CN113645734B - 一种无线供电的大功率led电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无线供电的大功率LED电源，包括：所述发射端包括：依次连接交流电的PFC模块、全桥逆变电路、原边补偿网络和发射线圈；所述接收端包括：连接接收线圈的副边补偿网络、连接副边补偿网络的至少两个可控整流模块，每个所述可控整流模块的输出端控制一路LED。

Description

一种无线供电的大功率LED电源
技术领域
本发明属于大功率LED照明及无线电能传输的技术领域，具体涉及一种无线供电的大功率LED电源。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前市场上LED灯产品皆采用有线供电的方式，仅仅亮度调节等控制信号采用Zigbee等无线信号传输，关于主功率的传输还没有实现无线的方式。目前LED灯有线供电的方式已经有了较为成熟的应用，但仍存在电源与灯一体化融合能力差，拆装维修更换极不方便，有时为了更换一盏灯需要断掉一整段的照明。此外，在一些防爆及水下应用的场合，有线供电的密封情况及连接处的火花也是阻碍LED灯广泛应用的一大难题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种无线供电的大功率LED电源，本发明可同时驱动至少两路独立的LED灯，且亮度可独立调节，增加了集成度，减少成本。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种无线供电的大功率LED电源，所述发射端包括：依次连接交流电的PFC模块、全桥逆变电路、原边补偿网络和发射线圈；
所述接收端包括：连接接收线圈的副边补偿网络、连接副边补偿网络的至少两个可控整流模块，每个所述可控整流模块的输出端控制一路LED。
本发明中一套线圈带至少两个可控整流模块分别控制至少两组灯，且可以独立调节。
进一步的，所述原边补偿网络包括发射端谐振电感，所述发射端谐振电感的一端连接全桥逆变电路的第一输出端，另一端分别连接发射端并联电容的一端和发射端补偿电容的一端，所述发射端并联电容的另一端连接全桥逆变电路的第二输出端，所述发射端补偿电容的另一端经过发射线圈连接发射端并联电容的另一端。
进一步的，所述副边补偿网络包括连接接收线圈的接收端补偿电容的一端，接收端补偿电容的另一端分别连接接收端并联电容的一端、接收端谐振电感的一端，接收端并联电容的另一端分别连接接收线圈和第二可控整流模块的输入端，接收端谐振电感的另一端连接第一可控整流模块的输入端；
进一步的，所述第一可控整流模块和第二可控整流模块串联连接。
进一步的，所述第一可控整流模块和第二可控整流模块内均设有比较器和CPU。
进一步的，所述比较器将可控整流输入端电流的正弦信号转换成方波信号，方波信号输入CPU的输入捕获端口。
其中，可控整流模块与CPU是一体的，可控整流模块的CPU与地面集中控制器之间通过Zigbee通讯。Zigbee将色温和亮度信号传到可控整流模块的CPU上，CPU根据接收到的数据来通过移相角来控制实际的输出电压电流。
进一步的，所述第一可控整流模块包括：第一整流二极管、第二整流二极管、第一MOS管和第二MOS管，所述第一整流二极管的负极和第二整流二极管的负极连接，第一整流二极管的正极连接第一MOS管的漏极，第二整流二极管的正极连接第二MOS管的漏极，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极均接地。
进一步的，所述第二可控整流模块包括：第三整流二极管、第四整流二极管、第三MOS管和第四MOS管，所述第三整流二极管的负极和第四整流二极管的负极连接，第三整流二极管的正极连接第三MOS管的漏极，第四整流二极管的正极连接第四MOS管的漏极，第三MOS管的源极与第四MOS管的源极均接地。
进一步的，所述第一MOS管的漏极连接第三MOS管的漏极。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用无线供电，维护更换方便，可与LED灯方便集成，且可做到防水防爆。
本发明的一套电源可同时驱动多路独立的LED灯，且亮度可独立调节，增加了集成度，减少成本。
本发明采用数字化控制器，与物联网概念相结合，非常方便的对每一盏灯的运行状态进行监视，对其运行情况进行在线诊断，能够提前发现故障隐患。同时可以智能控制每盏灯的开关及亮度，实现智慧照明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明无线供电的大功率LED电源的电路结构图；
图2是本发明的可控整流模块等效图；
图3是本发明的CPU控制电路的结构图；
图4是本发明双路可控整流模块的电路图；
图5是本发明时序控制原理图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例一
一种无线供电的大功率LED电源，所述发射端包括：依次连接交流电的PFC模块、全桥逆变电路、原边补偿网络和发射线圈；
所述接收端包括：连接接收线圈的副边补偿网络、连接副边补偿网络的至少两个可控整流模块，每个所述可控整流模块的输出端控制一路LED。
如图1所示，市电经过PFC模块稳压到400伏，然后经过全桥逆变电路转换为频率85K赫兹的高频方波，全桥逆变电路采用移相调压的方式稳定线圈电流。其中，原边补偿网络包括：Lr1为发射端谐振电感，Cp1为发射端并联电容，Cs1为发射线圈补偿电容，L1为发射线圈。副边补偿网络包括：L2为接收线圈，Cs2为接收线圈补偿电容，Cp2为接收端并联电容，Lr2为接收端谐振电感。输出经过可控整流模块1和可控整流模块2输入端串联，分别得到两路电压电流可独立调节的功率输出。
如图2所示，可控整流的实质是进行阻抗匹配，通过可控整流的移相角度来动态调节Rr1及Rr2的阻值，实现Ir1、Ir2与RL1及RL2的电流分配。图2中I1＝I2为恒定值，只要能够调整Ir1及Ir2的电流值就可以实现IL1及IL2的电流动态调节。
移相角动态调节的过程如图4所示，如果Q11和Q12没有驱动信号，则电流正半周由D11流入，经负载从Q12体二极管流出。负半周由D12流入，经负载从Q11体二极管流出。相当于一个不可控整流桥。当需要对输出电压电流进行控制的时候，使MOSFET按照图5的时序进行开关控制，其中，角α代表下桥臂两个MOSFET同时导通的时间，这个时间越长则输出等效阻抗Rr1越小，其上面分流的电流越大，输出电流就越小。
如图3所示，可控整流模块实现方案，Lr2上的输出电流ILr2为正弦波，当I1＝I2，可控整流输入端电流是恒定的，如前所述，同步信号是取得这个电流，且电流恒定，比较器将此正弦波信号转化为方波信号输入CPU的输入捕获端口，CPU检测到同步信号后根据实际输出的电压电流与设定值进行PI计算后得出的移相角度进行移相处理来控制下桥臂的MOS导通时间。
具体的，将设定电流与实际输出电流进行PI调节，PI调节器输出结果即为移相角α值，CPU根据α值来调整MOSFET的动作时序。将输出电流采用正弦波转方波电路转化为与电流同相位的方波信号。CPU采用定时器1及定时器8两个高级定时器的输入捕获功能分别采样同步信号的上升沿及下降沿，定时器1在上升沿复位PWM输出，定时器8在下降沿复位PWM输出。PWM输出周期与发射端逆变信号周期相同，占空比则根据α值进行换算。其中α在0-180度时仅起到同步整流的作用，只有超过180度小于360度时才能起到可控整流实现阻抗匹配的作用。
如图4所示，双路可控整流模块的具体电路，其中D11、D12为可控整流模块1的上桥臂整流二极管，Q11、Q12为可控整流模块1的下桥臂MOSFET，G11、G12为可控整流模块1的下桥臂MOSFET的驱动信号。D21、D22为可控整流模块2的上桥臂整流二极管，Q21、Q22为可控整流模块2的下桥臂MOSFET，G21、G22为可控整流模块2的下桥臂MOSFET的驱动信号。
本实施例的电源结构分为发射端和接收端两部分，由于LED灯需要恒流控制特性，本方案采用LCC-LCC电流型拓扑架构。
由于LED灯安装位置相对固定，耦合系数变化范围不大，固采用固定发射端电流，通过可控整流模块动态调节接收端输出来实现LED灯恒流及功率控制。
接收端采用两路可控整流模块输入串联输出并联的方式，可以采用非隔离式底端MOSFET驱动器同时驱动两路可控整流，且电压电流采样无需隔离，控制采样方便，可同时驱动两路LED，且两路LED可独立控制输出电流。
电流控制信号通过Zigbee来进行传输，CPU接收到控制信号以后对两路LED灯的电流独立调节，实现调光及色温匹配等功能。
本实施例是根据接收端的BUCK输入电压来动态的计算发射端的移相角调节，相比现有的只能调节接收端的方案，调节接收端导致只能使接收端能够输出最大的功率，而不是将整个系统的效率都考虑进去，调节发射端可以实现整个系统的效率优化。
本实施例是通过BUCK来调节二次侧输出，这个输出可能是满功率也可能是轻载，在所有的应用场景这种方式都可以达到最大效率的输出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (6)

1.一种无线供电的大功率LED电源，其特征在于，包括：发射端和接收端；
所述发射端包括：依次连接交流电的PFC模块、全桥逆变电路、原边补偿网络和发射线圈；
所述接收端包括：连接接收线圈的副边补偿网络、连接副边补偿网络的至少两个可控整流模块，每个所述可控整流模块的输出端控制一路LED；
第一可控整流模块包括：第一整流二极管、第二整流二极管、第一MOS管和第二MOS管，所述第一整流二极管的负极和第二整流二极管的负极及第一可控整流模块的输出端连接，第一整流二极管的正极连接第一MOS管的漏极，第二整流二极管的正极连接第二MOS管的漏极及第一可控整流模块的输入端，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极均接地；
第二可控整流模块包括：第三整流二极管、第四整流二极管、第三MOS管和第四MOS管，所述第三整流二极管的负极和第四整流二极管的负极及第二可控整流模块的输出端连接，第三整流二极管的正极连接第三MOS管的漏极，第四整流二极管的正极连接第四MOS管的漏极及第二可控整流模块的输入端，第三MOS管的源极与第四MOS管的源极均接地；
所述第一MOS管的漏极连接第三MOS管的漏极；
接收端谐振电感上的输出电流为正弦波，比较器将此正弦波信号转化为方波同步信号输入CPU的输入捕获端口，CPU检测到方波同步信号后根据实际输出的电压电流与设定值进行PI计算后得出的移相角度进行移相处理来控制下桥臂的MOS导通时间；
所述副边补偿网络包括连接接收线圈的接收端补偿电容的一端，接收端补偿电容的另一端分别连接接收端并联电容的一端、接收端谐振电感的一端，接收端并联电容的另一端分别连接接收线圈和第二可控整流模块的输入端，接收端谐振电感的另一端连接第一可控整流模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的无线供电的大功率LED电源，其特征在于，所述原边补偿网络包括发射端谐振电感，所述发射端谐振电感的一端连接全桥逆变电路的第一输出端，另一端分别连接发射端并联电容的一端和发射端补偿电容的一端，所述发射端并联电容的另一端连接全桥逆变电路的第二输出端，所述发射端补偿电容的另一端经过发射线圈连接发射端并联电容的另一端。
3.根据权利要求1所述的无线供电的大功率LED电源，其特征在于，所述第一可控整流模块与第二可控整流模块输入串联输出并联。
4.根据权利要求1所述的无线供电的大功率LED电源，其特征在于，所述第一可控整流模块和第二可控整流模块内均设有比较器和CPU。
5.根据权利要求4所述的无线供电的大功率LED电源，其特征在于，所述比较器将可控整流输入端电流的正弦信号转换成方波信号，方波信号输入CPU的输入捕获端口。
6.根据权利要求5所述的无线供电的大功率LED电源，其特征在于，所述第一可控整流模块和第二可控整流模块的CPU与地面集中控制器之间通过Zigbee通讯。
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