CN103096601A - 一种led功率自适应驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED功率自适应驱动器，其包括电源模块、控制芯片、I GBT、光隔电流采样电路、光隔电压采样电路、电流采样电阻和电源输出电路；其中，所述电源模块为控制芯片提供电源，所述控制芯片通过绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块与所述IGBT的栅极相连；所述光隔电流采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电流采样电阻相连；所述电流采样电阻与IGBT的发射极相连；所述电源输出电路的一端通过二极管与输入电源相连，另外一端通过线圈与所述IGBT的集电极相连，所述电源输出电路的两端还通过二极管和电容相连；所述光隔电压采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电源输出电路相连。采用本发明的方案，利用LED的电压钳位特性实现了输出功率自适应。

Description

一种LED功率自适应驱动器
技术领域
本发明涉及LED照明领域，特别涉及一种LED功率自适应驱动器。
背景技术
市面上流行的LED照明驱动器种类繁多，琳琅满目。这些驱动器的共同特点是全硬件设计，需要功率匹配。即当LED功率不同时，驱动器也必须随之改变，不具备通用性，更不具备扩展性，不能与物联网连接实现远距离调光和控制。
目前所存在的采用非隔离式PWM(PulseWidth Modulat ion，脉宽调制）技术的LED照明驱动器，基于纯硬件PWM芯片设计，不用隔离变压器，直流恒流输出。这种驱动器电路过于简单，需要功率匹配，不能自适应，不能与物联网连接，可扩展性差，对LED铝基板绝缘要求高。
目前所存在的采用隔离式PWM技术的LED照明驱动器，基于纯硬件PWM芯片设计，在输入端或输出端用变压器隔离，直流恒流输出。这种驱动器，也需要功率匹配，不能自适应，不能与物联网连接，可扩展性差，对LED铝基板绝缘要求不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有通用性的能够功率自适应的LED驱动器。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种LED功率自适应驱动器，其包括电源模块、控制芯片、IGBT、光隔电流采样电路、光隔电压采样电路、电流采样电阻和电源输出电路；其中，所述电源模块的一端与所述控制芯片连接，所述控制芯片通过绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块与所述IGBT的栅极相连；所述光隔电流采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电流采样电阻相连；所述电流采样电阻与IGBT的发射极相连；所述电源输出电路的一端通过二极管与输入电源相连，另外一端通过线圈与所述IGBT的集电极相连，所述电源输出电路的两端还通过二极管和电容相连；所述光隔电压采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电源输出电路相连。
本发明的LED功率自适应驱动器，其还包括无线通信模块，所述控制芯片与所述无线通信模块相连。
本发明的LED功率自适应驱动器，所述电流采样电路和电压采样电路还包括光电隔离器。
本发明的LED功率自适应驱动器，所述控制芯片是C8051F310单片机。
本发明的LED功率自适应驱动器，所述无线通信模块采用ZigBee技术。
本发明的LED功率自适应驱动器，在启动过程中，在控制芯片和电流采样电路的配合下，检测电流值和计算电流导数，同时在控制芯片和电压采样电路的配合下，检测电压值和计算电压导数，当电流导数大于电压导数时表明电压已经被钳位，此时的电流就是驱动的最佳电流，保持此电流值并恒流输出驱动LED，实现功率自适应。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施例的示意图；
图2为本发明的一个具体实施例中控制芯片和无线通信模块连接的示意图；
图3为本发明的一个具体实施例中所采用的LED的钳位特性示意图；
图4为采用本发明的一个具体实施例的物联网节点间的通信关系示意图。
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，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种LED功率自适应驱动器，其包括电源模块、控制芯片、IGBT、光隔电流采样电路、光隔电压采样电路、电流采样电阻和电源输出电路；其中，所述电源模块的一端与所述控制芯片连接，为控制芯片提供电源，所述控制芯片通过绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块与所述IGBT的栅极相连，以脉冲频率调制(PFW)方式控制IGBT的导通与关断，实现恒流输出；所述光隔电流采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电流采样电阻相连；所述电流采样电阻与IGBT的发射极相连；所述电源输出电路的一端通过二极管与输入电源相连，另外一端通过线圈与所述IGBT的集电极相连，所述电源输出电路的两端还通过二极管和电容相连；所述光隔电压采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电源输出电路相连。
其中，所采用的控制芯片是C8051F310单片机，主回路采用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）输出，输出电压采用光电隔离技术进行测量的，采用PFM调节电流，输出电压范围为0－200V可自动调节，输出电流稳流为0－10A，输出最大功率400W。在启动过程中，在控制芯片和电流采样电路的配合下，检测电流值和计算电流导数，同时在控制芯片和电压采样电路的配合下，检测电压值和计算电压导数，当电流导数大于电压导数时表明电压已经被钳位，此时的电流就是驱动的最佳电流，保持此电流值并恒流输出驱动LED，实现功率自适应。
由于LED本质上是二极管，不管多少个串联多少个并联，当它的正向电压加到额定电压时，再试图提高它的电压是不可能的，此时电流会急剧增加，而电压增加的很少，这就是LED的钳位特性。如图3所示。随着时间的增加，实际上就是PFW中的频率增加，输出电压和电流都在增加，当电压增加到钳位电压时，电压增加开始缓慢，导数下降，而电流增加迅速，导数增加。如图3中，在t1时刻，电压的导数还大于电流的导数，但到了t2时刻，电流的导数就大于电压的导数，说明电压已被钳位，此时的电流就是最佳驱动电流，控制芯片通过软件调节PFW中的频率，保持这个电流，恒流输出，功率自适应成功。
采样靠单片机内部的ADC功能，它提供10位的模数转换器。恒流的实现靠软件控制的PFW实现。每次让IGBT的导通宽度为42μs，固定宽度，当频率增加时，输出电流增加，频率减少时输出电流减少，再与电流采样值配合实现闭环电流调节，恒流驱动LED。
如图2所示，本发明的LED功率自适应驱动器包括无线通信模块，可以与物联网连接，进而实现远程控制和调光，所述通信模块与单片机相连。所述无线通信模块采用ZigBee技术，这是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
每个LED驱动器，即每个节点采用的无线通信模块为SZ05-Zigbee，这种模块采用了加强型的Zigbee模块，集成了Zigbee协议标准的微处理器和射频收发器，具有通信距离远、组网灵活、抗干扰能力强等优点。可实现一点对多点，多点对多点的数据传输。
节点和节点之间不能超过1公里，在每一个区域还要设定中心节点，通信关系如图4所示。中心节点将本区域内的所有信息传送到中心站，中心站服务器与Internet连接，把路灯管理纳入物联网管理。

Claims (5)

1.一种LED功率自适应驱动器，其特征在于，其包括电源模块、控制芯片、IGBT、光隔电流采样电路、光隔电压采样电路、电流采样电阻和电源输出电路；其中，
所述电源模块的一端与所述控制芯片连接，所述控制芯片通过绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块与所述IGBT的栅极相连；所述光隔电流采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电流采样电阻相连；所述电流采样电阻与IGBT的发射极相连；所述电源输出电路的一端通过二极管与输入电源相连，另外一端通过线圈与所述IGBT的集电极相连，所述电源输出电路的两端还通过二极管和电容相连；所述光隔电压采样电路的一端与所述控制芯片连接，另一端与所述电源输出电路相连。
2.根据权利要求1所述的LED功率自适应驱动器，其特征在于，其还包括无线通信模块，所述控制芯片与所述无线通信模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的LED功率自适应驱动器，其特征在于，所述电流采样电路和电压采样电路还包括光电隔离器。
4.根据权利要求1或2所述的LED功率自适应驱动器，其特征在于，所述控制芯片是C8051F310单片机。
5.根据权利要求2所述的LED功率自适应驱动器，其特征在于，所述无线通信模块是ZigBee设备。
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