CN105554956A - 基于pwm调光的led灯照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PWM调光的LED灯照明系统，包括整流电路、输出驱动电路、PWM调光电路和LED发光源，整流电路将交流电转换为直流电，送入输出驱动电路，将经输出驱动电路作用得到的输出电压加载在PWM调光电路的调光控制芯片上，为芯片提供供电电源，调光控制芯片根据端口提供的PWM信号，决定内部功率开关的通断，改变送入LED发光源的输出电流。通过PWM信号控制LED灯串下端的功率开关的通断，以此来实现对LED灯电流的调节，从而实现对LED灯亮度的控制。
Description
技术领域
本发明属于照明电路技术领域，具体涉及一种基于PWM调光的LED灯照明系统。
背景技术
新型LED照明灯，具有高光效、长寿命、环保等优点，在许多应用中代替白炽灯、荧光灯等传统照明将是大势所趋。LED的驱动和控制方式简单，便于灵活调节发光亮度。LED调光通常有直流调光、PWM调光等形式。和直流调光相比，PWM调光具有光色不变，且低亮度时稳定性好等优点。
随着能源的日趋短缺，发展节能环保产品已经成为整个社会的共识，为了达到节能环保的目的，人体感应调光灯在灯具中得到了日益广泛地应用，在不同的活动区域，LED灯的亮度需求不同，也因使用者习惯，各不相同，因此，有必要提供一种适用于LED灯调光控制电路，以通过对光亮度控制最终实现对LED智能调光，同时起到一定的节能作用。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种基于PWM调光的LED灯照明系统，在反激式LED驱动器结构基础上，将交流电变换成低压的直流电，直接加载到LED灯串上，使LED灯发光。通过PWM信号控制LED灯串下端的功率开关的通断，以此来实现对LED灯电流的调节，从而实现对LED灯亮度的控制。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于PWM调光的LED灯照明系统，包括整流电路、输出驱动电路、PWM调光电路和LED发光源，整流电路将交流电转换为直流电，送入输出驱动电路，将经输出驱动电路作用得到的输出电压加载在PWM调光电路的调光控制芯片上，为芯片提供供电电源，调光控制芯片根据端口提供的PWM信号，决定内部功率开关的通断，改变送入LED发光源的输出电流。
上述输出驱动电路包括反激变换器和滤波电容，隔离变压器和续流二极管组成反激变换器，将变压器输入端的高压直流电变换为低压直流电，经滤波电容得到波纹更小的低压直流电，送入PWM调光电路，所用的续流二极管为快速恢复二极管，反向恢复时间为50ns。
LED灯照明系统还包括APFC电路，APFC电路设在整流电路和隔离变压器之间，APFC电路内置MOSFET，所述隔离变压器包括主绕组和辅助绕组，主绕组用作APFC电路的升压电感，辅助绕组用来检测电感电流的过零信号，确定导通MOSFET管。APFC电路包括过流保护电路，APFC电路内置NCP1606芯片，NCP1606芯片的C8引脚通过电阻RSENSE接地，电阻RSENSE用作电感电流的检测电阻，主回路电流过大，使芯片关断。
上述输出驱动电路还包括反馈网络，电阻、稳压二极管和光耦串联组成反馈网络，输出驱动电路的电压过压时，稳压二极管随之导通，反馈网络通过光耦将信号传递到APFC电路，APFC电路通过控制隔离变压器输入端功率开关的导通与关断时间控制输出驱动电路的输出电压范围。
上述PWM调光电路包括调光控制芯片、电流采样电阻和滤波电感，输出驱动电路的输出电流经电流采样电阻、滤波电感、LED发光源、调光控制芯片的内部功率开关流到地。
本发明有益效果是:PWM调光技术的优点在于应用简单、效率高、精度高，且调光效果好。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的LED灯照明系统结构框图。
图2是本发明的具体实施方式的整流电路原理图。
图3是本发明的具体实施方式的APFC电路原理图。
图4是本发明的具体实施方式的输出驱动电路原理图。
图5是本发明的具体实施方式的PWM调光电路原理图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
PWM调光的LED驱动器是在反激式LED驱动器基础上实现的，其原理框图如图1所示，主要由整流电路、APFC电路、隔离变压器、输出驱动电路、PWM调光电路和LED灯串构成，与恒功率LED驱动器相比，PWM调光的LED灯照明系统增加了PWM调光电路，用于根据PWM信号实现对LED灯电流的控制。
整流电路可以将交流电转换成直流电，如图2所示，在单向交流电压的正半周，整流二极管VD1、VD2导通，电流经过VD1、负载和VD2，回到交流电源的负端。当VD1、VD2正向导通时，VD3、VD4因加反向电压而截止。在交流电压的负半周，VD1、VD2截止，VD3、VD4导通，电流流经VD3、负载和VD4，回到交流电源的正端。由此可见，负载在一个周期内都有电流流过，而且始终是一个方向。
输入交流电压VAC、滤波电容C1两端的电压VC1和输入电流IAC的波形，发现若不加滤波电容C1，桥式整流电路输出脉冲直流电压的频率是交流输入电压频率的2倍，并保持正弦半波波形。加了滤波电容C1之后，通过C1周期性的充电和放电，则可获得波纹比较小的直流电压。由于只有在交流输入电压瞬时值高于整流滤波电压时，桥式整流电路中的二极管才因正向偏置而导通，而在交流输入瞬时电压幅值低于整流滤波电压时，整流二极管则因反向偏置而截止，故整流二极管只有在交流电源电压峰值附近才导通，导通角θ远小于π。但由于大容量滤波电容C1的存在，交流输入电流IAC波形出现严重畸变，不再是正弦波形，而呈幅值很大的尖峰脉冲。这种电流波形的高次谐波含量很高，致使线路功率因数变得很低。通过在整流电路和隔离变压器之间添加APFC电路可以消除尖峰脉冲。
利用芯片NCP1606作为控制器的APFC电路如图3所示，APFC电路的工作频率随输入交流电压和负载的变化而变化，而功率开关在一周期内的导通时间是固定的。当输入电压为220V交流电时，输入交流电经桥式整流后变为310V的直流电，作为Boost型APFC电路的输入。电容C1用于滤波，降低输入电流的谐波含量。变压器的主绕组Lp用作APFC电路的升压电感，辅助绕组La用来检测电感电流的过零信号，传递到芯片的ZCD引脚，确定何时导通MOSFET。电阻RSENSE用作为电感电流的检测电阻，当主回路电流过大时，使芯片关断，起到过流保护的作用。电阻R19，稳压管D7和光耦U2构成反馈网络，电容C8，C9和电阻R10构成电压环的补偿网络。
输出驱动电路由反激变换器、滤波电容和反馈网络组成，隔离变压器与快恢复二极管D6组成反激变换器，如图4所示，隔离变压器T1由初级线圈、次级线圈和辅助线圈组成，其中初级线圈用作APFC电路的升压电感；次级线圈为隔离变压器的输出级，为LED灯提供能量；辅助线圈用来检测升压电感电流的过零信号，传递到芯片的ZCD引脚，确定何时导通MOSFET，同时在驱动器工作时为APFC芯片供电。
芯片通过调节电容Ct的大小控制隔离变压器输入回路中功率开关在周期内的导通时间。为防止驱动电路的输入电流过大，芯片NCP1606设置了过流保护功能，通过检测RSENSE两端电压是否达到设定的门限电压来决定芯片的通断。当电流检测电阻RSENSE两端电压超过VCS(limit)时，芯片关断。C5作为驱动器的次级输出电容。
变压器次级线圈后的续流二极管D6为快速恢复二极管，对于工作频率为50kHz的APFC电路，一般要求其反向恢复时间不大于300ns，而其反向截止电压要求达到APFC电路输出电压的1.5倍，电流容量不低于峰值电感电流的2倍。本发明D6选用SS110型快速恢复二极管，其耐压值为100V，平均电流为1A，正向峰值浪涌电流为40A，反向恢复时间为50ns。
隔离变压器与快恢复二极管D6组成反激变换器，将变压器输入端的高压直流电变换为低压直流电，经滤波电容C5的作用后，进一步得到纹波较小的低压直流电，该低压直流电的最小值为22V，大于LED灯串的导通门限电压，LED灯得以发光。电阻R19、稳压二极管D7和光耦U2B组成反馈网络，起到过压保护的作用：当输出驱动电路的输出电压Vout大于24.5V时，反馈网络支路电流大于l0mA，光耦输入端的发光二级管随之导通，反馈网络通过光耦将过压信号传递到APFC电路，APFC电路通过控制变压器输入端功率开关的导通与关断时间降低输出电压，直至输出电压小于24.5V。这样，输出驱动电路的输出电压的变化范围为22-24.5V，在LED灯串的正常压降范围内，使得LED灯串能够正常工作。
输出驱动电路的输出电压为从Vout＝22-24.5V，其中，LED灯串的22V导通门限限电压是通过隔离变压器作用得到的；而过压保护(最大输出电压为24.5V)则是通过反馈网络作用实现的。利用芯片PT4115作为调光控制器的调光电路如图5所示，主要由芯片PT4115、电流采样电阻RS和滤波电感L2构成。上电后，将经输出驱动电路作用得到的输出电压Vout加载在芯片PT4115的引脚IN上，为芯片PT4115提供供电电源，芯片PT4115根据电流检测电阻RS的大小变换得到电压信号，经其内部比较器的作用得到恒定的输出电流IOUT，输出电流通过电流采样电阻RS、电感L2、LED灯串和内部功率开关从芯片IN端口流到地，电感L2对输出电流进行滤波，以得到纹波较小的输出电流。在调光时，芯片PT4115根据DIM端口提供的PWM信号，决定其内部功率开关的通断，以改变驱动器平均输出电流，这样，就实现了对LED灯亮度的控制。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于PWM调光的LED灯照明系统，其特征在于,包括整流电路、输出驱动电路、PWM调光电路和LED发光源，整流电路将交流电转换为直流电，送入输出驱动电路，将经输出驱动电路作用得到的输出电压加载在PWM调光电路的调光控制芯片上，为芯片提供供电电源，调光控制芯片根据端口提供的PWM信号，决定内部功率开关的通断，改变送入LED发光源的输出电流。
2.根据权利要求1所述的基于PWM调光的LED灯照明系统，其特征在于，所述输出驱动电路包括反激变换器和滤波电容，隔离变压器和续流二极管组成反激变换器，将变压器输入端的高压直流电变换为低压直流电，经滤波电容得到波纹更小的低压直流电，送入PWM调光电路。
3.根据权利要求2所述的基于PWM调光的LED照明系统，其特征在于，所述续流二极管为快速恢复二极管，反向恢复时间为50ns。
4.根据权利要求2所述的基于PWM调光的LED照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括APFC电路，APFC电路设在整流电路和隔离变压器之间，APFC电路内置MOSFET，所述隔离变压器包括主绕组和辅助绕组，主绕组用作APFC电路的升压电感，辅助绕组用来检测电感电流的过零信号，确定导通MOSFET管。
5.根据权利要求4所述的基于PWM调光的LED照明系统，其特征在于，所述APFC电路包括过流保护电路，APFC电路内置NCP1606芯片，NCP1606芯片的C8引脚通过电阻RSENSE接地，电阻RSENSE用作电感电流的检测电阻，主回路电流过大，使芯片关断。
6.根据权利要求5所述的基于PWM调光的LED照明系统，其特征在于，所述输出驱动电路还包括反馈网络，电阻、稳压二极管和光耦串联组成反馈网络，输出驱动电路的电压过压时，稳压二极管随之导通，反馈网络通过光耦将信号传递到APFC电路，APFC电路通过控制隔离变压器输入端功率开关的导通与关断时间控制输出驱动电路的输出电压范围。
7.根据权利要求1所述的基于PWM调光的LED照明系统，其特征在于，所述PWM调光电路包括调光控制芯片、电流采样电阻和滤波电感，输出驱动电路的输出经电流采样电阻、滤波电感、LED发光源、调光控制芯片的内部功率开关接地。
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