CN115175405A - 一种基于mcu控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路 - Google Patents

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CN115175405A CN202210673901.1A CN202210673901A CN115175405A CN 115175405 A CN115175405 A CN 115175405A CN 202210673901 A CN202210673901 A CN 202210673901A CN 115175405 A CN115175405 A CN 115175405A
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Abstract

本发明公开了一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，包括整流器电路和MCU信号控制电路，整流器电路的输入端连接交流电源，整流器电路的输出端连接功率因数校正电路和低压直流变换电路，功率因数校正电路的输出端连接主开关变压器电路，主开关变压器电路的输出端连接输出滤波储能电容和LED，低压直流变换电路的输出端连接变换控制电路和恒流源信号电路，低压直流变换电路的输出端还连接功率因数校正电路和MCU信号控制电路，变换控制电路的输出端连接主开关变压器电路，MCU信号控制电路的输出端连接变换控制电路，恒流源信号电路的输出端连接MCU信号控制电路，MCU信号控制电路的输入端连接调光编程输入信号电路。电路结构简单，成本低。

Description

一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路
技术领域
本发明涉及恒功率下的恒流限压电路技术领域，尤其是一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路。
背景技术
传统恒流限压的LED驱动器不能够很好的适应低成本在原边实现恒功率，并恒流限压带PWM调光功能芯片的驱动器拓扑结构，在变压器的初级侧无法实现驱动器的电压宽范围恒功率自动调校，电路控制结构复杂，成本高。
在中国专利文献上公开的“一种驱动LED发光的电路及LED发光装置”，其公开号为CN201718084U，提供了一种驱动LED发光的电路及LED发光装置。其中的电路包括：向LED输出脉宽调制信号以恒流驱动LED发光的恒流驱动单元；感应LED阳极的电压、并当感应到LED阳极的电压高于预设值时由恒流驱动单元减小脉宽调制信号的占空比的限压单元，限压单元连接在恒流驱动单元和LED之间，但是公开号为CN201718084U的电路结构无法解决上述问题。
发明内容
本发明解决了现有的传统恒流限压的LED驱动器不能够很好的适应低成本在原边实现恒功率，并恒流限压带PWM调光功能芯片的驱动器拓扑结构，在变压器的初级侧无法实现驱动器的电压宽范围恒功率自动调校的问题，提出一种基于MCU控制开关电源原边实现恒功率的控制电路，并能恒流限压还可以执行PWM调光功能，本发明不仅适用于在次级反馈实现恒功率恒流限压和可调光的控制，更能适应低成本原边恒流限压带PWM调光功能恒功率控制的驱动器拓扑结构，电路控制结构简单，成本低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，包括整流器电路和MCU信号控制电路，所述整流器电路的输入端连接有交流电源，所述整流器电路的输出端连接有功率因数校正电路和低压直流变换电路，所述功率因数校正电路的输出端连接有主开关变压器电路，所述主开关变压器电路的输出端连接有输出滤波储能电容和LED，所述低压直流变换电路的输出端连接有变换控制电路和恒流源信号电路，所述低压直流变换电路的输出端还连接于所述功率因数校正电路和所述MCU信号控制电路，所述变换控制电路的输出端连接于所述主开关变压器电路，所述MCU信号控制电路的输出端连接于所述变换控制电路，所述恒流源信号电路的输出端连接于所述MCU信号控制电路，所述MCU信号控制电路的输入端连接有调光编程输入信号电路。
本发明采用交流电源供电，经过整流器电路的整流作用后，其中一路经过功率因数校正电路变换成稳定的400V的直流电压，继而输出给主开关变压器电路；其中另一路经过低压直流变换电路进行电压变换，低压直流变换电路给三路供电，其中，一路给功率因数校正电路供电，一路给变换控制电路供电，一路给MCU信号控制电路以及恒流源信号电路供电；由MCU信号控制电路输出的PWM信号输出至变换控制电路进而控制主开关变压器电路的工作；输出电压和输出电流根据变换控制电路设定的参考电压调节控制主开关变压器电路的输出电压和输出电流，从而控制LED的电流；MCU信号控制电路还检测输出的所有信息，包含有输出过电压，外部LED模组过温，电源板上功率器件的过温，输出短路保护，以及初级输入交流欠压等信息，以上除开短路保护外，所有保护均以降低输出电流来保证LED工作的稳定；MCU信号控制电路通过调光编程输入信号电路的控制命令，完成相应恒功率的控制信号的转换，由MCU信号控制电路将调光信号转化成PWM信号送到变换控制电路，变换控制电路通过原边控制主开关变压器电路工作，实现恒功率下所有调光功能。
作为优选，所述变换控制电路包括变换控制芯片U5和信号输入模块，所述变换控制芯片U5的电源引脚分别连接有电阻R50和电容C20，所述电阻R50的另一端连接有电容C19，所述电容C20和电容C19均接地，所述电阻R50的另一端还分别连接有二极管D9的负极和电阻R49，所述二极管D9的正极连接电源端VCC2，所述电源端VCC2连接低压直流变换电路；所述电阻R49的另一端连接有二极管D11的负极，所述二极管D11的正极连接有电源端VCCS，所述电源端VCCS连接主开关变压器电路。本发明中，变换控制芯片U5由两路供电，具体的，一路由低压直流变换电路的电源端VCC2供电，一路由主开关变压器电路变压器的辅助绕组的电源端VCCS供电，分别由二极管D9和二极管D11做隔离，互不影响。
作为优选，所述信号输入模块包括光耦U6和三极管Q5，所述光耦U6的发射端正极连接有电阻R58，所述电阻R58的另一端连接有MCU信号控制电路，所述光耦U6的发射端负极接地，所述光耦U6的接收端发射极接地，所述光耦U6的接收端集电极分别连接有电阻R57和三极管Q5的基极，所述三极管Q5的发射极接地，所述三极管Q5的集电极分别连接有电阻R56和电阻R54，所述电阻R56的另一端连接有二极管D12的负极，所述二极管D12的负极还连接于所述电阻R57的另一端，所述二极管D12的正极连接有电源端VDD，所述电阻R54还连接有稳压二极管ZD1的负极，所述稳压二极管ZD1的正极接地，所述电阻R54的另一端连接变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚。本发明中，变换控制芯片U5的控制信号从PWM信号输入引脚输入，该信号从MCU输出；MCU输出信号首先经过光耦U6隔离后，稳定的VDD电压经过二极管D12隔离由电阻R57加到三极管Q5的基极形成偏置，电阻R56和三极管Q5起到电流放大作用，稳压二极管ZD1将三极管Q5的集电极电压钳位，通过电阻R54限流接到变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚，当光耦U6的原边光电二极管得电工作时，光电三极管导通，将三极管Q5的基极电位拉低，三极管Q5的集电极电位为高，被稳压二极管ZD1钳位后通过电阻R54输入到变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚，PWM信号输入引脚为高电位，变换控制芯片U5按设定值由驱动引脚输出最大占空比来驱动变压器的开关管，由此主开关变压器电路向负载提供能量，变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚的占空比的大小决定变换控制芯片U5输出占空比的大小，因此也决定变压器输出功率的大小，变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚的最大占空比取决于MCU限制的同时，功率也被限定，当外部输入调光信号时，MCU在被限定的占空比以内执行降低占空比，从而实现调光功能。
作为优选，所述恒流源信号电路包括运算放大器U7和二极管D14，所述二极管D14的正极分别连接有电阻R69和电阻R68，所述电阻R69还连接有电容C27，所述电容C27接地，所述电阻R69的另一端连接于所述运算放大器U7的输出引脚，所述运算放大器U7的输出引脚还连接有电阻R66，所述电阻R66的另一端连接有电阻R63，所述电阻R63连接于所述运算放大器U7的负输入引脚，所述电阻R63串联有电阻R59，所述电阻R59的另一端接地，所述电阻R68串联有电阻R85，所述电阻R85的另一端连接于所述运算放大器U7的正输入引脚，所述电阻R85的另一端还连接有电阻R62，所述电阻R62的另一端连接基准源+5V，所述运算放大器U7的正极电源引脚连接电源端+12V，所述运算放大器U7的负极电源引脚接地。本发明中，运算放大器U7起到电压信号放大作用，组成一个100uA的恒流源，以保证当外部调光信号悬空时保证电源足功率输出，同时也是为了保证当外部调光工具为电阻时提供一个正电压。
作为优选，所述MCU信号控制电路包括MCU模块和检测模块，所述检测模块包括电阻R87和电容C39，所述电阻R87连接调光编程输入信号电路；所述电阻R87的另一端连接于所述电容C39，所述电容C39的另一端接地，所述电容C39并联有稳压二极管ZD4，所述稳压二极管ZD4的负极连接于所述电阻R87，所述电阻R87的另一端还分别连接有电阻R86和电阻R83，所述电阻R86的另一端分别连接有电容C38和电阻R85，所述电容C38的另一端接地，所述电阻R85的另一端分别连接有电容C37和电阻R84，所述电容C37的另一端接地，所述电阻R84的另一端连接有电阻R82，所述电阻R82接地，所述电阻R82的另一端连接于所述电阻R83的另一端，所述电阻R83连接网络标识DIMa处，所述电阻R82的另一端还连接于所述MCU模块。本发明中，输入信号从调光编程输入信号电路输入后，经过电阻R87的限流作用、稳压二极管ZD4钳位的作用以及电容C39滤除杂讯后进入，电阻R86、电容C38、电容C37、电阻R85组成二阶RC整流积分，且由R84分压，这里是判断检测输入数字调光信号，分压后输入MCU的第5脚，电阻R83和电阻R82执行PWM信号检测，将信号幅值分压后送入MCU的第17脚，MCU根据收集的到的信号进行系统计算后将对应的指令信号通过第15脚或第13脚发出，同时网络标识DIMa处的信号经电阻R83和电阻R82分压后为编程信号送入MCU的第17脚供MCU接受和发送编程指令。
作为优选，所述调光编程输入信号电路包括电感L6，所述电感L6连接所述检测模块，所述电感L6的另一端连接有电感L8，所述电感L8连接有电阻R88，所述电感L8的另一端连接正编程和外部调光信号输入端，所述电阻R88连接有励磁线圈LF5的第四引脚，所述电阻R88的另一端连接有励磁线圈LF5的第一引脚，所述电感L6的另一端还连接有电容C40，所述电容C40的另一端连接有电阻R89，所述电阻R89连接有励磁线圈LF5的第二引脚，所述电阻R89的另一端连接有励磁线圈LF5的第三引脚，所述电容C40的另一端还连接有电感L5，所述电感L5的另一端接地，所述电感L5连接有电感L7，所述电感L7的另一端连接负编程和外部调光信号输入端。本发明中，编程和调光信号共端口，电感L8，励磁线圈LF5，电感L7和电容C40组成一级共模抗干扰，主要抑制传导干扰满足EMC要求，电感L6、电感L5和电容C40组成π型二级差模抗干扰。
作为优选，所述MCU信号控制电路和变换控制电路之间连接有关机控制电路，所述关机控制电路包括二极管D13和二极管D15，所述二极管D13连接所述变换控制电路，所述二极管D15连接所述功率因数校正电路，所述二极管D13的另一端和所述二极管D15的另一端均连接有电阻R70，所述电阻R70的另一端连接有mos管Q6的漏极，所述mos管Q6的源极接地，所述mos管Q6的栅极连接高电平输入控制模块。本发明中，利用高电平输入控制模块实现对于mos管Q6的开关控制；当调光信号小于最低点或需要待机关闭时，通过关断PFC工作和反激变换控制电路用来实现空载功耗小于0.5W，达到绿色节能的目的。
作为优选，所述MCU信号控制电路和恒流源信号电路之间连接有采样和供电稳压电路，所述采样和供电稳压电路包括电阻R60，所述电阻R60连接电源端VCCS，所述电源端VCCS连接主开关变压器电路，所述电阻R60的另一端连接有电阻R61，所述电阻R61的另一端接地，所述电阻R60的另一端还连接有电容C26，所述电容C26的另一端接地；所述电阻R60还连接电阻R40，所述电阻R40并联有电阻R64，所述电阻R40的另一端连接线性稳压模块，所述线性稳压模块连接有相互并联的电容C28和电容C29，所述电容C28和电容C29的另一端连接恒流源信号电路，所述电容C28和电容C29的另一端还连接有降压芯片U3的输入引脚，所述降压芯片U3的接地引脚接地，所述降压芯片U3的输出引脚连接有电容C31，所述电容C31的另一端接地，所述电容还连接有稳压二极管ZD3的负极，所述稳压二极管ZD3的负极连接有电源端+5V，所述稳压二极管ZD3的正极接地。本发明中，主变压器电路中变压器的辅助绕组的电源端VCCS信号在这里起两个作用，一路经电阻R60和电阻R61分压以及电容C26平滑滤波后输入到MCU的第14脚，供MCU内部比较计算。电源端VCCS信号另一路经电阻R40//电阻R64限流，三极管Q4、电阻R67以及稳压二极管ZD2执行线性稳压，稳压值取决于稳压二极管ZD2的值，电容C28和电容C29滤波输出12V给恒流源信号电路的运算放大器U7供电，12V经过降压芯片U3降压后由电容C31滤波给MCU供电，稳压二极管ZD3在钳位不让电压过冲以起到保护MCU的目的。
本发明的有益效果是：
1、不仅适用于次级反馈的恒功率控制，更能适应低成本原边恒功率限制下的恒流限压带PWM调光功能芯片的驱动器拓扑结构，在变压器的初级侧就可以实现驱动器的电压宽范围恒功率自动调校，电路控制结构简单，成本低；
2、用MCU检测VCC绕组电压变化实现恒功率，控制电路简单，无需在初级侧或次级侧用多单元的模拟运算放大器组合，减少元器件的应用，提高器件使用的可靠性；
3、将多重保护电路高度集成于一个MCU进行控制，进一步减少检测电路的使用，遵守器件越少越可靠的设计原则，提高可靠性；
4、外部编程和调光功能共端口，通过从调光编程输入信号电路两条线即可以实现编程和调光功能，完成一键离线编程；
5、具有通信功能，通过相应的命令实现低亮时的亮度调节、LED点亮时的电流调节、使能禁止的功能。
附图说明
图1是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路的结构示意图；
图2是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路变换控制电路的电路图；
图3是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路调光和同端口编程的信号采集和自建恒流源及关机控制的电路图；
图4是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路采样和供电稳压电路的电路图；
图5是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路MCU芯片模块的电路图；
图6是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路低压直流变换电路的电路图；
图7是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路主开关变压器电路以及功率因数校正电路的电路图；
图8是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路整流器电路的电路图；
图9是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路实际应用信号采集与输出电压变化时的线性数据图；
图10是本发明一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路恒功率时的输出电压电流及信号采样的线性曲线图；
其中，1、变换控制电路 2、恒流源信号电路 3、检测模块 4、调光编程输入信号电路 5、关机控制电路 6、采样和供电稳压电路 7、MCU芯片模块 8、低压直流变换电路 9、功率因数校正电路 10、信号输入模块。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提出一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，参考图1至图8，包括整流器电路、MCU信号控制电路、功率因数校正电路9、低压直流变换电路8、主开关变压器电路、变换控制电路1、恒流源信号电路2以及调光编程输入信号电路4，整流器电路的输入端连接于交流电源，整流器电路的输出端连接于功率因数校正电路9和低压直流变换电路8，功率因数校正电路9的输出端连接于主开关变压器电路，主开关变压器电路的输出端连接于输出滤波储能电容和LED，低压直流变换电路8的输出端连接于变换控制电路1和恒流源信号电路2，低压直流变换电路8的输出端连接于功率因数校正电路9和MCU信号控制电路，变换控制电路1的输出端连接于主开关变压器电路，MCU信号控制电路的输出端连接于变换控制电路1，恒流源信号电路2的输出端连接于MCU信号控制电路，MCU信号控制电路的输入端连接于调光编程输入信号电路4。
参考图2，变换控制电路1包括变换控制芯片U5以及信号输入模块10，变换控制芯片U5的电源引脚分别连接电阻R50和电容C20，电阻R50的另一端连接电容C19，电容C20和电容C19都接地，电阻R50的另一端还分别连接二极管D9的负极和电阻R49，二极管D9的正极连接于电源端VCC2，电源端VCC2连接于低压直流变换电路；电阻R49的另一端连接二极管D11的负极，二极管D11的正极连接于电源端VCCS，电源端VCCS连接于主开关变压器电路。
更进一步的，信号输入模块10包括光耦U6和三极管Q5，光耦U6的发射端正极连接于电阻R58，电阻R58的另一端连接MCU信号控制电路，光耦U6的发射端负极接地，光耦U6的接收端发射极接地，光耦U6的接收端集电极分别连接电阻R57和三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极分别连接于电阻R56和电阻R54，电阻R56的另一端连接二极管D12的负极，二极管D12的负极还连接电阻R57的另一端，二极管D12的正极连接电源端VDD，电阻R54还连接稳压二极管ZD1的负极，稳压二极管ZD1的正极接地，电阻R54的另一端连接于变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚。
参考图3，恒流源信号电路2包括运算放大器U7和二极管D14，二极管D14的正极分别连接于电阻R69和电阻R68，电阻R69还连接电容C27，电容C27接地，电阻R69的另一端连接运算放大器U7的输出引脚，运算放大器U7的输出引脚还连接电阻R66，电阻R66的另一端连接于电阻R63，电阻R63连接运算放大器U7的负输入引脚，电阻R63与电阻R59串联，电阻R59的另一端接地，电阻R68与电阻R85串联，电阻R85的另一端连接运算放大器U7的正输入引脚，电阻R85的另一端还连接电阻R62，电阻R62的另一端和基准源+5V连接，运算放大器U7的正极电源引脚连接电源端+12V，运算放大器U7的负极电源引脚接地。
参考图3和图5，MCU信号控制电路包括MCU芯片模块7和检测模块3，检测模块包括电阻R87和电容C39，电阻R87连接调光编程输入信号电路4；电阻R87的另一端连接电容C39，电容C39的另一端接地，电容C39与稳压二极管ZD4并联，稳压二极管ZD4的负极连接电阻R87，电阻R87的另一端还分别连接于电阻R86和电阻R83，电阻R86的另一端分别连接于电容C38和电阻R85，电容C38的另一端接地，电阻R85的另一端分别连接于电容C37和电阻R84，电容C37的另一端接地，电阻R84的另一端连接电阻R82，电阻R82接地，电阻R82的另一端连接电阻R83的另一端，电阻R83连接网络标识DIMa处，电阻R82的另一端还连接MCU芯片模块7。
参考图3，调光编程输入信号电路4包括电感L6，电感L6连接检测模块3，电感L6的另一端连接电感L8，电感L8连接电阻R88，电感L8的另一端连接于正编程和外部调光信号输入端DIM+1，电阻R88连接励磁线圈LF5的第四引脚，电阻R88的另一端连接励磁线圈LF5的第一引脚，电感L6的另一端还连接电容C40，电容C40的另一端连接电阻R89，电阻R89连接励磁线圈LF5的第二引脚，电阻R89的另一端连接励磁线圈LF5的第三引脚，电容C40的另一端还连接电感L5，电感L5的另一端接地，电感L5连接于电感L7，电感L7的另一端连接于负编程和外部调光信号输入端DIM-1。
参考图3，MCU信号控制电路和变换控制电路1之间连接有关机控制电路5，关机控制电路5包括二极管D13和二极管D15，具体的，二极管D13连接于变换控制电路1，二极管D15连接功率因数校正电路9，二极管D13的另一端和二极管D15的另一端均连接于电阻R70，电阻R70的另一端连接mos管Q6的漏极，mos管Q6的源极接地，mos管Q6的栅极与高电平输入控制模块连接。
其中，高电平输入控制模块包括光耦U8，其中，光耦U8的光电二极管的负极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接电源端+5V，光耦U8的光电二极管的正极连接三极管Q7的集电极，三极管Q7的发射极连接电阻R76，电阻R76的另一端连接三极管Q7的基极，三极管Q7的基极还连接电阻R75，电阻R75的另一端连接MCU芯片模块7；MCU芯片模块7的第16引脚输出高电平信号。
参考图4，MCU信号控制电路和恒流源信号电路2之间连接有采样和供电稳压电路6，采样和供电稳压电路包括电阻R60，电阻R60连接于电源端VCCS，电源端VCCS连接主开关变压器电路，电阻R60的另一端连接于电阻R61，电阻R61的另一端接地，电阻R60的另一端还连接电容C26，电容C26的另一端接地；电阻R60还连接于电阻R40，电阻R40与电阻R64并联，电阻R40的另一端连接于线性稳压模块，线性稳压模块连接于相互并联的电容C28和电容C29，电容C28和电容C29的另一端连接于恒流源信号电路2，电容C28和电容C29的另一端还连接降压芯片U3的输入引脚，降压芯片U3的接地引脚接地，降压芯片U3的输出引脚连接电容C31，电容C31的另一端接地，电容还连接于稳压二极管ZD3的负极，稳压二极管ZD3的负极连接电源端+5V，稳压二极管ZD3的正极接地。
其中，线性稳压模块包括有三极管Q4、电阻R67和稳压二极管ZD2，其中，三极管Q4的集电极连接电阻R40的另一端，三极管Q4的发射极连接电容C28，三极管Q4的基极连接于稳压二极管ZD2的负极，稳压二极管ZD2的正极接地，三极管Q4的基极还连接与电阻R67，电阻R67的另一端连接三极管Q4的集电极。
参考图6，还包括低压直流变换电路8，低压直流变换电路8的具体结构如图6所示，输入的直流电压DV+转换成各路所需的电压进行供电。
参考图5，MCU芯片模块7中，电源端+5V通过与其串联的电阻R41给MCU提供使能和复位电压，具体通过第4引脚实现；MCU的第5引脚为检测输入数字调光电压信号输入的引脚，第8引脚的功能为编程数据发送，其中，mos管Q3、电阻R38和电阻R39组成数据发送和接收，第6引脚悬空，第13引脚输出主控制信号COO，恒功率和调光信号均由此信号控制，第14引脚为变压器电路中的变压器辅助绕组的电压信号采样输入，第15引脚输出备用控制信号，功能为输出电压基准用，但本方案未采用，第16引脚输出关机信号OCO，第17引脚输入调光占空比信号检测，也同时兼做输入编程信号采集，第18引脚为程序烧录时钟信号引脚，第19引脚为输入欠压信号检测引脚，本方案未采用，第20引脚为本系统过温保护检测引脚，当由于某种原因导致温度超过安全设定值时，控制信号将调低输出数值，让系统降低输出功率，达到保护设备的使用寿命和安全。
参考图7，功率因数校正电路9为常用电路，具体的电路如图7所示，功率因数校正电路9能够将整流后的电压变换成稳定的400V直流电压，然后输出至主开关变压器电路。
参考图7，包括有主开关变压器电路，主要设置有变压器T1，具体电路如图7所示，主开关变压器电路连接功率因数校正电路9和变换控制电路1，同时还连接MCU信号控制电路。
参考图8，包括整流器电路，整流器电路包括有整流桥BD1，具体电路如图8所示，将交流电压转化直流电压。
本发明的动态过程：本发明采用交流电源供电，经过整流器电路的整流作用后，其中一路经过功率因数校正电路变换成稳定的400V的直流电压，继而输出给主开关变压器电路；其中另一路经过低压直流变换电路进行电压变换，低压直流变换电路给三路供电，其中，一路给功率因数校正电路供电，一路给变换控制电路供电，一路给MCU信号控制电路以及恒流源信号电路供电；由MCU信号控制电路输出的PWM信号输出至变换控制电路进而控制主开关变压器电路的工作；输出电压和输出电流根据变换控制电路设定的参考电压调节控制主开关变压器电路的输出电压和输出电流，从而控制LED的电流；MCU信号控制电路还检测输出的所有信息，包含有输出过电压，外部LED模组过温，电源板上功率器件的过温，输出短路保护，以及初级输入交流欠压等信息，以上除开短路保护外，所有保护均以降低输出电流来保证LED工作的稳定；MCU信号控制电路通过调光编程输入信号电路的控制命令，完成相应恒功率的控制信号的转换，由MCU信号控制电路将调光信号转化成PWM信号送到变换控制电路，变换控制电路通过原边控制主开关变压器电路工作，实现恒功率下所有调光功能。
本发明中，变换控制芯片U5由两路供电，具体的，一路由低压直流变换电路8的电源端VCC2供电，一路由主开关变压器电路变压器的辅助绕组的电源端VCCS供电，分别由二极管D9和二极管D11做隔离，互不影响。
本发明中，变换控制芯片U5的控制信号从PWM信号输入引脚输入，该信号从MCU输出；MCU输出信号首先经过光耦U6隔离后，稳定的VDD电压经过二极管D12隔离由电阻R57加到三极管Q5的基极形成偏置，电阻R56和三极管Q5起到电流放大作用，稳压二极管ZD1将三极管Q5的集电极电压钳位，通过电阻R54限流接到变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚，当光耦U6的原边光电二极管得电工作时，光电三极管导通，将三极管Q5的基极电位拉低，三极管Q5的集电极电位为高，被稳压二极管ZD1钳位后通过电阻R54输入到变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚，PWM信号输入引脚为高电位，变换控制芯片U5按设定值由驱动引脚输出最大占空比来驱动变压器的开关管，由此主开关变压器电路向负载提供能量，变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚的占空比的大小决定变换控制芯片U5输出占空比的大小，因此也决定变压器输出功率的大小，变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚的最大占空比取决于MCU限制的同时，功率也被限定，当外部输入调光信号时，MCU在被限定的占空比以内执行降低占空比，从而实现调光功能。
本发明中，运算放大器U7起到电压信号放大作用，组成一个100uA的恒流源，以保证当外部调光信号悬空时保证电源足功率输出，同时也是为了保证当外部调光工具为电阻时提供一个正电压。基准源+5V通过电阻R62输入到运算放大器U7的同相端，电阻R66，电阻R63和电阻R59组成负反馈放大组件，放大信号为(R66+R63+R59/R63+R59)*VREF(+5V)，电阻R68和电阻R65起到正反馈保证精度和抗干扰稳定输出的作用，电阻R69为外部电阻调光时的上电阻，由二极管D14隔离输出与调光和编程端口，为减少功耗，该恒流源为调光负载提供100uA左右的电流。
本发明中，输入信号从调光编程输入信号电路4输入后，经过电阻R87的限流作用、稳压二极管ZD4钳位的作用以及电容C39滤除杂讯后进入，电阻R86、电容C38、电容C37、电阻R85组成二阶RC整流积分，且由R84分压，这里是判断检测输入数字调光信号，分压后输入MCU的第5脚，电阻R83和电阻R82执行PWM信号检测，将信号幅值分压后送入MCU的第17脚，MCU根据收集的到的信号进行系统计算后将对应的指令信号通过第15脚或第13脚发出，同时网络标识DIMa处的信号经电阻R83和电阻R82分压后为编程信号送入MCU的第17脚供MCU接受和发送编程指令。
本发明中，编程和调光信号共端口，电感L8，励磁线圈LF5，电感L7和电容C40组成一级共模抗干扰，主要抑制传导干扰满足EMC要求，电感L6、电感L5和电容C40组成π型二级差模抗干扰，输入信号经过电阻R87和稳压二极管ZD4后进入检测模块3。
本发明中，利用高电平输入控制模块实现对于mos管Q6的开关控制。具体的工作原理为：当MCU收到各反馈信号正常的信号时，由OCO脚输出高电平，高电平信号由电阻R75输入，电阻R76起稳定作用，三极管Q7饱和导通，电压由电阻R74限流后流入光耦U8的光电二极管从三极管Q7的C极到地，光耦U8的副边光敏三极管导通，mos管Q6的控制极栅极的电位被拉低，mos管Q6被截止，各路芯片的VDD供电正常，所以电源系统也工作正常，电阻R71和电阻R73为mos管Q6提供驱动电压信号，电阻R72为mos管Q6的栅极提供泄放通路，二极管D13和二极管D15起到隔离作用，分别接变换控制电路1的芯片电压供应脚VDD和功率因数校正电路9的芯片电压供应脚VCC1；当MCU收到故障信号或关机信号时，OCO脚输出低电平，光耦U8原边的二极管无电流通过，光耦U8的副边光敏三极管也不工作，那么由+12V电压通过电阻R71和电阻R73加到mos管Q6的栅极，mos管Q6导通，通过二极管D13和二极管D15隔离，由电阻R70限流将变换控制电路1的芯片电压供应脚VDD和功率因数校正电路9的芯片电压供应脚VCC1的供电电压拉低，从而关闭整个电源，这里的保护主要是针对待机低功耗和输出负载不被损坏保护，当调光信号低于某个值时MCU发出指令执行软关机，让电源处于待机，实现超低功耗满足能效要求。
本发明中，主变压器电路中变压器的辅助绕组的电源端VCCS信号在这里起两个作用，一路经电阻R60和电阻R61分压以及电容C26平滑滤波后输入到MCU的第14脚，供MCU内部比较计算。电源端VCCS信号另一路经电阻R40//电阻R64限流，三极管Q4、电阻R67以及稳压二极管ZD2执行线性稳压，稳压值取决于稳压二极管ZD2的值，电容C28和电容C29滤波输出12V给恒流源信号电路的运算放大器U7供电，12V经过降压芯片U3降压后由电容C31滤波给MCU供电，稳压二极管ZD3在钳位不让电压过冲以起到保护MCU的目的。
参考本发明的实际应用信号采集对应恒功率时的电流转化成输出PWM占空比数据表，通过主变压器的主输出绕组和反馈绕组的科学设计，由第一列和第二列可看出，当第二列的输出电压由高变低时，第一列的反馈绕组电压也基本呈线性下降，本发明的重点就是利用这个信号反馈给MCU，通过软件配置MCU根据输入的Vs信号自动反比例输出占空比，见图7的第7列和第9列数据，从而不光自动根据输出电压达到恒功率而且还能在限功率的范围内还能调光，如下表1所示，
表1本发明的实际应用信号采集对应恒功率时的电流转化成输出PWM占空比数据表
Figure BDA0003694132340000111
Figure BDA0003694132340000121
参考图9，为本发明的实际应用信号采集与输出电压变化时的曲线表，由图可看出变压器的辅助绕组的电压信号完全跟随输出电压的变化而变化，最上面的线是输出恒流区域时的电压变化，下面的线是恒功率检测绕组的电压信号变化，均能够在很宽范围内实现线性。
参考图10，为本发明的恒功率时的输出电压电流及信号采样的线性曲线表，由曲线看出，当恒功率时(最上层线)，主输出电压(最上层往下数第二条线)由高到低时，反馈绕组VCCS(最上层往下数第三条线)的电压也是跟随主输出电压由高变低，输出电流(最下层线)则是呈线性由低上高变化的，输出的功率是恒定的。
上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，包括整流器电路和MCU信号控制电路，所述整流器电路的输入端连接有交流电源，所述整流器电路的输出端连接有功率因数校正电路和低压直流变换电路，所述功率因数校正电路的输出端连接有主开关变压器电路，所述主开关变压器电路的输出端连接有输出滤波储能电容和LED，所述低压直流变换电路的输出端连接有变换控制电路和恒流源信号电路，所述低压直流变换电路的输出端还连接于所述功率因数校正电路和所述MCU信号控制电路，所述变换控制电路的输出端连接于所述主开关变压器电路，所述MCU信号控制电路的输出端连接于所述变换控制电路，所述恒流源信号电路的输出端连接于所述MCU信号控制电路，所述MCU信号控制电路的输入端连接有调光编程输入信号电路。
2.根据权利要求1所述一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述变换控制电路包括变换控制芯片U5和信号输入模块，所述变换控制芯片U5的电源引脚分别连接有电阻R50和电容C20，所述电阻R50的另一端连接有电容C19，所述电容C20和电容C19均接地，所述电阻R50的另一端还分别连接有二极管D9的负极和电阻R49，所述二极管D9的正极连接电源端VCC2，所述电源端VCC2连接低压直流变换电路；所述电阻R49的另一端连接有二极管D11的负极，所述二极管D11的正极连接有电源端VCCS，所述电源端VCCS连接主开关变压器电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述信号输入模块包括光耦U6和三极管Q5，所述光耦U6的发射端正极连接有电阻R58，所述电阻R58的另一端连接有MCU信号控制电路，所述光耦U6的发射端负极接地，所述光耦U6的接收端发射极接地，所述光耦U6的接收端集电极分别连接有电阻R57和三极管Q5的基极，所述三极管Q5的发射极接地，所述三极管Q5的集电极分别连接有电阻R56和电阻R54，所述电阻R56的另一端连接有二极管D12的负极，所述二极管D12的负极还连接于所述电阻R57的另一端，所述二极管D12的正极连接有电源端VDD，所述电阻R54还连接有稳压二极管ZD1的负极，所述稳压二极管ZD1的正极接地，所述电阻R54的另一端连接变换控制芯片U5的PWM信号输入引脚。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述恒流源信号电路包括运算放大器U7和二极管D14，所述二极管D14的正极分别连接有电阻R69和电阻R68，所述电阻R69还连接有电容C27，所述电容C27接地，所述电阻R69的另一端连接于所述运算放大器U7的输出引脚，所述运算放大器U7的输出引脚还连接有电阻R66，所述电阻R66的另一端连接有电阻R63，所述电阻R63连接于所述运算放大器U7的负输入引脚，所述电阻R63串联有电阻R59，所述电阻R59的另一端接地，所述电阻R68串联有电阻R85，所述电阻R85的另一端连接于所述运算放大器U7的正输入引脚，所述电阻R85的另一端还连接有电阻R62，所述电阻R62的另一端连接基准源+5V，所述运算放大器U7的正极电源引脚连接电源端+12V，所述运算放大器U7的负极电源引脚接地。
5.根据权利要求1所述的一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述MCU信号控制电路包括MCU芯片模块和检测模块，所述检测模块包括电阻R87和电容C39，所述电阻R87连接调光编程输入信号电路；所述电阻R87的另一端连接于所述电容C39，所述电容C39的另一端接地，所述电容C39并联有稳压二极管ZD4，所述稳压二极管ZD4的负极连接于所述电阻R87，所述电阻R87的另一端还分别连接有电阻R86和电阻R83，所述电阻R86的另一端分别连接有电容C38和电阻R85，所述电容C38的另一端接地，所述电阻R85的另一端分别连接有电容C37和电阻R84，所述电容C37的另一端接地，所述电阻R84的另一端连接有电阻R82，所述电阻R82接地，所述电阻R82的另一端连接于所述电阻R83的另一端，所述电阻R83连接网络标识DIMa处，所述电阻R82的另一端还连接于所述MCU芯片模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述调光编程输入信号电路包括电感L6，所述电感L6连接所述检测模块，所述电感L6的另一端连接有电感L8，所述电感L8连接有电阻R88，所述电感L8的另一端连接正编程和外部调光信号输入端，所述电阻R88连接有励磁线圈LF5的第四引脚，所述电阻R88的另一端连接有励磁线圈LF5的第一引脚，所述电感L6的另一端还连接有电容C40，所述电容C40的另一端连接有电阻R89，所述电阻R89连接有励磁线圈LF5的第二引脚，所述电阻R89的另一端连接有励磁线圈LF5的第三引脚，所述电容C40的另一端还连接有电感L5，所述电感L5的另一端接地，所述电感L5连接有电感L7，所述电感L7的另一端连接负编程和外部调光信号输入端。
7.根据权利要求2所述的一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述MCU信号控制电路和变换控制电路之间连接有关机控制电路，所述关机控制电路包括二极管D13和二极管D15，所述二极管D13连接所述变换控制电路，所述二极管D15连接所述功率因数校正电路，所述二极管D13的另一端和所述二极管D15的另一端均连接有电阻R70，所述电阻R70的另一端连接有mos管Q6的漏极，所述mos管Q6的源极接地，所述mos管Q6的栅极连接高电平输入控制模块。
8.根据权利要求2所述的一种基于MCU控制在开关电源原边实现恒功率的控制电路，其特征在于，所述MCU信号控制电路和恒流源信号电路之间连接有采样和供电稳压电路，所述采样和供电稳压电路包括电阻R60，所述电阻R60连接电源端VCCS，所述电源端VCCS连接主开关变压器电路，所述电阻R60的另一端连接有电阻R61，所述电阻R61的另一端接地，所述电阻R60的另一端还连接有电容C26，所述电容C26的另一端接地；所述电阻R60还连接电阻R40，所述电阻R40并联有电阻R64，所述电阻R40的另一端连接线性稳压模块，所述线性稳压模块连接有相互并联的电容C28和电容C29，所述电容C28和电容C29的另一端连接恒流源信号电路，所述电容C28和电容C29的另一端还连接有降压芯片U3的输入引脚，所述降压芯片U3的接地引脚接地，所述降压芯片U3的输出引脚连接有电容C31，所述电容C31的另一端接地，所述电容还连接有稳压二极管ZD3的负极，所述稳压二极管ZD3的负极连接有电源端+5V，所述稳压二极管ZD3的正极接地。
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