一种可闭环精确调光的LED驱动电源后级装置的制作方法

一种可闭环精确调光的led驱动电源后级装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种应用于led照明行业，可实现led精确、闭环调光的驱动电源系统。


背景技术：

2.当前，led在道路照明、植物生长、生物医疗、光固化等领域得到广泛应用，某些应用场景下需要对led进行高精度调光，即根据需要精确调节led的亮度。
3.在实际应用中，led的驱动电源大多采用市场中已成熟的led照明电源，通过预留调光装置端口，将该端口外接调光装置，旋转调光装置的旋钮实现调光功能，如行业内常用的明纬电源（如hlg-100h、elg-75系列的产品）。此类产品只能通过灯珠亮度来确定调光的合适与否，无法调整准确的输出电流，在实际使用调试和使用时大大增加了工作量。
4.总结上述常用电源方案可知，其存在如下问题：1）在调光时只能看到led负载的亮度的变化，无法得知电流变化了多少；2）调光电路多为开环控制，难以控制实际输出的电流与给定目标值之间的误差；3）电源系统智能化通常不足，一般不具有良好的人机交互功能。


技术实现要素：

5.结合现有led驱动电源存在的不足，本实用新型提出一种可闭环、精准调光的dc/dc后级驱动电源装置，具有良好的人机交互，可在额定输出范围内自主设定电流值并准确输出，保证了调光的精度与可靠性。
6.为实现上述发明目的，本实用新型具体采用如下技术方案：
7.一种可闭环精确调光的led驱动电源后级装置，其特征在于包括：恒流变换器、电流采样模块、误差处理模块、pwm调制电路、调光电路供电模块、调光电路、显示屏与按键模块；所述恒流变换器连接在ac/dc恒压源和led负载之间；所述电流采样模块采集所述恒流变换器的输出端电流转换为电流采样信号；所述误差处理模块对所述电流采样信号进行分压后与一阈值信号iref进行比较，得到一误差信号verr；所述pwm调制电路将所述误差信号verr与一三角载波vm进行比较，得到一调光信号pwm1；所述调光电路供电模块利用所述调光信号pwm1调节一电压跟随器输入端电压，输出可调节的调光电路供电电压vdd；所述显示屏与按键模块用于设定调光亮度，并输出一调光信号pwm2及所述阈值信号iref；所述调光电路输入所述调光电路供电电压vdd及所述调光信号pwm2，输出一控制信号vdim至所述恒流变换器的电源控制器。
8.优选地，所述恒流变换器采用降压型dc/dc变换器。
9.优选地，所述误差处理模块包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、一比较器及一光电耦合器，所述电阻r1的一端连接所述电流采样信号，另一端连接所述电阻r2的一端，所述电阻r2的另一端连接至一电源地；所述电阻r1、r2的连接点连接所述比较器的一个输入端，所述比较器的另一个输入端连接所述阈值信号iref；所述比较器的输出端连接所述光电耦合器内部发光二极管的负极，所述发光二极管的正极通过所述电阻r4连接一电
源vcc；所述光电耦合器内部三极管的发射极接一电源地，其集电极通过所述电阻r5连接所述电源vcc，且所述集电极输出所述误差信号verr。
10.优选地，所述调光电路供电模块包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、开关管q1、一稳压源及一电压跟随器，所述电阻r6的一端连接一电源vcc，另一端连接所述稳压源的阴极、所述电阻r7的一端及所述电压跟随器的正向输入端，所述电阻r7的另一端连接所述电阻r8的一端，所述电阻r7、r8的连接点n连接所述稳压源的参考端及所述开关管q1的漏极，所述开关管q1的栅极连接所述调光信号pwm1；所述电阻r8的另一端、所述开关管q1的源极及所述稳压源的阳极连接至一电源地；所述电压跟随器的输出端输出所述调光电路供电电压vdd。
11.优选地，所述调光电路包括开关管q2、电阻r9、电阻r10、一rc滤波电路及一电压跟随器，所述电阻r9、电阻r10串联在所述调光电路供电电压vdd和一电源地之间；所述开关管q2的栅极连接所述调光信号pwm2，漏极连接所述电阻r9、电阻r10的连接点m，源极连接至所述电源地；所述连接点m还经过所述rc滤波电路连接所述电压跟随器的正向输入端，所述电压跟随器的输出端输出所述控制信号vdim。
12.优选地，所述显示屏与按键模块包括mcu模块、采样电路、显示模块和按键模块，所述mcu模块内置模数转换模块，所述采样电路、显示模块、按键模块分别与所述mcu模块连接，所述采样电路对所述电流采样信号进行幅值衰减，然后送入mcu模块内置的模数转换模块进行模数转换，得到数字信号送入所述显示模块进行实时数据显示；所述按键模块包括数字按键，当按下数字按键设定好调光亮度，所述按键模块将调光亮度设定值对应信号送至所述mcu模块，所述mcu模块输出调光信号pwm2和阈值信号iref。
13.本实用新型有益效果：
14.1）本实用新型通过误差处理模块、pwm调制电路实现根据恒流变换器输出端电流反馈信号动态调整调光信号pwm1，进而通过调光电路供电模块调整调光电路供电电压vdd，通过电路组合实现了调光的闭环控制，确保了调光的准确度。同时，根据恒流变换器输出端电流反馈进行调光，可避免光强反馈带来的局限性问题。
15.2）本实用新型通过显示屏及按键模块输出调光信号pwm2到调光电路，同时基于电流反馈通过pwm调制电路输出调光信号pwm1，进而输出调光电路供电电压vdd到调光电路，通过两路调光信号组合，实现对恒流变换器的控制，确保了电路工作的可靠性。
16.3）本实用新型设置显示屏与按键模块，可设定输出电流，并对输出电流进行实时显示和监控。
附图说明
17.图 1为本实用新型系统框图；
18.图2为本实用新型实施例的降压型dc/dc恒流变换器结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例的误差处理模块电路图；
20.图4为本实用新型实施例的pwm调制电路图；
21.图5为本实用新型实施例的调光电路供电模块电路图；
22.图6为本实用新型实施例的调光电路图；
23.图7为本实用新型实施例的显示屏与按键模块外观图；
24.图8为本实用新型实施例的显示屏与按键模块电路图。
具体实施方式
25.以下结合具体实施例对本实用新型进一步详细描述。
26.如图1所示，本实用新型的可闭环精确调光的led驱动电源后级装置包括：恒流变换器、电流采样模块、误差处理模块、pwm调制电路、调光电路供电模块、调光电路、显示屏与按键模块。
27.恒流变换器：连接在ac/dc恒压源和led负载之间，实现dc/dc转换。根据紫光led灯珠的工作特性，本实用新型选定后级变换器为恒流控制，且该变换器需要有可靠的电流输出能力。考虑到降低电源装置的工作损耗，本实施例恒流变换器采用如图2所示的同步buck型（降压型）dc/dc变换器拓扑结构，并且设计有调光接口，即恒流变换器的电源控制器提供给调光电路的控制信号接口，通过改变pwm1信号的导通占空比来调节变换器的输出电流，实现led的调光。
28.电流采样模块：如图2，在降压型dc/dc变换器的输出端串联低阻抗采样电阻rf ，对输出电流进行采样，根据欧姆定律将流过采样电阻的电流值转化为电压信号，即图1中输入误差处理模块的电流采样信号。
29.误差处理模块：如图3，误差处理模块包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、一比较器及一光电耦合器。电阻r1的一端连接所述电流采样信号，另一端连接电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接至电源地。电阻r1、r2的连接点连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端连接阈值信号iref，其输出端连接光电耦合器内部发光二极管的负极，发光二极管的正极通过电阻r4连接电源vcc。光电耦合器内部三极管的发射极接电源地，其集电极通过所述电阻r5连接电源vcc，且集电极作为误差处理模块的输出端输出误差信号verr。
30.电流采样信号经电阻r1、r2分压后，通过比较器与阈值信号iref进行比较，比较结果输入光电耦合器进行隔离，得到误差信号verr。当误差值较小时，比较器输出端v1点电压值较低，此时流过光耦内部发光二极管的电流较大，进而光耦内部三级管的导通阻抗较小，即此时误差处理模块的输出信号verr也就较小；同理，当误差值较大时，误差处理模块的输出信号verr也将较大。
31.pwm调制电路：如图4，pwm调制电路的输入为误差处理模块输出的误差信号verr，将verr与运放同相输入端的三角载波vm进行比较后，输出调光信号pwm1至调光电路供电模块。
32.调光电路供电模块：如图5，调光电路供电模块包括电阻r6、电阻r7、电阻r8、开关管q1、一稳压源及一电压跟随器。电阻r6的一端连接电源vcc，另一端连接稳压源的阴极、电阻r7的一端及电压跟随器的正向输入端。电阻r7的另一端连接电阻r8的一端，电阻r7、r8的连接点n连接稳压源的参考端及开关管q1的漏极。开关管q1的栅极连接所述调光信号pwm1。电阻r8的另一端、开关管q1的源极及稳压源的阳极连接至电源地。电压跟随器的输出端输出所述调光电路供电电压vdd。
33.调光电路供电模块的输入为外加的vcc电源与调光信号pwm1，其中vcc为固定值，调光信号pwm1根据误差信号大小不断进行调整，进而调整调光电路供电电压vdd。本实施例调光电路供电模块的稳压源采用tl431，vcc经过限流电阻r6后接至tl431的阴极c端口，r7、r8为分压电阻，根据tl431的工作原理，通过改变pwm1信号的导通占空比来改变电阻r7、r8
的分压比值即可改变电压跟随器的输入值vc，进而调整调光电路供电电压vdd。
34.调光电路：如图6，调光电路包括开关管q2、电阻r9、电阻r10、一rc滤波电路及一电压跟随器。电阻r9、电阻r10串联在调光电路供电电压vdd和电源地之间。开关管q2的栅极连接调光信号pwm2，漏极连接电阻r9、电阻r10的连接点m，源极连接至电源地。连接点m还经过电阻r11和电容c3组成的rc滤波电路连接至电压跟随器的正向输入端，电压跟随器的输出端输出控制信号vdim至恒流变换器内部的电源控制器。
35.调光电路的调光信号pwm2由显示屏与按键模块发出，根据通过按键所设定的目标亮度发出对应的调光信号，vdd将根据电流采样信号和目标亮度动态调整，实现闭环控制。由于调光电路供电模块的开关管q1在不断进行开关动作，所述连接点n、m端口也将呈现为方波信号，m端口方波信号经电阻r11和电容c3构成的低通滤波器滤波后输出直流电压值vc，利用电压跟随器可实现前后电路的隔离，最终输出控制信号vdim到恒流变换器的电源控制器。
36.显示屏与按键模块：如图8，显示屏与按键模块包括mcu模块、采样电路、显示模块和按键模块，其中，mcu模块内置模数转换模块，显示模块包含显示屏，按键模块包括数字按键，采样电路、显示模块、按键模块分别与mcu模块连接。采样电路的输入信号为所述电流采样信号，采样信号对所述电流采样信号进行幅值衰减，然后送入mcu模块内置的模数转换模块进行模数转换，得到数字信号送入所述显示模块，通过显示屏进行实时数据显示。所述数字按键用于设定调光亮度，当按下数字按键设定好调光亮度，按键模块将调光亮度设定值对应信号送至mcu模块处理，最终mcu模块分别输出调光信号pwm2到调光电路，输出阈值信号iref到误差处理模块。
37.如图7，所述按键模块包括10个数字键和4个功能键，10个数字键用于设定调光亮度，4个功能键分别是电源键、亮度设置键、确定键和急停/复位键功能键，用于启动或关闭相应功能。显示屏显示的实时数据包括调光亮度设定值、输出电流值、输出电压值及运行状态。
38.按下“电源”键后，外部直流电源开始为恒流变换器和显示屏与按键模块供电，点击“亮度设置”按键后，即给mcu模块发出接受外部指令的信号，通过数字按键将对应的信号经按键模块输入至mcu模块，点击“确认”按键完成输入。急停/复位按键与恒流变换器的电源控制器连接，用于控制恒流变换器的输入是否接通。
39.本实施例的显示屏与按键模块电路结构中的mcu模块、采样电路、显示模块和按键模块均属于现有技术，采用常规的mcu控制电路实现，对于本领域技术人员是常规技术手段，因此本文不做展开描述。
40.本实用新型的工作原理如下：
41.系统运行前，先将ac/dc恒压源输出的直流源连接至本实用新型led驱动电源后级装置的输入端，led驱动电源后级装置的输出端与灯珠连接。直流供电后，按下按键模块的“电源”按钮进行供电，此时屏幕亮起，显示屏显示“亮度0.0%”、“输出电流0.0a”、“输出电压：0.0v”、“状态：待机”，此时显示屏与按键模块发出的信号pwm2占空比为0、iref为0，负载灯珠不亮。点击按键“亮度设置”，通过数字键输入亮度目标值，点击“确认”后，显示屏与按键模块分别向调光电路发出pwm2信号、向误差处理模块发出iref信号，电源系统开始调节输出电流，此时屏幕显示实时的亮度、输出电流、电压值，状态为“运行”，电源系统开始向灯
珠供电。在电源系统运行过程中，误差处理模块将不断采集到的输出电流与电流设定值进行比较，输出误差信号verr至pwm调制电路，调制电路输出pwm1信号至调光电路供电模块，不断调整调光电路供电模块的输出值vdd，进而实现对调光电路的输出信号vdim的调整，实现调光的闭环控制。同时，电流采样信号也送至显示屏与按键模块，经过mcu模块内置模数转换器进行模数转换，在显示屏上进行实时数据显示及更新。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。