CN108282928B - 一种采用交流电源供电的三态变频led电源输出功率控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路，包括变频控制模块，变频控制模块设置有用于电连接变频LED驱动电源中IC芯片U1的变频控制端正极LED+、变频控制端负极LED‑和用于连接外部中央控制器的开灯控制信号输入端LDRV及高亮控制信号输入端MDRV，变频控制模块包括PWM发生电路、变频驱动电路和光电耦合器，PWM发生电路根据外部中央控制器输入的开灯控制信号和高亮控制信号,改变输出PWM信号的占空比，调整变频LED驱动电源的输出功率，使LED负载低功率低亮度运行或高功率高亮度运行，并能够实现灯光逐渐变化的软启动，具有电子元器件少，电路结构简单，生产成本低，功耗小等优点。
Description
本申请是申请号为2017101453623，申请日为2017年03月13日，名称为“一种三态变频LED电源输出功率控制电路”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种照明灯饰变频LED电源，特别是一种变频调整功率LED电源。
背景技术
城市道路的LED路灯数量巨大，如何在提供有效照明的情况下降低路灯的能耗已经成为路灯节能改造项目的重大难题。目前的路灯一般采用时控、光控或传感器等方式实现节能，有些路灯也具备局域网或远程控制功能，但这些路灯的驱动电路结构复杂，生产成本高，故障也高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电子元器件少，电路结构简单，生产成本低，功耗小的采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路，包括变频控制模块，所述变频控制模块设置有用于连接变频LED驱动电源中IC芯片U1的变频控制端正极LED+、变频控制端负极LED-和用于连接外部中央控制器的开灯控制信号输入端LDRV及高亮控制信号输入端MDRV，所述开灯控制信号输入端LDRV接收到中央控制器发送的开灯控制信号后，所述变频LED驱动电源低功率输出，与变频LED驱动电源连接的LED负载低亮度照明，所述高亮控制信号输入端MDRV接收到中央控制器发送的高亮控制信号后，所述变频LED驱动电源高功率输出，LED负载高亮度照明。
所述变频控制模块还设置有零线端N、火线端L、地线端G、12V输出正极端DC+和负极端DC-。
所述变频控制模块包括：
PWM发生电路：包括单片机U6，所述开灯控制信号输入端LDRV、高亮控制信号输入端MDRV与所述单片机U6的输入端相连，所述单片机U6设置有PWM信号输出端。
变频驱动电路：包括相位转换晶体管。
光电耦合器U5：输入端通过电阻R11接所述PWM信号输出端，输出端接所述相位转换晶体管的控制端，并在所述电阻R11和光电耦合器U5的结点与公共地之间连接有电阻R36。
所述高亮控制信号输入端MDRV接收到中央控制系统发送的高亮控制信号后N秒内，所述PWM信号输出端输出的PWM信号逐渐由低占空比变化到高占空比，使所述变频LED驱动电源输出功率逐渐升高；所述高亮控制信号消失后M秒内，所述PWM信号输出端输出的PWM信号逐渐由高占空比变化到低占空比，使所述变频LED驱动电源输出功率逐渐降低以实现软启动。
所述单片机U6的型号为PIC12F1822，所述单片机U6的VSS端接公共地；所述单片机U6的RA0端分两路，一路通过电阻R23接电源VCC，另一路通过电阻R28接公共地；所述单片机U6的RA1端分两路，一路通过电阻R24接电源VCC，另一路通过电阻R27接公共地；所述单片机U6的PWM/RA2为所述PWM信号输出端；所述单片机U6的VDD端接电源VCC；所述单片机U6的RA5端分两路，一路通过电阻R25接公共地，另一路接所述高亮控制信号输入端MDRV；所述单片机U6的RA4端分两路，一路通过电阻R26接公共地，另一路接所述开灯控制信号输入端LDRV；所述单片机U6的RA3端分两路，一路通过电阻R21接电源VCC，另一路通过电容C16接公共地。
第一种电路中，采用交流电源AC供电；所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1；所述交流电源AC依次通过电阻R15、整流二极管D7接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点；所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间并联有电容EC2和稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极依次串联有电阻R32、二极管D4、电阻R33、电阻R34和电阻R35，所述电阻R35的另一端接公共地；所述电阻R34和电阻R35的结点接所述变频控制端正极LED+；所述电阻R32与二极管D4的结点与公共地之间连接有稳压二极管Z2；所述电阻R33和电阻R34的结点与公共地之间连接有电容C10；所述电阻R34和电阻R35的结点与公共地之间连接有电容C9。
第二种电路中，采用交流电源AC供电；所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1，所述交流电源AC依次通过电阻R15、整流二极管D7接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点；所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间并联有电容EC2和稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极与公共地之间连接有电阻R35，所述电阻R35与三极管Q1的集电极的结点接所述变频控制端正极LED+。
第三种电路中，采用直流电源DC供电；所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1，所述直流电源DC通过电阻R15接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述电阻R15与所述三极管Q1的发射极的结点；所述电阻R15与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间连接有稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极依次串联有电阻R32、二极管D4、电阻R33、电阻R34和电阻R35，所述电阻R35的另一端接公共地；所述电阻R34和电阻R35的结点接所述变频控制端正极LED+；所述电阻R32与二极管D4的结点与公共地之间连接有稳压二极管Z2；所述电阻R33和电阻R34的结点与公共地之间连接有电容C10；所述电阻R34和电阻R35的结点与公共地之间连接有电容C9。
本发明的有益效果是：本发明的PWM发生电路连接有开灯控制信号输入端LDRV、高亮控制信号输入端MDRV，PWM发生电路根据外部中央控制器输入的开灯控制信号和高亮控制信号, 改变输出PWM信号的占空比，调整变频LED驱动电源的输出功率，使LED负载低功率低亮度运行或高功率高亮度运行，并能够实现灯光逐渐变化的软启动，具有电子元器件少，电路结构简单，生产成本低，功耗小等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的电路原理图；
图2是PWM发生电路图；
图3是变频驱动电路的第一种实施方式电路图；
图4是变频驱动电路的第二种实施方式电路图；
图5是变频驱动电路的第三种实施方式电路图。
具体实施方式
参照图1至图5，一种采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路（三态指熄灭、低亮度运行、高亮度运行三种工作状态），包括变频控制模块，所述变频控制模块设置有用于连接变频LED驱动电源中IC芯片U1（IC芯片U1的型号为BP3318）的变频控制端正极LED+、变频控制端负极LED-和用于连接外部中央控制器的开灯控制信号输入端LDRV及高亮控制信号输入端MDRV。
所述变频控制模块还设置有零线端N、火线端L、地线端G、12V输出正极端DC+和负极端DC-，零线端N、火线端L用于连接市电的零线和火线，地线端G为接保护地线，12V输出正极端DC+和负极端DC-（公共地）为外部的设备如雷达传感器、红外传感器和摄像头灯等提供12VDC工作电源。
所述变频控制模块包括PWM发生电路、变频驱动电路和光电耦合器U5。PWM发生电路包括单片机U6，所述开灯控制信号输入端LDRV、高亮控制信号输入端MDRV与所述单片机U6的输入端相连，所述单片机U6设置有PWM信号输出端。变频驱动电路包括相位转换晶体管，调整光电耦合器U5产生的相位差，所述变频控制端正极LED+与所述相位转换晶体管的输出端相连，所述变频控制端负极LED-接公共地。光电耦合器U5输入端通过电阻R11接所述PWM信号输出端，输出端接所述相位转换晶体管的控制端（三极管的基极、场效应管的栅极），并在所述电阻R11和光电耦合器U5的结点与公共地之间连接有电阻R36。电阻R11为限流电阻，电阻R36为下拉电阻，在PWM信号消失及在PWM信号低电平时段拉低光电耦合器U5输入端的电压。
所述单片机U6的型号为PIC12F1822，所述单片机U6的VSS端接公共地；所述单片机U6的RA0端分两路，一路通过电阻R23接电源VCC，另一路通过电阻R28接公共地；所述单片机U6的RA1端分两路，一路通过电阻R24接电源VCC，另一路通过电阻R27接公共地；所述单片机U6的PWM/RA2为所述PWM信号输出端；所述单片机U6的VDD端接电源VCC；所述单片机U6的RA5端分两路，一路通过电阻R25接公共地，另一路接所述高亮控制信号输入端MDRV；所述单片机U6的RA4端分两路，一路通过电阻R26接公共地，另一路接所述开灯控制信号输入端LDRV；所述单片机U6的RA3端分两路，一路通过电阻R21接电源VCC，另一路通过电容C16接公共地（图2中A端与图3至图5中的A端相连）。
电源VCC为直流5V电源，电阻R23、电阻R24为上拉电阻，电阻R27、电阻R28、电阻R25、电阻R26为下拉电阻，电阻R21与电容C16构成复位电路。
变频驱动电路的第一种实施方式参见图3，采用交流电源AC供电。所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1，所述交流电源AC依次通过电阻R15、整流二极管D7接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点；所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间并联有电容EC2和稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极依次串联有电阻R32、二极管D4、电阻R33、电阻R34和电阻R35，所述电阻R35的另一端接公共地；所述电阻R34和电阻R35的结点接所述变频控制端正极LED+；所述电阻R32与二极管D4的结点与公共地之间连接有稳压二极管Z2；所述电阻R33和电阻R34的结点与公共地之间连接有电容C10；所述电阻R34和电阻R35的结点与公共地之间连接有电容C9。
输入的12V交流电通过电阻R15限流后再通过整流二极管D7整流（半波整流），输入到三极管Q1的发射极，PWM发生电路产生的方波电压加载到光电耦合器U5的输入端。当PWM发生电路的方波信号为高电平时，电阻R30的电压被拉低，三极管Q1饱和导通，信号输入给IC芯片U1，变频LED驱动电源输出电流，给LED负载提供工作电流，LED负载点亮。当PWM发生电路的方波信号为低电平时，三极管Q1截止，无高电平脉冲信号输入给IC芯片U1，变频LED驱动电源也没有电流输出，LED负载熄灭。电容EC2为滤波电容，稳压二极管Z1、稳压二极管Z2对三极管Q1两侧的电压起到稳压保护作用。电阻R15、电阻R32为限流电阻，二极管D4起到反向隔离作用，防止负载电流、电容C9、电容C10的电流倒灌，电阻R33和电容C10构成一级积分电路，电阻R34和电容C9构成二级积分电路，将PWM信号转换成线性直流信号，通过直流信号调整变频LED驱动电源的输出功率。电阻R35为放电电阻，在三极管Q1截止后，电容C9、电容C10和电阻R35构成放电回路。
所述开灯控制信号输入端LDRV接收到中央控制器发送的开灯控制信号后，所述变频LED驱动电源低功率输出，LED负载低亮度照明，所述高亮控制信号输入端MDRV接收到中央控制器发送的高亮控制信号后，所述变频LED驱动电源高功率输出，LED负载高亮度照明，开灯控制信号输入端LDRV没有开灯控制信号输入时，无论高亮控制信号输入端MDRV是否收到高亮控制信号，变频控制模块关闭输出，LED负载熄灭。
通过中央控制系统发出关灯控制信号，实现白天LED负载熄灭，傍晚，中央控制系统输出开灯控制信号与高亮控制信号，LED负载在人们出行的繁忙时段，高亮度照明，保障良好的照明亮度。在繁忙时段之后，中央控制系统关闭高亮控制信号（高亮控制信号输入端MDRV没有信号输入），LED负载低亮度照明，节约电源。
当传感器（传感器与中央控制器连接，安装在各路灯处等）探测到有人或物体在其探测区域范围内运动或识别有人在其探测区域范围内时，中央控制系统输出高亮控制信号，三态变频LED电源输出信号给IC芯片U1，IC芯片U1控制变频LED驱动电源高功率输出，LED负载高亮照明；当传感器探测到人离开其探测范围或物体静止不动时，中央控制系统关闭高亮控制信号，三态变频控制电路输出信号给IC芯片U1，IC芯片U1控制变频LED驱动电源低功率输出，低亮度照明。
所述高亮控制信号输入端MDRV接收到中央控制系统发送的高亮控制信号后N秒（本实施例中为3秒，可以根据需要做调整）内，所述PWM信号输出端输出的PWM信号逐渐由低占空比变化到高占空比，使所述变频LED驱动电源输出功率逐渐升高；所述高亮控制信号消失后M秒（本实施例中为3秒，可以根据需要做调整）内，所述PWM信号输出端输出的PWM信号逐渐由高占空比变化到低占空比，使所述变频LED驱动电源输出功率逐渐降低，实现灯光逐渐变化的软启动。
变频驱动电路的第二种实施方式参见图4，采用交流电源AC供电，所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1，所述交流电源AC依次通过电阻R15、整流二极管D7接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点；所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间并联有电容EC2和稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极与公共地之间连接有电阻R35，所述电阻R35与三极管Q1的集电极的结点接所述变频控制端正极LED+。
第二种电路与第一种电路的电路工作原理相同，只是少了稳压二极管Z2、由电阻R33和电容C10构成的一级积分电路和由电阻R34和电容C9构成的二级积分电路，使电路结构更加简单，但省略这些电路后，其相应的功能也就消失，适应PWM信号直接控制输出功率，可以根据产品的设计需求选用。
变频驱动电路的第三种实施方式参见图5，采用直流电源DC供电；所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1，所述直流电源DC通过电阻R15接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述电阻R15与所述三极管Q1的发射极的结点；所述电阻R15与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间连接有稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极依次串联有电阻R32、二极管D4、电阻R33、电阻R34和电阻R35，所述电阻R35的另一端接公共地；所述电阻R34和电阻R35的结点接所述变频控制端正极LED+；所述电阻R32与二极管D4的结点与公共地之间连接有稳压二极管Z2；所述电阻R33和电阻R34的结点与公共地之间连接有电容C10；所述电阻R34和电阻R35的结点与公共地之间连接有电容C9。
第三种电路的工作原理和第一种电路相同，由于采用直流电源供电，也就省略了整流二极管D7、电容EC2。
本发明的PWM发生电路根据外部中央控制器输入的开灯控制信号和高亮控制信号, 改变输出PWM信号的占空比，调整变频LED驱动电源的输出功率，使LED负载低功率低亮度运行或高功率高亮度运行，并能够实现灯光逐渐变化的软启动，具有电子元器件少，电路结构简单，生产成本低，功耗小等优点。
目前常用的相位转换晶体管有NPN型三极管、PNP型三极管、N型场效应管、P型场效应管等，在本发明中，这些晶体管工作在开关状态下，可以使用不同类型的器件代换，专业领域的技术人员在不脱离本发明创造宗旨的前提下，所做的电子元器件或电路直接替换或等同变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。
Claims (3)
1.一种采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路，其特征在于它包括变频控制模块，所述变频控制模块设置有用于连接变频LED驱动电源中IC芯片U1的变频控制端正极LED+、变频控制端负极LED-和用于连接外部中央控制器的开灯控制信号输入端LDRV及高亮控制信号输入端MDRV，所述开灯控制信号输入端LDRV接收到中央控制器发送的开灯控制信号后，所述变频LED驱动电源低功率输出，与变频LED驱动电源连接的LED负载低亮度照明，所述高亮控制信号输入端MDRV接收到中央控制器发送的高亮控制信号后，所述变频LED驱动电源高功率输出，所述LED负载高亮度照明；
所述变频控制模块包括：
PWM发生电路：包括单片机U6；所述开灯控制信号输入端LDRV、高亮控制信号输入端MDRV与所述单片机U6的输入端相连，所述单片机U6设置有PWM信号输出端；
变频驱动电路：包括相位转换晶体管；
光电耦合器U5：输入端通过电阻R11接所述PWM信号输出端，输出端接所述相位转换晶体管的控制端，并在所述电阻R11和光电耦合器U5的结点与公共地之间连接有电阻R36；
所述高亮控制信号输入端MDRV接收到中央控制系统发送的高亮控制信号后N秒内，所述PWM信号输出端输出的PWM信号逐渐由低占空比变化到高占空比，使所述变频LED驱动电源输出功率逐渐升高；所述高亮控制信号消失后M秒内，所述PWM信号输出端输出的PWM信号逐渐由高占空比变化到低占空比，使所述变频LED驱动电源输出功率逐渐降低；
该三态变频LED电源输出功率控制电路采用交流电源AC供电；所述相位转换晶体管为PNP型三极管Q1；所述交流电源AC依次通过电阻R15、整流二极管D7接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极分两路，一路通过电阻R30接所述光电耦合器U5，另一路通过电阻R31接所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点；所述整流二极管D7与所述三极管Q1的发射极的结点与公共地之间并联有电容EC2和稳压二极管Z1；所述三极管Q1的集电极与公共地之间连接有电阻R35，所述电阻R35与三极管Q1的集电极的结点接所述变频控制端正极LED+。
2.根据权利要求1所述的采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路，其特征在于所述变频控制模块还设置有零线端N、火线端L、地线端G、12V输出正极端DC+和负极端DC-。
3.根据权利要求1所述的采用交流电源供电的三态变频LED电源输出功率控制电路，其特征在于所述单片机U6的型号为PIC12F1822，所述单片机U6的VSS端接公共地；所述单片机U6的RA0端分两路，一路通过电阻R23接电源VCC，另一路通过电阻R28接公共地；所述单片机U6的RA1端分两路，一路通过电阻R24接电源VCC，另一路通过电阻R27接公共地；所述单片机U6的PWM/RA2为所述PWM信号输出端；所述单片机U6的VDD端接电源VCC；所述单片机U6的RA5端分两路，一路通过电阻R25接公共地，另一路接所述高亮控制信号输入端MDRV；所述单片机U6的RA4端分两路，一路通过电阻R26接公共地，另一路接所述开灯控制信号输入端LDRV；所述单片机U6的RA3端分两路，一路通过电阻R21接电源VCC，另一路通过电容C16接公共地。
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