CN102510634A - 一种led照明电源的管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED照明电源的管理系统，主要是在处理模块上电复位后从存储模块中加载LED亮度、亮灭时段、亮灭方式等参数的设定值作为控制参数，通过对这些控制参数及反馈量（包括采集模块所采集的电网电压、环境亮度、系统温度等参数）的算法处理，得到PWM信号的频率及占空比，进而输出PWM信号，PWM信号经过驱动模块放大后则用于驱动所述开关电源模块中的开关电源，使系统对高亮度LED路灯进行供电，而LED路灯两端的电压大小及流过LED路灯的电流大小则通过反馈模块反馈给处理模块，再由无线模块传输至主控中心，以实现对控制效果的校正，以此来达到采用单芯片，省去专用的恒流芯片进而有效地降低了系统成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率LED灯具数字电源，特别是涉及一种基于DSP单芯片的LED照明电源的管理系统。
背景技术
目前路灯照明所采用光源有白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯等，这些路灯普遍存在不够环保(含有汞、铅、砷等重金属物质对环境有害)、高能耗、短寿命等缺点，所以，伴随着全球性环保意识的增强，在世界各国，尤其是发达国家和地区，绿色照明的应用将越来越普及，这些路灯将逐渐被绿色环保的光源所取代。大功率高亮度电力LED是一种高效、节能、发光寿命长的绿色环保光源，对于保护环境、节约能源、保护人类健康都具有重大意义。
诚如业界所知，高亮度电力LED的亮度是通过调节流过LED的电流来实现，所以对LED路灯的亮度控制一般通过控制LED驱动电路的输出电流来实现。目前，在高亮度LED路灯驱动器领域，国内外应用较广的主要有“采用专用电源芯片”和“采用分立元件的开关电源”两种主要的技术解决方案，而为了“智能化”的需要，通常在这两种方案的基础上加入单片机作为系统管理的主控芯片，所以这两种解决方案可以归结为“系统管理+电源控制”的“传统多芯片技术方案”，但是该技术方案存在使用芯片多、硬件结构复杂的缺点，特别是当需要在一个LED路灯驱动器需要驱动多路高亮度LED串时，上述种缺点尤为突出。
近年来，赛普拉斯半导体公司(Cypress Semiconductor Corporation)宣布推出了集成嵌入式功率控制器的PowerPSoC系列产品，这是业界首款可同时控制和驱动大功率LED的单芯片解决方案，将四路恒流调节器和MOSFET与赛普拉斯的PSoC可编程片上系统集成在一起，组成一款专用的集成芯片，该技术方案虽然提高了系统的集成度，但同时也牺牲了系统硬件设计的灵活性，而当一个驱动器需要驱动大于四路LED串时，这种专用集成芯片的局限性亦将随着驱动路数的增加而越来越明显。
因而，如何解决现有技术中针对“传统方案”中需要使用多颗芯片(主控芯片加多颗电源芯片)、硬件设计复杂以及现有专用集成单芯片技术方案不易扩展硬件的现状，实已成本领域从业者亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED照明电源的管理系统，用于解决现有技术中需要使用多颗芯片(主控芯片加多颗电源芯片)、硬件设计复杂以及现有的专用集成单芯片技术方案不易扩展硬件等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED照明电源的管理系统，用于通过主控中心管理LED路灯的供电作业，所述管理系统至少包括：无线模块，用于发送所述LED路灯的实时反馈信息给所述主控中心以及用于接收所述主控中心依据该实时反馈信息更新的所述LED路灯的控制参数；存储模块，连接所述无线模块，用于接收到所述控制参数后予以存储，以及预存有所述LED路灯的电压及电流基准值；采集模块，用于采集电网电压、环境亮度以及温度参数，并作为所述LED路灯的环境参数输出；反馈模块，用于侦测所述LED路灯的实时工作电压值及电流值；处理模块，连接于所述存储模块、采集模块及反馈模块，用以依据加载的所述LED路灯的控制参数、环境参数以及实时工作电压值及电流值进行PID运算处理，得到PWM信号的频率及占空比并输出该PWM信号，并同时将所述实时工作电压值及电流值和预存的电压及电流基准值进行比对，以生成实时反馈信息给所述无线模块；驱动模块，连接所述处理模块，用以接收到所述PWM信号后进行放大处理后输出；开关电源模块，连接所述驱动模块、反馈模块及所述LED路灯，用以对所述LED路灯的实时工作电压及电流进行采样并传输给所述反馈模块，以及用以接收到所述驱动模块放大后的PWM信号后产生驱动信号以控制所述LED路灯执行点亮、熄灭、亮度调节或色温调节作业。
优选地，所述无线模块为Zigbee模块或GPRS模块。
优选地，所述存储模块为片外E2PROM存储器。
优选地，所述采集模块为包含有光敏元件的电压及温度检测电路。
优选地，所述处理模块还用于将加载的所述LED路灯的环境参数做以及实时工作电压值及电流值进行AD转换处理。具体地，所述处理模块为具有8路PWM输出接口及16路ADC通道的DSP芯片。
优选地，所述驱动模块为运算放大器。
优选地，所述开关电源模块包括用于控制所述LED路灯执行点亮、熄灭、亮度调节或色温调节作业的开关电源以及用于对所述LED路灯的实时工作电压及电流进行采样并传输给所述反馈模块的采样单元。所述开关电源为Buck型开关电源，具体地，所述开关电源为8路非隔离恒流驱动输出的开关电源，所述采样单元为电流反馈电路。
如上所述，本发明的LED照明电源的管理系统，将系统管理及电源控制合二为一，降低了硬件设计的复杂程度，同时又兼顾了驱动输出路数设计的灵活性，可通过改变控制芯片外围的存储器中的内容，实现对LED电流大小、亮灭时段、亮灭模式、环境亮度及系统温度等控制参数的定制，还可通过处理模块的数据接口对系统进行组网管理和远程维护。因而，本发明具有以下有益效果：
本发明的LED照明电源的管理系统采用单芯片，省去专用的恒流芯片，有效地降低了系统成本。
本发明的LED照明电源的管理系统采用非隔离开关电源，没有变压器的漏磁损耗，转换效率高，系统满载时整体效率高达95％。
本发明的LED照明电源的管理系统采用8路非隔离恒流驱动输出，可驱动8串(每串不少于14个)LED，总输出功率不低于100W，具有驱动能力强的优点。
本发明的LED照明电源的管理系统采用高性能DSP作为控制核心，可充分发挥32位实时控制功能的优势，每路LED的电流大小、亮灭方式等均可独立控制。
本发明的LED照明电源的管理系统预留温度、亮度、色温等检测接口，支持串口、12C等数据接口，为系统集成做好了铺垫(如对LED路灯进行Zigbee组网、扩展GPRS模块等)。
附图说明
图1显示为本发明LED照明电源的管理系统的原理框图。
元件标号说明
1 供电电源
2 管理系统
21 无线模块
22 存储模块
23 采集模块
24 反馈模块
25 处理模块
26 驱动模块
27 开关电源模块
271 电源模块
272 采样单元
3 主控中心
4 LED路灯
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1，显示为本发明LED照明电源的管理系统的原理框图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图所示，本发明提供一种LED照明电源的管理系统2，用于通过主控中心3管理LED路灯4的供电作业，于具体的实施方式中，所述主控中心3例如为设置在控制中心的计算机或者服务器，用来通过无线网络管理和监控其辖区内的所有LED路灯4的工作状态。在本实施例中，所述的无线网络例如为GPRS无线网络系统或者基于IEEE 802.15.4协议的无线网络传输系统。所述LED路灯4为多路LED路灯，所述的供电作业为由外部供电电网(即图示中的供电电源1)给各该LED路灯4和本发明的管理系统2提供电力能源。所述LED照明电源的管理系统2至少包括：无线模块21，存储模块22，采集模块23，反馈模块24，处理模块25，驱动模块26，以及开关电源模块27。
所述无线模块21用于发送所述LED路灯4的实时反馈信息给所述主控中心3以及用于接收所述主控中心3依据该实时反馈信息更新的所述LED路灯4的控制参数，以实现主控中心3对所述LED照明电源的管理系统2的组网管理及远程维护。在本实施例中，所述无线模块21为Zigbee模块，相应地，所述处理模块25具有对应该Zigbee模块的接口，即UART口。然，并不局限于此，在另一种实施例中，所述无线模块21为亦可为GPRS模块，当然，所述处理模块25具有对应该GPRS模的相应接口，在此不予赘述。
需要特别说明的是，在本实施例中，所述LED路灯4的控制参数为LED亮度、亮灭时段、亮灭方式等参数。
所述存储模块22连接所述无线模块21，用于接收到所述控制参数后予以存储，所述存储模块22还预存有所述LED路灯4的电压及电流基准值，以在所述处理模块25采集到LED路灯4的实时工作电压值及电流值时，将所述实时工作电压值及电流值和预存的电压及电流基准值进行比对，以生成实时反馈信息给所述无线模块21。在本实施例中，所述存储模块22为片外E2PROM存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)。
所述采集模块23连接所述LED路灯4，用于采集电网电压、环境亮度以及温度参数，并作为所述LED路灯4的环境参数输出，在本实施例中，所述采集模块23为包含有光敏元件的电压及温度检测电路。相应地，所述处理模块25还具有对应该采集模块23的ADC接口，以便将加载的所述LED路灯4的环境参数做AD转换处理。
所述反馈模块24连接所述开关电源模块27，用于侦测所述LED路灯4的实时工作电压值及电流值。在本实施例中，所述反馈模块24通过设置在所述开关电源模块27中的对LED路灯4的实时工作电压及电流进行采样的采样单元完成侦测作业。
所述处理模块25连接于所述存储模块22、采集模块23及反馈模块24，用以依据加载的所述LED路灯4的控制参数、环境参数以及实时工作电压值及电流值进行PID运算处理，得到PWM信号的频率及占空比并输出该PWM信号，并同时将所述实时工作电压值及电流值和预存的电压及电流基准值进行比对，以生成实时反馈信息给所述无线模块21；在本实施例中，所述处理模块25还用于将加载的所述LED路灯4的环境参数做以及实时工作电压值及电流值进行AD转换处理。具体地，所述处理模块25为具有8路PWM输出接口及16路ADC通道的DSP芯片。例如为TMS320F28027芯片，该芯片具有多达8路PWM输出及16通道ADC等外设资源并结合相应的控制算法实现电流的闭环控制。
在本实施例中，所述处理模块25主要进行三个处理任务，即主要负责扩展接口管理、数据加载及采集以及运算处理。其中，扩展接口管理例如为对所述无线模块21、存储模块22、采集模块23、反馈模块24以及驱动模块26的对应接口进行管理，数据加载及采集为负责系统控制参数的读取、更新等维护工作，并将系统控制参数转换为控制算法运算所需要的参考值，运算处理为依据加载的所述LED路灯4的控制参数、环境参数以及实时工作电压值及电流值进行PID运算处理，得到PWM信号的频率及占空比并输出该PWM信号，所述的PID运算处理又分直接计算法和增量算法两种，这里所谓的增量算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差，得到的结果是增量，也就是说，在上一次的控制量的基础上需要增加(负值意味着减少)控制量，例如对于占空比控制的调光系统，就是PWM控制信号占空比还需要增大或减小的量。根据具体的应用适当选择采用哪一种算法，但基本的控制方法、原理是完全一样的，直接计算法得到的是当前需要的控制量，相邻两次控制的差就是增量，在此不予赘述。
所述驱动模块26连接所述处理模块25，用以接收到所述PWM信号后进行放大处理后输出。在本实施例中，所述驱动模块26为运算放大器。
所述开关电源模块27连接所述驱动模块26、反馈模块24及所述LED路灯4，用以对所述LED路灯4的实时工作电压及电流进行采样并传输给所述反馈模块24，以及用以接收到所述驱动模块26放大后的PWM信号后产生驱动信号以控制所述LED路灯4执行点亮、熄灭、亮度调节或色温调节作业。在本实施例中，所述开关电源模块27包括用于控制所述LED路灯4执行点亮、熄灭、亮度调节或色温调节作业的开关电源271以及用于对所述LED路灯4的实时工作电压及电流进行采样并传输给所述反馈模块24的采样单元272。所述开关电源271为Buck型开关电源，具体地，所述开关电源271为8路非隔离恒流驱动输出的开关电源，所述采样单元272为电流反馈电路。
在实际的LED照明电源的管理应用中，为主控芯片的处理模块25上电复位后从为存储模块22的片外存储器中加载LED亮度、亮灭时段、亮灭方式等参数的设定值作为控制参数，通过对这些控制参数及反馈量(包括采集模块23所采集的电网电压、环境亮度、系统温度等参数)的算法处理，得到PWM信号的频率及占空比，进而输出PWM信号，PWM信号经过驱动模块26放大后则用于驱动所述开关电源模块27中的开关电源，使系统对高亮度LED路灯进行供电，而LED路灯两端的电压大小及流过LED路灯的电流大小则通过反馈模块24反馈给处理模块25，再由无线模块21传输至主控中心3，以实现对控制效果的校正。
综上所述，本发明的LED照明电源的管理系统，将系统管理及电源控制合二为一，降低了硬件设计的复杂程度，同时又兼顾了驱动输出路数设计的灵活性，可通过改变控制芯片外围的存储器中的内容，实现对LED电流大小、亮灭时段、亮灭模式、环境亮度及系统温度等控制参数的定制，还可通过处理模块的数据接口对系统进行组网管理和远程维护。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种LED照明电源的管理系统，用于通过主控中心管理LED路灯的供电作业，其特征在于，所述管理系统至少包括：
无线模块，用于发送所述LED路灯的实时反馈信息给所述主控中心以及用于接收所述主控中心依据该实时反馈信息更新的所述LED路灯的控制参数；
存储模块，连接所述无线模块，用于接收到所述控制参数后予以存储，以及预存有所述LED路灯的电压及电流基准值；
采集模块，用于采集电网电压、环境亮度以及温度参数，并作为所述LED路灯的环境参数输出；
反馈模块，用于侦测所述LED路灯的实时工作电压值及电流值；
处理模块，连接于所述存储模块、采集模块及反馈模块，用以依据加载的所述LED路灯的控制参数、环境参数以及实时工作电压值及电流值进行PID运算处理，得到PWM信号的频率及占空比并输出该PWM信号，并同时将所述实时工作电压值及电流值和预存的电压及电流基准值进行比对，以生成实时反馈信息给所述无线模块；
驱动模块，连接所述处理模块，用以接收到所述PWM信号后进行放大处理后输出；
开关电源模块，连接所述驱动模块、反馈模块及所述LED路灯，用以对所述LED路灯的实时工作电压及电流进行采样并传输给所述反馈模块，以及用以接收到所述驱动模块放大后的PWM信号后产生驱动信号以控制所述LED路灯执行点亮、熄灭、亮度调节或色温调节作业。
2.根据权利要求1所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述无线模块为Zigbee模块或GPRS模块。
3.根据权利要求1所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述存储模块为片外E2PROM存储器。
4.根据权利要求1所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述采集模块为包含有光敏元件的电压及温度检测电路。
5.根据权利要求1所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述处理模块还用于将加载的所述LED路灯的环境参数做以及实时工作电压值及电流值进行AD转换处理。
6.根据权利要求5所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述处理模块为具有8路PWM输出接口及16路ADC通道的DSP芯片。
7.根据权利要求1所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述驱动模块为运算放大器。
8.根据权利要求1所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述开关电源模块包括用于控制所述LED路灯执行点亮、熄灭、亮度调节或色温调节作业的开关电源以及用于对所述LED路灯的实时工作电压及电流进行采样并传输给所述反馈模块的采样单元。
9.根据权利要求8所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述开关电源为Buck型开关电源，所述采样单元为电流反馈电路。
10.根据权利要求9所述的LED照明电源的管理系统，其特征在于：所述开关电源为8路非隔离恒流驱动输出的开关电源。
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