CN207475927U - 一种基于低功耗相位控制的led亮度调节电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，包括低功耗可控硅维持电流电路、隔离式相位检测传输电路和单片机相位采样及PWM驱动电路，低功耗可控硅维持电流电路包括整流桥U5、绝缘栅型晶体管Q8、NPN型三极管Q9和二极管D11；隔离式相位检测传输电路包括绝缘栅型晶体管Q7、稳压二极管ZD3和光电耦合器U6；单片机相位采样及PWM驱动电路包括单片机U7、三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15。本基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，保证了功耗低的同时电压波形不会发生畸变、精确的将交流斩波相位精确转换为方波信号，又达到了隔离的作用以及精确的算法实现了稳定线性的PWM驱动信号。

Description

一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路

技术领域

本实用新型涉及LED亮度调节电路技术领域，具体为一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路。

背景技术

目前为止，很多大芯片公司都推出了专门与现有可控硅调光相匹配兼容的芯片以及解决方案，但是，目前这些解决方案还是会存在些不足。同时，兼容可控硅调光的LED目前还是在市场推广中受限制，市场接受度还不是那么高，原因如下：可控硅技术发展至今，已经是一个具有半个多世纪的陈旧技术。它具有很多如前所述的缺点，是一种早该淘汰的技术。社会发展需要一种更加先进、更加智能化的产品来替换它。目前兼容可控硅调光的LED驱动IC，很多自称具有PFC，可以实现较高的功率因素，实际上它只改善了负载的功率因素，使整体电路看上去更加接近纯阻性，而实际上并没有改善包括可控硅在内的整个装置的功率因素。如上所述，为了保持可控硅的维持电流不足，很多兼容可控硅的LED调光装置都需要额外加上泄流电阻，从而增加损耗，使得LED调光装置的整体效率都十分低下，这就完全损坏了LED的高能效的初衷。目前可控硅调光LED装置市场发展参差不齐，真正完全匹配兼容所有可控硅调光器的LED驱动基本上没有，这无形中增加了很大的开发任务。此外，真正匹配所有可控硅调光器的LED驱动还有待长时间的可靠性验证。安装可控硅调光的白炽灯和卤素灯所占的比例不到万分之一，而在墙里安装可控硅开关的比例在可控硅调光的灯具里连万分之一都不到，因为绝大多数安装可控硅调光的都是台灯、床头灯、立灯。更何况市面上有几十种不同规格的可控硅和晶体管调光开关，实际上所开发的IC根本不可能兼容所有的可控硅开关，而只能兼容其中的一小部分。LED是一种全新的创世纪的技术，它有着无可比拟的优越性。面对日益成熟的可调光LED照明产品市场的需求，可控硅调光LED驱动的开发需要持之以恒的进行。由于可控硅调光器广泛使用于白炽灯等传统照明市场，简单容易被消费者所使用，符合人们的使用习惯。所以推广LED可控硅具有很好的市场前景。然而，在目前绝大多数LED调光的应用场合，可控硅调光在电路的功率因数、调光闪烁等调光性能和造价等方面还需进一步做出努力，以扩大可控硅调光在LED照明调光的应用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，保证了功耗低的同时电压波形不会发生畸变、精确的将交流斩波相位精确转换为方波信号，又达到了隔离的作用以及精确的算法实现了稳定线性的PWM驱动信号，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，包括低功耗可控硅维持电流电路、隔离式相位检测传输电路和单片机相位采样及PWM驱动电路；

所述低功耗可控硅维持电流电路包括整流桥U5、绝缘栅型晶体管Q8、NPN型三极管Q9和二极管D11，所述整流桥U5的引脚1连接交流电源AC1，整流桥U5的引脚2连接串联电阻R52接到交流电源AC2上；整流桥U5的引脚3连接于高压电HV，整流桥U5的引脚4连接于分压电阻R40的一端、NPN型三极管Q9的发射极以及串联采样电阻R36接到绝缘栅型晶体管Q8的源极，并接地；分压电阻R40的另一端串联分压电阻R41接到高压电HV，NPN型三极管Q9的基级连接于分压电阻R40和分压电阻R41的串联接口以及NPN型三极管Q9的基级串联滤波电容C34接到绝缘栅型晶体管Q8的源极，滤波电容C34的两端并联二极管D11；NPN型三极管Q9的集电极连接于驱动电阻R39的一端及绝缘栅型晶体管Q8的栅极，绝缘栅型晶体管Q8的漏极和驱动电阻R39的另一端均接到高压电HV上。

所述隔离式相位检测传输电路包括绝缘栅型晶体管Q7、稳压二极管ZD3和光电耦合器U6；所述绝缘栅型晶体管Q7的集电极连接于高压电HV，绝缘栅型晶体管Q7的源极串联驱动电阻R7连接于光电耦合器U6的正极输入端，绝缘栅型晶体管Q7的栅极连接驱动电阻R38的一端以及稳压二极管ZD3的阴极；驱动电阻R38的另一端接到高压电HV上，稳压二极管ZD3的阳极串联旁路电阻R9接到绝缘栅型晶体管Q7的源极以及光电耦合器U6的负极输入端，并接地；所述光电耦合器U6的集电极连接于分压电阻R43的一端以及输出脉冲宽度调制信号PWM，分压电阻R43的另一端输出正5V电压以及串联耦合电容C33接地；光电耦合器U6的集电极和发射极之间还并联分压电阻R42并接地；

所述单片机相位采样及PWM驱动电路包括单片机U7、三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15，所述单片机U7通过脉冲宽度调制输出电路PWM OUT与LED灯电连接，所述三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15通过电路相连，构成PWM驱动电路。

优选的，所述分压电阻R40的一侧还并联有延时电容C45。

优选的，所述整流桥U5的型号为MB6S。

优选的，所述光电耦合器U6的型号为EL817。

优选的，所述单片机U7的型号为STC15W4008AS。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，通过设置的低功耗可控硅维持电流电路，实现了电路整体的低功耗目的；而通过隔离式相位检测传输电路和单片机相位采样及PWM驱动电路，使单片机U7接收的脉冲宽度调制电路PWM为低电平，有效的避免了脉冲宽度调制输出电路PWM OUT抖动的情况；基于上述电路，使得本LED亮度调节电路，保证了功耗低的同时电压波形不会发生畸变、精确的将交流斩波相位精确转换为方波信号，又达到了隔离的作用以及精确的算法实现了稳定线性的PWM驱动信号。

附图说明

图1为本实用新型的低功耗可控硅维持电流电路如图；

图2为本实用新型的隔离式相位检测传输电路；

图3为本实用新型的单片机相位采样及PWM驱动电路；

图4为本实用新型的交流电压斩波的相位波形；

图5为本实用新型的对应交流斩波相位的直流方波；

图6为本实用新型对应交流斩波相位的幅度为5V的方波；

图7为本实用新型的占空比对应相位角度值的PWM方波。

图中：1低功耗可控硅维持电流电路、2隔离式相位检测传输电路、3单片机相位采样及PWM驱动电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-7，一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，包括低功耗可控硅维持电流电路1、隔离式相位检测传输电路2和单片机相位采样及PWM驱动电路3；低功耗可控硅维持电流电路1包括整流桥U5、绝缘栅型晶体管Q8、NPN型三极管Q9和二极管D11，整流桥U5的型号为MB6S，整流桥U5的引脚1连接交流电源AC1，整流桥U5的引脚2连接串联电阻R52接到交流电源AC2上；整流桥U5的引脚3连接于高压电HV，整流桥U5的引脚4连接于分压电阻R40的一端、NPN型三极管Q9的发射极以及串联采样电阻R36接到绝缘栅型晶体管Q8的源极，并接地，通过整流桥U5将输入的交流电源AC1和交流电源AC2转化为直流电输出；分压电阻R40的另一端串联分压电阻R41接到高压电HV，分压电阻R40的一侧还并联有延时电容C45，NPN型三极管Q9的基级连接于分压电阻R40和分压电阻R41的串联接口以及NPN型三极管Q9的基级串联滤波电容C34接到绝缘栅型晶体管Q8的源极，滤波电容C34的两端并联二极管D11，通过分压电阻R40和分压电阻R41将输入的直流电分压，当电压低于0.7V时，NPN型三极管Q9不导通，电压通过驱动电阻R39驱动绝缘栅型晶体管Q8导通；NPN型三极管Q9的集电极连接于驱动电阻R39的一端及绝缘栅型晶体管Q8的栅极，绝缘栅型晶体管Q8的漏极和驱动电阻R39的另一端均接到高压电HV上，当通过绝缘栅型晶体管Q8的电流经过采样电阻R36后产生的电压减去二极管D11的压降后大于0.7V时，NPN型三极管Q9导通。

隔离式相位检测传输电路2包括绝缘栅型晶体管Q7、稳压二极管ZD3和光电耦合器U6，且光电耦合器U6的型号为EL817；绝缘栅型晶体管Q7的集电极连接于高压电HV，绝缘栅型晶体管Q7的源极串联驱动电阻R7连接于光电耦合器U6的正极输入端，绝缘栅型晶体管Q7的栅极连接驱动电阻R38的一端以及稳压二极管ZD3的阴极；驱动电阻R38的另一端接到高压电HV上，稳压二极管ZD3的阳极串联旁路电阻R9接到绝缘栅型晶体管Q7的源极以及光电耦合器U6的负极输入端，并接地；光电耦合器U6的集电极连接于分压电阻R43的一端以及输出脉冲宽度调制信号PWM，分压电阻R43的另一端输出正5V电压以及串联耦合电容C33接地；光电耦合器U6的集电极和发射极之间还并联分压电阻R42并接地；

单片机相位采样及PWM驱动电路3包括单片机U7、三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15，且单片机U7的型号为STC15W4008AS，单片机U7通过脉冲宽度调制输出电路PWM OUT与LED灯电连接，三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15通过电路相连，构成PWM驱动电路。

低功耗可控硅维持电流电路1原理：

当整流桥整流输出之后的直流电压经过分压电阻R40、分压电阻R41分压之后得到的电压，低于0.7V时，NPN型三极管Q9不导通，那么整流之后的直流电压可以通过驱动电阻R39驱动绝缘栅型晶体管Q8导通，因而可以在可控硅相位较小的时候实现了维持电流不会断掉，如果通过绝缘栅型晶体管Q8的电流经过采样电阻R36后产生的电压减去二极管D11的压降后大于0.7V，那么NPN型三极管Q9导通，进而绝缘栅型晶体管Q8的基极被拉低，于是绝缘栅型晶体管Q8截止，因此整个过程流过绝缘栅型晶体管Q8的电流不会大于1.4除以采样电阻R36的值，当整流桥U5整流输出之后的直流电压经过分压电阻R40、分压电阻R41分压之后得到的电压大于0.7V的时候NPN型三极管Q9导通，进而绝缘栅型晶体管Q8的基极被拉低，于是绝缘栅型晶体管Q8截止，因此当不需要维持电流的时候，绝缘栅型晶体管Q8始终是截止的，实现了低功耗的目的。

隔离式相位检测传输电路2原理：

当输入市电被斩波的相位区域Q7处于截止状态，光电耦合器U6不工作，PWM电平为高电平，输入市电未被斩波的相位区域，由驱动电阻R38驱动绝缘栅型晶体管Q7导通，进而驱动光电耦合器U6，使光电耦合器U6的内部三极管导通，于是PWM被拉低为低电平。

单片机相位采样及PWM驱动电路3原理：

经由单片机采集隔离式相位检测传输电路2输入的PWM信号的占空比，采用加权平均滤波算法，算得到精确的PWM占空比数值，把新的占空比数值与上一次数值进行相减，绝对值大于5，则进行更新输出的PWM占空比，否则保持不变，有效的避免了输出PWM抖动的情况。

本基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，通过设置的低功耗可控硅维持电流电路1，实现了电路整体的低功耗目的；而通过隔离式相位检测传输电路2和单片机相位采样及PWM驱动电路3，使单片机U7接收的脉冲宽度调制电路PWM为低电平，有效的避免了脉冲宽度调制输出电路PWM OUT抖动的情况；基于上述电路，使得本LED亮度调节电路，保证了功耗低的同时电压波形不会发生畸变、精确的将交流斩波相位精确转换为方波信号，又达到了隔离的作用以及精确的算法实现了稳定线性的PWM驱动信号。

综上所述：本基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，过设置的低功耗可控硅维持电流电路1、隔离式相位检测传输电路2和单片机相位采样及PWM驱动电路3，实现了电路整体的低功耗目的，使单片机U7接收的脉冲宽度调制电路PWM为低电平，有效的避免了脉冲宽度调制输出电路PWM OUT抖动的情况。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，其特征在于：包括低功耗可控硅维持电流电路(1)、隔离式相位检测传输电路(2)和单片机相位采样及PWM驱动电路(3)；

所述低功耗可控硅维持电流电路(1)包括整流桥U5、绝缘栅型晶体管Q8、NPN型三极管Q9和二极管D11，所述整流桥U5的引脚1连接交流电源AC1，整流桥U5的引脚2连接串联电阻R52接到交流电源AC2上；整流桥U5的引脚3连接于高压电HV，整流桥U5的引脚4连接于分压电阻R40的一端、NPN型三极管Q9的发射极以及串联采样电阻R36接到绝缘栅型晶体管Q8的源极，并接地；分压电阻R40的另一端串联分压电阻R41接到高压电HV，NPN型三极管Q9的基级连接于分压电阻R40和分压电阻R41的串联接口以及NPN型三极管Q9的基级串联滤波电容C34接到绝缘栅型晶体管Q8的源极，滤波电容C34的两端并联二极管D11；NPN型三极管Q9的集电极连接于驱动电阻R39的一端及绝缘栅型晶体管Q8的栅极，绝缘栅型晶体管Q8的漏极和驱动电阻R39的另一端均接到高压电HV上;

所述隔离式相位检测传输电路(2)包括绝缘栅型晶体管Q7、稳压二极管ZD3和光电耦合器U6；所述绝缘栅型晶体管Q7的集电极连接于高压电HV，绝缘栅型晶体管Q7的源极串联驱动电阻R7连接于光电耦合器U6的正极输入端，绝缘栅型晶体管Q7的栅极连接驱动电阻R38的一端以及稳压二极管ZD3的阴极；驱动电阻R38的另一端接到高压电HV上，稳压二极管ZD3的阳极串联旁路电阻R9接到绝缘栅型晶体管Q7的源极以及光电耦合器U6的负极输入端，并接地；所述光电耦合器U6的集电极连接于分压电阻R43的一端以及输出脉冲宽度调制信号PWM，分压电阻R43的另一端输出正5V电压以及串联耦合电容C33接地；光电耦合器U6的集电极和发射极之间还并联分压电阻R42并接地；

所述单片机相位采样及PWM驱动电路(3)包括单片机U7、三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15，所述单片机U7通过脉冲宽度调制输出电路PWM OUT与LED灯电连接，所述三极管Q6、三极管Q10、三极管Q11、绝缘栅型晶体管Q12和绝缘栅型晶体管Q15通过电路相连，构成PWM驱动电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，其特征在于：所述分压电阻R40的一侧还并联有延时电容C45。

3.根据权利要求1所述的一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，其特征在于：所述整流桥U5的型号为MB6S。

4.根据权利要求1所述的一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，其特征在于：所述光电耦合器U6的型号为EL817。

5.根据权利要求1所述的一种基于低功耗相位控制的LED亮度调节电路，其特征在于：所述单片机U7的型号为STC15W4008AS。