CN105163426A - 一种用于设置led驱动电源输出参数的编程设定电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路，处于与LED驱动电源连接的编程设定控制器内，包括微控制器主供电单元、微控制器、调光信号处理单元、输出电压设定电路、输出电流设定电路、输出电压反馈处理电路、输出电流反馈处理电路，还包括：通讯信号接口电路、工作状态指示单元。本发明可以实现通过调光线来设定驱动电源输出参数的目的，从而简化了电源结构、降低了总体成本，并可大大方便设定电源的工作参数，甚至可以通过调光线非常方便地升级电源内部微控制器的固件，且在电源正常工作时调光操作不受任何影响。

Description

一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路

技术领域

本发明属于LED照明驱动电源控制领域，尤其涉及一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路。

背景技术

LED作为当前最热门的照明光源，正得到越来越广泛的应用。根据LED半导体的工作特性，为了使其工作可靠性得到保障并方便控制，所用的驱动电源通常采用恒流输出的类型。当驱动电源增加提供给LED光源的工作电流时，光通量会增加，反之亦然，即可通过调节LED的正向导通电流来实现调光的目的。另外，当用户购进一批LED驱动电源后，可能会匹配不同的LED灯板，即有可能匹配串并联颗数不同的LED灯板，对于用一种型号的灯珠来说，不同串并联灯珠颗数的灯板需求的工作电压和工作电流是不同的。这时用户会面临驱动电源输出参数的设置问题。通常用户不得不采购多种输出规格的驱动器来满足此需求。对驱动电源生产厂家来说，同样也会面临着要准备多种规格的电源库存以满足客户的快速交货的要求。用户和驱动器生产商的采购成本和管理成本都会因此而提高。

通常的做法如专利CN202713851U中所描述的“防水柱”或类似结构，即驱动器内部有用于设定输出电压、输出电流的电位器，中空结构的“防水柱”套在电位器上，用户可以通过打开外露处驱动电源外壳的防水塞或防水帽来设定驱动器的工作参数。采用这种方法的缺点是：1)结构复杂，难以提供较高的防护等级；2)设置输出工作参数时，驱动器需要接通输入电源、负载及功率计，处于工作状态，这样用户才能看到设置的参数是否合理；3)如果要设置多个时间段工作，各时间段以不同的参数工作，这种方法难以实现。

中国专利CN103152939A提出的“四合一调光电路”可以方便地通过下载程序来设定LED驱动电源工作于不同的状态，其缺点是修改程序端口要用到5根引线，而且这5根引线独立于调光输入端口(2根线)，结构较复杂，成本较高。

因此，针对上述现有问题，有必要研究一种电路结构，使得LED驱动电源工作参数能够方便设定。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于：提供一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路，处于LED驱动电源内部，与LED驱动电源连接的编程设定控制器进行通讯，包括微控制器主供电单元、微控制器、调光信号处理单元、输出电压设定电路、输出电流设定电路、输出电压反馈处理电路、输出电流反馈处理电路；还包括：

通讯信号接口电路，该通讯信号接口电路的一端连接电源调光线，另一端连接微控制器，向/从微控制器发送/接收数据；微控制器还有一输出引脚连接在该通讯接口电路上，用于控制该接口电路在LED驱动电源正常工作时相对于调光线为高阻状态，把通讯信号接口电路与调光电路隔离，达到不影响正常的调光操作之目的；所述通讯信号接口电路用于编程设定，该通讯接口电路的通讯线与LED驱动电源的调光信号正输入线共用一根线，即调光接口也用作编程设定驱动电源稳态运行工作参数的通讯接口；

工作状态指示单元，用来检测电源的工作状态、以及实际运行的输出电压值和输出电流值。

进一步优选地，所述用于编程设定的通讯接口电路为三线接口，分别为辅助供电电源线、通讯信号线和地线；

当LED驱动电源处于工作状态时，通讯信号线和地线用作调光接口，并通过辅助供电电源线向LED驱动电源外部的传感器提供工作电流；

当LED驱动电源处于断电停止状态时，通讯信号线和地线用作用于编程设定的通讯接口电路的通讯线，编程设定控制器通过辅助供电电源线为内部编程设定电路的微控制器提供工作电流，以供接收编程设定控制器的数据并做出响应。

进一步优选地，所述用于编程设定的通讯接口电路为二线接口，分别为通讯信号线和地线；

当LED驱动电源处于工作状态时，该两根线用作调光信号接口；

当LED驱动电源处于断电停止状态时，编程设定控制器在发送数据前通过所述通讯信号线向微控制器供电电容充电，即在发送数据前所述通讯信号线用作微控制器的供电线，待电容充满电时，编程设定控制器与微控制器开始进行数据通讯；

在LED驱动电源输入断电停止工作后，把LED驱动电源的调光接口与设定电源工作参数的数字控制器连接，工作状态指示单元通知微控制器打开通讯接口电路，此时可以由外部编程设定控制器给LED驱动电源内部的微控制器通过调光线发送数据。

进一步优选地，所述用于编程设定的通讯接口电路为二线接口时，所述编程设定电路还包括一微控制器受控供电单元；当LED驱动电源处于工作状态时，该微控制器受控供电单元相对于调光线为高阻状态，从而不会影响调光正常操作，微控制器由主供电单元提供工作电流；当LED驱动电源处于断电停止状态时，该微控制器受控供电单元向微控制器提供工作电流。

对于上述三线接口方案，当驱动电源停止工作时，编程设定控制器通过一根辅助供电电源线向微控制器提供工作电流；对于上述二线接口方案，当驱动电源停止工作时，微控制器受控供电单元打开，编程设定控制器在与微控制器通讯前，通过强制拉高通讯线电平经过一串联的二极管给微控制器供电电容充电一段时间，该供电电容容量足够大，从而可以保证通讯期间微控制器不会因为掉电而复位，而且还保证通讯期间串行数据信号不会因为该电容上电压的衰减使信号畸变发生而通讯错误。

进一步优选地，所述用于编程设定的通讯接口电路设定LED驱动电源的输出电压、输出电流、最大输出功率、定时调光模式的工作时间段和调光比例、以及使能/禁止温度保护功能，该使能/禁止温度保护功能是电源内部温度超过设定值时自动减少输出电流的功能；参数设定完成后会自动保存于微控制器的EEPROM或FLASH区域，或保存于片外非易失存储器中，数据保存完成后，微控制器给编程设定控制器发送一应答信号，通知参数设定完成且已保存；电源每次开机按照最新设定的工作参数运行。另外，由于通讯接口与微控制器的异步串行通讯接口(UART)相连，对于具有FLASH自擦除/写入功能的微控制器，可以利用预先驻留在存储区的BootLoader引导程序通过该编程接口升级微控制器内的固件，即实现了通过调光线来升级微控制器内的固件。

进一步优选地，所述用于编程设定的通讯接口电路连接调光信号线，同时与LED驱动电源内部微控制器的BootLoader功能的通讯线连接，用于升级LED驱动电源内部微控制器软件。

进一步优选地，所述调光信号处理单元接受外部的0～10V调光信号或PWM调光信号，调光信号经过该处理单元处理后得到一随调光信号变化的电压信号供微控制器采样，微控制器根据内部设定值和该电压信号，得出输出电流设定值。

进一步优选地，所述输出电压设定电路和输出电流设定电路为：微控制器输出占空比可调的PWM信号，该PWM信号经低通滤波成一平滑直流电压，再接入电压跟随器，电压跟随器的输出提供给反馈控制电路做偏置电压。在电源上电开机期间，输出电流设定电路，通过缓慢增加偏置电压来达到输出电流缓慢上升至设定值的效果。

进一步优选地，所述输出电压设定电路和输出电流设定电路为：微控制器通过自带的或片外的DAC输出直接提供偏置电压给反馈控制电路。

进一步优选地，所述输出电压设定电路和输出电流设定电路为：微控制器通过数字电位器来设定反馈控制电路的偏置电压。

进一步优选地，所述微控制器主供电单元为精密稳压电路，稳压精度高于±1％；该单元为微控制器提供工作电流，同时作为微控制器A/D转换时的精密电压基准。

进一步优选地，所述通讯信号接口电路所用的开关管为三极管、小型达林顿管或场效应管。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

1)本发明提供的一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路，即使LED驱动电源处于断电停止工作状态，也可由外部便携式的编程设定控制器通过调光接口设定LED驱动电源稳态运行的工作参数。

2)本发明可以实现通过调光线来设定驱动电源输出参数的目的，从而简化了电源结构、降低了总体成本，并可大大方便设定电源的工作参数，甚至可以通过调光线非常方便地升级电源内部微控制器的固件，且在电源正常工作时调光操作不受任何影响。

附图说明

图1为本发明编程设定LED驱动电源的工作参数时外部接线示意图；

图2为本发明三线接口方案的内部电路示意图；

图3为本发明两线接口方案的内部电路示意图；

图4为本发明三线接口方案的内部电路原理图；

图5为本发明两线接口方案的内部电路原理图；

图6为本发明配套的编程设定控制器的接口电路原理图；

图7为本发明通过数字电位器来设定反馈电路偏置电压的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

为了匹配不同类型LED光源，用户通常需要选择不同输出电压\电流的LED驱动电源；如果一款驱动电源的输出电压和输出电流能够在一定范围内做调整，无疑会给用户带来极大的方便；另外LED驱动电源在实际使用中，在某些对光通量有不同需求或在特定时段降低功率运行以实现节能要求的场合，需要LED能够实现调光。

如图1所示，通过与LED驱动电源连接编程设定控制器，即使驱动电源不通电工作，也可把驱动电源的调光线当做异步串行通讯的数据线，从而方便快捷地实现设定电源输出参数的功能；同时电源在稳态运行时，调光线可以接受多种调光信号实现调光，调光操作完全不会受内部串行通讯接口电路的影响。

如图2～5所示，一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路100，处于LED驱动电源内部，与LED驱动电源连接的编程设定控制器进行通讯，包括微控制器主供电单元140、微控制器120、调光信号处理单元190、输出电压设定电路170、输出电流设定电路180、输出电压反馈控制电路、输出电流反馈控制电路，还包括：通讯信号接口电路130、工作状态指示单元160。

如图2、4所示的三线接口方案和如图3、5所示的两线接口方案，二者的区别在于，两线接口方案增加了微控制器受控供电单元150，该单元具体工作原理参照图5中的150单元线路图：当驱动电源正常工作时，R3与R4对输出电压VO+分压后电压较高，令开关管P2截止，同时由于R1的上拉作用使得P1截止，调光线与电解电容E1隔离，调光信号不会受到150单元这一支路的影响；当驱动电源停止工作时，两线接口上连接编程设定控制器，控制器强制拉高调光线电压一段时间，即在通讯前P1发射极为保持一段时间高电位，同时由于驱动电源已断电停止工作，输出电容Co上电压下降，下降到一定程度(具体电压可由R3和R4来设置)，P2导通拉低P1基极电位，从而使P1导通，编程设定控制器此时通过P1给电解电容充电，待一段时间后E1、E2充满电，即可以开始通讯了，此时由于P1的作用，即使信号线上为低电位，E1上的电荷也不能通过P1回到信号线，E1、E2上电荷用来给后面电路供电。当然电解电容E1、E2的容量需足够大，使得通讯期间信号畸变程度可以被接受。

通讯接口电路是基于以下原理工作的：图2～5所示的130单元为通讯信号接口电路，同时参阅图6，图6为编程设定控制器中与130单元对接的电路原理图。需要通讯时，首先微控制器U3根据状态指示单元的信息在RXD_EN引脚输出高电平，使得N8导通，从而RXD引脚可以接收到信号。微控制器UART单元在空闲状态或发送数据“1”时，TXD引脚为高电平，编程设定控制器中接口电路的TXD_M引脚也为高电平，且由于驱动电源处于断电停止工作状态，VCC电压为0，当把编程设定控制器与驱动电源的编程接口相连时，此时通讯信号线(即调光线)上没有电压信号，130单元中的开关管N1截止，由于R21的上拉作用，RXD引脚为高电平(此状态对于UART来说为空闲状态)，同理编程设定控制器中的RXD_M引脚也为高电平；当UART发送起始位或数据“0”时，TXD或TXD_M引脚为低电平，此时N7截止，由于R20的上拉作用N6导通，故通讯信号线(即调光线)上为高电平，该高电平经D6、R16使N1导通，RXD引脚或编程设定RXD_M引脚被拉低。

当LED驱动电源正常工作时，由于N8的截止、D7及D10的反向截止以及RXD作为微控制器U3输入端口的高阻特性，使得130单元(通讯接口电路)完全不会影响调光线上的调光信号；反之当调光线作为通讯信号线时，由于R28的作用，190单元(调光信号处理电路)也不会影响130单元数字信号的传输。

通讯接口电路部分所用的开关管可以为三极管、小型达林顿管或场效应管。

图2～5所示的190单元为调光信号处理单元，其中Z1为10V稳压管，R28为限流电阻，可取1～2K；R29取100～200K，这样驱动电源正常工作时，调光线即使不接任何信号也会保持在10V，驱动电源输出100％的电流；若需要进行0～10V调光操作时，由于VCC为12～15V，调光信号只需提供不超过0.1mA的灌电流即可使调光线上电压在0～10V间变化，该电压信号经R31输入电压跟随器做缓冲，电压跟随器的输出经过R30和R32分压后供微控制器采样，微控制器U3根据内部设定值以及该电压信号大小，运算后得到最终的输出电流设定值。

如果调光输入为幅值12V～24V的PWM信号，当PWM输出为高电位时，由于R28的限流及齐纳二极管Z1的作用，Z1的阴极电位被箝位在10V；当PWM输出为低电位时，由于R28<<R29，Z1的阴极电位接近0V。因此调光输入为幅度12V～24V的PWM信号时，在Z1的阴极将得到一个幅度为10V、频率与占空比根输入信号保持一致的PWM信号，该信号经R31和C11低通滤波后得到一个与占空比成正比的直流电压信号，后面电路的处理与0～10V输入时类似。

图2～5所示的140单元为微控制器U3的主供电单元，该单元为一典型的带输出反馈的线性串联稳压电路，U1可采用AZ431或其它同类具有较高精度的内部参考电压的器件，因此主供电单元为精密稳压电路，稳压精度高于±1％；该单元为微控制器U3提供工作电流，同时作为微控制器A/D转换时的精密电压基准。

图2～5所示的160单元为驱动电源工作状态指示单元，其中R9、R6、R8组成的分压电路对输出电压VO+采样；U2B、R12、C7、R10、R11组成的正向比例放大电路对串联于输出回路上的电流取样电阻上压降放大后送入微控制器U3；当驱动电源停止工作时，由于D11的作用，VCC电压较低或为0V，当驱动电源正常工作时，VCC电压也正常(一般设置在12～15V)，通过R14、R5检测VCC供电是否正常来通知微控制器U3上电工作后是要与编程设定控制器通讯还是要给反馈控制电路输出偏置电压。另外由于160单元提供了驱动电源实际输出电压和电流信号，微控制器U3可以根据设定值对实际输出值进行校准。

图2～5所示的170单元与180单元分别为输出电压设定电路和输出电流设定电路，以170单元为例说明，R17和C10组成的低通滤波电路对微控制器U3输出的PWM信号进行滤波，当调节PWM工作于不同占空比时，U4A的正向输入端得到一个与占空比成正比例变化的直流电压，U4A的电路配置为电压跟随器形式，使得V-SET信号为源阻抗较低，方便对V-SET做进一步处理。180单元在电源上电开机期间，微控制器U3通过缓慢增加偏置电压可以达到输出电流缓慢上升到设定值的效果。

作为可选的方案，170单元和180单元中所示的输出电压和输出电流设定电路可以是微控制器通过自带的或片外的DAC输出直接提供偏置电压给反馈控制电路。

另一作为可选的方案，参见图7，输出电压和输出电流设定可由微控制器控制数字电位器来设定反馈控制电路的偏置电压。

通过该编程接口设定电源的输出电压、输出电流、最大输出功率、定时调光模式的工作时间段及调光比例，还可以设定使能/禁止温度保护功能，即电源内部温度超过设定值自动减小输出电流的功能。参数设定完成后会自动保存于微控制器U3的EEPROM或FLASH区域，或可保存于片外非易失存储器中，数据保存完成后，微控制器U3给编程设定控制器发送一应答信号，通知操作人员参数设定完成且已经保存；电源每次开机都会按照上次最新设定的工作参数运行。另外，该编程接口可以用作电源内部微控制器U3的BootLoader功能的通讯线，即可通过调光线来升级微控制器内的固件。

综上所述，本发明可以实现通过调光线来设定驱动电源输出参数的目的，从而简化了电源结构、降低了总体成本，并可大大方便设定电源的工作参数，甚至可以通过调光线非常方便地升级电源内部微控制器的固件，且在电源正常工作时调光操作不受任何影响。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种用于设置LED驱动电源输出参数的编程设定电路，处于LED驱动电源内部，与LED驱动电源连接的编程设定控制器进行通讯，包括微控制器主供电单元、微控制器、调光信号处理单元、输出电压设定电路、输出电流设定电路、输出电压反馈控制电路、输出电流反馈控制电路，其特征在于，还包括：

通讯信号接口电路，该通讯信号接口电路的一端连接电源调光线，另一端连接微控制器，向/从微控制器发送/接收数据；微控制器还有一输出引脚连接在该通讯接口电路上，用于控制该接口电路在LED驱动电源正常工作时相对于调光线为高阻状态，把通讯信号接口电路与调光电路隔离，达到不影响正常的调光操作之目的；所述通讯信号接口电路用于编程设定，该通讯接口电路的通讯线与LED驱动电源的调光信号正输入线共用一根线，即调光接口也用作编程设定驱动电源稳态运行工作参数的通讯接口；

工作状态指示单元，用来检测电源的工作状态、以及实际运行的输出电压值和输出电流值。

2.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述用于编程设定的通讯接口电路为三线接口，分别为辅助供电电源线、通讯信号线和地线；

当LED驱动电源处于工作状态时，通讯信号线和地线用作调光接口，并通过辅助供电电源线向LED驱动电源外部的传感器提供工作电流；

当LED驱动电源处于断电停止状态时，通讯信号线和地线用作用于编程设定的通讯接口电路的通讯线，编程设定控制器通过辅助供电电源线为内部编程设定电路的微控制器提供工作电流，以供接收编程设定控制器的数据并做出响应。

3.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述用于编程设定的通讯接口电路为二线接口，分别为通讯信号线和地线；

当LED驱动电源处于工作状态时，该两根线用作调光信号接口；

当LED驱动电源处于断电停止状态时，编程设定控制器在发送数据前通过所述通讯信号线向微控制器供电电容充电，即在发送数据前所述通讯信号线用作微控制器的供电线，待电容充满电时，编程设定控制器与微控制器开始进行数据通讯。

4.根据权利要求3所述的编程设定电路，其特征在于，所述编程设定电路还包括一微控制器受控供电单元；当LED驱动电源处于工作状态时，该微控制器受控供电单元相对于调光线为高阻状态，从而不会影响调光正常操作，微控制器由主供电单元提供工作电流；当LED驱动电源处于断电停止状态时，该微控制器受控供电单元向微控制器提供工作电流。

5.根据权利要求2或3所述的编程设定电路，其特征在于，所述用于编程设定的通讯接口电路设定LED驱动电源的输出电压、输出电流、最大输出功率、定时调光模式的工作时间段和调光比例、以及使能/禁止温度保护功能，该使能/禁止温度保护功能是电源内部温度超过设定值时自动减少输出电流的功能；参数设定完成后会自动保存于微控制器的EEPROM或FLASH区域，或保存于片外非易失存储器中，数据保存完成后，微控制器给编程设定控制器发送一应答信号，通知参数设定完成且已保存；电源每次开机按照最新设定的工作参数运行。

6.根据权利要求2或3所述的编程设定电路，其特征在于，所述用于编程设定的通讯接口电路连接调光信号线，同时与LED驱动电源内部微控制器的BootLoader功能的通讯线连接，用于升级LED驱动电源内部微控制器软件。

7.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述调光信号处理单元接受外部的0～10V调光信号或PWM调光信号，调光信号经过该处理单元处理后得到一随调光信号变化的电压信号供微控制器采样，微控制器根据内部设定值和该电压信号，得出输出电流设定值。

8.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述输出电压设定电路和输出电流设定电路为：微控制器输出占空比可调的PWM信号，该PWM信号经低通滤波成一平滑直流电压，再接入电压跟随器，电压跟随器的输出提供给反馈控制电路做偏置电压。

9.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述输出电压设定电路和输出电流设定电路为：微控制器通过自带的或片外的DAC输出直接提供偏置电压给反馈控制电路。

10.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述输出电压设定电路和输出电流设定电路为：微控制器通过数字电位器来设定反馈控制电路的偏置电压。

11.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述微控制器主供电单元为精密稳压电路，稳压精度高于±1％；该单元为微控制器提供工作电流，同时作为微控制器A/D转换时的精密电压基准。

12.根据权利要求1所述的编程设定电路，其特征在于，所述通讯信号接口电路所用的开关管为三极管、小型达林顿管或场效应管。