CN103108472B

CN103108472B - 间歇工作调光led灯驱动电路

Info

Publication number: CN103108472B
Application number: CN201310051925.4A
Authority: CN
Inventors: 张颖; 张倩
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University
Priority date: 2013-02-17
Filing date: 2013-02-17
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2033-02-17
Also published as: CN103108472A

Abstract

本发明公开了一种间歇工作调光LED灯驱动电路，设于电子变压器以及LED灯之间，包括单片机、整流桥电路、boost升压电路、输入信号检测电路、电源电路、主电解电容电压检测电路和LED电压检测电路、buck降压驱动电路以及调光信号接收电路，其中，所述间歇工作调光LED灯驱动电路的前级采用固定占空比的boost升压电路，采用间歇工作方式稳定主电解电容电压，开启和关闭boost升压电路在输入电压的低频包络谷底进行。这样，电子变压器每次工作时都可以提供同样的电流给负载，即可以保证自身稳定正常的工作，又不会增加额外的电路损耗。同时，本电路只需要采用相对较大一些的电解电容而不需要增加额外的昂贵器件，几乎不需增加成本即可达到需要的目的。

Description

间歇工作调光LED灯驱动电路

技术领域

本发明涉及LED灯驱动电路，更具体地说，是涉及一种可兼容电子变压器的可调光的间歇工作模式的LED灯驱动电路。

背景技术

目前，很多LED灯都要求兼容传统的供电装置，例如传统的卤素灯通常采用电子变压器作为供电装置，而替换卤素灯的MR16型LED灯通常也被要求兼容卤素灯的电子变压器，由于MR16射灯的光束集中，很难被荧光灯所取代，所以采用LED光源的MR16灯有极为广泛的需求。但是，现有技术中LED灯和传统卤素灯的特征阻抗差异极大，用LED灯取代卤素灯的过程中会造成很多问题，尤其难以解决的问题是LED灯的消耗功率大大小于传统的卤素灯，而电子变压器要求有一定的负载电流才能维持正常的工作，而LED灯本身的消耗功率就远低于卤素灯，加之调光后消耗功率更低，这个特性很容易导致当把LED灯调光到亮度较小时，很多LED灯出现闪烁的问题。为了解决这个问题，有的方案是给现有的LED灯增加一个并联的阻性负载用以增大总体消耗电流，但这样做会浪费电能，使得换LED灯的节能优势失去意义。

发明内容

针对现有技术中存在的可调光LED灯连接电子变压器出现的工作不稳定尤其是闪烁的问题，本发明的目的是提供一种间歇工作调光LED灯驱动电路，能够使电子变压器输出电流保持一定数值从而稳定工作，而不增加额外的功率消耗电路导致降低效率。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种间歇工作调光LED灯驱动电路，设于电子变压器以及LED灯之间，包括：

单片机；

整流桥电路，与电子变压器的输出端相连，所述高速整流桥电路由第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管以及第四肖特基二极管组成；

boost升压电路，其输入端与所述整流桥电路的输出端相连，所述boost升压电路包括第二电感、第五肖特基二极管以及第一MOS场效应管；所述第一MOS场效应管与单片机相连；

输入信号检测电路，其输入端与所述整流桥电路的输出端相连，所述输入信号检测电路包括由第一电阻以及第一电容组成的低通滤波器，所述低通滤波器与单片机相连；

电源电路，其输入端与所述boost升压电路的输出端相连，由线性稳压电源以及第六电阻组成；

主电解电容电压检测电路和LED电压检测电路，其输入端与所述boost升压电路的输出端相连，包括主电解电容、用于单片机测量主电解电容电压的分压电路以及用于单片机测量主电解电容和LED的电压差的分压电路；所述用于单片机测量主电解电容电压的分压电路由第二电阻以及第三电阻组成；所述用于单片机测量主电解电容和LED的电压差的分压电路由第四电阻以及第五电阻组成；

buck降压驱动电路，其输入端与所述boost升压电路的输出端相连，所述buck降压驱动电路包括第三电感、第六肖特基二极管以及第二MOS场效应管，所述第二MOS场效应管与单片机相连；

调光信号接收电路，包括光电三极管，所述光电三极管与单片机的外部中断引脚相连；

其中，所述间歇工作调光LED灯驱动电路的前级采用固定占空比的boost升压电路，采用间歇工作方式稳定主电解电容电压，开启和关闭boost升压电路在单片机的输入电源电压的低频包络谷底进行。

所述低通滤波器的截止频率位于电子变压器输出的高频和低频信号成分之间，在保留低频同时滤除高频信号成分，低频信号的相位和频率不变。

所述低通滤波器的截止频率为800Hz。

所述单片机对低通滤波器输出的模拟信号进行AD转换以获取单片机的输入电源电压的低频信号相位和频率信息，用于确保boost升压电路的开通和关闭在低频信号的谷底进行。

所述boost升压电路的间歇工作占空比由主电解电压控制，在主电解电容电压达到设定上限时允许关闭boost升压电路，而在主电解电容电压达到设定下限时允许开通boost升压电路。

所述单片机在低端检测主电解电容电压，单片机在低端检测主电解电容电压与LED电压之差，单片机通过计算获得LED电压，所有电压检测均为低端检测。

所述间歇工作调光LED灯驱动电路的供电由线性稳压电源经过第六电阻的降压从主电解电容获得，开通时由启动电容给间歇工作调光LED灯驱动电路提供足够的开启电流。

所述间歇工作调光LED灯驱动电路还包括增强驱动电流电路，所述增强驱动电流电路位于所述boost升压电路与单片机之间或/和所述buck降压驱动电路与单片机之间；所述增强驱动电流电路由PNP型三极管和NPN型三极管组成。以buck降压驱动电路为例，buck降压驱动电路工作在电压模式，使用单片机CCP模块作为驱动控制，驱动信号经过由PNP型三极管和NPN型三极管组成的缓冲电路给第二MOS场效应管的栅极作为控制信号。

与现有技术相比，采用本发明的一种间歇工作调光LED灯驱动电路，电子变压器每次工作时都可以提供同样的电流给负载，即可以保证自身稳定正常的工作，又不会增加额外的电路损耗。同时，本电路只需要采用相对较大一些的电解电容而不需要增加额外的昂贵器件，几乎不需增加成本即可达到需要的目的。

附图说明

图1是本发明的一种间歇工作调光LED灯驱动电路的原理图；

图2是本发明的一种间歇工作调光LED灯驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1、图2所示，其中单片机U1为STC12C5208AD，线性稳压电源U2为78L05，第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2、第三肖特基二极管D3、第四肖特基二极管D4、第五肖特基二极管D5、第六肖特基二极管D6的型号为SS110，第一电感L1为2.2uH，第二电感L2为10uH，第三电感L3为47uH，第一电容C1为10nF，第二电容C2、第三电容C3、第五电容C5为1uF，主电解电容C4为220uF，第六电容C6为6.8uF，第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5为1kΩ，第二电阻R2为10kΩ，第四电阻R4为8.2kΩ，第六电阻R6为2kΩ，NPN型三极管Q2、Q5为NPN型晶体管2N5551，PNP型三极管Q3、Q6为PNP型晶体管BC817，第一MOS场效应管Q4、第二MOS场效应管Q7为场效应管FDC5661，光电三极管Q1为3DU5C，保险丝F1为2A。

在图2中，第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2、第三肖特基二极管D3、第四肖特基二极管D4组成高速整流桥，电子变压器的工作频率一般处于40kHZ到100kHZ之间，由肖特基二极管组成的整流桥具有很高的开关速度，性能足以配合电子变压器正常工作。第一电感L1和第一电容C1为EMI滤波元件，保险丝F1为保护元件。第一电阻R1和第一电容C1组成低通滤波电路，电路的截止频率设置在800HZ，这个特性可以保证滤除电子变压器的高频信号频率成分同时保留其低频信号频率成分。低频信号频率成分输入单片机进行AD转换作为时间信息。光电三极管Q1连接于单片机外部中断INT0引脚，可以使用中断方式给单片机发送调光信号。第二电感L2、第五肖特基二极管D5、第一MOS场效应管Q4组成boost电路，NPN型三极管Q2、PNP型三极管Q3为增强驱动电流电路，采用boost电路可以保证输入电流的连续性，从而使得电子变压器振荡回路维持一定的电流不会停振。本级电路的驱动来自于单片机的CCP模块，其占空比为固定的，这样每次工作周期可以向储能电容C4输出固定的能量。更重要的是，拥有固定的占空比的boost电路吸收稳定的电流，这个特性可以保证电子变压器的每低频工作周期输出电流保持一致大小，不会因为电流过小而停振。Boost模块的工作受主电解电容C4的电压大小控制，当C4电容电压下降到设定下限时，boost电路在电子变压器的下一个开通周期开始前开始工作。当主电解电容C4的电容电压上升到设定上限时，boost电路停止工作。这个boost电路工作在固定占空比，间歇工作模式，用以适应电子变压器工作。第三电感L3、第六肖特基二极管D6、第二MOS场效应管Q7组成buck降压电路给LED供电。NPN型三极管Q5、PNP型三极管Q6为增强驱动电流电路。采用buck电路可以降低流过LED的纹波电流。本级电路的驱动同样来自单片机的CCP模块，其工作方式为占空比可变的连续工作方式。本级buck电路工作的占空比由用户设定的调光程度、主电解电容C4的电压和LED电压共同决定。第二电阻R2和第三电阻R3组成分压电路用以给单片机测量主电解电容电压，第四R4和第五电阻R5组成分压电路给单片机测量主电解电容和LED的电压差，两个测量得到的电压之差为LED电压。第六电阻R6和线性稳压电源U2组成的降压稳压电路给整个工作电路提供稳定的电源供应。第六电容C6作用为启动时给单片机提供电流。

电路的总体运行原理电路为，上电时，电流通过第二电感L2和第五肖特基二极管D5给主电解电容C4充电。由于第六电容C6的存在，在主电解电容C4电压上升时，单片机可通过78L05获得足够的电压来启动程序。程序在单片机上电后开始工作，由于测量得到的主电解电容C4电压比较低，低于最低设定值25V，单片机将使第一MOS场效应管Q4工作。程序为了应对初始阶段，当主电解电容C4低于25V时，无论有无达到电子变压器输出电压谷底，均开启boost电路。Boost级向后输出能量大于buck电路即LED部分消耗的最大能量。Boost级在主电解电容C4电压超过45V时停止工作，直到主电解电容C4电压小于25V时再重新开通，开通时刻在输入电压的谷底进行，输入电压波形可通过低通滤波器电路的AD转换结果来获得，以此为依据来设定boost的开通时刻。当主电解电容C4电压超过25V时，buck电路开始工作。单片机将读取EEPROM来获取上次断电时灯的设定亮度和LED的电压值。Buck电路将根据上次设定的亮度值，和主电解电容C4电压以及LED的端电压综合设定相应的第二MOS场效应管Q7占空比。正常运行2秒后，通过单片机读取新的LED电压并定期更新，并以新的LED电压设定占空比。Buck电路一直连续工作。正常工作时，主电解电容C4电压在25V到45V之间，可以保证78L05的正常工作，第六电阻R6的存在可以保护78L05的安全。用户可通过光电三极管Q1接收光信号遥控更新灯的亮度值，也可实现待机。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims

1.一种间歇工作调光LED灯驱动电路，设于电子变压器以及LED灯之间，其特征在于，包括：

单片机；

整流桥电路，与电子变压器的输出端相连；

2.根据权利要求1所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

所述低通滤波器的截止频率为800Hz。

4.根据权利要求1所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

8.根据权利要求1至7中任一项所述的间歇工作调光LED灯驱动电路，其特征在于：

所述间歇工作调光LED灯驱动电路还包括增强驱动电流电路，所述增强驱动电流电路位于所述boost升压电路与单片机之间或/和所述buck降压驱动电路与单片机之间；所述增强驱动电流电路由PNP型三极管和NPN型三极管组成。