CN203167352U - 单级电源led恒流驱动模拟电压调光电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，它包括输入电源模块、电源控制模块、隔离功率转换模块、模拟电压输入电流调整模块、软启动模块、输出开关控制模块及恒流反馈模块。本实用新型的有益效果在于在单级电源LED恒流驱动电路中增加了模拟电压输入电流调整模块和输出开关控制模块，配合恒流反馈模块，恒压反馈模块，可有效解决两级LED驱动0-10V调光电路效率低，LED灯具光效低灯问题符合当今节能的需求，同时降低了LED灯具的整体成本，利于LED灯具的智能化。

Description

单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路

技术领域

本实用新型涉及LED驱动领域，尤其是指一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路。 

背景技术

现有的LED调光电源电路主要为两种形式： 

如图1，交流电AC经过单级电源转化成恒定的直流电DC电压。恒定直流电DC电压再次通过降压型电路进行0-10V模拟电压控制电路输出电流对LED进行调光、开启、关闭。 

如图2，交流电AC经过单级电源转化成恒定的直流电DC电压。恒定直流电DC电压再次通过升压型电路进行0-10V模拟电压控制电路输出电流对LED进行调光、开启、关闭。 

可见，传统LED调光电源电路有下述缺点: 

1、采用的两级电路对LED进行恒流驱动并且支持0-10V模拟电压调光，电路复杂成本高。 

2、两级电路损耗比较大，整体效率比较低，温升高。不利产品高效节能。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了上述缺陷，提供一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路。 

本实用新型的目的是这样实现的：一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，它包括输入电源模块、电源控制模块、隔离功率转换模块、模拟电压输入电流调整模块、软启动模块、输出开关控制模块及恒流反馈模块；所述输入电源模块设有交流输入端，输入电源模块与电源控制模块及隔离功率转换模块相连；所述隔离功率转换模块设有用于给各模块供电的供电输出端及用于恒流电压输出端，隔离功率转换模块与电源控制模块、恒流反馈模块相连；所述 电源控制模块还连接恒流反馈模块及软启动模块；所述模拟电压输入电流调整模块设有模拟电压信号输入端，模拟电压输入电流调整模块与恒流反馈模块及输出开关控制模块相连； 

上述结构中，所述模拟电压输入电流调整模块包括相连的驱动调光输出单元及模拟信号运算单元，其中驱动调光输出单元与恒流反馈模块相连，模拟信号运算单元设有模拟电压信号输入端并与输出开关控制模块相连； 

上述结构中，它还包括恒压反馈模块，所述恒压反馈模块与隔离功率转换模块、电源控制模块及输出开关控制模块相连； 

上述结构中，所述恒压反馈模块包括相连的电压比较驱动单元及恒压取样单元，其中电压比较驱动单元还与电源控制模块、隔离功率变换模块的供电输出端及输出开关控制模块相连；恒压取样单元与隔离功率变换模块的恒流电压输出端相连； 

上述结构中，所述隔离功率转换模块包括隔离功率转换单元及与其相连的功率开关单元、第一辅助供电单元、输出整流滤波单元及第二辅助供电单元；所述功率开关单元还与输入电源模块、电源控制模块相连；所述第一辅助供电单元还与电源控制模块相连；所述隔离功率转换单元还与电源控制模块相连；所述输出整流滤波单元还与恒压反馈模块、恒流反馈模块及输出开关控制模块相连；所述第二辅助供电单元还连接有辅助供电单元，辅助供电单元与恒压反馈模块及恒流反馈模块相连； 

上述结构中，它还包括隔离模块及辅助电压输出模块；所述电源控制模块通过隔离模块与恒流反馈模块，恒压反馈模块及软启动模块相连；所述隔离模块还连接隔离功率转换模块；所述隔离功率转换模块连接辅助电压输出模块，辅助电压输出模块设有12V直流输出端； 

上述结构中，所述输出开关控制模块包括输出开启关闭单元、控制信号比较运算单元及关闭减少输出电压单元；其中，输出开关信号隔离驱动单元设有开关信号输入端，输出开关信号隔离驱动单元与控制信号比较运算单元相连，控制信号比较运算单元连接关闭减少输出电压单元相连，关闭减少输出电压单元与恒压反馈模块相连；所述控制信号比较运算单元与模拟电压输入电流调整 模块相连； 

上述结构中，所述电源控制模块包括电源PWM控制PFC单元及与其相连的驱动单元、ZCD过零检测单元和反馈单元；所述驱动单元及ZCD过零检测单元分别与隔离功率转换模块相连；所述反馈单元与恒压反馈模块、恒流反馈模块及软启动模块相连；所述电源PWM控制PFC单元还与输入电源模块相连； 

上述结构中，所述输入电源模块包括依次连接的防脉冲防雷单元、EMI单元及整流滤波单元；所述防脉冲防雷单元设有交流输入端；所述整流滤波单元输出连接电源控制模块及隔离功率转换模块； 

上述结构中，所述恒流反馈模块包括相连的恒流比较驱动单元及恒流取样单元，所述恒流比较驱动单元还与电源控制模块、隔离功率变换模块的供电输出端及模拟电压输入电流调整模块相连；所述恒流取样单元与隔离功率变换模块的恒流电压输出端及输出开关控制模块相连；所述软启动模块包括相连的软启动单元和软启动取样单元，其中软启动单元还与电源控制模块相连，软启动取样单元还与隔离功率变换模块的供电输出端相连。 

相比于常见的LED调光电源电路，本实用新型的有益效果在于在单级电源LED恒流驱动电路中增加了模拟电压输入电流调整模块和输出开关控制模块，配合恒流反馈模块，恒压反馈模块，可有效解决两级LED驱动0-10V调光电路效率低，LED灯具光效低灯问题符合当今节能的需求，同时降低了LED灯具的整体成本，利于LED灯具的智能化。 

附图说明

下面结合附图详述本实用新型的具体结构 

图1为现有采用降压型电路的LED调光电源电路示意图； 

图2为现有采用升压型电路的LED调光电源电路示意图； 

图3为本实用新型的电路原理框图； 

图4为本实用新型的具体实施例的电路原理框图； 

图5为本实用新型的具体实施例电路图； 

图6为本实用新型具体实施例电路图的局部放大电路图1； 

图7为本实用新型具体实施例电路图的局部放大电路图2。 

1-输入电源模块；2-电源控制模块；3-隔离功率转换模块；4-恒流反馈模块；5-软启动模块；6-输出开关控制模块；7-模拟电压输入电流调整模块；8-恒压反馈模块。 

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。 

参见图3，本实用新型提供了一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路， 

它包括输入电源模块1、电源控制模块2、隔离功率转换模块3、模拟电压输入电流调整模块7、软启动模块5、输出开关控制模块6及恒流反馈模块4。 

各模块连接关系为： 

输入电源模块设有交流输入端，输入电源模块与电源控制模块及隔离功率转换模块相连；所述隔离功率转换模块设有用于给各模块供电的供电输出端及用于恒流电压输出端，隔离功率转换模块与电源控制模块、恒流反馈模块相连；所述电源控制模块还连接恒流反馈模块及软启动模块；所述模拟电压输入电流调整模块设有模拟电压信号输入端，模拟电压输入电流调整模块与恒流反馈模块及输出开关控制模块相连。 

各模块的功能与相互作用关系为： 

输入电源模块，用于输入交流电后进行整流滤波后送至隔离功率变换模块； 

电源控制模块，用于产生脉宽调制信号控制隔离功率变换模块的输出； 

隔离功率变换模块，用于对输入电源模块的电压隔离变换形成各模块的供电输出及驱动LED的恒流电压输出； 

模拟电压输入电流调整模块，用于根据输入模拟电压信号输出调整恒流反馈模块进而调整电源控制模块来改变隔离功率转换模块的恒流电压输出，使得高低不同的模拟电压信号下隔离功率转换模块的恒流电压输出均为相同比例的电流； 

软启动模块，用于使得隔离功率转换模块启动时恒流电压输出缓慢上升； 

输出开关控制模块，用于对模拟电压输入电流调整模块的输入模拟电压信号与基准电压进行比较，从而开启或关闭控制恒流电压输出； 

恒流反馈模块，用于根据隔离功率转换模块的恒流电压输出及模拟电压输入电流调整模块的调整信号，输出恒流控制信号至电源控制模块通过脉宽调制进而调整隔离功率转换模块提供所需的恒流输出。 

本实用新型提供了一种基于电路模块的进一步细化的实施例，参见图4，它还包括恒压反馈模块、隔离模块及辅助电压输出模块。 

其中恒压反馈模块与隔离功率转换模块、电源控制模块及输出开关控制模块相连，是用于根据隔离功率转换模块的恒流电压输出及输出开关控制模块的待机信号，在空载时输出电压控制信号至控制电源控制模块通过脉宽调制调整隔离功率转换模块限制其恒流电压输出。对应的，上述的输出开关控制模块还用于在空载时输出待机信号至恒压反馈模块控制电源控制模块通过脉宽调制调整隔离功率转换模块的恒流电压输出至最小。 

最佳的，所述恒压反馈模块包括相连的电压比较驱动单元及恒压取样单元，其中电压比较驱动单元还与电源控制模块、隔离功率变换模块的供电输出端及输出开关控制模块相连；恒压取样单元与隔离功率变换模块的恒流电压输出端相连。 

而隔离模块是用于信号隔离的，上述的电源控制模块通过隔离模块与恒流反馈模块，恒压反馈模块的电压比较驱动单元及软启动模块相连。且隔离模块还连接隔离功率转换模块 

辅助电压输出模块则是与所述隔离功率转换模块连接，辅助电压输出模块设有12V直流输出端，可为电路外其他设备进行12V直流的供电。 

进一步的，作为一实施例，输入电源模块包括依次连接的防脉冲防雷单元、EMI单元及整流滤波单元；所述防脉冲防雷单元设有交流输入端；所述整流滤波单元输出连接电源控制模块及隔离功率转换模块。 

作为一实施例，电源控制模块包括电源PWM控制PFC单元及与其相连的 驱动单元、ZCD过零检测单元和反馈单元。所述驱动单元及ZCD过零检测单元分别与隔离功率转换模块相连；所述反馈单元可通过上述隔离模块与恒压反馈模块的电压比较驱动单元、恒流反馈模块及软启动模块相连；所述电源PWM控制PFC单元还与输入电源模块的整流滤波单元相连。 

作为一实施例，隔离功率转换模块包括隔离功率转换单元及与其相连的功率开关单元、第一辅助供电单元、输出整流滤波单元及第二辅助供电单元；所述功率开关单元还与输入电源模块的整流滤波单元、电源控制模块的驱动单元相连；所述第一辅助供电单元还与电源控制模块的ZCD过零检测单元与电源PWM控制PFC单元相连；所述隔离功率转换单元还与电源控制模块的电源PWM控制PFC单元相连；所述输出整流滤波单元还与恒压反馈模块的恒压取样单元、恒流反馈模块及输出开关控制模块相连；所述第二辅助供电单元还连接有辅助供电单元，辅助供电单元可与上述隔离模块、恒压反馈模块的电压比较驱动单元、恒流反馈模块及模拟电压输入电流调整模块相连。 

作为一实施例，模拟电压输入电流调整模块包括相连的2.5V-0V的驱动调光输出单元及0-10V的模拟信号运算单元，其中驱动调光输出单元与恒流反馈模块相连，模拟信号运算单元设有模拟电压信号输入端并与输出开关控制模块相连。 

作为一实施例，输出开关控制模块包括输出开启关闭单元、控制信号比较运算单元及关闭减少输出电压单元；其中，输出开关信号隔离驱动单元设有开关信号输入端，输出开关信号隔离驱动单元与控制信号比较运算单元相连，控制信号比较运算单元连接关闭减少输出电压单元相连，关闭减少输出电压单元与恒压反馈模块相连；所述控制信号比较运算单元与模拟电压输入电流调整模块相连； 

作为一实施例，恒流反馈模块包括相连的恒流比较驱动单元及恒流取样单元，所述恒流比较驱动单元还与电源控制模块、隔离功率变换模块的供电输出端及模拟电压输入电流调整模块相连；所述恒流取样单元与隔离功率变换模块的恒流电压输出端及输出开关控制模块相连；所述软启动模块包括相连的软启动单元和软启动取样单元，其中软启动单元还与电源控制模块相连，软启动取 样单元还与隔离功率变换模块的供电输出端相连。 

作为一实施例，所述软启动模块包括相连的软启动单元和软启动取样单元，其中软启动单元还通过隔离模块与电源控制模块的反馈单元相连，软启动取样单元还与隔离功率变换模块的供电输出端相连的第二辅助供电单元相连。 

参见图5为具体实施例电路图，其中恒压反馈模块8由电阻R31，R33，稳压管IC2，电容C12，电阻R39，光耦IC5组成，用来稳定空载时输出电压的电路。 

而输出开关控制模块6则由三极管Q5、Q83、Q84，电阻R61、R62、R96、R87、R86、R77、R42、R79、R78，二极管D9，稳压管IC8，稳压芯片IC6组成。其中，开关信号由电阻R69、R70、R42，R77，稳压芯片IC6，稳压管IC8比较产生，控制信号通过二极管D9，电阻R86、R61，三极管Q84、Q83驱动三极管Q5进行输出开启关闭。另一路通电阻R64驱动三极管Q6，三极管Q6输出电压控制稳压管IC2的比较端，使得输出电压也得到控制。稳压芯片IC6的1脚、2脚、3脚组成的运算比较放大器，稳压管IC4，电阻R77提供比较基准电压2.5V，来自模拟电压输入电流调整模块的0-10V输入模拟电压信号经过运算放大器IC7运算成为10V-0V电压信号由电阻R78、R79进行分压，得出的电压用于和2.5V基准电压进行比较，最后得到关闭或开启信号，去驱动三极管Q84、Q83、Q5进行输出开启关闭。控制的关系如下： 

1.0-10V输入端---小于0.8V---稳压芯片IC6输出高电平—三极管Q5截止输出关闭。 

2.0-10V输入端---大于0.8V---稳压芯片IC6输出低电平—三极管Q5截止输出开启。 

此外，输出开关控制模块6的关闭减少输出电压电路工作过程如下: 

0-10V输入端---小于0.8V时，三极管Q83截止，三极管Q6截止，12V通过电阻R63，二极管D8，给稳压芯片IC2比较端电压，稳压芯片IC2处于深度反馈，通过IC5使得初级工作在轻载或间隙工作状态，输出电压大幅度降低。输出电压的降低和三极管Q5的截止使得LED良好的关闭，同时使得关闭负载 的时候电解电容充电电压在LED正常的工作电压以下。 

为下次启动做准备，以免空载时电解电容充电到比正常负载高的空载电压对LED造成冲击。 

由此通过该输出开关控制模块可实现关闭时无微亮现象，同时配合恒压反馈模块实现关闭待机时的输出电压低于LED正常工作电压，保护LED在电源启动时免受电解电容的余电冲击。同时降低了待机功耗。 

参见图6为恒流反馈模块4、模拟电压输入电流调整模块7及周边的局部放大电路图，模拟电压输入电流调整模块与恒流反馈模块配合，使得不同的0-10V信号，电源输出相同比例的电流，从而达到LED灯具输出同比例的亮度。电流调整单元的中的各电路工作原理如下： 

图中，电阻R37、R46、R48、R50、R47、R34、R35，电容C14，稳压管IC3组成恒流反馈模块4，稳压管IC4，电容C14提供基准电压2.5V，电阻R35、R47、R46、R48、R50，稳压管IC2组成分压电路，电阻R37为恒流取样电阻，电阻R37取样所得的电压，叠加在分压电路中。稳压管IC3的基准电压为Vf=2.5V,假设稳压管IC2内部三极管是导通的通过调整电阻R47、R35与R46、R48、R50的分压比可以得到V1，作用在电阻R37上的电压为V2,V2=Vf-V1,所得的V2就是恒流取样电压，输出电流Iout=V2/R37。V2+V1叠加在稳压管IC3的比较端与内部基准电压进行比较，控制光耦IC5反馈量，光耦IC5调整初级电路达到恒流的效果。 

图中，电阻R46、R48、R50、R66、R67、R68、R69、R70、R74、R75、 

R76、R88、R73、R72、R71、R72，电容C15、C16，二极管D10，运算放大器IC7，稳压二极管ZD3、ZD4，电位器RP1等组成0-10V模拟电压输入电流调整模块7。电阻R76、R88、R85，稳压二极管ZD3与外接电位器CON4形成分压电路产生0-10V的调光信号，也可以外接0-10V模拟电压信号直接产生0-10V调光信号。0-10V调光信号首先经电阻R88、R75输入到运算放大器IC7的5脚IN+。运算放大器IC7的5、6、7为一组运算放大器，将0-10V模拟电压信号转换为10-0V模拟电压，具体运算公式如下： 

Vo:为运算放大器IC7的7脚的OUT2输出电压 

Vp:为运算放大器IC7的6脚的IN2+输入电压=实际电压=电阻R71、R72、R73，稳压二极管ZD4组成分压稳压电路=5V 

Vi:为运算放大器IC7的50脚的IN2-输入电压=0-10V模拟电压输入信号 

Vo=（1+R74/R75）*Vp–(R74/R75)*Vi 

电路中，R74=R75所以： 

Vo=2*Vp–Vi 

假设输入以下电压可以得到： 

Vi=10V----Vo=0V 

Vi=2V-----Vo=8V 

Vi=0V-----Vo=10V 

运算放大器IC7的7脚的OUT2输出电压再经过电阻R69，R70进行分压，得到2.5V-0V模拟电压信号。 

该信号经过运算放大器IC7的1、2、3脚组成的运算放大器进行电压跟随，增加驱动能力。驱动信号经过二极管D10改变电阻R46、R48、R50的分压比从而电流得到调整，进行调光动作。 

参见图7为软启动模块及周边的相关部分电路图，通过该软启动模块使得电源启动时输出电压缓慢上升，且启动时间可以在启动电路中进行设定。 

电源启动时二极管D1输出的电压由0开始上升，上升的电压信号通过电阻R41，电容C11，电阻R49耦合到三极管Q4基极，启动时三极管Q4导通，通过光耦IC5传递给电源初级使电源启动时工作状态由间隙工作逐步到正常工作状态，从而使LED输出电压由小到大逐步上升到正常电压，完成软启动动作，保护LED免受电压浪涌冲击。其中软启动时间主要由电阻R41，电阻R49，电容C11决定，电容C49的作用起到防止误动作。 

本实用新型提供了一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，针对目前现有的两级LED恒流PWM调光电路效率低，温升高等问题点。本实用新型 通过对普通的单级电源次级反馈电路进行全新电路设计，增加了0-10V模拟电压调光接口。本实用新型核心技术实现主要的模块包括： 

1、0-10V模拟电压输入电流调整模块 

2、软启动模块 

3、输出开关控制模块 

配合恒流反馈模块，恒压反馈模块，可有效解决两级LED驱动0-10V调光电路效率低，LED灯具光效低灯问题。该电路可以单个电源外接普通电位器使用，也可支持多个电源同时输入0-10V模拟电压并联使用，方便了目前智能LED灯具的应用。 

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。 

Claims (10)

1.一种单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：它包括输入电源模块、电源控制模块、隔离功率转换模块、模拟电压输入电流调整模块、软启动模块、输出开关控制模块及恒流反馈模块；

所述输入电源模块设有交流输入端，输入电源模块与电源控制模块及隔离功率转换模块相连；所述隔离功率转换模块设有用于给各模块供电的供电输出端及用于恒流电压输出端，隔离功率转换模块与电源控制模块、恒流反馈模块相连；所述电源控制模块还连接恒流反馈模块及软启动模块；所述模拟电压输入电流调整模块设有模拟电压信号输入端，模拟电压输入电流调整模块与恒流反馈模块及输出开关控制模块相连。

2.如权利要求1所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述模拟电压输入电流调整模块包括相连的驱动调光输出单元及模拟信号运算单元，其中驱动调光输出单元与恒流反馈模块相连，模拟信号运算单元设有模拟电压信号输入端并与输出开关控制模块相连。

3.如权利要求1所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：它还包括恒压反馈模块，所述恒压反馈模块与隔离功率转换模块、电源控制模块及输出开关控制模块相连。

4.如权利要求3所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述恒压反馈模块包括相连的电压比较驱动单元及恒压取样单元，其中电压比较驱动单元还与电源控制模块、隔离功率变换模块的供电输出端及输出开关控制模块相连；恒压取样单元与隔离功率变换模块的恒流电压输出端相连。

5.如权利要求3所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述隔离功率转换模块包括隔离功率转换单元及与其相连的功率开关单元、第一辅助供电单元、输出整流滤波单元及第二辅助供电单元；所述功率开关单元还与输入电源模块、电源控制模块相连；所述第一辅助供电单元还与电源控制模块相连；所述隔离功率转换单元还与电源控制模块相连；所述输出整流滤波单元还与恒压反馈模块、恒流反馈模块及输出开关控制模块相连；所述第二辅助供电单元还连接有辅助供电单元，辅助供电单元与恒压反馈模块及恒流反馈模块相连。

6.如权利要求3所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：它还包括隔离模块及辅助电压输出模块；所述电源控制模块通过隔离模块与恒流反馈模块，恒压反馈模块及软启动模块相连；所述隔离模块还连接隔离功率转换模块；所述隔离功率转换模块连接辅助电压输出模块，辅助电压输出模块设有12V直流输出端。

7.如权利要求3所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述输出开关控制模块包括输出开启关闭单元、控制信号比较运算单元及关闭减少输出电压单元；其中，输出开关信号隔离驱动单元设有开关信号输入端，输出开关信号隔离驱动单元与控制信号比较运算单元相连，控制信号比较运算单元连接关闭减少输出电压单元相连，关闭减少输出电压单元与恒压反馈模块相连；所述控制信号比较运算单元与模拟电压输入电流调整模块相连。

8.如权利要求3所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述电源控制模块包括电源PWM控制PFC单元及与其相连的驱动单元、ZCD过零检测单元和反馈单元；所述驱动单元及ZCD过零检测单元分别与隔离功率转换模块相连；所述反馈单元与恒压反馈模块、恒流反馈模块及软启动模块相连；所述电源PWM控制PFC单元还与输入电源模块相连。

9.如权利要求1-8任意一项所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述输入电源模块包括依次连接的防脉冲防雷单元、EMI单元及整流滤波单元；所述防脉冲防雷单元设有交流输入端；所述整流滤波单元输出连接电源控制模块及隔离功率转换模块。

10.如权利要求1-8任意一项所述的单级电源LED恒流驱动模拟电压调光电路，其特征在于：所述恒流反馈模块包括相连的恒流比较驱动单元及恒流取样单元，所述恒流比较驱动单元还与电源控制模块、隔离功率变换模块的供电输出端及模拟电压输入电流调整模块相连；所述恒流取样单元与隔离功率变换模块的恒流电压输出端及输出开关控制模块相连；

所述软启动模块包括相连的软启动单元和软启动取样单元，其中软启动单元还与电源控制模块相连，软启动取样单元还与隔离功率变换模块的供电输出端相连。

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