CN202713690U - 用于led驱动电源的调光接口电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于LED驱动电源的调光接口电路，包括LED负载状态检测模块、供电模块、调光模块和控制模块；所述供电模块为可调AC/DC变换器，可调AC/DC变换器的交流输入端连接交流电，可调AC/DC变换器的直流输出端连接调光模块的电源输入端和控制模块的电源输入端；所述可调AC/DC变换器的直流输出端还设有与LED连接的LED连接端口，LED连接端口包括阳极端和阴极端；LED连接端口的阳极端连接所述微控制器的负载电压信号输入端；所述LED负载状态检测模块的输入端连接所述LED连接端口的阳极端和阴极端；LED负载状态检测模块的电压输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。本实用新型实现了对负载LED灯具电压智能控制；以两组调光信号输入的方式实现了对输出至LED灯具的最大电流的自动控制。

Description

用于LED驱动电源的调光接口电路
技术领域
本实用新型属于照明电器技术领域，是一种对现有LED电源中使用的调光接口电路的改良。 
背景技术
LED灯具具有寿命长、光效高、无辐射、低功耗等特点，符合现阶段政府和企业对于绿色环保，节能减排的要求。随着越来越多的LED投入使用，现有LED驱动电源和调光电路的缺点和弊病也越来越多的被提及，主要有： 
1、现有电源很难适应宽电压范围负载，不能在各种负载状态下保持高效率、低噪音。各厂家的LED灯板上LED串联数可能是1-N只，需求的电压不一致，造成市场上电源型号众多。而大部分型号之间并不能通用，一旦更换电压不同的负载，如果更换电源，就造成了可用旧电源的浪费；如果不更换电源，旧电源的功耗巨大。例如现有市场上常见的可负载16只LED灯泡的52伏电源，在接有16只LED灯泡满负荷工作的状态下，其效率较高；但是如果仅接少量灯泡或其他型号的低电压LED灯泡，其输入电压仍然不变，仍为52伏，调光模块的上压降很大，不能保持在高效率的工作状态，增大调光模块的损耗，电路的噪音也变大，可能需要更大的滤波器。 
2、因为现在市面上的LED电灯制造商很多，LED灯泡的规格也各不相同，不同型号的LED灯泡的额定电流（即在达到最高亮度时的电流值）均不一样，如果需要换用不同品牌或者不同型号的LED灯泡，由于其额定电流与原有灯泡不完全相同，原有电源就不能继续使用，必须换用可输出新LED灯泡的额定电流的电源，造成了资源浪费和维修成本增加。 
3、现有LED电源不能根据工作温度调整LED灯泡的工作状态，在LED灯泡过热（其原因如散热器损坏、散热器接触不良或安装环境温度过高等）的情况下，不能有效的保护LED灯泡，造成LED灯泡过早色衰，影响LED灯板的寿命。 
4、现有LED电源的故障检测手段一般以巡查肉眼观测为主，而应用LED灯具的大型场所如大型商城、超市、工厂等，其照明管理比较复杂，不能及时发现灯具故障进行维修，造成生产生活的诸多不便。 
发明内容
为解决现有LED电源调光接口电路的上述问题，本实用新型提出一种全新的、智能化的用于LED驱动电源的调光接口电路，包括LED负载状态检测模块、供电模块、调光模块和控制模块； 
所述供电模块为可调AC/DC变换器，可调AC/DC变换器的交流输入端连接交流电，可调AC/DC变换器的直流输出端连接调光模块的电源输入端和控制模块的电源输入端；所述可调AC/DC变换器的直流输出端还设有与LED连接的LED连接端口，LED连接端口包括阳极端和阴极端；LED连接端口的阳极端连接所述控制模块的负载电压信号输入端； 
所述LED负载状态检测模块的输入端连接所述LED连接端口的阳极端和阴极端；LED负载状态检测模块的电压输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
所述LED负载状态检测模块包括运算放大器，该运算放大器的两个输入端分别连接LED连接端口的阳极端和阴极端；运算放大器的输出端即为LED负载状态检测模块的输出端。 
所述可调AC/DC变换器在现有技术中可以采用开关电源来实现，具体可以是采用脉宽调制方法来控制输出，而脉宽的占空比是通过脉宽调节电路（例如经典的TL494芯片、L6562、UCC28600等）来实现。而脉宽调节电路的输入端即可作为可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
所述调光模块包括恒流源、调光器连接口、调光信号设置口和调光信号处理电路； 
所述调光信号设置口与所述控制模块的调光设置信号输入端直接连接； 
所述恒流源的输入端与所述可调AC/DC变换器的输出端连接，所述恒流源的输出端和调光器连接口共同连接调光信号处理电路的输入端，调光信号处理电路的输出端连接控制模块的调光信号输入端；所述调光信号处理电路为A/D转换器，A/D转换器的电源端连接所述恒流源的输出端，A/D转换器的模拟信号输入端连接所述调光器连接口，A/D转换器的数字信号输出端连接控制模块的调光信号输入端。 
所述控制模块可以是乘法器；乘法器的输入端分别连接LED连接端口的阳极端、调光信号设置口和调光信号处理电路的输出端；乘法器的输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
所述控制模块也可以是微控制器；微控制器的调光信号输入端连接调光信号处理电路的输出端；微控制器的调光设置信号输入端连接调光信号设置口；微控制器的负载电压信号输入端连接LED连接端口的阳极端；微控制器的输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
还包括故障检测模块，包括限流电阻、电容和二极管；电容的两端分别接高电平和地，电容的高电平端与高电平之间串联所述限流电阻；二极管的阳极接电容的高电平端，二极管的阴极连接LED连接端口的阳极端；电容的高电平一端还连接连接微控制器的信号输入端。 
还包括温度感应器，所述温度感应器的传感头感应LED负载温度，温度感应器的信号输出端连接所述微控制器的信号输入端。 
本实用新型实现了对负载LED灯具电压智能控制；以两组调光信号输入的方式实现了对输出至LED灯具的最大电流的自动控制，还包括了实用的温度检测和故障检测功能，是对现有LED驱动电源接口的巨大改进。 
附图说明
图1是例1的整体电路示意图； 
图2是所述负载检测模块和供电模块的电路示意图； 
图3是所述调光模块和微控制器的电路示意图； 
图4是所述故障检测模块的电路示意图； 
图5是例2的的整体电路示意图。 
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型进一步说明如下： 
一种全新的、智能化的用于LED驱动电源的调光接口电路，包括LED负载状态检测模块、供电模块、调光模块和控制模块； 
所述供电模块为可调AC/DC变换器，可调AC/DC变换器的交流输入端连接交流电，可调AC/DC变换器的直流输出端连接调光模块的电源输入端和控制模块的电源输入端；所述可调AC/DC变换器的直流输出端还设有与LED连接的LED连接端口，LED连接端口包括阳极端和阴极端；LED连接端口的阳极端连接所述控制模块的负载电压信号输入端； 
所述LED负载状态检测模块的输入端连接所述LED连接端口的阳极端和阴极端；LED负载状态检测模块的电压输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
所述LED负载状态检测模块包括运算放大器，该运算放大器的两个输入端分别连接LED连接端口的阳极端和阴极端；运算放大器的输出端即为LED负载状态检测模块的输出端。 
所述可调AC/DC变换器在现有技术中可以采用开关电源来实现，具体可以是采用脉宽调制方法来控制输出，而脉宽的占空比是通过脉宽调节电路（例如经典的TL494芯片、L6562、UCC28600等）来实现。而脉宽调节电路的输入端即可作为可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
所述调光模块包括恒流源、调光器连接口、调光信号设置口和调光信号处理电路； 
所述调光信号设置口与所述控制模块的调光设置信号输入端直接连接； 
所述恒流源的输入端与所述可调AC/DC变换器的输出端连接，所述恒流源的输出端和调光器连接口共同连接调光信号处理电路的输入端，调光信号处理电路的输出端连接控制模块的调光信号输入端；所述调光信号处理电路为A/D转换器，A/D转换器的电源端连接所述恒流源的输出端，A/D转换器的模拟信号输入端连接所述调光器连接口，A/D转换器的数字信号输出端连接控制模块的调光信号输入端。 
所述控制模块可以是乘法器；乘法器的输入端分别连接LED连接端口的阳极端、调光信号设置口和调光信号处理电路的输出端；乘法器的输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
所述控制模块也可以是微控制器；微控制器的调光信号输入端连接调光信号处理电路的输出端；微控制器的调光设置信号输入端连接调光信号设置口；微控制器的负载电压信号输入端连接LED连接端口的阳极端；微控制器的输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。 
还包括故障检测模块，包括限流电阻、电容和二极管；电容的两端分别接高电平和地，电容的高电平端与高电平之间串联所述限流电阻；二极管的阳极接电容的高电平端，二极管的阴极连接LED连接端口的阳极端；电容的高电平一端还连接连接微控制器的信号输入端。 
还包括温度感应器，所述温度感应器的传感头感应LED负载温度，温度感应器的信号输出端连接所述微控制器的信号输入端。 
本技术方案的原理说明如下： 
▲所述LED负载状态检测模块能检测调光模块的压降以确定负载LED灯泡的数量，从而决定最佳输出电压，并传输一个电信号将该电压值告知微控制器和所述供电模块；所述LED负载状态检测模块包括一个运算放大器，其输入端分别接LED负载的阳极和阴极。 
▲所述供电模块可根据LED负载状态检测模块的反馈信号改变调光模块的供电电压，以减少调光模块的功耗；所述供电模块，其特征是包括一个可调AC/DC变换器。 
例1，参考图1的整体电路示意图。 
图2是所述LED负载状态检测模块和供电模块的电路示意图。由图可见，LED负载状态检测电路（采集LED阳极和阴极电压，在运放中比较，再把比较结果反馈给可调AC/DC变换器）与供电电路（可调AC/DC变换器的直流输出端连接LED阳极和阴极，为其供电）各为一个闭合回路，两个电路互不干涉。其具体工作原理为： 
1.在开启电源时，供电电路输出本实用新型电路所提供的额定电压； 
2.当电压稳定，LED完全亮起后，LED负载状态检测电路的运算放大器核算调光模块在LED负载端的压降，将该压降数值转化为电信号发送至供电电路； 
3.当供电电路接收到该数值后，可调AC/DC变换器（原输出为额定电压）将输出电压改变为比该压降数值高4～5伏左右的输出电压，输出调光模块。至LED负载端。这样，消耗于调光模块上的电压一直保持在4～5伏，降低了电源功耗。 
例如，同样两个输出52伏电压的LED驱动电源，一个未使用本实用新型电路的电源A，另一个使用了本实用新型电路的电源B： 
（注1：情况一为满负荷运行的状态，情况二为半负荷运行的状态，情况三为四分之一负荷运行的状态） 
（注2：所使用LED灯泡均为普通市面常见的额定电压3V的LED灯泡） 
情况1假设他们同时为16个LED灯泡串联成的灯串提供电压，则负载端压降为（16×34＝8V）。此时两个电源消耗在调光模块上的电压均为（52-48＝4V），两个电源的效率均为（48÷52＝92.3%）。 
情况2假设他们同时为8个LED灯泡串联成的灯串提供电压，则负载端压降为（8×3＝24V）。此时电源A消耗在调光模块上的电压为（52-24＝28V），其效率为（24÷52＝46.2%），低于50%；而电源B输出的电压为负载端压降24V加4V，即28V，其效率为（24÷28＝85.7%），仅略低于情况1的92.3%。 
情况3假设他们同时为4个LED灯泡串联成的灯串提供电压，则负载端压降为（4×3＝12V）。此时电源A消耗在调光模块上的电压为（52-12＝40V），其效率为（12÷52＝23.1%），低于25%，功耗和发热量巨大；而电源B输出的电压为负载端压降12V加4V，即16V，其效率为（12÷16＝75%），略低于情况2的85.7%，虽然远低于情况1，但是仍处于可接受范围内。 
由于三种情况中电源B的调光模块上的电压均为4V，电源B在任何情况下散热量均一致，有效解决了电源A在负载不多的状态下散热过量的问题。 
▲所述调光模块可根据从外部控制器（开关、调光器等）输入的调光信号、一般位于LED灯泡散热器上（或其他容易监控LED灯泡温度的位置）的温度传感器的读数和通过微控制器或通过第二路0-10V调光信号输入设定的最大电流来调整输出至LED灯泡的电流，以调整LED灯泡的亮度；所述调光模块，包括两个调光信号输入口、一个恒流源和一个温度传感器。 
两个调光信号输入口，其中一个接0～10V的调光器，其输入为普通0～10V的调光信号，控制LED灯泡负载的亮度，称为调光口；另一个调光信号输入口，其输入仍然为0-10V的电信号，但是这个信号的作用是调整所述调光模块输出的最大电流，为了区别所以称为设置口。 
图3是所述调光模块的电路示意图。其具体工作原理为： 
调光口接收调光器发送的0～10V调光信号，该信号传入微控制器中，微控制器通过模数转换将它转化为数值（即LED灯泡最大亮度的百分比，0%即为完全熄灭，100%即为最大亮度），设此亮度百分比为d。 
恒流源输出一个恒定的电流，经过调光信号处理和微控制器处理后，形成调光电流，以调整LED灯泡的亮度。设输出调光电流的最大值（即所连接LED灯泡负载完全亮起时的电流）为I，该电流的大小由两个因素决定： 
1.微处理器设置的最大电流，设为IMAX。在生产过程中，此最大电流值会写入微控制器的存储器中，其大小应等同于该型号电源在一般情况下所接LED灯泡的额定工作电流，如市面上较常见的3V LED驱动电源，其额定电流为700mA。 
由于该值存储于存储器中，客户也可以通过所述微处理器与外接监控设备的接口，在使用时进行实时修改。（注：出于安全考虑，其自定数值不能超过该型号电源的额定电流） 
2.在设置口空置时，调光电流的最大值就等同于微处理器设置的最大电流，即： 
I=IMAX
若在设置口接入另一个0-10V调光信号（或者是一个0-10V的恒定电压）时，调光电流的最大值会相应调整。设设置口接收到的电压为V，此输入电压与10V最大值的比值即为输出调光电流的最大值与微处理器设置的最大电流的比值，即输出调光电流的最大值I的计算方式为： 
I=IMAX×V÷10 
温度传感器的度数也会传入微控制器中，如果温度读数过高，微控制器会采取降低输出电流的方式，降低LED灯泡的亮度，减少发热，降低LED灯泡的工作温度。根据LED灯泡的不同，可以设置温度传感器的读数和电路保护的系数（仍然以百分比来表示）。如70摄氏度以上，以80%的电流输出；80摄氏度以上，以50%的电流输出；90摄氏度以上以20%的电流输出；达到100摄氏度则无电流输出，即完全熄灭。设该系数为t； 
则整个所述调光模块工作时的的输出电流I’即为： 
I’=I×d×t 
▲所述故障检测模块可以检测是否有LED灯泡损坏造成LED灯串电路断路的情况出现；所述的故障检测模块，包括一个限流电阻、一个电容和一个二极管。由图4可见，电容的一端连接一个高电平，另一端接地。二极管正极接电容的高电平一端，负极接LED调光模块灯泡负载的工作电路。电容连接高电平的一端同时连接至微控制器，使微控制器可以检测电容是否充电（其电势差是否为0）。 
在正常工作时，电流通过二极管流至调光模块（由于限流电阻阻值很大，高电平一般只有5V左右电压，所以该电流不影响LED电源整体LED负载电路（由于限流电阻阻值很大，高电平一般只有5V左右电压，所以该电流不影响LED工作），此时电容并没有充电，微控制器检测到低电平。 
如果灯串上一个LED灯泡工作出现问题导致整个LED负载电路断路，电流无法通过二级管流至工作电路，转而为电容充电，该电容充电速度非常快，在几毫秒内充电完毕，微控制器检测到高电平。 
（注1：此时，可通过某些显而易见的提示方式来提醒使用者有LED灯泡损坏，如通过所述微处理器与外接监控设备的接口，在监控设备上显示错误信息，并指出具体哪一个灯具的哪一路出现问题。这样可大大减少检测和修复的时间） 
（注2：一般LED灯泡使用中，造成LED负载电路断路的故障占90%以上，而LED被击穿等会造成LED短路的故障仅占不到10%。所以所述故障检测模块仅包含测试断路的功能） 
▲所述微控制器提供该电路的总控和监视，其功能包括前述的设置输出至LED负载端的最大电流，计算并发送调光信号至LED负载端，并监视LED负载端的电压、输出至LED负载端的电流及LED灯泡的温度。 
图3还给出了所述微控制器的引脚接线示意图。所述微控制器可以使用所有带有计算功能和输入输出功能的市面常见微控制器，如PIC16F1518等。 
该微控制器可以通过RS232、RS485等接口与其他监控设备（如电脑、智能手机、触控屏等）连接，实时读取电路工作时的各种参数（电压、电流、功率、温度等），及提供纠错信息至监控端。 
例2，如图5所示，控制模块可以不使用微控制器，其电路均通过模拟电路实现，虽然不能实现温度检测、故障监控的功能，但是可以大大减少成本。 

Claims (7)

1.一种用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征包括LED负载状态检测模块、供电模块、调光模块和控制模块；
所述供电模块为可调AC/DC变换器，可调AC/DC变换器的交流输入端连接交流电，可调AC/DC变换器的直流输出端连接调光模块的电源输入端和控制模块的电源输入端；所述可调AC/DC变换器的直流输出端还设有与LED连接的LED连接端口，LED连接端口包括阳极端和阴极端；LED连接端口的阳极端连接所述控制模块的负载电压信号输入端；
所述LED负载状态检测模块的输入端连接所述LED连接端口的阳极端和阴极端；LED负载状态检测模块的电压输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。
2.根据权利要求1所述的用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征是所述LED负载状态检测模块包括运算放大器，该运算放大器的两个输入端分别连接LED连接端口的阳极端和阴极端；运算放大器的输出端即为LED负载状态检测模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征是所述调光模块包括恒流源、调光器连接口、调光信号设置口和调光信号处理电路；
所述调光信号设置口与所述控制模块的调光设置信号输入端直接连接；
所述恒流源的输入端与所述可调AC/DC变换器的输出端连接，所述恒流源的输出端和调光器连接口共同连接调光信号处理电路的输入端，调光信号处理电路的输出端连接控制模块的调光信号输入端；所述调光信号处理电路为A/D转换器，A/D转换器的电源端连接所述恒流源的输出端，A/D转换器的模拟信号输入端连接所述调光器连接口，A/D转换器的数字信号输出端连接控制模块的调光信号输入端。
4.根据权利要求3所述的用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征是所述控制模块是乘法器；乘法器的输入端分别连接LED连接端口的阳极端、调光信号设置口和调光信号处理电路的输出端；乘法器的输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。
5.根据权利要求3所述的用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征是所述控制模块是微控制器；微控制器的调光信号输入端连接调光信号处理电路的输出端；微控制器的调光设置信号输入端连接调光信号设置口；微控制器的负载电压信号输入端连接LED连接端口的阳极端；微控制器的输出端连接可调AC/DC变换器的调节信号输入端。
6.根据权利要求5所述的用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征是还包括故障检测模块，包括限流电阻、电容和二极管；电容的两端分别接高电平和地，电容的高电平端与高电平之间串联所述限流电阻；二极管的阳极接电容的高电平端，二极管的阴极连接LED连接端口的阳极端；电容的高电平一端还连接微控制器的信号输入端。
7.根据权利要求5或6所述的用于LED驱动电源的调光接口电路，其特征是还包括温度感应器，所述温度感应器的传感头感应LED负载温度，温度感应器的信号输出端连接所述微控制器的信号输入端。 
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