CN112312610B - 一种多方式控制led调光恒流恒压输出电路 - Google Patents

一种多方式控制led调光恒流恒压输出电路 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，包括EMI电路、全桥整流电路、功率因素校正电路、相位检测电路、调光信号检测转换电路、恒流电源、高压振荡控制电路、恒流驱动电路、检测反馈控制电路以及信号处理电路。采用谐振变频控制，根据连接的负载，采用抗干扰强的光耦将多种反馈信号返回谐振控制端，功率因素校正电路和相位检测电路结合控制电路，保证无极调光的稳定实现。各种调光器接入后，能在调光全程中实现LED的稳定驱动；启动速度快，调整光亮度时无闪烁现象；任何工作状态下无噪声；可根据客户所用负载LED灯连接方式，调节驱动输出，保证电路的通用性；全电压（AC100～277V）输入，使得电路适合各种环境使用。

Description

一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路
技术领域
本申请涉及LED灯调光驱动技术，尤其是涉及一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路。
背景技术
随着科学技术的发展，LED技术也在不断发展，为我们的生活带来各种便利，为我们提供各种各样生活信息，造福着我们人类。LED在照明灯具的应用越来越广泛，加上优于传统照明方式的独特性，除了提高生活品质、改善光源效能和延长灯具寿命外，利用其独有的可调光功能进行灯光色温与亮度的变化，并充分达到节能应用为其最大优点。
LED灯要想实现可调光，其电源必须能够分析可控硅的可变相位角输出，以便对流向LED的恒流进行单向调整。在维持调光器正常工作的同时做到这一点非常困难，往往会导致性能不佳。问题可以表现为启动速度慢，闪烁、光照不均匀，或在调整光亮度时出现闪烁。此外，还存在元件间不一致以及LED灯发出不需要的音频噪声等问题。这些负面情况通常是由误触发或过早关断可控硅以及LED电流控制不当等因素共同造成的。
发明内容
为了提高LED调光恒流驱动电路稳定性，本申请提供多方式控制LED调光恒流恒压输出电路。
本申请提供的一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路采用如下的技术方案：交流电输入依次经过EMI电路、全桥整流电路后，输出滤波整流后高压VIN；高压VIN经过功率因素校正电路输出直流高压VH和输出电压检测反馈信号BO，其中直流高压VH经过高压振荡控制电路后输出OUT给恒流驱动电路提供动力电，功率因素校正电路输出电压检测反馈信号BO送入高压振荡控制电路，恒流驱动电路中高频变压器检测线圈输出信号ISEN送入高压振荡控制电路，恒流驱动电路输出端采样电压VC和采样电流信号ISET送检测反馈控制电路，信号处理电路接收相位检测电路检测的相位信号和调光信号检测转换电路输出调光信号后，信号处理电路输出PWM控制信号送检测反馈控制电路，检测反馈控制电路输出控制调整信号通过光耦IC1A耦合进入高压振荡控制电路，进行振荡频率调节。
通过采用上述技术方案，保证LED的驱动工作在高频段，避免频闪和噪音，能量转换的高效性。
优选的：所述高压振荡控制电路选用高压谐振控制器L6599，实现谐振半桥变频控制；L6599最低振荡频率设置脚FSET和地之间依次串联电阻R48、光耦IC1B输出三极管，光耦IC1B输出三极管两端并联电容C33，L6599间歇工作模式门限脚BURST接电阻R48和光耦IC1B输出三极管连接点；功率因素校正电路输出电压检测反馈信号BO接L6599的输入电压检测脚BO，输入电压检测脚BO和地之间串联稳压二极管ZD4和电容C43，稳压二极管ZD4负极接BO，稳压二极管ZD4正极接电容C43；恒流驱动电路中高频变压器检测线圈输出信号ISEN作为L6599电流检测信号，信号ISEN与地之间依次串联3个电容C56、C55、C40，电容C55和C40连接点通过电阻R9接L6599电流检测信号输入脚CS，电流检测信号输入脚CS通过并联的电阻R47和电容C43接地，稳压二极管ZD2正极接地，稳压二极管ZD2负极接电容C55和C40连接点；功率因素校正电路输出直流高压VH与地之间串联MOS管Q3、Q4, MOS管Q3和Q4连接点为输出OUT；L6599的高端悬浮门极驱动输出脚HG和高端门极驱动浮动电源脚BST的构成驱动电路作用接于MOS管Q3门极；L6599的低端门极驱动输出脚LG和地之间构成的驱动电路作用接于MOS管Q4门极。
通过采用上述技术方案，谐振半桥变频控制保证LED工作在高频段同时，实现稳定恒定输出。
优选的：所述调光信号检测转换电路包括LC谐振放大电路和三极管Q9，信号处理电路输出一个恒定PWM信号CFG作为参考信号到三极管Q9基极，低电压调光器输出0～10V调光电压信号送入LC谐振放大电路放大，LC谐振放大电路输出放大电流信号通过三极管Q9开关控制后输出到送信号处理电路。
通过采用上述技术方案，调光信号在控制给定的基准上进行转换，简化线路，调光控制精度高。
优选的：所述检测反馈控制电路包括电压设置电路、电流采样反馈比较电路和电压采样反馈比较电路：基准电压串联偏置电阻R58构成电压设置电路，根据客户串联的LED灯的个数换算所需电压对偏置电阻R58进行配置；电压恒流驱动电路输出采样电压VC与客户需求电压分别送入比较器U4A输入两端进行比较后输出接二极管D21负极，构成电压采样反馈比较电路；基准电压经过比较器U10A耦合放大后输出接比较器U10B反相输入端，信号处理电路输出PWM调光信号和恒流驱动电路输出电流采样信号ISET共同送比较器U10B正相输入端，与基准电压进行比较后比较器U10B输出接二极管D20负极，构成电流采样反馈比较电路；二极管D20和二极管D21的正极共同接光耦IC1输入二极管，通过光耦IC1将检测反馈控制信号耦合入高压振荡控制电路，对恒流驱动电路中高频变压器频率进行调节。
通过采用上述技术方案，多种控制方式，保证电路的通用性，适合多种配置LED灯的使用驱动。
优选的：所述功率因素校正电路包括功率因素调整芯片U1和调节电感，全桥整流电路输出整流高压VIN送功率因素调整芯片U1是芯片启动引脚MULT；功率因素校正电路输出端的电压采样INV信号接功率因素调整芯片U1的电压环路补偿；调节电感电流检测通过电阻R8接功率因素调整芯片U1的ZCD引脚；功率因素调整芯片U1的引脚GD为栅极驱动输出端，接MOS管Q2栅极，通过MOS管Q2导通打开调节电感回路；功率因素调整芯片U1的引脚CS为过流保护端，引脚CS输出通过负载电阻接在调节电感回路中。
通过采用上述技术方案，功率因素校正电路的设置，保证谐振半桥变频控制的供电稳定和工作效率的提高。
优选的：所述相位检测电路包括全桥DB2、限幅二极管和滤波电路，全桥整流电路中全桥DB1桥臂电压信号AC1和AC2分别通过电阻接全桥DB2两桥臂，全桥DB2输出端经过二极管限幅和RC滤波后送信号处理电路。
通过采用上述技术方案，稳定的相位检测保证调光的稳定实现。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
（1）各种调光器接入后，能在调光全程中实现LED的稳定驱动；
（2）启动速度快，调整光亮度时无闪烁现象；
（3）任何工作状态下无噪声；
（4）可根据客户所用负载LED灯连接方式，调节驱动输出，保证电路的通用性；
（5）全电压（AC100～277V）输入，使得本发明电路适合各种环境使用。
附图说明
图1为本实施例多方式控制LED调光恒流恒压输出电路结构示意图；
图2为图1实施例中的检测反馈控制电路图；
图3为图1实施例中的功率因素校正电路图；
图4为图1实施例中的恒流驱动电路图；
图5为图1实施例中的相位检测电路图；
图6为图1实施例中的调光信号检测转换电路图。
附图标记：1、调光器；2、EMI电路；3、全桥整流电路；4、功率因素校正电路；5、相位检测电路；6、低电压调光器；7、调光信号检测转换电路；8、恒流电源；9、高压振荡控制电路；10、恒流驱动电路；11、检测反馈控制电路；12信号处理电路；13温度检测电路；14直流高压输出检测电路；15、高压输入检测电路。
具体实施方式
以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种多项检测转换LED调光恒流输出电路。
参照图1，多方式控制LED调光恒流恒压输出电路结构示意图，调光器有多种，常用的一种调光器1为脉宽调节器，串联在交流输入火线上进行调节；另一种常用调光器为低电压调光器6，输出0～10V调节电压。
交流全电压（AC100～277V）输入后，依次经过EMI电路2、全桥整流电路3后，输出滤波整流后高压VIN；高压VIN经过功率因素校正电路4输出直流高压VH和输出电压检测反馈信号BO，其中直流高压VH经过高压振荡控制电路9后输出OUT给恒流驱动电路10提供动力电，功率因素校正电路4输出电压检测反馈信号BO送入高压振荡控制电路9，恒流驱动电路10中高频变压器检测线圈输出信号ISEN送入高压振荡控制电路9，恒流驱动电路10输出端采样电压VC和采样电流信号ISET送检测反馈控制电路11，信号处理电路12接收相位检测电路5检测的相位信号以及调光信号检测转换电路输出调光信号后，信号处理电路12输出PWM控制信号送检测反馈控制电路11，检测反馈控制电路11输出控制调整信号通过光耦IC1A耦合进入高压振荡控制电路9，进行振荡频率调节。
选用谐振电路进行整体控制，保证LED的驱动工作在高频段，避免频闪和噪音。谐振和反馈结合控制保证工作稳定的同时又保证了能量转换的高效性。
温度检测电路13检测电路发热部件温度送信号处理电路12（U9-AN1）；直流高压输出检测电路14检测功率因素校正电路4输出直流高压VH信号送信号处理电路12（U9-AN2）；高压输入检测电路15检测全桥整流电路3整流后输出电压VIN信号送信号处理电路12（U9-AN3）；全桥整流电路3桥臂电压信号送相位检测电路5进行相位检测后输出相位信号INT送信号处理电路12（U9-AN0）；信号处理电路12输出PWM调光信号到检测反馈控制电路11，检测反馈控制电路11输出调节信号通过光耦IC1耦合进入高压振荡控制电路9，进行振荡频率调节。
高压振荡控制电路9采用高压谐振控制器L6599（U3），实现谐振半桥变频控制，U3最低振荡频率设置脚FSET和地之间依次串联电阻R48、光耦IC1B输出三极管，光耦IC1B输出三极管两端并联电容C33，U3间歇工作模式门限脚BURST接电阻R48和光耦IC1B输出三极管连接点；功率因素校正电路4输出电压检测反馈信号BO接U3的输入电压检测脚BO，输入电压检测脚BO和地之间串联稳压二极管ZD4和电容C43，稳压二极管ZD4负极接BO，稳压二极管ZD4正极接电容C43；恒流驱动电路10中高频变压器检测线圈输出信号ISEN作为U3电流检测信号，信号ISEN与地之间依次串联3个电容C56、C55、C40，电容C55和C40连接点通过电阻R9接U3电流检测信号输入脚CS，电流检测信号输入脚CS通过并联的电阻R47和电容C43接地，稳压二极管ZD2正极接地，稳压二极管ZD2负极接电容C55和C40连接点；功率因素校正电路4输出直流高压VH与地之间串联MOS管Q3、Q4, MOS管Q3和Q4连接点为输出OUT；U3的高端悬浮门极驱动输出脚HG和高端门极驱动浮动电源脚BST的构成驱动电路作用接于MOS管Q3门极（栅极）；U3的低端门极驱动输出脚LG和地之间构成的驱动电路作用接于MOS管Q4门极（栅极）。
如选用低电压调光器6，则需对调光信号转换，信号处理电路12输出一个恒定PWM信号CFG作为参考信号到调光信号检测转换电路7，低电压调光器6输出0～10V调光电压信号至调光信号检测转换电路7，调光信号检测转换电路7转换输出调光信号至信号处理电路12的AN0脚，信号处理电路12根据此信号输出对应的PWM调光信号到检测反馈控制电路11。
输入功率因素校正电路4输出直流高压VH和恒流驱动电路10输出端电压VC送入恒压电源8，恒压电源8输出+15V和PGND，检测反馈控制电路11的地为PGND，保证反馈控制的精度。
参照图2，检测反馈控制电路图，所述检测反馈控制电路包括电压设置电路、电流采样反馈比较电路和电压采样反馈比较电路；基准电压串联偏置电阻R58构成电压设置电路，根据客户串联的LED灯的个数换算所需电压对偏置电阻R58进行配置；电压恒流驱动电路10输出采样电压VC与客户需求电压分别送入比较器U4A输入两端进行比较后输出接二极管D21负极，构成电压采样反馈比较电路；基准电压经过比较器U10A耦合放大后输出接比较器U10B反相输入端，信号处理电路12输出PWM调光信号和恒流驱动电路10输出电流采样信号ISET共同送比较器U10B正相输入端，与基准电压进行比较后比较器U10B输出接二极管D20负极，构成电流采样反馈比较电路；二极管D20和二极管D21的正极共同接光耦IC1输入二极管，通过光耦IC1将检测反馈控制信号耦合入高压振荡控制电路9，对恒流驱动电路10中高频变压器频率进行调节。
参照图3，功率因素校正电路图，功率因素校正电路包括功率因素调整芯片U1和调节电感，全桥整流电路输出整流高压VIN送功率因素调整芯片U1是芯片启动引脚MULT；功率因素校正电路4输出端的电压采样INV信号接功率因素调整芯片U1的电压环路补偿；调节电感电流检测通过电阻R8接功率因素调整芯片U1的ZCD引脚；功率因素调整芯片U1的引脚GD为栅极驱动输出端，接MOS管Q2栅极，通过MOS管Q2导通打开调节电感回路；功率因素调整芯片U1的引脚CS为过流保护端，引脚CS输出通过负载电阻接在调节电感回路中。
参照图4，恒流驱动电路图，恒流驱动电路10将高压振荡控制电路9后输出OUT输出的高压电通过高频变压器变为低压电，再通过整流滤波后，经过LC电路给LED供恒流驱动电流，在LC电路前端进行输出电压采样VC和输出电流采样ISET，并将采样信号送检测反馈控制电路11，高频变压器高压端通过检测线圈采集恒流驱动电路10输入电流ISEN送高压振荡控制电路9，图中并联的一组精密电阻R38A～R38F为电流采样电阻。
参照图5，相位检测电路图，全桥整流电路3中全桥DB1桥臂电压信号AC1和AC2分别通过电阻接相位检测电路5中全桥DB2两桥臂，全桥DB2输出端经过二极管限幅（D24、D25）滤波(RC)后送信号处理电路12（AN0）。
参照图6，调光信号检测转换电路图, 信号处理电路12输出一个恒定PWM信号CFG作为参考信号到调光信号检测转换电路7中三极管Q9基极，低电压调光器6输出0～10V调光电压信号通过LC谐振放大电路放大，放大的电流信号通过三极管Q9开关控制后输出送信号处理电路12的AN0端口。
LED调光信号处理不当，可导致闪烁，也就是振荡，本发明中EMI电路2和调光信号检测转换电路中LC振荡放大电路降低此类不必要的振荡。
相位检测，避免调光在输入电压在过零点，导致控制失效。
在设计LED照明电源时保证电源高效，设计功率因素校正电路，最小功率因数达到0.9以上，照明产品必须满足效率、输出电流容差和EMI的严格要求，并且电源还必须在LED负载发生短路或开路的情况下作出安全响应。
在PWM调光中，LED正向电流以减少的占空比在0%至100%间转换，以进行亮度控制。本申请PWM调光信号通过高压振荡控制电路的频率调节实现，保证高频率，以免出现闪烁或抖动。同时保证调光频率范围也在高频段，保证了无噪声。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，其特征在于，交流电输入依次经过EMI电路、全桥整流电路后，输出滤波整流后高压VIN；高压VIN经过功率因素校正电路输出直流高压VH和输出电压检测反馈信号BO，其中直流高压VH经过高压振荡控制电路后输出OUT给恒流驱动电路提供动力电，功率因素校正电路输出电压检测反馈信号BO送入高压振荡控制电路，恒流驱动电路中高频变压器检测线圈输出信号ISEN送入高压振荡控制电路，恒流驱动电路输出端采样电压VC和采样电流信号ISET送检测反馈控制电路，信号处理电路接收相位检测电路检测的相位信号和调光信号检测转换电路输出调光信号后，信号处理电路输出PWM控制信号送检测反馈控制电路，检测反馈控制电路输出控制调整信号通过光耦IC1A耦合进入高压振荡控制电路，进行振荡频率调节。
2.根据权利要求1所述的一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，其特征在于，所述高压振荡控制电路选用高压谐振控制器L6599，实现谐振半桥变频控制；L6599最低振荡频率设置脚FSET和地之间依次串联电阻R48、光耦IC1B输出三极管，光耦IC1B输出三极管两端并联电容C33，L6599间歇工作模式门限脚BURST接电阻R48和光耦IC1B输出三极管连接点；功率因素校正电路输出电压检测反馈信号BO接L6599的输入电压检测脚BO，输入电压检测脚BO和地之间串联稳压二极管ZD4和电容C43，稳压二极管ZD4负极接BO，稳压二极管ZD4正极接电容C43；恒流驱动电路中高频变压器检测线圈输出信号ISEN作为L6599电流检测信号，信号ISEN与地之间依次串联3个电容C56、C55、C40，电容C55和C40连接点通过电阻R9接L6599电流检测信号输入脚CS，电流检测信号输入脚CS通过并联的电阻R47和电容C43接地，稳压二极管ZD2正极接地，稳压二极管ZD2负极接电容C55和C40连接点；功率因素校正电路输出直流高压VH与地之间串联MOS管Q3、Q4, MOS管Q3和Q4连接点为输出OUT；L6599的高端悬浮门极驱动输出脚HG和高端门极驱动浮动电源脚BST的构成驱动电路作用接于MOS管Q3门极；L6599的低端门极驱动输出脚LG和地之间构成的驱动电路作用接于MOS管Q4门极。
3.根据权利要求1所述的一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，其特征在于，所述调光信号检测转换电路包括LC谐振放大电路和三极管Q9，信号处理电路输出一个恒定PWM信号CFG作为参考信号到三极管Q9基极，低电压调光器输出0～10V调光电压信号送入LC谐振放大电路放大，LC谐振放大电路输出放大电流信号通过三极管Q9开关控制后输出到送信号处理电路。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，其特征在于，所述检测反馈控制电路包括电压设置电路、电流采样反馈比较电路和电压采样反馈比较电路：基准电压串联偏置电阻R58构成电压设置电路，根据客户串联的LED灯的个数换算所需电压对偏置电阻R58进行配置；电压恒流驱动电路输出采样电压VC与客户需求电压分别送入比较器U4A输入两端进行比较后输出接二极管D21负极，构成电压采样反馈比较电路；基准电压经过比较器U10A耦合放大后输出接比较器U10B反相输入端，信号处理电路输出PWM调光信号和恒流驱动电路输出电流采样信号ISET共同送比较器U10B正相输入端，与基准电压进行比较后比较器U10B输出接二极管D20负极，构成电流采样反馈比较电路；二极管D20和二极管D21的正极共同接光耦IC1输入二极管，通过光耦IC1将检测反馈控制信号耦合入高压振荡控制电路，对恒流驱动电路中高频变压器频率进行调节。
5.根据权利要求4所述的一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，其特征在于，所述功率因素校正电路包括功率因素调整芯片U1和调节电感，全桥整流电路输出整流高压VIN送功率因素调整芯片U1是芯片启动引脚MULT；功率因素校正电路输出端的电压采样INV信号接功率因素调整芯片U1的电压环路补偿；调节电感电流检测通过电阻R8接功率因素调整芯片U1的ZCD引脚；功率因素调整芯片U1的引脚GD为栅极驱动输出端，接MOS管Q2栅极，通过MOS管Q2导通打开调节电感回路；功率因素调整芯片U1的引脚CS为过流保护端，引脚CS输出通过负载电阻接在调节电感回路中。
6.根据权利要求4所述的一种多方式控制LED调光恒流恒压输出电路，其特征在于，所述相位检测电路包括全桥DB2、限幅二极管和滤波电路，全桥整流电路中全桥DB1桥臂电压信号AC1和AC2分别通过电阻接全桥DB2两桥臂，全桥DB2输出端经过二极管限幅和RC滤波后送信号处理电路。
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