CN117939738A - 一种恒压恒流调光电路及其调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及调光电源技术领域，公开了一种恒压恒流调光电路及其调光方法。其中电路包括整流滤波电路、电源管理电路、电流反馈环路、电压反馈环路和控制单元。整流滤波电路和电源管理电路顺次串联于输入电源和光源之间。电流反馈环路的输入端与电源管理电路的输出端连接，输出端与电源管理电路的反馈端连接。电压反馈环路的输入端与电源管理电路的输出端连接，输出端与电源管理电路的反馈端连接。控制单元的第一输出端与电流反馈环路的控制端连接，第二输出端与电压反馈环路的控制端连接，通过第一输出端和第二输出端分别向电流反馈环路和电压反馈环路输送电流控制信号和电压控制信号。该调光电路，能实现多种规格的恒压光源和恒流光源的调光。

Description

一种恒压恒流调光电路及其调光方法

技术领域

本发明涉及调光电源技术领域，具体涉及一种恒压恒流调光电路及其调光方法。

背景技术

随着LED照明产业的快速发展，LED照明成为各家各户的户内以及户外照明的优先选择，用户对LED电源的要求也越来越高。目前市面上的大部分LED电源，要么仅支持恒压调光或者恒流调光之中的一种；要么同时集成有恒压调光电路和恒流调光电路，可以根据负载类型选择采用恒压调光方式或者恒流调光方式进行调光，但电源的输出参数固定，难以应对市面上多样化的LED灯源，对于不同客户的不同需求，开发周期较长。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种恒压恒流调光电路，能够在恒压调光模式和恒流调光模式之间切换，并且可以根据需要在一定范围内改变电源的输出参数，可以适用不同需求，降低开发周期和成本。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种恒压恒流调光电路，包括：整流滤波电路，输入端与输入电源连接；电源管理电路，输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，输出端与光源连接；电流反馈环路，输入端与所述电源管理电路的输出端连接，输出端与所述电源管理电路的反馈端连接，用于采集所述电源管理电路输出至光源的电流值，将采集到的电流值与电流控制信号比较，并将比较结果反馈值所述电源管理电路的反馈端；电压反馈环路，输入端与所述电源管理电路的输出端连接，输出端与所述电源管理电路的反馈端连接，用于采集所述电源管理电路输出至光源的电压值，将采集到的电压值与电压控制信号比较，并将比较结果反馈至所述电源管理电路的反馈端；控制单元，第一输出端与所述电流反馈环路的控制端连接，第二输出端与所述电压反馈环路的控制端连接，通过所述第一输出端向所述电流反馈环路提供所述电流控制信号，通过所述第二输出端向所述电压反馈环路提供所述电压控制信号。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过设置电流反馈环路和电压反馈环路，分别将从电源管理电路输出至光源的电压和电流与控制单元提供的电压控制信号和电流控制信号比较，来分别调节输出至光源的电压和电流。当需要对光源进行恒压调光时，维持电流控制信号恒定在需要的值，仅变化电压控制信号来进行调光；当需要对光源进行恒流调光时，则维持电压控制信号恒定在需要的值，变化电流控制信号来进行调光。可以通过调节电压控制信号和电流控制信号，改变电源的输出参数，以适应不同的光源需求，降低客户开发成本。

上述的恒压恒流调光电路，所述电流反馈环路包括运算放大器U2B，运算放大器U2B的同相输入端连接第二基准电压，运算放大器U2B的反相输入端通过采样电阻R11连接所述电源管理电路的输出端，运算放大器U2B的反相输入端连接所述控制单元的第一输出端，运算放大器U2B的输出端连接器反相输入端，运算放大器U2B的输出端连接所述电源管理电路的反馈端。

上述的恒压恒流调光电路，运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R18连接内部电源，运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R20接地，运算放大器U2B的反相输入端通过电容C9接地，运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R13与采样电阻R11连接，运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R15连接所述控制单元的第一输出端。

上述的恒压恒流调光电路，运算放大器U2B的输出端通过电阻R17和电容C11连接其输出端，电容C10并联于电阻R17和电容C11组成的串联结构的两端。

上述的恒压恒流调光电路，所述电压反馈环路包括运算放大器U2A，运算放大器U2A的同相输入端连接第一基准电压，运算放大器U2A的反相输入端连接所述电源管理电路的输出端和所述控制单元的第二输出端，运算放大器U2A的输出端连接其反相输入端，运算放大器U2A的输出端连接所述电源管理电路的反馈端。

上述的恒压恒流调光电路，运算放大器U2A的同相输入端通过电阻R28接地，运算放大器U2A的同相输入端通过电阻R24连接内部电源，运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R25接地，运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R22连接所述电源管理电路的输出端，运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R27连接所述控制单元的第二输出端。

上述的恒压恒流调光电路，运算放大器U2A的输出端通过电阻R26和电容C13连接运算放大器U2A的反相输入端，电容C4并联在电阻R26和电容C13组成的串联结构的两端。

上述的恒压恒流调光电路，所述控制单元包括调光信号处理电路、单片机电路和驱动电路，所述调光信号处理电路的输入端与调光信号连接，所述调光信号处理电路的输出端与所述单片机电路连接，所述驱动电路的输入端与所述单片机电路连接，所述驱动电路的第一输出端与所述电流反馈环路的输入端连接，所述驱动电路的第二输出端与所述电压反馈环路的输入端连接，所述驱动电路包括运算放大器U4A和运算放大器U4B，运算放大器U4A的同相输入端通过电阻R3与所述单片机电路中的单片机的电流控制引脚连接，运算放大器U4A的同相输入端通过电容C2接地，运算放大器U4A的反相输入端连接其输出端，运算放大器U4A的输出端与所述电流反馈环路的控制端连接，运算放大器U4B的同相输入端通过电阻R4连接所述单片机的电压控制引脚，运算放大器U4B的同相输入端通过电容C3接地，运算放大器U4B的反相输入端连接其输出端，运算放大器U4B的输出端连接所述电压反馈环路的控制端。

一种上述的恒压恒流调光电路的调光方法，当需要对光源进行恒压调光时，控制单元向电流反馈环路输出恒定的电流控制信号，通过改变控制单元输出至电压反馈环路的电压控制信号实现对光源的亮度的调光；当需要对光源进行恒流调光时，控制单元向电压反馈环路输出恒定的电压控制信号，通过改变控制单元输出至电流反馈环路的电流控制信号实现对光源的亮度的调光。

上述的恒压恒流调光电路的调光方法，具体包括如下步骤：

S100：选择工作模式，并设定电压和电流参数；

S200：若选择恒压模式，则按照设定的电流参数输出恒定的电流控制信号至电流反馈环路，在预设的电压参数至100%占空比范围内改变输出至电压反馈环路的电压控制信号的值实现对光源的恒压调光；

S300：若选择恒流模式，则按照设定的电压参数输出恒定的电压控制信号至电压反馈环路，在预设的电流参数至100%占空比范围内改变输出至电流反馈环路的电流控制信号的值实现对光源的恒流调光。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的恒压恒流调光电路的原理框图。

图2为本发明实施例的恒压恒流调光电路的电路原理图。

图3为本发明实施例的调光方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参照图1，本发明的实施例提供了一种恒压恒流调光电路，包括整流滤波电路、电源管理电路、电流反馈环路和控制单元。其中整流滤波电路的输入端和输入电源连接，输出端与电源管理电路连接，用于对输入的电能进行整流滤波。电源管理电路的输出端与光源连接，用于在控制单元的控制下，将经过整流滤波的电能转化为所需要规格的电能并输送至光源。电流反馈环路和电压反馈环路的输入端均与电源管理电路的输出端连接，输出端均与电源管理电路的反馈端连接，电流反馈环路和电压反馈环路的控制端分别与控制单元的第一输出端和第二输出端连接。其中电流反馈环路用于采集流经光源的电流，并与控制单元的第一输出端输出的电流控制信号进行比较，将比较结果反馈至电源管理电路；电压反馈环路用于采集输出至光源的电压，并与控制单元的第二输出端输出的电压控制信号进行比较，将比较结果反馈至电源管理电路。控制单元根据上位的调光系统输出的调光信号，通过第一输出端和第二输出端控制电源管理电路的输出，实现对光源的调光控制。

本发明实施例的恒压恒流调光电路，当需要对光源进行恒流调光时，控制单元通过第二输出端向电压反馈环路的控制端输出恒定不变的电压控制信号，通过改变第一输出端向电流反馈环路的控制端输出的电流控制信号来进行调光。当需要对光源进行恒压调光时，控制单元通过第一输出端向电流反馈环路的控制端输出恒定不变的电流控制信号，通过改变第二输出端向电压反馈环路的控制端输出的电压控制信号来进行调光。该恒压恒流调光电路可以兼容恒流调光方式和恒压调光方式，并可在两种调光方式中切换以适应不同特性的光源。同时通过改变电压控制信号和电流控制信号即可改变在恒压控制或恒流控制时的恒定电压值和恒定电流值，改变电源的输出电能的规格参数，以适应不同光源的需求，减少客户需要备货的电源种类，降低客户开发成本。

参照图2，在本实施例中，电流反馈环路和电压反馈环路均为由运算放大器组成的电压比较器。其中电流反馈环路包括运算放大器U2B，运算放大器U2B的反相输入端一方面通过串联在电源管理电路与光源之间的采样电阻R11采集流经光源的电流，另一方面与控制单元的第一输出端DIM1连接，运算放大器U2B的同相输入端连接第二基准电压VREF2，输出端连接其反相输入端，输出端还连接电源管理电路的反馈端。运算放大器U2B将流经光源的电流值与电流控制信号的差值与第二基准电压VREF2比较，然后将比较结果反馈至电源管理电路，电源管理电路根据反馈结果调节输出至光源的电能，直至流经光源的电流稳定在设定值。电压反馈环路包括运算放大器U2A，运算放大器U2A的同相输入端连接第一基准电压VREF1，反相输入端一方面连接电源管理电路的输出端，另一方面连接控制单元的第二输出端DIM2。运算放大器U2A的输出端连接其反相输入端，并同时连接电源管理电路的反馈端。运算放大器U2A将输出至光源的电压值和电压控制信号的差值与第一基准电压VREF2比较，并将比较结果反馈至电源管理电路，电源管理电路根据反馈结果调节输出至光源的电能，直至输出至光源的电压值稳定在设定值。

参照图2，在本实施例中，为了提高控制精度，运算放大器U2A和运算放大器的输出端和反相输入端之间均设置有用于进行环路补偿的电阻和电容。运算放大器U2A的输出端通过电阻R26和电容C13连接其反相输入端，电阻R26和电容C13组成的串联结构的两端并联有电容C4。运算放大器U2B的输出端通过电阻R17和电容C11连接其输入端，电容C10并联在电阻R17和电容C11组成的串联结构的两端。采样电阻R11串联于电源管理电路的输出端的负极与光源的负极之间，运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R13连接采样电阻R11的与光源连接的一端，并通过电阻R15连接控制单元的第一输出端DIM1，还通过电容C9接地。运算放大器U2B的同相输入端连接的第二基准电压VREF2由内部电源输出的电压VCC经过电阻R18和电阻R20分压获得。运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R22连接电源管理电路的输出端的正极，并通过电阻R27连接控制单元的第二输出端DIM2，还通过电阻R25接地。运算放大器U2A的同相输入端连接的第一基准电压VREF1由电压VCC经过电阻R24和电阻R28分压获得。

在本实施例中，电源管理电路包括电源芯片U4及其外围电路，运算放大器U2B和运算放大器U2A的输出端通过光电耦合器U3连接电源芯片U4的反馈引脚。为了避免运算放大器U2B和运算放大器U2A输出的反向电压损坏光电耦合器U3，运算放大器U2B和运算放大器U2A的输出端分别通过反向的二极管D8和D9连接光电耦合器的输入端的负极，光电耦合器的输入端的正极连接电压VCC，输出端一端接地，另一端与电源芯片U4的反馈引脚连接。输入的市电经过具有EMI（电磁干扰抑制）功能的整流滤波电路整流，然后对电解电容EC1进行充电，并通过电阻R10连接电源芯片U4内部的高压启动电路，对电源芯片U4内部电路进行充电启动。启动后，电源芯片U4输出的驱动信号经过电阻R12导通MOS管Q3，MOS管Q3导通后驱动变压器T1。电阻R16将MOS管Q3流过的电流转化成电压信号，连接到电源芯片U4的功率检测脚。变压器T1通过整流二极管D4、D5和D6对电解电容EC2、EC3和EC4进行整流滤波，分别形成输出给光源的电压和用于给内部器件供电的电压VCC，并分别通过电源供电端子V+、电源供电端子V-和电源供电端子VCC提供给光源及需要供电的内部器件。

参照图1，控制单元包括调光信号处理电路、单片机电路和驱动电路。调光信号处理电路用于接收上位调光系统发出的调光信号，并将其转化为单片机电路中的单片机可以识别的电信号。调光信号处理电路的输出端与单片机电路中的单片机U5连接。单片机U5的两个控制引脚分别与驱动电路的两个输入端连接，驱动电路的两个输出端作为控制单元的第一输出端DIM1和第二输出端DIM2分别连接电流反馈环路和电压反馈环路的输入端。可以理解的是，单片机U5的控制引脚可以输出PWM控制信号或者模拟电压控制信号，相应的驱动电路可以为PWM驱动电路或者放大电路。当单片机U5输出的控制信号为模拟电压控制信号时，也可以省略驱动电路，直接输入到运算放大器U2B和U2A的反相输入端，通过合理设计电阻R27和电阻R15的阻值，使单片机U5输出的模拟电压控制信号符合运算放大器U2A和U2B能接收的电压电流要求。

参照图2，以单片机U5输出PWM控制信号为例，单片机U5的7引脚输出电流控制PWM信号，经过电阻R3和电容C2组成的RC滤波电路转化为直流信号，再经过运算放大器U4A构成的电压跟随器输出至运算放大器U2B的反相输入端。单片机U5的6引脚输出电压控制PWM信号，经过电阻R4和电容C3组成的RC滤波电路转化为直流信号，再经过运算放大器U4B构成的电压跟随器输出至运算放大器U2A的反相输入端。

可以理解的是，调光信号处理电路的具体结构根据上位的调光系统采用的调光信号的形式决定，调光信号处理电路和整流滤波电路的具体结构为本领域内的公知常识，在此不做赘述。

参照图3，本发明实施例的恒压恒流调光电路，进行调光时，可以通过控制使单片机输出的电压控制信号和电流控制信号之中的一个恒定，改变另一个控制信号的值，实现恒压调光或者恒流调光。当进行恒压调光时，输出恒定的电流控制信号至电流反馈环路，改变输出指电压反馈环路的电压控制信号的值来进行调光；当进行恒流调光时，输出恒定的电压控制信号至电压反馈环路，改变输出至电流反馈环路的电流控制信号来进行调光。通过在单片机中设置电压控制信号或电流控制信号恒定的值，以及可调信号的可调范围，即可改变电源的输出参数，适应不同规格的光源。采用本发明实施例的恒压恒流调光电路，客户仅需要准备一种电源，即可满足多种不同规格的恒压光源或者恒流光源，降低客户的产品开发难度及成本。

以采用PWM信号的调光信号为例，预先在单片机U5中设置好电流参数的占空比为X%，电压参数的占空比为%Y，假设调光信号的占空比与光源的亮度成反相关。当选择恒压模式时，单片机U5的7引脚输出占空比恒定在X%的调光信号至驱动电路的第一输入端，经过电阻R3和电容C2滤波成直流电压后，通过运算放大器U4A反馈到电流反馈环路的输入端，并在Y%至100%的范围内调节单片机U5的6引脚输出至驱动电路的第二输入端的调光信号的占空比，实现对光源的恒压调光，其中Y%占空比对应最大亮度，100%占空比对应最低亮度或关闭亮度。当进行调光时，调节单片机U5的第6引脚输出的调光信号在Y%占空比的基础上逐步递增，随着占空比逐渐增大，运算放大器U2A的反相输入端的电压也逐渐增大，并与运算放大器U2A的同相输入端的第一基准电压VREF1持续进行比较，运算放大器U2A的输出端输出的电压也逐步减小。光电耦合器U3的发光二极管端流过的电流逐渐增大，输出端反馈至电源芯片U4的电压也逐步减小，从而降低电源管理电路输出至光源的电压，实现对光源的恒压调光。

当选择恒流模式时，单片机U5的6引脚输出占空比恒定在Y%的调光信号至驱动电路的第二输入端，经过电阻R4和电容C3滤波成直流电压后，通过运算放大器U4B反馈到电压反馈环路的输入端，并在X%至100%的范围内调节单片机U5的7引脚输出至驱动电路的第一输入端的调光信号的占空比，实现对光源的恒流调光。其中X%占空比对应最大亮度，100%占空比对应最低亮度或关闭亮度。当进行调光时，单片机U5的7引脚输出的调光信号在Y%占空比的基础上逐步递增，随着占空比逐渐增大，运算放大器U2B的反相输入端的电压也逐渐增大，并与运算放大器U2B的同相输入端输入的第二基准电压VREF2持续进行比较，运算放大器U2B的输出端输出的电压也逐步减小。光电耦合器U3的发光二极管流过的电流也逐渐增大，输出端反馈至电源芯片U4的电压也逐步减小，从而降低电源管理电路输出至光源的电流，实现对光源的恒流调光。

需要注意的是，在本发明的描述中，如有涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系的，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一或第二等的，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种恒压恒流调光电路，其特征在于，包括：

整流滤波电路，输入端与输入电源连接；

电源管理电路，输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，输出端与光源连接；

电流反馈环路，输入端与所述电源管理电路的输出端连接，输出端与所述电源管理电路的反馈端连接，用于采集所述电源管理电路输出至光源的电流值，将采集到的电流值与电流控制信号比较，并将比较结果反馈值所述电源管理电路的反馈端；

电压反馈环路，输入端与所述电源管理电路的输出端连接，输出端与所述电源管理电路的反馈端连接，用于采集所述电源管理电路输出至光源的电压值，将采集到的电压值与电压控制信号比较，并将比较结果反馈至所述电源管理电路的反馈端；

控制单元，第一输出端与所述电流反馈环路的控制端连接，第二输出端与所述电压反馈环路的控制端连接，通过所述第一输出端向所述电流反馈环路提供所述电流控制信号，通过所述第二输出端向所述电压反馈环路提供所述电压控制信号；

当需要对光源进行恒压调光时，控制单元向电流反馈环路输出恒定的电流控制信号，通过改变控制单元输出至电压反馈环路的电压控制信号实现对光源的亮度的调光；当需要对光源进行恒流调光时，控制单元向电压反馈环路输出恒定的电压控制信号，通过改变控制单元输出至电流反馈环路的电流控制信号实现对光源的亮度的调光。

2.根据权利要求1所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，所述电流反馈环路包括运算放大器U2B，运算放大器U2B的同相输入端连接第二基准电压，运算放大器U2B的反相输入端通过采样电阻R11连接所述电源管理电路的输出端，运算放大器U2B的反相输入端连接所述控制单元的第一输出端，运算放大器U2B的输出端连接器反相输入端，运算放大器U2B的输出端连接所述电源管理电路的反馈端。

3.根据权利要求2所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R18连接内部电源，运算放大器U2B的同相输入端通过电阻R20接地，运算放大器U2B的反相输入端通过电容C9接地，运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R13与采样电阻R11连接，运算放大器U2B的反相输入端通过电阻R15连接所述控制单元的第一输出端。

4.根据权利要求2所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，运算放大器U2B的输出端通过电阻R17和电容C11连接其输出端，电容C10并联于电阻R17和电容C11组成的串联结构的两端。

5.根据权利要求1所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，所述电压反馈环路包括运算放大器U2A，运算放大器U2A的同相输入端连接第一基准电压，运算放大器U2A的反相输入端连接所述电源管理电路的输出端和所述控制单元的第二输出端，运算放大器U2A的输出端连接其反相输入端，运算放大器U2A的输出端连接所述电源管理电路的反馈端。

6.根据权利要求5所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，运算放大器U2A的同相输入端通过电阻R28接地，运算放大器U2A的同相输入端通过电阻R24连接内部电源，运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R25接地，运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R22连接所述电源管理电路的输出端，运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R27连接所述控制单元的第二输出端。

7.根据权利要求5所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，运算放大器U2A的输出端通过电阻R26和电容C13连接运算放大器U2A的反相输入端，电容C4并联在电阻R26和电容C13组成的串联结构的两端。

8.根据权利要求1所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，所述控制单元包括调光信号处理电路、单片机电路和驱动电路，所述调光信号处理电路的输入端与调光信号连接，所述调光信号处理电路的输出端与所述单片机电路连接，所述驱动电路的输入端与所述单片机电路连接，所述驱动电路的第一输出端与所述电流反馈环路的输入端连接，所述驱动电路的第二输出端与所述电压反馈环路的输入端连接，所述驱动电路包括运算放大器U4A和运算放大器U4B，运算放大器U4A的同相输入端通过电阻R3与所述单片机电路中的单片机的电流控制引脚连接，运算放大器U4A的同相输入端通过电容C2接地，运算放大器U4A的反相输入端连接其输出端，运算放大器U4A的输出端与所述电流反馈环路的控制端连接，运算放大器U4B的同相输入端通过电阻R4连接所述单片机的电压控制引脚，运算放大器U4B的同相输入端通过电容C3接地，运算放大器U4B的反相输入端连接其输出端，运算放大器U4B的输出端连接所述电压反馈环路的控制端。

9.根据权利要求1所述的恒压恒流调光电路，其特征在于，调光方法包括如下步骤：

S100：选择工作模式，并设定电压和电流参数；

S200：若选择恒压模式，则按照设定的电流参数输出恒定的电流控制信号至电流反馈环路，在预设的电压参数至100%占空比范围内改变输出至电压反馈环路的电压控制信号的值实现对光源的恒压调光；

S300：若选择恒流模式，则按照设定的电压参数输出恒定的电压控制信号至电压反馈环路，在预设的电流参数至100%占空比范围内改变输出至电流反馈环路的电流控制信号的值实现对光源的恒流调光。