CN104994643A - 智能led驱动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能LED驱动电源，EMI模块的输入端连接市电，EMI模块的输出端连接整流模块的输入端，整流模块的输出端连接滤波模块的输入端；功率变换模块和控制器模块均与滤波模块的输出端连接，功率变换模块、整流滤波模块、光电隔离模块与控制器模块连接；降压模块、取样模块的输入端和DC/DC模块的输入端均与功率变换模块连接，DC/DC模块的输出端连接智能控制模块，智能控制模块和LED节点均与降压模块连接；放大比较模块和基准模块均与取样模块的输出端连接，放大比较模块还与光电隔离模块连接。本发明能实现高压与低压之间安全隔离，恒流精度高，线路简洁。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及智能LED驱动电源。
背景技术
智能LED照明系统是利用网络控制技术、自动控制技术、微电子技术、功率电子技术等现代化的高科技技术，实现可根据环境变化、客户需求等条件而自动采集系统总的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、判断、显示等处理，用以达到最佳的控制效果，实现节能化、健康化、艺术化的智能照明系统。驱动电源是为LED节点提供足够的电能部分，使LED节点以恒定的电流点亮并安全可靠地持续工作。
现有技术中的LED照明灯具系统中，驱动电源采用如下方案：参见图1，市电经过EMI模块滤池干扰后，经过第一整流模块变成脉动的直流电压，一路供给升压电路，另一路提供给AC/DC模块(模数转换模块)。升压电路一方面取出功率因数校正器所需要的电压使功率因数校正器工作，另一方面受控于功率因数校正器的控制，使升压电路始终输出恒定的脉动直流电压，经过第二整流模块和滤波模块后提供给降压模块。现有技术中的降压模块包括MOS管或者三极管、电感、续流二极管，降压模块提供给LED节点所需的工作电压，由电流取样电路设定LED节点工作电流，一旦工作电流小于或者大于设定的工作电流，MCU智能控制节点模块输出控制脉冲，来改变降压模块的开通或者关闭时间，从而使LED节点保持恒定的工作电流。这种电路的优点是功率因数较高，谐波小，缺点是高压与低压之间没采用隔离措施，一旦处理不当会对人体产生致命的电击，降压线路采用分离元件，各元器件误差大，造成恒流精度不高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供智能LED驱动电源，其能实现高压与低压之间安全隔离，恒流精度高，线路简洁。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
智能LED驱动电源，包括EMI模块、整流模块、滤波模块、控制器模块、整流滤波模块、光电隔离模块、功率变换模块、取样模块、放大比较模块、基准模块、DC/DC模块、降压模块、智能控制模块以及LED节点；所述EMI模块的输入端连接市电，EMI模块的输出端连接整流模块的输入端，整流模块的输出端连接滤波模块的输入端；所述功率变换模块和控制器模块均与滤波模块的输出端连接，所述功率变换模块、整流滤波模块、光电隔离模块与控制器模块连接；所述降压模块、取样模块的输入端和DC/DC模块的输入端均与功率变换模块连接，所述DC/DC模块的输出端连接智能控制模块，所述智能控制模块和LED节点均与降压模块连接；所述放大比较模块和基准模块均与取样模块的输出端连接，所述放大比较模块还与光电隔离模块连接；所述控制器模块，用于控制功率变换模块输出额定功率因数的电压，并根据光电隔离模块输出的调整信号输出相应的占空比，以使功率变换模块输出恒定的电压信号；所述智能控制模块，用于控制降压模块输出恒定的电流信号至LED节点。
优选的，所述整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述滤波模块为电容C1；所述二极管D1的正极、二极管D2的正极、二极管D3的负极和二极管D4的负极均与EMI模块的输出端连接，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与电容C1的一端连接，所述控制器模块和功率变换模块均与电容C1的一端连接，所述二极管D3的正极、二极管D4的正极、电容C1的另一端均接地。
进一步优选的，所述控制器模块包括控制芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C2；所述光电隔离模块为光电三极管Q1；所述电阻R1的一端和电阻R4的一端均与电容C1的一端连接，电阻R1的另一端和控制芯片的信号参考端均与电阻R2的一端连接；所述电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，所述控制芯片的电源端和光电三极管Q1的集电极端均与电阻R5的另一端连接；所述电阻R3的一端、电容C2的一端和控制芯片的控制端均与光电三极管Q1的发射极端连接，所述电阻R3的另一端和电容C2的另一端均与控制芯片的增益端连接；所述电阻R4的一端和电阻R6的一端均与功率变换模块连接，所述电阻R6的一端还连接控制芯片的电流检测端，所述电阻R2的另一端、电阻R6的另一端和控制芯片的地端均接地。
进一步优选的，所述整流滤波模块为二极管D5，所述二极管D5的正极连接控制芯片的电位参考端，所述二极管D5的负极连接电阻R5的另一端。
进一步优选的，所述功率变换模块包括变换器T1、场效应管Q2、电容C3、电阻R7和二极管D6，所述电阻R7的一端、电容C3的一端和变换器T1的第一初级线圈的一端均与电阻R4的一端连接，所述电阻R7的另一端和电容C3的另一端均与二极管D6的负极连接，二极管D6的正极和变换器T1的第一初级线圈的另一端均与场效应管Q2的漏极连接，所述场效应管Q2的栅极与控制芯片的触发端连接，所述场效应管Q2的源极连接电阻R6的一端，所述变换器T1的第二初级线圈的一端连接二极管D5的正极，另一端接地；所述降压模块、取样模块和DC/DC模块的输入端均与变换器T1的次级线圈的一端连接，变换器T1的次级线圈的另一端接地。
进一步优选的，所述功率变换模块还包括电容C4和二极管D7，所述二极管D7的正极连接变换器T1的次级线圈的一端，电容C4的一端、降压模块、取样模块和DC/DC模块的输入端均与二极管D7的负极连接，所述电容C4的另一端接地。
进一步优选的，所述DC/DC模块包括稳压元件U1、电容C5和电容C6，所述电容C5的一端和稳压元件U1的输入端均与二极管D1的负极连接，所述电容C6的一端和稳压元件U1的输出端均与智能控制模块连接，所述电容C5的另一端、电容C6的另一端和稳压元件U1的地端均接地。
进一步优选的，所述稳压元件U1的型号为78U05。
进一步优选的，所述降压模块包括降压芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电阻R8、电阻R9、二极管D8以及电感L1，所述电容C7的一端、电容C8的一端、电阻R8的一端和降压芯片的输入端均与二极管D7的负极连接，所述电阻R8的另一端连接降压芯片的启动端，所述电容C9的一端连接第一滤除端，电容C9的另一端、电感L1的一端和二极管D8的负极均与降压芯片的电压输出端连接，所述电感L1的另一端和电容C10的一端均与LED节点的正极端连接，所述电容C10的另一端、电阻R9的一端和LED节点的负极端均与降压芯片的电流检测输入端连接，所述电容C11的一端连接降压芯片的第二滤除端，所述电容C7的另一端、电容C8的另一端、电容C11的另一端、电阻R9的另一端、二极管D8的正极以及降压芯片的地端均接地，所述降压芯片的受控端连接智能控制模块。
进一步优选的，所述降压芯片的型号为LM3404HV。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的控制器模块中的控制芯片集成了功率因数校正器和PWM控制器，同时具备功率因数校正器和PWM控制器的功能的条件下降低了线路成本，功率因数高，提高了电能的利用率；谐波低，可降低对电网的污染；通过降压模块作为LED节点的恒流驱动，该降压芯片的转换效率高，恒流精度高，使用简单、方便。同时，智能控制模块通过控制降压模块可实现对LED节点开、关、调光、调色温、调颜色的智能控制。
附图说明
图1为现有技术的电路结构图；
图2为本发明的电路模块图；
图3为本发明的部分电路结构图；
图4为本发明的DC/DC模块和降压模块的电路结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
参见图2，本实施例提供一种智能LED驱动电源，其包括EMI模块、整流模块、滤波模块、控制器模块、整流滤波模块、光电隔离模块、功率变换模块、取样模块、放大比较模块、基准模块、DC/DC模块、降压模块、智能控制模块以及LED节点；EMI模块的输入端连接市电，EMI模块的输出端连接整流模块的输入端，整流模块的输出端连接滤波模块的输入端；功率变换模块和控制器模块均与滤波模块的输出端连接，功率变换模块、整流滤波模块、光电隔离模块与控制器模块连接；降压模块、取样模块的输入端和DC/DC模块的输入端均与功率变换模块连接，DC/DC模块的输出端连接智能控制模块，所述智能控制模块和LED节点均与降压模块连接；所述放大比较模块和基准模块均与取样模块的输出端连接，放大比较模块还与光电隔离模块连接。DC/DC模块即为直流电转直流电模块，将高压转换为低压，为智能控制模块提供正常的工作电压和电流。EMI模块的作用是将输入的市电进行滤除干扰。上述控制器模块，用于控制功率变换模块输出额定功率因数的电压，并根据光电隔离模块输出的调整信号输出相应的占空比，以使功率变换模块输出恒定的电压信号；智能控制模块是用于控制降压模块输出恒定的电流信号至LED节点。
对于上述的电路模块的工作原理为：市电经过EMI模块滤除传导和辐射干扰后，进入整流模块和滤波模块，整流后通过滤波模块高压小电容滤波，变成脉动直流电压进入控制器模块和功率变换模块，本实施例的控制器模块将功率因数校正器和PWM控制器集成为一体，两者共用一套线路；降压模块作为LED节点恒流驱动，可以接收智能控制模块输出的PWM信号，从而对LED节点进行开关或者调光、调色温、调颜色控制。智能控制模块由DC/DC模块直接供电，稳定性好。
具体来讲，参见图3，整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，滤波模块为电容C1；二极管D1的正极、二极管D2的正极、二极管D3的负极和二极管D4的负极均与EMI模块的输出端连接，二极管D1的负极和二极管D2的负极均与电容C1的一端连接，控制器模块和功率变换模块均与电容C1的一端连接，二极管D3的正极、二极管D4的正极、电容C1的另一端均接地。
控制器模块包括控制芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C2；光电隔离模块为光电三极管Q1；电阻R1的一端和电阻R4的一端均与电容C1的一端连接，电阻R1的另一端和控制芯片的信号参考端3均与电阻R2的一端连接；电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，控制芯片的电源端8和光电三极管Q1的集电极端均与电阻R5的另一端连接；电阻R3的一端、电容C2的一端和控制芯片的控制端1均与光电三极管Q1的发射极端连接，电阻R3的另一端和电容C2的另一端均与控制芯片的增益端2连接；电阻R4的一端和电阻R6的一端均与功率变换模块连接，电阻R6的一端还连接控制芯片的电流检测端4，电阻R2的另一端、电阻R6的另一端和控制芯片的地端6均接地。整流滤波模块为二极管D5，二极管D5的正极连接控制芯片的电位参考端5，二极管D5的负极连接电阻R5的另一端。
功率变换模块包括变换器T1、场效应管Q2、电容C3、电阻R7和二极管D6，电阻R7的一端、电容C3的一端和变换器T1的第一初级线圈的一端均与电阻R4的一端连接，所述电阻R7的另一端和电容C3的另一端均与二极管D6的负极连接，二极管D6的正极和变换器T1的第一初级线圈的另一端均与场效应管Q2的漏极连接，场效应管Q2的栅极与控制芯片的触发端7连接，场效应管Q2的源极连接电阻R6的一端，所述变换器T1的第二初级线圈的一端连接二极管D5的正极，另一端接地；降压模块、取样模块和DC/DC模块的输入端均与变换器T1的次级线圈的一端连接，变换器T1的次级线圈的另一端接地。功率变换模块还包括电容C4和二极管D7，二极管D7的正极连接变换器T1的次级线圈的一端，电容C4的一端、降压模块、取样模块和DC/DC模块的输入端均与二极管D7的负极连接，电容C4的另一端接地。
控制器模块中的控制芯片的型号为SN03，是电流准连续模式的APFC(有源功率因数校正)控制芯片，即电感电流处于连续模式与断续模式临界点。其工作原理如下：首先控制芯片通过电阻R1和电阻R2生成电感电流的参考信号至控制芯片的信号参考端，每一个开关周期开始时MOS管Q2导通，变换器T1原边电感电流线性增加，然后将控制芯片检测到的电感电流的检测信号和参考信号相比较，当电感电流的检测值大于电感电流参考值时，MOS管Q2关断，变换器T1的次级线圈的电感电流开始从初始线性减少，当变换器T1的次级线圈的电感电流降为0时,MOS管Q2导通，如此周而复始。在反激式变换器中，另一辅助绕组线圈的作用，除了提供给控制芯片稳定的电源外，还提供给使开关导通的控制信号。
当MOS管Q2截止时，主线圈极性反转，辅助线圈此时同名端为正电位，经二极管D5提供给控制芯片的电源端与电位参考端的参考电位。当主线圈的能量释放完毕时，工作于电流准连续模式，此时电流为零，辅助线圈的电位亦下降，所以控制芯片的电位参考端的电位随之下降，由于电位参考端内部电路为负边沿触发，在下降至1.8V以下时，则触发内部振荡器，拉高控制芯片触发端的电位，从而使MOS管Q2导通。因此，经由控制芯片所得的平均电流波形为完整的正弦波，且相位与交流电源波形相同。经功率因数校正所得的功率因数值可达0.95以上。
参见图4，DC/DC模块包括稳压元件U1、电容C5和电容C6，电容C5的一端和稳压元件U1的输入端VIN均与二极管D1的负极连接，电容C6的一端和稳压元件U1的输出端VOUT均与智能控制模块连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端和稳压元件U1的地端GND均接地。降压模块包括降压芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电阻R8、电阻R9、二极管D8以及电感L1，电容C7的一端、电容C8的一端、电阻R8的一端和降压芯片的输入端a均与二极管D7的负极连接，电阻R8的另一端连接降压芯片的启动端b，电容C9的一端连接第一滤除端c，电容C9的另一端、电感L1的一端和二极管D8的负极均与降压芯片的电压输出端d连接，电感L1的另一端和电容C10的一端均与LED节点的正极端连接，电容C10的另一端、电阻R9的一端和LED节点的负极端均与降压芯片的电流检测输入端e连接，电容C11的一端连接降压芯片的第二滤除端f，电容C7的另一端、电容C8的另一端、电容C11的另一端、电阻R9的另一端、二极管D8的正极以及降压芯片的地端g均接地，降压芯片的受控端h连接智能控制模块。稳压元件U1的型号为78U05，降压芯片的型号为LM3404HV。
变换器T1的次级线圈感应出来的交变电压经过二极管D7和电容C4滤波形成稳定的直流电电压，一路提供给稳压元件U1，一路提供给降压模块，一路供给取样电路。
经过二极管D7和电容C4滤波形成的直流电电压由于某种原因导致输出电压升高或者降低，其稳压过程为，经过取样模块的取样和基准模块产生的基准电压进行比较，将产生的误差信号放大，经过光电隔离模块，控制控制器模块输出脉宽不同的占空比，改变功率变换模块的开通或关闭时间，从而使输出电压降低或者升高。为降压模块正常变换提供持续恒定的工作电压。
直流电压通过电容C7和电容C8滤除高频成分后进入降压芯片的输入端，同时加在电阻R8上，降压芯片的启动端内部电路开始振荡工作，内部的开关管导通，通过降压芯片的电压输出端输出占空比可控的方波电压，通过电感L1和二极管D8的相互作用，提供给LED节点正常工作时的电能。二极管D8实际上为续流二极管。
电阻R9为LED节点恒流设定电阻，当电流超过或者低于设定值时，通过降压芯片的调整输入端进入降压芯片的内部，通过内部比较控制放大后，控制内部开关管的关闭和导通时间，来调整LED节点的工作电压，继而调整LED节点的工作电流。
降压芯片的受控端h受控于智能控制模块输出的PWM信号，实现开关和调光功能。智能控制模块的供电实现如下：变换器T1的次级线圈感应出来的交变电压经过二极管D7和电容C4滤波形成稳定的直流电电压进入稳压元件U1，稳压元件U1是一个开关电源模块，能承受高达72V的直流电压，在稳压元件U1的输出端输出智能控制模块工作的电压，可接负载电流为500mA的智能控制模块。
总体而言，本发明具体功率因数值高、谐波低、变换效率高、恒流精度高以及线路简洁的特点，并且高压与低压之间形成安全隔离，防止意外事故发生。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.智能LED驱动电源，其特征在于，包括EMI模块、整流模块、滤波模块、控制器模块、整流滤波模块、光电隔离模块、功率变换模块、取样模块、放大比较模块、基准模块、DC/DC模块、降压模块、智能控制模块以及LED节点；所述EMI模块的输入端连接市电，EMI模块的输出端连接整流模块的输入端，整流模块的输出端连接滤波模块的输入端；所述功率变换模块和控制器模块均与滤波模块的输出端连接，所述功率变换模块、整流滤波模块、光电隔离模块与控制器模块连接；所述降压模块、取样模块的输入端和DC/DC模块的输入端均与功率变换模块连接，所述DC/DC模块的输出端连接智能控制模块，所述智能控制模块和LED节点均与降压模块连接；所述放大比较模块和基准模块均与取样模块的输出端连接，所述放大比较模块还与光电隔离模块连接；
所述控制器模块，用于控制功率变换模块输出额定功率因数的电压，并根据光电隔离模块输出的调整信号输出相应的占空比，以使功率变换模块输出恒定的电压信号；所述智能控制模块，用于控制降压模块输出恒定的电流信号至LED节点。
2.如权利要求1所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述滤波模块为电容C1；所述二极管D1的正极、二极管D2的正极、二极管D3的负极和二极管D4的负极均与EMI模块的输出端连接，所述二极管D1的负极和二极管D2的负极均与电容C1的一端连接，所述控制器模块和功率变换模块均与电容C1的一端连接，所述二极管D3的正极、二极管D4的正极、电容C1的另一端均接地。
3.如权利要求2所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述控制器模块包括控制芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C2；所述光电隔离模块为光电三极管Q1；所述电阻R1的一端和电阻R4的一端均与电容C1的一端连接，电阻R1的另一端和控制芯片的信号参考端均与电阻R2的一端连接；所述电阻R4的另一端连接电阻R5的一端，所述控制芯片的电源端和光电三极管Q1的集电极端均与电阻R5的另一端连接；所述电阻R3的一端、电容C2的一端和控制芯片的控制端均与光电三极管Q1的发射极端连接，所述电阻R3的另一端和电容C2的另一端均与控制芯片的增益端连接；所述电阻R4的一端和电阻R6的一端均与功率变换模块连接，所述电阻R6的一端还连接控制芯片的电流检测端，所述电阻R2的另一端、电阻R6的另一端和控制芯片的地端均接地。
4.如权利要求3所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述整流滤波模块为二极管D5，所述二极管D5的正极连接控制芯片的电位参考端，所述二极管D5的负极连接电阻R5的另一端。
5.如权利要求4所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述功率变换模块包括变换器T1、场效应管Q2、电容C3、电阻R7和二极管D6，所述电阻R7的一端、电容C3的一端和变换器T1的第一初级线圈的一端均与电阻R4的一端连接，所述电阻R7的另一端和电容C3的另一端均与二极管D6的负极连接，二极管D6的正极和变换器T1的第一初级线圈的另一端均与场效应管Q2的漏极连接，所述场效应管Q2的栅极与控制芯片的触发端连接，所述场效应管Q2的源极连接电阻R6的一端，所述变换器T1的第二初级线圈的一端连接二极管D5的正极，另一端接地；所述降压模块、取样模块和DC/DC模块的输入端均与变换器T1的次级线圈的一端连接，变换器T1的次级线圈的另一端接地。
6.如权利要求5所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述功率变换模块还包括电容C4和二极管D7，所述二极管D7的正极连接变换器T1的次级线圈的一端，电容C4的一端、降压模块、取样模块和DC/DC模块的输入端均与二极管D7的负极连接，所述电容C4的另一端接地。
7.如权利要求4所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述DC/DC模块包括稳压元件U1、电容C5和电容C6，所述电容C5的一端和稳压元件U1的输入端均与二极管D1的负极连接，所述电容C6的一端和稳压元件U1的输出端均与智能控制模块连接，所述电容C5的另一端、电容C6的另一端和稳压元件U1的地端均接地。
8.如权利要求7所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述稳压元件U1的型号为78U05。
9.如权利要求7所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述降压模块包括降压芯片、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电阻R8、电阻R9、二极管D8以及电感L1，所述电容C7的一端、电容C8的一端、电阻R8的一端和降压芯片的输入端均与二极管D7的负极连接，所述电阻R8的另一端连接降压芯片的启动端，所述电容C9的一端连接第一滤除端，电容C9的另一端、电感L1的一端和二极管D8的负极均与降压芯片的电压输出端连接，所述电感L1的另一端和电容C10的一端均与LED节点的正极端连接，所述电容C10的另一端、电阻R9的一端和LED节点的负极端均与降压芯片的电流检测输入端连接，所述电容C11的一端连接降压芯片的第二滤除端，所述电容C7的另一端、电容C8的另一端、电容C11的另一端、电阻R9的另一端、二极管D8的正极以及降压芯片的地端均接地，所述降压芯片的受控端连接智能控制模块。
10.如权利要求8所述的智能LED驱动电源，其特征在于，所述降压芯片的型号为LM3404HV。
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