CN104159379B - 一种led智能灯泡驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED智能灯泡驱动电源，包括EMI滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、功率转换电路、DC‑DC转换电路和调光控制电路；所述功率因数校正电路包括填谷电路和连接在填谷电路上的电解电容，填谷电路的输出端与所述功率转换电路的输入端连接；功率转换电路为原边反馈功率转换电路，其输出端与所述调光控制电路连接；所述调光控制电路包括单片机控制模块和MOS管，DC‑DC转换电路的输入端与功率转换电路的输出端连接，DC‑DC转换电路的输出端与所述单片机控制模块连接，通过单片机控制模块控制MOS管导通的占空比，实现对负载的调光调色。本发明LED智能灯泡驱动电源的成本低、体积小、功耗低；且该驱动电源同时满足功率因数高和灯泡无频闪的要求。

Description

一种LED智能灯泡驱动电源

技术领域

本发明属于LED驱动电源技术领域，具体涉及一种LED智能灯泡驱动电源。

背景技术

随着LED新型光学设计的突破，新灯种的开发和控制软件的改进，使得LED照明使用更加便利。LED智能灯泡的出现进一步体现了LED发光二极管在照明应用的广阔前景。随着智能控制技术、互联网技术的发展，智能家居市场日趋成熟，LED智能灯泡采用嵌入式物联网核心技术，将互通核心模块嵌入到节能灯泡，将互动服务的软件机制导入居室，依托云服务平台支撑，构成居室照明和电力部署的可联动、有社交、有智慧的智能灯泡***。透过LED智能灯泡、连网功能与智能手机，只要将智能灯泡像一般灯泡一样安装在灯座并启动连网功能，用户即可一指改变家中色调氛围，通过对家居环境的调节来调整人体生物钟，以及实现灯泡状态定时切换功能。如果智能灯泡替代目前传统照明的50％，每年我国节省的电量就相当于一个三峡电站发电量的总和，其节能效益十分可观。

由于智能灯泡是一个新兴起的产品，智能产品对待机功耗有很高的要求，一般要控制在0.5W以内，而传统的电源方案已不能满足新时代智能灯泡对驱动电源的要求。传统的电源方案包括功率转换电路、单片机控制模块、变压器、多路输出调光电路。所述功率转换电路一般为带光耦的反激(flyback)拓扑电路，由于其控制IC往往是针对大功率开发，在低功耗设计方面有所欠缺，导致整机待机功耗往往较大，而且光耦的使用不但增加了成本和体积，光耦本身也损耗能量，进一步增加了待机功耗，而且温度稳定性不好，高温环境下容易出现输出电压、电流漂移的现象。

同时，智能灯泡的单片机控制模块功耗较大，对其3.3V供电电路效率要求很高。传统的单片机控制模块一般由变压器的辅助绕组直接取电，再经线性稳压器件获得3.3V或者5V的电压输出，智能灯泡中单片机控制模块的工作电流往往在50-100mA之间，而辅助绕组这种供电的方式损耗较大效率较低，因此无法满足智能灯泡的低功耗要求。另外辅助绕组的输出会受到主功率输出的影响，即存在一个负载交叉调整的问题，因此辅助绕组无法获得一个比较稳定的3.3V或者5V电压输出，可能导致单片机控制电路无法可靠地工作。

其次，部分市场客户对LED驱动电源的功率因数(PF)以及输出电流纹波也有要求，功率因数越高，对电网的干扰越小，电网的供电损耗越小；输出电流纹波越小，灯泡的频闪也就越小，能起到保护眼睛的作用。目前能同时兼容这两点要求的一般需用两级方案，但这样又违反了智能灯泡低成本和小体积的要求，而且待机功耗也相对较大。

再次，由于智能灯泡能发出不同的色彩，要求LED电源能同时实现红、绿、蓝、白四路灯珠负载的调光控制。传统的多路输出调光电路，每一路都需要一个独自完整的DC-DC转换模块，每一个模块就需要一个主控IC，一个功率电感，一个输出电解电容以及若干控制电路，这大大增加了智能灯泡的成本和售价，严重阻碍了智能灯泡的市场普及；会使得电路过于臃肿，待机功耗急剧上升；而且加大了PCB设计的难度，灯泡的体积也不得不做得很大，这就影响了产品美观以及用户体验。

发明内容

本发明的目的在于为了解决以上的不足，提供了一种低成本、小体积、低功耗的LED智能灯泡驱动电源，该驱动电源可同时满足功率因数高和灯泡无频闪的要求。

为了实现本发明目的所采取的技术方案是：一种LED智能灯泡驱动电源，所述驱动电源包括EMI滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、功率转换电路、DC-DC转换电路和调光控制电路；所述EMI滤波电路用于滤除交流输入电中的干扰信号，所述EMI滤波电路的输出端与所述整流电路的输入端连接，所述整流电路用于将滤除干扰信号后的交流电转换为直流电；所述功率因数校正电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述功率因数校正电路包括填谷电路和连接在填谷电路上的电解电容，所述填谷电路的输出端与所述功率转换电路的输入端连接；所述功率转换电路为原边反馈功率转换电路，所述功率转换电路的输出端与所述调光控制电路连接；所述调光控制电路包括依次连接的单片机控制模块、MOS管和负载，所述DC-DC转换电路的输入端与所述功率转换电路的输出端连接，DC-DC转换电路的输出端与所述单片机控制模块连接，通过单片机控制模块控制所述MOS管导通的占空比。

优选的，所述原边反馈功率转换电路包括控制IC、变压器和整流二极管；所述变压器包括初级绕组、辅助绕组和次级绕组；所述变压器的输出电压经过次级绕组和所述整流二极管后，一方面驱动所述调光控制电路，另一方面为所述DC-DC转换电路供电。

优选的，所述原边反馈功率转换电路中还连接有分压电阻和采样电阻；

所述分压电阻分别与所述辅助绕组和控制IC连接构成环路，通过分压电阻将变压器的输出电压反馈至控制IC；所述变压器的输出电流通过所述初级绕组和次级绕组的耦合，经所述采样电阻将采样信号反馈至控制IC。

优选的，还包括与所述分压电阻并联的补偿电容。用于调节分压电阻与辅助绕组和控制IC构成的连接环路的响应，以减少过冲。

优选的，所述DC-DC转换电路包括降压电路、控制IC、升压电路、MOS管和输出电压采样电路；所述降压电路的输出端与所述控制IC的输入端连接，用于降低所述控制IC的输入电压；所述升压电路的输入端与所述控制IC的输出端连接，使得控制IC的输出端产生一个比输入电压高的输出电压，使所述MOS管导通；所述输出电压采样电路与控制IC构成连接环路，输出电压采样电路对控制IC输出端的电压进行采样后反馈至控制IC的输入端。

优选的，所述DC-DC转换电路包括功率电感。

由于使用了功率电感，避免能量损耗在线性降压器件上，因此能获得比较高的转换效率，满足了整灯的待机功耗要求。

优选的，还包括第一补偿电路和第二补偿电路；所述第一补偿电路与所述输出采样电路连接，所述第二补偿电路与控制IC输入端连接。

优选的，所述调光控制电路中的负载为多路负载，每路负载分别对应串接一个MOS管，每路MOS管的开关状态由所述单片机控制模块分别进行控制。

仅用一路输出，通过对多路负载对应的MOS管导通的占空比进行控制，即可实现对多路负载的调光，克服了传统驱动负载方案中电路的臃肿和控制地繁琐。

优选的，所述多路负载为相互并联的蓝(B)、绿(G)、红(R)、白(W)四路灯珠。

本发明的有益效果在于：

1、本发明LED智能灯泡驱动电源的输入端连接EMI滤波器，可有效的防止电磁干扰，功率因数校正电路中连接有填谷电路，提高了驱动电源的功率因数，使得在全电压范围(120VAC-230VAC)内功率因数能达到0.8以上。填谷电路中的电解电容，对输入的市电起到滤波平滑的作用，因此大大降低了电源的输出电流纹波，即同时满足输入功率因数高和灯泡无频闪的要求，同时节省了功率转换电路中输出使用大铝电解的成本。

2、本发明LED智能灯泡驱动电源的功率转换电路为原边反馈的转换电路，无需使用光耦，仅需通过变压器初级绕组的反馈控制，就能实现精准的恒流/恒压(CC/CV)输出，保证了电源的稳定。功率转换电路的输出端与MOS管连接，为实现简易可靠的调光控制提供良好的基础；而且，该电路自身的空载功耗在0.2W以内，满足能源之星标准要求，有助于整灯获得比较低的待机功耗。由于无需使用光耦，使得整个电路十分简洁，待机功耗低，很好地满足了智能灯泡对小体积和低功耗的要求。

3、本发明的驱动电源与现有技术相比，还采用了DC-DC转换电路，该电路输入端与功率转换电路的输出端连接，DC-DC转换电路的输出端与单片机控制模块连接，使得在功率转换电路、DC-DC转换电路和调光控制电路三个模块构成了一个大的反馈环路，DC-DC转换电路将功率转换电路的输出电压，通过高频开关技术直接转换成3.3V输出电压，并对输出电压进行采样，采用反馈技术使得输出电压始终稳定在3.3V，从而保证单片机控制电路能稳定工作。且由于使用了功率电感，避免能量损耗在线性降压器件上，因此能获得比较高的转换效率，进一步满足了整灯的待机功耗要求。

4、由于本发明使用的功率转换电路具有恒流/恒压的输出负载特性，使得负载电路工作在恒流/恒压模式，使负载获得精确的光通量；且多路负载相互之间毫不干扰，解决了现有技术驱动电源中存在的交叉负载调整率的问题。本发明仅用一路输出就能同时为多路负载供电，每一路负载串联一个MOS管作为开关，多路负载分别对应的MOS管的开关状态由单片机来分别控制。通过控制MOS管导通的占空比，即可同时实现多路负载的调光。与传统的四路输出分别驱动四路负载的方案相比，大大降低了BOM成本，加快了LED智能灯泡的普及，使得LED智能灯泡的小体积化成为可能。

5、本发明驱动电源输出稳定、成本低、体积小、功耗低，同时满足输入功率因数高和灯泡无频闪的要求。

附图说明

图1是本发明LED智能灯泡驱动电源的结构框图；

图2是本发明LED智能灯泡驱动电源的功率转换电路原理图；

图3是本发明LED智能灯泡驱动电源的DC-DC转换电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明：

参照附图1至附图3所示，一种LED智能灯泡驱动电源，包括EMI滤波电路及整流电路模块1、功率因数校正电路2、功率转换电路3、DC-DC转换电路4和调光控制电路5。所述驱动电源的输入端连接所述EMI滤波电路，所述EMI滤波电路的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端与所述功率因数校正电路2的输入端连接，功率因数校正电路2的输出端与所述功率转换电路3的输入端连接，功率转换电路3的输出端与MOS管组连接。所述调光控制电路5包括单片机控制模块51、MOS管组52和负载53。所述DC-DC转换电路4输入端与功率转换电路3的输出端连接，DC-DC转换电路4的输出端与单片机控制模块51连接。

外界的85V-265VAC宽输入交流电经所述EMI滤波电路，将交流输入电中的干扰信号滤除，通过整流电路将滤除干扰信号后的交流输入电转换为直流电。所述功率因数校正电路2包括填谷电路和连接在填谷电路上的电解电容，所述填谷电路的输出端与所述功率转换电路3的输入端连接。所述功率转换电路3为原边反馈功率转换电路。所述原边反馈功率转换电路包括控制IC(U1)、变压器、整流二极管、分压电阻R10、R11A、R11B和采样电阻R7A、R7B。所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组。所述变压器的输出电压经过次级绕组和所述整流二极管后，一方面驱动所述调光控制电路5，另一方面为所述DC-DC转换电路4供电。所述分压电阻R10、R11A、R11B与所述辅助绕组和控制IC连接构成环路，通过分压电阻R10、R11A、R11B将变压器的输出电压反馈至控制IC的5脚，实现输出电压的精确控制。在分压电阻上连接有补偿电容C5，用于调节环路响应，减少过冲。所述变压器的输出电流通过所述初级绕组和次级绕组的耦合，经所述采样电阻R7A、R7B将采样信号反馈至控制IC的4脚，实现输出电流的精确控制。由于无需光耦反馈，因此整个电路十分简洁，待机功耗低，很好地满足了智能灯泡对小体积和低功耗的要求。

所述DC-DC转换电路4包括降压电路、控制IC(U2)、升压电路、MOS管、功率电感和输出电压采样电路。D7、D8为降压电路，降压电路的输出端与控制IC的输入端连接，用于适当降低IC的输入电压，避免开机瞬间的电压过冲损坏IC。R18、C11为升压电路，升压电路的输入端与所述控制IC的输出端连接，使控制IC的5脚产生一个比输入电压稍高的输出电压，保证所述MOS管充分的导通，从而减少MOS管的导通损耗。R14、C16、R29、C15为补偿电路。R15、R16为输出电压采样电路，输出电压采样电路与控制IC构成连接环路，输出电压采样电路对控制IC输出端的电压进行采样后反馈至控制IC的输入端，使得输出电压始终稳定在3.3V。由于该电路在典型的buck电路基础上，用导通损耗更低的MOS管代替了续流二极管，即两个内置的低功耗MOS轮流导通，因此拥有比传统buck电路更低的损耗，满足了市场对智能灯泡低待机功耗的要求。

所述调光控制电路5的MOS管组52中设有多个并联的MOS管，所述MOS管分别对应一路负载，所述负载53分别为并联的蓝光(B)、绿光(G)、红光(R)、白光(W)四路灯珠负载，每一路灯珠负载串联一个MOS管作为控制灯珠负载工作的开关。当MOS管导通时，灯珠负载接通，为最大电流输出。当MOS管断开时，灯珠负载电流为零。由于四路MOS管的开关状态由单片机分别进行PWM控制(即控制MOS管导通的占空比)，单片机控制模块51只需改变其控制端口的占空比，就能使平均输出电流从零到最大值变化，也就实现了光通量的调节。

由于本发明使用的功率转换电路3具有恒流/恒压的输出负载特性，因此，对于白光(W)负载，电路工作在恒流模式，可使白光负载获得精确的光通量；对于红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)负载，即可工作在恒压模式。根据LED的伏安特性原理，只要红、绿、蓝三路负载的压降相等，则可以通过恒压模式使红(R)、绿(G)、蓝(B)负载获得精确的光通量，且相互之间毫不干扰，即不存在交叉负载调整率的问题。因此，本发明仅用一路输出，就能同时为红(R)、绿(G)、蓝(B)、白(W)四路灯珠供电。通过调节四路负载的占空比，通过R、G、B、W光通量的不同配搭，就能实现LED智能灯泡的调光调色。对比起传统的四路输出分别驱动四路负载的方案，大大降低了BOM(bill of material,物料清单)成本，加快了智能灯泡的普及，也使得智能灯泡的小体积化成为可能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种LED智能灯泡驱动电源，其特征在于，所述驱动电源包括EMI滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、功率转换电路、DC-DC转换电路和调光控制电路；

所述EMI滤波电路用于滤除交流输入电中的干扰信号，所述EMI滤波电路的输出端与所述整流电路的输入端连接，所述整流电路用于将滤除干扰信号后的交流电转换为直流电；所述功率因数校正电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述功率因数校正电路包括填谷电路和连接在填谷电路上的电解电容，所述填谷电路的输出端与所述功率转换电路的输入端连接；所述功率转换电路为原边反馈功率转换电路，所述功率转换电路的输出端与所述调光控制电路连接；所述调光控制电路包括依次连接的单片机控制模块、MOS管和负载；所述DC-DC转换电路的输入端与所述功率转换电路的输出端连接，DC-DC转换电路的输出端与所述单片机控制模块连接，通过单片机控制模块控制所述MOS管导通的占空比；

所述DC-DC转换电路包括降压电路、控制IC、升压电路和输出电压采样电路；所述降压电路的输出端与所述控制IC的输入端连接，用于降低所述控制IC的输入电压；所述升压电路的输入端与所述控制IC的输出端连接，使得控制IC的输出端产生一个比输入电压高的输出电压，使所述MOS管导通；所述输出电压采样电路与控制IC构成连接环路，输出电压采样电路对控制IC的输出电压进行采样后反馈至控制IC的输入端；

所述调光控制电路中的负载为多路负载，每路负载分别对应串接一个MOS管，每路MOS管的开关状态由所述单片机控制模块分别进行控制，所述多路负载为相互并联的蓝(B)、绿(G)、红(R)、白(W)四路灯珠。

2.根据权利要求1所述的LED智能灯泡驱动电源，其特征在于，所述原边反馈功率转换电路包括控制IC、变压器和整流二极管；所述变压器包括初级绕组、辅助绕组和次级绕组；所述变压器的输出电压经过次级绕组和所述整流二极管后，一方面驱动所述调光控制电路，另一方面为所述DC-DC转换电路供电。

3.根据权利要求2所述的LED智能灯泡驱动电源，其特征在于，所述原边反馈功率转换电路中还连接有分压电阻和采样电阻；

所述分压电阻分别与所述辅助绕组和控制IC连接构成环路，通过分压电阻将变压器的输出电压反馈至控制IC；所述变压器的输出电流通过所述初级绕组和次级绕组的耦合，经所述采样电阻将采样信号反馈至控制IC。

4.根据权利要求3所述的LED智能灯泡驱动电源，其特征在于，还包括与所述分压电阻并联的补偿电容。

5.根据权利要求1所述的LED智能灯泡驱动电源，其特征在于，所述DC-DC转换电路包括功率电感。

6.根据权利要求5所述的LED智能灯泡驱动电源，其特征在于，还包括第一补偿电路和第二补偿电路；所述第一补偿电路与所述输出采样电路连接，所述第二补偿电路与控制IC输入端连接。