CN201450636U - 可调光led恒流驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可调光恒流驱动电路，属于电流驱动电路技术领域，具体地说涉及可调光LED恒流驱动电路的改进，包括：防雷和电磁兼容电路(1)、功率因素校正电路(2)、若干恒流电源电路(3、4)、调光控制供电电路(6)、带串行接口的调光控制电路(5)，还包括告警检测电路(7)，所述告警检测电路(7)从恒流电源电路(3、4)提取告警信号，经识别处理后输出给调光控制电路(5)。采用本实用新型能抵御外部的电磁干扰，可以提供动态补偿，即使负载在动态变化时，也可以拥有更为出色的电能利用率，从而提升节电效果，可以进行照明设备的编程控制或网络监控，实现多种所需要的照明效果。

Description

可调光LED恒流驱动电路

所属技术领域

本实用新型涉及一种可调光恒流驱动电路，属于电流驱动电路技术领域，具体地说涉及可调光LED恒流驱动电路的改进。用于供电驱动和调节发光二极管(LED)所构成的负载。包括电磁兼容电路、功率因素校正电路、若干恒流电源电路、调光控制供电电路、调光控制电路。

背景技术

自从20世纪六十年代诞生第一个发光二极管以来，在相当长的一段时间内，由于输出流明的局限，LED只是应用在信号指示用途。至20世纪九十年代，蓝光LED由于较经济的实现方法而得以产品化。进入二十一世纪，大功率白光LED被研制成功并且迅速地产业化。此间，由于大型照明光源电气公司的介入，例如PHILIPS和OSRAM，高亮度白光LED的光效取得了突破性的改进，并且迅速地开始进入普通照明的应用领域。目前，高亮度白光LED的光效在良好的散热条件下，已经超越了荧光灯的光效。随着更多的技术与资本投入，高亮度LED的光效在不断的提高，而其成本则开始快速的下降，最终其性能价格比必将为普通消费者所接受。LED在照明领域中的应用极其广泛和多样，被认为是人造光源中的第三次革命，其带来的影响将是极为深远的。

据美国能源部(DOE)统计，美国22％的电能用于照明。DOE声称在今后20年中，LED照明将在美国得到快速普及，可以减少62％的照明电能需求。另外，它能消除2.58亿吨的二氧化硅排放量，少建133座新的电厂。采用LED照明能使财政节减1150多亿美元。

LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业应用得以快速发展，LED的驱动电源成了关注热点，理论上，LED的使用寿命在10万小时以上，但在实际应用过程中，由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使LED极易损坏。

LED亮度调整的方法，通常有直流驱动和脉冲宽调制驱动2种驱动方式。直流驱动就是直接改变电流值的驱动，脉冲宽调制驱动(PWM)是不改变电流值而用脉冲的通断时间之比(占空比)改变流动电流时间的驱动。

为实现自动调光的目的，人们常借助定时器或光敏传感器等实现自动控制，如专利权人周安平，2008年4月9日申请的名称为“可调光LED照明灯”(专利号：200820085623.3，公开(公告)日：2009年1月7日，公开号：CN201177243)的专利，该实用新型提供的可调光LED照明灯，以发光二极管[LED]、电源电路和发光二极管驱动电路构成，在驱动电路中有以定时器集成电路[NE]为核心的调光PWM控制电路[I]，调光PWM控制电路有PWM输出端[3]，另有驱动LED发光的带有电压输入端的恒流源芯片电路[II]，该电压输入端与调光PWM控制电路中的PWM输出端经一电阻[R3]连接。在恒流源芯片电路的电压输入端输入PWM可调节LED的亮暗。

类似上述现有技术还有很多，主要是实现有具体条件的电路通断、调光，无法满足根据环境变化、用户预定需求、集中同意控制等条件实现真正意义的照明智能化控制，调控单一、困难，如要改变控制条件或参数一般就要更换相应的硬件，而且未提供功率功率因素较正和电磁兼容电路，因此，产生的高次谐波对电网和其他电器会引起谐波污染和干扰，而自身抵御外部的电磁干扰能力也较差.

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中可调光LED驱动电路存在的自身调控封闭及对电网存在污染和自身抗电磁干扰性能差等问题，提供一种便于集群调控、少谐波污染、抗电磁干扰能力强的可调光LED恒流驱动电路。

为解决上述技术问题，本实用新型通过如下技术方案予以解决：一种可调光LED恒流驱动电路，包括电磁兼容电路1、功率因素校正电路2、若干恒流电源电路3、4、调光控制供电电路6、调光控制电路5，其中：防雷和电磁兼容电路1，输入端与市交流电连接；功率因素校正电路2，输入端与电磁兼容电路1输出端连接；若干恒流电源电路3、4，输入端与功率因素校正电路2输出端连接；调光控制供电电路6，输入端与功率因素校正电路2输出端连接；带串行接口的调光控制电路5，输入端与调光控制供电电路6输出端连接，输出端与若干恒流电源电路3、4连接。

还包括告警检测电路7，所述告警检测电路7从恒流电源电路3、4提取告警信号，经识别处理后输出给调光控制电路5。

所述告警信号为恒流电源电路3、4输出端的电压信号。

所述防雷和电磁兼容电路1为2级电磁兼容，交流市电经电感L5，L6、电容C63滤波、防雷压敏电阻R110浪涌防护后，由共模抑制变压器T2，T6以及安规电容C63，C18，C33，C42，C7，C4，C10组成2级电磁兼容，在2级变压器T2，T6输出端设置L3扼流圈，滤出干扰，再经全波整流BD1输出给PFC校正电路2。

所述功率因素校正电路2包括升压变压器T3、连接变压器T3原、次级两侧的功率因素校正芯片U4及其外围阻容元件、MOS开关管Q2、稳压二极管Z2，通过控制MOS开关管Q2合闭，阻止高次谐波输出。

所述恒流电源电路3、4采用单端反激方式，将经功率因素校正电路2输出的电源，输入本电路的变压器T4后输出给LED，在变压器T4原、次级两侧分别相互连接的内置MOS管恒流器U7及其外围阻容元件组成的恒流控制电路以及基准电压芯片U2、比较器U6、三机管Q4及外围阻容元件组成的比较电路，控制变压器T4次级输出可调的稳定电流。

所述调光控制供电电路6，将经功率因素校正电路2输出的电源，输入本电路的变压器T7后降压输出2组不同电压的电源，供调光控制电路5使用，其中1组电源在变压器T7原、次级两侧分别相互连接的内置MOS管恒流器U13、基准电压芯片U15、外围阻容元件、光耦U14，控制变压器T7次级输出的稳压电源。

所述带串行接口的调光控制电路5，包括：中央处理单元CPU器件U8及外围阻容元件、晶体X1组成内置程序控制中心；由与控制中心相连接的232串口接口芯片IC1及外围组成的串口接口电路，与控制中心相连接的RS485串口接口芯片U3及外围元件RS485串口接口电路，实现各个灯具的地址自动分配功能，接收控制信号或网络监控信号；与控制中心相连接的RS485接口芯片U12及外围元件、变压器T9组成的接口电路，用户通过这个接口设置灯具的地址，这个串口通过IC1转换为RS232电平，输出到外部接口，进行地址的设置，将调光指令转换为需要级别的PWM信号，输出给恒流源3，4，达到调光效果，其中设置光耦IC4，IC5进行信号隔离，以免电路被外部浪涌信号击穿.

所述告警监测电路7包括LED电路取样电路、从恒流源取样再经三极管Q1，Q3放大输出至非门U1，输出给调光控制电路5。

本实用新型可调光LED恒流驱动电路有如下有益效果：

1.由于采用开放的环境即带串行接口的调光控制电路，可以通过远程控制信号传输单元与照明控制中心通信，从而完成对每盏灯的有关控制(如开/关、调光控制)，并可以通过照明控制中心对每盏灯的工作状态进行有关监控，无需亲临现场便能掌控各种运行情况，即可实现适时监控、检测和执行开关调光等智能控制，又使营运成本大大降低；

2.由于采用功率因素校正电路(PFC电路)，给电源增加PFC电路，目的就是为了减少电源内产生的高次谐波对电网和其他电器设备的谐波污染和干扰，从而提高了对电能的利用率，可以提供动态补偿，即使负载在动态变化时，也可以拥有更为出色的电能利用率，从而提升节电效果。

3.由于采用电磁兼容(EMC)电路，可以抵御外部的电磁干扰，减少雷击对电路的损害。

附图说明

下面结合附图对采用本实用新型的一种LED恒流驱动电路，实施例进行详细说明。所述实施例是以非限定性示例的方式给出：

图1为本实用新型电路原理框图；

图2为本实用新型中EMC防护电路原理图；

图3为本实用新型中PFC校正电路原理图；

图4为本实用新型中恒流源电路原理图；

图5为本实用新型中调光控制供电电路原理图；

图6为本实用新型中告警监测电路原理图；

图7为本实用新型中调光控制电路原理图；

图8为本实用新型中另一种调光控制电路原理图。

具体实施方式

如图1是可调光的恒流源电路，包括EMC防护电路1，PFC校正电路2；恒流源电路3，4，调光控制电路5；调光控制供电电路6组成；所述EMC防护电路1的输入端接到外部AC220V输入，输出端连接到PFC校正电路2，所述的PFC校正电路2输出的400V恒压信号输出给恒流源电路3，4，和调光供电电路6，所述恒流源3，4输出端驱动外部灯具，所述调光控制电路5的输出端输出PWM信号驱动恒流源3，4，以达到调光目的。所述调光控制供电电路6输出恒定的电压信号提供调光控制5。所述告警监测电路7从恒流源3，4提取告警信号，并输出告警信号给调光控制电路5。

其中EMC和谐波指标由防雷及EMC电路模块实现；PF＞0.9指标由PFC功率校正电路实现；恒流功能由恒流电路模块实现；调光功能由调光控制板实现。视在功率指标由PFC功率校正电路和恒流电路共同实现。

所述的EMC防护电路1如图2所示，由共模抑制变压器T2，T6，以及X，Y电容C63，C18，C33，C42，C7，C4，C10组成，浪涌防护由压敏电阻R110，保险丝F3，电感L3，L5，L6组成，全波整流有BD1，TH1完成.

其原理是输入的交流信号通过浪涌防护电路R110，实现线上对浪涌信号的防护，然后信号经过EMC防护电路后，滤出干扰，已通过传导骚扰的测试，信号通过BD1进行整流后输出给PFC校正电路2。

所述PFC校正电路2如图3所示，由U4(芯片MC33262)，变压器T3和稳压二极管D3，D6，Z3等组成。

其原理是传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。电子电源产品中引入PFC电路，就可以大大提高对电能的利用效率。本电路采用有源的PFC芯片完成PF)0.96的功率因素指标。

PFC校正电路2的输出为400V的直流信号，直接输出给恒流源3，4，以及调光控制电路6。

恒流源3，4为同样的电路结构，以恒流源3为例，如图4，主要由U7(MOS管KE2A280Z)，光耦U5，U9(TLP181)，基准U2(TL431)，比较器U6(LM293)，三机管Q4(PMBT3906)，稳压管Z1，Z3，Z4，Z5，Z6(IN4752)，变压器T4组成。输出LED1节点连接到外部灯具，驱动LED。

其原理是采用的单端反激的方式，用基准U2(TL431)产生电压基准输出给比较器U6(LM293)，输出灯具的电流通过电阻R32后转换为电压信号后也出给比较器，比较器和基准电压进行比较，当输出电流超出设定值时，比较器输出反转，光耦U5(TLP181)导通，从而控制MOS管U7的开关，使输出能量降低，从而使输出电流维持稳定。三极管Q4(PMBT3906)接收调光控制电路5输出的PWM控制信号DIM，将此信号控制基准U2(TL431)的基准电压，此基准电压输出给比较器U6，从而可以实现可变的输出电流，达到调光的目的。

调光控制供电电路6，如图5，由U13(MOS管KE2A280Z)，光耦U14(TLP181)，变压器T7，基准U15(TL431)组成。输出7V，5V给到调光控制电路5。

其原理是将PFC校正电路2输出的400V DC信号转换为+7V，+5V，为DC-DC转换。

告警监测电路7如图6，由三极管Q1，Q3(PMBT3906)，非门U1(CD4096)组成。输入信号为恒流源3，4的输出，告警监测电路7输出给调光控制电路5。

其原理是由R23，R100监测电源输出电流，当无电压输出时，WAINNING1，2输出低电平，经过U1反相为高电平，作为告警信号送到调光控制电路5。当无电流输出时，CV1为低电平，经过Q1，Q3驱动为WAINNING3，4，经过U1反相为高电平，作为告警信号送到调光控制电路5。

调光控制电路5，如图7，由CPU器件U8(Atemga8L)，晶体X1(7.3728M)，光耦IC4，IC5(6N137)，光耦U3，U21(TLP181)，串口接口芯片IC1(MAX3232)，U12(65HVD3082)组成。

其原理是外部输入的调光信号通过RS485总线接入，经过U12转换为数字的数据信号，输入到CPU U8的串口，有CPU处理后，将调光指令转换为需要级别的PWM信号，输出给恒流源3，4，达到调光效果.CPU通过采集告警监测电路7输出的告警信号，将其通过串口，由U12传送给RS485总线，送到控制中心处理.CPU的另外一个功能是虚拟串口的功能，用户通过这个接口设置灯具的地址，这个串口通过IC1转换为RS232电平，输出到外部接口，进行地址的设置.光耦实现的功能是进行隔离，以免电路被外部浪涌信号击穿.

图8为调光控制电路5的替代电路，由CPU器件U8(Atemga8L)，晶体X1(7.3728M)，光耦IC1，IC2，IC4，IC5(6N137)，RS485电平转换接口芯片U3(ISL8488)，U12(65HVD3082)组成。

其原理是通过U3和U8实现各个灯具的地址自动分配功能，U3自动监测输入的信号方向，将收到信息反馈给CPU U8，CPU根据协议进行地址设置操作，设置操作完毕，CPU向下一个灯具发出地址设置命令，从而完成对整个系统灯具的地址自动设置。这一功能为独创功能。

当然，本实用新型不限于上述及附图示出的实施例，凡依本创造之精神所作的修改及等效变换，或在此基础上采用多种变形，都属于本实用新型保护范围内。

Claims (10)

1.一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于，包括电磁兼容电路(1)、功率因素校正电路(2)、若干恒流电源电路(3、4)、调光控制供电电路(6)、调光控制电路(5)，其中：

防雷和电磁兼容电路(1)，输入端与市交流电连接；

功率因素校正电路(2)，输入端与电磁兼容电路(1)输出端连接；

若干恒流电源电路(3、4)，输入端与功率因素校正电路(2)输出端连接；

调光控制供电电路(6)，输入端与功率因素校正电路(2)输出端连接；

带串行接口的调光控制电路(5)，输入端与调光控制供电电路(6)输出端连接，输出端与若干恒流电源电路(3、4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：还包括告警检测电路(7)，所述告警检测电路(7)从恒流电源电路(3、4)提取告警信号，经识别处理后输出给调光控制电路(5)。

3.根据权利要求2所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：所述告警信号为恒流电源电路(3、4)输出端的电压信号。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：所述防雷和电磁兼容电路(1)为2级电磁兼容，交流市电经电感L5，L6、电容C63滤波、防雷压敏电阻R110浪涌防护后，由共模抑制变压器T2，T6以及安规电容C63，C18，C33，C42，C7，C4，C10组成2级电磁兼容，在2级变压器T2，T6输出端设置L3扼流圈，滤出干扰，再经全波整流BD1输出给PFC校正电路(2)。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：所述功率因素校正电路(2)包括升压变压器T3、连接变压器T3原、次级两侧的功率因素校正芯片U4及其外围阻容元件、MOS开关管Q2、稳压二极管Z2，通过控制MOS开关管Q2合闭，阻止高次谐波输出。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：所述恒流电源电路(3、4)采用单端反激方式，将经功率因素校正电路(2)输出的电源，输入本电路的变压器T4后输出给LED，在变压器T4原、次级两侧分别相互连接的内置MOS管恒流器U7及其外围阻容元件组成的恒流控制电路以及基准电压芯片U2、比较器U6、三机管Q4及外围阻容元件组成的比较电路，控制变压器T4次级输出可调的稳定电流。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：所述调光控制供电电路(6)，将经功率因素校正电路(2)输出的电源，输入本电路的变压器T7后降压输出2组不同电压的电源，供调光控制电路(5)使用，其中1组电源在变压器T7原、次级两侧分别相互连接的内置MOS管恒流器U13、基准电压芯片U15、外围阻容元件、光耦U14，控制变压器T7次级输出的稳压电源。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于

所述带串行接口的调光控制电路(5)，包括：

中央处理单元CPU器件U8及外围阻容元件、晶体X1组成内置程序控制中心；

与控制中心相连接的232串口接口芯片IC1组成的串口接口电路，接收控制信号或网络监控信号；

与控制中心相连接的RS485串口接口芯片U12及外围元件、变压器T9组成的计算机串口接口电路RS485串口接口电路，用户通过这个接口设置灯具的地址，这个串口通过IC1转换为RS232电平，输出到外部接口，进行地址的设置，将调光指令转换为需要级别的PWM信号，输出给恒流源3，4，达到调光效果，其中设置光耦IC4，IC5进行信号隔离，以免电路被外部浪涌信号击穿.

9.根据权利要求1或2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于所述带串行接口的调光控制电路(5)，包括：

中央处理单元CPU器件U8及外围阻容元件、晶体X1组成内置控制程序控制中心；

与控制中心相连接的RS485串口接口芯片U12及外围元件、变压器T9组成的计算机串口接口电路RS485串口接口电路，用户通过这个接口设置灯具的地址，这个串口通过IC1转换为RS232电平，输出到外部接口，进行地址的设置，将调光指令转换为需要级别的PWM信号，输出给恒流源(3、4)，达到调光效果，其中设置光耦IC4，IC5进行信号隔离，以免电路被外部浪涌信号击穿

与控制中心相连接的RS485串口接口芯片U3及外围元件组成的计算机串口接口电路RS485串口接口电路，实现各个灯具的地址自动分配功能。

10.根据权利要求2或3所述的一种可调光LED恒流驱动电路，其特征在于：

所述告警监测电路(7)包括LED电路取样电路、从恒流源取样再经三极管Q1，Q3放大输出至非门U1，输出给调光控制电路(5)。

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