CN104486893A - 一种智能led恒流控制电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明的智能LED恒流控制电源装置，通过设置主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、稳流输出单元、负载电压/电流检测单元、误差生成单元、以及驱动调节保护单元等，实现了大功率LED的恒流驱动，以及通过设置LTE远程通信单元和WLAN单元，实现了LED远程控制和异常报警，可靠性及稳定性高。

Description

一种智能LED恒流控制电源装置

技术领域

本发明涉及LED驱动领域，尤其涉及一种智能LED恒流控制电源装置。

背景技术

随着照明技术的发展，LED照明技术由于其节能环保以及寿命长的优点，已经在生产生活中得到了较为广泛的应用。

LED是将电信号转化为光信号的半导体发光器件。它具有正向导通，反向截止及超压击穿特性。LED灯应根据用途选择亮度确定驱动LED电源的功率驱动方式等，驱动电源的应满足节能，绿色经济，高效的要求。节能体现在驱动电源的功耗低；绿色经济体现在驱动单元要有较高的功率因数；高效体现在开关电源的转换效率高。

LED电源虽然有功耗低，节能的特点，但是由于其制造工艺复杂，材料成本高导致其造价比较高，而LED电源输出电能质量直接决定着LED灯的寿命。以及对LED灯进行良好维护与保养是LED拥有较长寿命的保证，所以对其工作状况进行密切的监控是十分必要的，当其工作状况如电压、电流以及环境温度等参数发生异常时，如果能及时提示监控端，然后对其进行检查维护，将大大延长LED电源及LED灯的寿命。

因此，设计更为高效节能的LED驱动电源变得越来越重要。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种智能LED恒流控制电源装置，所述装置包括：电磁干扰滤波单元、直流变换单元、主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、高频变压器单元、负载侧电流生成单元、模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元、输出滤波单元、稳流输出单元、LED驱动中控单元、脉宽调制光调节单元、LTE远程通信单元、LED驱动中控单元的驱动开关电源单元、辅助接口单元、驱动调节保护单元、温控单元以及与LED驱动中控单元相连的用于远程调光的WLAN单元；

所述电磁干扰滤波单元、直流变换单元、主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、高频变压器单元、输出滤波单元依次连接于稳流输出单元；所述高频变压器单元输出还连接负载侧电流生成单元，所述负载侧电流生成单元输出依次连接模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元，所述电压偏差放大单元输出连接LED驱动中控单元；所述稳流输出单元输出分别连接LED负载，所述LED负载连接温控单元，所述温控单元输出连接LED驱动中控单元，所述LED驱动中控单元输出输入端分别连接LTE远程通信单元、辅助接口单元、WLAN单元、以及驱动调节保护单元，所述驱动调节保护单元连接脉宽调制光调节单元、所述驱动开关电源单元连接LED驱动中控单元。

所述变压器初级峰值锁定单元并联在高频变压器单元的初级绕组，吸收高频变压器单元通断时产生的浪涌电压，并且在高频变压器导通时，维持并锁定变压器的峰值电压。

所述负载侧电流生成单元连接在高频变压器的副边绕组，用于仿真副边绕组的输出电流信号，并且通过模拟光电隔离单元将所述电流信号发送至电压偏差放大单元；

所述电压偏差放大单元对负载侧电流生成单元仿真出的输出信号平均值与电压基准进行比较，得出偏差值，并放大所述偏差值，然后发送至LED驱动中控单元，然后LED驱动中控单元通过线性比例积分调节算法调节脉宽调制占空度，进而达到对电压、电流的控制实现稳流稳压输出。

所述电磁干扰滤波单元用于滤除输出电源电流中的高频电磁干扰；

所述直流变换单元用于将输入的高压交流电转换为直流电；

所述主动式有效功率修正单元用于对输入电源功率进行有效性修正；

所述温控单元用于检测LED负载的温度参数，并将检测的温度参数与预设值进行比较，如果超过预设值，则向LED驱动中控单元发送温控信息，通过LED驱动中控单元进行温度控制。

所述脉宽调制光调节单元，用于将检测到的调光电势信息通过驱动调节保护单元输送到LED驱动中控单元的模数转换端口，LED驱动中控单元接收到这个电势信息以后，通过与预设值相比较，然后改变脉宽调制脉冲的占空度，从而实现脉宽调制光调节。

所述驱动开关电源单元用于为LED驱动中控单元提供辅助电源；

所述辅助接口单元用于外接其他控制接口。

所述WLAN单元用于接收远端通过WLAN方式发送的调光信号，并且将所接收的调光信号发送至LED驱动中控单元。

LED驱动中控单元还将检测到的电压、电流、温度参数与设定的监测提示值作比较，当所检测到的上述任何一个参数的值超过提示值时，LED驱动中控单元将通过LTE远程通信单元向监控端发送提示息。

本发明的智能LED恒流控制电源装置，通过设置主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、负载侧电流生成单元、模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元、稳流输出单元、以及驱动调节保护单元等，实现了大功率LED的精确恒流驱动，以及通过设置LTE远程通信单元和WLAN单元，实现了LED远程控制和异常报警，可靠性及稳定性高。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的智能LED恒流控制电源装置结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的主动式有效功率修正单元电路原理图；

附图3示出了根据本发明实施方式的驱动调节保护单元电路原理图；

附图4示出了根据本发明实施方式的脉宽调制光调节单元电路原理图

附图5示出了根据本发明实施方式的负载侧电流生成单元电路原理图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种智能LED恒流控制电源装置，如图1所示，所述装置包括：电磁干扰滤波单元、直流变换单元、主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、高频变压器单元、负载侧电流生成单元、模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元、输出滤波单元、稳流输出单元、LED驱动中控单元、脉宽调制光调节单元、LTE远程通信单元、LED驱动中控单元的驱动开关电源单元、辅助接口单元、驱动调节保护单元、温控单元以及与LED驱动中控单元相连的用于远程调光的WLAN单元；

所述电磁干扰滤波单元、直流变换单元、主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、高频变压器单元、输出滤波单元依次连接于稳流输出单元；所述高频变压器单元输出还连接负载侧电流生成单元，所述负载侧电流生成单元输出依次连接模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元，所述电压偏差放大单元输出连接LED驱动中控单元；所述稳流输出单元输出分别连接LED负载，所述LED负载连接温控单元，所述温控单元输出连接LED驱动中控单元，所述LED驱动中控单元输出输入端分别连接LTE远程通信单元、辅助接口单元、WLAN单元、以及驱动调节保护单元，所述驱动调节保护单元连接脉宽调制光调节单元、所述驱动开关电源单元连接LED驱动中控单元。

所述变压器初级峰值锁定单元并联在高频变压器单元的初级绕组，吸收高频变压器单元通断时产生的浪涌电压，并且在高频变压器导通时，维持并锁定变压器的峰值电压。

所述负载侧电流生成单元连接在高频变压器的副边绕组，用于仿真副边绕组的输出电流信号，并且通过模拟光电隔离单元将所述电流信号发送至电压偏差放大单元；

所述电压偏差放大单元对负载侧电流生成单元仿真出的输出信号平均值与电压基准进行比较，得出偏差值，并放大所述偏差值，然后发送至LED驱动中控单元，然后LED驱动中控单元通过线性比例积分调节算法调节脉宽调制占空度，进而达到对电压、电流的控制实现稳流稳压输出。

所述电磁干扰滤波单元用于滤除输出电源电流中的高频电磁干扰；

所述直流变换单元用于将输入的高压交流电转换为直流电；

所述主动式有效功率修正单元用于对输入电源功率进行有效性修正；

所述温控单元用于检测LED负载的温度参数，并将检测的温度参数与预设值进行比较，如果超过预设值，则向LED驱动中控单元发送温控信息，通过LED驱动中控单元进行温度控制，例如，降低输出功率等。

所述脉宽调制光调节单元，用于将检测到的调光电势信息通过驱动调节保护单元输送到LED驱动中控单元的模数转换端口，LED驱动中控单元接收到这个电势信息以后，通过与预设值相比较，然后改变脉宽调制脉冲的占空度，从而实现脉宽调制光调节。

所述驱动开关电源单元用于为LED驱动中控单元提供辅助电源；

所述辅助接口单元用于外接其他控制接口。

所述WLAN单元用于接收远端通过WLAN方式发送的调光信号，并且将所接收的调光信号发送至LED驱动中控单元。

LED驱动中控单元还将检测到的电压、电流、温度参数与设定的监测提示值作比较，当所检测到的上述任何一个参数的值超过提示值时，LED驱动中控单元将通过LTE远程通信单元向监控端发送提示息。

如图2所示，主动式有效功率修正单元主要由功率修正单元，通断三极管Q2及其辅助单元组成。由主电路引出的VA电气端子与电阻R11和电阻R13组成的串联单元相连，然后经过一个电容C10与电阻R17组成的并联网络接在功率修正单元的3端即MU电感LT端，其中电容C10与电阻R17并联的一端和电阻R13相连，二者并联的另一端接地。由主电路引出的VB电气端子经过电阻R12和电阻R14组成的串联单元接入功率修正单元的1端即INV端，此外功率修正单元的1端还经过电阻R15与地(GND1)相连，1端INV和2端COMP之间接有一个电容C9。功率修正单元的4脚CS经过一个阻容振荡电路接在通断三极管Q2的源极，这个阻容振荡电路包括电容C11、电阻R19、电阻R20，Q2的漏极接主电路引出的电气端子VL，Q2的栅极经过电阻R18和二极管D6的并联单元与功率修正单元的7端即GD端相连，其中Q2的栅极与二极管D6的正极相连。功率修正单元的6端接地(GND1)，8端接12V电源，5端ZCD经电阻R16和电感L3接地(GND1)。

如图3所示，驱动调节保护单元主要由光电隔离单元，微处理芯片及其辅助单元组成。驱动中控单元输出的脉宽调制脉冲接在光电隔离单元的发光二级管的正极，这个发光二极管的负极接地(GND2)。光电隔离单元的光敏晶体管的发射极接地(GND1)，集电极接在三极管Q13的基极，然后由一个12V的直流电压分别通过电阻R63和电阻R61加在Q13的基极和集电极上。Q13的发射极通过电阻R65接地(GND1)。从Q13的集电极还引出一根导线接在微处理芯片的2端(HIN)。12V的直流电经过电容C58滤波以后加在微处理芯片的1端(VCC)，其中电容C58的正极接在12V电源上，负极接在GND1上。12V的直流电通过二极管D14加在微处理芯片的8端(VB)上，其中二极管D14的正极接在12V电源一端，负极接在IR2101的8端(VB)。IR2101的7脚接电阻R62输出到通断三极管Q1的基极。

如图4所示，脉宽调制光调节单元在驱动电源输出端并接有三个电阻R46、电阻R47、电阻R48，其中电阻R47为光敏电阻，从电阻R47下端经过滤波电容C37引出一根导线接在电阻R50上，电阻R50的下端分别接芯片U4的3脚和电阻R51的可调端子上，电阻R51滑动变阻器的一端接在芯片U4的3脚，另一端接地(GND2)。三端稳压器U5的1脚接12V电源，3脚接地(GND2)，2脚经过电阻R35接在芯片LM358的6脚(B-端)，并且U5的1脚和2脚通过一根导线相连。电阻R53一端接在电阻R52上，另一端接在GND2上。芯片U4的1脚和2脚连接在一起通过电阻R49接在它的6脚上，U4的8脚接5V电压。芯片U6的5脚接3.3V的电压，1脚和4脚连接在一起接驱动中控单元的P6.0端口，3脚接U4的7脚，2脚接GND2。

如图5所示，所述的负载侧电流生成单元包括电阻R11、开关S11和反相器U11，电阻R11的一端接峰值采样保持模块的输出端，电阻R11的另一端接开关S11的一端并作为负载侧电流生成单元的输出端，开关S11的另一端接地，开关S11的控制端接反相器U11的输出端，反相器U11的输入端接驱动脉冲产生模块的反相输出端。

以及，根据本发明的具体实施方式，所述的电压偏差放大单元包括输入电阻R22、补偿网络、电压基准Vref和运算放大器，负载侧电流生成单元的输出经电阻R22接到电压偏差放大单元中的运算放大器的负端输入，运算放大器正端输入接电压基准Vref，补偿网络的一端与运算放大器负端输入连接，补偿网络的另一端与运算放大器输出端连接。

所述变压器初级峰值锁定单元包括一个稳压二极管VR11、一个二极管D75，所述的稳压二极管VR11负极与二极管D75负极联接，稳压二极管VR11正极与所述的高频变压器单元初级绕组的异名端联接，二极管D75正极与高频变压器单元初级绕组的同名端联接。

所述输出滤波单元包括一个二极管D76、两个电容C73、C74、一个电感L72，所述的二极管D76正极与所述的高频变压器单元次级绕组的同名端联接，二极管D76负极与由所述两个电容C73、C74和电感L72组成的π型滤波器联接，高频变压器单元次级绕组的异名端与输出地端联接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种智能LED恒流控制电源装置，所述装置包括：电磁干扰滤波单元、直流变换单元、主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、高频变压器单元、负载侧电流生成单元、模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元、输出滤波单元、稳流输出单元、LED驱动中控单元、脉宽调制光调节单元、LTE远程通信单元、LED驱动中控单元的驱动开关电源单元、辅助接口单元、驱动调节保护单元、温控单元以及与LED驱动中控单元相连的用于远程调光的WLAN单元；

所述电磁干扰滤波单元、直流变换单元、主动式有效功率修正单元、功率开关转换单元、变压器初级峰值锁定单元、高频变压器单元、输出滤波单元依次连接于稳流输出单元；所述高频变压器单元输出还连接负载侧电流生成单元，所述负载侧电流生成单元输出依次连接模拟光电隔离单元、电压偏差放大单元，所述电压偏差放大单元输出连接LED驱动中控单元；所述稳流输出单元输出分别连接LED负载，所述LED负载连接温控单元，所述温控单元输出连接LED驱动中控单元，所述LED驱动中控单元输出输入端分别连接LTE远程通信单元、辅助接口单元、WLAN单元、以及驱动调节保护单元，所述驱动调节保护单元连接脉宽调制光调节单元、所述驱动开关电源单元连接LED驱动中控单元。

2.一种如权利要求1所述的装置，所述变压器初级峰值锁定单元并联在高频变压器单元的初级绕组，吸收高频变压器单元通断时产生的浪涌电压，并且在高频变压器导通时，维持并锁定变压器的峰值电压。

3.一种如权利要求2所述的装置，所述负载侧电流生成单元连接在高频变压器的副边绕组，用于仿真副边绕组的输出电流信号，并且通过模拟光电隔离单元将所述电流信号发送至电压偏差放大单元。

4.一种如权利要求3所述的装置，所述电压偏差放大单元对负载侧电流生成单元仿真出的输出信号平均值与电压基准进行比较，得出偏差值，并放大所述偏差值，然后发送至LED驱动中控单元，然后LED驱动中控单元通过线性比例积分调节算法调节脉宽调制占空度，进而达到对电压、电流的控制实现稳流稳压输出。

5.一种如权利要求4所述的装置，所述电磁干扰滤波单元用于滤除输出电源电流中的高频电磁干扰；

所述直流变换单元用于将输入的高压交流电转换为直流电；

所述主动式有效功率修正单元用于对输入电源功率进行有效性修正。

6.一种如权利要求5所述的装置，所述温控单元用于检测LED负载的温度参数，并将检测的温度参数与预设值进行比较，如果超过预设值，则向LED驱动中控单元发送温控信息，通过LED驱动中控单元进行温度控制。

7.一种如权利要求6所述的装置，所述脉宽调制光调节单元，用于将检测到的调光电势信息通过驱动调节保护单元输送到LED驱动中控单元的模数转换端口，LED驱动中控单元接收到这个电势信息以后，通过与预设值相比较，然后改变脉宽调制脉冲的占空度，从而实现脉宽调制光调节。

8.一种如权利要求7所述的装置，所述驱动开关电源单元用于为LED驱动中控单元提供辅助电源；

所述辅助接口单元用于外接其他控制接口；

所述WLAN单元用于接收远端通过WLAN方式发送的调光信号，并且将所接收的调光信号发送至LED驱动中控单元。

9.一种如权利要求8所述的装置，LED驱动中控单元还将检测到的电压、电流、温度参数与设定的监测提示值作比较，当所检测到的上述任何一个参数的值超过提示值时，LED驱动中控单元将通过LTE远程通信单元向监控端发送提示息。