一种LED驱动电源装置的制作方法

一种led驱动电源装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种led驱动电源装置，属于驱动电源技术领域。


背景技术：

2.当前，led广泛应用于各个场景，常常需要根据实际情况调节亮度：led常用于城市道路照明，比传统的卤素灯更加节能、使用寿命也更长，可以实现在深夜时适当降低发光亮度，以节约电能；房屋装修也越来越流行智能家居系统，可调光的led氛围灯可以营造出不同的节日气氛；紫光led替代了传统的紫光汞灯，实现了去汞化也更加节能，可以用于消杀病菌、油墨光固化等领域，使用时，调整灯光亮度可以实现对消杀速度、油墨固化的速度与质量的控制。
3.led调光是通过调整流过led电流的大小实现的，如能实现在电源系统额定电流范围内根据需要选择不同的输出电流，在实际应用时可以很好的保护led负载，不会因电流过大而烧毁。实现led调光的方式有很多，如授权公告号为cn 212628512u的实用新型专利中，使用 pwm信号转dc电压信号的方式实现调光，通过控制pwm信号的占空比可以改变dc电压信号的大小，进而实现对led的调光；又如led电源领域的知名厂商明纬电源，其电源的调光信号由外部调光器发出，旋转调光器旋钮即可调节输出电流实现调光。现有方案存在如下问题：pwm转dc电路只能设置单一dc电压信号的范围，如硬件参数固定后，pwm信号0～100％占空比变化时只对应0-5vdc电压信号范围，而无法自由设定dc电压信号范围；使用外部调光器调光时，因调光器输出信号均为固定的幅值或大小，调节功率较低的led负载时容易烧毁灯珠。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的：提供一种可根据led负载情况选择不同输出电流范围，在该范围内调光保证负载不被损坏的led驱动电源装置。
5.技术方案：本实用新型提供的led驱动电源装置，用于为led负载供电；装置包括ac/dc 恒压源电路、dc/dc恒流源电路、调光电路和控制模块；
6.ac/dc恒压源电路的正向输出端和负向输出端分别对接dc/dc恒流源电路的正向输入端和负向输入端；控制模块的第一信号输出端至第六信号输出端分别一一对应连接调光电路的第一信号输入端至第六信号输入端，调光电路的信号输出端对接dc/dc恒流源电路的信号输入端；dc/dc恒流源电路的正向输出端和负向输出端分别对接led负载的正向输入端和负向输入端；
7.所述调光电路包括mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4、mos管q5、 mos管q6、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1、运算放大器u1； mos管q1的栅极、mos管q2的栅极、mos管q3的栅极、mos管q4的栅极、mos管 q5的栅极、mos管q6的栅极依次构成了调光电路的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端、第五信号输入端、第六信号输入端；
8.电阻r1的一端对接外部电源，电阻r1的另一端和电阻r2的一端、mos管q3的漏极、 mos管q6的漏极四者相连；电阻r2的另一端和电阻r3的一端、mos管q2的漏极、mos 管q5的漏极四者相连；电阻r3的另一端和电阻r4的一端、mos管q1的漏极、mos管 q4的漏极四者相连；电阻r4的另一端和mos管q3的源极、mos管q2的源极、mos管 q1的源极、电容c1的一端五者相连，连接点接地；mos管q6的源极、mos管q5的源极、 mos管q4的源极、电阻r5的一端四者相连；电阻r5的另一端和电容c1的另一端、信号放大器u1的正向输入端三者相连；信号放大器的负向输入端和信号放大器的输出端相连，连接点构成调光电路的信号输出端。
9.作为本实用新型的一种优选方案，所述ac/dc恒压源电路包括电源滤波器m1、二极管 d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电感l1、电容c2、电阻r6、控制器 y1、mos管q7、输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、供电模块；
10.电源滤波器m1的电压输入端对接外部供电电源，电源滤波器m1的正向输出端和二极管d1的正极、二极管d2的负极三者相连，电源滤波器m1的负向输出端和二极管d4的正极、二极管d3的负极三者相连；
11.二极管d1的负极、二极管d4的负极和电感l1的一端、输入电压采样电路的正向输入端四者相连；电感l1的另一端和二极管d5的正极、mos管q7的漏极三者相连；二极管 d5的负极和电容c2的一端、电阻r6的一端、输出电压采样电路的正向输入端四者相连，连接点构成ac/dc恒压源电路的正向输出端；
12.二极管d2的正极和二极管d3的正极、输入电压采样电路的负向输入端、mos管q7 的源极、电容c2的另一端、电阻r6的另一端、输出电流采样电路的电流输入端、输出电压采样电路的负向输入端八者相连；连接点构成ac/dc恒压源电路的负向输出端；输入电压采样电路的电压输出端和输出电压采样电路的电压输出端分别对接控制器y1的第一电压输入端和第二电压输入端；输出电流采样电路的电流输出端对接控制器y1的电流输入端；控制器y1的信号输出端对接mos管q7的栅极；控制器y1的供电端对接供电模块的输出端。
13.作为本实用新型的一种优选方案，所述dc/dc恒流源电路包括mos管q8、mos管q9、电感l2、电容c3、电阻r7、控制器p1；
14.mos管q8的漏极构成dc/dc恒流源电路的正向输入端；mos管q8的源极和mos管 q9的漏极、电感l2的一端三者相连；电感l2的另一端和电容c3的一端相连，连接点构成 dc/dc恒流源电路的正向输出端；
15.mos管q9的源极和电容c3的另一端、电阻r7的一端三者相连，连接点构成dc/dc 恒流源电路的负向输入端，且连接点接地；电阻r7的另一端和控制器p1的第一输入端相连，连接点构成dc/dc恒流源电路的负向输出端；控制器p1的第二输入端构成dc/dc恒流源电路的信号输入端；控制器p1的第一输出端和第二输入端分别对接mos管q8的栅极和mos 管q9的栅极。
16.作为本实用新型的一种优选方案，dc/dc恒流源电路的负向输出端和控制模块的电流信号输入端相连。
17.作为本实用新型的一种优选方案，装置还包括显示屏与按键模块；显示屏与按键模块的控制信号输出端对接控制模块的控制信号输入端，控制模块的采样信号输出端对接显示屏与按键模块的信号输入端；
18.所述控制模块包括mcu模块、采样电路，显示屏与按键模块包括显示电路、按键电
路；
19.mcu模块的第一信号输出端至第六信号输出端依次构成控制模块的第一信号输出端至第六信号输出端；采样电路的电流输入端构成控制模块的电流信号输入端，采样电路的电流输出端对接mcu模块的电流信号输入端；
20.按键电路的控制信号输出端构成显示屏与按键模块的控制信号输出端，mcu模块的控制信号输入端构成控制模块的控制信号输入端；mcu模块的采样信号输出端构成控制模块的采样信号输出端，显示电路的信号输入端构成显示屏与按键模块的信号输入端。
21.作为本实用新型的一种优选方案，所述控制器y1的型号为ucc28180。
22.作为本实用新型的一种优选方案，所述控制器p1为pi控制器。
23.有益效果：相对于现有技术，本实用新型提供的方案，可根据led负载情况选择不同的输出电流范围，限制了led电源系统输出电流的最大值，在该范围内调光保证了负载不被损坏。
附图说明
24.图1是根据本实用新型实施例提供的驱动电源装置结构示意图；
25.图2是根据本实用新型实施例提供的调光电路的电路示意图；
26.图3是根据本实用新型实施例提供的ac/dc恒压源电路示意图；
27.图4是根据本实用新型实施例提供的dc/dc恒流源电路示意图；
28.图5是根据本实用新型实施例提供的控制模块、显示屏与按键模块的连接示意图；
29.图6是根据本实用新型实施例提供的声光报警电路示意图；
30.图7是根据本实用新型实施例提供的显示屏与按键模块示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
32.参照图1，本实用新型提供的led驱动电源装置，包括ac/dc恒压源电路、dc/dc恒流源电路、调光电路、控制模块、显示屏与按键模块；
33.ac/dc恒压源电路的正向输出端和负向输出端分别对接dc/dc恒流源电路的正向输入端和负向输入端；控制模块的第一信号输出端至第六信号输出端分别一一对应连接调光电路的第一信号输入端至第六信号输入端，调光电路的信号输出端对接dc/dc恒流源电路的信号输入端；dc/dc恒流源电路的正向输出端和负向输出端分别对接led负载的正向输入端和负向输入端；
34.参照图2，调光电路包括mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4、mos管 q5、mos管q6、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1、运算放大器 u1；mos管q1的栅极、mos管q2的栅极、mos管q3的栅极、mos管q4的栅极、mos 管q5的栅极、mos管q6的栅极依次构成了调光电路的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端、第五信号输入端、第六信号输入端；
35.电阻r1的一端对接外部电源，电阻r1的另一端和电阻r2的一端、mos管q3的漏极、 mos管q6的漏极四者相连；电阻r2的另一端和电阻r3的一端、mos管q2的漏极、mos 管q5的漏
极四者相连；电阻r3的另一端和电阻r4的一端、mos管q1的漏极、mos管 q4的漏极四者相连；电阻r4的另一端和mos管q3的源极、mos管q2的源极、mos管 q1的源极、电容c1的一端五者相连，连接点接地；mos管q6的源极、mos管q5的源极、 mos管q4的源极、电阻r5的一端四者相连；电阻r5的另一端和电容c1的另一端、信号放大器u1的正向输入端三者相连；信号放大器的负向输入端和信号放大器的输出端相连，连接点构成调光电路的信号输出端。
36.参照图3，ac/dc恒压源电路包括电源滤波器m1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电感l1、电容c2、电阻r6、控制器y1、mos管q7、输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、供电模块；控制器y1的型号为ucc28180。
37.ac/dc恒压源电路外接的外部供电电源所供电压为220v交流电，ac/dc恒压源电路将外部电源所供的交流电转化为直流电压，具体的，通过ucc28180芯片进行控制，进而输出一个稳定的直流电压，作为dc/dc恒流源电路的输入。
38.电源滤波器m1的电压输入端对接外部供电电源，电源滤波器m1的正向输出端和二极管d1的正极、二极管d2的负极三者相连，电源滤波器m1的负向输出端和二极管d4的正极、二极管d3的负极三者相连。
39.二极管d1的负极、二极管d4的负极和电感l1的一端、输入电压采样电路的正向输入端四者相连；电感l1的另一端和二极管d5的正极、mos管q7的漏极三者相连；二极管 d5的负极和电容c2的一端、电阻r6的一端、输出电压采样电路的正向输入端四者相连，连接点构成ac/dc恒压源电路的正向输出端；
40.二极管d2的正极和二极管d3的正极、输入电压采样电路的负向输入端、mos管q7 的源极、电容c2的另一端、电阻r6的另一端、输出电流采样电路的电流输入端、输出电压采样电路的负向输入端八者相连；连接点构成ac/dc恒压源电路的负向输出端；输入电压采样电路的电压输出端和输出电压采样电路的电压输出端分别对接控制器y1的第一电压输入端和第二电压输入端；输出电流采样电路的电流输出端对接控制器y1的电流输入端；控制器y1的信号输出端对接mos管q7的栅极；控制器y1的供电端对接供电模块的输出端。
41.参照图4，dc/dc恒流源电路包括mos管q8、mos管q9、电感l2、电容c3、电阻 r7、控制器p1；控制器p1为pi控制器。mos管q8的漏极构成dc/dc恒流源电路的正向输入端；mos管q8的源极和mos管q9的漏极、电感l2的一端三者相连；电感l2的另一端和电容c3的一端相连，连接点构成dc/dc恒流源电路的正向输出端；
42.mos管q9的源极和电容c3的另一端、电阻r7的一端三者相连，连接点构成dc/dc 恒流源电路的负向输入端，且连接点接地；电阻r7的另一端和控制器p1的第一输入端相连，连接点构成dc/dc恒流源电路的负向输出端，且dc/dc恒流源电路的负向输出端和控制模块的电流信号输入端相连。控制器p1的第二输入端构成dc/dc恒流源电路的信号输入端；控制器p1的第一输出端和第二输入端分别对接mos管q8的栅极和mos管q9的栅极。
43.根据led恒流工作特性，为保证led的发光效果，dc/dc恒流源电路需要有可靠的电流输出功能。考虑到降低输入电压与输出电流的纹波，这里采用传统的buck电路拓扑，并且pi控制器上留有功能接口，可以接受调光电路发出的调光信号，实现led调光。
44.参照图1和图5，显示屏与按键模块的控制信号输出端对接控制模块的控制信号输入端，控制模块的采样信号输出端对接显示屏与按键模块的信号输入端；
45.所述控制模块包括mcu模块、采样电路，显示屏与按键模块包括显示电路、按键电
路；
46.mcu模块的第一信号输出端至第六信号输出端依次构成控制模块的第一信号输出端至第六信号输出端；采样电路的电流输入端构成控制模块的电流信号输入端，采样电路的电流输出端对接mcu模块的电流信号输入端；
47.按键电路的控制信号输出端构成显示屏与按键模块的控制信号输出端，mcu模块的控制信号输入端构成控制模块的控制信号输入端；mcu模块的采样信号输出端构成控制模块的采样信号输出端，显示电路的信号输入端构成显示屏与按键模块的信号输入端。
48.参照图6，装置还包括红灯、绿灯、电阻r8、电阻r9、电阻r10、蜂鸣器w1，其中红灯的一端、绿灯的一端和电阻r10的一端分别对接muc模块的三个电流输出端，红灯的另一端和电阻r8的一端相连，绿灯的另一端和电阻r9的一端相连，电阻r8的另一端和电阻 r9的另一端相连，连接点对接外部电源，该连接点还对接蜂鸣器的一个输入端；电阻r10 的另一端对接三极管的基极，三极管的集电极对接蜂鸣器的另一个输入端，三极管的发射极接地。
49.参照图7，显示屏与按键模块的控制面板上包括显示屏、10个数字按键、4个功能键，以及两个指示灯和一个蜂鸣器。
50.装置电路工作原理：控制模块是基于mcu模块的控制电路，通过显示屏与按键模块中的按键设置调光范围和led亮度，经过按键电路传送至mcu模块后，mcu模块向调光电路发出pwm信号i(i＝1、2、3)、n(n＝4、5、6)。通过采样电路和显示电路，将实时采样的输出值传送至显示屏，当输出电流超出调光范围对应的最大电流值时，就会由报警电路进行声光报警。
51.调光电路的各个pwm信号i(i＝1、2、3)和各个pwm信号n(n＝4、5、6)由mcu 模块发出，pwm信号i(i＝1、2、3)、n(n＝4、5、6)分别控制第i个mos管qi(i＝1、2、 3)、第n个mos管qn(n＝4、5、6)。其中，qi(i＝1、2、3)用于调光，通过调节pwm 信号i(i＝1、2、3)的占空比实现；qn(n＝4、5、6)用于设置调光的范围，即设置电源系统的最大输出电流，在工作时只能有一个qn(n＝4、5、6)导通，即pwm信号n(n＝4、5、 6)中只有一个信号为高电平。r5、c1为低通滤波电路，可以实现pwm信号转换为dc信号。
52.显示屏与按键模块通过显示电路与按键电路和mcu模块连接，可以显示实时的采样电压、电流值，当led电流超出调光范围时，出现报警后在屏幕上显示“警告”字样；按键由10个数字键和4个功能键组成，可以设置输出电流的范围。
53.系统运行前，先将市电220v接至ac/dc恒压源输入端子，ac/dc恒压源的输出做为 dc/dc恒流源的输入，dc/dc恒流源的输出端即电源系统的输出端，dc/dc恒流源与led 灯的灯珠接好。市电供电后，按显示屏与按键模块上的“电源”按钮后对电源系统开始供电，此时屏幕亮起，“显示屏与按键模块”的绿灯也亮起表示正常，即声光报警电路中只有“绿灯”的电路导通，显示屏显示“亮度0.0％”、“调光范围：0-a”、“电流：0.0a”、“电压：0.0v”、“状态：待机”,mcu模块不发出pwm信号，led负载不亮。点击按键“调光范围”，通过数字键输入调光范围，即电源系统输出电流的上限值，点击“确认”后，发送到mcu模块，由mcu模块向调光模块发出pwm信号n(n＝4、5、6)，其中只有一个信号为高电平，即qn(n＝4、5、6)只有一个开关导通。上一步中，点击“确认”之后屏幕自动返回待机界面，其中“调光范围：0-a”将显示设定好的调光范围。直接点击数字键盘上的数字开始设置亮度百分比，点击确认后，屏幕显示实时的输出电流、电压值，状态为“运行”，电源系统的dc/dc恒流源向led负载供电，led亮起。
图5是调光电路，可设置不同的调光范围，当上述步骤中进行“调光范围”设置后，qn(n＝4、5、6)中只有一个导通，即此时pwm信号n(n＝4、5、6)中只有一个是高电平；pwm信号n(n＝4、5、6)与pwm 信号i(i＝1、2、3)分别对应，即当pwm信号4为高电平时，pwm信号1用来调节led 负载的亮度，且在未更改“调光范围”设定值之前，pwm信号n(n＝4、5、6)不变；当设置好“调光范围”后，设置不同的“亮度”百分比，调整pwm信号i(i＝1、2、3)的占空比；在qi(i＝1、2、3)开、关动作时，r5的左端输入一个方波信号，方波的占空比与pwm 信号i(i＝1、2、3)互补，经rc低通滤波器与电压跟随器后输出至dc/dc恒流源，其中电压跟随器起隔离前后电路的作用。
54.运行过程中，与mcu模块相连的采样电路定时采样，mcu模块将采样值进行ad转换后送至显示屏，进而在显示屏上刷新显示电压、电流数据。当输出电流超过“调光范围”电流上限时，mcu模块通过报警电路进行提示，此时只有“红灯”、“蜂鸣器”电路导通即此时“显示屏和按键”模块上的红灯亮起且蜂鸣器发出报警声音表示出现故障，输出电流、电压均为0，显示屏上为“亮度0.0％”、“电流0.0a”、“电压：0.0v”、“状态：故障”，在故障被排除后，按“急停/复位”按钮后，系统将自动重新启动后，“显示屏与按键模块”的绿灯再次亮起，显示屏为“亮度0.0％”、“电流0.0a”、“电压：0.0v”、“状态：待机”，此时需要按照“电源”开机的步骤设置相应参数。
55.如果需要临时停机，可通过按键模块上的“急停/复位”按键，之后进入“待机”状态；再通过“急停/复位”按钮即可回到临时停机前的状态，在此操作期间，“显示屏与按键模块”的绿灯正常亮起。例如，无报警情况下按一下“急停/复位”，此按键会触发mcu模块的外部中断，此时向调光模块发出占空比为0的pwm信号，使得输出电流迅速归零，当需要再次运行时只需再按“急停/复位”即可恢复到之前的运行状况。
56.本实用新型提供的装置，可通过按键设定led调光的范围，即设置电源系统的最大输出电流；可通过按键以百分比的形式设置led的亮度及自动显示其对应电流值，也可以在显示屏显示led负载的实际电流值；装置中的调光电路采用闭环控制，避免因为负载波动或输入电压不稳导致输出电流不稳，为led进行稳定供电；能监控电源系统运行状态，出现故障时可实现蜂鸣器报警。
57.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。