CN206650890U - 一种交流供电的可调光可调色rgb‑led灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流供电的可调光可调色RGB‑LED灯，包括整流滤波模块、功率因数校正模块、NCL30051控制模块、谐振半桥模块、恒压恒流反馈模块、控制模块、接口模块和三路独立输出的DC‑DC恒流驱动模块。采用本实用新型的技术方案，由于本实用新型的技术方案采用专用电源集成IC NCL30051芯片和集成LED芯片NCL30160，仅需少量的外围器件就能实现高能效、高功率因数的LED恒流驱动电源，大大降低了LED驱动电路的复杂度，缩小了驱动电路的体积尺寸；同时采用PIC12F1572单片机产生三路独立的PWM信号驱动三路独立的RGB‑LED串，从而方便的实现调光调色。

Description

一种交流供电的可调光可调色RGB-LED灯

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种交流供电的可调光可调色RGB-LED灯。

背景技术

目前，基于RGB-LED三原色LED的照明因其调光调色的实施可以提供丰富的光源而逐渐受到人们的重视。基于三原色RGB的LED光源主要应用于LED显示板，显示屏背光源，建筑物和景观的装饰，室内室外和街灯照明，卧室内改善睡眠，农业领域改善动植物的生长发育等。

LED调光的方式主要有模拟调光，双向可控硅晶闸管TRIAC调光，PWM调光等方式，适用于RGB-LED驱动的调光方式，也是最优的调光方式是PWM调光。这主要是因为一是PWM调光本身所具有的优点，如可以得到一致的亮度，不会出现忽亮忽暗的现象；二是PWM调光可以方便的与MCU等数字芯片连接，实现智能化的调光调色和智能化的联网等控制，方便地与计算机技术，网络通信技术，图像处理技术，嵌入式控制技术等相融合，从而实现智能控制。因此PWM调光是RGB-LED驱动与控制端的桥梁，是RGB-LED驱动调光技术发展的趋势。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺陷，确有必要提供一种交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，提供一种低成本、小体积、高可靠性的可调光调色LED驱动电路，并能通过接口模块方便地接入智能照明系统。

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，包括整流滤波模块、功率因数校正模块、NCL30051控制模块、谐振半桥模块、恒压恒流反馈模块、控制模块、接口模块和三路独立输出的DC-DC恒流驱动模块，其中，

所述整流滤波模块与交流市电输入相连接，用于将交流市电进行整流滤波后输出给所述功率因数校正模块；

所述功率因数校正模块与所述NCL30051控制模块和谐振半桥模块相连接，用于进行功率因数校正并输出直流高压信号至所述谐振半桥模块；

所述谐振半桥模块与所述NCL30051控制模块和恒压恒流反馈模块，用于通过LLC谐振输出恒定电压给三路DC-DC恒流驱动模块提供供电电压；

所述恒压恒流反馈模块用于监测所述谐振半桥模块输出信号的电压的变化和电流的变化并反馈至所述NCL30051控制模块；

所述NCL30051控制模块用于根据所述恒压恒流反馈模块的反馈信号和所述功率因数校正模块的输出信号调节所述功率因数校正模块和所述谐振半桥模块的工作使所述谐振半桥模块的输出信号维持恒定电压；

三路DC-DC恒流驱动模块均与所述谐振半桥模块的输出端相连接，分别输出恒流驱动R-LED串、G-LED串和B-LED串，所述DC-DC恒流驱动模块采用集成LED控制芯片NCL30160实现；所述R-LED串用于发出红光；所述G-LED串用于发出绿光；所述B-LED串用于发出蓝光；

所述控制模块输出三路PWM信号分别控制三路DC-DC恒流驱动模块使所述DC-DC恒流驱动模块调整输出恒流值；

所述接口模块与所述控制模块相连接，用于接入智能照明系统并接收外部控制指令，根据外部控制指令所述控制模块输出三路不同比例的PWM信号从而实现调光调色。

优选地，所述NCL30051控制模块包括NCL30051芯片、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第一二极管D1，其中，所述NCL30051芯片的VREF引脚与第一电容C1的一端相连接，所述NCL30051芯片的PCT引脚与第二电容C2的一端相连接，所述NCL30051芯片的OSC引脚与第三电容C3的一端相连接，所述NCL30051芯片的HVS引脚与第四电容C4的一端相连接，所述第四电容C4的另一端与所述NCL30051芯片的HBoost引脚和所述第一二极管D1的负端相连接，所述第一二极管D1的正端与所述NCL30051芯片的VCC引脚和所述第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端与功率因数校正模块的辅助供电端相连接；所述NCL30051芯片的PCS引脚、PDRV引脚、PZCD引脚、HV引脚、PFB引脚与所述功率因数校正模块相连接，所述第一电容C1的另一端、所述第二电容C2的另一端、所述第三电容C3的另一端、所述NCL30051芯片的GND引脚、PGND引脚与地端相连接；所述NCL30051芯片的PControl引脚与所述恒压恒流反馈模块的输出端相连接；所述NCL30051芯片的HDRVh引脚、HVS引脚、HDRVlo引脚与所述谐振半桥模块相连接。

优选地，所述功率因数校正模块包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一变压器T1、第一MOS管Q1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，所述第六电容C6并接在所述整流滤波模块的输出端，所述第六电容C6的一端与所述第一变压器T1的第一引脚、所述第一电阻R1的一端、所述第三二极管D3的正端相连接，所述第一电阻R1的另一端与所述NCL30051芯片的HV引脚相连接；所述第一变压器T1的第二引脚与所述第四二极管D4的正端、所述第一MOS管Q1的漏极相连接，所述第四二极管D4的负端与所述第三二极管D3的负端、所述第七电容C7的一端、所述第五电阻R5的一端相连接并作为PFC输出端与所述谐振半桥模块相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第六电阻R6的一端相连接并共同与所述NCL30051芯片的PFB引脚相连接；所述第一变压器T1的第四引脚与所述第二二极管D2的正端、所述第二电阻R2的一端相连接，所述第二电阻R2的另一端与所述NCL30051芯片的PZCD引脚相连接，所述第二二极管D2的负端作为辅助供电端；所述第一MOS管Q1的栅极与所述NCL30051芯片的PDRV引脚相连接；所述第一MOS管Q1的源极与所述第三电阻R3的一端、所述第四电阻R4的一端相连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第八电容C8的一端相连接共同与所述NCL30051芯片的PCS引脚相连接；所述第六电容C6的另一端、所述第四电阻R4的另一端、所述第六电阻R6的另一端、所述第七电容C7的另一端、所述第八电容C8的另一端以及所述第一变压器T1的第三引脚共同与地端相连接。

优选地，所述谐振半桥模块包括第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第七电阻R7、第一电感L1、第二电感L2和第二变压器T2，其中，所述第二MOS管Q2的栅极与所述NCL30051芯片的HDRVhi引脚相连接，所述第二MOS管Q2的漏极与所述第十电容C10的一端、第八二极管D8的负端相连接共同与所述功率因数校正模块的PFC输出端相连接，所述第十电容C10的另一端与所述第八二极管D8的正端、所述第一电感L1的一端所述第九电容C9的一端、所述第七二极管D7的负端相连接，所述第一电感L1的另一端与所述第二电感L2的一端、所述第二变压器T2的第一引脚相连接；所述第二MOS管Q2的源级与所述第三MOS管Q3的源级、所述第二电感L2的另一端、所述第二变压器T2的第二引脚相连接并共同与所述NCL30051芯片的HVS引脚相连接；所述第三MOS管Q3的栅极与所述NCL30051芯片的HDRVlo引脚相连接，所述第三MOS管Q3的漏极与所述第九电容C9的另一端、所述第七二极管D7的正端相连接并共同与地端相连接；所述第二变压器T2的第三引脚与所述第六二极管D6的正端相连接，所述第六二极管D6的负端与所述第五二极管D5的负端、所述第十一电容C11的一端相连接并作为输出正端与所述DC-DC恒流驱动模块相连接；所述第二变压器T2的第五引脚与所述第五二极管D5的正端相连接；所述第二变压器T2的第四引脚与所述第七电阻R7的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端作为输出地端与所述DC-DC恒流驱动模块相连接，所述第十一电容C11的另一端与输出地端相连接。

优选地，所述恒压恒流反馈模块包括恒压反馈控制环和恒流反馈控制环，所述恒压反馈控制环用于监测所述谐振半桥模块输出信号的电压的变化并将其反馈至所述NCL30051芯片的PControl引脚，所述恒流反馈控制环用于监测所述谐振半桥模块输出信号的电流的变化并将其反馈至所述NCL30051芯片的PControl引脚。

优选地，所述DC-DC恒流驱动模块包括第二芯片U2、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电容C12、第十三电容C13、第三电感L3和第一稳压管Z1，其中，所述第二芯片U2采用集成LED控制芯片NCL30160；所述第一稳压管Z1的负端与所述谐振半桥模块的输出正端相连接，所述第一稳压管Z1的正端与所述第三电感L3的一端和所述第二芯片U2的第八引脚相连接，所述第三电感L3的另一端与LED光源相连接；所述第二芯片U2的第七引脚与所述第十三电容C13的一端相连接；所述第二芯片U2的第六引脚与所述控制模块的PWM控制端相连接；所述第二芯片U2的第五引脚与所述第九电阻R9的一端相连接，所述第九电阻R9的另一端与所述第二芯片U2的第四引脚和所述第十二电容C12的一端相连接，所述第十二电容C12的另一端、所述第八电阻R8的一端、所述第二芯片U2的第三引脚、所述第十三电容C13的另一端共同与输出地端相连接；所述第八电阻R8的另一端与所述第二芯片U2的第一引脚和第二引脚相连接。

优选地，所述控制模块采用Microchip单片机PIC12F1572。

优选地，所述接口模块采用串口通讯方式。

与现有技术相比较，由于本实用新型的技术方案采用专用电源集成IC NCL30051芯片和集成LED芯片NCL30160，仅需少量的外围器件就能实现高能效、高功率因数的LED恒流驱动电源，大大降低了LED驱动电路的复杂度，缩小了驱动电路的体积尺寸；同时NCL30160具有专用于PWM调光的输入引脚，可以实现宽范围的PWM调光，便于接入智能照明系统；并采用PIC12F1572单片机产生三路独立的PWM信号驱动三路独立的RGB-LED串，从而方便的实现调光调色。

附图说明

图1为本实用新型交流供电的可调光可调色RGB-LED灯的原理框图。

图2为本实用新型中NCL30051控制模块的电路原理图。

图3为本实用新型中功率因数校正模块的电路原理图。

图4为本实用新型中谐振半桥模块的电路原理图。

图5为本实用新型中恒压恒流反馈模块的原理示意图。

图6为本实用新型中DC-DC恒流驱动模块的电路原理图。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。

参见图1，所示为本实用新型交流供电的可调光可调色RGB-LED灯的原理框图，包括整流滤波模块、功率因数校正模块、NCL30051控制模块、谐振半桥模块、恒压恒流反馈模块、控制模块、接口模块和三路独立输出的DC-DC恒流驱动模块，其中，整流滤波模块与交流市电输入相连接，用于将交流市电进行整流滤波后输出给功率因数校正模块；

功率因数校正模块与NCL30051控制模块和谐振半桥模块相连接，用于进行功率因数校正并输出直流高压信号至谐振半桥模块；

谐振半桥模块与NCL30051控制模块和恒压恒流反馈模块，用于通过LLC谐振输出恒定电压给三路DC-DC恒流驱动模块提供供电电压；

恒压恒流反馈模块用于监测谐振半桥模块输出信号的电压的变化和电流的变化并反馈至NCL30051控制模块；

NCL30051控制模块用于根据恒压恒流反馈模块的反馈信号和功率因数校正模块的输出信号调节功率因数校正模块和谐振半桥模块的工作使谐振半桥模块的输出信号维持恒定电压；

三路DC-DC恒流驱动模块均与谐振半桥模块的输出端相连接，分别输出恒流驱动R-LED串、G-LED串和B-LED串，DC-DC恒流驱动模块采用集成LED控制芯片NCL30160实现；R-LED串用于发出红光；G-LED串用于发出绿光；B-LED串用于发出蓝光；

控制模块输出三路PWM信号分别控制三路DC-DC恒流驱动模块使DC-DC恒流驱动模块调整输出恒流值；

接口模块与控制模块相连接，用于接入智能照明系统并接收外部控制指令，根据外部控制指令控制模块输出三路不同比例的PWM信号从而实现调光调色。

采用上述技术方案，恒压部分采用NCL30051芯片，并通过半桥谐振模块输出恒压给三路并联的DC-DC恒流驱动模块，进而分别驱动三串RGB LED串，而且每路LED串可以实现单独的PWM调光控制。PWM信号来自于控制模块，外部控制指令通过接口模块发送给控制模块，控制模块将根据控制信息更新PWM参数，改变PWM占空比，从而实现调节每路LED串的亮度，由于采用RGB三路不能色温的LED串，不同LED串亮度的调节又可以实现色温的调节。

NCL30051是一款专用电源集成电路(IC)，能够为降压直流-直流(DC-DC)转换器/LED驱动器提供恒定电压。这器件集成了一个临界导电模式(CrM)PFC控制器及一个半桥谐振控制器，并内置600伏(V)驱动器，针对离线电源应用进行了优化，具备了所有实现高能效、小外形因数设计所需的特性。NCL30051的半桥段采用固定频率工作。这器件通过调节PFC段的输出电压来稳压，且集成了反馈环路开路保护，再加PFC过压和欠压检测机制，以及可以最高设定为75千赫兹(kHz)的可调节频率振荡器。正是由于NCL30051芯片集成了上述功能单元，能够以最少的所需外部元件简化电源电路设计，为空间受限且讲究高能效的电源应用提供极佳解决方案。

本实用新型中功率因数校正模块和谐振半桥模块共用一个反馈控制，这与传统的拓扑结构中两个阶段的反馈控制相互独立是完全不同的，同时，由于采用NCL30051，谐振半桥模块工作在固定频率，这就意味着，输出电压的调整依赖于功率因数校正模块输出电压的调整，功率因数校正模块的输出与谐振半桥模块的输出保持固定的比例不变，这种改进简化了控制的复杂性。谐振半桥模块工作在固定频率下，这又减轻了电源电磁干扰的问题，简化了EMI滤波器的设计。

在一种优选实施方式中，控制模块采用Microchip的单片机PIC12F1572，PIC12F1572是一个带有16位模拟PWM功能的微控制器，这一微控制器带有三个具有独立时钟源的高分辨率16位PWM控制器，此微控制器具有独立的核心外设互补波形发生器，增强型通用同步或异步接收机(EUSART)和模数转换器(ADC)。能用于多应用场合下的闭环反馈控制和通讯。本实用新型采用EUSART来实现串口通讯和利用三路PWM实现LED的调光调色。在本实用新型中，控制模块可以通过功率因数校正模块中的辅助绕组为其提供供电电压，也可以通过独立的电源模块为其提供供电电压。

参见图2，所示为本实用新型中NCL30051控制模块的电路原理图，NCL30051控制模块包括NCL30051芯片、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第一二极管D1，其中，NCL30051芯片的VREF引脚与第一电容C1的一端相连接，NCL30051芯片的PCT引脚与第二电容C2的一端相连接，NCL30051芯片的OSC引脚与第三电容C3的一端相连接，NCL30051芯片的HVS引脚与第四电容C4的一端相连接，第四电容C4的另一端与NCL30051芯片的HBoost引脚和第一二极管D1的负端相连接，第一二极管D1的正端与NCL30051芯片的VCC引脚和第五电容C5的一端相连接，第五电容C5的另一端与功率因数校正模块的辅助供电端相连接；NCL30051芯片的PCS引脚、PDRV引脚、PZCD引脚、HV引脚、PFB引脚与功率因数校正模块相连接，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、NCL30051芯片的GND引脚、PGND引脚与地端相连接；NCL30051芯片的PControl引脚与恒压恒流反馈模块的输出端相连接；NCL30051芯片的HDRVh引脚、HVS引脚、HDRVlo引脚与谐振半桥模块相连接。

由于NCL30051芯片集成了一个临界导电模式(CrM)PFC控制器及一个半桥谐振控制器，因此，其外围电路结构相对简单。

参见图3，所示为本实用新型中功率因数校正模块的电路原理图，功率因数校正模块包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一变压器T1、第一MOS管Q1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，第六电容C6并接在整流滤波模块的输出端，第六电容C6的一端与第一变压器T1的第一引脚、第一电阻R1的一端、第三二极管D3的正端相连接，第一电阻R1的另一端与NCL30051芯片的HV引脚相连接；第一变压器T1的第二引脚与第四二极管D4的正端、第一MOS管Q1的漏极相连接，第四二极管D4的负端与第三二极管D3的负端、第七电容C7的一端、第五电阻R5的一端相连接并作为PFC输出端与谐振半桥模块相连接，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连接并共同与NCL30051芯片的PFB引脚相连接；第一变压器T1的第四引脚与第二二极管D2的正端、第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端与NCL30051芯片的PZCD引脚相连接，第二二极管D2的负端作为辅助供电端；第一MOS管Q1的栅极与NCL30051芯片的PDRV引脚相连接；第一MOS管Q1的源极与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端相连接，第三电阻R3的另一端与第八电容C8的一端相连接共同与NCL30051芯片的PCS引脚相连接；第六电容C6的另一端、第四电阻R4的另一端、第六电阻R6的另一端、第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端以及第一变压器T1的第三引脚共同与地端相连接。

在上述电路中，由于NCL30051芯片内部集成了一个临界导电模式(CRM)PFC控制器，功率因数校正模块通过架构外围电路实现功率因数校正。在图3的电路设计要点如下：

(1)NCL30051芯片PFB脚和R5,R6组成的电阻分压网络来实现PFC过压告警保护功能。当最高PFC电压设置为430Vdc时，要求当PFC输出电压高于430V时就使PFC驱动信号关闭；

(2)PFC输出电压的大小由谐振半桥输出电压信号通过恒压恒流反馈模块反馈到Pcontrol脚来实现；

(3)PFC MOSFET(第一MOS管Q1)的设计主要考虑漏源极耐压大小，漏极负载电流大小，导通阻抗引起的散热问题等。PFC电压最大设置为430Vdc，因此所选MOSFET的耐压为600V或以上便可以满足要求，而额定电流主要考虑在MOSFET导通期间，PFC电感最大峰值电流的值，所选择的MOSFET的额定电流需要大于电感电流峰值即可。因为CRM PFC模式可以实现零电压开关，因此MOSFET的损耗主要是通态电阻和漏极电流引起的导通损耗。综合考虑后，选择650V，9A的MOSFET,IPA60R385CP,其导通阻抗为25度时为0.385Ω；

(4)CRM PFC模式的一个优点就是PFC二极管(第四二极管D4)工作在零电流关断模式，因此，对二极管D4的反向恢复现象没有严格的要求，一般超快恢复二极管就能满足要求。二极管的耐压与MOSFET的耐压要求一致，选择600V或以上耐压的二极管即可。为了改善效率，降低二极管的导通损耗，可以考虑选择额定电流稍高的二极管以降低二极管导通压降Vf。因此选择600V 3A的超快恢复二极管MURS360遍可以满足设计要求。

为了使PFC控制器工作在核实的频率范围，选择电感为650μH-700μH较为合理。因此，第一变压器T1的初级电感值设定为650μH-700μH。为了提供一路15Vdc-18Vdc之间的辅助电压，第一变压器T1的次级辅助线圈匝比选择10:1较为合适。为了维持整个设计选材尽量一致的原则，选择PQ-2020铁氧体磁芯作为PFC电感和谐振半桥隔离变压器的磁芯。基于0.83A输入RMS电流，选择三股AWG#30励磁线用于主绕组线圈以减小交流损耗。其线径为0.61mm。磁芯的骨架内部绕线宽度约为12mm。这表明每层绕制18圈，一共绕制4或5层的话，可以绕制75匝。

参见图4，所示为谐振半桥模块的原理框图，谐振半桥模块包括第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第七电阻R7、第一电感L1、第二电感L2和第二变压器T2，其中，第二MOS管Q2的栅极与NCL30051芯片的HDRVhi引脚相连接，第二MOS管Q2的漏极与第十电容C10的一端、第八二极管D8的负端相连接共同与功率因数校正模块的PFC输出端相连接，第十电容C10的另一端与第八二极管D8的正端、第一电感L1的一端第九电容C9的一端、第七二极管D7的负端相连接，第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端、第二变压器T2的第一引脚相连接；第二MOS管Q2的源级与第三MOS管Q3的源级、第二电感L2的另一端、第二变压器T2的第二引脚相连接并共同与NCL30051芯片的HVS引脚相连接；第三MOS管Q3的栅极与NCL30051芯片的HDRVlo引脚相连接，第三MOS管Q3的漏极与第九电容C9的另一端、第七二极管D7的正端相连接并共同与地端相连接；第二变压器T2的第三引脚与第六二极管D6的正端相连接，第六二极管D6的负端与第五二极管D5的负端、第十一电容C11的一端相连接并作为输出正端与DC-DC恒流驱动模块相连接；第二变压器T2的第五引脚与第五二极管D5的正端相连接；第二变压器T2的第四引脚与第七电阻R7的一端相连接，第七电阻R7的另一端作为输出地端与DC-DC恒流驱动模块相连接，第十一电容C11的另一端与输出地端相连接。

上述电路设计中，为了开发高效率和高开关频率的LED驱动电源，以实现较高的功率密度和较小的体积，采用LLC谐振软开关技术实现了开关电源高频高效高功率密度的要求。本实用新型的谐振半桥模块的功能是将PFC输出电压转换为38.5Vdc的恒定直流电压。其关键器件的设计与选型如下：

(1)半桥谐振变压器(第二变压器T2)的功率为60W，工作频率为35KHz，磁芯类型为铁氧体PQ-2020,材料为PC40,原边感量最小6mH,原边漏感：90μH-100μH,骨架类型为PQ-2020 14脚PC材质；原边组线圈为2,5脚，96匝，2股AWG#28励磁线并饶3层，每层32匝；副边绕组线圈为7-10,11-14脚，带中心抽头，19匝，两股AWG#26线绕制两层。绕制好的电感需要抽真空，浸凡立水工艺，并且需要进行3000Vdc以上的安全耐压测试；

(2)谐振半桥功率开关(第二MOS管Q2和第三MOS管Q3)的选取，主要考虑谐振半桥输入电压的大小以及半桥谐振拓补结构中功率MOSFET所承受的电压应力和电流应力大小以及MOSFET导通阻抗的大小。谐振半桥中的功率MOSFET所承受的电压应力等于输入电压，即385到430Vdc，因此选用耐压600Vdc及以上的功率MOSFFET可以满足耐压要求。而输入电流峰值远小于1A，选择额定电流为3A及以上的功率MOSFET可以满足电流应力的要求。而对于导通阻抗的选取，主要考量其造成的导通损耗大小。在满足耐压和额定电流的前提下，导通阻抗越小越好。根据上面的分析，本实用新型中选用的600V N沟道功率MOSFETNDD04N60Z,其额定电流为4.1A，其最大导通阻抗为2Ω。这一选择比较合理的满足了设计的要求；

(3)谐振半桥模块输出整流二极管(第五二极管D5和第六二极管D6)工作在带中心抽头输出的半波整流模式，因为没有输出电感，每一个整流二极管承受两倍的输出电压的应力，考虑一定的裕量的情况下，选择150V耐压的肖特基整流二极管能满足设计的需要。同时，肖特基二极管具有很低的正向导通压降，这降低了导通损耗，而肖特基二极管的另外一个优点是，它没有反向恢复现象。这都有助于效率的提升。而输出整流二极管额定电流的大小必须大于输出电流，同时考虑一定的设计裕量。本实用新型中第五二极管D5和第六二极管D6选择耐压150V，额定电流为10A的肖特基整流二极管MBRF10H150。

参见图5，所示为恒压恒流反馈模块的原理示意图，恒压恒流反馈模块包括恒压反馈控制环和恒流反馈控制环，恒压反馈控制环用于监测谐振半桥模块输出信号的电压的变化并将其反馈至NCL30051芯片的PControl引脚，恒流反馈控制环用于监测谐振半桥模块输出信号的电流的变化并将其反馈至NCL30051芯片的PControl引脚。反馈信号是通过光耦反馈到NCL30051芯片的PControl引脚。

在上述电路中的恒压和恒流两部分在同一时刻只有一部分器作用，当负载电流小于最大容许的负载电流Ioutmax时，恒压反馈控制环器作用，确保输出电压恒定在正常输出电压容许的波动范围之内。当输出负载电流达到设定的最大负载电流Ioutmax时，电压反馈控制环路被恒流反馈控制环路取代，此时输出将保持恒定的电流大小。

参见图6，所示为本实用新型中DC-DC恒流驱动模块的电路原理图，DC-DC恒流驱动模块进一步包括第二芯片U2、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电容C12、第十三电容C13、第三电感L3和第一稳压管Z1，其中，第二芯片U2采用集成LED控制芯片NCL30160；第一稳压管Z1的负端与谐振半桥模块的输出正端相连接，第一稳压管Z1的正端与第三电感L3的一端和第二芯片U2的第八引脚相连接，第三电感L3的另一端与LED光源相连接；第二芯片U2的第七引脚与第十三电容C13的一端相连接；第二芯片U2的第六引脚与控制模块的PWM控制端相连接；第二芯片U2的第五引脚与第九电阻R9的一端相连接，第九电阻R9的另一端与第二芯片U2的第四引脚和第十二电容C12的一端相连接，第十二电容C12的另一端、第八电阻R8的一端、第二芯片U2的第三引脚、第十三电容C13的另一端共同与GND地端相连接；第八电阻R8的另一端与第二芯片U2的第一引脚和第二引脚相连接。

在本实用新型中，DC-DC恒流驱动模块采用集成LED控制芯片NCL30160实现。NCL30160是一款用于集成LED的开关稳压器，从而仅需很少的外围器件就实现为LED光源提供恒定电流，大大简化了电路结构同时缩减LED驱动电路的体积。NCL30160内部集成仅55毫欧(mΩ)的低导通阻抗内部MOSFET，最高1.4兆赫兹(MHz)的高开关频率使设计人员可采用更小的外部元件，帮助将电路板尺寸减至最小及成本降至最低。NCL30160支持输入电压范围为6.3V到40V，此控制芯片具有专用于PWM调光的输入引脚，可以实现宽范围的PWM调光。芯片具有电阻编程调整恒流大小的输入脚。具有短路保护，欠压保护和过热保护关机等保护功能。而且其外围电路及其简单，只需要少量的几颗零件就可以驱动LED光源，最大输出电流为1A。

图6是采用NCL30160芯片驱动LED光源的完整电路原理图。1，2脚CS是电流侦测反馈脚，通过连接一个电阻R8在CS脚和地之间来设置流过LED光源的电流大小。NCL30160是电流模式控制的，当内部FET导通时，电流从输入经过电感和LED光源和FET，然后到地。当FET关断时，电流连续的通过电感和LED和二极管。输出电流控制电路是通过CS比较器阈值的设置提供10％的纹波电流来实现的。峰值电流比较器阈值为220mV，设置为比均值电流高10％，而谷值电流比较器的阈值为180mV，设置为比均值低10％。当FET导通时，在电感中的电流按斜波上升。这个电流通过CS脚与地之间的外部电阻R8来侦测。当CS脚的电压达到220mV时，峰值电流比较器将关断功率FET。一个传统的滞后控制器继续监控负载电流，并且当负载电流降低直到CS电压达到180mV时，谷值比较器将FET开通。但是当FET关断时，电流信息无法获取，因此设置合适的FET关断时间，并且当FET在此导通时通过校正信号去调整关断时间是必要的。短路保护也是通过CS比较器来实现的，用于短路保护的CS比较器的阈值为500mV，即均值电流的2.5倍。当CS脚侦测到短路电流大于正常输出均值电流的2.5倍时，用于短路保护的CS比较器将关断FET。起到短路保护的功能。

NCL30160芯片的ROT脚是关断时间设置电阻连接引脚。外接电阻连接在ROT脚和VCC脚之间来设置滞后控制器的关断时间。而在后续开关周期中，当FET导通时CS脚侦测到的电压，而当FET关断时，依据CS电压变化的幅度调整器阈值。

NCL30160芯片的DIM/EN脚是PWM调光控制或使能引脚。连接一个逻辑高低电平的PWM信号到这个引脚来使能或关闭功率MOSFET和LED光源的电流。使输出电流在正常值及以下根据占空比变动。从而实现对LED亮度的调节。PWM的频率必须高于100Hz以上，否则LED光源会出现闪烁现象。但PWM频率也不易过高，过高会导致EMI严重。在一种优选的实施方式中，可以选择245Hz的PWM频率。

NCL30160芯片的LX脚是与内部功率MOSEFET的漏极相连的。外部的第三电感L3与LX脚相连。第三电感L3的值决定了工作过程中，输出电流斜坡上升和下降的斜率。而电感电流的斜坡决定了当FET导通时，电流从纹波的谷值到峰值需要多长的时间；以及当FET截止时，电流从纹波电流的峰值到谷值需要多长的时间。更高的电感值降低了输出电流上升和下降的斜率，这使得实际的输出电流的纹波和期望值之间的误差变小。但电感的选择应使输出峰值电流值不超过电流的饱和电流值。电感值变大，频率降低，而频率降低之后，MOSFET的开关损耗响应也会降低。所以电感值的选择需要综合考虑，成本，体积和损耗的需求。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，包括整流滤波模块、功率因数校正模块、NCL30051控制模块、谐振半桥模块、恒压恒流反馈模块、控制模块、接口模块和三路独立输出的DC-DC恒流驱动模块，其中，

所述整流滤波模块与交流市电输入相连接，用于将交流市电进行整流滤波后输出给所述功率因数校正模块；

所述功率因数校正模块与所述NCL30051控制模块和谐振半桥模块相连接，用于进行功率因数校正并输出直流高压信号至所述谐振半桥模块；

所述谐振半桥模块与所述NCL30051控制模块和恒压恒流反馈模块，用于通过LLC谐振输出恒定电压给三路DC-DC恒流驱动模块提供供电电压；

所述恒压恒流反馈模块用于监测所述谐振半桥模块输出信号的电压的变化和电流的变化并反馈至所述NCL30051控制模块；

所述NCL30051控制模块用于根据所述恒压恒流反馈模块的反馈信号和所述功率因数校正模块的输出信号调节所述功率因数校正模块和所述谐振半桥模块的工作使所述谐振半桥模块的输出信号维持恒定电压；

三路DC-DC恒流驱动模块均与所述谐振半桥模块的输出端相连接，分别输出恒流驱动R-LED串、G-LED串和B-LED串，所述DC-DC恒流驱动模块采用集成LED控制芯片NCL30160实现；所述R-LED串用于发出红光；所述G-LED串用于发出绿光；所述B-LED串用于发出蓝光；

所述控制模块输出三路PWM信号分别控制三路DC-DC恒流驱动模块使所述DC-DC恒流驱动模块调整输出恒流值；

所述接口模块与所述控制模块相连接，用于接入智能照明系统并接收外部控制指令，根据外部控制指令所述控制模块输出三路不同比例的PWM信号从而实现调光调色。

2.根据权利要求1所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述NCL30051控制模块包括NCL30051芯片、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第一二极管D1，其中，所述NCL30051芯片的VREF引脚与第一电容C1的一端相连接，所述NCL30051芯片的PCT引脚与第二电容C2的一端相连接，所述NCL30051芯片的OSC引脚与第三电容C3的一端相连接，所述NCL30051芯片的HVS引脚与第四电容C4的一端相连接，所述第四电容C4的另一端与所述NCL30051芯片的HBoost引脚和所述第一二极管D1的负端相连接，所述第一二极管D1的正端与所述NCL30051芯片的VCC引脚和所述第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端与功率因数校正模块的辅助供电端相连接；所述NCL30051芯片的PCS引脚、PDRV引脚、PZCD引脚、HV引脚、PFB引脚与所述功率因数校正模块相连接，所述第一电容C1的另一端、所述第二电容C2的另一端、所述第三电容C3的另一端、所述NCL30051芯片的GND引脚、PGND引脚与地端相连接；所述NCL30051芯片的PControl引脚与所述恒压恒流反馈模块的输出端相连接；所述NCL30051芯片的HDRVh引脚、HVS引脚、HDRVlo引脚与所述谐振半桥模块相连接。

3.根据权利要求2所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述功率因数校正模块包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一变压器T1、第一MOS管Q1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，所述第六电容C6并接在所述整流滤波模块的输出端，所述第六电容C6的一端与所述第一变压器T1的第一引脚、所述第一电阻R1的一端、所述第三二极管D3的正端相连接，所述第一电阻R1的另一端与所述NCL30051芯片的HV引脚相连接；所述第一变压器T1的第二引脚与所述第四二极管D4的正端、所述第一MOS管Q1的漏极相连接，所述第四二极管D4的负端与所述第三二极管D3的负端、所述第七电容C7的一端、所述第五电阻R5的一端相连接并作为PFC输出端与所述谐振半桥模块相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第六电阻R6的一端相连接并共同与所述NCL30051芯片的PFB引脚相连接；所述第一变压器T1的第四引脚与所述第二二极管D2的正端、所述第二电阻R2的一端相连接，所述第二电阻R2的另一端与所述NCL30051芯片的PZCD引脚相连接，所述第二二极管D2的负端作为辅助供电端；所述第一MOS管Q1的栅极与所述NCL30051芯片的PDRV引脚相连接；所述第一MOS管Q1的源极与所述第三电阻R3的一端、所述第四电阻R4的一端相连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第八电容C8的一端相连接共同与所述NCL30051芯片的PCS引脚相连接；所述第六电容C6的另一端、所述第四电阻R4的另一端、所述第六电阻R6的另一端、所述第七电容C7的另一端、所述第八电容C8的另一端以及所述第一变压器T1的第三引脚共同与地端相连接。

4.根据权利要求3所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述谐振半桥模块包括第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第七电阻R7、第一电感L1、第二电感L2和第二变压器T2，其中，所述第二MOS管Q2的栅极与所述NCL30051芯片的HDRVhi引脚相连接，所述第二MOS管Q2的漏极与所述第十电容C10的一端、第八二极管D8的负端相连接共同与所述功率因数校正模块的PFC输出端相连接，所述第十电容C10的另一端与所述第八二极管D8的正端、所述第一电感L1的一端所述第九电容C9的一端、所述第七二极管D7的负端相连接，所述第一电感L1的另一端与所述第二电感L2的一端、所述第二变压器T2的第一引脚相连接；所述第二MOS管Q2的源级与所述第三MOS管Q3的源级、所述第二电感L2的另一端、所述第二变压器T2的第二引脚相连接并共同与所述NCL30051芯片的HVS引脚相连接；所述第三MOS管Q3的栅极与所述NCL30051芯片的HDRVlo引脚相连接，所述第三MOS管Q3的漏极与所述第九电容C9的另一端、所述第七二极管D7的正端相连接并共同与地端相连接；所述第二变压器T2的第三引脚与所述第六二极管D6的正端相连接，所述第六二极管D6的负端与所述第五二极管D5的负端、所述第十一电容C11的一端相连接并作为输出正端与所述DC-DC恒流驱动模块相连接；所述第二变压器T2的第五引脚与所述第五二极管D5的正端相连接；所述第二变压器T2的第四引脚与所述第七电阻R7的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端作为输出地端与所述DC-DC恒流驱动模块相连接，所述第十一电容C11的另一端与输出地端相连接。

5.根据权利要求4所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述恒压恒流反馈模块包括恒压反馈控制环和恒流反馈控制环，所述恒压反馈控制环用于监测所述谐振半桥模块输出信号的电压的变化并将其反馈至所述NCL30051芯片的PControl引脚，所述恒流反馈控制环用于监测所述谐振半桥模块输出信号的电流的变化并将其反馈至所述NCL30051芯片的PControl引脚。

6.根据权利要求1所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述DC-DC恒流驱动模块包括第二芯片U2、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电容C12、第十三电容C13、第三电感L3和第一稳压管Z1，其中，所述第二芯片U2采用集成LED控制芯片NCL30160；所述第一稳压管Z1的负端与所述谐振半桥模块的输出正端相连接，所述第一稳压管Z1的正端与所述第三电感L3的一端和所述第二芯片U2的第八引脚相连接，所述第三电感L3的另一端与LED光源相连接；所述第二芯片U2的第七引脚与所述第十三电容C13的一端相连接；所述第二芯片U2的第六引脚与所述控制模块的PWM控制端相连接；所述第二芯片U2的第五引脚与所述第九电阻R9的一端相连接，所述第九电阻R9的另一端与所述第二芯片U2的第四引脚和所述第十二电容C12的一端相连接，所述第十二电容C12的另一端、所述第八电阻R8的一端、所述第二芯片U2的第三引脚、所述第十三电容C13的另一端共同与输出地端相连接；所述第八电阻R8的另一端与所述第二芯片U2的第一引脚和第二引脚相连接。

7.根据权利要求1所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述控制模块采用Microchip单片机PIC12F1572。

8.根据权利要求1所述的交流供电的可调光可调色RGB-LED灯，其特征在于，所述接口模块采用串口通讯方式。