CN106535409A - 一种led照明用恒流开关电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED照明用恒流开关电源，属于电气设备领域。所述系统包括遥控模块和恒流开关电源模块，遥控模块由第一无线模块、电池和按键构成，恒流开关电源模块包括EMI滤波、输入端整流滤波、反激式变换器、输出端整流滤波、电流采样、电压采样、主控制器、MOSFET驱动、辅助电源和第二无线模块；主控制器分别与MOSFET驱动、第二无线模块、辅助电源、电流采样及电压采样连接，且通过MOSFET驱动与反激式变换器连接，所述辅助电源给主控制器和第二无线模块提供电源。本发明系统稳定性好，转换效率高，功率提高明显，减小了电磁干扰；也提高恒流开关电源的通用性，更系统化、集成化、人性化和智能化，并降低综合成本。

Description

一种LED照明用恒流开关电源系统
【技术领域】
本发明涉及LED设备系统领域，具体涉及一种LED照明用恒流开关电源系统。
【背景技术】
LED照明凭借着其节能、环保的优势已经成为全球化的趋势。近年，在各国政策的支持下，整个LED照明行业的市值呈现出爆发式的增长，作为LED照明关键组件的照明用恒流开关电源产业，自然也迎来了发展。
我国照明用恒流开关电源产业起步于20世纪70年代，经过30多年的发展，已初步形成了较为完整的产业链。但是，国内照明用恒流开关电源行业依旧存在着诸多问题，例如市场混乱、存在无序竞争、产品同质化严重、产能过剩等等。由于关键技术落后，部分元件需要进口，在原料成本上就落后国外一大截，又面着临严峻的价格竞争，所以，国内照明用恒流开关电源企业为了发展，一味追求低成本，不顾产品质量，这就必然导致国内市场混乱。
在国外，LED照明起步早，技术已经较为成熟，并且有相关扶持政策，使得照明用恒流开关电源以及LED技术发展迅速，LED照明器具已经开始普及。美国在LED照明的产业技术开发上一直处于领先地位，是LED照明技术的领跑者。美国能源部设立并资助“国家半导体照明研究计划”，发展半导体照明产业。计划到2012年代替荧光灯，2020年全面进入市场。，从这些计划可见，美国在照明用恒流开关电源上技术比较成熟，并且有相关政策扶持，发展迅速。
【发明内容】
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种LED照明用恒流开关电源系统，本发明的恒流开关电源系统稳定性好，转换效率高，功率提高明显，减小了电磁干扰；也使LED用照明用恒流开关电源标准化，从而提高通用性，朝系统化、集成化、人性化和智能控制方向迈进，并降低综合成本，使LED灯具进一步普及。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一种LED照明用恒流开关电源系统，包括遥控模块和恒流开关电源模块，所述遥控模块由第一无线模块、电池和按键构成，所述电池通过电路给按键和第一无线模块提供电源，按键与第一无线模块连接，按键信号传送给第一无线模块，所述第一无线模块将按键信号转化成无线信号发射出去；所述恒流开关电源模块包括EMI滤波、输入端整流滤波、反激式变换器、输出端整流滤波、电流采样、电压采样、主控制器、MOSFET驱动、辅助电源和第二无线模块；所述EMI滤波、输入端整流滤波、反激式变换器、输出端整流滤波、电流采样、电压采样依次连接；所述遥控模块与恒流开关电源模块通过第一无线模块和第二无线模块的无线信号连接；所述主控制器分别与MOSFET驱动、第二无线模块、辅助电源、电流采样及电压采样连接，且通过MOSFET驱动与反激式变换器连接，所述辅助电源给主控制器和第二无线模块提供电源。
本发明所述第一无线模块内安装有无线发射器，第二无线模块安装有无线接收器，且发射器和接收器的频率相同，均为315MHz。本发明遥控模块中电路的作用是第一无线模块中的发射器发送电磁波信号给恒流开关电源中第二无线模块的接收器，由此来实现遥控开关机，遥控调光等功能。遥控电路由315MHz无线模块和按键构成。315MHz发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～+85度之间变化时，频漂仅为3ppm/度。当发射电压为12V时，为最佳工作电压，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。315MHz无线模块以高稳定性和低功耗受到众开发者的喜好。315MHz无线模块使用方便，只需要提供3～12V直流电源，通过跳线，将两只模块地址设置成相同的即可。315MHz无线模块自带编码、解码电路。在发送模块端输入4位二进制数，在接收端就能收到相同4位的二进制数。
本发明所述主控制器产生的PWM通过MOSFET驱动传给反激式变换器提供驱动信号，且主控制器中含有光强度采集电路。本系统中使用Atemga8为主控制器，Atmega8是Atmel公司出品的高性能、低功耗的8位AVR微处理器，该处理器速度快，性能高达16MIPS，自带8路10位ADC转换器，3路PWM。该控制器价格便宜，性能优良，用在开关电源上作主控制器有在性价比上有很大优势。光强度采集电路中，当外界光强度变化时，光敏电阻R21电阻变化，引起送入到ADC2端口的电压变化，由Atmega8采集，再进行处理。电压、电流反馈输入电路即为普通的RC低通滤波器，减弱干扰，使送入A/D转换器信号更纯净，有利于提高系统的稳定性。主控制器负责产生PWM给反激变换器提供驱动信号，以及对输出电流、输出电压、环境光照进行采集，再调整PWM脉宽，实现恒流输出。此外，主控制器还需接收315MHz的数据，然后根据数据来调整工作状态。MOSFET驱动给反激式变换部分的开关管提供驱动。反激式变换器同时完成功率因素校正和DC/DC变换，辅助电源给主控制器和315MHz无线收发模块提供电源。
本发明所述辅助电源为成品RCC电源模块。输入电压范围为AC85～250V，输出为+5V0.5A和+8V0.2A，该辅助电源待机功耗小，转换效率高，并且工作稳定可靠。
本发明所述电压采样、电流采样的电路为普通的RC低通滤波器。
本发明所述系统主控制器产生带功率因素校正算法的PWM，且主控制器中的A/D转换器实时采集输出电压和电流，并且根据电流采样、电压采样及环境光强度再调整PWM脉宽，实现恒流输出。本设计使用的主控制器为Atmega8，是AVR的8位高性能主控制器，需要预先固化好二进制程序代码才能按照设计好的程序运行。本系统中需要用单片机的定时器产生带功率因素校正算法的PWM，A/D转换器实时采集输出电压和电流，并且根据采集回来的信号调整PWM脉宽，实现恒流输出。此外，主控制器还需要时刻监视是否收到无线模块的数据，并作出相应的动作。
本发明使用反激式变换器同时实现功率因素校正和DC/DC变换，反激式变换器中使用到了功率MOSFET。如果功率MOSFET驱动不好，轻则导致变换器效率低，重则引起器件烧毁。驱动主要注意两个方面：一是驱动电压要足够高，以保证MOS能完全导通；二是驱动速度要足够快，即驱动电流足够大，这样才能尽量减小MOS上的开关损耗，提高变换器效率。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明LED照明用恒流开关电源系统。该系统主要亮点是功率因素高，转换效率高，可遥控控制开关机，遥控调节输出电流，实现了智能化控制，并且以简单的电路结构实现了上述功能。
本发明系统使用反激式变换器同时完成功率因素校正和DC/DC变换，主控制器为Atmega8单片机，控制器负责产生带功率因素校正的PWM给反激式变换器提供驱动信号，实现功率因素校正和DC/DC变换。反激式变换器直流输出端用电阻采样电流，经过RC滤波后反馈到控制器的A/D输入端，控制器根据反馈回来的电流信号调整PWM占空比，以保证输出端电流恒定。系统用315MHz无线收发模块实现遥控开关机，遥控调节输出电流等功能。此外，系统用光敏电阻采集环境光强度信号，可根据环境光强度自动调节输出电流。
本发明的系统经实测，恒流开关电源满足设计要求，能够实际应用到LED照明灯具中，恒流开关电源输出端实际用LED作为负载，LED工作正常，没有出现闪烁、发热严重等问题。
【附图说明】
图1是本发明一种LED照明用恒流开关电源系统的示意图。
图2是本发明一种LED照明用恒流开关电源系统的主控制器的电路示意图。
图3是本发明一种LED照明用恒流开关电源系统的遥控模块的电路示意图。
图4是本发明一种LED照明用恒流开关电源系统的辅助电源电路原理示意图。
附图中的各项说明为：
1-主控制器；2-MOSFET驱动；3-辅助电源；4-第二无线模块；5-EMI滤波；6-输入端整流滤波；7-反激式变换器；8-输出端整流滤波；9-电流采样；10-电压采样；11-第一无线模块；12-电池；13-按键；14-交流电源。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的原理、工作过程和具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明一种LED照明用恒流开关电源系统的示意图。如图1所示，一种LED照明用恒流开关电源系统，包括遥控模块和恒流开关电源模块，所述遥控模块由第一无线模块11、电池12和按键13构成，所述电池12通过电路给按键13和第一无线模块11提供电源，按键13与第一无线模块12连接，按键信号传送给第一无线模块11，所述第一无线模块11将按键信号转化成无线信号发射出去；遥控模块的遥控电路作用是发送电磁波信号给恒流开关电源的第二无线模块4接收器接收，由此来实现遥控开关机，遥控调光等功能。遥控电路由电池、第一无线模块11和按键13构成。第一无线模块11的发射器的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～+85度之间变化时，频漂仅为3ppm/度。当发射电压为12V时，为最佳工作电压，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。第一无线模块11以高稳定性和低功耗使用更多。
第一无线模块11使用方便，只需要提供3～12V直流电源，通过跳线，将两只模块地址设置成相同的即可。第一无线模块11自带编码、解码电路。在发送模块端输入4位二进制数，在接收端就能收到相同4位的二进制数，如图3所示。图3中，BT1为12V电池，给遥控电路提供电源。E1为发射天线。S1～S4为4个按键，用于给第一发射模块11提供4位二进制数。其中S1的作用是开关机，每按下一次切换一次开关机状态。S2的作用是切换工作模式，有自动调节输出电流和手动调节输出电流两种工作模式，每按下一次切换一次工作模式。S3在手动调节输出电流模式时用于增加输出电流，每按一次增加60mA。S4在手动调节输出电流模式时用于减小输出电流，每按一次减小60mA。
所述恒流开关电源模块包括EMI滤波5、输入端整流滤波6、反激式变换器7、输出端整流滤波8、电流采样9、电压采样10、主控制器1、MOSFET驱动2、辅助电源3和第二无线模块4；所述EMI滤波5、输入端整流滤波6、反激式变换器7、输出端整流滤波8、电流采样9、电压采样10依次连接；所述遥控模块与恒流开关电源模块通过第一无线模块11和第二无线模块4的无线信号连接；所述主控制器1分别与MOSFET驱动2、第二无线模块4、辅助电源3、电流采样9及电压采样10连接，且通过MOSFET驱动2与反激式变换器7连接，所述辅助电源给主控制器1和第二无线模块4提供电源。
本系统的遥控模块中，第一无线模块11内安装有无线发射器，第二无线模块4安装有无线接收器，且发射器和接收器的频率相同，均为315MHz。本发明遥控模块中电路的作用是第一无线模块11中的发射器发送电磁波信号给恒流开关电源中第二无线模块4的接收器，由此来实现遥控开关机，遥控调光等功能。
本系统恒流开关电源模块中，主控制器1产生的PWM通过MOSFET驱动2传给反激式变换器7提供驱动信号，且主控制器1中含有光强度采集电路，如图2所示。本系统中使用Atemga8为主控制器1，Atmega8是Atmel公司出品的高性能、低功耗的8位AVR微处理器，该处理器速度快，性能高达16MIPS，自带8路10位ADC转换器，3路PWM。该控制器价格便宜，性能优良，用在开关电源上作主控制器1有在性价比上有很大优势。光强度采集电路中，当外界光强度变化时，光敏电阻R21电阻变化，引起送入到ADC2端口的电压变化，由Atmega8采集，再进行处理。电压、电流反馈输入电路即为普通的RC低通滤波器，减弱干扰，使送入A/D转换器信号更纯净，有利于提高系统的稳定性。主控制器负责产生PWM给反激变换器提供驱动信号，以及对输出电流、输出电压、环境光照进行采集，再调整PWM脉宽，实现恒流输出。此外，主控制器还需接收315MHz的数据，然后根据数据来调整工作状态。MOSFET驱动2给反激式变换部分的开关管提供驱动。反激式变换器7同时完成功率因素校正和DC/DC变换，辅助电源3给主控制器1和第二无线模块4提供电源。
本系统恒流开关电源模块中的辅助电源3为成品RCC电源模块。输入电压范围为AC85～250V，输出为+5V0.5A和+8V0.2A，该辅助电源待机功耗小，转换效率高，并且工作稳定可靠，如图4所示，T1为该成品电源模块，T1输入端接到EMI滤波器输出端，直流输出端加电容做好滤波和退偶即可。
本发明所述系统主控制器1产生带功率因素校正算法的PWM，且主控制器1中的A/D转换器实时采集输出电压和电流，并且根据电流采样9、电压采样10及环境光强度再调整PWM脉宽，实现恒流输出。本设计使用的主控制器1为Atmega8，是AVR的8位高性能主控制器，需要预先固化好二进制程序代码才能按照设计好的程序运行。本系统中需要用主控制器1的定时器产生带功率因素校正算法的PWM，A/D转换器实时采集输出电压和电流，并且根据采集回来的信号调整PWM脉宽，实现恒流输出。此外，主控制器1还需要时刻监视是否收到无线模块的数据，并作出相应的动作。
本系统中使用反激式变换器同时实现功率因素校正和DC/DC变换，反激式变换器中使用到了功率MOSFET。如果功率MOSFET驱动2不好，轻则导致变换器效率低，重则引起器件烧毁。驱动主要注意两个方面：一是驱动电压要足够高，以保证MOS能完全导通；二是驱动速度要足够快，即驱动电流足够大，这样才能尽量减小MOS上的开关损耗，提高变换器效率。
本发明的工作原理：本系统包括遥控模块和恒流开关电源模块两部分，遥控模块有电池12、第一无线模块11和按键13，其中按键13包括有开关机、输出电流调节、模式选择等按键，当有按键13被按下时，遥控模块中的第一无线模块11的将用户的意识转变为电磁波信号由发射器发出，恒流开关电源模块中的第二无线模块4接收器接收到电磁波信号后，进行相应的处理，使用户的意识得到体现，其中，电池给第一无线模块11供电，按键产生4位二进制数，给第一无线模块11提供数据发送依据。
恒流开关电源模块主要包含了EMI滤波5、输入端整流滤波6、反激式变换器7、输出端整流滤波8、电压采样10，电流采样9、主控制器1、MOSFET驱动2、辅助电源3、和第二无线模块4；第二无线模块4中的接收器接收到遥控模块发出的电磁波信号后转化成电信号传送给主控制器1，主控制器1负责产生PWM给反激变换器7提供驱动信号，以及对输出电流、输出电压、环境光照进行采集，再调整PWM脉宽，实现恒流输出。此外，主控制器1还需接收315MHz的数据，然后根据数据来调整工作状态。MOSFET驱动2给反激式变换部分的开关管提供驱动。反激式变换器同时完成功率因素校正和DC/DC变换，辅助电源3给主控制器1和第二无线模块4提供电源。

Claims (6)

1.一种LED照明用恒流开关电源系统，包括遥控模块和恒流开关电源模块，所述遥控模块由第一无线模块(11)、电池(12)和按键(13)构成，所述电池(12)通过电路给按键(13)和第一无线模块(11)提供电源，按键(13)与第一无线模块(11)连接，按键信号传送给第一无线模块(11)，所述第一无线模块(11)将按键信号转化成无线信号发射出去；所述恒流开关电源模块包括EMI滤波(5)、输入端整流滤波(6)、反激式变换器(7)、输出端整流滤波(8)、电流采样(9)、电压采样(10)、主控制器(1)、MOSFET驱动(2)、辅助电源(3)和第二无线模块(4)；所述EMI滤波(6)、输入端整流滤波(6)、反激式变换器(7)、输出端整流滤波(8)、电流采样(9)、电压采样(10)依次连接，且EMI滤波(6)外接交流电源；其特征在于：所述遥控模块与恒流开关电源模块通过第一无线模块(11)和第二无线模块(4)的无线信号连接；所述主控制器(1)分别与MOSFET驱动(2)、第二无线模块(4)、辅助电源(3)、电流采样(9)及电压采样(10)连接，且通过MOSFET驱动(2)与反激式变换器(7)连接，所述辅助电源(3)给主控制器(1)和第二无线模块(4)提供电源。
2.根据权利要求1所述一种LED照明用恒流开关电源系统，其特征在于：所述第一无线模块(11)内安装有无线发射器，第二无线模块(4)安装有无线接收器，且发射器和接收器的频率相同，均为315MHz。
3.根据权利要求1所述一种LED照明用恒流开关电源系统，其特征在于：所述主控制器(1)产生的PWM通过MOSFET驱动传给反激式变换器(7)提供驱动信号，且主控制器(1)中含有光强度采集电路。
4.根据权利要求1所述一种LED照明用恒流开关电源系统，其特征在于：所述辅助电源(3)为成品RCC电源。输入电压范围为AC85～250V，输出为+5V0.5A和+8V0.2A。
5.根据权利要求1所述一种LED照明用恒流开关电源系统，其特征在于：所述电压采样(10)、电流采样(9)的电路为普通的RC低通滤波器。
6.根据权利要求1所述一种LED照明用恒流开关电源系统，其特征在于：所述系统主控制器(1)产生带功率因素校正算法的PWM，且主控制器(1)中的A/D转换器实时采集输出电压和电流，并且根据电流采样(9)、电压采样(10)及环境光强度再调整PWM脉宽，实现恒流输出。
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