CN107949095A - Led灯高压输出控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种LED灯高压输出控制装置及控制方法，包括交流输入整流电路、m路LED负载电路、m个开关管、m个驱动电路、供电电路、微处理器、无线通讯模块、掉电检测电路和输入电压检测电路；微处理器分别与供电电路、无线通讯模块、掉电检测电路和各个驱动电路电连接，每个驱动电路均通过1个开关管与1个路LED负载电路电连接，交流输入整流电路分别与供电电路、输入电压检测电路、各路LED负载电路和各个开关管电连接。本发明具有可进行可靠、稳定控制的特点。

Description

LED灯高压输出控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及灯具电源控制设备技术领域，尤其是涉及一种安全性好的LED灯高压输出控制装置及控制方法。

背景技术

功率较大的LED灯具负载采用低压输出时的电流大，损耗大。例如，LED灯带一般长度比较长，如果采用高压输出，则有利于降低线路损耗，减小PCB走线的宽度。

现有技术存在的问题是，灯具电源控制器无法对灯带负载的调光、调色温、调色彩功能进行安全控制。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的灯具电源控制器无法对灯带负载的调光、调色温、调色彩功能进行安全控制的不足，提供了一种安全性好的LED灯高压输出控制装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种LED灯高压输出控制装置，包括交流输入整流电路、m路LED负载电路、m个开关管、m个驱动电路、供电电路、微处理器、无线通讯模块、掉电检测电路和输入电压检测电路；微处理器分别与供电电路、无线通讯模块、掉电检测电路和各个驱动电路电连接，每个驱动电路均通过1个开关管与1个路LED负载电路电连接，交流输入整流电路分别与供电电路、输入电压检测电路、各路LED负载电路和各个开关管电连接。

本发明的交流电源经整流后，通过一路或多路开关管与负载串联，由微处理器控制开关管的通断，通过对占空比的控制实现调光、调色温、调色彩等功能。

本发明可以实现灯带负载的调光、调色温、调色彩功能，输出电压高，负载长度长，可进行可靠、稳定的控制，满足了各种安全和性能标准要求。另外，可以通过无线通讯模块实现各种灯光状态的控制，也可通过电源开关实现分段场景控制。

作为优选，所述驱动电路包括场效应管Q3，三极管Q1，三极管Q2，电阻R1，电阻R2和电阻R3，微处理器分别与场效应管Q3和三极管Q2电连接，电阻R1两端分别与场效应管Q3和三极管Q1电连接，电阻R3一端与三极管Q2电连接，电阻R3另一端分别与电阻R2一端和三极管Q1电连接，三极管Q1和电阻R2另一端均与电源VCC连接。

作为优选，所述驱动电路包括场效应管Q3，三极管Q6，三极管Q7，电阻R1和电阻R2，微处理器与开关管Q3电连接，电阻R1两端分别与场效应管Q3和电阻R2一端电连接，三极管Q6和三极管Q7的基极均与场效应管Q3电连接，三极管Q6和三极管Q7的发射极均与对应的LED负载电路电连接。

作为优选，掉电检测电路包括二极管D1、二极管D2、稳压管Z1、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，三极管Q4和三极管Q5，电容C1和电容C2；电阻R4一端分别与二极管D1、二极管D2的负极电连接，二极管D1、二极管D2的正极分别与交流输入整流电路连接，电阻R4另一端分别与稳压管Z1的负极、电阻R5一端、电容C1一端和三极管Q4的基极电连接，三极管Q4的发射极与电阻R8一端电连接，三极管Q4的集电极分别与三极管Q5的基极和电阻R7一端电连接，三极管Q4的发射极与电阻R8一端电连接，三极管Q5的集电极分别电阻R6一端和电容C2一端电连接，电阻R6另一端与电阻R8另一端电连接，稳压管Z1的负极、电阻R5另一端、电容C1另一端、电阻R7另一端、三极管Q5的发射极和电容C2另一端均接地。

作为优选，输入电压检测电路包括二极管D1，二极管D2，稳压管Z2，电阻R8，电阻R9和电容C3；二极管D1和二极管D2一端均与交流输入整流电路电连接，二极管D1和二极管D2另一端均与电阻R8一端电连接，电阻R8另一端分别与稳压管Z2负极、电阻R9一端、电容C3一端和微处理器电连接，稳压管Z2正极、电阻R9另一端和电容C3另一端均接地。

本发明采用恒功率的控制方法，微处理器根据输入电压检测电路检测的输入电压的大小，计算PWM占空比，从而控制输入功率恒定。随输入电压的增加，减小PWM占空比，使输入功率在一定范围内保持恒定。为了避免过于频繁的占空比变化，设定在某段电压变压区间内，PWM最大占空比保持不变，当输入电压达到下一个电压区间时，PWM最大占空比平滑过渡到该区间设定值。

如果不采取恒功率控制方式，输入功率会随输入电压变化，输入功率的变化很大，容易导致控制器过热损坏。

一种LED灯高压输出控制装置的控制方法，还包括存储器，存储器与微处理器电连接；包括如下步骤：

存储器中存储有表格，表格包括若干个输入电压区间和分别与各个输入电压区间相对应的100％亮度下的PWM占空比；

(6-1)输入电压检测电路检测输入电压信号，微处理器利用输入电压信号获得输入电压值V，微处理器每隔时间T1查询输入电压值V在表格中的输入电压区间，利用查询到的输入电压区间得到100％亮度下的PWM占空比X1；

(6-2)微处理器利用公式Y1＝X1*B计算并得到亮度为B的PWM占空比Y1；

(6-3)微处理器输出占空比为Y1的PWM波给各个驱动电路。

作为优选，其特征是，还包括如下步骤：

(7-1)在每个时间T1内，微处理器对输入电压信号进行m次采样，m大于1，计算m次采样的平均值，将平均值作为输入电压值V；

(7-2)当各个时间T1的输入电压值V由低到高逐渐变化时，微处理器控制占空比跟随变动到输入电压区间对应的占空比；

(7-3)当各个时间T1的电压值V在当前输入电压区间由高到低逐渐变化时，微处理器控制占空比保持当前值；当输入电压值V进入相邻输入电压区间的下一个输入电压区间时，微处理器控制占空比跟随变动到输入电压区间对应的占空比。

在实际产品的工作中，电压输入值会有一定的波动，为了避免波动引起PWM亮度来回变化引起闪烁，本发明采用平均采样滞回控制方法。例如，电压采样每隔固定时间(例如10ms)采样一次，多次采样平均值作为电压输入值，当电压输入值由低到高变化时，占空比X跟随变动到对应区间值。但当电压输入值由高到低变化一个区间时，占空比X保持当前值，只有当输入电压实际采样值低至更低一个区间时，占空比X再改变到该区间值，可以有效避免在电压比较临界点占空比来回跳动引起的闪烁。

因此，本发明具有如下有益效果：可以实现灯带负载的调光、调色温、调色彩功能，输出电压高，负载长度长，可进行可靠、稳定的控制，满足了各种安全和性能标准要求。另外，可以通过无线通讯模块实现各种灯光状态的控制，也可通过电源开关实现分段场景控制。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的驱动电路的一种电路图；

图3是本发明的驱动电路的另一种电路图；

图4是本发明的掉电检测电路的一种电路图；

图5是本发明的输入电压检测电路的一种电路图；

图6是一种输入功率随输入电压的变化图。

图中：交流输入整流电路1、LED负载电路2、开关管3、驱动电路4、供电电路5、微处理器6、无线通讯模块7、掉电检测电路8、输入电压检测电路9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种LED灯高压输出控制装置，包括交流输入整流电路1、3路LED负载电路2、3个开关管3、3个驱动电路4、供电电路5、微处理器6、无线通讯模块7、掉电检测电路8和输入电压检测电路9；微处理器分别与供电电路、无线通讯模块、掉电检测电路和各个驱动电路电连接，每个驱动电路均通过1个开关管与1个路LED负载电路电连接，交流输入整流电路分别与供电电路、输入电压检测电路、各路LED负载电路和各个开关管电连接。

LED负载电路由电阻与LED灯珠串联，LED负载电路可以是一路，也可以是2路，3路或多路。每路LED负载电路与开关管三极管串联。开关管由微处理器输出的PWM信号经过驱动电路控制。

如图2所示，驱动电路包括场效应管Q3，三极管Q1，三极管Q2，电阻R1、电阻R2和电阻R3，微处理器分别与场效应管Q3和三极管Q2电连接，电阻R1两端分别与场效应管Q3和三极管Q1电连接，电阻R3一端与三极管Q2电连接，电阻R3另一端分别与电阻R2一端和三极管Q1电连接，三极管Q1和电阻R2另一端均与电源VCC连接。

Q2，Q1电路组成驱动供电使能电路，当微处理器输出驱动使能信号高电平时，Q2，Q1导通，R1得到VCC供电，当微处理器输出PWM开关信号时，驱动输出信号控制主电路开关管的通断。Q3的作用是把微处理器的3.3V低电压电平转换成更高的电压驱动信号，从而能够驱动主开关管。驱动供电使能电路的目的是避免刚上电时微处理器还没有输出PWM的情况下，开关管S1，S2，S3过早导通引起的灯闪烁。

如图3所示，述驱动电路包括场效应管Q3，三极管Q6，三极管Q7，电阻R1和电阻R2，微处理器与开关管Q3电连接，电阻R1两端分别与场效应管Q3和电阻R2一端电连接，三极管Q6和三极管Q7的基极均与场效应管Q3电连接，三极管Q6和三极管Q7的发射极均与对应的LED负载电路电连接。

图3为驱动电路的另一实施例，在图2的驱动输出后再增加由R2，Q6，Q7组成的推挽电路，可以进一步增加输出驱动能力，适用更大功率的输出。

如图4所示，掉电检测电路包括二极管D1、二极管D2、稳压管Z1，电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，三极管Q4和三极管Q5，电容C1和电容C2。电阻R4一端分别与二极管D1、二极管D2的负极电连接，二极管D1、二极管D2的正极分别与交流信号连接，电阻R4另一端分别与稳压管Z1的负极、电阻R5一端、电容C1一端和三极管Q4的基极电连接，三极管Q4的发射极与电阻R8一端电连接，三极管Q4的集电极分别与三极管Q5的基极和电阻R7一端电连接，三极管Q4的发射极与电阻R8一端电连接，三极管Q5的集电极分别电阻R6一端和电容C2一端电连接，电阻R6另一端与电阻R8另一端电连接，稳压管Z1的负极、电阻R5另一端、电容C1另一端、电阻R7另一端、三极管Q5的发射极和电容C2另一端均接地。

交流电经过D1，D2整流后，由R4，R5分压采样，Z1稳压嵌位，C1滤波。当交流电源开通时，Q4，Q5截止，掉电检测信号输出为高电平，当交流电源断开后，Q4，Q5开通，掉电检测信号由高电平转为低电平，微处理器检测到这个信号后，作相关的控制。该掉电检测电路能够在交流电切断后的20ms内，快速输出信号。微处理器检测到掉电后，会关闭WIFI模块和驱动电路，降低电路的功耗，微处理器进入计时状态，等待用户再次开通电源。这样，微处理器通过特定的程序，可以实现电源开关调节不同的场景输出功能，例如开一次100％亮度，第2次开50％亮度，第3次开10％亮度。

如图5所示，输入电压检测电路包括二极管D1，二极管D2，稳压管Z2，电阻R8，电阻R9和电容C3；二极管D1和二极管D2一端均与交流输入整流电路电连接，二极管D1和二极管D2另一端均与电阻R8一端电连接，电阻R8另一端分别与稳压管Z2负极、电阻R9一端、电容C3一端和微处理器电连接，稳压管Z2正极、电阻R9另一端和电容C3另一端均接地。

输入电压检测电路如图5所示，交流电压经过D1，D2整流后，由R8，R9分压采样，Z2稳压管嵌位，C3滤波，信号输入MCU。MCU根据输入电压信号大小，控制驱动PWM占空比，实现恒功率控制。

图6所示，如果不采取恒功率控制方式，输入功率随输入电压变化，输入功率的变化很大，容易导致控制器过热损坏。

一种LED灯高压输出控制装置的控制方法，还包括存储器，存储器与微处理器电连接；包括如下步骤：

存储器中存储有表格，表格包括7个输入电压区间和分别各个输入电压区间相对应的100％亮度下的PWM占空比；

表格如表1所示：

表1

存储器中存储有表格，表格包括若干个输入电压区间和分别与各个输入电压区间相对应的100％亮度下的PWM占空比；

(6-1)输入电压检测电路检测输入电压信号，微处理器利用输入电压信号获得输入电压值V，微处理器每隔时间T1查询输入电压值V在表格中的输入电压区间，利用查询到的输入电压区间得到100％亮度下的PWM占空比X1；

(6-2)微处理器利用公式Y1＝X1*B计算并得到亮度为B的PWM占空比Y1；

(6-3)微处理器输出占空比为Y1的PWM波给各个驱动电路。

还包括如下步骤：

(7-1)在每个时间T1内，微处理器对输入电压信号进行m次采样，m大于1，计算m次采样的平均值，将平均值作为输入电压值V；

(7-2)当各个时间T1的输入电压值V由低到高逐渐变化时，微处理器控制占空比跟随变动到输入电压区间对应的占空比；

(7-3)当各个时间T1的电压值V在当前输入电压区间由高到低逐渐变化时，微处理器控制占空比保持当前值；当输入电压值V进入相邻输入电压区间的下一个输入电压区间时，微处理器控制占空比跟随变动到输入电压区间对应的占空比。

实际产品工作中，电压采样值会有一定的波动，为了避免波动引起PWM亮度来回变化引起闪烁，本发明提出了一种平均采样滞回控制方法。电压采样每隔固定时间(例如10ms)采样一次，多次采样平均值作为实际采样输入，当输入电压实际采样值由低到高变化时，占空比X跟随变动到对应区间值。但当输入电压实际采样值由高到低变化一个区间时，占空比X保持当前值，只有当输入电压实际采样值低至更低一个区间时，占空比X再改变到该区间值。这样可以避免在电压比较临界点占空比来回跳动引起闪烁。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种LED灯高压输出控制装置，其特征是，包括交流输入整流电路(1)、m路LED负载电路(2)、m个开关管(3)、m个驱动电路(4)、供电电路(5)、微处理器(6)、无线通讯模块(7)、掉电检测电路(8)和输入电压检测电路(9)；微处理器分别与供电电路、无线通讯模块、掉电检测电路和各个驱动电路电连接，每个驱动电路均通过1个开关管与1个路LED负载电路电连接，交流输入整流电路分别与供电电路、输入电压检测电路、各路LED负载电路和各个开关管电连接。

2.根据权利要求1所述的LED灯高压输出控制装置，其特征是，所述驱动电路包括场效应管Q3，三极管Q1，三极管Q2，电阻R1，电阻R2和电阻R3，微处理器分别与场效应管Q3和三极管Q2电连接，电阻R1两端分别与场效应管Q3和三极管Q1电连接，电阻R3一端与三极管Q2电连接，电阻R3另一端分别与电阻R2一端和三极管Q1电连接，三极管Q1和电阻R2另一端均与电源VCC连接。

3.根据权利要求1所述的LED灯高压输出控制装置，其特征是，所述驱动电路包括场效应管Q3，三极管Q6，三极管Q7，电阻R1和电阻R2，微处理器与开关管Q3电连接，电阻R1两端分别与场效应管Q3和电阻R2一端电连接，三极管Q6和三极管Q7的基极均与场效应管Q3电连接，三极管Q6和三极管Q7的发射极均与对应的LED负载电路电连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的LED灯高压输出控制装置，其特征是，掉电检测电路包括二极管D1、二极管D2、稳压管Z1、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，三极管Q4和三极管Q5，电容C1和电容C2；电阻R4一端分别与二极管D1、二极管D2的负极电连接，二极管D1、二极管D2的正极分别与交流输入整流电路连接，电阻R4另一端分别与稳压管Z1的负极、电阻R5一端、电容C1一端和三极管Q4的基极电连接，三极管Q4的发射极与电阻R8一端电连接，三极管Q4的集电极分别与三极管Q5的基极和电阻R7一端电连接，三极管Q4的发射极与电阻R8一端电连接，三极管Q5的集电极分别电阻R6一端和电容C2一端电连接，电阻R6另一端与电阻R8另一端电连接，稳压管Z1的负极、电阻R5另一端、电容C1另一端、电阻R7另一端、三极管Q5的发射极和电容C2另一端均接地。

5.根据权利要求4所述的LED灯高压输出控制装置，其特征是，输入电压检测电路包括二极管D1，二极管D2，稳压管Z2，电阻R8，电阻R9和电容C3；二极管D1和二极管D2一端均与交流输入整流电路电连接，二极管D1和二极管D2另一端均与电阻R8一端电连接，电阻R8另一端分别与稳压管Z2负极、电阻R9一端、电容C3一端和微处理器电连接，稳压管Z2正极、电阻R9另一端和电容C3另一端均接地。

6.一种基于权利要求1所述的LED灯高压输出控制装置的控制方法，其特征是，还包括存储器，存储器与微处理器电连接；包括如下步骤：

存储器中存储有表格，表格包括若干个输入电压区间和分别与各个输入电压区间相对应的100％亮度下的PWM占空比；

(6-1)输入电压检测电路检测输入电压信号，微处理器利用输入电压信号获得输入电压值V，微处理器每隔时间T1查询输入电压值V在表格中的输入电压区间，利用查询到的输入电压区间得到100％亮度下的PWM占空比X1；

(6-2)微处理器利用公式Y1＝X1*B计算并得到亮度为B的PWM占空比Y1；

(6-3)微处理器输出占空比为Y1的PWM波给各个驱动电路。

7.根据权利要求6所述的LED灯高压输出控制装置的控制方法，其特征是，还包括如下步骤：

(7-1)在每个时间T1内，微处理器对输入电压信号进行m次采样，m大于1，计算m次采样的平均值，将平均值作为输入电压值V；

(7-2)当各个时间T1的输入电压值V由低到高逐渐变化时，微处理器控制占空比跟随变动到输入电压区间对应的占空比；

(7-3)当各个时间T1的电压值V在当前输入电压区间由高到低逐渐变化时，微处理器控制占空比保持当前值；当输入电压值V进入相邻输入电压区间的下一个输入电压区间时，微处理器控制占空比跟随变动到输入电压区间对应的占空比。