CN110611976A

CN110611976A - 一种led电源模块

Info

Publication number: CN110611976A
Application number: CN201910927377.4A
Authority: CN
Inventors: 冯海旭
Original assignee: Zhejiang Fushuo Telecom Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Fushuo Telecom Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2019-12-24

Abstract

本发明公开了一种LED电源模块，属于电源控制技术领域，解决了LED灯具工作可靠性和稳定性问题，其技术方案要点是包括PFC模块、DC/DC模块、辅助电源、MCU模块，所述PFC模块外接电网后分别连接DC/DC模块、辅助电源，DC/DC模块恒流输出，辅助电源连接MCU模块，MCU模块控制DC/DC模块，所述MCU模块接收RS485指令，控制输出D/A转换信号；所述MCU模块和DC/DC模块之间连接有调光电路，所述调光电路根据D/A转换信号以及恒流输出的电流采样信号来控制DC/DC模块，达到了高效准确调节电压和电流信号，提高LED灯具使用寿命的效果。

Description

一种LED电源模块

技术领域

本发明涉及电源控制领域，特别地，涉及一种LED电源模块。

背景技术

LED电源是电源中的一种，是向电子设备提供功率的装置，也是电源供应器。是通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置，这个装置就叫做整流电源，也叫驱动电源。把能提供信号的电子设备叫做信号源。锂电池、干电池、整流电源、信号源有时也叫做电源。

由于LED的电压电流特性，现在的白光LED照明一般使用恒流电源驱动，为了更好地发挥LED照明的节能优点，在LED电源中加入调光功能是大势所趋。

传统的技术中用于LED调光的方式存在两种，PWM调光和模拟调光。

脉冲宽度调制(PWM)调光是使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作，使用PWM来设置周期和占空度改变光输出的平均值。

模拟调光是改变电源输出电流的幅值，来改变LED的光输出，两者各有优缺点。

数字调光会引入潜在的电磁干扰(EMI)频率，为尽量降低可听到噪声和辐射，高端照明***的调光频率一般要求几万赫兹，但较高的调光频率将大幅缩小驱动的调光范围。

模拟调光面临输出电流精度的挑战，每个LED驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流，电流辨别电压(V_s)通过折衷低能耗损失和高信噪比来选定，驱动中的允许误差、偏移和延迟导致了一个相对同定的误差。要在一个闭环***中降低输出电流就必须降低V_s，这样就会反过来降低输出电流的精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。有鉴于此，本发明目的在于提出一种LED电源模块，具有模拟调光功能，提高LED灯具运行可靠性的优势。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种LED电源模块，包括PFC模块、DC/DC模块、辅助电源、MCU模块，所述PFC模块外接电网后分别连接DC/DC模块、辅助电源，DC/DC模块恒流输出，辅助电源连接MCU模块，MCU模块控制DC/DC模块，所述MCU模块接收RS485指令，控制输出D/A转换信号；

所述MCU模块和DC/DC模块之间连接有调光电路，所述调光电路根据D/A转换信号以及恒流输出的电流采样信号来控制DC/DC模块。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述调光电路包括反相器D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R_s、三极管Q1、运放A1、光耦U1以及电容C1、C2；

反相器D1连接电阻R4和三极管Q1的基极，电阻R4另一端连接5V电压源，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端连接5V电压源，电阻R2的另一端连接电阻R3、电容C1、运放A1的同相输入端，电阻R3的另一端和电容C1的另一端共同接地，电阻R_s一端用于连接LED灯具以及连接电阻R5，电阻R_s的另一端接地，电阻R5的另一端连接运放A1的反相输入端和电阻R6，电阻R6的另一端连接电容C2，电容C2的另一端连接运放A1的输出端和光耦U1的输入侧阴极，光耦U1的输入侧阳极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接5V电压源，光耦U1的输出侧的发射极接地，光耦U1的输出侧的集电极连接电阻R8，电阻R8的另一端用于提供反馈信号给DC/DC模块。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述DC/DC模块是基于芯片7M0880的基础模块。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述电阻R_s为0.22欧姆的高精度金属膜电阻。

作为本发明的具体方案可以优选为：还包括用于连接LED灯具的模拟保护模块，所述模拟保护器包括PTC开关模块、干簧管、以及机壳，所述机壳封装PTC开关模块和干簧管，PTC开关模块和干簧管串联。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述壳体内还设置有电位器和发热电阻，所述发热电阻和电位器串联用于控制发热温度。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述壳体上还连接有电阻R10和氖灯，所述电阻R10的一端连接在壳体上，电阻R10的另一端连接氖灯正极，氖灯负极接地。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述壳体内置有控制干簧管启闭的磁块，所述磁块靠近或远离干簧管。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述壳体内设置有凹槽，所述磁块设置在凹槽内滑动，所述磁块在凹槽内填充有气囊，所述气囊的气嘴连接在壳体上，气嘴上还设置有堵块。

本发明技术效果主要体现在以下方面：

1、功率变换功能由PFC模块和DC／DC模块两级完成，MCU模块实现PWM控制输出并实现恒定电流；设计调光电路，将PWM调光信号转换为线性调光电压。实现LED电源输出电流精确可调，MCU模块采用ATmega8单片机设计，可以接受RS485总线的调光指令实现256级调光；

2、工作过程还兼具安全防护，干簧管闭合，温度过高，则PTC开关模块就断开，为了进一步控制，则利用干簧管进行二次防护，利用磁力控制干簧管的启闭，从而可以实现不接触断电，不易产生漏电或触电；

3、漏电或触电有氖灯进行指示，还可以进行事前模拟检测，以防止意外或故障，由此能够大大提高安全性能。

附图说明

图1为实施例1中结构原理框图；

图2为实施例1中调光电路的具体连接图；

图3为实施例1中信号波形图；

图4为实施例2的模拟保护模块结构原理图。

附图标记：1、PFC模块；2、DC/DC模块；3、辅助电源；4、MCU模块；5、调光电路；6、模拟保护模块；61、PTC开关模块；62、凹槽；63、机壳；64、气囊；65、发热电阻；66、堵块；Kr、干簧管；Rp、电位器；Ne、氖灯；B、磁块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，以使本发明技术方案更易于理解和掌握，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种LED电源模块，参考图1所示，包括PFC模块1、DC/DC模块2、辅助电源3、MCU模块4。上述模块为是市场上常用模块。具体设计在于设计了调光电路5。PFC模块1外接电网后分别连接DC/DC模块2、辅助电源3，DC/DC模块2恒流输出，辅助电源3连接MCU模块4，MCU模块4控制DC/DC模块2，MCU模块4接收RS485指令，控制输出D/A转换信号。

MCU模块4和DC/DC模块2之间连接有调光电路5，调光电路5根据D/A转换信号以及恒流输出的电流采样信号来控制DC/DC模块2。

接收到RS485总线的凋光指令后，单片机将输出对应的PWM信号。来调节开关电源的输出电流。而我们采用运算放大器精确调节输出电流，需要将PWM信号转换为线性调光电压。如图2所示，PWM信号输入端到运放同相端是D／A转换电路。

结合参考图1和图2所示，调光电路5包括反相器D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、Rs、三极管Q1、运放A1、光耦U1以及电容C1、C2；

反相器D1连接电阻R4和三极管Q1的基极，电阻R4另一端连接5V电压源，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端连接5V电压源，电阻R2的另一端连接电阻R3、电容C1、运放A1的同相输入端，电阻R3的另一端和电容C1的另一端共同接地，电阻Rs一端用于连接LED灯具以及连接电阻R5，电阻Rs的另一端接地，电阻R5的另一端连接运放A1的反相输入端和电阻R6，电阻R6的另一端连接电容C2，电容C2的另一端连接运放A1的输出端和光耦U1的输入侧阴极，光耦U1的输入侧阳极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接5V电压源，光耦U1的输出侧的发射极接地，光耦U1的输出侧的集电极连接电阻R8，电阻R8的另一端用于提供反馈信号给DC/DC模块2。

R1、R2、R3组成电阻分压网络。三级管Q1作为开关管，由PWM调光信号控制其导通时间，Q1的开关控制C1上的电压，即运放A1的同相端电压。LED灯具的电流通过电阻Rs，转换为取样电压Vs，输入到运放A1的反相端。调光电压V+和取样电压Vs经过运算放大器A1比较后输出逻辑电平，通过光耦U1连接到调制功率控制芯片的FB脚电流，从而调节DC／DC电路的输出电流。DC/DC模块2是基于芯片7M0880的基础模块。

基于上述描述以及图3进一步理解。从电路中可知取样电压：V_s=R_s×I_LED, (1)；

电源输出最大电流时，PWM调光信号占空比为100％，经过反相器倒相后，Q1一直关断，此时电阻分压R3上的电压为：V_+max=R3×V_CC/（R1+R2+R3），(2)；

当PWM调光信号占空比降为0时，Q1导通，C1放电，Q1的饱和压降为V_CES，此时：

V_+max=R3×V_CES/（R2+R3）(R2+R3)，V₊＜V_s，运放A1输出低电平，DC/DC模块减小输出电流，直到满足V₊≈V_s。

如图3所示，Q1天断，C1充电；Q1导通，C1放电。在一个PWM周期内，电容上的平均电压为：V₊= V_+max×n，(4)，n为PWM调光信号占空比；

根据运算放大器A1的虚短特性有：

V₊≈V_s ，(5)；

由式(1)、(2)、(4)、(5)可得：I_LED =R3×V_CC×n/(R1+R2+R3)R_s,(6);

由式(6)说明，选定R1、R2、R3、R_s的阻值后，电源输出电流将由PWM信号占空比精确控制。

选取R1=4．7千欧，R2=58．4千欧，R3=1千欧，其中R2可以由1兆欧和62千欧两个电阻并联组成。选取的三极管Q1饱和压降V_CES约为0．3V。

电阻R_s为0.22欧姆的高精度金属膜电阻。

实施例2：

可以基于上述实施例1，进一步改进，提高LED灯具的使用安全性，参考图4所示，还包括用于连接LED灯具的模拟保护模块6，模拟保护器包括PTC开关模块61、干簧管Kr、以及机壳63，机壳63封装PTC开关模块61和干簧管Kr，PTC开关模块61和干簧管Kr串联。PTC开关模块61可以等效成一个受温度控制的开关，在温度高于100摄氏度的时候就断开。壳体采用铝质包裹。壳体内还设置有电位器Rp和发热电阻65，发热电阻65和电位器Rp串联用于控制发热温度。

壳体上还连接有电阻R10和氖灯Ne，电阻R10的一端连接在壳体上，电阻R10的另一端连接氖灯Ne正极，氖灯Ne负极接地。此结构可以使得壳体漏电时氖灯Ne点亮。壳体内置有控制干簧管Kr启闭的磁块B，磁块B靠近或远离干簧管Kr。壳体内设置有凹槽62，磁块B设置在凹槽62内滑动，磁块B在凹槽62内填充有气囊64，气囊64的气嘴连接在壳体上，气嘴上还设置有堵块66。

具体使用的时候：直接在此模拟保护模块6上串接LED灯具即可。在使用之前，可以通过在预留的发热电阻65的端口上连接电源，此时发热电阻65开始工作，温度不断提高，此时高温会使得PTC开关模块61直接断开起到保护作用，这是基于PTC开关模块61功能完好的前提下。如果PTC开关模块61失效，则可以判断高温情况下，LED灯具无法自行断电，则可以通过控制干簧管Kr实现断电。干簧管Kr的控制受到磁块B影响，磁块B的上下移动控制干簧管Kr的启闭。从而可以完成不接触的控制，能够大大提高安全性。

另外还可以通过对气囊64的充气和放气来控制磁块B的上下运动。

需要说明的是，磁块B在滑槽内的移动可以借助另一块磁体的同性相斥，异性相吸。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种LED电源模块，包括PFC模块、DC/DC模块、辅助电源、MCU模块，所述PFC模块外接电网后分别连接DC/DC模块、辅助电源，DC/DC模块恒流输出，辅助电源连接MCU模块，MCU模块控制DC/DC模块，其特征是，

所述MCU模块接收RS485指令，控制输出D/A转换信号；

2.如权利要求1所述的LED电源模块，其特征是，所述调光电路包括反相器D1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R_s、三极管Q1、运放A1、光耦U1以及电容C1、C2；

3.如权利要求1所述的LED电源模块，其特征是，所述DC/DC模块是基于芯片7M0880的基础模块。

4.如权利要求1所述的LED电源模块，其特征是，所述电阻R_s为0.22欧姆的高精度金属膜电阻。

5.如权利要求1所述的LED电源模块，其特征是，还包括用于连接LED灯具的模拟保护模块，所述模拟保护器包括PTC开关模块、干簧管、以及机壳，所述机壳封装PTC开关模块和干簧管，PTC开关模块和干簧管串联。

6.如权利要求5所述的LED电源模块，其特征是，所述壳体内还设置有电位器和发热电阻，所述发热电阻和电位器串联用于控制发热温度。

7.如权利要求6所述的LED电源模块，其特征是，所述壳体上还连接有电阻R10和氖灯，所述电阻R10的一端连接在壳体上，电阻R10的另一端连接氖灯正极，氖灯负极接地。

8.如权利要求7所述的LED电源模块，其特征是，所述壳体内置有控制干簧管启闭的磁块，所述磁块靠近或远离干簧管。

9.如权利要求8所述的LED电源模块，其特征是，所述壳体内设置有凹槽，所述磁块设置在凹槽内滑动，所述磁块在凹槽内填充有气囊，所述气囊的气嘴连接在壳体上，气嘴上还设置有堵块。