CN218006560U - 一种基于mcu软件控制的宽范围恒功率控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，包括MCU主芯片、软开关控制模块、外部设备过温检测模块、内部温度检测模块、输出过压保护模块，其特征在于，还包括PWM输出模块、调光检测模块及输出欠压和短路保护模块，所述各模块均与MCU主芯片相连。上述技术方案通过一个MCU主芯片控制多重保护和检测电路模块，遵循了器件越少越可靠的设计原则提高了可靠性，同时增加了欠压保护和调光检测功能。

Description

一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路

技术领域

本实用新型涉及LED灯功率控制电路，尤其涉及一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路。

背景技术

现有的大功率LED驱动电路线路复杂，多使用运算放大器等组件，成本较高，且户外大功率LED灯受外部环境温度影响大，内部器件容易老化。目前在解决这一问题上相关技术大多在驱动电路外部连接温度检测、过压保护等电路，使整个电路结构相对复杂，且没有欠压保护和调光检测等功能。

中国专利文献CN200920118081.X公开了一种“大功率LED路灯稳压开关电源升压恒流多路驱动器”。包括电源输入端、与电源输入端相连的整流电路、与整流电路相连的开关变压器、以及与开关变压器相连的用于连接负载LED的输出端，还包括PFC电路、功率驱动电路、过温保护电路、过压保护电路、恒压控制电路、恒流输出电路和支路恒流单元。上述技术方案中过温保护电路、过压保护电路、恒压控制电路均设置在恒功率输出电路外部，没有欠压保护、调光检测的功能且使用多个运算放大器，电路结构复杂，成本较高。

发明内容

本实用新型主要解决原有的技术方案多功能电路设置在恒功率输出电路外部，使用复杂元器件如运算放大器等，没有欠压保护和调光检测功能的问题，提供一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，通过简单元件组合实现远算放大器功能，减少元器件应用，通过一个MCU主芯片控制多重保护和检测电路模块，遵循了器件越少越可靠的设计原则提高了可靠性，同时增加了欠压保护和调光检测功能。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括MCU主芯片、软开关控制模块、外部设备过温检测模块、内部温度检测模块、输出过压保护模块、PWM输出模块、调光检测模块及输出欠压和短路保护模块，所述各模块均与MCU主芯片相连。一个MCU主芯片实现控制多个功能，包括欠压保护、过压保护、调光检测、内外温度检测、软开关控制，通过对输入信号的运算得到对应PWM信号实现恒功率输出。

作为优选，所述MCU主芯片引脚13、引脚14和引脚1连接PWM输出模块，MCU主芯片引脚13连接电阻R178第一端、R182第一端，电阻R178第二端连接电阻R177第一端，电阻R177第二端连接电阻R141第一端，电阻R141第二端连接CVREF，电容C49第一端连接电阻R178第二端，电容C123第一端连接电阻R177第二端，电阻R182第二端、电容C49第二端和电容C123第二端均接地，所述MCU主芯片引脚14连接齐纳二极管ZD8负极、电阻R183第一端和电容C101第一端，电阻R183第二端接输入信号ISET，电容C101第二端接地，MCU主芯片引脚1连接电容C103第一端和电阻R181第一端，电阻R181第二端接DIM，电容C103第二端接地。MCU主芯片引脚14为主输入信号采样端，当信号输入时，对应的PWM输出，MCU主芯片13脚输出的PWM信号跟随14脚的输入信号变化而自动变化，并且还与MCU的1脚输入信号做比较，当1脚的电压低于设计值时，13脚信号的输出与14脚上信号无关，不再随14脚的变化而变化，只有1脚的输入信号高于设计值时，13脚的输出信号随14脚的变化而对应变化。

作为优选，所述MCU主芯片引脚17和引脚19连接输出欠压和短路保护模块 ，MCU主芯片引脚19连接电阻R206第一端、电阻R207第一端、电阻R68第一端、二极管D31正极，电阻R206第二端接第一电源，电阻R207第二端接地，电阻R68第二端接电阻R27第一端、电阻R205第一端、电阻R27第二端接第二电源、电阻R205第二端接二极管D31负极，MCU主芯片引脚17连接光耦OP4、电阻R140第一端，R140第二端接地。V+接在输出端，当输出端欠压或短路时，R206和R207的交节点电压由D31，R205，R27被输出端拉低，低于设定值时，MCU的17脚变为低电平，光耦OP4的二极管导通，光耦OP4的光电三极管将原边的两颗主IC的使能脚拉低，PFC电路和主谐振开关电源关闭达到保护的目的。

作为优选，所述MCU主芯片引脚1和引脚2连接调光检测模块，MCU主芯片引脚1连接电容C103第一端和电阻R181第一端，电阻R181第二端接DIM，MCU主芯片引脚2连接电阻R201第一端，电阻R201第二端连光耦OP1。MCU主芯片的1脚为最低调光检测脚，MCU得电后，1脚电压信号高于设定值时，2脚输出高电平，当1脚的信号低于一定的值时，2脚转为低电平，光耦OP1的二极管电流从2脚输入MCU导流到负，光耦OP2集成二极管导通，从而实现当低于某个最低调光点时，能关闭整个电源系统，使系统功耗处于待机模式时的最低待机功耗，从而满足能源要求。

作为优选，所述MCU主芯片引脚6和引脚11连接输出过压保护模块，MCU主芯片引脚6连接电容C80第一端、电阻R144第一端、电阻R143第一端，电阻R144第二端和电容C80第二端接地，电阻R143第二端接电阻R35第一端，电阻R35第二端接第三电源，MCU主芯片引脚11连接光耦OP3，MCU主芯片引脚11连接MCUOUTC。第11脚为输出过压保护，在MCU得电后，电源输出空载或正常带载时，第11脚为高电平，这第11脚状态转换受控于第6脚，输出V+接R35、R143、R144分压后接至第6脚，当6脚的电压信号高于设定值时，第11脚在1uS以内转换为低电平，光耦OP4的电流由集成二极管一路从MCU第11脚流入MCU到负，光耦OP4将原边谐振开关电路的控制脚电压拉低，停止原边电源工作，关闭输出。

作为优选，所述MCU主芯片引脚5和引脚15连接内部温度检测模块，MCU主芯片引脚5连接电阻R179第一端、R176第一端、温控电阻NTC2第一端，电阻R179第二端和温控电阻NTC2第二端均接地，电阻R176第二端接第四电源，MCU主芯片引脚15接TCSOUT。R176，R179和NTC2组成分压，当NTC2的阻值随温度升高而变小，当分压点电压低于设定值后，15脚输出MCU供电VDD的高电平，待5脚输入信号高于设定值时，15脚恢复0V低电平，输出电流正常工作。

作为优选，所述MCU主芯片引脚20和引脚15连接外部设备过温检测模块，MCU主芯片引脚20连接电阻R71第一端、温控电阻NTC1脚1、电阻R34第一端，电阻R71第二端和温控电阻NTC1脚2接地，电阻R34第二端接第五电源。R34，R71，NTC1组成分压输入第20脚，当NTC1的阻值随温度的上升而变小，当分压点电压信号低于设定值时，MCU第15脚输出VDD左右的高电平，降低输出电流，待20脚输入信号高于设定值时，15脚恢复0V低电平，输出电流正常工作。

作为优选，所述MCU主芯片引脚3和引脚10连接软开关控制模块，MCU主芯片引脚3连接电阻R180第一端、D35正极电阻R180第二端接第六电源，D35负极连接STBD和STBDOWM，MCU主芯片引脚10连接光耦OP2，MCU主芯片引脚10连接PVDDON/OFF。第10脚为软开关控制脚，该脚上电时和正常状态时为高电平，该脚的工作状态受控于第3脚，第3脚在整个系统正常工作状态时为高电平，低电平有效，当3脚接到关机信号时，被拉到低电平时，第10脚为低电平，光耦的电流通过第10脚从MCU流向负极，让光耦OP2导通工作,电路停止供给谐振开关控制电路的工作电压，电源停止工作，从而做到低功耗待机模式。

作为优选，所述MCU主芯片引脚9连接有电源输入模块，MCU主芯片引脚9连接电阻R220第一端、电阻R221第一端、电容C122第一端、电容C122正极和齐纳二极管ZD7负极，电阻R220第二端连接第七电源，电容C122第二端、电容C120负极和齐纳二极管ZD7正极均接地，电阻R221第二端连接电容C124第一端，电阻R221连接ICPRST，电容C124第二端接地。主芯片MCU引脚9为电源输入模块，+5V的电源通过此模块运算后得到MCU芯片所需电压，并输入到芯片内部。

作为优选，所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，所述MCU主芯片引脚4连接ICPRST，MCU主芯片引脚8连接ICPDA，MCU主芯片引脚18连接ICPCK，JP1设置在MCU主芯片外部，电源输入模块、ICPRST、ICPDA和ICPCK均连接在JP1上。ICPRST、ICPDA和ICPCK均为程序输入端，外部计算机通过这几个端口对MCU进行编程，控制MCU内部运算得到芯片所要求实现的功能。

本实用新型的有益效果是：通过简单元器件的组合实现恒功率控制电路，不需要多单元的模拟运算放大器组合，提高使用可靠性。将多重保护和检测功能高度集成在一个MCU芯片电路中，进一步减少检测电路的使用，遵守器件越少越可靠的设计原则。外部可编程拓展性强，通过MCU芯片控制功能实现，MCU的编程输入端口为其他功能的实现提供可能。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路模块框图。

图2是本实用新型的一种电路图。

图3是本实用新型MCU主芯片引脚6所连电路的一种电路图。

图4是本实用新型MCU主芯片引脚19所连电路的一种电路图。

图5是本实用新型MCU主芯片引脚20所连电路的一种电路图。

图6是本实用新型MCU主芯片引脚5所连电路的一种电路图。

图中1 MCU主芯片、2软开关控制模块、21 第六电源、3外部设备检测模块、31第五电源、4内部温度检测模块、41第四电源、5输出过压保护模块、51第三电源、6 PWM输出模块、7调光检测模块、8输出欠压和短路保护模块、81第一电源、82第二电源、9电源输入模块、91第七电源。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，如图1所示，包括MCU主芯片1、软开关控制模块2、外部设备过温检测模块3、内部温度检测模块4、输出过压保护模块5、PWM输出模块6、调光检测模块7及输出欠压和短路保护模块8、电源输入模块9，如图2所示包括第七电源91、第六电源21，如图3所示包括第三电源51，如图4所示包括第一电源81、第二电源82，如图5所示包括第五电源31，如图6所示包括第四电源41。如图2所示为MCU主芯片控制电路，实现PWM跟随输入信号变化而相应变换。17脚和19脚所连电路组成输出短路和欠压保护电路模块。17脚接光耦，这个脚为输出短路和欠压保护，MCU得电时，17脚同步为高电平，且优先保持500mS以上1S之间，这个脚的低电平有效，转换受控于19脚，当19脚的电位低于设定值3.28V时，17脚降为低电平，反应小于1uS，随12VVDD的上升到一定值时，它控制17脚的状态变化，R27，R68，R206，R207通过电阻分压组成最低维持电压，D31，R205组成反向隔离，V+接在输出端，当输出端欠压或短路时，R206和R207的交节点电压由D31，R205，R27被输出端拉低，低于设定值时，主芯片MCU的17脚变为低电平，光耦OP4的二极管导通，OP4的光电三极管将原边谐振开关电源关闭达到保护的目的。3脚和10脚连接的电路组成软开关控制模块，第10脚上电时和正常状态时为高电平，该脚的工作状态受控于第3脚，第3脚在整个系统正常工作状态时为高电平，低电平有效，当3脚接到关机信号时，被拉到低电平时，第10脚为低电平，光耦OP2的电流通过第10脚从MCU流向负极，让光耦OP2导通工作,使电路停止供给谐振开关控制电路的工作电压，电源停止工作，从而做到低功耗待机模式。6脚和11脚连接的电路组成输出过压保护模块，在MCU得电后，电源输出空载或正常带载时，第11脚为高电平，这第11脚状态转换受控于第6脚，由输出V+接R35，R143,R144进行分压后接至第6脚，当6脚的电压信号高于设定值时，第11脚在1uS以内转换为低电平，光耦OP4的电流由集成二极管从MCU第11脚流入MCU到负极，光耦OP4将外部原边谐振开关电路的控制脚电压拉低，停止原边电源工作关闭输出。1脚和2脚连接的电路构成调光检测模块，MCU的1脚为最低调光检测脚，MCU得电后，1脚电压信号高于设定值时，2脚输出高电平，当1脚的信号低于一定的值时，2脚转为低电平，光耦OP1的二极管电流从2脚输入MCU导流到负，光耦OP2通过集成二极管导通，从而实现当低于某个最低调光点时，能关闭整个电源系统处于待机模式时的最低待机功耗，从而满足能源要求。1脚在此电路中有两个检测功能，第一个功能为当低于某个设定值时，2脚变为低电平保证光耦OP1的电流到负极；第二个功能为当1脚的电位低于一个固定值时，终止13脚的变化，不受14脚的电位信号影响，当1脚的电位低于设定值时，13脚的输出信号不随14脚的信号变化而变化，即锁住14脚上一状态的信息，这需要既保证恒功率需要的基准电压，也要兼顾调光时的最低信号的关闭功能。1脚、13脚和14脚所连电路构成PWM输出模块，MCU第14脚ISET为主输入信号采样，当该信号输入时，对应的PWM输出，PWM输出精度误差小于5%。 输出PWM幅值5V，这个同时也受控于1脚输入的电压信号必须大于预定值，低于预定值，输出PWM保持为上一状态，PWM信号输出经过相应电路实现驱动器恒功率输出目的。当1脚输入电压信号低于预定值以下时，13脚输出保持当前14脚对应的正常状态，即14脚输入在某个电压信号时对应的PWM的占空比需保持，此时输出的PWM信号不随14脚ISET的信号变化，当1脚输入电压信号高于预设值时，13脚的输出变化随14脚的输入信息按数据表要求对应变化。5脚和15脚所连电路为内部温度检测模块，如图5所示R176，R179和NTC2组成分压，当NTC2的阻值随温度升高而变小，当分压点电压低于设定值后，15脚输出MCU供电VDD的高电平，影响输出电压输出电流控制电路的输出，使输出电流在正常范围内。20脚和15脚所连电路组成外部设备过温检测电路，如图4所示，R34，R71，NTC1组成分压输入第20脚，当NTC1的阻值随温度的上升而变小，当分压点电压信号低于设定值时，MCU第15脚输出VDD左右的高电平，进入输出电压输出电流控制电路，从而降低输出电流，待20脚输入信号高于设定值时，15脚恢复低电平，输出电流正常工作。

工作时，各模块工作状态如下。输出短路和欠压保护模块中，当MCU通电后，17脚同步为高电平，且优先保持500ms到1s之间，当19脚电位低于设定值3.28V时，17脚降为低电平为有效状态，反应时间小于1us，随12VVDD上升到设定值27V-54V之间，低于设定值时，17脚变为低电平，光耦OP4二极管导通。软开关控制模块中，10脚工作状态受控于3脚，3脚正常状态为高电平，当接到关机信号时，3脚变为低电平，10脚电平变为低电平，光耦OP2电流通过第10脚从MCU流向负极，使光耦OP2二极管导通工作，光耦OP2三极管工作使供给外部谐振开关控制电路的工作电压断开。输出过压保护模块中，MCU通电后，第11脚为高电平，状态受控于第6脚，电源V+通过电阻R35、R143和R144分压后电压为第6脚电压，当6脚的电压高于设定值时，11脚在1us内转换成低电平，光耦OP4二极管电流从MCU第11脚流入MCU到负，光耦OP4的三极管将外部谐振开关电路控制脚电压拉低，停止原边电源工作关闭输出。调光检测模块中，MCU通电后，1脚电压信号高于设定值，2脚输出高电平，1脚信号低于一定值时。2脚转为低电平，光耦二极管电流从2脚输入MCU到负，光耦OP2通过集成二极管的二极管导通，从而实现当低于某个最低调光点时，关闭整个系统使之处于待机模式时的低功耗。外部设备过温检测模块中，电压经电阻R34、R71和NTC1分压后输入20脚，当NTC1的阻值随温度上升而变小，分压电电压信号低于设定值时，MCU15脚输出VDD左右的高电平，当20脚输入信号电压高于设定值时，15脚恢复0V低电平，输出电流正常工作。内部温度检测模块中，电压经R176、R179和NTC2组成分压，当NTC2的阻值随温度升高而变小，分压点电压低于设定值后，15脚输出MCU供电VDD的高电平，降低输出电流，当5脚输入信号高于设定值时，15脚恢复0V低电平，输出电流正常。13脚输出PWM信号随14脚的输入信号变化而变化，且要与1脚进行比较，当1脚电压低于设定值时，13脚信号输出不随14脚信号变化，当1脚电压高于设定值时，13脚电压随14脚信号变化。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了过压、欠压、光耦、恒功率、PWM等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，包括MCU主芯片(1)、软开关控制模块(2)、外部设备过温检测模块(3)、内部温度检测模块(4)、输出过压保护模块(5)、PWM输出模块(6)、调光检测模块(7)及输出欠压和短路保护模块(8)，所述软开关控制模块(2)、外部设备过温检测模块(3)、内部温度检测模块(4)、输出过压保护模块(5)、PWM输出模块(6)、调光检测模块(7)及输出欠压和短路保护模块(8)均与MCU主芯片(1)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚13、引脚14和引脚1连接PWM输出模块(6)，MCU主芯片(1)引脚13连接电阻R178第一端、R182第一端，电阻R178第二端连接电阻R177第一端，电阻R177第二端连接电阻R141第一端，电阻R141第二端连接CVREF，电容C49第一端连接电阻R178第二端，电容C123第一端连接电阻R177第二端，电阻R182第二端、电容C49第二端和电容C123第二端均接地，所述MCU主芯片(1)引脚14连接齐纳二极管ZD8负极、电阻R183第一端和电容C101第一端，电阻R183第二端接输入信号ISET，电容C101第二端接地，所述MCU主芯片(1)引脚1连接电容C103第一端和电阻R181第一端，电阻R181第二端接DIM，电容C103第二端接地。

3.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚17和引脚19连接输出欠压和短路保护模块(8)，MCU主芯片(1)引脚19连接电阻R206第一端、电阻R207第一端、电阻R68第一端、二极管D31正极，电阻R206第二端接第一电源(81)，电阻R207第二端接地，电阻R68第二端接电阻R27第一端、电阻R205第一端、电阻R27第二端接第二电源(82)、电阻R205第二端接二极管D31负极，MCU主芯片(1)引脚17连接光耦OP4、电阻R140第一端，R140第二端接地。

4.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚1和引脚2连接调光检测模块(7)，MCU主芯片(1)引脚1连接电容C103第一端和电阻R181第一端，电阻R181第二端接DIM，MCU主芯片(1)引脚2连接电阻R201第一端，电阻R201第二端连接光耦OP1。

5.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚6和引脚11连接输出过压保护模块(5)，MCU主芯片(1)引脚6连接电容C80第一端、电阻R144第一端、电阻R143第一端，电阻R144第二端和电容C80第二端接地，电阻R143第二端接电阻R35第一端，电阻R35第二端接第三电源(51)，MCU主芯片(1)引脚11连接光耦OP3，MCU主芯片(1)引脚11连接MCUOUTC。

6.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚5和引脚15连接内部温度检测模块(4)，MCU主芯片(1)引脚5连接电阻R179第一端、R176第一端、温控电阻NTC2第一端，电阻R179第二端和温控电阻NTC2第二端均接地，电阻R176第二端接第四电源(42)，MCU主芯片(1)引脚15接TCSOUT。

7.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚20和引脚15连接外部设备过温检测模块(3)，MCU主芯片(1)引脚20连接电阻R71第一端、温控电阻NTC1脚1、电阻R34第一端，电阻R71第二端和温控电阻NTC1脚2接地，电阻R34第二端接第五电源(31)。

8.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚3和引脚10连接软开关控制模块(2)，MCU主芯片(1)引脚3连接电阻R180第一端、D35正极，电阻R180第二端接第六电源(22)，D35负极连接STBD和STBDOWM，MCU主芯片(1)引脚10连接光耦OP2，MCU主芯片(1)引脚10连接PVDDON/OFF。

9.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚9连接有电源输入模块(9)，MCU主芯片(1)引脚9连接电阻R220第一端、电阻R221第一端、电容C122第一端、电容C122正极和齐纳二极管ZD7负极，电阻R220第二端连接第七电源(91)，电容C122第二端、电容C120负极和齐纳二极管ZD7正极均接地，电阻R221第二端连接电容C124第一端，电阻R221连接ICPRST，电容C124第二端接地。

10.根据权利要求1所述的一种基于MCU软件控制的宽范围恒功率控制电路，其特征在于，所述MCU主芯片(1)引脚4连接ICPRST，MCU主芯片(1)引脚8连接ICPDA，MCU主芯片(1)引脚18连接ICPCK，JP1设置在MCU主芯片(1)外部，电源输入模块(9)、ICPRST、ICPDA和ICPCK均连接在JP1上。

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