于调整PWM控制信号的占空比。

所述单片机控制电路内部设有比较模块，用于比较采样电流与设定值，并据此调整可控硅SCR的触发指令的发送时间。

进一步，所述可控硅SCR整流滤波电路的二极管D2和二极管D3的正极相连并接地，所述二极管D2的负极与可控硅SCR1的正极相连，所述二极管D3的负极分别与可控硅SCR2的正极相连，交流电源AC接入所述二极管与可控硅之间；所述可控硅SCR1和可控硅SCR2的负极相连后，一路接入直流电源，另一路与电容C8并联后与所述PWM驱动电路2相连；所述可控硅SCR1和可控硅SCR2的控制极相连后，经电阻R11、电阻R12后接入所述直流电源，所述电阻R11和电阻R12之间引出触发信号线与所述SCR触发信号光隔电路6的输出相连。

进一步，所述PWM驱动电路的输入分别与大功率LED电路的正极、电容C9和二极管D4的负极相连，所述电容C9的另一端串联电感L1后与所述二极管D4的正极并联后串联场效应管T1和采样电阻R14后接地；所述电容C9和电感L1之间引出线与所述大功率LED电路的负极相连；所述场效应管T1的栅极经电阻R13后与所述PWM信号光隔电路5的输出相连；所述场效应管T1与采样电阻R14之间的引出线与所述电流采样电路4的输入连接。

本发明的有益效果是：单片机实时采集大功率LED的电流，并据此调整可控硅SCR的触发时间改变大功率LED两端电压，以提高大功率LED驱动效率，同时辅助调整PWM占空比，共同达到实时调整大功率LED电流为恒流的目的，也就是保证了大功率LED高效、稳定、可靠工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1程控SCR大功率LED驱动电路框图；

图2过零检测电路；

图3单片机控制电路；

图4 可控硅SCR触发信号光隔电路；

图5 PWM信号光隔电路；

图6 SCR整流滤波电路和PWM驱动电路；

图7电流采样电路；

图中：1. 可控硅SCR整流滤波电路；2. PWM驱动电路；3. 大功率LED电路；4. 电流采样电路；5. PWM信号光隔电路；6. 可控硅SCR触发信号光隔电路；7. 过零检测电路；8. 单片机控制电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1是本发明的程控SCR大功率LED高效驱动电源电路实施例电路组成框图，其中包括全桥可控硅SCR整流滤波电路1、PWM驱动电路2、大功率LED电路3、电流采样电路4、PWM信号光隔电路5、可控硅SCR触发信号光隔电路6、过零检测电路7、单片机控制电路8。全桥可控硅SCR整流滤波电路1与 PWM驱动电路2和可控硅SCR触发信号光隔电路6分别相连，PWM驱动电路2与大功率LED电路3和PWM信号光隔电路5、电流采样电路4分别相连，单片机控制电路8分别与电流采样电路4、PWM信号光隔电路5、可控硅SCR触发信号光隔电路6、过零检测电路7相连。

图2是过零检测电路7,由二极管D1、稳压管W1、三极管Q1、光耦U5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、独立电源+V2构成；市电交流电一端定义为AC，另一端定义为ACGND，当AC为正电压时，经过二极管D1、限流电阻R6、电阻R8、三极管Q1基极，三极管Q1导通，光耦内LED有电流流过发光，光耦内光敏三极管导通，PD0点呈低电平；当AC为负电压时，由于二极管D1的存在，三极管Q1基极没有偏置电压因而三极管Q1不导通，光耦U5内LED没有电流流过不发光，光耦U5内光敏三极管不导通，PD0点呈高电平。当PD0点由高电平变为低电平时，正好是交流AC从负越过零点变为正的时刻，从而成为可控硅SCR触发的时间开始点。PD0点与单片机的外部中断INT0相连以便单片机中断定时。

图3是单片机控制电路，由单片机U1（ATMEGA128）、晶振Y1、电阻R1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4构成。单片机U1的外部中断脚INT0检测市电AC的过零点，并以此作为可控硅SCR触发信号的开始时间；单片机U1的ADC1脚检测大功率LED电流信号，当大功率LED电流过大时，将在当前触发时间的基础上延迟一个微小增量时间从PA1脚发出可控硅SCR触发信号；反之，当大功率LED电流过小时，将在当前触发时间的基础上提前一个微小增量时间从PA1脚发出可控硅SCR触发信号，从而调节大功率LED电流；同时辅助微调节PWM占空比并从脚PB6输出PWM驱动电路2的PWM控制信号，以精确控制大功率LED的电流。

图4是可控硅SCR触发信号光隔电路，由三极管Q3、电阻R15、电阻R16、光耦U6和独立电源+V3构成。单片机U1发出的SCR触发信号经三极管Q3、电阻R15、电阻R16点亮光耦U6中的发光二极管，光耦U6中的光敏三极管通过独立电源+V3和全桥可控硅SCR整流滤波电路1中的电阻R11触发可控硅SCR1、可控硅SCR2导通与截止，从而完成可控硅SCR1、可控硅SCR2的程控触发。

图5 PWM信号光隔电路，由三极管Q2、电阻R17、电阻R18、光耦U7和独立电源+V4构成，单片机U1发出的PWM信号经三极管Q2和电阻R17、电阻R18点亮光耦U7中的发光二极管，光耦U7中的光敏三极管通过独立电源+V4和PWM驱动电路2中的电阻R13触发场效应管T1导通与截止，从而完成PWM驱动。

图6是可控硅SCR整流滤波电路和PWM驱动电路，全桥可控硅SCR整流滤波电路1由二极管D2、二极管D3、可控硅SCR1、可控硅SCR2，电容C8，电阻R11、电阻R12和独立电源（+V3、GND3）构成。二极管D2和二极管D3的正极相连并接地，二极管D2的负极与可控硅SCR1的正极相连，二极管D3的负极分别与可控硅SCR2的正极相连，交流电源AC接入所述二极管与可控硅之间；可控硅SCR1和可控硅SCR2的负极相连后，一路接入独立电源（+V3、GND3），另一路与电容C8并联后与PWM驱动电路2输入端相连；可控硅SCR1和可控硅SCR2的控制极相连后，经电阻R11、电阻R12后接入独立电源（+V3、GND3），所述电阻R11和电阻R12之间引出触发信号线与SCR触发信号光隔电路6的输出相连。PWM驱动电路2的输入分别与大功率LED电路的正极、电容C9和二极管D4的负极相连，电容C9的另一端串联电感L1后与所述二极管D4的正极并联后串联场效应管T1和采样电阻R14后接地；电容C9和电感L1之间引出线与所述大功率LED电路的负极相连；场效应管T1的栅极经电阻R13后与所述PWM信号光隔电路5的输出相连；场效应管T1与采样电阻R14之间的引出线与所述电流采样电路4的输入连接。

图7是电流采样电路，由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C5、电容C6、电容C7、运算放大器U2（LM324）、线性光耦U3（HCNR201）、运算放大器U4（LM324）构成。PWM驱动电路2中采样电阻R14上的采样电压Ui经电阻R2、电容C5组成的滤波电路滤波，再经运算放大器U2、线性光耦U3、运算放大器U4组成的典型线性光耦电路后，送入单片机控制电路8的A/D转换器通道ADC1，完成大功率LED电流信号的传输工作。

该驱动电路的工作过程为：过零检测电路7检测市电交流AC的过零点，并送入单片机控制电路8作为可控硅SCR触发的参考时间点；电流采样电路4检测流过大功率LED电路3的驱动电流，并送入单片机控制电路8进行A/D转换，当单片机控制电路8判断大功率LED电路3电流小于设定值时，单片机控制电路8则在可控硅SCR当前触发时间的基础上提前一个微小增量发出可控硅SCR的触发指令，并经可控硅SCR的触发信号隔离电路6触发可控硅SCR，从而增加大功率LED电路3两端的电压，达到增加大功率LED电路3电流的目的；相反，当单片机控制电路8判断大功率LED电路3电流大于设定值时，单片机控制电路8则在可控硅SCR当前触发时间的基础上滞后一个微小增量发出可控硅SCR的触发指令，并经可控硅SCR的触发信号隔离电路6触发可控硅SCR，从而减小大功率LED电路3两端的电压，达到减小大功率LED电路3电流的目的；单片机控制电路8同时根据大功率LED电路3的驱动电流适时调整PWM控制信号的占空比，并经PWM信号光隔电路5控制PWM驱动电路2以辅助达到改变大功率LED电路3电流的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种程控SCR大功率LED高效电源电路，包括可控硅SCR整流滤波电路（1）、PWM驱动电路（2）、大功率LED电路（3）、电流采样电路（4）、PWM信号光隔电路（5）、可控硅SCR触发信号光隔电路（6）、过零检测电路（7）和单片机控制电路（8）；其特征在于：

所述过零检测电路（7）的输入连接到交流电源AC，输出与所述单片机控制电路（8）的中断信号相连，其用于检测交流电源AC的过零点，并触发控制信号的产生；

所述可控硅SCR整流滤波电路（1）输入连接到交流电源AC，输出连接到所述PWM驱动电路（2），其用于将交流电整流为直流电；

所述PWM驱动电路（2）的输入连接到所述可控硅SCR整流滤波电路（1），输出连接到大功率LED电路，其用于驱动大功率LED；

所述电流采样电路（4）的输入连接到所述PWM驱动电路（2），输出连接到所述单片机控制电路（8），用于采样驱动控制电路的电流；

所述单片机控制电路（8）的一输出端通过所述SCR触发信号光隔电路（6）与所述可控硅SCR整流滤波电路（1）相连，用于对所述可控硅SCR整流滤波电路（1）的发送触发指令；另一输出端通过所述PWM信号光隔电路（5）与所述PWM驱动电路（2）相连，用于调整PWM控制信号的占空比；

所述可控硅SCR整流滤波电路（1）的二极管D2和二极管D3的正极相连并接地，所述二极管D2的负极与可控硅SCR1的正极相连，所述二极管D3的负极分别与可控硅SCR2的正极相连，交流电源AC接入所述二极管D2与可控硅SCR1之间；所述可控硅SCR1和可控硅SCR2的负极相连后，一路接入直流电源，另一路与电容C8并联后与所述PWM驱动电路（2）相连；所述可控硅SCR1和可控硅SCR2的控制极相连后，经电阻R11、电阻R12后接入所述直流电源，所述电阻R11和电阻R12之间引出触发信号线与所述SCR触发信号光隔电路（6）的输出相连。

2.根据权利要求1所述的一种程控SCR大功率LED高效电源电路，其特征在于：所述单片机控制电路（8）内部设有比较模块，用于比较采样电流与设定值，并据此调整可控硅SCR的触发指令的发送时间。

3.根据权利要求1所述的一种程控SCR大功率LED高效电源电路，其特征在于：所述PWM驱动电路（2）的输入分别与大功率LED电路的正极、电容C9的正极和二极管D4的负极相连，所述电容C9的负极串联电感L1后与所述二极管D4的正极并联后串联场效应管T1和采样电阻R14后接地；所述电容C9和电感L1之间引出线与所述大功率LED电路的负极相连；所述场效应管T1的栅极经电阻R13后与所述PWM信号光隔电路（5）的输出相连；所述场效应管T1与采样电阻R14之间的引出线与所述电流采样电路（4）的输入连接。