CN104582189A - 智能调光调色led隔离驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能调光调色LED隔离驱动电路，其包括整流桥、恒流隔离转换电路、滤波电路、第一开关电路、第二开关电路及PWM控制信号发生器，其中，所述PWM控制信号发生器设有三路PWM信号输出端，其中，第一路PWM信号输出端和第二路PWM信号输出端分别连接至所述第一开关电路和第二开关电路以对所述LED负载进行调色；而第三路PWM信号输出端通过一隔离器件连接至所述恒流隔离转换电路，用于调节所述恒流隔离转换电路的输出电流从而对LED负载进行调光。本发明突破传统设计方法，增加一路PWM控制信号来专门调节亮度，使得亮度和色温调节是彻底独立的，基于上述控制方式而设计出来的智能调光调色LED隔离驱动电路具有高PF值且低成本的优点。

Description

智能调光调色LED隔离驱动电路
技术领域
本发明涉及LED驱动技术，更具体地涉及一种智能调光调色LED隔离驱动电路。
背景技术
现有的智能调光调色LED隔离驱动电路主要包括以下两种：一种是采用单级无PFC电路的拓扑架构来实现，如图1所示；而另一种是采用两级或多级拓扑电路来实现，如图2所示。
如图1和图2所示，上述两种LED隔离驱动电路均包括有整流桥1、滤波电路2、恒流隔离转换电路3/恒压隔离转换电路4、两开关电路7和8及PWM控制信号发生器9，其中，第二种LED隔离驱动电路还包括有两DC/DC恒流转换电路5和6；LED负载10是由两路不同色温(暖白和冷白)的LED并联而成，该两路LED分别与两所述开关电路7和8串接，而两开关电路7和8受控于两组PWM控制信号，从而实现调光调色。该两种LED隔离驱动电路所采用的调光调色技术相同，其具体控制原理如下：
上述调光调色技术主要是对两路不同色温的LED进行PWM调制(分别对应图1中的“PWM暖白”接口和“PWM冷白”接口)，分别施加不同比例的占空比可以使两路光源混出不同色温的效果，同时又能调节亮度，也就是调光跟调色都是通过这两路PWM来控制。具体的控制信号是由两组同频同步的PWM信号构成，例如：当光源100％亮度输出时，假定25％占空比的PWM输入给“PWM暖白”接口，75％占空比的PWM输入给“PWM冷白”接口，此时可实现一定的色温值X，如图3所示；当光源亮度需要调节而色温保持不变时，此时“PWM暖白”和“PWM冷白”占空比比值不变，为75％÷25％＝3；如要调节到10％亮度输出，则如图4所示，PWM占空比相应的变为2.5％和7.5％，但比值仍保持不变。反之，如保持亮度不变，色温调节，那只需改变两个通道PWM比值，而两通道PWM占空比之和仍相等。
通常，LED隔离驱动电路均需设置滤波电路2来滤除电路中的工频纹波，而该滤波电路2通常是采用大容量电解电容来实现。由于现有调光调色技术的两路PWM为同频同步信号，在任何亮度和色温下，周期性的都会有一些时间段两路LED同时无电流流过，当该大容量电解电容设置于LED隔离驱动电路的输出侧时，在某些时间段其会处于空载状态，此时其电压会明显高于带载时电压。当瞬间切换回带载时，电解电容会瞬间将多余的能量泄放到LED上，因为其电容量较大，负载端瞬间就会承受很大的冲击电流这会加速LED的老化，甚至损坏LED。而且，由于单片机和半导体等器件速度原因，通常PWM控制信号的频率在1kHz左右，如上所述的LED电流周期性断续，人眼虽然无法感觉到，但可以被摄像设备捕捉到，所以此技术不适合应用于公共场所。
由于考虑到上述问题，现有的第一种LED隔离驱动电路将滤波电路2设置于整流桥1之后以避免滤波电路2对负载产生影响而出现损坏LED的情况，然而，由于将滤波电路2设置于整流桥1之后，其滤除了大部分的工频，使得输入电流无法跟随正弦的输入电压，最终导致功率因素(Power Factor，也即PF；是衡量电气设备效率高低的一个系数)太低，无法满足EMC认证要求。
而现有第二种LED隔离驱动电路为了满足功率因素(PF)的要求，将滤波电路2设置在恒压隔离转换电路4之后，且在该滤波电路2的输出侧增设两个DC/DC恒流转换电路5和6以分别连接两路LED，避免滤波电路2对负载产生影响。该LED隔离驱动电路虽然可以提高功率因素(PF)且保护负载，但是由于需设置两级电路(第一级为恒压隔离转换电路4，第二级为DC/DC恒流转换电路5和6)，其成本较高且驱动效率较低(驱动效率＝第一级效率×第二级效率)。
可见，基于现有的调光调色技术而设计的LED驱动电路要么功率因素(PF)太低，要么成本太高，不能满足市场需求。
鉴于此，有必要提供一种可实现高PF值且低成本的智能调光调色LED驱动电路以解决上述技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现高PF值且低成本的的智能调光调色LED隔离驱动电路。
为了解决上述问题，本发明提供一种智能调光调色LED隔离驱动电路，用于连接在外部AC输入电源和LED负载之间以驱动LED负载并实现对LED负载进行调光和调色，所述智能调光调色LED隔离驱动电路包括整流桥、恒流隔离转换电路、滤波电路、第一开关电路、第二开关电路及PWM控制信号发生器；其中，所述整流桥、恒流隔离转换电路及滤波电路依次连接，且所述整流桥的输入侧用于连接外部AC输入电源，所述滤波电路的输出侧用于连接LED负载；所述第一开关电路和第二开关电路均连接在所述滤波电路的输出侧，且所述第一开关电路用于与所述LED负载的暖白LED灯串串联，所述第二开关电路用于与所述LED负载的冷白LED灯串串联；所述PWM控制信号发生器设有三路PWM信号输出端，其中，第一路PWM信号输出端连接至所述第一开关电路，用于对所述LED负载进行调色；第二路PWM信号输出端连接至所述第二开关电路，用于对所述LED负载进行调色；而第三路PWM信号输出端通过一隔离器件连接至所述恒流隔离转换电路，用于调节所述恒流隔离转换电路的输出电流从而对LED负载进行调光。
优选地，所述恒流隔离转换电路包括漏感能量吸收电路、隔离变压器、主控芯片及第三开关电路；其中，所述漏感能量吸收电路连接在隔离变压器的输入侧，用于吸收所述隔离变压器的漏感；所述主控芯片通过所述第三开关电路与所述隔离变压器的输入侧相连，所述主控芯片还通过所述隔离器件与所述PWM控制信号发生器的第三路PWM信号输出端相连，用于根据来自所述第三路PWM信号输出端的控制信号来控制所述隔离变压器的功率转换大小，从而对LED负载进行调光。
优选地，所述漏感能量吸收电路包括第一电阻、第一电容及第四二极管，所述第一电阻和第一电容相并联且两者的一公共端与所述第四二极管的阴极相连；该漏感能量吸收电路并联在所述隔离变压器的输入侧。
优选地，所述滤波电路包括第二电容和第三电容，该第二电容和第三电容均为电解电容且均并联在所述隔离变压器的输出侧。
优选地，所述恒流隔离转换电路还包括第五二极管，该第五二极管的阳极与所述隔离变压器的一输出端相连，其阴极与所述第二电容和第三电容的正极相连，所述第二电容和第三电容的负极均接地。
优选地，所述恒流隔离转换电路还包括第四电容，该第四电容并联在所述整流桥的输出侧以提供高频滤波作用。
优选地，所述主控芯片选用型号为MP4027的控制芯片，该控制芯片的驱动引脚与所述第三开关电路相连，其调光引脚与所述隔离器件的输出侧相连。
优选地，所述隔离器件为光电耦合器，该光电耦合器的阳极输入端连接至所述PWM控制信号发生器的第三路PWM信号输出端，其集电极输出端连接至所述主控芯片，其阴极输入端和发射极输出端均接地。
优选地，所述第一开关电路包括第一开关管，所述第二开关电路包括第二开关管，所述第三开关电路包括第三开关管。
优选地，所述第一开关管、第二开关管和第三开关管均为增强型N-MOS管。
与现有技术相比，本发明突破传统设计方法，增加一路PWM控制信号通过隔离器传递到恒流隔离转换电路，专门用来调制亮度，这意味着亮度和色温调节是彻底独立的，另外的两路PWM控制信号就只用来控制色温，两路PWM的频率仍然相同，但信号是互补输出，即第一路PWM控制信号(控制暖白LED灯串)高电平时，第二路PWM控制信号(控制冷白LED灯串)输出低电平，反之亦然。
因此，本发明所公开的智能调光调色LED隔离驱动电路可在避免引入第二级电路(图2所示中的DC/DC恒流转换电路)的情况下，将滤波电路(通常由大容量电解电容构成)设置在恒流隔离转换电路的输出侧而非输入侧，从而提高了电路的功率因素(PF)，而且在任何色温亮度下都不会进入空载储能状态，可以保证LED负载稳定可靠地工作，由此可见，本发明所公开的智能调光调色LED隔离驱动电路具有高PF值、低成本且高稳定性的优点。此外，由于可避免LED电流出现周期性断续，不会被摄像设备捕捉到LED负载的闪烁现象，因此本发明的电路也可适合应用于公共场所，应用范围较广，可带来良好的经济效益。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为现有的采用单级无PFC电路的拓扑架构的智能调光调色LED隔离驱动电路的结构框图。
图2为现有的采用两级拓扑电路的智能调光调色LED隔离驱动电路的结构框图。
图3和图4展示了根据图1和图2两种电路结构所实现的调光调色原理。
图5为本发明智能调光调色LED隔离驱动电路一实施例的结构框图。
图6为图5所示智能调光调色LED隔离驱动电路的具体电路图。
图7和图8展示了本发明智能调光调色LED隔离驱动电路所实现的调光调色原理。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图5和图6，其展示了本发明智能调光调色LED隔离驱动电路的一实施例。本实施例的智能调光调色LED隔离驱动电路用于连接在外部AC输入电源(市电)和LED负载18之间以驱动LED负载18并实现对LED负载18进行调光和调色。其中，所述LED负载18包括两路LED，该两路LED分别为暖白LED灯串181和冷白LED灯串182。
在本实施例中，智能调光调色LED隔离驱动电路包括整流桥11、恒流隔离转换电路12、滤波电路13、第一开关电路14、第二开关电路15、隔离器件16及PWM控制信号发生器17。
其中，所述整流桥11、恒流隔离转换电路12及滤波电路13依次连接，且所述整流桥11的输入侧用于连接外部AC输入电源(市电)，所述滤波电路13的输出侧用于连接LED负载18。所述第一开关电路14和第二开关电路15均连接在所述滤波电路13的输出侧，且所述第一开关电路14用于与暖白LED灯串181串联以控制该支路的通断，而所述第二开关电路15用于与冷白LED灯串182串联以控制该支路的通断。
所述PWM控制信号发生器17设有三路PWM信号输出端：第一路PWM信号输出端连接至所述第一开关电路14，用于输出PWM暖白调制信号以对所述LED负载18进行调色；第二路PWM信号输出端连接至所述第二开关电路15，用于输出PWM冷白调制信号以对所述LED负载18进行调色；而第三路PWM信号输出端通过一隔离器件16连接至所述恒流隔离转换电路12，用于输出PWM亮度调制信号以调节所述恒流隔离转换电路12的输出电流从而对LED负载18进行调光。
本发明中的恒流隔离转换电路12直接与整流桥11的输出侧相连，从而同时作为PFC电路而具有功率因素校正功能。在某些实施例，例如本实施例中，所述恒流隔离转换电路12包括漏感能量吸收电路121、隔离变压器122(TX1)、主控芯片124及第三开关电路123。其中，所述漏感能量吸收电路121连接在隔离变压器122的输入侧，用于吸收所述隔离变压器122的漏感；所述主控芯片124通过所述第三开关电路123与所述隔离变压器122的输入侧相连，所述主控芯片124还通过所述隔离器件16与所述PWM控制信号发生器17的第三路PWM信号输出端相连，主控芯片124通过接收PWM亮度调制信号，解析占空比，根据占空比的大小来决定第三开关电路123的通断情况，从而控制隔离变压器122的功率转换大小，实现次级输出的电流幅值调节，从而实现对LED负载18进行调光；其中，隔离器件16，起到传递次级PWM亮度控制信号和安全隔离作用。
优选地，在某些实施例，例如本实施例中，所述滤波电路13包括第二电容C2和第三电容C3，该第二电容C2和第三电容C3均为电容量在几百微法至几千微法之间的大容量电解电容；所述第二电容C2和第三电容C3均并联在所述隔离变压器122的输出侧以滤除由隔离变压器122的初级传递到次级的工频纹波。当然，在其它实施例中，第二电容C2和第三电容C3也可由单个更大容量的电解电容来取代，但单个大容量电容的体积相对会更大，会增大电路的整体体积。
为了简化电路结构，本发明中的开关电路均采用一开关管来实现。其中，所述第一开关电路14包括第一开关管Q1，所述第二开关电路15包括第二开关管Q2，所述第三开关电路123包括第三开关管Q3；优选地，在本实施例中，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3均为增强型N-MOS管。
优选地，在某些实施例，例如本实施例中，所述漏感能量吸收电路121包括第一电阻R1、第一电容C1及第四二极管D4；所述主控芯片124选用型号为MP4027的控制芯片，该控制芯片设有驱动引脚和调光引脚。其具体连接如下：所述第一电阻R1和第一电容C1相并联且两者的一公共端与所述第四二极管D4的阴极相连，由此连接而成的漏感能量吸收电路121与所述隔离变压器122的初级电感相并联。所述第三开关管Q3的漏极与所述第四二极管D4的阳极相连，其栅极与主控芯片124的驱动引脚相连，其源极接地。优选地，所述恒流隔离转换电路12还包括第四电容C4，该第四电容C4并联在所述整流桥11的输出侧以提供高频滤波作用。优选地，所述恒流隔离转换电路12还包括第五二极管D5，该第五二极管D5的阳极与所述隔离变压器122的一输出端相连，其阴极与所述第二电容C2和第三电容C3的正极相连，该第二电容C2和第三电容C3的负极接地。
优选地，在某些实施例，例如本实施例中，所述隔离器件16选用光电耦合器OC1来实现，该光电耦合器OC1的阳极输入端连接至所述PWM控制信号发生器17的第三路PWM信号输出端，其集电极输出端连接至所述主控芯片124的调光引脚，其阴极输入端和发射极输出端均接地。
需要说明的是，所述PWM控制信号发生器17可以是任何形式的控制器，可为内置式或外置式，例如：DALI转PWM发生器，1-10V转PWM发生器，各种无线控制协议转PWM发生器等等。
如上所述，本发明突破传统设计方法，增加一路PWM控制信号通过隔离器传递到恒流隔离转换电路，专门用来调制亮度，这意味着亮度和色温调节是彻底独立的，另外的两路PWM控制信号就只用来控制色温，两路PWM的频率仍然相同，但信号是互补输出，即第一路PWM控制信号(控制暖白LED灯串)高电平时，第二路PWM控制信号(控制冷白LED灯串)输出低电平，反之亦然，如图7和图8所示。
因此，本发明所公开的智能调光调色LED隔离驱动电路可在避免引入第二级电路(图2所示中的DC/DC恒流转换电路)的情况下，将滤波电路(通常由大容量电解电容构成)设置在恒流隔离转换电路的输出侧而非输入侧，从而提高了电路的功率因素(PF)，而且在任何色温亮度下都不会进入空载储能状态，可以保证LED负载稳定可靠地工作，由此可见，本发明所公开的智能调光调色LED隔离驱动电路具有高PF值、低成本且高稳定性的优点。此外，由于可避免LED电流出现周期性断续，不会被摄像设备捕捉到LED负载的闪烁现象，因此本发明的电路也可适合应用于公共场所，应用范围较广，可带来良好的经济效益。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种智能调光调色LED隔离驱动电路，用于连接在外部AC输入电源和LED负载之间以驱动LED负载并实现对LED负载进行调光和调色，所述智能调光调色LED隔离驱动电路包括整流桥、恒流隔离转换电路、滤波电路、第一开关电路、第二开关电路及PWM控制信号发生器，其特征在于：
所述整流桥、恒流隔离转换电路及滤波电路依次连接，且所述整流桥的输入侧用于连接外部AC输入电源，所述滤波电路的输出侧用于连接LED负载；所述第一开关电路和第二开关电路均连接在所述滤波电路的输出侧，且所述第一开关电路用于与所述LED负载的暖白LED灯串串联，所述第二开关电路用于与所述LED负载的冷白LED灯串串联；
所述PWM控制信号发生器设有三路PWM信号输出端，其中，第一路PWM信号输出端连接至所述第一开关电路，用于对所述LED负载进行调色；第二路PWM信号输出端连接至所述第二开关电路，用于对所述LED负载进行调色；而第三路PWM信号输出端通过一隔离器件连接至所述恒流隔离转换电路，用于调节所述恒流隔离转换电路的输出电流从而对LED负载进行调光。
2.如权利要求1所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述恒流隔离转换电路包括漏感能量吸收电路、隔离变压器、主控芯片及第三开关电路；其中，所述漏感能量吸收电路连接在隔离变压器的输入侧，用于吸收所述隔离变压器的漏感；所述主控芯片通过所述第三开关电路与所述隔离变压器的输入侧相连，所述主控芯片还通过所述隔离器件与所述PWM控制信号发生器的第三路PWM信号输出端相连，用于根据来自所述第三路PWM信号输出端的控制信号来控制所述隔离变压器的功率转换大小，从而对LED负载进行调光。
3.如权利要求2所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述漏感能量吸收电路包括第一电阻、第一电容及第四二极管，所述第一电阻和第一电容相并联且两者的一公共端与所述第四二极管的阴极相连；该漏感能量吸收电路并联在所述隔离变压器的输入侧。
4.如权利要求2所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述滤波电路包括第二电容和第三电容，该第二电容和第三电容均为电解电容且均并联在所述隔离变压器的输出侧。
5.如权利要求4所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述恒流隔离转换电路还包括第五二极管，该第五二极管的阳极与所述隔离变压器的一输出端相连，其阴极与所述第二电容和第三电容的正极相连，所述第二电容和第三电容的负极均接地。
6.如权利要求2所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述恒流隔离转换电路还包括第四电容，该第四电容并联在所述整流桥的输出侧以提供高频滤波作用。
7.如权利要求2所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述主控芯片选用型号为MP4027的控制芯片，该控制芯片的驱动引脚与所述第三开关电路相连，其调光引脚与所述隔离器件的输出侧相连。
8.如权利要求2所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述隔离器件为光电耦合器，该光电耦合器的阳极输入端连接至所述PWM控制信号发生器的第三路PWM信号输出端，其集电极输出端连接至所述主控芯片，其阴极输入端和发射极输出端均接地。
9.如权利要求2所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述第一开关电路包括第一开关管，所述第二开关电路包括第二开关管，所述第三开关电路包括第三开关管。
10.如权利要求9所述的智能调光调色LED隔离驱动电路，其特征在于：所述第一开关管、第二开关管和第三开关管均为增强型N-MOS管。
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