CN109819551A - 一种用于led灯的恒流调光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于LED灯的恒流调光装置，包括信号发生器和功率变换器，所述信号发生器的输入端外接调光设备，所述信号发生器的输出端连接所述功率变换器，所述功率变换器的输入端连接输入电压，所述功率变换器的输出端连接LED灯的正极端和负极端，所述信号发生器用于接收调光设备的调光信号后向所述功率变换器发送变频脉冲信号。本发明实现了调光范围宽，调光深度可达额定电压或额定电流的1‰，并且调光过程中和调光稳定之后都能做到无闪烁，调光时输出纹波小，并且功率变换器可以使用较低的开关频率而实现较大的转换效率和输出功率。

Description

一种用于LED灯的恒流调光装置
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种用于LED灯的恒流调光装置，以实现深度调光。
背景技术
目前应用于LED驱动电源的调光方案主要采取以下方式：第一种方式，模拟调光，即输出电流或者电压随着模拟的调光信号连续变化，此方法的优点是调光过程和调光稳定之后没有闪烁，但是该调光方式在调光时容易受到干扰，调光范围窄，普遍在5％-100％范围内，低于5％时容易出现闪烁；第二种方式，PWM脉冲宽度调制调光，即运用脉冲宽度调制的脉冲信号控制功率变换模块，使输出电流或者电压随着PWM信号变化，虽然有较强的抗干扰能力，调光范围较宽，但是该调光方式在占空比较小的情况下调光信号的使能时间内的DC/DC控制器输出的脉冲数量较少，调光过程中输出电流随着脉冲个数的变化而呈现台阶性的变化造成调光过程的闪烁，若采用提高功率变换模块的工作频率而又会引起器件损耗过大；第三种方式，PWM+模拟混合调光，即在较小亮度时使用PWM+模拟调光，在较大亮度时使用模拟调光，调光深度较宽，一般可以做到1％-100％的调光范围，但是在很小的调光深度时调光过程依然会出现闪烁的情况。
因此，以上调光方案均不能做到很低的调光深度，尤其在一些较大功率需求情况下运用较低工作频率时缺点更明显。现亟需找到一种新的技术方案解决以上难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种用于LED灯的恒流调光装置，实现了调光范围宽，调光深度可达到1‰以下，并且调光过程中和稳定之后都能无闪烁(Flicker Free)。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明一种用于LED灯的调光及驱动装置，其特点在于，所述用于LED灯的调光及驱动装置包括信号发生器和功率变换器，所述信号发生器的输入端外接调光设备，所述信号发生器的输出端连接所述功率变换器，所述功率变换器的输入端连接输入电压，所述功率变换器的输出端连接LED灯的正极端和负极端，所述信号发生器用于接收调光设备的调光信号后向所述功率变换器发送变频脉冲信号，所述变频脉冲信号用于控制所述功率变换器工作从而实现宽范围调光。
优选地，所述信号发生器为微处理器，所述功率变换器设置有接地端。
优选地，所述功率变换器还包括DC/DC控制器、MOS管和稳压滤波元件，所述DC/DC控制器的一端连接所述微处理器，所述DC/DC控制器的另一端连接所述MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极连接所述接地端，所述MOS管的漏极连接所述稳压滤波元件，所述稳压滤波元件包括第一二极管和第一电容和电感，所述第一电容的一端连接LED的所述正极端，所述第一电容的另一端连接LED的所述负极端。
优选地，所述微处理器输出的所述变频脉冲信号的频率，控制所述DC/DC控制器在所述变频脉冲信号的高电平时间内的脉冲数量维持不变或者较小范围内变化。
优选地，所述DC/DC控制器为定频模式时，所述微处理器输出的所述变频脉冲信号的所述高电平时间固定，从而控制所述脉冲数量维持不变。
优选地，所述DC/DC控制器为变频模式时，所述微处理器输出的所述变频脉冲信号的所述高电平时间的时长为变化的，从而控制所述DC/DC控制器在所述变频脉冲信号的所述高电平时间内的输出脉冲数量维持较小范围内变化。
优选地，所述稳压滤波元件还包括第一电阻，所述MOS管的所述源极连接所述第一电阻然后连接所述接地端。
作为优选的方案一，所述MOS管的所述漏极并联地连接所述第一二极管的正极和所述电感的一端，所述输入电压并联地连接所述第一二极管的负极和所述第一电容的所述一端，所述电感的另一端连接所述第一电容的所述另一端。
作为优选的方案二，所述MOS管的所述漏极并联地连接所述电感的一端和所述第一二极管的正极，所述电感的另一端连接所述输入电压，所述第一二极管的负极连接所述第一电容的所述一端，所述第一电容的所述另一端还连接所述MOS管的所述源极。
作为优选的方案三，所述稳压滤波元件还包括变压器、第二二极管、第二电容和第二电阻，所述输入电压并联地连接所述第二电容的一端、所述第二电阻的一端和所述变压器的初级线圈的一端，所述第二电容的另一端和所述第二电阻的另一端并联地连接所述第二二极管的负极，所述MOS管的所述漏极并联地连接所述第一二极管的正极和所述变压器的所述初级线圈的另一端，所述变压器的次级线圈的一端连接第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接所述第一电容的所述一端，所述变压器的所述次级线圈的另一端连接所述第一电容的所述另一端。
本发明的积极进步效果在于：
本发明产生的信号由变频信号和功率变换线路结合而成，实现了调光范围宽，调光深度可达额定电流的1‰，功率变换器输出纹波小，并且调光过程中和调光稳定之后都能做到无闪烁，并且功率变换器可以使用较低的开关频率而实现较大的转换效率和输出功率。
附图说明
图1为本发明的较优实施例的整体结构示意图。
图2为本发明的第一种较优实施例的结构示意图。
图3为本发明的第二种较优实施例的结构示意图。
图4为本发明的第三种较优实施例的结构示意图。
图5为本发明的较优实施例的微处理器输出的脉宽调制调光信号与微处理器输出的变频脉冲调光信号对比示意图。
图6为本发明的较优实施例的脉冲宽度调整PWM的DC/DC控制器输出与变频脉冲信号PFM的DC/DC控制器输出对比示意图。
图7为本发明的较优实施例的脉冲宽度调整PWM的电流输出与变频脉冲信号PFM的电流输出对比示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
请参照图1，本发明一种用于LED灯的恒流调光装置，其包括信号发生器2和功率变换器1，信号发生器2的输入端外接调光设备，信号发生器2的输出端连接功率变换器1，功率变换器1的输入端连接输入电压，功率变换器1的输出端连接LED灯的正极端和负极端，信号发生器2用于接收调光设备的调光信号后向功率变换器1发送变频脉冲信号PFM，变频脉冲信号PFM用于控制功率变换器1工作从而实现宽范围调光，PFM信号的高电平时间可以固定或者变化。
本发明中，信号发生器2可为微处理器3，也可以模拟器件。变频信号可以单独控制功率变换线路，也可以和模拟电压共同控制功率变换器1。
本发明高电平变频信号使功率变换器1工作，信号低电平时功率变换器1停止。信号发生器2内置信号采集电路，将调光信号转化成数字量，通过微处理器3内置定时器或者PWM发生器，按照程序所建立的数学模型，输出变频调光信号。本发明实现1‰～100％调光深度，输出的变频脉冲调光信号高电平(使能)时间稳定DC/DC控制器4输出的脉冲数量，可以采用固定或者变化的使能时间，通过改变禁止时间来控制LED灯的亮度。当然，本发明不仅限于此控制形式，实际使用还可以配合PWM或者模拟调光实现混合调光。
基于以上技术条件，功率变换器1还可包括DC/DC控制器4、MOS管Q1和稳压滤波元件，功率变换器1可设置有接地端。因变频脉冲信号(PFM)的高电平时间可以固定的，也可以是变化的，从而在调光过程中能够使DC/DC控制器4发送给MOS管Q1的脉冲数量保持不变，这样实现删除恒定光和可变光。当然，变频脉冲信号(PFM)变化时是缓慢变化效果较好。功率变换器1还可包含但不限于boost、buck、Flyback、Buck-boost、LLC、LCC等。DC/DC控制器4的一端连接微处理器3，DC/DC控制器4的另一端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极连接所述接地端，MOS管Q1的漏极连接稳压滤波元件，稳压滤波元件包括第一二极管D1和第一电容C1和电感L1，第一电容C1的一端连接LED的所述正极端，第一电容C1的另一端连接LED的所述负极端。微处理器3输出的变频脉冲信号PFM的频率，控制所述DC/DC控制器4在所述变频脉冲信号PFM的高电平时间内的脉冲数量维持不变或者较小范围内变化。
优选地，DC/DC控制器4为定频模式时，微处理器3输出的所述变频脉冲信号PFM的所述高电平时间固定，从而控制所述脉冲数量维持不变。
优选地，DC/DC控制器4为变频模式时，比如临界导通模式(BCM,BoundaryConduction Mode)和输出电流迟滞控制模式(Hysteretic Control)，微处理器3输出的所述变频脉冲信号PFM的所述高电平时间的时长为变化的，从而控制DC/DC控制器4在所述变频脉冲信号PFM的所述高电平时间内的输出脉冲数量维持较小范围内变化。
稳压滤波元件还可包括第一电阻R1，MOS管Q1的所述源极连接第一电阻R1然后连接所述接地端。
实施例一
基于以上技术，如图2所示，稳压滤波元件还可包括电感L1，MOS管Q1的所述漏极并联地连接第一二极管D1的正极和电感L1的一端，所述输入电压并联地连接第一二极管D1的负极和第一电容C1的所述一端，电感L1的另一端连接第一电容C1的所述另一端。
实施二
基于以上技术，如图3所示，MOS管Q1的所述漏极并联地连接电感L1的一端和第一二极管D1的正极，电感L1的另一端连接所述输入电压，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的所述一端，第一电容C1的所述另一端还连接MOS管Q1的所述源极。
实施例三
基于以上技术，如图4所示，稳压滤波元件还包括变压器T1、第二二极管D2、第二电容C2和第二电阻R2，所述输入电压并联地连接第二电容C2的一端、第二电阻R2的一端和变压器T1的初级线圈的一端，第二电容C2的另一端和第二电阻R2的另一端并联地连接第二二极管D2的负极，MOS管Q1的所述漏极并联地连接第一二极管D1的正极和变压器T1的所述初级线圈的另一端，变压器T1的次级线圈的一端连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的所述一端，变压器T1的所述次级线圈的另一端连接第一电容C1的所述另一端。
请参见图5中的微处理器3输出的脉冲宽度调整PWM调光信号与微处理器3输出的变频脉冲信号PFM调光信号对比示意图，上部图为微处理器3输出的脉冲宽度调整PWM调光信号图，其高电平时间DC/DC控制器使能，低电平时间DC/DC控制器禁止；下部图为本发明微处理器3输出的变频脉冲信号PFM调光信号，而其高电平时间固定。从图5可以看出，脉冲宽度调整PWM的频率固定，高电平时间变化。因此，本发明的PFM信号高电平时间固定或者缓慢变化关键在于能稳定DC/DC控制器4输出的脉冲数量，其能够把恒定光和可变光删除。
请参见图6的脉冲宽度调整PWM的DC/DC控制器4输出与变频脉冲信号PFM的DC/DC控制器4输出对比示意图，上部图为脉冲宽度调整PWM时DC/DC控制器4输出，有时连续3个脉冲，有时连续2个脉冲，有时1个脉冲；下部图为本发明变频脉冲信号PFM时的DC/DC控制器4输出，连续恒定为2个脉冲。请参见图7中的脉冲宽度调整PWM的电流输出与变频脉冲信号PFM的电流输出对比示意图，上部图为脉冲宽度调整PWM时的电流输出，波形波动大；下部图为本发明PFM时的电流输出，可以看出波形变化平缓。
因此，本发明的输出信号与现有技术的微处理器输出PMW信号相比，更加平滑均匀，实现了调光范围宽，调光深度可达额定电流的1‰，并且调光过程中和调光稳定之后都能做到无闪烁，并且DC/DC控制器可以使用较低的开关频率而实现较大的转换效率和输出功率。
根据不同的运用要求，本发明也可以选择使用模拟器与变频脉冲信号PFM结合调光，或者采用脉冲宽度调整PWM和变频脉冲信号PFM结合调光，或者采用模拟器、脉冲宽度调整PWM和变频脉冲信号PFM三者混合调光，这些运用均在本发明保护范围内。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述用于LED灯的恒流调光装置包括信号发生器和功率变换器，所述信号发生器的输入端外接调光设备，所述信号发生器的输出端连接所述功率变换器，所述功率变换器的输入端连接输入电压，所述功率变换器的输出端连接LED灯的正极端和负极端，所述信号发生器用于接收调光设备的调光信号后向所述功率变换器发送变频脉冲信号，所述变频脉冲信号用于控制所述功率变换器工作从而实现宽范围调光。
2.根据权利要求1所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述信号发生器为微处理器，所述功率变换器设置有接地端。
3.根据权利要求2所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述功率变换器还包括DC/DC控制器、MOS管和稳压滤波元件，所述DC/DC控制器的一端连接所述微处理器，所述DC/DC控制器的另一端连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的源极连接所述接地端，所述MOS管的漏极连接所述稳压滤波元件，所述稳压滤波元件包括第一二极管和第一电容和电感，所述第一电容的一端连接LED的所述正极端，所述第一电容的另一端连接LED的所述负极端。
4.根据权利要求3所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述微处理器输出的所述变频脉冲信号的频率，控制所述DC/DC控制器在所述变频脉冲信号的高电平时间内的脉冲数量维持不变或者较小范围内变化。
5.根据权利要求4所述的用于LED灯的恒压恒流调光装置，其特征在于，所述DC/DC控制器为定频模式时，所述微处理器输出的所述变频脉冲信号的所述高电平时间固定，从而控制所述脉冲数量维持不变。
6.根据权利要求4所述的用于LED灯的恒压恒流调光装置，其特征在于，所述DC/DC控制器为变频模式时，所述微处理器输出的所述变频脉冲信号的所述高电平时间的时长为变化的，从而控制所述DC/DC控制器在所述变频脉冲信号的所述高电平时间内的输出脉冲数量维持较小范围内变化。
7.根据权利要求3所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述稳压滤波元件还包括第一电阻，所述MOS管的所述源极连接所述第一电阻然后连接所述接地端。
8.根据权利要求7所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述MOS管的所述漏极并联地连接所述第一二极管的正极和所述电感的一端，所述输入电压并联地连接所述第一二极管的负极和所述第一电容的所述一端，所述电感的另一端连接所述第一电容的所述另一端。
9.根据权利要求3所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述MOS管的所述漏极并联地连接所述电感的一端和所述第一二极管的正极，所述电感的另一端连接所述输入电压，所述第一二极管的负极连接所述第一电容的所述一端，所述第一电容的所述另一端还连接所述MOS管的所述源极。
10.根据权利要求3所述的用于LED灯的恒流调光装置，其特征在于，所述稳压滤波元件还包括变压器、第二二极管、第二电容和第二电阻，所述输入电压并联地连接所述第二电容的一端、所述第二电阻的一端和所述变压器的初级线圈的一端，所述第二电容的另一端和所述第二电阻的另一端并联地连接所述第二二极管的负极，所述MOS管的所述漏极并联地连接所述第一二极管的正极和所述变压器的所述初级线圈的另一端，所述变压器的次级线圈的一端连接第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接所述第一电容的所述一端，所述变压器的所述次级线圈的另一端连接所述第一电容的所述另一端。
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