CN113365384B

CN113365384B - 一种自动调光电路及使用该电路的照明系统

Info

Publication number: CN113365384B
Application number: CN202110517340.1A
Authority: CN
Inventors: 徐大桢; 冯洋洋; 高卓壮; 凌琦峰; 杨才正; 王京; 吴双; 杨喜军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2041-05-12
Also published as: CN113365384A

Abstract

本发明公开了一种自动调光电路及使用该电路的照明系统，该电路包括：功率电路以及控制电路；功率电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、负温度系数电阻、第一电感、第二电感、第一稳压管、第二稳压管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一、第二功率MOSFET以及LED灯；控制电路包括：稳压器、第三稳压管、第四稳压管、第一电位器、第二电位器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一运放、第二运放、比较器、三极管以及第三功率MOSFET。通过本发明，在降低成本的情况下，实现了高频脉冲电流供电LED灯具的调光功能。

Description

一种自动调光电路及使用该电路的照明系统

技术领域

本发明涉及照明技术领域，特别涉及一种自动调光电路及使用该电路的照明系统。

背景技术

发光二极管(LED)灯组的理想供电电路应为恒流电路，最好采用理想的直流电流源供电。如果使用理想的直流电流源供电，就必须设计专门LED直流控制电路。为实现调光，LED直流控制电路可以输出连续电流或脉冲电流。输出连续电流时，设计难度较大。如果采用数字控制的调光电路，则开发周期长，产品价格高。

综合以上，需要提供一种新型的自动调光电路。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种自动调光电路及使用该电路的照明系统，在降低成本的情况下，实现了高频脉冲电流供电LED灯具的调光功能。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种自动调光电路，其包括：功率电路以及控制电路；其中，

所述功率电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、负温度系数电阻、第一电感、第二电感、第一稳压管、第二稳压管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一功率MOSFET、第二功率MOSFET以及LED灯；

所述控制电路包括：稳压器、第三稳压管、第四稳压管、第一电位器、第二电位器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一运放、第二运放、比较器、三极管以及第三功率MOSFET；其中，

所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端相连后与交流电源的火线相连，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端相连后与所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极相连；

所述第一二极管的阴极与第三二极管的阴极相连后与负温度系数电阻的第一端相连；

所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极相连后与所述交流电源的零线相连；

所述第二二极管的阳极与所述第四二极管的阳极相连后与地相连；

负温度系数电阻的第二端与所述第一电感的第一端相连，第一电感的第二端与第二电容的第一端、第二电感的第一端以及第五二极管的阴极相连后与所述稳压器的第一引脚相连；

所述第二电容的第二端与地相连；

所述第二电感的第二端与所述第五二极管的阳极相连后与所述第一功率MOSFET的漏极以及LED灯的阳极相连；

所述LED灯的阴极与所述第二功率MOSFET的漏极相连，所述第二功率MOSFET的源极以及所述第一功率MOSFET的源极与地相连；

所述第一稳压管的阴极以及第二电阻的第一端与所述第一功率MOSFET的门极相连；

所述第一稳压管的阳极以及第二电阻的第二端与地相连；

所述第二稳压管的阴极以及第三电阻的第一端与第二功率MOSFET的门极相连；

所述第二稳压管的阳极以及第三电阻的第二端与地相连；

所述第一功率MOSFET的门极与所述第十一电阻的第一端相连，所述第二功率MOSFET的门极与所述第十二电阻的第一端相连；

所述稳压器的第二引脚与地相连，所述稳压器的第三引脚与第四电阻的第一端、第一电位器的第一端相连；

第四电阻的第二端与所述第三稳压管的阴极、三极管的基极相连，第三稳压管的阳极与地相连；

所述第一电位器的第二端与第五电阻的第一端相连，第五电阻的第二端与三极管的发射极相连；

所述三极管的集电极与所述第三电容的第一端相连后与所述比较器的非反相输入端、第一运放的反相输入端、第二运放的非反相输入端以及第三功率MOSFET的漏极相连，所述第三电容的第二端与地相连；

所述第三功率MOSFET的门极与所述第六电阻的第一端、第四稳压管的阴极以及第七电阻的第一端相连；

所述第三功率MOSFET的源极、第六电阻的第二端以及第四稳压管的阳极与地相连；

所述第七电阻的第二端与所述比较器的输出端相连；

所述第八电阻的第一端与+5V相连，所述第九电阻的第一端与地相连，所述第八电阻的第二端、第九电阻的第二端与所述比较器的反相输入端相连；

所述第二电位器的第一端与+5V相连，所述第十电阻的第一端与地相连，所述第二电位器的第二端与第十电阻的第二端相连后与所述第一运放的非反向输入端、第二运放的反向输入端相连；

所述第十一电阻的第二端与第一运放的输出端相连，所述第十二电阻的第二端与第二运放的输出端相连。

本发明提供的自动调光电路，包括：功率电路和控制电路。功率电路用于完成由单相交流电压到LED供电直流电流的转换，控制电路完成对功率电路中功率开关的自动驱动。进一步地，功率电路中第一电容C1与第二电容C2分压，第一电感与第二电容C2构成LC滤波器，第二电感起到将电压源转为电流源的作用，通过控制第一功率MOSFET占比可以调制负载LED灯的电流均值，起到调光和改善光色作用。控制电路包括：三角波载波形成、调制信号形成、互补驱动脉冲形成环节，最后输出用于第一功率开关MOSFET S1与第二功率开关MOSFETS2的自动互补驱动信号。通过调节第一电位器，可以改变电流脉冲频率。通过调节第二电位器，可以改变亮度。

较佳地，所述LED灯包括：两个或两个以上LED；

两个或两个以上LED同向相连。

本发明还提供一种使用自动调光电路的照明系统，其包括上述的自动调光电路。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的自动调光电路及使用该电路的照明系统，通过控制第一MOSFET占比可以调制负载LED灯的电流均值，起到调光和改善光色作用；通过调节第一电位器，可以改变电流脉冲频率；通过调节第二电位器，可以改变亮度；通过改变高频电流脉冲的占空比来调节LED灯的等效平均电流，实现连续线性调光，高频电流脉冲可以保证光色质量；

(2)本发明提供的自动调光电路及使用该电路的照明系统，无需数字控制电路，结构简单，功能完善，成本低廉。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明一实施例的自动调光电路的电路图；

图2为本发明一实施例的第一功率MOSFET以及第二功率MOSFET的互补驱动脉冲图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为本发明一实施例的自动调光电路的电路图。

请参考图1，本实施例的自动调光电路包括：功率电路以及控制电路；其中，

功率电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、负温度系数电阻NTC1、第一电感L1、第二电感L2、第一稳压管ZD1、第二稳压管ZD2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第一功率MOSFET S1、第二功率MOSFET S2以及LED灯。本实施例中，LED灯包括：三个LED，LD1、LD2、LD3。

控制电路包括：稳压器LM1、第三稳压管ZD3、第四稳压管ZD4、第一电位器PT1、第二电位器PT2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一运放OP1、第二运放OP2、比较器OP3、三极管TR1以及第三功率MOSFET S3。

其中，第一电阻R1的第一端与第一电容C1的第一端相连后与交流电源u_i的火线相连，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第二端相连后与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极相连；

第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极相连后与负温度系数电阻NTC1的第一端相连；

第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极相连后与交流电源u_i的零线相连；

第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极相连后与地相连；

负温度系数电阻NTC1的第二端与第一电感L1的第一端相连，第一电感L2的第二端与第二电容C2的第一端、第二电感L2的第一端以及第五二极管D5的阴极相连后与稳压器LM1的第一引脚相连；

第二电容C2的第二端与地相连；

第二电感L2的第二端与第五二极管D5的阳极相连后与第一功率MOSFET S1的漏极以及LD1的阳极相连；

LD1的阴极与LD2的阳极相连，LD2的阴极与LD3的阳极相连；

LD3的阴极与第二功率MOSFET S2的漏极相连，第二功率MOSFET S2的源极以及第一功率MOSFET S1的源极与地相连；

第一稳压管ZD1的阴极以及第二电阻R2的第一端与第一功率MOSFET S1的门极相连；

第一稳压管ZD1的阳极以及第二电阻R2的第二端与地相连；

第二稳压管ZD2的阴极以及第三电阻R3的第一端与第二功率MOSFET S2的门极相连；

第二稳压管ZD2的阳极以及第三电阻R3的第二端与地相连；

第一功率MOSFET S1的门极与第十一电阻R11的第一端相连，第二功率MOSFET S2的门极与第十二电阻R12的第一端相连；

稳压器LM1的第二引脚与地相连，稳压器LM1的第三引脚与第四电阻R4的第一端、第一电位器PT1的第一端相连；

第四电阻R4的第二端与第三稳压管ZD3的阴极、三极管TR1的基极相连，第三稳压管的阳极与地相连；

第一电位器PT1的第二端与第五电阻R5的第一端相连，第五电阻R5的第二端与三极管S3的发射极相连；

三极管TR1的集电极与第三电容C3的第一端相连后与比较器OP3的非反相输入端、第一运放OP1的反相输入端、第二运放OP2的非反相输入端以及第三功率MOSFET S3的漏极相连，第三电容C3的第二端与地相连；

第三功率MOSFET S3的门极与第六电阻R6的第一端、第四稳压管ZD4的阴极以及第七电阻R7的第一端相连；

第三功率MOSFET S3的源极、第六电阻R6的第二端以及第四稳压管ZD4的阳极与地相连；

第七电阻R7的第二端与比较器OP3的输出端相连；

第八电阻R8的第一端与+5V相连，第九电阻R9的第一端与地相连，第八电阻R8的第二端、第九电阻R9的第二端与比较器OP3的反相输入端相连；

第二电位器PT2的第一端与+5V相连，第十电阻R10的第一端与地相连，第二电位器PT2的第二端与第十电阻R10的第二端相连后与第一运放OP1的非反向输入端、第二运放OP2的反向输入端相连；

第十一电阻R11的第二端与第一运放OP1的输出端相连，第十二电阻R12的第二端与第二运放OP2的输出端相连。

本实施例中，LED灯以包括三个为例，不同实施例中，也可以包括两个或三个以上，多个LED同向相连。

一实施例中还提供一种使用自动调光电路的照明系统，其包括上述实施例中的自动调光电路。

上述实施例提供的自动调光电路，在功率电路中，D1～D4构成整流电路，将交流电压转换为直流电压。C1与C2分压，为后级LED照明电路提供低压电源。R1为C1提供释放回路，确保断电后安全。NTC1负责上电时限流，工作时为零欧姆。L1与C2构成LC滤波器，得到直流输出电压，L2将直流电压转换为直流电流，在断电和故障情况下D5起到L2续流作用。S1与S2交替导通，S1导通时，LED灯具断电，S2导通时，LED灯具得电，这样通过调节S1的占空，则可以调节LED灯的电流均值，由此可以调光，而且由于电流为高频脉冲，因此光色良好。R2与R3为下拉电阻，ZD1与ZD2为稳压管，负责保护S1与S2的门极安全。

在控制电路中，稳压器LM1输入为大于7V的直流电压，输出+5V电压，为整个控制电路提供工作电源，R4、R5、ZD3、TR1与PT1为电流源，通过调节PT1大小，可以调节电流源为电容C3充电的电流大小，当电压高于R8与R9的分压后，第一比较器OP3输出短时高电平，通过R7限流驱动S3导通，S3导通后快速释放C3电荷，这样C3电压呈现三角波形，短时后第一比较器OP3输出低电平，C3继续线性充电。比较器OP3为滞环比较器，输出的短时高电平时间足够释放C3电荷，OP1、OP2与PT2、R10构成载波发生电路，GDA与GDB互补，可以驱动功率电路中S1与S2。通过调节PT2大小，可以调节电流脉冲的占比，实现对LED灯串的连续调光。

电阻R8与R9构成分压支路，电容C3电压为锯齿波形，经过比较后，得到MOSFET S1与S2的互补驱动脉冲，如图2所示。

一实施例中，不失一般性，设输入电压220V/50Hz，输出电压9.9V，输出功率3x1W；

电阻R1：1.0kΩ；R2：10kΩ；R3：10kΩ；R4：1.0kΩ；

R5：2kΩ；R6：10kΩ；R7：1kΩ；R8：3.3kΩ；R9：3.3kΩ；

R10：1kΩ；R11：1kΩ；R12：1kΩ；

电容C1：4.7nF，275V；C2：47μF，50V；C3：10nF；

二极管D1～D5：耐压800V，正向电流2A；

稳压管ZD1～ZD4：稳压5.1V；

负温度系数电阻NTC1：冷态电阻10Ω，工作状态下0Ω；

电感L1～L2：10mH，0.5A；

功率MOSFET S1～S3：5A，50V；

运放(运算放大器)：OP1～OP2：TLC2272；

比较器OP3：74LS14；

电位器PT1～PT2：最大量程20kΩ；

LED LD1～LD3：3.3V，350mA。

三极管TR1：S9012；

稳压器LM1：LM7805。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims

1.一种自动调光电路，其特征在于，包括：功率电路以及控制电路；其中，

所述控制电路包括：稳压器、第三稳压管、第四稳压管、第一电位器、第二电位器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一运放、第二运放、第三电容、比较器、三极管以及第三功率MOSFET；其中，

所述第二电容的第二端与地相连；

所述第一稳压管的阳极以及第二电阻的第二端与地相连；

所述第二稳压管的阳极以及第三电阻的第二端与地相连；

所述第七电阻的第二端与所述比较器的输出端相连；

2.根据权利要求1所述的自动调光电路，其特征在于，所述LED灯包括：两个或两个以上LED；

两个或两个以上LED同向相连。

3.一种使用自动调光电路的照明系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的自动调光电路。