CN102685989A - 高压直流集中供电led恒流源pwm调光方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高压直流集中供电LED恒流源PWM调光方法及电路。调光电路包括直流供电电源模块和N个恒流调光模块，所述恒流调光模块包括开关稳压控制电路、供电电路、开关降压电路、恒流反馈电路和PWM调光电路。调光方法通过开关稳压控制电路保持采样电阻的端电压恒定，实现LED负载的恒流；用PWM信号控制开关稳压控制电路的使能端，通过调节PWM波占空比的方式改变一个周期内流过LED灯的平均电流值，从而改变LED灯亮度。此外，供电电路通过输入电压启动和输出电压供电两个部分，解决了输入高压与开关稳压控制电路耐压的匹配问题。本发明结构简单，调节方便且无光照色差，保证了LED的发光稳定和长寿命。

Description

高压直流集中供电LED恒流源PWM调光方法及电路
技术领域
本发明属于半导体照明应用领域，涉及一种高压直流集中供电LED恒流源的PWM调光方法。
背景技术
LED以其效率高、功耗低、节能环保及使用寿命长等优点，已经日益受到世界各国的重视，越来越广泛地应用于各种照明场合，有望在不久的将来取代白炽灯、荧光灯等传统照明灯具。
LED灯的光通量与通过LED的正向电流成正比，在低发光亮度时，流过LED灯的电流会减小，发光效率会提高，因此在LED照明中加入调光功能，节能效果更加明显，应用前景非常广阔。
线性调光通过线性调节采样电压参考值或者调节采样电阻的阻值，进而改变流过LED的电流值大小，实现调光，如中国专利文献CN201805598U所述。这种调光方式的缺点是LED灯颜色稳定性不好，因为LED灯的显色与电流大小有关。此外，由于采样电压参考值一般会设置得比较低，导致线性调光方式下的抗干扰能力较差，会产生闪烁。此外，对集中供电系统，调节输入电压或电流的线性调光方式只能实现各个LED灯的统一调光，对各个LED灯的分别调光，如果通过改变采样电阻值的机械调光方法会比较麻烦，工作量比较大，而且准确度不高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，无需改变硬件电路电阻值，提供高压直流集中供电LED恒流源PWM调光方法及电路。本发明在LED调光稳定时流过恒定电流，确保LED发光稳定，保证LED长寿命，通过调节PWM的占空比改变一个周期内流过LED灯的平均电流值，从而实现对LED灯的调光功能，由于LED灯上有电流通过时，流过的电流是额定电流，所以不会产生光照色差。这种PWM调光方式直接控制开关稳压芯片的使能，实现方式简单，对100V到800V的高压集中直流供电系统更加适用。
本发明通过如下技术方案实现：高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路，包括直流供电电源模块和分别与直流供电电源模块连接的N个恒流调光模块，每个恒流调光模块的输出端用于连接负载，所述N个恒流调光模块的结构相同但其中各元件的参数由负载确定，其输入端与直流供电电源模块的正输出端相连，直流供电电源模块的负输出端接地。
上述恒流调光模块包括开关稳压控制电路、供电电路、开关降压电路、恒流反馈电路和调光电路。所述供电电路包括第二二极管D2、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接在直流供电电源模块A的正输出端和开关稳压控制电路的供电电压端口VCC之间，第二二极管D2的阴极经第二电阻R2与开关稳压控制电路的供电电压端口VCC连接，其阳极与LED负载的阳极相连。所述开关降压电路包括开关管Q、电感L和第一二极管D1，开关管Q的门极与开关稳压控制电路的驱动端PG相连，其漏极与直流供电电源模块的正输出端相连，其源极经电感L与LED负载的阳极相连，第一二极管D1的阴极也与开关管Q的源极相连，其阳极接地。所述恒流反馈电路的采样电阻R3一端与开关稳压控制电路的反馈端FB相连，另一端接地。所述调光电路中第三二极管D3的阴极与开关稳压控制电路的使能端EN相连，其阳极接用来调光的PWM波。
上述开关稳压控制电路包括一个开关稳压芯片及其简单的外围电路，通过反馈端口FB的电压与内部参考电压相比较，在驱动端PG输出开关管所需驱动信号，实现稳定反馈电压的目的。
高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路的调光方法，通过开关稳压控制电路保持恒流反馈电路（采样电阻R3）的端电压恒定，实现与采样电阻R3串联的LED负载的恒流。通过在开关稳压控制电路的使能控制端EN端输入PWM信号，使芯片间断性工作，以改变单个周期内LED灯的电流平均值，从而改变LED灯亮度，不同占空比的PWM波对应不同的输出电流平均值，即不同的LED灯亮度。
用来调光的PWM波根据开关稳压控制电路使能端EN的参数要求来设置高低电平大小，该PWM波的频率应比开关稳压控制电路的开关频率小一个数量级以上，并且大于人眼最大识别频率200Hz。PWM波的高低电平直接控制开关稳压控制电路的工作开关状态，从而控制着LED供电电流的开关状态，改变了LED供电电流的平均值，因此可以通过改变PWM波的占空比来改变LED灯的电流平均值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明无需调节硬件电路电阻值和输入电压大小，实现方式简单，调节方便且无光照色差，还能保证调光后LED电流恒定，保证了LED的发光稳定和长寿命，而且适合于100V到800V高压的集中直流供电系统应用，便于系统的控制多个LED灯的亮度，而且控制方式灵活，方便结合通信系统按程序自动调光。此外，供电电路通过输入电压启动和输出电压供电两个部分，解决了输入高压与开关稳压控制电路耐压的匹配问题。 
附图说明
图1是高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路框图。
图2为基于IRS2541开关稳压芯片的直流供电LED恒流调光电路图。
图3为本发明实施方式中的无PWM信号输入时的输入、输出电压及输出电流波形图。
图4为本发明实施方式中的有PWM信号输入时的输入PWM和输出电流波形图。
具体实施方案
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述，但本发明的实施和保护不限于此。
高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路框图如图1所示，其中包括直流供电电源模块和分别与直流供电电源模块连接的N个恒流调光模块（N≥1），每个恒流调光模块的输出端用于连接负载，恒流调光模块的输入端均与直流供电电源模块的正输出端相连，直流供电电源模块的负输出端接地。N个恒流调光模块的结构相同但其中各元件的参数由负载确定，在确定负载大小后，选择符合负载要求的恒流控制芯片，然后根据芯片和负载的参数确定图中电阻（R1、R2、R3），电感L的值，以及二极管（D1、D2、D3）和功率开关管Q的型号。根据ILED=VFB/R3计算采样电阻R3，其中ILED为负载所需的恒流值，VFB为芯片内部反馈电压的给定标准值；第一电阻R1为芯片启动时的限流电阻，根据芯片启动电压与输入电压最大值求得，，其中VCC为芯片启动电压，P1为第一电阻R1的额定功率；芯片启动之后正常工作时，芯片的供电转由输出电压提供，第二电阻R2用来给输出电压供电电路限流，根据芯片启动电压与输出电压最大值求得，，其中P2为第二电阻R2的额定功率。二极管（D1、D2、D3）和功率开关管Q根据它们各自在电路中的最大耐压、耐流值来选取。图1中的开关稳压器由芯片及其外围电路构成。
如图2所示电路是该调光方法基于IRS2541开关稳压芯片的恒流调光电路图。IRS2541是一种能够最高耐受600V高压的开关稳压芯片。本方案根据图2所示电路图实施。电路中包括芯片IRS2541，电阻（R1~R9）、电容（C1~C6）、二极管（D1~D4）、稳压管（D5和D6）、电感L及功率开关管Q，它们的连接如图2所示。
本实例电路的基本参数如下：
输入电压：VIN=311VDC（220VAC的整流值）；
负载：12个（1W，350Ma）LED串联。
芯片内部的反馈电压基准VIFBTH为500mV。根据负载所需电流值350mA，采样电阻R3的值可由下式求得：
                                                                          （1）
本实例在无PWM信号输入时的实验输入、输出电压及输出电流波形如图3所示，<1>为输入电压信号，<2>为输出电流信号，<3>为输出电压信号。通过实验波形可以验证，当输入电压约为310V时，输出电流始终保持在350mA大小附近，对高输入直流电压的恒流变换，可以保证LED灯的正常工作。图4为调光实验波形，<1>为输入的PWM调光信号，<2>为输出电流波形，该图验证了电路的调光能力，PWM波高电平时，芯片封锁，输出电流为0，PWM波至零时，输出电流为正常供电时的350mA额定电流。

Claims (5)

1.高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路，其特征在于包括直流供电电源模块（A）和分别与直流供电电源模块（A）连接的N个恒流调光模块（B1~Bn），每个恒流调光模块的输出端用于连接负载，所述N个恒流调光模块（B1~Bn）的结构相同但其中各元件的参数由负载确定，其输入端与直流供电电源模块（A）的正输出端相连，直流供电电源模块（A）的负输出端接地;所述恒流调光模块包括开关稳压控制电路（1）和分别与开关稳压控制电路（1）连接的供电电路（2）、开关降压电路（3）、恒流反馈电路（4）和调光电路（5）。
2.如权利要求1所述的高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路，其特征在于所述供电电路（2）包括第二二极管（D2）、第一电阻（R1）和第二电阻（R2），第一电阻（R1）连接在直流供电电源模块（A）的正输出端和开关稳压控制电路（1）的供电电压端口VCC之间；第二二极管（D2）的阴极经第二电阻（R2）与开关稳压控制电路（1）的供电电压端口VCC连接，其阳极与LED负载的阳极相连；所述开关降压电路（3）包括开关管（Q）、电感（L）和第一二极管（D1）；开关管（Q）的门极与开关稳压控制电路（1）的驱动端PG相连，其漏极与直流供电电源模块（A）的正输出端相连，其源极经电感（L）与LED负载的阳极相连；第一二极管（D1）的阴极也与开关管（Q）的源极相连，其阳极接地；所述恒流反馈电路（4）包括采样电阻（R3），采样电阻（R3）一端与开关稳压控制电路（1）的反馈端FB相连，另一端接地；所述调光电路（5）中第三二极管（D3）的阴极与开关稳压控制电路（1）的使能端EN相连，其阳极接用来调光的PWM波。
3.如权利要求2所述的高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路，其特征在于开关稳压控制电路（1）包括一个开关稳压芯片及其外围电路，通过反馈端口FB的电压与芯片内部参考电压相比较，在驱动端PG输出开关管所需驱动信号，实现稳定反馈电压的目的。
4.权利要求1~3任一项所述的高压直流集中供电LED恒流源PWM调光电路的调光方法，其特征在于通过开关稳压控制电路（1）保持恒流反馈电路（4）的端电压恒定，实现与恒流反馈电路（4）串联的LED负载（C1~Cn）的恒流；通过在开关稳压控制电路（1）的使能控制端EN端输入PWM信号，使开关稳压控制电路（1）中的开关稳压芯片间断性工作，以改变单个周期内LED灯的电流平均值，从而改变LED灯亮度，不同占空比的PWM波对应不同的输出电流平均值，即不同的LED灯亮度。
5.如权利要求4所述的调光方法，其特征在于用来调光的PWM波根据开关稳压控制电路（1）使能端EN的参数要求来设置高低电平大小，该PWM波的频率比开关稳压控制电路（1）的开关频率小一个数量级以上，并且大于人眼最大识别频率200Hz，PWM波的高低电平直接控制开关稳压控制电路（1）的工作开关状态，从而控制着LED供电电流的开关状态，改变了LED供电电流的平均值，因此通过改变PWM波的占空比来改变LED灯的电流平均值。
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