CN201690655U - 一种具有智能调光功能的反激式路灯照明led恒流驱动电源 - Google Patents

一种具有智能调光功能的反激式路灯照明led恒流驱动电源 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于电子技术领域，涉及路灯照明LED驱动电源。由整流滤波电路、前级反激式DC-DC恒压源电路、后级DC-DC恒流源电路以及智能PWM调光控制电路组成。其中前级反激式DC-DC恒压电路由功率因数校正(PFC)+PWM控制芯片NCP1653、光耦隔离检测电路、隔离式开关变压器组成，与整流滤波电路一起实现输入功率因数校正和交流输入转直流恒压输出功能；后级DC-DC恒流源电路为多路恒流输出电路，每一路恒流输出电路均为相同结构的Buck型DC-DC变换器，实现从恒压到恒流功能的转变。智能PWM调光控制电路通过多路不同控制信号来控制每一路恒流输出电路的工作状态以实现智能调光。本实用新型较目前常用的LED路灯照明驱动电源可以节省大量外围电路，具有成本低、体积小、调光智能可控等优点，适合批量生产。

Description

一种具有智能调光功能的反激式路灯照明LED恒流驱动电源
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，涉及路灯照明LED驱动电源。
背景技术
LED照明技术具有节能、环保、寿命长和易控制等优点，是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。在LED照明产业如此光明的前景下，针对照明领域的不同应用，各种LED灯的驱动电源也在迅速发展，现有LED驱动电源大都采用开关电源技术。随着技术的发展出现了采用隔离式结构且具有功率因数校正(PFC)功能的驱动电路，大大提高了LED驱动电路的可靠性和电能利用效率。另外，LED的特性决定了要保持其亮度恒定和防止烧坏，采用恒流源驱动是理想的方法。而给LED供电的初级电源几乎都是电压源，所以恒流源驱动电路实际上是一个电压-电流变换器。而这个电压-电流变换器的转换效率和电流的稳定性成为LED恒流驱动电路设计的关键之一，随着各种具有高集成度的LED专用恒流驱动芯片不断走向市场，应用也趋于成熟。再者，LED的调光方法分为模拟调光和PWM调光。模拟调光是通过改变流过LED的电流大小实现光亮的变化，其缺点是电流的改变也会导致色偏现象的产生。而PWM调光则是保持电流大小恒定，以一定频率开通和关断LED，通过改变开通和关断的时间比来实现调光能保证调光过程中的色纯度，因此PWM调光更适合于LED照明系统。
谐振式LED驱动电源是目前市面上用的最多的一种隔离式LED驱动电源，但这种LED驱动电路电路结构复杂、成本偏高。专利ZL200820062043.2提出了一种反激式LED驱动电路，但该驱动电路仍为恒压电源。目前结构简单、且同时具有输入功率因数校正(PFC)功能和PWM调光功能的反激式LED恒流驱动电源的报道尚未查实。
发明内容
本实用新型为了克服现有LED驱动电路的不足，提供一种反激式通用照明LED恒流驱动电路，该电路具有隔离式LED驱动电路可靠性高的特点，同时还具有功率因数校正功能和智能PWM调光控制功能，具有电流稳定性好，效率高，电路简单，功能强大、成本低的优点。
本实用新型详细技术方案如下：
一种具有智能调光功能的反激式路灯照明LED恒流驱动电源，如图1所示，由整流滤波电路、前级反激式DC-DC恒压源电路、后级DC-DC恒流源电路、智能PWM调光控制电路四部分构成。
所述整流滤波电路由桥式整流器B1、高频滤波小电容C1组成，交流市电输入到桥式整流器B1的两个输入端，桥式整流器B1的两个输出端之间跨接高频滤波小电容C1，实现对输入市电的整流和滤波。桥式整流器B1的第一输出端A输出直流电压，第二输出端B接地GDN。
所述前级反激式DC-DC恒压源电路由美国安森美公司的电源管理芯片NCP1653、隔离式开关变压器T1、光耦合器U1、电阻R1、R2、R3、R4、电容C2、C3、C4、二极管D1、MOS开关管Q1和一个15V直流电源组成。如图2所示，芯片NCP1653的管脚1与光耦合器U1的管脚3相连；芯片NCP1653的管脚2通过电容C2与芯片地GND_IC相连；芯片NCP1653的管脚3通过电阻R1与桥式整流器B1的第一输出端A相连；芯片NCP1653的管脚4接地GND；芯片NCP1653的管脚5通过电阻R2与电容C3的并联电路后接芯片地GDN_IC；芯片NCP1653的管脚6接芯片地GDN_IC；芯片NCP1653的管脚7接MOS开关管Q1的栅极；芯片NCP1653的管脚8与15V直流电源的正极相连，15V直流电源的负极接芯片地GND_IC；电阻R3跨接在地GND和芯片地GND_IC之间。隔离式开关变压器T1的初级绕组的第一端口C接桥式整流器B1的第一输出端A，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第二端口D接MOS开关管Q1的漏极，MOS开关管Q1的源极接芯片地GND_IC。隔离式开关变压器T1次级绕组的第一端口E接二极管D1的正极，隔离式开关变压器T1次级绕组的第二端口F接电容C4的负极并接输出地GND_OUT，二极管D1的负极接电容C4的正极并作为前级反激式DC-DC恒压源电路的输出端G。光耦合器U1的管脚1通过电阻R4与二极管D1的负极相连，光耦合器U1的管脚2接输出地GND_OUT；光耦合器U1的管脚3接芯片NCP1653的管脚1；光耦合器U1的管脚4与15V直流电源的正极相连。
前级反激式DC-DC恒压源电路与整流滤波电路一起实现输入功率因数校正和交流输入转直流恒压输出功能。
所述后级DC-DC恒流源电路包括一路以上DC-DC恒流输出电路，每一路DC-DC恒流输出电路均为Buck型DC-DC变换器，工作模式为连续工作模式，以前级反激式DC-DC恒压源电路的输出为输入，实现从恒压到恒流功能的转变。每一路DC-DC恒流输出电路由美国国家半导体公司的电源管理芯片LM34041、电感L1、电阻R5、R6、电容C5、C6、二极管D2以及若干个串联的LED照明负载组成。如图2所示，芯片LM3404的管脚1一方面通过电感L1与若干个串联的LED照明负载的正极相连，另一方面与二极管D2的负极相连，二极管D2的正极接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚2通过电容C5与芯片LM3404的管脚1相连；芯片LM3404的管脚3接智能PWM调光控制电路的一个I/O输出端；芯片LM3404的管脚4接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚5接LED阵列的负极的同时通过电阻R6接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚6通过电阻R5接芯片LM3404的管脚8；芯片LM3404的管脚7通过电容C6接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚8接前级反激式DC-DC恒压源电路的输出端G。
所述智能PWM调光控制电路以单片机为控制核心与电源管理芯片LM3404一起实现智能PWM调光功能。如图2所示，任意选取单片机除去P0口的其他I/O口作为输出端分别与每一路DC-DC恒流输出电路中的芯片LM3404的管脚3相连，通过单片机I/O口输出多路不同的PWM定时调光控制信号来控制每一路恒流输出电路中芯片LM3404的工作状态以实现智能调光的目的。所述智能PWM调光控制电路的VCC端口接5V直流电源的正极，GND端口接5V直流电源的负极的同时接输出地GND_OUT。单片机的外围电路因为是通用连接方式，因此这里对本部分电路不再详细描述。
本实用新型具有以下特点：
1、采用安森美公司的电源管理芯片NCP1653作为前级反激式DC-DC恒压源电路的控制核心，实现了功率因数校正(PFC)功能，可获得很高的功率因数，大大提高了电能利用率。
2、采用了隔离式开关变压器，实现了前后级的隔离，使得整个电路更加安全可靠。
3、采用美国国家半导体公司的电源管理芯片LM3404，具有转换效率高、输出电流稳定性好的优点，同时使电路具有过流、过温、LED开路保护的功能。
4、该电路以单片机来作为PWM调光控制的核心，通过对单片机的程序写入可实现各种不同的调光方案，使产品真正满足不同客户的需求。
附图说明
图1为本实用新型电路原理框图。
图2为本实用新型具体电路图。
具体实施方式
一种具有智能调光功能的反激式路灯照明LED恒流驱动电源，如图1所示，由整流滤波电路、前级反激式DC-DC恒压源电路、后级DC-DC恒流源电路、智能PWM调光控制电路四部分构成。
所述整流滤波电路由桥式整流器B1、高频滤波小电容C1组成，交流市电输入到桥式整流器B1的两个输入端，桥式整流器B1的两个输出端之间跨接高频滤波小电容C1，实现对输入市电的整流和滤波。桥式整流器B1的第一输出端A输出直流电压，第二输出端B接地GDN。
所述前级反激式DC-DC恒压源电路由美国安森美公司的电源管理芯片NCP1653、隔离式开关变压器T1、光耦合器U1、电阻R1、R2、R3、R4、电容C2、C3、C4、二极管D1、MOS开关管Q1和一个15V直流电源组成。如图2所示，芯片NCP1653的管脚1与光耦合器U1的管脚3相连；芯片NCP1653的管脚2通过电容C2与芯片地GND_IC相连；芯片NCP1653的管脚3通过电阻R1与桥式整流器B1的第一输出端A相连；芯片NCP1653的管脚4接地GND；芯片NCP1653的管脚5通过电阻R2与电容C3的并联电路后接芯片地GDN_IC；芯片NCP1653的管脚6接芯片地GDN_IC；芯片NCP1653的管脚7接MOS开关管Q1的栅极；芯片NCP1653的管脚8与15V直流电源的正极相连，15V直流电源的负极接芯片地GND_IC；电阻R3跨接在地GND和芯片地GND_IC之间。隔离式开关变压器T1的初级绕组的第一端口C接桥式整流器B1的第一输出端A，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第二端口D接MOS开关管Q1的漏极，MOS开关管Q1的源极接芯片地GND_IC。隔离式开关变压器T1次级绕组的第一端口E接二极管D1的正极，隔离式开关变压器T1次级绕组的第二端口F接电容C4的负极并接输出地GND_OUT，二极管D1的负极接电容C4的正极并作为前级反激式DC-DC恒压源电路的输出端G。光耦合器U1的管脚1通过电阻R4与二极管D1的负极相连，光耦合器U1的管脚2接输出地GND_OUT；光耦合器U1的管脚3接芯片NCP1653的管脚1；光耦合器U1的管脚4与15V直流电源的正极相连。
前级反激式DC-DC恒压源电路与整流滤波电路一起实现输入功率因数校正和交流输入转直流恒压输出功能。
所述后级DC-DC恒流源电路包括一路以上DC-DC恒流输出电路，每一路DC-DC恒流输出电路均为Buck型DC-DC变换器，工作模式为连续工作模式，以前级反激式DC-DC恒压源电路的输出为输入，实现从恒压到恒流功能的转变。每一路DC-DC恒流输出电路由美国国家半导体公司的电源管理芯片LM34041、电感L1、电阻R5、R6、电容C5、C6、二极管D2以及若干个串联的LED照明负载组成。如图2所示，芯片LM3404的管脚1一方面通过电感L1与若干个串联的LED照明负载的正极相连，另一方面与二极管D2的负极相连，二极管D2的正极接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚2通过电容C5与芯片LM3404的管脚1相连；芯片LM3404的管脚3接智能PWM调光控制电路的一个I/O输出端；芯片LM3404的管脚4接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚5接LED阵列的负极的同时通过电阻R6接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚6通过电阻R5接芯片LM3404的管脚8；芯片LM3404的管脚7通过电容C6接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚8接前级反激式DC-DC恒压源电路的输出端G。
所述智能PWM调光控制电路以单片机为控制核心与电源管理芯片LM3404一起实现智能PWM调光功能。如图2所示，任意选取单片机除去P0口的其他I/O口作为输出端分别与每一路DC-DC恒流输出电路中的芯片LM3404的管脚3相连，通过单片机I/O口输出多路不同的PWM定时调光控制信号来控制每一路恒流输出电路中芯片LM3404的工作状态以实现智能调光的目的。所述智能PWM调光控制电路的VCC端口接5V直流电源的正极，GND端口接5V直流电源的负极的同时接输出地GND_OUT。单片机的外围电路因为是通用连接方式，因此这里对本部分电路不再详细描述。
如图2所示，芯片NCP1653的Drv端(第7管脚)为芯片输出端，用来驱动MOS开关管Q1的开启和关断；芯片NCP1653的CS端(第4管脚)检测支路电流以改变输出脉冲宽度，实现功率因数校正(PFC)功能；芯片NCP1653的FB端(第1管脚)检测光耦合器的反馈信号，使得前级反激式DC-DC恒压源电路的输出电压保持恒定；芯片LM3404的CS端(第5管脚)检测流过LED串联阵列支路的电流以控制内部集成开关管的开启和关断，实现恒流输出功能；芯片LM3404的DIM端(第3管脚)通过接收来自智能PWM调光控制电路的PWM方波控制信号从而实现对LM3404工作状态的控制以达到对LED调光的目的。

Claims (1)

1.一种具有智能调光功能的反激式路灯照明LED恒流驱动电源，由整流滤波电路、前级反激式DC-DC恒压源电路、后级DC-DC恒流源电路、智能PWM调光控制电路四部分构成；
所述整流滤波电路由桥式整流器B1、高频滤波小电容C1组成，交流市电输入到桥式整流器B1的两个输入端，桥式整流器B1的两个输出端之间跨接高频滤波小电容C1；桥式整流器B1的第一输出端A输出直流电压，第二输出端B接地GDN；
所述前级反激式DC-DC恒压源电路由美国安森美公司的电源管理芯片NCP1653、隔离式开关变压器T1、光耦合器U1、电阻R1、R2、R3、R4、电容C2、C3、C4、二极管D1、MOS开关管Q1和一个15V直流电源组成；芯片NCP1653的管脚1与光耦合器U1的管脚3相连；芯片NCP1653的管脚2通过电容C2与芯片地GND_IC相连；芯片NCP1653的管脚3通过电阻R1与桥式整流器B1的第一输出端A相连；芯片NCP1653的管脚4接地GND；芯片NCP1653的管脚5通过电阻R2与电容C3的并联电路后接芯片地GDN_IC；芯片NCP1653的管脚6接芯片地GDN_IC；芯片NCP1653的管脚7接MOS开关管Q1的栅极；芯片NCP1653的管脚8与15V直流电源的正极相连，15V直流电源的负极接芯片地GND_IC；电阻R3跨接在地GND和芯片地GND_IC之间；隔离式开关变压器T1的初级绕组的第一端口C接桥式整流器B1的第一输出端A，隔离式开关变压器T1的初级绕组的第二端口D接MOS开关管Q1的漏极，MOS开关管Q1的源极接芯片地GND_IC；隔离式开关变压器T1次级绕组的第一端口E接二极管D1的正极，隔离式开关变压器T1次级绕组的第二端口F接电容C4的负极并接输出地GND_OUT，二极管D1的负极接电容C4的正极并作为前级反激式DC-DC恒压源电路的输出端G；光耦合器U1的管脚1通过电阻R4与二极管D1的负极相连，光耦合器U1的管脚2接输出地GND_OUT；光耦合器U1的管脚3接芯片NCP1653的管脚1；光耦合器U1的管脚4与15V直流电源的正极相连；
所述后级DC-DC恒流源电路包括一路以上的DC-DC恒流输出电路；每一路DC-DC恒流输出电路由美国国家半导体公司的电源管理芯片LM3404_1、电感L1、电阻R5、R6、电容C5、C6、二极管D2以及若干个串联的LED照明负载组成；芯片LM3404的管脚1一方面通过电感L1与若干个串联的LED照明负载的正极相连，另一方面与二极管D2的负极相连，二极管D2的正极接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚2通过电容C5与芯片LM3404的管脚1相连；芯片LM3404的管脚3接智能PWM调光控制电路的一个I/O输出端；芯片LM3404的管脚4接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚5接LED阵列的负极的同时通过电阻R6接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚6通过电阻R5接芯片LM3404的管脚8；芯片LM3404的管脚7通过电容C6接输出地GND_OUT；芯片LM3404的管脚8接前级反激式DC-DC恒压源电路的输出端G；
所述智能PWM调光控制电路选取任意单片机除去P0口的其他I/O口作为输出端分别与每一路DC-DC恒流输出电路中的芯片LM3404的管脚3相连；所述智能PWM调光控制电路的VCC端口接5V直流电源的正极，GND端口接5V直流电源的负极的同时接输出地GND_OUT。
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