CN201550318U - 一种高性能的数字化led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及LED驱动电源技术领域，尤其涉及一种高性能的数字化LED驱动电源，其包括有输入电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、半桥功率变换器、恒流输出电路、LED负载电路、单片机控制系统、脉宽调制电路、保护电路和采样电路，本实用新型利用单片机控制系统进行实时数字控制，可以实现快速、灵活的控制设计，使开关电源的性能更好，改善了电路的瞬态响应性能，使之速度更快、精度更高，可靠性更强；数字控制可以实现精细的非线性算法，监控多部件的分布电源系统，提高了LED驱动电源动态性和转换率。

Description

一种高性能的数字化LED驱动电源

技术领域：

本实用新型涉及LED驱动电源技术领域，尤其涉及一种高性能的数字化LED驱动电源。

背景技术：

不管是大功率的还是小功率的LED照明灯具，一般都由电源、LED驱动器、LED、透镜和基板几部分构成，其中关键的元件是LED驱动器，它必须提供一个恒流输出或者恒压恒流输出，才能保证LED发出的光稳定。随着电力电子技术的发展，大多数LED驱动电源采用的是模拟电源调节器件控制电路，但大多数客户都对控制器的要求越来越高，开关电源的数字化和智能化也将成为未来的发展方向。目前，我国的大功率开关电源多采用传统的模拟控制方式，电路复杂，可靠性差。因此，人们迫切需要采用集成度高、集成功能强大的数字控制器设计开关电源，来适应不断提高的开关电源输出可编程控制、数据通讯、智能化控制等要求。

实用新型内容：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种采用单片机控制技术及相应专用集成控制芯片进行控制从而提高LED驱动电源的动态性、简化了电路的高性能数字化LED驱动电源，其节能环保、效率高、功率因数高，符合国内、国际标准。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种高性能的数字化LED驱动电源，它包括有依次连接的输入电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、用于把直流电压变换成高频交流电压的半桥功率变换器、恒流输出电路、LED负载电路，它还包括有单片机控制系统、脉宽调制电路、可以进行故障自诊断的保护电路和对LED负载电路输出电流和电压进行数据采样的采样电路，单片机控制系统具有D/A转换模块和A/D转换模块；

所述单片机控制系统的D/A转换模块分别与脉宽调制电路的输入端、功率因数校正电路的输入端连接，脉宽调制电路的输出端与半桥功率变换器的输入端连接；

所述单片机控制系统的A/D转换模块分别与采样电路的输入端、保护电路的输入端连接，采样电路和保护电路的输入端分别与LED负载电路的输出端连接。

它还包括有为单片机控制系统和脉宽调制电路提供工作电源的辅助电源，辅助电源的输入端与EMI滤波电路的输出端连接，其输出端与单片机控制系统连接。

所述单片机控制系统采用的单片机型号为PIC16F874。

所述输入电路输入220V/50Hz交流电，其电路中连接有双向瞬间浪涌抑制器、快速保险丝。

所述EMI滤波电路由多级差模、共模LC滤波网路组成。

所述功率因数校正电路采用的控制芯片型号为UC3854A/B。

所述半桥功率变换器采用的驱动芯片型号为IR2304。

所述脉宽调制电路采用型号为UC3846或NCP1200的电流型控制芯片。

所述单片机控制系统的A/D转换模块连接有可以发出声光报警的RS232接口，RS232接口采用型号为MAX232的芯片作为收发器。

所述LED负载电路为由LED光源串联、并联或混联组成的电路。

本实用新型有益效果在于：

本实用新型包括有输入电路、EMI滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、半桥功率变换器、恒流输出电路、LED负载电路、单片机控制系统、脉宽调制电路、保护电路和采样电路，单片机控制系统的D/A转换模块分别与脉宽调制电路的输入端、功率因数校正电路的输入端连接，脉宽调制电路的输出端与半桥功率变换器的输入端连接，本实用新型利用单片机控制系统进行实时数字控制，可以实现快速、灵活的控制设计，使开关电源的性能更好，改善了电路的瞬态响应性能，使之速度更快、精度更高，可靠性更强。数字控制可以实现精细的非线性算法，监控多部件的分布电源系统，提高了LED驱动电源动态性和转换率。数字控制方法具有以下几个优点：1)通过软件调整控制参数，比如，增益和带宽，从而使系统调试较方便；2)大量控制设计通过单片机来实现，而用模拟控制器是难以实现的；3)在实际电路中，使用数字控制可以减少元器件的数量，从而减少材料和装配的成本；4)单片机内部的数字处理不会受到电路噪声的影响，避免了模拟信号传递过程中的畸变、失真，从而控制可靠；5)如果将网络通信和电源软件调试技术相结合，可实现遥感、遥测、遥调。

附图说明：

图1是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，见图1所示，一种高性能的数字LED驱动电源，包括有依次连接的输入电路1、EMI滤波电路2、整流滤波电路3、功率因数校正电路4、用于把直流电压变换成高频交流电压的半桥功率变换器5、恒流输出电路6、LED负载电路7，它还包括有单片机控制系统8、RS232接口13、脉宽调制电路9、可以进行故障自诊断的保护电路10和对LED负载电路7输出电流和电压进行数据采样的采样电路11，单片机控制系统8具有D/A转换模块81和A/D转换模块82；单片机控制系统8的D/A转换模块81分别与脉宽调制电路9的输入端、功率因数校正电路4的输入端连接，脉宽调制电路9的输出端与半桥功率变换器5的输入端连接；单片机控制系统8的A/D转换模块82分别与采样电路11的输入端、保护电路10的输入端连接，采样电路11和保护电路10的输入端分别与LED负载电路7的输出端连接。

本实用新型的单片机控制系统8以高性能单片机PIC16F874为控制核心，组成数据处理电路，在检测与控制软件支持下，通过对开关电源输出电流、电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制开关功率管的工作状态，同时监测输出电流大小，进行电流控制。其电路的工作原理为：输入电路1输出220V交流电压经过EMI滤波、整流滤波及功率因数校正PFC(Power Factor Correct)后得到高压直流电，直流高压加到半桥功率变换器5上，半桥功率变换器5在脉宽调制电路9和单片机控制系统8的控制下，通过半桥功率变换器5的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电流；单片机控制系统8通过采样电路11自动对开关电源输出电压和电流进行数据采样，并与用户给定数据进行比较，然后根据设置的调整算法控制开关调整电路，使电源输出电压符合给定值。单片机控制系统8在调整电源输出电压的同时还要检测电路的输出电流，当输出电流超过给定值时，就启动保护电路10，实现保护功能。为了使智能开关电源能可靠、安全地工作，本系统设置了多重监测和保护系统，主要包括过流保护、短路保护、过温保护。单片机控制系统8通过电流传感器检测开关功率管的输出电流，当电流超过给定值，单片机控制系统8切断开关激励信号，也可以通过RS232接口13向监控中心发出声光报警，并对LED负载电路7工作状况实施检测。

所述输入电路1输入220V/50Hz交流电，其电路中有双向瞬间浪涌抑制器、快速保险丝。

所述EMI滤波电路2由多级差模、共模LC滤波网路组成，滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。

所述整流滤波电路3将220V交流电通过桥式整流(AC/DC转化)变成直流电压，再通过直流LC滤波网路可以有效地抑制脉冲电流的峰值，从而降低电流谐波干扰，并为半桥功率变换器5提供直流电压。

所述辅助电源12为单片机控制系统8和脉宽调制电路9提供工作电源。

所述功率因数校正电路4采用UC3854A/B控制芯片(增强型高功率因数前置稳压器)组成功率因数校正电路4来提高功率因数，没有经功率因数校正之前的电源设备，其功率因数一般只有0.4～0.6，经校正后最高可达到0.98。

所述半桥功率变换器5是开关电源的关键部分，采用新型IR2304作为驱动芯片，在脉宽调制电路9和单片机控制系统8的控制下，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

所述单片机控制系统8以高性能单片机PIC16F874为控制核心，组成数据处理电路，在检测与控制软件支持下，控制系统通过I/O输入端口经D/A转换模块81控制功率转换的开关的导通与关断时间，完成对输出电流的稳定，通过A/D转换模块82完成对开关电源输出电压和电流的采样，通过系统软件实现了过温、过压、过流保护及限流等保护功能。单片机控制系统8的控制软件主要包括键开关扫描程序、故障判别子程序、均充及浮充子程序(这句话要删掉)、中断检测子程序和通信子程序等，主要完成对信号采样，各种数据处理、以及对功率转换部分的控制功能。

优选地，单片机控制系统8采用的PIC16F874是8位单片机，内置4K×14位的Flash、128字节的RAM和64字节的EEPROM。其内置1个UART模块可供串口通信用，10位分辨率的PWM信号，8路10位的A/D转换通道。

所述脉宽调制电路9采用电流型控制芯片UC3846或NCP1200组成波形产生电路，在单片机控制系统8的控制下，调整输出脉宽调制电路9的脉宽来控制场效应管(CMOS)或者IGBT的导通和关断时间，从而达到稳定输出电流值的目的，还具有软启动功能。

所述保护电路10可以进行故障自诊断，对电源功率部分实现自动监测；当开关电源发生温度过高、过电压、过电流短路时，保护电路10使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

所述恒流输出电路6将半桥功率变换器5输出的高频交流电压整流滤波，再经电压电流转化装置得到需要的恒定的直流电流，同时还防止高频噪声对LED负载电路7的干扰。

所述采样电路11采集各输出电参数及温度参数输出误差，通过光隔离传输到A/D转换模块82，再经过微处理器逻辑分析、判断，发出相应的指令。

所述LED负载电路7为由LED光源串联、并联、混联组成的电路。

所述RS232接口13是串口通信接口电路，采用MAX232芯片作为RS232收发器。

Claims (9)

1.一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：它包括有依次连接的输入电路(1)、EMI滤波电路(2)、整流滤波电路(3)、功率因数校正电路(4)、用于把直流电压变换成高频交流电压的半桥功率变换器(5)、恒流输出电路(6)、LED负载电路(7)，它还包括有单片机控制系统(8)、脉宽调制电路(9)、可以进行故障自诊断的保护电路(10)和对LED负载电路(7)输出电流和电压进行数据采样的采样电路(11)，其中单片机控制系统(8)具有D/A转换模块(81)和A/D转换模块(82)；

所述单片机控制系统(8)的D/A转换模块(81)分别与脉宽调制电路(9)的输入端、功率因数校正电路(4)的输入端连接，脉宽调制电路(9)的输出端与半桥功率变换器(5)的输入端连接；

所述单片机控制系统(8)的A/D转换模块(82)分别与采样电路(11)的输入端、保护电路(10)的输入端连接，采样电路(11)和保护电路(10)的输入端分别与LED负载电路(7)的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：它还包括有为单片机控制系统(8)和脉宽调制电路(9)提供工作电源的辅助电源(12)，辅助电源(12)的输入端与EMI滤波电路(2)的输出端连接，其输出端与单片机控制系统(8)连接。

3.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述单片机控制系统(8)采用的单片机型号为PIC16F874。

4.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述输入电路(1)输入220V/50Hz交流电，其电路中连接有双向瞬间浪涌抑制器、快速保险丝。

5.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述EMI滤波电路(2)由多级差模、共模LC滤波网路组成。

6.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述功率因数校正电路(4)采用的控制芯片型号为UC3854A/B。

7.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述半桥功率变换器(5)采用的驱动芯片型号为IR2304。

8.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述脉宽调制电路(9)采用型号为UC3846或NCP1200的电流型控制芯片。

9.根据权利要求1所述的一种高性能的数字化LED驱动电源，其特征在于：所述单片机控制系统(8)的A/D转换模块(82)连接有可以发出声光报警的RS232接口(13)，RS232接口(13)采用型号为MAX232的芯片作为收发器。

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