CN205029925U - Led宽范围精准调光电路 - Google Patents

Abstract

一种LED宽范围精准调光电路，涉及照明电路技术领域，所解决的是提高调光精度，及拓宽调节范围的技术问题。该电路包括恒流电源、调光单元、调光方式切换单元；所述调光单元包括用于在外部调光信号的电压值大于等于N时输出线性调光信号的线性调光模块，用于在外部调光信号的电压值小于N时输出PWM调光信号的PWM调光模块；所述调光方式切换单元用于接收线性调光模块及PWM调光模块输出的调光信号，并转发至恒流电源的调节端脚。本实用新型提供的电路，适用于LED照明电路的调光。

Description

LED宽范围精准调光电路

技术领域

本实用新型涉及照明电路技术，特别是涉及一种LED宽范围精准调光电路的技术。

背景技术

LED驱动电源的输出是一个恒流源，不同的电源值对应着不同的光源亮度。对于不调光的应用，驱动电源的输出电流设定在一个预先设定好的固定值上，不会发生变化。这样对LED灯具的控制就只有开和关两种状态。当需要调光时，现有的常规调光方式就是对输出电流进行控制，有两个最常用的方法，分别是线性控制调光和PWM控制调光。

线性控制调光就是以预设的固定值作为最大值(即100％亮度)，在此基础上向下进行调节。这种方式下，电源仍工作在恒流源模式，只是输出电流的设定随调光的要求发生变化。线性控制调光的工作原理如图4所示，恒流电源U411把输入电压S410转换为恒定电流输出，恒流电源U411的输出电流受到运放调节模块U412的输出信号控制，运放调节模块U412第一输入端的输入信号为调光信号S411，调光信号S411代表的是恒流电源U411输出电流的设定值，当调光信号S411开路时，运放调节模块U412第一输入端经过上拉电阻Rp411上拉到Vref(这里Vref是对应最大输出电流的电压参考值)，运放调节模块U412第二输入端的输入信号是采样电阻Rs411上的电压(代表恒流电源U411的实际输出电压)。在稳态时，运放调节模块U412通过负反馈把两个输入端的电压调节为一致，这样实际输出电流就跟随调光信号S411的变化而变化。图4中的Cout411是恒流电源的输出电容，是一般开关电源共同的输出电路。

PWM控制调光就是在电流设定值不变的情况下，在输出端用PWM模式对输出电流进行斩波处理，这样其实改变了恒流源的输出特性，瞬时的输出电流或是最大值，或是0，其平均值则根据取决于PWM的占空比。由于视觉暂留效应，在PWM的频率足够高时，人眼不会觉察出亮度上的跳变，一般把频率设定在200Hz以上。在具体实现上，输出电流的斩波处理是通过允许和禁止PWM控制器工作的方式实现的。在正常运行后，禁止PWM控制的输出，就会造成输出电流降为0，然后允许PWM控制的输出，就会造成输出电流上升为额定值，这样输出电流就表现为斩波式的波形。PWM控制调光的工作原理如图5所示，恒流电源U521把输入电压S520转换为恒定电流输出，与线性控制调光(图4)相比，PWM控制调光的调光信号S521没有接到运放调节模块U522上，运放调节模块U522的第一输入端经过上拉电阻Rp521上拉到Vref，运放调节模块U522第二输入端的输入信号是采样电阻Rs521上的电压，调光信号S521是一个PWM信号，这个信号跟运放调节模块的输入通过与门U523进行逻辑与，恒流电源U521的输出电流受到与门U523的输出信号控制，当调光信号S521为“1”时，控制信号就是运放调节模块U522的输出，当调光信号S521为“0”时，控制信号为0，意味着输出电流为0，调光信号的频率一般在200Hz到1kHz之间。图5中的Cout521是恒流电源的输出电容，是一般开关电源共同的输出电路。

以上两种调光方式都是普遍采用的方式，各有优劣。线性调光实现方式比较简单，但是在调光要求低于10％时，精度一般比较差。PWM方式通过占空比调节输出电流，由于占空比精度高，在精度方面会比线性方式好；但是在占空比变小后，波形的上升和下降时间占的比重增大，随之引起的误差将会越来越明显；这个方式的另一个问题是输出电流实际波形变成了斩波式的波形，电源的EMI特性会因此而变差。

另外，以上两种调光方式还存在着调光范围窄的问题，以上这两种调光方式只能在恒流电源额定电流的10％～100％范围内对恒流电源的输出电流进行精确调整，在某些特殊应用场合，这样的调光范围已经过于粗糙了，但是由于输出电流越低，电源本身稳定性越差，调节精度也越差，因此很多情况下，10％已经是电源可以保持精确调节的下限了。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种调光精度高，且调节范围宽的LED宽范围精准调光电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种LED宽范围精准调光电路，包括恒流电源、调光单元，所述恒流电源具有用于控制输出电流的调节端脚及用于反馈输出电流的反馈端脚；其特征在于：还包括调光方式切换单元；

所述调光单元包括线性调光模块、PWM调光模块，所述线性调光模块、PWM调光模块的输入端分别接外部调光信号；

所述线性调光模块用于在外部调光信号的电压值大于等于N时输出线性调光信号，并在外部调光信号的电压值小于N时停止输出线性调光信号，线性调光模块的反馈信号输入端接到恒流电源的反馈端脚；

所述PWM调光模块用于在外部调光信号的电压值小于N时输出PWM调光信号，并在外部调光信号的电压值大于等于N时停止输出PWM调光信号；

所述N的值大于0且小于恒流电源的输出电流额定值；

所述调光方式切换单元具有一个输出端及两个输入端，调光方式切换单元的输出端接到恒流电源的调节端脚，线性调光模块及PWM调光模块的调光信号输出端分别接到调光方式切换单元的两个输入端；

所述调光方式切换单元用于接收线性调光模块及PWM调光模块输出的调光信号，并在接收到来自线性调光模块的线性调光信号时，将来自线性调光模块的线性调光信号转发至恒流电源的调节端脚，在接收到来自PWM调光模块的PWM调光信号时，将来自PWM调光模块的PWM调光信号转发至恒流电源的调节端脚。

进一步的，所述线性调光模块包括第一参考电压信号源、运放调节模块、限幅模块；

所述限幅模块的输入端接外部调光信号，限幅模块的输出端接到运放调节模块的正相输入端；所述运放调节模块的正相输入端接到第一参考电压信号源，运放调节模块的负相输入端接到恒流电源的反馈端脚，运放调节模块的输出端构成线性调光模块的调光信号输出端。

进一步的，所述PWM调光模块包括锯齿波信号发生器、第一比较器；所述第一比较器的正相输入端接外部调光信号，第一比较器的负相输入端接锯齿波信号发生器的锯齿波信号输出端，第一比较器的输出端构成PWM调光模块的调光信号输出端。

进一步的，还包括第二参考电压信号源、第二比较器；

所述第一比较器的输出端通过一个与门接到调光方式切换单元，该与门的一个输入端接第一比较器的输出端，该与门的另一个输入端接第二比较器的输出端；

所述第二比较器的正相输入端接外部调光信号，第二比较器的负相输入端接到第二参考电压信号源。

进一步的，所述调光方式切换单元是一个与门。

本实用新型提供的LED宽范围精准调光电路，集中了线性控制和PWM控制两种方式的优点，并克服了该两种方式的缺点，可以大大拓宽调光范围的下限，同时还能保证调光精度，从而满足特殊应用场合的需要，具有调光精度高，调节范围宽的特点。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的LED宽范围精准调光电路的电路结构框图；

图2是本实用新型第一实施例的LED宽范围精准调光电路的电路图；

图3是本实用新型第二实施例的LED宽范围精准调光电路的电路图；

图4是现有的线性控制调光电路的电路结构示意图；

图5是现有的PWM控制调光电路的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围，本实用新型中的顿号均表示和的关系。

如图1所示，本实用新型第一实施例所提供的一种LED宽范围精准调光电路，包括恒流电源U1、调光单元U2，所述恒流电源U1具有用于控制输出电流的调节端脚及用于反馈输出电流的反馈端脚；其特征在于：还包括调光方式切换单元U3；

所述调光单元U2包括线性调光模块U21、PWM调光模块U22，所述线性调光模块、PWM调光模块的输入端分别接外部调光信号S1；

所述线性调光模块U21用于在外部调光信号S1的电压值大于等于N时输出线性调光信号，并在外部调光信号S1的电压值小于N时停止输出线性调光信号，线性调光模块U21的反馈信号输入端接到恒流电源U1的反馈端脚；

所述PWM调光模块U22用于在外部调光信号S1的电压值小于N时输出PWM调光信号，并在外部调光信号S1的电压值大于等于N时停止输出PWM调光信号；

所述N的值大于0且小于恒流电源U1的输出电流额定值；

所述调光方式切换单元U3具有一个输出端及两个输入端，调光方式切换单元U3的输出端接到恒流电源U1的调节端脚，线性调光模块U21及PWM调光模块U22的调光信号输出端分别接到调光方式切换单元U3的两个输入端；

所述调光方式切换单元U3用于接收线性调光模块及PWM调光模块输出的调光信号，并在接收到来自线性调光模块U21的线性调光信号时，将来自线性调光模块U21的线性调光信号转发至恒流电源U1的调节端脚，在接收到来自PWM调光模块U22的PWM调光信号时，将来自PWM调光模块U22的PWM调光信号转发至恒流电源U1的调节端脚。

如图2所示，本实用新型第一实施例中，所述恒流电源U1的反馈端脚接有采样电阻Rs1，恒流电源U1的输出端接有输出电容Cout1；

所述线性调光模块U21包括第一参考电压信号源(图中未示)、运放调节模块U211、限幅模块U212，所述限幅模块U212的输入端接外部调光信号S1，限幅模块U212的输出端接到运放调节模块U211的正相输入端；所述运放调节模块U211的正相输入端经一上拉电阻Rp1接到第一参考电压信号源，运放调节模块U211的负相输入端接到恒流电源U1的反馈端脚，运放调节模块的输出端构成线性调光模块的调光信号输出端；

所述PWM调光模块U22包括锯齿波信号发生器U223、第一比较器U221；所述第一比较器U221的正相输入端接外部调光信号S1，第一比较器U221的负相输入端接锯齿波信号发生器U223的锯齿波信号输出端，第一比较器U221的输出端构成PWM调光模块的调光信号输出端。

本实用新型第一实施例中，还包括第二参考电压信号源、第二比较器U222；

所述第一比较器U221的输出端通过一个与门U224接到调光方式切换单元，该与门U224的一个输入端接第一比较器U221的输出端，该与门U224的另一个输入端接第二比较器U222的输出端；

所述第二比较器U222的正相输入端接外部调光信号S1，第二比较器U222的负相输入端接到第二参考电压信号源；

所述调光方式切换单元U3是一个与门，调光方式切换单元U3的第二个输入端接到运放调节模块U211的输出端，调光方式切换单元U3的第一个输入端接到与门U224的输出端，调光方式切换单元U3的输出端接到恒流电源U1的调节端脚；

设第一参考电压信号源的输出电压值为Vref1，第二参考电压信号源的输出电压值为Vref2，则有Vref2小于Vref1，限幅模块的限幅下限值小于Vref1且大于Vref2，锯齿波信号发生器的输出信号幅值小于Vref1且大于Vref2。

本实用新型第一实施例中，第二参考电压信号源的输出电压值Vref2是第一参考电压信号源的输出电压值Vref1的0.01倍，限幅模块U212的限幅下限值是第一参考电压信号源的输出电压值Vref1的0.1倍，锯齿波信号发生器U223的输出信号幅值是第一参考电压信号源的输出电压值Vref1的0.1倍。

本实用新型第一实施例的工作原理如下：

当调光要求在10％到100％之间时，通过调整电流设定值进行线性调光；此时，外部调光信号S1通过限幅模块U212进入运放调节模块U211，限幅模块U212把外部调光信号S1的下限设定在0.1Vref1；这样，在10％到100％的调光范围内，调光方式与线性调光完全一致，可以满足精度要求；

当调光要求下降到10％以下时，电流设定值不再下调，取而代之的是通过允许和禁止PWM控制的输出，对电源的输出电流进行PWM控制；此时，第一比较器U221将调光信号S1与锯齿波信号发生器U223输出的幅值为0.1倍Vref1的锯齿波信号Vst进行比较，当调光信号S1大于锯齿波信号Vst时，第一比较器U221的输出为高电平，当调光信号S1小于锯齿波信号Vst时，第一比较器U221的输出为低电平，第二比较器U222将调光信号S1与第二参考电压信号源的输出电压值Vref2(也就是0.01Vref1)进行比较，调光信号S1大于Vref2时，第二比较器U221输出为高电平，调光信号S1小于Vref2时，第二比较器U222输出为低电平；第一比较器U221和第二比较器U222的输出相与后，再跟运放调节模块U211的输出相与作为控制信号；这样，在1％到10％的调光范围内，调光方式与PWM调光基本一致，但不同点在于电流设定值是10％的额定电流，而不是100％的额定电流，这样上升和下降时间显著降低，从而提高了精度，而且输出电流的斩波幅度从0～100％下降到0～10％的额定电流，EMI的特性显著好转，克服了现有PWM调光的缺点；

当调光要求下降到1％以下时，完全关断电源输出；

本实用新型第一实施例可以使恒流电源U1稳定运行在1％的额定电流上，从而使调光范围从10％～100％拓展到1％～100％，能满足宽范围的调光要求。

如图3所示，本实用新型第二实施例与第一实施例的区别在于：第二实施例中的调光单元利用微处理器U104与滤波回路、运放调节模块U102的配合实现线性调光模块的功能，并利用微处理器U104实现PWM调光模块的功能；第二实施例中的调光方式切换单元是一个三态门U103；

其中的微处理器U104具有调光信号输入端脚IN、反馈信号输入端脚Ifb，及用于输出高频PWM信号的高频PWM输出端脚OUT，用于输出低频PWM信号的低频PWM输出端脚EN；

微处理器U104的调光信号输入端脚IN接调光信号S101，反馈信号输入端脚Ifb接恒流电源U101的反馈端脚，高频PWM输出端脚OUT通过滤波回路接运放调节模块U102的正相输入端，低频PWM输出端脚EN接三态门U103的使能端，三态门U103的输入端接运放调节模块U102的输出端，三态门U103的输出端接恒流电源U101的调节端脚；

恒流电源U101把输入电压S100根据电流设定值的要求转换为恒流输出，通过微处理器U104的A/D转换器对调光信号S101进行A/D转换，调光信号S101的电压幅值对应着所需的调光强度，其最大幅值是5V，对应着100％的电流输出；

当调光信号S101的电压小于0.05V时，即所需的恒流电源输出电流小于1％时，微处理器U104的低频PWM输出端脚EN输出为0，使得恒流电源输出电流为0；

当调光信号S101的电压在0.05V到0.5V之间时，即所需的恒流电源输出电流在1％～10％之间时，微处理器U104的高频PWM输出端脚OUT输出一个占空比为10％的高频PWM信号，该信号经过RC滤波后，在运放调节模块U102的正相输入端产生一个0.5V的电压，同时在微处理器U104的低频PWM输出端脚EN输出一个占空比等于调光信号S101的电压与0.5V的比值的低频PWM信号，这样恒流电源的输出电流就是一个PWM波形，其峰值为10％的最大电流，其占空比在10％～100％之间，由此产生的平均电流就是1％～10％之间的最大电流，而且这时的调光方式为PWM调光方式；

当调光信号S101的电压大于0.5V时，微处理器U104的高频PWM输出端脚OUT输出一个占空比等于调光信号S101的电压与5V的比值的高频PWM信号，该信号经RC滤波后，在运放调节模块U102的正相输入端产生一个与调光信号S101的电压一致的电压，同时让微处理器U104的低频PWM输出端脚EN输出为高，这样恒流电源就处于线性调光方式，其输出电流值与调光输入所要求的电流一致，这样也确保了本实用新型的调光原理得以顺利实施。

本实用新型其它实施例中，也可以采用其它的能实现相同功能的线性调光模块、PWM调光模块。

Claims (5)

1.一种LED宽范围精准调光电路，包括恒流电源、调光单元，所述恒流电源具有用于控制输出电流的调节端脚及用于反馈输出电流的反馈端脚；其特征在于：还包括调光方式切换单元；

所述调光单元包括线性调光模块、PWM调光模块，所述线性调光模块、PWM调光模块的输入端分别接外部调光信号；

所述线性调光模块用于在外部调光信号的电压值大于等于N时输出线性调光信号，并在外部调光信号的电压值小于N时停止输出线性调光信号，线性调光模块的反馈信号输入端接到恒流电源的反馈端脚；

所述PWM调光模块用于在外部调光信号的电压值小于N时输出PWM调光信号，并在外部调光信号的电压值大于等于N时停止输出PWM调光信号；

所述N的值大于0且小于恒流电源的输出电流额定值；

所述调光方式切换单元具有一个输出端及两个输入端，调光方式切换单元的输出端接到恒流电源的调节端脚，线性调光模块及PWM调光模块的调光信号输出端分别接到调光方式切换单元的两个输入端；

所述调光方式切换单元用于接收线性调光模块及PWM调光模块输出的调光信号，并在接收到来自线性调光模块的线性调光信号时，将来自线性调光模块的线性调光信号转发至恒流电源的调节端脚，在接收到来自PWM调光模块的PWM调光信号时，将来自PWM调光模块的PWM调光信号转发至恒流电源的调节端脚。

2.根据权利要求1所述的LED宽范围精准调光电路，其特征在于：所述线性调光模块包括第一参考电压信号源、运放调节模块、限幅模块；

所述限幅模块的输入端接外部调光信号，限幅模块的输出端接到运放调节模块的正相输入端；所述运放调节模块的正相输入端接到第一参考电压信号源，运放调节模块的负相输入端接到恒流电源的反馈端脚，运放调节模块的输出端构成线性调光模块的调光信号输出端。

3.根据权利要求1所述的LED宽范围精准调光电路，其特征在于：所述PWM调光模块包括锯齿波信号发生器、第一比较器；所述第一比较器的正相输入端接外部调光信号，第一比较器的负相输入端接锯齿波信号发生器的锯齿波信号输出端，第一比较器的输出端构成PWM调光模块的调光信号输出端。

4.根据权利要求3所述的LED宽范围精准调光电路，其特征在于：还包括第二参考电压信号源、第二比较器；

所述第一比较器的输出端通过一个与门接到调光方式切换单元，该与门的一个输入端接第一比较器的输出端，该与门的另一个输入端接第二比较器的输出端；

所述第二比较器的正相输入端接外部调光信号，第二比较器的负相输入端接到第二参考电压信号源。

5.根据权利要求2或3所述的LED宽范围精准调光电路，其特征在于：所述调光方式切换单元是一个与门。