CN106550511B - 一种调光控制装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调光控制装置，包括整流滤波电路，整流滤波电路分别与功率变换器、启动/控制装置连接，启动/控制装置分别与功率变换器、输出电流采样/反馈电路连接，输出电流采样/反馈电路与0‑10V调光电路连接。本发明还公开了一种调光控制装置的实现方法。本发明具有结构简单、造价便宜、易于实现及调光效果好等特点。

Description

一种调光控制装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及LED驱动及控制电路技术，具体来说是一种调光控制装置及其实现方法。

背景技术

随着全球白炽灯的逐步淘汰以及节能减排政策的实施，LED照明得到了快速的普及和渗透。同时，作为LED照明关键组件的LED驱动电源也拥有了广阔的市场前景。如今，LED市场和技术逐渐成熟，其应用也已经全面渗透到了各个领域，在这样的大环境下，整个LED照明市场都在努力降低LED产品成本，以提高产品的市场竞争力。随着LED产品成本的降低，作为LED灯具的“心脏”的驱动电源价格也随之下降。

市面上有部分的0-10V调光方案是用双运放实现的，其中的一个运放用作电压跟随器，另一个运放用作反向器，实现0-10V调光功能。而双运放的芯片成本较高，需要更多的离散元器件。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、造价便宜、易于实现及调光效果好的调光控制装置。

本发明还提供了一种调光控制装置的实现方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种调光控制装置，包括将市电整流滤波后，生成平滑的直流信号的整流滤波电路；

用来启动装置以及控制装置的启动/控制装置；

用来功率转变的功率变换器；

用来接收并处理调光信号，生成一个误差信号的0-10V调光电路；

用来处理输出电流的采样信号与0-10V调光电路输出的误差信号的叠加信号，控制输出电流大小，反馈给启动/控制装置，实现恒流控制的输出电流采样/反馈电路；

其中，整流滤波电路分别与功率变换器、启动/控制装置连接，启动/控制装置分别与功率变换器、输出电流采样/反馈电路连接，输出电流采样/反馈电路与0-10V调光电路连接。

所述0-10V调光电路包括相互连接的电压跟随器和反向器。

所述电压跟随器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一稳压管ZD1和第一三极管Q1；其中，第一电阻R1的第一端与第一电路相连，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端和DIM信号的相连，第二电阻R2的第二端分别与第一三极管的基极和第一稳压管ZD1的阴极相连，第一稳压管ZD1的阳极与第二电路相连，第一三极管Q1的集电极与第一电路相连，第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与第二电路相连。

所述反向器包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻B8和第一运算放大器U1；其中，第四电阻R4的第二端与电压跟随器的第一三极管Q1的发射极相连，第四电阻R4的第一端分别与第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端和第一运算放大器U1的第二端相连，第五电阻R5的第一端分别与第七电阻R7的第二端、第八电阻R8的第二端和第一运算放大器U1的第一端相连，第六电阻R6的第二端与第二电路相连，第一运算放大器U1的第三端与第二电路相连，第七电阻R7的第一端与第一电路相连，第八电阻R8的第一端接输出误差信号。

所述功率变换器拓扑为反激式。

所述第一三极管是NPN型三极管；第一运算放大器是TL431；输出电流采样信号是通过采样电阻RS对输出电流采样获得。

所述第一电路是VCC，第二电路是地。

上述的调光控制装置的实现方法，包括以下步骤：

(1)、装置上电后，市电经过整流滤波电路整流成直流信号，此时给启动/控制装置一个VCC电压，装置启动，开始工作；

(2)、0-10V调光接口接入0-10V调光器，DIM信号经过0-10V调光电路生成一个误差信号；

(3)、输出电流采样信号与0-10V调光电路的误差信号叠加生成电流反馈信号，调节输出电流；

(4)、电流反馈信号反馈给启动/控制装置，实现恒流控制。

所述步骤(2)具体方式为：电压跟随器工作时，外接负载为任意值RL；

第一三极管Q1的发射极电流Ib为：

其中，Vin是调光器的电压，也就是DIM信号；VF是Vbeo；VL是负载RL的电压；

第一三极管Q1的发射极电流Ie为：

已知Ie＝(1+β)Ib，则将①②式代入，得到：

如果：(1+β)*R3//RL>>R2 ，则可以得到：

VL≈Vin-VF③

由③式可知，电压跟随器的输出电压近似是DIM信号减去VF的值；

此电路中采用电压跟随器的目的是用作阻抗匹配，其输出阻抗分析如下：

其中，IL是流过外接任意负载RL的电流；

经过整理可以得到：

其中R₀是等效的输出阻抗；

如果：(1+β)R3＞＞R2，则：

由于三极管的放大倍数β是几百的数量级，因此，输出阻抗R₀是一个很小的值；

由此可以得出，电压跟随器的输出阻抗很小，也就是说，电压跟随器的作用是减小后级反向器的输入阻抗；

(2)、反向器工作时，利用虚短与虚断的特点，可以求得：

其中，

Vref是第一运算放大器的参考电压，Ve是输出的误差信号；

经过整理后得到：

由上式可知，当输入的DIM信号越大，输出的误差信号越小；反之，DIM信号越小，误差信号越大；

(3)、当DIM信号小于某一值时，电压跟随器不工作，此时的VL为最小值：

所以，当DIM信号小于时，电压跟随器不工作，此时，反向器输出的误差信号为最大；

(4)、当调光器未接入时，DIM信号等于VCC，由于第一稳压管ZD1的钳位作用，第一三极管Q1的基极电压最大，由于反向器的作用使得输出的误差信号最小；

(5)、当反向器的误差信号和输出电流采样信号同时输入到电流反馈的运放反相端时，可以得到以下公式：

其中：Io是输出电流；Rs是输出电流的采样电阻；Vcref是电流反馈运放的参考电压；

经过整理，得到：

根据上式可知，由于R8，R9，Vcref和RS都是固定值，并且0<R8/R9<1所以，当误差信号越大时，输出电流越小，反之，误差信号越小，输出电流越大。

若使DIM信号为1V时，输出电流最小；DIM信号为9V时，输出电流最大。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本发明包括整流滤波电路，整流滤波电路分别与功率变换器、启动/控制装置连接，启动/控制装置分别与功率变换器、输出电流采样/反馈电路连接，输出电流采样/反馈电路与0-10V调光电路连接；具有结构简单、造价便宜、易于实现及调光效果好等特点。

2、本发明中的电压跟随器用三极管代替一级运放，加上若干只电阻达到阻抗匹配的效果，为后级的反向器减小输入阻抗。

3、本发明中的反向器用TL431一级运放，利用其内部的基准，达到输入信号越小，输出信号越大和输入信号越大，输出信号越小的效果。

4、本发明仅用一个三极管和一只TL431和少数其他元器件即可构成0-10V调光电路，结构简单，成本低廉，易于实现。

5、本发明其调光效果并不弱于用双运放构成的调光方案，但成本更低，使用效果好。

附图说明

图1为一种调光控制装置的连接框图；

图2为本发明中0-10V调光电路的电路图；

图3为本发明中电压跟随器的电路分析图；

图4为本发明中反向器的电路分析图；

图5为本发明的实际调光曲线图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1～5所示，一种调光控制装置，包括将市电整流滤波后，生成平滑的直流信号的整流滤波电路；用来启动装置以及控制装置的的启动/控制装置；用来功率转变的功率变换器；用来接收并处理调光信号，生成一个误差信号的0-10V调光电路；用来处理输出电流的采样信号与0-10V调光电路输出的误差信号的叠加信号，控制输出电流大小，反馈给启动/控制装置，实现恒流控制的输出电流采样/反馈电路；其中，整流滤波电路分别与功率变换器、启动/控制装置连接，启动/控制装置分别与功率变换器、输出电流采样/反馈电路连接，输出电流采样/反馈电路与0-10V调光电路连接。

本实施例中的0-10V调光电路包括相互连接的电压跟随器和反向器。如图2的101模块所示，电压跟随器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一稳压管ZD1和第一三极管Q1；其中，第一电阻R1的第一端与第一电路相连，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端和DIM信号的相连，第二电阻R2的第二端分别与第一三极管的基极和第一稳压管ZD1的阴极相连，第一稳压管ZD1的阳极与第二电路相连，第一三极管Q1的集电极与第一电路相连，第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与第二电路相连。

本实施例中的反向器的电路图如图2的102模块所示，反向器包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻B8和第一运算放大器U1；其中，第四电阻R4的第二端与电压跟随器的第一三极管Q1的发射极相连，第四电阻R4的第一端分别与第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端和第一运算放大器U1的第二端相连、第五电阻R5的第一端分别与第七电阻R7的第二端、第八电阻R8的第二端和第一运算放大器U1的第一端相连，第六电阻R6的第二端与第二电路相连，第一运算放大器U1的第三端与第二电路相连，第七电阻R7的第一端与第一电路相连，第八电阻R8的第一端接输出误差信号。

本实施例中的输出电流采样信号是通过采样电阻RS采样获得，其接法如图2的103模块所示。

本实施例中的功率变换器拓扑是反激式的；第一三极管是NPN型三极管，第一运算放大器是TL431，第一电路是VCC，第二电路是地。

上述的调光控制装置的实现方法，包括以下步骤：

(1)、装置上电后，市电经过整流滤波电路整流成直流信号，此时给启动/控制装置一个VCC电压，装置启动，开始工作；

(2)、0-10V调光接口接入0-10V调光器，DIM信号经过0-10V调光电路生成一个误差信号；

(3)、输出电流采样信号与0-10V调光电路的误差信号叠加生成电流反馈信号，调节输出电流；

(4)、电流反馈信号反馈给启动/控制装置，实现恒流控制。

所述步骤(2)具体方式为：图3为电压跟随器的电路分析图，外接负载为任意值RL；

第一三极管Q1的发射极电流Ib为：

其中，Vin是调光器的电压，也就是DIM信号；VF是Vbeo；VL是负载RL的电压；

第一三极管Q1的发射极电流Ie为：

已知Ie＝(1+β)Ib，则将①②式代入，得到：

如果：(1+β)*R3//RL>>R5，则可以得到：

VL≈Vin-VF③

由③式可知，电压跟随器的输出电压近似是DIM信号减去VF的值；

此电路中采用电压跟随器的目的是用作阻抗匹配，其输出阻抗分析如下：

其中，IL是流过外接任意负载RL的电流；

经过整理可以得到：

其中R₀是等效的输出阻抗。

如果：(1+β)R3＞＞R2，则：

由于三极管的放大倍数β是几百的数量级，因此，输出阻抗R₀是一个很小的值。

由此可以得出，电压跟随器的输出阻抗很小，也就是说，电压跟随器的作用是减小后级反向器的输入阻抗。

(2)、图4为反向器的电路分析图，利用虚短与虚断的特点，可以求得：

其中，

Vref是第一运算放大器的参考电压，Ve是输出的误差信号。

经过整理后得到：

由上式可知，当输入的DIM信号越大，输出的误差信号越小；反之，DIM信号越小，误差信号越大；

(3)、当DIM信号小于某一值时，电压跟随器不工作，此时的VL为最小值：

所以，当DIM信号小于时，电压跟随器不工作，此时，反向器输出的误差信号为最大；

(4)、当调光器未接入时，DIM信号等于VCC，由于第一稳压管ZD1的钳位作用，第一三极管Q1的基极电压最大，由于反向器的作用使得输出的误差信号最小；

(5)、当反向器的误差信号和输出电流采样信号同时输入到电流反馈的运放反相端时，可以得到以下公式：

其中：Io是输出电流；Rs是输出电流的采样电阻；Vcref是电流反馈运放的参考电压。

经过整理，得到：

根据上式可知，由于R8，R9，Vcref和RS都是固定值，并且0<R8/R9<1所以，当误差信号越大时，输出电流越小，反之，误差信号越小，输出电流越大。

若使DIM信号为1V时，输出电流最小(调光关断)，DIM信号为9V时，输出电流最大(全亮)，实际的调光曲线如图5所示。

尽管本发明在实施例中的第一三极管Q1采用NPN型三极管来构成电压跟随器，然而本发明不限于此，本领域技术人员很容易想到采用PNP型三极管或者P型或者N型mos管来构成电压跟随器，并且相应的变化其他元器件，该变化应被包括在本发明范围之内。

此外本领域技术人员也很容易想到将第一运算放大器用其他芯片或者部件来代替TL431，并且相应的变化其他元器件，该变化也应被包括在本发明范围之内。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种调光控制装置，其特征在于：包括将市电整流滤波后，生成平滑的直流信号的整流滤波电路；

用来启动装置以及控制装置的启动/控制装置；

用来功率转变的功率变换器；

用来接收并处理调光信号，生成一个误差信号的0-10V调光电路；

用来处理输出电流的采样信号与0-10V调光电路输出的误差信号的叠加信号，控制输出电流大小，反馈给启动/控制装置，实现恒流控制的输出电流采样/反馈电路；

其中，整流滤波电路分别与功率变换器、启动/控制装置连接，启动/控制装置分别与功率变换器、输出电流采样/反馈电路连接，输出电流采样/反馈电路与0-10V调光电路连接；

所述电压跟随器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一稳压管ZD1和第一三极管Q1；其中，第一电阻R1的第一端与第一电路相连，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端和DIM信号的相连，第二电阻R2的第二端分别与第一三极管的基极和第一稳压管ZD1的阴极相连，第一稳压管ZD1的阳极与第二电路相连，第一三极管Q1的集电极与第一电路相连，第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与第二电路相连；所述0-10V调光电路包括相互连接的电压跟随器和反向器；所述反向器包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻B8和第一运算放大器U1；其中，第四电阻R4的第二端与电压跟随器的第一三极管Q1的发射极相连，第四电阻R4的第一端分别与第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端和第一运算放大器U1的第二端相连，第五电阻R5的第一端分别与第七电阻R7的第二端、第八电阻R8的第二端和第一运算放大器U1的第一端相连，第六电阻R6的第二端与第二电路相连，第一运算放大器U1的第三端与第二电路相连，第七电阻R7的第一端与第一电路相连，第八电阻R8的第一端接输出误差信号。

2.根据权利要求1所述的调光控制装置，其特征在于：所述功率变换器拓扑为反激式。

3.根据权利要求2所述的调光控制装置，其特征在于，所述第一三极管是NPN型三极管；第一运算放大器是TL431；输出电流采样信号是通过采样电阻RS对输出电流采样获得。

4.根据权利要求3所述的调光控制装置，其特征在于：所述第一电路是VCC，第二电路是地。

5.根据权利要求1～4任一项所述的调光控制装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、装置上电后，市电经过整流滤波电路整流成直流信号，此时给启动/控制装置一个VCC电压，装置启动，开始工作；

(2)、0-10V调光接口接入0-10V调光器，DIM信号经过0-10V调光电路生成一个误差信号；

(3)、输出电流采样信号与0-10V调光电路的误差信号叠加生成电流反馈信号，调节输出电流；

(4)、电流反馈信号反馈给启动/控制装置，实现恒流控制；

所述步骤(2)具体方式为：电压跟随器工作时，外接负载为任意值RL；

第一三极管Q1的发射极电流Ib为：

其中，Vin是调光器的电压，也就是DIM信号；VF是Vbeo；VL是负载RL的电压；

第一三极管Q1的发射极电流Ie为：

已知Ie＝(1+β)Ib，则将①②式代入，得到：

如果：(1+β)*R3//RL>>R2 ，则可以得到：

VL≈Vin-VF ③

由③式可知，电压跟随器的输出电压近似是DIM信号减去VF的值；

此电路中采用电压跟随器的目的是用作阻抗匹配，其输出阻抗分析如下：

其中，IL是流过外接任意负载RL的电流；

经过整理可以得到：

其中R₀是等效的输出阻抗；

如果：(1+β)R3＞＞R2，则：

由于三极管的放大倍数β是几百的数量级，因此，输出阻抗R₀是一个很小的值；

由此可以得出，电压跟随器的输出阻抗很小，也就是说，电压跟随器的作用是减小后级反向器的输入阻抗；

(2)、反向器工作时，利用虚短与虚断的特点，可以求得：

其中，

Vref是第一运算放大器的参考电压，Ve是输出的误差信号；经过整理后得到：

由上式可知，当输入的DIM信号越大，输出的误差信号越小；反之，DIM信号越小，误差信号越大；

(3)、当DIM信号小于某一值时，电压跟随器不工作，此时的VL为最小值：

所以，当DIM信号小于时，电压跟随器不工作，此时，反向器输出的误差信号为最大；

(4)、当调光器未接入时，DIM信号等于VCC，由于第一稳压管ZD1的钳位作用，第一三极管Q1的基极电压最大，由于反向器的作用使得输出的误差信号最小；

(5)、当反向器的误差信号和输出电流采样信号同时输入到电流反馈的运放反相端时，可以得到以下公式：

其中：Io是输出电流；Rs是输出电流的采样电阻；Vcref是电流反馈运放的参考电压；

经过整理，得到：

根据上式可知，由于R8，R9，Vcref和RS都是固定值，并且0<R8/R9<1所以，当误差信号越大时，输出电流越小，反之，误差信号越小，输出电流越大。

6.根据权利要求5所述的调光控制装置的实现方法，其特征在于：若使DIM信号为1V时，输出电流最小；DIM信号为9V时，输出电流最大。