CN217741948U - 一种led灯具和led亮度的调光驱动装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种LED灯具和LED亮度的调光驱动装置，该调光驱动装置包括调光控制单元、信号处理单元、功率控制单元、功率转换单元、负载、电流采样单元和半桥驱动单元。该调光驱动装置通过电流采样单元直接采样输出端电流信号并转换为电压信号，该电压信号通过调信号处理单元结合该电压信号及调光控制单元输出信号进行计算和校正，并将校正后的调光信号输出至功率控制单元，使整个该LED亮度的调光驱动装置形成电流闭环反馈网络，以达到电源产品接不同LED负载和在不同调光状态下输出电流和调光PWM信号线性度完美匹配的目的，再结合耦接半桥驱动单元实现功率控制单元和功率转换单元为实地结构，应用于电气产品可满足对地低电压的要求。

Description

一种LED灯具和LED亮度的调光驱动装置

技术领域

本申请属于LED驱动技术领域，尤其涉及一种LED灯具和LED亮度的调光驱动装置。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)具有体积小、节能以及使用寿命长等优点，因此发光二极管被广泛应用于日常照明中。随着科学的进步，进而发展成采用发光二极管的调光电路，实现依据实际使用环境和情况以调整LED的亮度。

为了方便地控制调节LED照明的亮度，常见的LED调光电路如图5所示，包括功率控制单元11、功率转换单元12、发光单元13、调光控制单元14、信号处理单元15，当调光控制单元14发出调光指令，调光信号处理单元15在接收调光指令后进行信号处理，并将处理的信号传送到功率控制单元11，通过调整功率转换单元11的PWM调光功能或改变功率转换单元11电流基准信号，从而改变功率转换单元12输出电流的大小，进而改变发光单元13的亮度。虽然图1所示调光电路具有调光功能、电路结构简单和成本较低的优点，但是具有以下缺点：

一是在不同的LED负载条件下，输出电流大小与调光PWM信号线性匹配度差，能覆盖的LED灯具应用范围小，产品重复利用率低，在多个产品同时使用时，肉眼可看出亮度有明显差异，体验较差；

二是图1所示调光电路的功率转换单元多为浮地结构降压电路，应用于一类电气设备产品上会导致对地工作电压较高，输出端和LED负载对地电气间隙和爬电距离要求较高，大大增加了产品和应用端的设计难度。

实用新型内容

本申请的一个实施例提供一种LED灯具和LED亮度的调光驱动装置，以解决现有LED照明的调光电路输出的电流电压与调光信号线性不匹配和功率转化浮地高压的问题。

第一方面，本申请的一个实施例提供一种LED亮度的调光驱动装置，包括调光控制单元、与所述调光控制单元连接的信号处理单元、与所述信号处理单元连接的功率控制单元、与所述功率控制单元连接的功率转换单元以及与所述功率转换单元连接的负载，所述功率转换单元包括数至少两个开关器件，该LED亮度的调光驱动装置包括电流采样单元和半桥驱动单元，所述电流采样单元分别与所述功率转换单元的输出端和所述负载连接，所述电流采样单元还与所述信号处理单元连接，所述半桥驱动单元的输入端与所述功率控制单元的输出端连接，所述半桥驱动单元的输出端与所述功率转换单元的输入端连接；

所述电流采样单元，用于采集所述负载的第一电流和所述功率转换单元输出的第二电流并将所述第一电流和所述第二电流传送至所述信号处理单元；

所述半桥驱动单元，用于通过其自举电容驱动所述功率转换单元的开关器件导通或截止。

可选的，该LED亮度的调光驱动装置包括用于将所述电流采样单元采集的电流信号放大的信号放大单元，所述信号放大单元的输入端与所述电流采样单元连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号处理单元的第一输入端连接。

可选的，所述信号放大单元包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端与所述电流采样单元的第一端连接，所述运算放大器的第二输入端与所述电流采样单元的第二端连接，所述运算放大器的输出端与所述信号处理单元的第一输入端连接。

可选的，所述电流采样单元包括电流采样电阻，所述采样电阻的第一端作为所述电流采样单元的第一端，所述采样电阻的第二端作为所述电流采样单元的第二端，所述采样电阻的第一端与所述功率转换单元的第二输出端连接，所述采样电阻的第二端与所述负载的第二连接端连接。

可选的，所述半桥驱动单元包括驱动器件和与所述驱动器件连接的自举电容，所述驱动器件包括信号接收端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述信号接收端与所述功率控制单元的输出端连接，所述第一输出端与所述功率转换单元中两个开关器件的中点电性端连接，所述第二输出端与所述功率转换单元中一个开关器件的控制端连接，所述第三输出端与所述功率转换单元中另一个开关器件的控制端连接，所述自举电容还与所述第一输出端连接。

可选的，所述负载为LED灯或数个发光二极管串联组成的发光组件。

第二方面，本申请的一个实施例提供一种LED灯具，包括上述所述的LED亮度的调光驱动装置。

本申请的一个实施例提供的LED灯具和LED亮度的调光驱动装置，该调光驱动装置包括调光控制单元、信号处理单元、功率控制单元、功率转换单元以及负载，功率转换单元包括数至少两个开关器件；该LED亮度的调光驱动装置包括电流采样单元和半桥驱动单元，电流采样单元分别与功率转换单元的输出端和负载连接，电流采样单元还与信号处理单元连接，半桥驱动单元的输入端与功率控制单元的输出端连接，半桥驱动单元的输出端与功率转换单元的输入端连接。该LED亮度的调光驱动装置通过电流采样单元直接采样输出端电流信号并转换为电压信号，该电压信号通过调信号处理单元结合该电压信号及调光控制单元输出信号进行计算和校正，并将校正后的调光信号输出至功率控制单元，使整个该LED亮度的调光驱动装置形成电流闭环反馈网络，以达到电源产品接不同LED负载和在不同调光状态下输出电流和调光PWM信号线性度完美匹配的目的，再结合耦接半桥驱动单元实现功率控制单元和功率转换单元为实地结构，应用于一类电气产品可满足对地低电压的要求，解决现有LED照明的调光电路输出的电流电压与调光信号线性不匹配和功率转化浮地高压的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的一个实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

为了更完整地理解本申请及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。

图1为本申请的一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置的电路框架图；

图2为本申请的另一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置的电路框架图；

图3为本申请的另一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置的电路示意图；

图4为本申请的另一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置功率转换单元输出电流在不同负载和不同调光状态输出电流与控制信号的关系图；

图5为现有LED灯具的调光电路的框架图。

具体实施方式

下面将结合本申请的一个实施例中的附图，对本申请的一个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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的一个实施例提供一种LED灯具和LED亮度的调光驱动装置，以解决现有LED照明的调光电路输出的电流电压与调光信号线性不匹配和功率转化浮地高压的问题。

实施例一：

本申请的一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置，示例性的，请参阅图1至图4，图1为本申请的一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置的电路框架图，图2为本申请的另一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置的电路框架图，图3为本申请的另一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置的电路示意图，图4为本申请的另一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置功率转换单元输出电流在不同负载和不同调光状态输出电流与控制信号的关系图。

如图1和图3所示，本申请实用新型提供一种LED亮度的调光驱动装置包括调光控制单元24、与调光控制单元24连接的信号处理单元25、与信号处理单元25连接的功率控制单元21、与功率控制单元21连接的功率转换单元22以及与功率转换单元22连接的负载23，功率转换单元22包括数至少两个开关器件；该LED亮度的调光驱动装置包括电流采样单元26和半桥驱动单元28，电流采样单元26分别与功率转换单元22的输出端和负载23连接，电流采样单元26还与信号处理单元25连接，半桥驱动单元28的输入端与功率控制单元21的输出端连接，半桥驱动单元28的输出端与功率转换单元22的输入端连接。

进一步说明的是，该LED亮度的调光驱动装置的功率转换单元22输入端耦接一电源DCs，功率转换单元22输出端耦接负载23，功率控制单元21通过半桥驱动单元28耦接功率转换单元22，调光控制单元24耦接信号处理单元25的输入端，信号处理单元25耦接于功率控制单元21和调光控制单元24之间。在本实施例中，负载23可以为LED灯，也可以为数个发光二极管串联组成的发光组件。

如图1和图3所示，在本实用新型中，调光控制单元24主要用于输出调光的PWM信号。在本实施例中，调光控制单元24可以通过微控制单元(如C51单片机)输出PWM信号给信号处理单元25。

如图1和图3所示，在本实用新型中，信号处理单元25主要将电流采样单元26提供的信号与调光控制单元24输出的信号进行运算、校正并输出第一信号至功率控制单元21中。其中，信号放大单元27采集电流采样单元26两端电压信号，通过信号放大单元27的运行放大器进行差分放大，运算放大器将差分放大后的电压输出到信号处理单元25中，即信号处理单元25输出电流大小与差分放大后的电压信号成线性关系，信号处理单元27通过读取运算放大器输出信号即可通过线性关系换算当前输出电流大小，再通过调光控制单元24输出的信号微调信号处理单元25的输出信号，以实现调整输出电流大小，使得输出电流与调光信号成一一对应关系。例：电流采样单元26中电阻值为0.5欧姆，输出电流100％状态为0.5A时，电阻两端电压为0.25V，设定差分放大倍数为16V，差分放大器输出电压即为16*0.25＝4V，如果调光控制单元24将电流调为50％的状态，理论上输出电流应为0.25A，但是由于功率控制单元21的功率控制芯片运算逻辑、元器件差异灯因素影响，输出电流会有偏差，如实际输出为0.23A，此时信号处理单元25通过读取运算放大器输出电压，将信号处理单元25输出信号占空比调大，使输出电流等于0.25A，以达到输出电流与调光信号成对应关系。

进一步说明的是，如图3所示，信号处理单元25包括信号处理芯片，信号处理芯片上设置有第一输入端251、第二输入端252和输出端253，信号处理芯片的第一输入端251耦接电流采样单元26的输出端273，信号处理芯片的第二输入端252耦接调光控制单元24的输出端241，信号处理芯片的输出端253耦接功率控制单元21的接收端214。信号处理单元25包括信号处理芯片、供电滤波贴片电容、复位用贴片电阻及复位用贴片电容；信号处理芯片可以为CS32F031型号的处理芯片。

如图1和图3所示，在本实用新型中，功率控制单元21包括用于控制输出功率大小的功率控制芯片。如图3所示，功率控制芯片上设置有接收端214和输出端211。其中，功率控制芯片可以选为OB3379型号的芯片。该功率控制单元21采用功率控制芯片读取信号放大单元27输出信号，通过功率控制芯片的ADC功能转换成实际输出电流的大小。

如图1和图3所示，在本实用新型中，功率转换单元22包括第一开关器件2211、第二开关器件2212、整流二极管2213、续流二极管2214、电流取样电阻2215、功率转换电感2216和电解电容2217。第一开关器件2211的栅极端作为该功率转换单元22信号的控制端221耦接半桥驱动单元28的第二输出端283，第二开关器件2212的栅极端作为该单功率转换单元22信号的控制端223耦接半桥驱动单元28的第三输出端284，功率转换单元22中两个开关器件的中点电性端222耦接半桥驱动单元28的第一输出端282，整流二极管2213正极耦接中点电性端222，整流二极管2213负极耦接功率转换电感2216的第一电性端和续流二极管2214的负极端，功率转换电感2216的第二电性端耦接电解电容2217的正极端，电解电容2217的负极端耦接电流采样电阻2215的正极端和续流二极管2214的正极端，电解电容2216的正极端作为该功率转换单元22的第一输出端224耦接发光单元正极端231，电解电容2216负极端作为该功率转换单元22的第二输出端225耦接电流采样单元的第一端262。

进一步说明的是，第一开关器件2211可以选为7N65型号的MOS管，第二开关器件2212可以选为2N65型号的MOS管，第一开关器件2211和第二开关器件2212均也可以为三极管、IGBT器件等开关管。整流二极管2213和续流二极管2214均可以选为ES3J型号的二极管，电流取样电阻2215可以选为1206型号的电阻，功率转换电感2216可以选为PQ2014型号的电感，电解电容2217可以选为33uF/250V的电容。

如图1和图3所示，在本实用新型中，电流采样单元26主要用于采集负载23的第一电流和功率转换单元22输出的第二电流并将7第一电流和第二电流传送至信号处理单元25。其中，电流采样单元26可以为0.5R/2512的电阻。

进一步说明的是，电流采样单元26还将输出电流大小转换为电压信号大小且电流和电压信号具有线性对应关系。如图3所示，该电流采样单元26包括电流采样电阻，采样电阻的第一端261作为电流采样单元26的第一端，采样电阻的第二端262作为电流采样单元26的第二端，采样电阻的第一端261与功率转换单元22的第二输出端连接，采样电阻的第二端262与负载23的第二连接端连接。采样电阻的第一端261耦接负载23的负极端232，采样电阻的第二端262耦接功率转换单元22的负极端225。在本实施例中，采样电阻为高精度、低温飘电阻，将输出电流信号转换为电压信号。信号处理单元25对采样电阻采集的电流信号进行读取再结合调光控制单元24输出的信号，对调光控制单元24输出调光的PWM信号进行校正，以达到负载23位不同LED负载和在不同调光状态下输出电流和调光PWM信号线性度完美匹配的目的。

如图1和图3所示，在本实用新型中，半桥驱动单元28主要用于通过其自举电容驱动功率转换单元22的开关器件导通或截止。在本实施例中，半桥驱动单元28包括驱动器件和与驱动器件连接的自举电容，驱动器件包括信号接收端281、第一输出端282、第二输出端283和第三输出端284，信号接收端281与功率控制单元21的输出端211连接，第一输出端282与功率转换单元22中两个开关器件的中点电性端222连接，第二输出端283与功率转换单元22中一个开关器件的控制端221连接，第三输出端284与功率转换单元22中另一个开关器件的控制端223连接，自举电容还与第一输出端282连接。其中，驱动器件优选为BP6914型号的驱动件，该驱动件通过对自举电容的充放电，实现对不共地的开关器件的状态控制。自举电容优先选为104/50V规格的电容。

进一步说明的是，半桥驱动单元28接收功率控制单元21的驱动信号，通过半桥驱动单元28内自举电容的充放电来驱动功率转换单元22上端的开关器件实现能量传递。在本实施例中，该LED亮度的调光驱动装置通过加入半桥驱动单元28将功率控制单元21放置在功率电感前端，使功率控制单元21和功率转换单元22均为实地结构，既解决了负载对地工作电压的问题，同时也能保证负载的可靠性和一致性，便于产品开发设计难度和应用。

本申请的一个实施例提供的LED亮度的调光驱动装置，包括调光控制单元、信号处理单元、功率控制单元、功率转换单元以及负载，功率转换单元包括数至少两个开关器件；该LED亮度的调光驱动装置包括电流采样单元和半桥驱动单元，电流采样单元分别与功率转换单元的输出端和负载连接，电流采样单元还与信号处理单元连接，半桥驱动单元的输入端与功率控制单元的输出端连接，半桥驱动单元的输出端与功率转换单元的输入端连接。该LED亮度的调光驱动装置通过电流采样单元直接采样输出端电流信号并转换为电压信号，该电压信号通过调信号处理单元结合该电压信号及调光控制单元输出信号进行计算和校正，并将校正后的调光信号输出至功率控制单元，使整个该LED亮度的调光驱动装置形成电流闭环反馈网络，以达到电源产品接不同LED负载和在不同调光状态下输出电流和调光PWM信号线性度完美匹配的目的，再结合耦接半桥驱动单元实现功率控制单元和功率转换单元为实地结构，应用于一类电气产品可满足对地低电压的要求，解决现有LED照明的调光电路输出的电流电压与调光信号线性不匹配和功率转化浮地高压的问题。

进一步说明的是，该LED亮度的调光驱动装置通过功率转换单元输出电流大小与PWM信号线性匹配度不受输入电压和输出电压大小影响，使得该LED亮度的调光驱动装置能覆盖更多不同LED灯具应用，大大提高产品的利用率；也采用功率控制单元和功率转换单元均为实地结构，既解决了产品对地工作电压的问题，同时也能保证产品的可靠性和一致性，便于产品开发设计难度和应用。

如图2和图3所示，在本申请实用新型的一实施例中，该LED亮度的调光驱动装置包括用于将电流采样单元26采集的电流信号放大的信号放大单元27，信号放大单元27的输入端与电流采样单元26连接，信号放大单元27的输出端与信号处理单元25的第一输入端连接。信号放大单元27包括运算放大器，运算放大器的第一输入端与电流采样单元26的第一端连接，运算放大器的第二输入端与电流采样单元26的第二端连接，运算放大器的输出端273与信号处理单元25的第一输入端连接。

进一步说明的是，信号放大单元27主要将电流采样单元26输出电压信号进行线性放大并输出，运算放大器上设置有第一输入端271、第二输入端272和输出端273，运算放大器的第一输入端271耦接电流采样单元26的第一端261，运算放大器的第二输入端272耦接电流采样单元的第二端262，运算放大器的输出端273耦接信号处理单元25的接收端251。其中，信号放大单元27包含运算放大器、八贴片电阻和三贴片电容，电流信号正端通过串联电阻后耦接运算放大器的正极端，电流信号的负端通过串联电阻后耦接运算放大器的负极端，运算放大器的输出端通过串联电阻后耦接信号处理单元25。运算放大器为高精度、低误差线性差分运算放大器，采用该运算放大器能够将低输出电流信号进行放大，增加采样精度，同时需要保证在全电流范围均工作在线性放大状态。

在本实施例中，信号处理单元25的第一输入端251接收信号放大单元27的输出信号，信号处理单元25的第二输入端252接收调光控制单元24输出信号，信号处理单元25的单片机对两路接收信号进行计算并对电流进行补偿，将补偿后的调光信号通过信号处理单元25的输出端253输出至功率控制单元21，从而保证在不同的负载和不同调光状态下输出电流与调光控制信号线性匹配。

在本实施例中，信号放大单元27接收电流采样单元26的输出信号后进行线性放大，该信号放大后输出至信号处理单元25再结合调光控制单元24控制信号进行计算和校正，并将校正后的调光信号输出至功率控制单元21使整个该LED亮度的调光驱动装置形成精准的电流闭环反馈网络，以达到电源产品接不同LED负载和在不同调光状态下输出电流和调光PWM信号线性度完美匹配的目的。

如图4所示，在本实施例中，通过该LED亮度的调光驱动装置可以看到输出电流在不同负载和不同调光状态下与控制线性成线性关系，并通过加入半桥驱动单元和更改功率转换单元电路架构，实测功率转换单元的正极输出端对大地电压与实际输出电压接近，只要将实际输出电压控制在某一电压下，功率转换单元正极对地电压则为一低电压，解决现有LED照明的调光电路输出的电流电压与调光信号线性不匹配和功率转化浮地高压的问题。

实施例二：

在本实用新型还提供一种LED灯具，包括上述LED亮度的调光驱动装置。

进一步说明的是，LED亮度的调光驱动装置的内容已在实施例一中详细阐述了，在实施例二中不再对LED亮度的调光驱动装置的内容进行阐述了。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

以上对本申请的一个实施例所提供的LED亮度的调光驱动装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种LED亮度的调光驱动装置，包括调光控制单元、与所述调光控制单元连接的信号处理单元、与所述信号处理单元连接的功率控制单元、与所述功率控制单元连接的功率转换单元以及与所述功率转换单元连接的负载，所述功率转换单元包括数至少两个开关器件，其特征在于，该LED亮度的调光驱动装置包括电流采样单元和半桥驱动单元，所述电流采样单元分别与所述功率转换单元的输出端和所述负载连接，所述电流采样单元还与所述信号处理单元连接，所述半桥驱动单元的输入端与所述功率控制单元的输出端连接，所述半桥驱动单元的输出端与所述功率转换单元的输入端连接；

所述电流采样单元，用于采集所述负载的第一电流和所述功率转换单元输出的第二电流并将所述第一电流和所述第二电流传送至所述信号处理单元；

所述半桥驱动单元，用于通过其自举电容驱动所述功率转换单元的开关器件导通或截止。

2.根据权利要求1所述的LED亮度的调光驱动装置，其特征在于，该LED亮度的调光驱动装置包括用于将所述电流采样单元采集的电流信号放大的信号放大单元，所述信号放大单元的输入端与所述电流采样单元连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号处理单元的第一输入端连接。

3.根据权利要求2所述的LED亮度的调光驱动装置，其特征在于，所述信号放大单元包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端与所述电流采样单元的第一端连接，所述运算放大器的第二输入端与所述电流采样单元的第二端连接，所述运算放大器的输出端与所述信号处理单元的第一输入端连接。

4.根据权利要求1所述的LED亮度的调光驱动装置，其特征在于，所述电流采样单元包括电流采样电阻，所述采样电阻的第一端作为所述电流采样单元的第一端，所述采样电阻的第二端作为所述电流采样单元的第二端，所述采样电阻的第一端与所述功率转换单元的第二输出端连接，所述采样电阻的第二端与所述负载的第二连接端连接。

5.根据权利要求1所述的LED亮度的调光驱动装置，其特征在于，所述半桥驱动单元包括驱动器件和与所述驱动器件连接的自举电容，所述驱动器件包括信号接收端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述信号接收端与所述功率控制单元的输出端连接，所述第一输出端与所述功率转换单元中两个开关器件的中点电性端连接，所述第二输出端与所述功率转换单元中一个开关器件的控制端连接，所述第三输出端与所述功率转换单元中另一个开关器件的控制端连接，所述自举电容还与所述第一输出端连接。

6.根据权利要求1所述的LED亮度的调光驱动装置，其特征在于，所述负载为LED灯或数个发光二极管串联组成的发光组件。

7.一种LED灯具，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的LED亮度的调光驱动装置。

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