CN113163550A - 调光高兼容led驱动电源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种调光高兼容LED驱动电源及其控制方法，其包括输入电路，与可控硅调光器输出端连接，用于输入第一模拟信号，可控硅调光器的输入端与市电连接；整流电路，与输入电路连接，用于接收第一模拟信号，并对第一模拟信号执行整流处理，输出第二模拟信号；转换电路，用于接收第二模拟信号，并执行模数转换处理，输出采样信号；输出电路，与市电连接，用于向LED灯供电；以及修整电路，与转换电路、输出电路连接，用于接收采样信号，并依据采样信号控制输出电路的供电。本申请具有减少可控硅调光器对LED负载的干扰现象以提升LED调光的稳定性的效果。

Description

调光高兼容LED驱动电源及其控制方法

技术领域

本申请涉及LED驱动的领域，尤其是涉及一种调光高兼容LED驱动电源及其控制方法。

背景技术

可控硅调光实际上分两种，一种是Triac调光也称前沿切相调光，另外一种是反相控制调光器（即后沿切相调光器）也称ELV调光。前沿可控调光TRIAC调光的工作原理是将输入电压的波形通过导通角切波之后，产生一个切向的输出电压波形。应用切向的原理，可减少输出电压的有效值，以此来降低普通负载(电阻负载)的功率。

针对上述中的相关技术，发明人认为虽然可控硅调光器可通过控制相位的方式调节LED亮度，但由于经切相后输入波形容易产生诸多的干扰信号，例如尖峰等，导致了LED亮度不稳定，甚至发生LED熄灭、损坏等现象的缺陷。

发明内容

第一方面，为了减少可控硅调光器对LED负载的干扰现象，提升LED调光的稳定性，本申请提供一种调光高兼容LED驱动电源。

本申请提供的一种调光高兼容LED驱动电源，采用如下的技术方案：

一种调光高兼容LED驱动电源，包括，

输入电路，与可控硅调光器输出端连接，用于输入第一模拟信号，可控硅调光器的输入端与市电连接；

整流电路，与输入电路连接，用于接收第一模拟信号，并对第一模拟信号执行整流处理，输出第二模拟信号；

转换电路，与整流电路连接，用于接收第二模拟信号，并执行模数转换处理，输出采样信号；

输出电路，与市电连接，用于向LED灯供电；以及

修整电路，与转换电路、输出电路连接，用于接收采样信号，并依据采样信号控制输出电路的供电。

通过采用上述技术方案，通过可控硅调光器连接输入电路与市电，市电经过可控硅调光器后相位发生变化，通过控制输入波形的导通角可以控制LED灯的亮度，而可控硅会导致输入波形受到干扰；因此通过整流电路对可控硅调光器输出的第一模拟信号进行整流处理得到第二模拟信号，之后通过转换电路对第二模拟信号进行模数转换，方便进行信号处理；修整电路根据采样信号，即表示经可控硅调光器调整后的输入波形的信号，对LED负载进行PWM调光，调整LED负载的开关频率，从而在调整LED灯亮度的同时减少可控硅调光器对输入波形的干扰，进而提升LED灯运行的稳定性。

优选的，所述转换电路包括第一开关件、光耦器、第一分压电阻器及第二分压电阻器，第一分压电阻器与第二分压电阻器的连接点与第一开关件的控制极连接，第一分压电阻器的一端用于接收第二模拟信号，第二分压电阻器一端接地，所述光耦器的阳极及阴极与第一开关件的输入端及输入端串联于同一通电回路中，光耦器的集电极与发射极连接于修整电路，用于输出采样信号。

通过采用上述技术方案，通过光耦器实现强电侧与弱电侧的隔离，且由于第一分压电阻器与第二分压电阻器形成分压电路，且第一分压电阻器取整流电路输出端的电位，即第二模拟信号，在输入波形的正半周内第一开关件导通使得光耦器发光导通并输出采样信号，以此检测经可控硅调光器后的输入波形并作出反馈。

优选的，所述第一开关件包括基准稳压器，基准稳压器的控制极连接第一分压电阻器与第二分压电阻器的连接点，其输入端与输出端分别连接地与光耦器的阴极，光耦器的阳极连接VCC端。

通过采用上述技术方案，当第一分压电阻器与第二分压电阻器的连接点的电压高于基准稳压器的基准电压时，光耦器发光导通并输出采样信号，以此提升波形检测的精度。

优选的，所述转换电路还包括第二开关件，第二开关件的控制端分别连接VCC端与光耦器的集电极，所述光耦器的发射极接地，第二开关件的输出端接地且其输入端连接VCC端，第二开关件的输入端用于输出采样信号。

通过采用上述技术方案，若采样信号为低电平信号，则因电路故障、失电等现象导致输入波形正半周对应的低电平信号与失电现象产生的低电平信号发生混淆，容易发生报错现象；而在光耦器发光导通时，其发射极接地，通过第二开关件使得采样信号转换成高电平信号，从而减少混淆报错现象。

优选的，所述修整电路包括单片机及控制电路，单片机的输入引脚用于接收采样信号，单片机的输出引脚用于输出PWM信号，控制电路接收PWM信号以控制输出电路。

通过采用上述技术方案，通过单片机对采样信号进行读取和处理，将检测得到采样信号换算成对应可控硅调光器所要调节的LED亮度的PWM信号，以此控制LED负载达到接近可控硅调光器调节后的理想亮度，减少直接接入可控硅调光器后产生的尖峰等干扰信号对LED负载亮度的影响。

优选的，所述控制电路包括第三开关件及接地电阻，第三开关件的输出端通过接地电阻接地，其输入端与LED负载的阴极连接，其控制端与单片机的输出引脚连接，用于接收PWM信号。

通过采用上述技术方案，PWM信号的占空比越高，则LED负载的亮度越高，而第三开关件依据PWM信号调整LED的闪烁频率，从而调节其亮度，达到亮度可调的效果。

优选的，所述控制电路还包括NPN三极管及PNP三极管，NPN三极管的集电极与VCC端连接，其发射极与PNP三极管的集电极连接且两者的连接点与第三开关件的控制端连接，PNP三极管的发射极接地，NPN三极管与PNP三极管的基极均与单片机的输出引脚连接，用于接收PWM信号。

通过采用上述技术方案，NPN三极管及PNP三极管的开关特性相反，在两者的基极同时输入PWM信号时，NPN三极管及PNP三极管其中之一开启，同时另一个关闭，以此精准调节第三开关件的导通和截止状态，提高PWM调光的精度。

优选的，所述整流电路包括整流桥，所述转换电路还包括稳压二极管，其两端分别连接整流桥的正极输出端及负极输出端。

通过采用上述技术方案，通过稳压二极管减少可控硅调光器调节后输入波形中产生的尖峰等干扰信号，滤除干扰并提升输入波形检测精度。

优选的，所述输出电路包括功率因数校正模块，功率因数校正模块用于连接市电与LED负载。

通过采用上述技术方案，功率因数指有效功率与总耗电量之间的关系，功率因数校正可以提升输入功率，减少电能损耗，提升电路的整体性能。

第二方面，为了减少可控硅调光器对LED负载的干扰现象，提升LED调光的稳定性，本申请提供一种控制方法，采用如下的技术方案：

一种控制方法，应用上述调光高兼容LED驱动电源，包括如下步骤，

初始化GPIOADCTIM外设；

开启所有中断；

检测是否达到设定时间；

若达到设定时间，则读取AD值；

采集获取次数，检测是否达到设定次数；

若达到设定次数，则取AD值的平均值；

检测电压是否小于设定电压；

若小于设定电压，则存储电压值，并在获取到设定次数的相等电压后执行Kalman滤波处理；

若大于或等于设定电压，则执行Kalman滤波处理；

获取预设的PWM信号，依据Kalman滤波处理的结果更新PWM信号，输出新的PWM信号。

通过采用上述技术方案，通过可控硅调光器输入的切相波形进行整流RC滤波后再通过电阻分压，之后再进行RC滤波，将信号输入到单片机进行AD值采样，从而依据可控硅调光器的切向角度来进行PWM输出，而PWM信号用于LED负载的调光，以此减少可控硅调光器对LED负载的干扰现象，提升LED调光的稳定性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过转换电路对第二模拟信号进行模数转换，方便进行信号处理；修整电路根据采样信号，即表示经可控硅调光器调整后的输入波形的信号，对LED负载进行PWM调光，调整LED负载的开关频率，从而在调整LED灯亮度的同时减少可控硅调光器对输入波形的干扰，进而提升LED灯运行的稳定性；

2.在输入波形的正半周内第一开关件导通使得光耦器发光导通并输出采样信号，以此检测经可控硅调光器后的输入波形并作出反馈；

3.在光耦器发光导通时，其发射极接地，通过第二开关件使得采样信号转换成高电平信号，从而减少混淆报错现象。

附图说明

图1是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的模块示意图。

图2是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示整流电路。

图3是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示转换电路。

图4是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示单片机。

图5是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示控制电路。

图6是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示输出电路的滤波部分。

图7是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示功率因数校正模块。

图8是本申请实施例的调光高兼容LED驱动电源的电路原理图，主要展示同步整流模块。

图9是本申请实施例的控制方法的方法流程图。

附图标记说明：1、输入电路；2、整流电路；3、转换电路；4、输出电路；41、功率因数校正模块；42、同步整流模块；5、修整电路；51、控制电路；52、单片机。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种调光高兼容LED驱动电源。参照图1、图2，调光高兼容LED驱动电源包括输入电路1、整流电路2、转换电路3、输出电路4及修整电路5，输入电路1通过可控硅调光器与市电连接，市电输入正弦波信号，可控硅调光器输出切相后的斩波信号，即第一模拟信号，此处的切相可为前沿切相或后沿切相。整流电路2用于对斩波信号进行整流处理，生成第二模拟信号，转换电路3用于采集第二模拟信号，并进行模数转换，生成对应的采样信号，修整电路5依据采样信号对连接市电的输出电路4进行控制，对与输出电路4连接的LED负载进行PWM调光，从而减少可控硅调光器对输出电路4的干扰，提升LED驱动的稳定性。

整流电路2包括整流桥，其输入端与可控硅调光器的输出端连接，本实施例中整流桥采用全桥整流方式，用于对可控硅调光器输出的斩波信号进行整流，保留斩波信号的正半周部分，并将负半周的部分等值转换为正半周部分，以此便于转换电路检测输入波形。

转换电路3包括第一电阻R168与第二电阻R170，第一电阻R168与第二电阻R170串联，且第一电阻R168的一端与第二电阻R170的一端分别连接整流桥的正极输出端与负极输出端，且第二电阻R170上并联有滤波电容C131，滤波电容C131用于减少尖峰等干扰信号，提高第二模拟信号的稳定性。

参照图1、图3，转换电路3还包括第一开关件U13、第二开关件Q12、光耦器UB2、第一分压电阻器RQ3及第二分压电阻器RQ2，第一开关件U13采用基准稳压器，第二开关件Q12采用NMOS管。第一分压电阻器RQ3与第二分压电阻器RQ2的连接点与第一开关件U13的控制极，第一分压电阻器RQ3的一端与整流桥的正极输出端连接，用于接收第二模拟信号。

第二分压电阻器RQ2一端接地，光耦器UB2的阳极连接VCC端，其阴极与第一开关件U13的输出端连接，而第一开关件U13的输入端接地。光耦器UB2的发射极接地，其集电极分别连接于第二开关件Q12的栅极及VCC端，第二开关件Q12的源极接地，其漏极分别连接于VCC端及修整电路5，用于向修整电路5输入采样信号。

参照图1、图4，修整电路5包括单片机52及控制电路51，单片机52的输入引脚AD19用于接收采样信号，单片机52的输出引脚用于输出控制信号。且单片机52的输出引脚上连接有第四开关件Q16，第四开关件Q16采用NMOS管，第四开关件Q16的栅极用于接收控制信号，其源极接地，其漏极用于输出PWM信号，控制电路51用于接收PWM信号以控制输出电路4。

参照图1、图5，控制电路51包括NPN三极管Q6、PNP三极管Q5、第三开关件Q6A及接地电阻R86，第三开关件Q6A采用NMOS管，第三开关件Q6A的输出端，即源极通过接地电阻R86接地，其输入端，即漏极与LED负载的阴极连接，其控制端，即栅极分别与NPN三极管Q6的发射极及PNP三极管Q5的集电极连接，NPN三极管Q6的集电极与VCC端连接，PNP三极管Q5的发射极接地，NPN三极管Q6与PNP三极管Q5的基极均与单片机52的输出引脚连接，用于接收PWM信号。

参照图1、图6、图7，输出电路4包括功率因数校正模块41及同步整流电路2，功率因数校正模块41可采用ICL5102型号的PFC及HB组合式控制器，用于连接市电，对输入的正弦波信号进行功率因数校正，提升输出电路4的功率因数，搭配感性负载减少相位偏移对功率因数的影响，减少电能损耗。图6中为滤波处理部分，图7中为PFC部分。

参照图1、图8，同步整流电路2包括MPS6924型号的控制器，MPS6924控制器是一款用于 LLC 谐振变换器同步整流的双路快速关断智能整流器，通过NMOS管QA1与NMOS管QA2对用于向LED负载的输出电压进行控制，NMOS管QA1与NMOS管QA2开关状态互锁，其中一个导通时另一个截止，同时两者的栅极电压与被输出电压的相位保持同步，通过这种同步方式减少电路整体的损耗，提升电流的稳定性。

参照图4、图9，本实施例还公开了一种控制方法，应用上述调光高兼容LED驱动电源，包括如下步骤，

步骤S100：初始化GPIOADCTIM外设；开启所有中断；检测是否达到设定时间。

具体的，设定时间可以取200us，判断200us来获取ADC参数值，从而令读取ADC时间间隔200us，减少单片机52读取AD值时的误差值，并增加稳定性。

步骤S200：若达到设定时间，则读取AD值。

具体的，可控硅调光器输入的切相波形经滤波分压再滤波后作为采样信号输入单片机52内，进行AD值采样，从而获取到可控硅调光器的切向角度，并用于调整最终的PWM输出。

步骤S300：采集获取次数，检测是否达到设定次数；

若达到设定次数，则取AD值的平均值；

具体的，设定次数可采用100次，由于每200us进行一次AD值采样，而采样100次的时间是20毫秒，刚好是市电50Hz的一个周期，保证每一次采样都是一个周期，提升采样精度，并通过取平均值增加采样线性度。

步骤S400：检测电压是否小于设定电压；

若小于设定电压，则存储电压值，并在获取到设定次数的相等电压后执行Kalman滤波处理；

若大于或等于设定电压，则执行Kalman滤波处理。

具体的，设定电压可采用0.2V，当采样电压小于0.2V时调光器切相度数小，极容易产生干扰信号，为消除干扰信号，增加调光稳定性，通过实验测试，当连续六次相等电压时进行信号输出可以达到最佳效果，因此设定次数取6次。而卡尔曼滤波是一种利用线性***状态方程，通过***输入、输出观测数据，对***状态进行最优估计的算法，近似于滤波的信号处理方法，可以减少信号干扰，提升控制精度。

步骤S500：获取预设的PWM信号，依据Kalman滤波处理的结果更新PWM信号，输出新的PWM信号。

具体的，新的PWM信号即控制信号，预设的PWM信号指代依据LED调光亮度标准与可控硅调光器的调节梯度对应的量化关系得到的信号，更新PWM信号后可以减少信号干扰，可以精准反映可控硅调光器的调节梯度，并通过更新后的PWM信号精准控制LED负载，提升操控精度。

本申请实施例一种调光高兼容LED驱动电源的实施原理为：市电接入的正弦波信号在经可控硅调光器后转为第一模拟信号，第一模拟信号在经整流桥整流后变成第二模拟信号，再通过滤波电容C131滤除尖峰等干扰信号。基准稳压器U13接收第二模拟信号，并在第二模拟信号的电压值达到基准电压时导通，使得光耦器UB2阴极接地而发光导通，光耦器UB2同时起到强电隔离的作用。

光耦器UB2集电极与发射极导通时，第二开关件Q12栅极接地，依据NMOS管的特性，此时第二开关件Q12截止，单片机的输入引脚AD19接入高电平信号，即采样信号，经过信号处理后，单片机的输出引脚输出控制信号，控制信号控制第四开关件Q16导通，并使得PWM信号输出并用于控制NPN三极管Q6与PNP三极管Q5导通或截止，从而控制第三开关件Q6A导通或截止，进而控制LED负载通断电，实现PWM调光，方便调节LED负载的亮度。

本申请通过先采集经可控硅调光器后的斩波信号，再对斩波信号进行整流、滤波后，再用于作为PWM调光的信号来源，从而减少可控硅调光器直接调光造成的信号干扰，依据采集到的输入波形的相位及脉宽控制LED负载，提升调光精度，同时兼容前沿切相调光模式与后沿切相调光模式，提升兼容性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：包括，

输入电路（1），与可控硅调光器输出端连接，用于输入第一模拟信号，可控硅调光器的输入端与市电连接；

整流电路（2），与输入电路（1）连接，用于接收第一模拟信号，并对第一模拟信号执行整流处理，输出第二模拟信号；

转换电路（3），与整流电路（2）连接，用于接收第二模拟信号，并执行模数转换处理，输出采样信号；

输出电路（4），与市电连接，用于向LED灯供电；以及

修整电路（5），与转换电路（3）、输出电路（4）连接，用于接收采样信号，并依据采样信号控制输出电路（4）的供电。

2.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述转换电路（3）包括第一开关件、光耦器、第一分压电阻器及第二分压电阻器，第一分压电阻器与第二分压电阻器的连接点与第一开关件的控制极连接，第一分压电阻器的一端用于接收第二模拟信号，第二分压电阻器一端接地，所述光耦器的阳极及阴极与第一开关件的输入端及输入端串联于同一通电回路中，光耦器的集电极与发射极连接于修整电路（5），用于输出采样信号。

3.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述第一开关件包括基准稳压器，基准稳压器的控制极连接第一分压电阻器与第二分压电阻器的连接点，其输入端与输出端分别连接地与光耦器的阴极，光耦器的阳极连接VCC端。

4.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述转换电路（3）还包括第二开关件，第二开关件的控制端分别连接VCC端与光耦器的集电极，所述光耦器的发射极接地，第二开关件的输出端接地且其输入端连接VCC端，第二开关件的输入端用于输出采样信号。

5.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述修整电路（5）包括单片机（52）及控制电路（51），单片机（52）的输入引脚用于接收采样信号，单片机（52）的输出引脚用于输出PWM信号，控制电路（51）接收PWM信号以控制输出电路（4）。

6.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述控制电路（51）包括第三开关件及接地电阻，第三开关件的输出端通过接地电阻接地，其输入端与LED负载的阴极连接，其控制端与单片机（52）的输出引脚连接，用于接收PWM信号。

7.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述控制电路（51）还包括NPN三极管及PNP三极管，NPN三极管的集电极与VCC端连接，其发射极与PNP三极管的集电极连接且两者的连接点与第三开关件的控制端连接，PNP三极管的发射极接地，NPN三极管与PNP三极管的基极均与单片机（52）的输出引脚连接，用于接收PWM信号。

8.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述整流电路（2）包括整流桥，所述转换电路（3）还包括滤波电容，滤波电容的两端分别连接整流桥的正极输出端及负极输出端。

9.根据权利要求1所述的调光高兼容LED驱动电源，其特征在于：所述输出电路（4）包括功率因数校正模块，功率因数校正模块用于连接市电与LED负载。

10.一种控制方法，应用权利要求1-9中任一项所述的调光高兼容LED驱动电源实现，其特征在于，包括如下步骤，

初始化GPIOADCTIM外设；

开启所有中断；

检测是否达到设定时间；

若达到设定时间，则读取AD值；

采集获取次数，检测是否达到设定次数；

若达到设定次数，则取AD值的平均值；

检测电压是否小于设定电压；

若小于设定电压，则存储电压值，并在获取到设定次数的相等电压后执行Kalman滤波处理；

若大于或等于设定电压，则执行Kalman滤波处理；

获取预设的PWM信号，依据Kalman滤波处理的结果更新PWM信号，输出新的PWM信号。

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