CN106455211B - 一种led 灯同功率通用驱动电源控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型LED灯同功率通用驱动电源控制方法，包括如下步骤：步骤一,市电输入信号进行整流稳压，作为LED灯驱动电源主电路的直流输入电压；步骤二，驱动电源主电路采用DC/DC电源，实现直流到直流的变换，DC/DC电源中选用开关电源；步骤三，不同接线的同功率负载在电路中所需不同的电源输出电流，通过电压电流采样，将电路工作中的实际电压和电流值进行采样，输送给电源的MCU控制器；步骤四，计算VI曲线斜率及当前功率，并结合斜率和功率以及相应的参考值进行输出PWM调整波占空比调节。本发明的有益效果是:克服目前同功率不同LED驱动电源需要定制不能通用的问题，同时也能保持LED灯的工作品质。

Description

一种LED灯同功率通用驱动电源控制方法

技术领域

本发明涉及LED灯驱动电源的控制方法，更具体说，它涉及一种LED灯同功率通用驱动电源控制方法。

背景技术

由于LED光源的特性，LED灯不能直接使用常规的市电电网供电。为了满足LED特殊的电压、电流要求，必须使用特别设计的电压转换设备，即驱动电源，才能使得LED正常工作。所以LED灯具就有了区别于传统灯具的电源驱动方式。根据驱动控制方式不同，LED驱动电源可以分为镇流电阻驱动、稳压式驱动电源和恒流式驱动电源。镇流电阻驱动，就是简单地在LED的回路中串接电阻，通过调节电阻的阻值,改变LED的驱动电流，此控制方法电流稳定度不高，电阻发热消耗功率，导致用电效率低，仅适用小功率LED范围。稳压式驱动电源，输出电压固定，而输出的电流随负载的增减而变化，以稳压驱动电源驱动LED灯，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均。恒流式驱动电源输出电流是恒定的，而输出的直流电压随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高。恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，然而对于同功率由于LED灯的串并方式不同(图1)，则就需要不同的驱动电源，因此需要根据LED灯的连接方式，负载的电流不同，恒流的电流参考值不同，定制设计相匹配的驱动电源，开发设计成本较高，通用性不强,不利用大规模生产和推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足,提供一种考虑LED灯VI曲线斜率及功率的协同控制，保证驱动电源对不同LED灯连接方式能够自适应实现不同负载电流的恒流控制，实现驱动电源自适应匹配同功率LED灯负载的一种通用驱动电源控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

这种LED灯同功率通用驱动电源控制方法，包括如下步骤：

步骤一,市电输入信号进行整流稳压，作为LED灯驱动电源主电路的直流输入电压；

步骤二，LED灯驱动电源主电路采用DC/DC电源，实现直流到直流的变换，DC/DC电源中选用开关电源；

步骤三，不同接线的同功率LED负载在电路中所需不同的电源输出电流，通过电压电流采样，将电路工作中的LED负载实际电压和电流值进行采样，输送给驱动电源的MCU控制器；

步骤四，根据采样的电压和电流，MCU控制器进行数据分析和控制算法的实现，计算相应的VI曲线斜率及当前功率，并结合斜率和功率以及斜率和功率的参考值进行输出PWM调整波占空比调节；

步骤五，MCU控制器输出的PWM信号,提供给PWM驱动电路，进行功率放大，并输送到LED 灯驱动电源主电路,供给开关管的控制极进行电路的输出电流的调控；

步骤六，回到步骤三，直到LED负载达到工作所需的电流及相应的功率输出。

作为优选：所述步骤三中，电压的采样采用电阻分压的方式，电流的采样选用电流互感器的方式。

作为优选：所述步骤四中，当MCU控制器检测信号计算分析中，电流电压过高，则输出封锁脉冲，电源停止工作；当功率达到一定程度，VI曲线斜率未达到给定要求范围，则进行工作不正常指示，并封锁脉冲；当VI曲线斜率在需求范围内，而功率未达到时，则系统功率不匹配，指示报警，并封锁脉冲。

作为优选：所述步骤四中，MCU控制器进行数据分析和控制算法的实现的具体为：将检测得出的VI曲线斜率与上一次的值进行比较差值为E，该差值的变换趋势为EC，输出占空比 D，则对E、EC、D进行模糊化，规定模糊域值为：E＝{NB NS ZE PS PB}；EC＝{NB NSZE PS PB}；D＝{NB NM NS ZE PS PM PB}，NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分别为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大；根据如下规则表进行模糊规则运算：

当E为NB，EC为NB时，D为NB；当E为NB，EC为NS时，D为NM；当E为NB，EC为ZE 时，D为NS；当E为NB，EC为PS时，D为NS；当E为NB，EC为PB时，D为ZE；以此类推进行模糊规则运算，再将输出占空比D的模糊值进行反模糊化输出一定的占空比。

作为优选：所述步骤四中，MCU控制器有四种工作状态；状态1为：如果和功率在给定值范围,前时刻和现在的值在一定范围，LED工作正常，功率匹配，PWM占空比不变；状态2为：当功率在给定值范围；在给定值范围偏小，则根据模糊控制方法调整PWM占空比至状态1，如果一直调整不到，LED灯故障，进行灯闪烁报警指示；状态3为：功率在给定值范围；在给定值范围偏大,电压饱和，LED灯故障，进行灯闪烁报警指示；状态4为：调整到给定范围，功率不在给定范围，则功率不匹配，报警指示。

本发明的有益效果是:本发明引入新的LED灯控制参变量LED灯VI曲线斜率同功率不同接线的LED灯负载，虽然串并联的组合形式不同，然而单个LED灯的VI曲线和不同串并后总负载的曲线形状类似，虽然接线方式不同但通过跟踪总负载LED灯的VI曲线，使其工作在转折点附近，即可实现每个LED灯工作在转折点附近，在LED灯的工作电流略有余量的一个电流值处，即能保护LED灯，又能保持LED灯的亮度和均匀性，提升了驱动电源的控制灵活性和适应性。在控制中同时兼顾输出功率的检测和匹配跟踪。从而克服目前同功率不同LE D驱动电源需要定制不能通用的问题，同时也能保持LED灯的工作品质。

附图说明

图1是本发明LED灯同功率通用驱动电源控制系统框图；

图2是本发明同功率不同接线方式下的LED灯负载示例；

图3是本发明LED灯负载的VI曲线及VI曲线斜率控制点；

图4是本发明LED灯负载的VI曲线斜率和功率的联合协调模糊控制；

图5是本发明LED灯同功率通用驱动电源控制流程图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1至图5所示，本实施例的这种LED灯同功率通用驱动电源控制方法,包括如下步骤：

步骤一,市电输入信号进行整流稳压，作为LED灯驱动电源主电路的直流输入电压。

步骤二，驱动电源主电路采用DC/DC电源，实现直流到直流的变换，DC/DC电源中选用开关电源，可以根据反馈采样的电压电流值，并结合控制方法中的控制方案，调控主电路的开关器件PWM调制的占空比，实现调节输出负载所需的电流和功率。

步骤三，不同接线的同功率负载在电路中所需不同的电源输出电流，通过电压电流采样，将电路工作中的实际电压和电流值进行采样，输送给电源的MCU控制器，以便进行分析和计算。

步骤四，据采样的电压和电流，MCU控制器进行数据分析和控制算法的实现，计算相应的 VI曲线斜率及当前功率，并结合斜率和功率以及相应的参考值进行输出PWM调整波占空比调节，最终为主电路开关管提供相应的开关信号。

步骤五，MCU控制器输出的PWM信号,提供给驱动电路，进行功率放大，并输送到主电路, 供给开关管的控制极进行电路的输出电流的调控。

步骤六，系统根据调控的输出，再进3)，如此反复，只到系统达到工作所需的电流及相应的功率输出。

步骤四中，系统控制中增加保护和不正常工作的报警指示，当控制器检测信号计算分析中，电流电压过高，输出封锁脉冲，电源停止工作；当功率达到一定程度，VI曲线斜率未达到给定要求范围，则进行工作不正常指示，并封锁脉冲；当VI曲线斜率在需求范围内，而功率未达到时，则系统功率不匹配，指示报警，并封锁脉冲。

所述的步骤二中驱动电源主电路采用开关电源的方式，开关电路中的开关器件可以选用 MOSFET，IGBT等，通过开关管的调控，实现DC/DC的调节，不断跟踪给定功率及给定的VI曲线斜率参考值。

所述的步骤三中同功率LED灯负载，结构和接线方式有区别，多个LED灯串联和并联混合，并联支路数量和串联LED灯个数都有所不同，所需的电压和电流控制条件也不同，在电源工作时需要根据控制方法自适应自动调节。

所述的步骤三中电压的采样采用电阻分压的方式，电流的采样选用电流互感器的方式。 MCU作为驱动电源的控制器可以进行数字运算和分析，是实现控制的核心控制单元。同时进行电压电流的超限判断，当超限时封锁输出脉冲；电压电流正常时进行相应的算法实现，通过联合协调VI曲线斜率以及电源输出功率进行输出PWM的脉冲宽度，实现电源自适应恒流跟踪。

所述的步骤五中控制器输出是数字信号，电压和功率不能满足开关管的驱动控制要求，拟进行驱动放大电路，实现功率放大，提升驱动能力，给主电路开关管提供驱动信号。

所述的步骤六中系统根据控制方法闭环调控，实现自适应调节输出电流，实现同功率不同接法的恒流跟踪，同时兼顾功率的匹配。

所述的步骤四 中驱动电源的保护实施，对于驱动电源输出电压和电流超过限定最大值，说明电路出现异常，控制器及时控制封锁脉冲，同时在调控稳定后，系统达不到VI曲线斜率和功率参考值给定范围，也说明电路的异常，及时封锁和报警，实现对LED灯工作的保护。

如图1所示，LED灯同功率通用驱动电源控制系统结构，市电输入经过整流稳压后，作为 DC/DC变换主电路的直流输入电压，在DC/DC变换电路中选用开关电源，过控制变换电路中的开关器件进行负载的恒流控制，使DC/DC变换输出负载所需的电流电压条件，从而提供给一定功率的负载。采用电压分压的方法采样输出电压，采用电流互感的方式采样负载电流，经过隔离输入给MCU控制器，MCU控制器根据采样的电压和电流值进行自适应控制算法运算，计算当前VI曲线斜率和功率，并根据这两个参数进行模糊调节控制，调节输出PWM驱动信号，提供给DC/DC变换电路中的开关管。实现输出VI曲线斜率和功率都在参考值的规定范围内。否则将说明工作不正常，输出封锁PWM的信号进行保护。MCU的PWM信号经过功率放大提供给主电路开关器件。最后通过控制VI曲线斜率基本恒定，实现系统的功率匹配下的电流恒定输出。

如图2所示，同功率负载的不同连接方式示例，两个图功率一样，LED灯串并关系不同，决定了恒流控制的电流不同，直接的恒流控制方法，保证电源输出固定的电流，由于两个负载恒流不同，因此就需要两套不同的电源，不具有通用性。该发明通过自适应的控制方法实现同功率的电路都适用。

如图3所示，LED灯负载的VI曲线及VI曲线斜率控制点，根据LED灯VI曲线转折点A之后，斜率变换在一定范围，工作在小于饱和电压V_F的情况，该控制测量选取工作电流略小的一个点，如图中的A点，保证斜率在一定范围内。每个LED灯的特性和负载的总VI特性曲线近似，保证总负载的VI曲线斜率及功率在一定范围，即可实现每个LED灯也在VI曲线斜率及功率在一定范围，实现恒流控制的目的，同时每个灯的亮度均衡性也能够保障。

如图4所示，LED灯负载的VI曲线斜率和功率的联合协调模糊控制，系统根据采样的电流电压值，进行当前VI曲线斜率和功率的计算。同时以这两个变量为输入变量，输出PWM 占空比为输出变量，进行模糊控制，变量经过模糊化，知识库及相应模糊逻辑学习，输出所需的占空比，综合考虑两个因素，协调控制,实现VI曲线斜率在给定点附近，功率匹配。将检测得出的VI曲线斜率与上一次的值进行比较差值为E，该差值的变换趋势为EC，输出占空比D，则对E、EC、D进行模糊化，规定模糊域值为：E＝{NB NS ZE PS PB}；EC＝{NB NS ZE PS PB}；D＝{NB NM NS ZE PS PM PB}，NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分别为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。根据规则表进行模糊规则预算。当E为NB，EC为NB时，D为 NB；当E为NB，EC为NS时，D为NM；当E为NB，EC为ZE时，D为NS；当E为NB，EC为PS 时，D为NS；当E为NB，EC为PB时，D为ZE等，根据规则表中的各种情况，进行模糊规则运算，再将输出占空比D的模糊值进行反模糊化输出一定的占空比，进行调大、调小、不变等控制，从而实时调节输出的电压和电流，实现一定功率下的LED等VI曲线斜率在给定点附近，即间接实现恒流控制。若斜率调节基本稳定后，检测的功率过大或过小，则认为该控制电源的功率不匹配，封锁D并进行一定的报警指示。

模糊控制E、EC及输出D规则表

如图5所示，MCU控制器LED灯同功率通用驱动电源控制流程。MCU经过内部的AD采样，进行输出电压和电流的采样，根据采样电压电流计算VI曲线斜率和功率，有四种工作状态。状态1的情况为：如果和功率在给定值范围,前时刻和现在的值在一定范围，LED工作正常，功率匹配，PWM占空比不变。状态2的情况为：当功率在给定值范围；在给定值范围偏小，则根据模糊控制方法调整PWM占空比至状态1，如果一直调整不到，LED灯故障，进行灯闪烁报警指示。状态3的情况为：功率在给定值范围；在给定值范围偏大,电压饱和，LED灯故障，进行灯闪烁报警指示；状态4的情况为：调整到给定范围，功率不在给定范围，则功率不匹配，报警指示。

Claims (5)

1.一种LED灯同功率通用驱动电源控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一,市电输入信号进行整流稳压，作为LED灯驱动电源主电路的直流输入电压；

步骤二，LED灯驱动电源主电路采用DC/DC电源，实现直流到直流的变换，DC/DC电源中选用开关电源；

步骤三，不同接线的同功率LED负载在电路中所需不同的电源输出电流，通过电压电流采样，将电路工作中的LED负载实际电压和电流值进行采样，输送给驱动电源的MCU控制器；

步骤四，根据采样的电压和电流，MCU控制器进行数据分析和控制算法的实现，计算相应的VI曲线斜率及当前功率，并结合斜率和功率以及斜率和功率的参考值进行输出PWM调整波占空比调节；

步骤五，MCU控制器输出的PWM信号,提供给PWM驱动电路，进行功率放大，并输送到LED灯驱动电源主电路,供给开关管的控制极进行电路的输出电流的调控；

步骤六，回到步骤三，直到LED负载达到工作所需的电流及相应的功率输出。

2.根据权利要求1所述的LED灯同功率通用驱动电源控制方法，其特征在于：所述步骤三中，电压的采样采用电阻分压的方式，电流的采样选用电流互感器的方式。

3.根据权利要求1所述的LED灯同功率通用驱动电源控制方法，其特征在于：所述步骤四中，当MCU控制器检测信号计算分析中，电流电压过高，则输出封锁脉冲，电源停止工作；当功率达到一定程度，VI曲线斜率未达到给定要求范围，则进行工作不正常指示，并封锁脉冲；当VI曲线斜率在需求范围内，而功率未达到时，则系统功率不匹配，指示报警，并封锁脉冲。

4.根据权利要求1所述的LED灯同功率通用驱动电源控制方法，其特征在于：所述步骤四中，MCU控制器进行数据分析和控制算法的实现的具体为：将检测得出的VI曲线斜率与上一次的值进行比较差值为E，该差值的变换趋势为EC，输出占空比D，则对E、EC、D进行模糊化，规定模糊域值为：E＝{NB NS ZE PS PB}；EC＝{NB NS ZE PS PB}；D＝{NB NM NS ZE PSPM PB}，NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分别为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大；根据如下规则表进行模糊规则运算：

当E为NB，EC为NB时，D为NB；当E为NB，EC为NS时，D为NM；当E为NB，EC为ZE时，D为NS；当E为NB，EC为PS时，D为NS；当E为NB，EC为PB时，D为ZE；以此类推进行模糊规则运算，再将输出占空比D的模糊值进行反模糊化输出一定的占空比。

5.根据权利要求1所述的LED灯同功率通用驱动电源控制方法，其特征在于：所述步骤四中，MCU控制器有四种工作状态；状态1为：如果和功率在给定值范围,前时刻和现在的值在一定范围，LED工作正常，功率匹配，PWM占空比不变；状态2为：当功率在给定值范围；在给定值范围偏小，则根据模糊控制方法调整PWM占空比至状态1，如果一直调整不到，LED灯故障，进行灯闪烁报警指示；状态3为：功率在给定值范围；在给定值范围偏大,电压饱和，LED灯故障，进行灯闪烁报警指示；状态4为：调整到给定范围，功率不在给定范围，则功率不匹配，报警指示。