CN107046750B - 采用pwm方式对灯具无级调光的led驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用PWM方式对灯具无级调光的LED驱动装置，包括依次连接的输入滤波模块(1)、桥式整流模块(2)、DC转换模块(3)、可调光驱动模块(4)、和LED光源模块(5)，还包括无线通信模块(6)，所述无线通信模块(6)输出不同的PWM波至所述可调光驱动模块(4)的使能端，所述可调光驱动模块(4)根据所述PWM波调节流经所述LED光源模块(5)的电流。本发明的LED驱动装置效率高，成本低。

Description

采用PWM方式对灯具无级调光的LED驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，特别是一种LED驱动装置。

背景技术

现有技术中LED照明基本采用恒流驱动方式。为了更好地发挥LED照明节能的优点，在LED驱动器中加入调光功能是大势所趋。通常，LED驱动器的调光方式有3种：可控硅调光、模拟调光、PWM调光。每种调光方式都有其优点及局限性。PWM调光是使开关电路以相对于人眼识别能力来说足够高的频率工作，通过设置周期和占空比来改变输出电流平均值，其输出电流只有两种状态：最大额定工作电流和零电流。模拟调光是通过改变输出电流的幅值来实现调光功能，可控硅调光是通过调节电源的输出功率来实现调光功能。PWM调光可以保证LED的色温恒定，驱动器的效率较高，并且能够进行精确控制，但其缺点是需要MCU控制器，成本高昂。模拟调光相对PWM调光电路简单、容易实现，但会使LED色温发生变化，同时效率低、输出电流精度不易调节、调光范围有限。可控硅调光是利用现有的可控硅调光器，通过改变可控硅的导通角，调节输出功率来实现调光，其优点是不用改变原有日光灯调光设备，但是缺点更严重：其会严重降低驱动器效率及功率因数，同时也会使LED产生闪烁。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种LED驱动装置。

一种LED驱动装置，包括依次连接的输入滤波模块1、桥式整流模块2、DC转换模块3、可调光驱动模块4、和LED光源模块5，还包括无线通信模块6，所述无线通信模块6输出不同的PWM波至所述可调光驱动模块4的使能端，所述可调光驱动模块4根据所述PWM波调节流经所述LED光源模块5的电流。

可选的，还包用于检测流经所述LED光源模块5电流的检测模块，所述检测模块与LED光源检测模块5连接，所述可调光驱动模块4根据所述PWM波和所述检测模块检测到的电流，调节流经所述LED光源模块5的电流。

可选的，所述无线通信模块6与远端上位机通过ZigBee无线通信连接，接收上位机的控制指令，根据该指令调节流经所述LED光源模块5的电流。

可选的，所述输入滤波模块1由连接于电源进线中的电感L1、电容C1、电感L2和电容C2组成，电容C1、C2跨接于电源进线上，电感L1、L2连接于电容C1、C2之间，形成II形滤波模块1。

可选的，所述DC转换模块3的输入端通过电阻R9与R10组成电阻分压器对输入电压进行采样，DC转换模块3的输出端通过电阻R7与R8组成电阻分压器对输出电压进行采样，DC转换芯片根据采样得到的输入电压和输出电压，调节DC转换模块3的输出。

可选的，所述DC转换模块3包括APFC电路，所述APFC电路包括连接于直流母线间的开关管和输出电容，升压二极管串接于开关管和升压电容之间的直流母线上。

可选的，所述可调光驱动模块4包括驱动芯片、驱动半桥和滤波电路，驱动芯片的输出端连接驱动半桥，驱动半桥经滤波电路连接所述LED光源模块5。

可选的，所述可调光驱动模块4包括驱动芯片，所述LED光源模块5的两端并联有由电阻Rov1与电阻Rov2串联组成的分压电路，电阻Rov1与电阻Rov2的连接点通过电容CEN和稳压二极管Dov与驱动芯片的使能管脚连接，所述无线通信模块6的PWM输出端也接于驱动芯片的使能管脚。

可选的，所述可调光驱动模块4具有上限门限电压和下限门限电压，当可调光驱动模块4的输入电压大于上限门限电压时，所述可调光驱动模块4进入禁能状态，停止给LED光源模块5提供电流；可调光驱动模块4输入电压小于下限门限电压时，所述可调光驱动模块4进入正常工作模式。

本发明的有益效果是：采用PWM方式实现灯具的无极调光控制，具有功率因数高、效率高、成本低等优点。

附图说明

图1是本发明驱动装置的结构示意图；

图2是本发明部分模块的电路结构图；

图3是本发明可调光驱动模块的电路结构图；

图4是本发明无线通信模块的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

请参阅图1，本发明的LED驱动装置包括输入滤波模块1、桥式整流模块2、DC转换模块3、可调光驱动模块4、LED光源模块5和无线通信模块6，输入滤波模块1采用EMI滤波器。LED灯具电源输入220Vac/50Hz的市电，通过EMI滤波器抑制模块对电网的辐射干扰之后，经过桥式整流模块2将AC变换为DC，变换后的DC经过DC转换模块3输出两路直流，其中一路给无线通信模块6供电，另一路给可调光驱动模块4供电；无线通信模块6以CC2530为核心，通过无线通信模块6可以将所有的LED灯具组成一个无线控制网络，每个LED灯都是网络中的一个节点，都有单独且唯一的网络ID。灯具通过CC2530无线模块接受调光控制命令后，通过输出不同的PWM来调节可调光驱动模块4的输出电流，从而实现对LED光源模块5的调光控制。

输入滤波模块1、桥式整流模块2、DC转换模块3的具体电路结构如图2所示，市电通过输入滤波模块1及桥式整流模块2输出脉动电压，输入滤波模块1由连接于电源进线中的电感L1、电容C1、电感L2和电容C2组成，电容C1、C2跨接于电源进线上，电感L1、L2连接于电容C1、C2之间，由此形成了II形EMI滤波模块，通过该滤波模块可以对电网的辐射干扰进行抑制。滤波模块1的输出接整流模块2的输入端，整流模块采用H桥整流电路，采用可控或不可控整流电路均可，在本发明的实施例中由4个不可控二极管组成不可控的H桥整流模块，通过整流模块2将交流电整流成直流。在整流模块输出的正负母线之间连接有平滑电容C3，通过电容可以对整流输出的直流进行平滑。整流模块2的输出连接DC转换模块3，DC转换模块3以L6561为核心。DC转换模块3的输入端通过电阻R9与R10组成电阻分压器进行采样，电阻R9与R10串联于正负直流母线之间，IC1的3脚与R9、R10的连接点相连，电阻分压器进行采样后经IC1的3脚被其内部乘法器检测；DC转换模块3的输出端通过电阻R7与R8组成电阻分压器进行采样，电阻R7与R8串联于正负直流母线之间，IC1的1脚与R7、R8的连接点相连，电阻分压器进行采样后经IC1的1脚被其内部无差放大器检测。本发明采取单级反激式APFC电路，这种方式的APFC电路工作于电流临界导通工作模式，APFC电路的输入电容的容量很小(即交流输入市电整流输出滤波电容容量很小)，因此APFC电路的输入电压最大值很接近于交流输入市电电压整流后输出电压的峰值。该电路的功率因数一般大于0.92，可以很好地满足有关EMC和THD的技术要求。在输出重负载的应用场合，该电路可以得到较高的工作效率，一般工作效率接近90％，工作于电流临界导通工作模式可以使APFC功率开关管MOSFET的导通损耗比较小，有利于减少散热器的体积。APFC电路包括MOS1、二极管D1和电容C7，在C7两端得直流输出电压，在DC转换模块3中升压电感绕组T1串联于正直流母线上，通过升压电感绕组T1的电流，被其副绕组感测，经IC1的5脚输入到内部的零电流检测器。开关管MOS1与电阻R6串联连接于正负直流母线之间，流过开关管MOS1的电流在R6上转换为电压信号，经IC1的4脚输入到内部的电流感测器。IC1内部乘法器的输出，决定IC14脚的门限。当IC1的7脚上的PWM输出驱动MOS1导通时，升压二极管D1截止，通过T1的电流全部流经MOS1。当MOS截止时，D1导通。IC1控制的结果，使整流二极管导通角几乎为180°，交流输入电流连续流动，且时刻跟踪交流输入电压瞬时变化轨迹，并与交流输入电压保持同相位，呈正弦波形，将线路功率因数提高到0.99以上。与此同时，PFC升压变换器充当高功率因数开关电源。交流输入电压在175～265V范围变化时，总能输出400V的稳定电压。

图3为可调光驱动模块4的电路结构图，DC转换模块3的输出端连接可调光驱动模块4的输入端，可调光驱动模块4以IRS2541(IC2)为核心，IRS2541的1脚与2脚间连接有电容Cvcc1，Cvcc1与启动电阻Rs1串联后与正直流母线连接，可调光驱动模块4的输出管脚LO与HO分别连接开关M2、M1，M1与M2可以采用MOS开关管，M1与M2串联于正负直流母线间，由M1与M2组成驱动半桥，半桥驱动电路的输出端与LED光源模块5连接，在图3中M1与M2的连接点为半桥的输出端，其通过电感与电容组成的滤波电路(电感L1与电容Cout)与LED光源模块5连接。电路通过启动电阻Rs1对IC2引脚VCC上的电容Cvcc1充电。当Cvcc1上电压超过VCC导通门限时，IC2启动，LO(5脚)置高，HO(7脚)置低，并于保持一段预定时间，驱动半桥低端开关M2导通，VCC电压则通过自举二极管DBooT对电容CBooT充电，建立VBS悬浮电压给高压侧供电，当CBooT充上电压达到IC2内部高端驱动器导通门限电平时，IC2启动触发按照调节输出电流恒定的要求，通过输出电流检测反馈来控制HO和LO高低状态。IC2引脚VCC上的偏置则由输出电压Vout通过电阻Rs2提供。LED光源模块5通过反馈电压检测电阻RC5接地，电阻RC5的另一端通过电阻Rf连接于IC2的引脚IFB上，当IC2引脚IFB上的反馈电压VIFB低于0.5V的门限时，HO置高，LO置低，则M1导通，半桥输出电流通过LED，负载从直流电压线上吸收电流，输出电感L1和电容Cout存储能量，VIFB开始增加，一旦VIFB升高到0.5V以上，控制环在延迟THOOFF后，关断HO，则M1截止，再经DT(死区时间)之后，LO开启，M2则导通，输出电感L1和电容Cout中的储能则释放，LED中仍有电流通过，且VIFB开始减小。而当VIFB再次降低到0.5V以下时，控制环在延迟THOON后，开启HO，则M1导通，再经DT(死区时间)之后，LO关断，M2则截止，从而达到稳定平均电流的目的。

请参阅图4，无线通信模块6一方面具有与上位机的ZigBee无线通信功能，另一方面可以通过输出PWM波来控制驱动模块4从而实现对LED光源的PWM驱动。无线通信模块6以CC2530为核心，CC2530是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB的闪存。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。CC2530F256结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈(Z-StackTM)，提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案。

无线通信模块6的PWM输出端与可调光驱动模块的控制管脚(使能管脚)连接，图3中IRS2541芯片(驱动芯片)使能引脚ENN的门限电压上限是VENNTH+，当ENN引脚输入电压超过VENNTH+时，芯片进入禁能状态，电路停止给负载提供电流。当引脚ENN上输入电压小于下限电压VENNTH-时，芯片重新进入正常工作模式。因此电路在ENN引脚上输入一个不变频率和变化占空比的脉冲信号，则可以实现LED的亮度PWM调节。具体而言，在LED光源模块5的两端并联有由电阻Rov1与Rov2串联组成的分压电路，Rov1与Rov2的连接点通过电容CEN和稳压二极管Dov驱动芯片的使能管脚连接，无线通信模块6的PWM输出端也接于驱动芯片的使能管脚。流过LED平均电流和PWM占空比之间存在线性关系，PWM占空比越大，光输出则越小，亮度也就越暗。如占空比为20％，LED光输出则为最大值的80％。IRS2541芯片的芯片使能引脚ENN的门限电压为2.5V左右，一方面避免门限电压太低，使外部噪声信号导致芯片禁能；另一方面适合微控制器的输出PWM信号对芯片进行使能控制。外部的PWM使能控制信号频率一般在数KHz，频率太低将造成LED闪烁现象。本电路的ENN使能控制信号由CC2530无线模块提供。CC2530模块接收系统调光信号，产生相应的PWM脉冲信号输入到ENN引脚，实现对驱动电路的使能控制，进而实现调节LED阵列电流，从而实现灯具的无极调光控制。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种LED驱动装置的工作方法，LED驱动装置包括依次连接的输入滤波模块(1)、桥式整流模块(2)、DC转换模块(3)、可调光驱动模块(4)、和LED光源模块(5)，其特征在于还包括无线通信模块(6)，所述无线通信模块(6)输出不同的PWM波至所述可调光驱动模块(4)的使能端，所述可调光驱动模块(4)根据所述PWM波调节流经所述LED光源模块(5)的电流；

所述的LED驱动装置，还包括用于检测流经所述LED光源模块(5)电流的检测模块，所述检测模块与LED光源检测模块(5)连接，所述可调光驱动模块(4)根据所述PWM波和所述检测模块检测到的电流，调节流经所述LED光源模块(5)的电流；

DC转换模块(3)的输出端连接可调光驱动模块(4)的输入端，可调光驱动模块(4)以IRS2541（IC2）为核心，IRS2541（IC2）的引脚VCC与引脚COM间连接有电容Cvcc1，Cvcc1与启动电阻Rs1串联后与正直流母线连接，可调光驱动模块(4)的输出管脚LO与HO分别连接开关M2、M1，M1与M2可以采用MOS开关管，M1与M2串联于正负直流母线间，由M1与M2组成驱动半桥，半桥驱动电路的输出端与LED光源模块5连接，M1与M2的连接点为半桥的输出端，其通过电感与电容组成的滤波电路与LED光源模块5连接；

所述的工作方法，包括：电路通过启动电阻Rs1对IRS2541（IC2）引脚VCC上的电容Cvcc1充电；当Cvcc1上电压超过VCC导通门限时，IRS2541（IC2）启动，输出管脚LO置高，输出管脚HO置低，并于保持一段预定时间，驱动半桥低端开关M2导通，VCC电压则通过自举二极管DBooT对电容CBooT充电，建立VBS悬浮电压给高压侧供电；

当CBooT充上电压达到IRS2541（IC2）内部高端驱动器导通门限电平时，IRS2541（IC2）启动触发按照调节输出电流恒定的要求，通过输出电流检测反馈来控制输出管脚HO和LO高低状态；IRS2541（IC2）的引脚VCC上的偏置则由输出电压Vout通过电阻Rs2提供；

LED光源模块5通过反馈电压检测电阻RC5接地，电阻RC5的另一端通过电阻Rf连接于IRS2541（IC2）的引脚IFB上，当IRS2541（IC2）的引脚IFB上的反馈电压VIFB低于0.5V的门限时，输出管脚HO置高，输出管脚LO置低，则M1导通，半桥输出电流通过LED，负载从直流电压线上吸收电流，输出电感L1和电容Cout存储能量，VIFB开始增加，一旦VIFB升高到0.5V以上，控制环在延迟THOOFF后，关断输出管脚HO，则M1截止，再经死区时间之后，输出管脚LO开启，M2则导通，输出电感L1和电容Cout中的储能则释放，LED中仍有电流通过，且VIFB开始减小；而当VIFB再次降低到0.5V以下时，控制环在延迟THOON后，开启输出管脚HO，则M1导通，再经死区时间之后，输出管脚LO关断，M2则截止，从而达到稳定平均电流的目的；

所述DC转换模块(3)的输入端通过电阻R9与R10组成电阻分压器对输入电压进行采样，DC转换模块(3)的输出端通过电阻R7与R8组成电阻分压器对输出电压进行采样，DC转换芯片根据采样得到的输入电压和输出电压，调节DC转换模块(3)的输出；

所述可调光驱动模块(4)具有上限门限电压和下限门限电压，当可调光驱动模块(4)的输入电压大于上限门限电压时，所述可调光驱动模块(4)进入禁能状态，停止给LED光源模块(5)提供电流；可调光驱动模块(4)输入电压小于下限门限电压时，所述可调光驱动模块(4)进入正常工作模式。

2.根据权利要求1所述的LED驱动装置的工作方法，其特征在于，所述DC转换模块(3)包括APFC电路，所述APFC电路包括连接于直流母线间的开关管和输出电容，升压二极管串接于开关管和升压电容之间的直流母线上。