CN103139990A - 一种可调光led驱动电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调光LED驱动电源，旨在提高驱动电源的调光的精确度以及抗电磁干扰能力。其包括与电网连接的PFC模块，用于提高输出电源的功率因数，并将电源分别输至DC/DC模块与辅助电源；DC/DC模块，将电流转换成直流；调光电路，调整LED灯亮度；采样模块，将输出电压采样信号输入至调光电路；单片机，接受控制中心发送的调光指令并输入PWM信号至调光电路；辅助电源，将PFC模块提供的电源供应至单片机；其中，所述调光电路包括将PWM信号转换为线性调光电压的D/A转换电路以及对调光电压和采样电压进行比较的运算放大器。

Description

一种可调光LED驱动电源
技术领域
本发明涉及LED照明领域，具体涉及一种可调光LED驱动电源，尤其适用于公共照明系统。
背景技术
LED作为新型高效的固体光源，具有环保、节能、寿命长、体积小等优点，被广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。其中，应用于公共照明的LED灯比现有光源的寿命提升5倍及以上，且充分解决了现有灯管含汞的环保问题，另外LED灯发光效率高、购买成本低，这些优势使LED灯逐渐成为公共照明的主流。
由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，在应用过程中需要对其工作状态进行稳定和保护，因而目前应用于公共照明的LED灯常使用恒流电源驱动。为了更好地发挥LED照明的节能优点，在LED恒流电源中加入调光功能已是大势所趋。如今用于LED调光的方式主要有两种，PWM（脉冲宽度调制）调光和模拟调光。PWM调光是使用开关电路以相对人眼识别力来说足够高的频率工作，使用PWM设置周期和占空度来改变光输出的平均值；模拟调光是通过改变电源输出电流的幅值以改变LED的光输出。PWM调光和模拟调光各有优缺点，PWM调光精度高，但会引入潜在的电磁干扰频率，为了降低噪声和辐射的影响，照明系统的调光频率一般要求几万赫兹，大幅度地缩小了LED驱动电源的调光范围；而模拟调光的LED驱动电源虽然不会引入潜在的电磁干扰频率，但需要使用串联电阻来辨别电流，电流通过折衷低能耗损失和高音噪比选定辨别电压，这使LED驱动电源中的允许误差、偏移和延迟造成一个相对固定的误差，从而降低了输出电流的精度。鉴于以上两种调光方式的特点，寻找一种最适用的可调光LED驱动电源，应用于路灯、隧道灯等公共照明系统一直是本行业迫切需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种可精确调光、不受电磁干扰影响的可调光LED驱动电源。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可调光LED驱动电源，包括与电网连接的PFC模块，用于提高输出电源的功率因数，并将电源分别输至DC/DC模块与辅助电源；DC/DC模块，将电流转换成直流；调光电路，调整LED灯亮度；采样模块，将输出电压采样信号输入至调光电路；单片机，接受控制中心发送的调光指令并输入PWM信号至调光电路；辅助电源，将PFC模块提供的电源供应至单片机；其中，所述调光电路包括将PWM信号转换为线性调光电压的D/A转换电路以及对调光电压和采样电压进行比较的运算放大器。
本发明通过D/A转换电路将PWM调光中的PWM调光信号转换为线性电压以降低电磁干扰的影响，并利用运算放大器对D/A转换电路输入的调光电压和采样模块输入的采样电压进行高精度运算比较，达到精确控制输出电流，准确调光的目的。
进一步地，调光电路还包括一个光耦合器，光耦合器与运算放大器的输出端相连用以接受运算放大器传送的逻辑电平，并与DC/DC模块的输入端连接以通过调制自身功率控制DC/DC模块的输出电流。
具体的，PFC模块为主动式PFC模块，以提高功率因数并提供单片机工作的辅助电源电力的来源。
具体的，D/A转换电路的输出端与运算放大器的同相端相连。
更具体的，D/A转换电路包括由三个电阻组成的分压网络，还包括一个控制分压网络的开关管，开关管的导通时间由单片机传输的PWM信号控制，开关管接受所述单片机传输的PWM调光信号并根据PWM调光信号执行导通周期。
具体的，采样模块至少包括一个采样电阻，采样电阻可将转化的采样电压输入至运算放大器的反相端。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过D/A转换电路将PWM调光中的PWM信号转换为线性电压以降低电磁干扰的影响，并利用运算放大器对D/A转换电路输入的调光电压和采样模块输入的采样电压进行高精度运算比较，达到精确控制输出电流，准确调光的目的。
（2）调光电路中利用光耦合器，使输入端与输出端的信号有良好的绝缘作用，进一步增强了本发明可调光LED驱动电源的抗干扰能力。
（3）本发明采用的主动式PFC模块提高了功率因数并提供单片机工作的辅助电源电力的来源。
附图说明
图1为本发明一种可调光LED驱动电源实施例的原理框图。
图2为本发明调光电路实施例的电路原理图。
图3为本发明D/A转换电路波形示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种可调光LED驱动电源，包括与电网连接的PFC模块，用于提高输出电源的功率因数，并将电源分别输至DC/DC模块与辅助电源；DC/DC模块，将电流转换成直流；调光电路，调整LED灯亮度；采样模块，将输出电压采样信号输入至调光电路；单片机，接受控制中心发送的调光指令并输入PWM信号至调光电路；辅助电源，将PFC模块提供的电源供应至单片机；其中，所述调光电路包括将PWM信号转换为线性调光电压的D/A转换电路以及对调光电压和采样电压进行比较的运算放大器。
如图1、图2所示，调光电路包括运算放大器、从PWM调光信号输入端到运算放大器同相端的D/A转换电路以及光耦合器。运算放大器同相端与D/A转换电路连接，运算放大器反相端通过电阻R5与采样电阻RS连接，可接受采样电阻RS转化的采样电压，光耦合器与运算放大器的输出端相连用以接受运算放大器传送的逻辑电平并与DC/DC模块的输入端连接以通过调制自身功率控制DC/DC模块的输出电流。运算放大器用于对调光电压和采样电压进行比较，D/A转换电路的作用是将PWM调光信号转换为线性调光电压，以降低电磁干扰的影响。D/A转换电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3，电阻R1、电阻R2、电阻R3组成分压网络，开关管Q1控制电阻R1、电阻R2、电阻R3组成的分压网络，其中，开关管Q1的导通时间由单片机传输的PWM信号控制，开关管Q1接受单片机传输的PWM调光信号并根据PWM调光信号执行导通周期。
本发明可调光LED驱动电源的主要工作原理如下：
单片机通过发送的PWM调光信号控制开关管Q1的导通时间，从而利用开关管Q1控制电阻R1、电阻R2、电阻R3组成的分压网络上的电压，也即调光电压、运算放大器同相端的电压，调光电压与C1上的电压相等。当LED的电流通过采样电阻RS转换为采样电压VS,输入至运算放大器反相端，运算放大器同相端的调光电压和运算放大器反相端的取样电压经过运算放大器比较后输出逻辑电平，通过光耦合器调制功率控制芯片的FB脚电流，从而调节DC／DC电路的输出电流。
从电路中可知取样电压：
VS=RS×ILED (1)
电源输出最大电流时，PWM调光信号占空比为100％，经过反相器倒相后，开关管Q1一直关断，此时电阻R1、电阻R2、电阻R3组成的分压网络上的电压为：
V+(max）=R3×VCC/(R1+R2+R3) (2)
当PWM调光信号占空比降为0时，Q1导通，C1放电，Q1的饱和压降为VCES，此时：V+(min)=R3×VCES/(R2+R3),V+<VS，运算放大器输出低电平，调节控制芯片减小输出电流，直到满足V+≈VS，此时电源最小输出电流为：
ILED=V+(min）/RS （3）
如图3所示，开关管Q1关断，C1充电；Q1导通，C1放电。在一个PWM周期内，电容C1上的平均电压为：
V+=V+(max）×η （4）
其中η为PWM调光信号占空比，根据运算放大器的虚短特性可得出：
V+≈VS （5）
由式(1)、(2)、(4)、(5)可得：
ILED=R3×VCC×η/(R1+R2+R3)RS （6）
式(6)说明，选定R1、R2、R3、RS的阻值后，电源输出电流将由PWM信号占空比精确控制。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可调光LED驱动电源，其特征在于，包括：
与电网连接的PFC模块，用于提高输出电源的功率因数，并将电源分别输至DC/DC模块与辅助电源；
DC/DC模块，将电流转换成直流；
调光电路，调整LED灯亮度；
采样模块，将输出电压采样信号输入至调光电路；
单片机，接受控制中心发送的调光指令并输入PWM信号至调光电路；
辅助电源，将PFC模块提供的电源供应至单片机；
其中，所述调光电路包括将PWM信号转换为线性调光电压的D/A转换电路以及对调光电压和采样电压进行比较的运算放大器。
2.根据权利要求1所述的可调光LED驱动电源，其特征在于：所述调光电路还包括一个光耦合器，所述光耦合器与所述运算放大器的输出端连接用以接受运算放大器传送的逻辑电平，并与所述DC/DC模块的输入端连接以通过调制自身功率控制DC/DC模块的输出电流。
3.根据权利要求1或2任一项所述的可调光LED驱动电源，其特征在于：所述PFC模块为主动式PFC模块。
4.根据权利要求3所述的可调光LED驱动电源，其特征在于：所述D/A转换电路的输出端与运算放大器的同相端相连。。
5.根据权利要求4所述的可调光LED驱动电源，其特征在于：所述D/A转换电路包括由三个电阻组成的分压网络，所述D/A转换电路还包括一个控制所述分压网络的开关管，开关管接受所述单片机传输的PWM调光信号并根据PWM调光信号执行导通周期。
6.根据权利要求5所述的可调光LED驱动电源，其特征在于：所述采样模块至少包括一个采样电阻，采样电阻可将转化的采样电压输入至运算放大器的反相端。
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