CN104981075B - 多功能led调光接口电路 - Google Patents
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Abstract
本发明由供电电路，调光区间下限设置电路，滤波电路，减法器，调光区间上限设置电路，限幅器，加权加法电路组成。供电电路和滤波电路都接在接口电路输入端，分别为可变电阻调光器提供直流电压和在输入为脉冲宽度调制控制信号时对控制信号滤波，并与调光区间下限设置电路的电压在减法器中相减，限定最低电平后，减法器输出与调光区间上限设置电压在限幅电路中限定最高电平，最后由加权加法电路按调光亮度变化范围的要求，加权输出线性变化并有高、低电平限定的调光基准电压。优点是，具有同一个接口电路能兼容多种调光控制方式，低成本，调光区间设置灵活，线性度好。
Description
技术领域
本发明涉及可调光LED驱动器的调光控制，特别涉及一种多功能LED调光接口电路。
背景技术
近年来，LED照明因具有能效高、寿命长、体积小巧以及环保等诸多优点而呈现出日新月异的发展态势，尤其是在调光应用领域，它还具有亮度持续可调、调光速度快、调光深度低、调光精度高以及便于数字化控制的优点，更是得到了广泛的应用。
由于LED的伏安特性呈现非线性和负温度特性，因此，在LED照明中一般采用恒流驱动。通过连续改变LED电流的大小，可实现调光的目的，这种调光方式也被称为模拟调光。模拟调光时，LED的工作电流连续而不间断，不会产生噪声和闪烁的问题，而且在深度调光时能效更高。
图1是一般的调光LED方框图。由LED驱动器为LED发光组件提供驱动电流。LED发光组件的亮度是由流过LED的电流大小确定的。将串联连接在LED发光组件中的电流取样电阻R0上代表亮度的取样电压与来自调光接口电路的电流反馈环的基准电压在带负反馈的运算放大器中比较，通过调光控制电路使LED驱动器向LED提供与设定亮度相对应的驱动电流。调光接口电路接收来自调光控制器的调光控制信号。
根据LED调光控制信号的种类，又可分为可控硅调光、0-10V调光、可变电阻调光和和脉冲宽度调制（PWM）调光等。其中可控硅调光采集交流输入电压的导通角，而0-10V调光、可变电阻调光和脉冲宽度调制（PWM）调光则采集调光接口电路的电平。在可调光LED驱动器的设计中，调光接口电路是关键设计之一。目前，调光接口电路很难做到同一个接口兼容多种调光控制信号，往往需要用户根据调光控制信号的种类接到不同的端口，这给终端应用客户带来了麻烦。此外，在现有的实现方案中，多采用单片机实现调光接口电路的功能，设计简单，但成本较高，而且研发时涉及软硬件的调试，开发周期较长。虽然也有部分方案采用分立元器件，但是其对调光区间的灵活性设置并不支持，线性度也不好。因此，低成本、调光区间设置灵活、线性度好的多功能调光接口电路成为可调光LED驱动器设计的一个难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是能接收来自LED调光控制器的可变电阻调光器控制信号，或0-10V控制信号，或脉冲宽度调制（PWM）控制信号等不同类型的调光控制信号，并将其转换为LED调光电路所需的具有限定调光区间、呈线性变化的电压作为调光电路电流反馈环的基准电压。本发明的技术方案是这样的：
本发明由供电电路（1），调光区间下限设置电路（2），滤波电路（3），减法器（4），调光区间上限设置电路（5），限幅器（6），加权加法电路（7）组成，调光接口电路的输入端为A，其特征在于，供电电路（1）和滤波电路（3）连接在输入端A上，滤波电路（3）输出至减法器（4）的一个输入端，与输入减法器（4）另一端的调光区间下限设置电路（2）的调光区间下限设置电压相减，减法器（4）输出至限幅电路（6），限幅电路（6）还连接调光区间上限设置电路（5），限幅电路（6）输出连接至加权加法电路（7），加权加法电路（7）按调光亮度变化范围的要求，加权输出具有与输入端电压呈线性变化的、由调光区间下限设置电路和调光区间上限设置电路限定调节范围的调光电路电流反馈环的调光基准电压Vref。
所述供电电路（1）是串联连接的隔离二极管D1和限流电阻R7连接在直流电源Vcc上，在输入端连接可变电阻调光器时，为可变电阻调光器提供直流电压Vcc，在输入端连接0-10V调光器或脉冲宽度调制（PWM）调光器时，隔离二极管D1防止控制信号对直流电源Vcc的干扰。
所述调光区间下限设置电路（2）由接在直流电源Vcc及地之间的调光区间下限设置分压电阻R5和R6电阻分压器获得调光区间下限电压VL。
所述滤波电路（3）是由滤波及减法器电阻R3A和滤波电容C1以及滤波及减法器电阻R3B和滤波电容C2组成的两级电阻-电容滤波器电路，在输入为脉冲宽度调制PWM控制信号时，对控制信号滤波并输出直流控制电压，滤波及减法器电阻R3A和滤波及减法器电阻R3B的阻值之和与滤波及减法器电阻R4以及所述减法器（4）中的减法器电阻R1，减法器电阻R2具有相同的阻值。
所述减法器（4）由单电源供电的运算放大器U1及阻值相等的减法器电阻R1和R2组成，运算放大器U1的负输入端经减法器电阻R1连接至所述调光区间下限设置电路（2）输出的调光区间下限电压VL，同时经减法器电阻R2接运算放大器U1的输出端Vout，运算放大器U1的正输入端连接所述滤波电路（3）输出的直流控制电压，运算放大器U1的输出电压Vo1等于来自调光控制器的控制信号电压VA与调光区间下限设置电压VL的差信号，即 Vo1 = VA– VL，且当 VA < VL 时输出最低为0V。
所述调光区间上限设置电路（5）是接在直流电源Vcc和地之间的调光区间上限设置分压电阻R9和R10电阻分压器，输出的调光区间上限电压调整值VH0等于调光区间上限电压VH与调光区间下限电压VL之差，分压电阻R9和R10电阻的阻值比减法器电阻R1至少小一个数量级。
所述限幅器（6）由单电源供电的运算放大器U2，限幅电路分压电阻R8以及箝位二极管D2组成，将输出电压Vo2的最高值限定为调光区间上限电压调整值VH0，即调光区间上限电压VH与调光区间下限电压VL之差。
所述加权加法电路（7）由加权电阻R11和加权电阻R12及加权加法电路分压电阻R13组成，加权系数按调光亮度变化范围的要求确定，且电阻R11，R12及R13的阻值比限幅电路分压电阻R8的阻值高一个数量级以上。
本发明的优点是，具有同一个接口电路能兼容多种调光控制方式，低成本、调光区间设置灵活、线性度好。
附图说明
图1为一般LED调光电路的方框图；
图2为本发明原理电路图；
图3（a）为本发明减法器输出电压曲线图；
图3（b）为本发明限幅器输出电压曲线图；
图3（c）为本发明加权加法电路输出的调光基准电压曲线图。
图中标号说明
。
具体实施方式
本发明是一种多功能LED调光接口电路，同一个接口电路能兼容多种调光控制方式，兼具调光区间设置灵活和线性度好的特点。
参阅附图，对本发明作进一步的描述。
如图2所示，多功能LED调光接口电路，由供电电路（1），调光区间下限设置电路（2），滤波电路（3），减法器（4），调光区间上限设置电路（5），限幅器（6），加权加法电路（7）组成，调光接口电路的输入端为A，其特征在于，供电电路（1）和滤波电路（3）连接在输入端A上，滤波电路（3）输出至减法器（4）的一个输入端，与输入减法器（4）另一端的调光区间下限设置电路（2）的调光区间下限设置电压相减，减法器（4）输出至限幅电路（6），限幅电路（6）还连接调光区间上限设置电路（5），限幅电路（6）输出连接至加权加法电路（7），加权加法电路（7）按调光亮度变化范围的要求，加权输出具有与输入端电压呈线性变化的、由调光区间下限设置电路和调光区间上限设置电路限定调节范围的调光电路电流反馈环的基准电压Vref。
在所述供电电路（1）中，隔离二极管D1的正极接直流电压Vcc，隔离二极管D1的负极接限流电阻R7的一端，限流电阻R7的另一端与本接口电路的输入端A相连接，同时连接在本接口电路的输入端A上的还有所述滤波电路（3）的滤波电阻R3A的一端。所述供电电路（1）为可变电阻调光器提供直流电压，在输入端连接0-10V调光器或脉冲宽度调制（PWM）调光器时，隔离二极管D1防止控制信号对直流电源Vcc的干扰。
所述调光区间下限设置电路（2）的调光区间下限设置分压电阻R5的一端接在直流电源Vcc上，调光区间下限设置分压电阻R5的另一端与调光区间下限设置分压电阻R6的一端相接，调光区间下限设置分压电阻R6的另一端接地，调光区间下限设置分压电阻R5和调光区间下限设置分压电阻R6的公共连接点为所述调光区间下限设置（2）的输出端，输出调光区间下限电压VL。
所述滤波电路（3）在输入为脉冲宽度调制（PWM）控制信号时对控制信号滤波并输出直流控制电压。所述滤波电路（3）的滤波及减法器电阻R3A的另一端与滤波电容C1的一端以及滤波及减法器电阻R3B的一端连接在一起，滤波及减法器电阻R3B的另一端与滤波及减法器电阻R4的一端以及滤波电容C2的一端相连接，滤波电容C1的另一端，减法器电阻R4的另一端以及滤波电容C2的另一端连接在本接口电路的接地输入端。滤波及减法器电阻R3A和R3B的阻值之和与滤波及减法器电阻R4以及所述减法器（4）中的减法器电阻R1，减法器R2具有相同的阻值。
所述减法器（4）由单电源供电的运算放大器U1及阻值相等的减法器电阻R1和R2组成。运算放大器U1的电源正V+接直流电源Vcc，运算放大器U1的电源负V-接地。减法器电阻R1的一端接所述调光区间下限设置电路（2）分压器的输出电压VL，减法器电阻R1的另一端与减法器电阻R2的一端一起连接运算放大器U1的负输入端，运算放大器U1的正输入端与所述滤波电路（3）的滤波及减法器电阻R3B的另一端、滤波及减法器电阻R4的一端以及滤波电容C2的一端的公共点相连接，运算放大器U1的输出端Uout连接减法器电阻R2的另一端，由此输出的电压Vo1等于来自调光控制器的控制信号电压VA与调光区间下限设置电压VL的差信号，即 Vo1 = VA – VL，且当 VA < VL 时输出最低为0V。减法器输出电压曲线如图3（a）所示。
所述调光区间上限设置电路（5）是接在直流电源Vcc和地之间的调光区间上限设置分压电阻R9和R10电阻分压器。调光区间上限设置分压电阻R9的一端接直流电源Vcc，调光区间上限设置分压电阻R9的另一端与调光区间上限设置分压电阻R10的一端以及限幅器（6）的运算放大器U2的正输入端相连接，调光区间上限设置分压电阻R10的另一端接地。所述调光区间上限设置电路（5）输出的调光区间上限电压调整值VH0等于调光区间上限电压VH与调光区间下限电压VL之差，分压电阻R9和R10电阻的阻值比减法器电阻R1至少小一个数量级。
所述限幅器（6）由单电源供电的运算放大器U2，限幅电路分压电阻R8以及箝位二极管D2组成。运算放大器U2的正输入端接所述调光区间上限设置电路（5）输出的调光区间上限电压调整值VH0；运算放大器U2的负输入端接限幅电路分压电阻R8的一端,箝位二极管D2的正极，以及加权电阻R12的一端；限幅电路分压电阻R8的另一端接所述减法器（4）输出的Vo1；箝位二极管D2的负极接运算放大器U2的输出端Vout；运算放大器U2的电源正V+接直流电源Vcc；运算放大器U2的电源负V-接地。所述限幅器（6）将其输出电压Vo2的最高值限定为调光区间上限电压调整值VH0，即调光区间上限电压VH与调光区间下限电压VL之差。限幅器输出电压曲线如图3（b）所示。
在所述加权加法电路（7）中，加权电阻R12的一端接在所述限幅器（6）的运算放大器U2的负输入端，限幅电路分压电阻R8的一端，以及箝位二极管D2的正极上；加权电阻R12的另一端与加权电阻R11和加权加法电路分压R13的公共端相连接；加权电阻R11的另一端接直流电源Vcc；加权加法电路分压电阻R13的另一端接地。加权系数按调光亮度变化范围的要求确定，且电阻R11，R12及R13的阻值比限幅电路分压电阻R8的阻值高一个数量级以上。在加权电阻R11，加权电阻R12和加权加法电路分压电阻R13的电阻分压器公共端，输出LED调光电路所需的、具有调光电路电流反馈环的基准电压低电平Vref_L和调光电路电流反馈环的基准电压高电平Vref_H限定的、线性变化的调光基准电压Vref。
加权加法电路的计算：
Vref = [(Vcc/R11)+(Vo2/R12)]/[(1/R11)+(1/R12)+(1/R13)]
Vref_L = (Vcc/R11)/[(1/R11)+(1/R12)]+(1/R13)]
Vref_H = [(Vcc/R11)+(VH0/R12)]/[(1/R11)+(1/R12)+(1/R13)]
由加权加法电路输出的调光基准电压曲线如图3（c）所示。
Claims (8)
1.一种多功能LED调光接口电路，由供电电路（1），调光区间下限设置电路（2），滤波电路（3），减法器（4），调光区间上限设置电路（5），限幅器（6），加权加法电路（7）组成，调光接口电路的输入端为A，其特征在于，供电电路（1）和滤波电路（3）连接在输入端A上，滤波电路（3）输出至减法器（4）的一个输入端，与输入减法器（4）另一端的调光区间下限设置电路（2）的调光区间下限设置电压相减，减法器（4）输出至限幅电路（6），限幅电路（6）还连接调光区间上限设置电路（5），限幅电路（6）输出连接至加权加法电路（7），加权加法电路（7）按调光亮度变化范围的要求，加权输出具有与输入端电压呈线性变化的、由调光区间下限设置电路和调光区间上限设置电路限定调节范围的调光电路电流反馈环的调光基准电压Vref。
2.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述供电电路（1）是串联连接的隔离二极管D1和限流电阻R7连接在直流电源Vcc上，在输入端连接可变电阻调光器时，为可变电阻调光器提供直流电压Vcc，在输入端连接0-10V调光器或脉冲宽度调制（PWM）调光器时，隔离二极管D1防止控制信号对直流电源Vcc的干扰。
3.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述调光区间下限设置电路（2）由接在直流电源Vcc及地之间的调光区间下限设置分压电阻R5和R6电阻分压器获得调光区间下限电压VL。
4.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述滤波电路（3）是由滤波及减法器电阻R3A和滤波电容C1以及滤波及减法器电阻R3B和滤波电容C2组成的两级电阻-电容滤波器电路，在输入为脉冲宽度调制PWM控制信号时，对控制信号滤波并输出直流控制电压，滤波及减法器电阻R3A和滤波及减法器电阻R3B的阻值之和与滤波及减法器电阻R4以及所述减法器（4）中的减法器电阻R1，减法器电阻R2具有相同的阻值。
5.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述减法器（4）由单电源供电的运算放大器U1及阻值相等的减法器电阻R1和R2组成，运算放大器U1的负输入端经减法器电阻R1连接至所述调光区间下限设置电路（2）输出的调光区间下限电压VL，同时经减法器电阻R2接运算放大器U1的输出端Vout，运算放大器U1的正输入端连接所述滤波电路（3）输出的直流控制电压，运算放大器U1的输出电压Vo1等于来自调光控制器的控制信号电压VA与调光区间下限设置电压VL的差信号，即 Vo1 = VA – VL，且当 VA < VL 时输出最低为0V。
6.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述调光区间上限设置电路（5）是接在直流电源Vcc和地之间的调光区间上限设置分压电阻R9和R10电阻分压器，输出的调光区间上限电压调整值VH0等于调光区间上限电压VH与调光区间下限电压VL之差，分压电阻R9和R10电阻的阻值比减法器电阻R1至少小一个数量级。
7.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述限幅器（6）由单电源供电的运算放大器U2，限幅电路分压电阻R8以及箝位二极管D2组成，将输出电压Vo2的最高值限定为调光区间上限电压调整值VH0，即调光区间上限电压VH与调光区间下限电压VL之差。
8.根据权利要求1所述的多功能LED调光接口电路，其特征在于：所述加权加法电路（7）由加权电阻R11和加权电阻R12及加权加法电路分压电阻R13组成，加权系数按调光亮度变化范围的要求确定，且电阻R11，R12及R13的阻值比限幅电路分压电阻R8的阻值高一个数量级以上。
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