CN205793540U - 灯具控制***中的led三合一调光电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种灯具控制***中的LED三合一调光电路，在灯具控制***中设有用于对LED电流大小进行调节的输出电流调节单元，该电路包括：由运放U107D构成的电压跟随模块；其信号输出端经二极管D300、电流基准分压电阻连接至输出电流调节单元；其同相输入端通过R310连接至二极管D302的阳极，D302的阴极与地之间接收外部调光信号；在二极管D302的阳极还设计有运放U108A，并通过R308接入U108A的同相输入，通过R309接入U108A的输出，U108A的另一路同相输入设有基准电压信号。本实用新型提出的LED三合一调光电路能够适用于三种调光模式，可有效避免灯具功率超额的情况发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及灯具控制技术领域，具体涉及一种灯具控制***中对LED路灯进行调光的三合一调光电路。
背景技术
路灯，指给道路提供照明功能的灯具，泛指交通照明中路面照明范围内的灯具。随着科学技术、电子行业的不断发展与进步，对于LED路灯的控制器***变得越发复杂，功能也变得越发多元化。在灯具控制***中，市电先经过功率因素校正单元升压(PFC升压)后得到较高的电压信号，然后通过LLC谐振变换器电路转换成为满足LED路灯驱动要求的低压直流电。在LLC谐振变换器电路的谐振变压器次级，通常都会接入输出滤波整流单元，以将谐振变压器的次级感应电压进行整流后输送给LED路灯。而LED路灯得以正常工作的关键因素是能够实现恒流驱动。因此为了稳定整流后的直流信号以及为了能够调节输出的电压/电流大小，在很多灯具控制***中设计有输出电压/电流调节单元。一旦输出电流偏离了预设电压/电流值，该调节单元便会通过反馈使得LLC谐振变换器电路对其进行调节实现恒流恒压。
在此基础上，在一些LED路灯控制中，通常还会增加调光电路以实现对LED路灯的亮度进行调节。现在的调光电路有多种，调光模式也有很多，但要么是电路设计复杂，要么就是调光模式单一。电路复杂的调光设计不仅增加了整个LED灯具控制***的复杂程度，而且一旦出现故障，检测起来也比较麻烦。而调光模式单一的调光设计，虽然电路简化得多，但是选择性不多，给用户体验带来了很大的局限性。关键的是，在一些调光模式电路中，常会出现路灯功率超出额定值的情况，严重缩短了路灯的使用寿命。
实用新型内容
针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种灯具控制***中的LED三合一调光电路，该电路能够适用于三种调光模式，而且简化了电路设计，运行效果良好。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：
一种灯具控制***中的LED三合一调光电路，所述灯具控制***包括用于对灯具电流大小进行调节的输出电流调节单元，所述三合一调光电路包括：
由运算放大器U107D构成的电压跟随模块；
所述运算放大器U107D的信号输出端通过二极管D300连接至电流基准分压电阻，并通过电流基准分压电阻连接至输出电流调节单元；
所述运算放大器U107D的同相输入端通过电阻R310连接至二极管D302的阳极，所述二极管D302的阴极与地SGND之间接收外部调光信号，所述外部调光信号包括电压幅值为10V的PWM信号、1-10V电压信号或10K-100K调光电阻；其中，
所述二极管D302的阳极通过电阻R308连接至运算放大器U108A的同相输入端，以将二极管D302的阴极与地SGND之间接入的外部调光信号作为运算放大器U108A的其中一路同相输入；所述运算放大器U108A的另一路同相输入为通过电阻R301连接的基准电压信号Vref1，所述基准电压信号Vref1由一个基准电压生成模块所生成；所述二极管D302的阳极还通过电阻R309连接至运算放大器U108A的输出端；所述运算放大器U108A的反相输入端通过电阻R302接地，且在反相输入端与输出端之间还设置有电阻R303；
并且，所述二极管D302的阳极还通过二极管D301、稳压管ZD301接地，二极管D301的阴极与稳压管ZD301的阴极相连，稳压管ZD301的阳极接地。
相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的LED三合一调光电路应用到灯具控制***中，通过对流经LED的电流进行调节的方式使LED的发光亮度得到调节，输出电流大(输出100％)时LED灯具较亮，输出电流小(输出10％甚至更低)时LED灯具较暗。该电路之所以取名为“三合一调光”电路，原因在于其能够适用于三种调光模式，即电阻模式、电压模式和PWM控制模式。因此，选择性较多。同时还在电压跟随模块的同相输入侧通过设置稳压管的方式，有效避免了灯具功率超额的情况发生。
附图说明
图1为本实用新型所述灯具控制***的输出滤波整流单元电路原理图；
图2为本实用新型所述灯具控制***的输出电流调节单元原理图；
图3为本实用新型所述灯具控制***的LED三合一调光电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述：
在介绍本实用新型所述灯具控制***的三合一调光电路之前，先简述一下灯具控制***的输出整流滤波单元和输出电流调节单元。
参见图1，其给出了灯具控制***的输出滤波整流单元电路原理图。从图1可以看到，所述输出整流滤波单元的信号输入端连接至LLC谐振变换器单元的谐振变压器T1次级绕组，信号输出端VOUT+、VOUT-连接灯具，即该单元的作用是将谐振变压器T1的次级感应电压整流后转换为低压直流电，输送给灯具。在图1中，输出整流滤波单元是由两个同步整流芯片TEA1791A构成的两个同步整流单元，即U101和U102。其中，U101构成的同步整流单元是在谐振变压器T1感应的交流电的正半周工作，U102构成的同步整流单元是在谐振变压器T1感应的交流电的负半周工作，以使得谐振变压器T1感应的交流电的整个周期均有整流输出。额外的，LLC谐振变换器单元的LC谐振网络构成于谐振变压器T1的主绕组pin12-pin13，LC谐振网络前级连接谐振半桥，谐振半桥通过LLC谐振控制芯片进行控制，因其不属于本实用新型的发明点，所以这里不详细进行介绍，同时也不进行附图示出。
参见图2，其给出了灯具控制***的输出电流调节单元原理图。该单元是利用输出电流依次经过电流取样电阻J101(见图1)后，在地SGND和地SPGND之间产生的电势差进行电流调整的。该电势差的大小△U＝I*J101。在图2中，运放U107C的同相输入端10脚设置有电流基准点①，运放U107C的反相输入端9脚设置有电流基准点②，即设置有两个电流基准点。电源电压VCC3是由谐振变压器T1的次级辅助电源绕组经过串稳电路所得的。图1-2中没有示出次级辅助电源绕组。
由于地SGND与地SPGND之间因电阻J101的存在具有电势差，因此两个电流基准点的电压大小也会存在差异，而且输出电流越大电势差就会越明显，两个电流基准点的电压大小也会变得越明显。根据两个电流基准点的电压大小在运放U107C输出端输出相应的电平信号，该电平信号影响着光耦U4的导通程度，即影响着光耦U4向LLC谐振控制芯片反馈的信号。当LLC谐振控制芯片接收到反馈的信号后，便会通过调整开关频率，使灯具的电流随之变化。由此可见，所述输出电流调节单元是从输出整流滤波单元获取输出给灯具的电流信号，并向LLC谐振变换器单元反馈电流调节结果。该单元的作用既可用于恒定灯具电流，又可通过可调电阻SVR1手动调节灯具的电流大小。
在上述内容的基础上，本实用新型提出了一种灯具控制***中的LED三合一调光电路，参见图3。该三合一调光电路包括：由运算放大器U107D构成的电压跟随模块；
所述运算放大器U107D的信号输出端通过二极管D300连接至电流基准分压电阻，并通过电流基准分压电阻连接至输出电流调节单元；运算放大器U107D的同相输入端通过电阻R310连接至二极管D302的阳极，所述二极管D302的阴极与地SGND之间接收外部调光信号，所述外部调光信号包括电压幅值为10V的PWM信号、1-10V电压信号或10K-100K调光电阻；其中，所述二极管D302的阳极通过电阻R308连接至运算放大器U108A的同相输入端，以将二极管D302的阴极与地SGND之间接入的外部调光信号作为运算放大器U108A的其中一路同相输入；所述运算放大器U108A的另一路同相输入为通过电阻R301连接的基准电压信号Vref1，所述基准电压信号Vref1由一个基准电压生成模块所生成；所述二极管D302的阳极还通过电阻R309连接至运算放大器U108A的输出端；所述运算放大器U108A的反相输入端通过电阻R302接地，且在反相输入端与输出端之间还设置有电阻R303；并且，所述二极管D302的阳极还通过二极管D301、稳压管ZD301接地，二极管D301的阴极与稳压管ZD301的阴极相连，稳压管ZD301的阳极接地。
上述方案中，各个元件的优选参数取值按照图3中的标识进行。其中，电流基准分压电阻由电阻R307和电阻R146串联而成，所述运算放大器U107D的输出信号依次经过电阻R307和电阻R146送入输出电流调节单元的其中一个电流基准点。具体来说，运算放大器U107D的输出信号是送入到输出电流调节单元的电流基准点①，见图2。
上述方案中，外部调光信号包括10V PWM信号、1-10V电压信号或由10K-100K调光电阻。因此该三合一调光电路可适用于PWM调光模式，也可适用于电压调光模式，还可适用于电阻调光模式。当接入调光信号时，连接在图3中的VR1端即可。同时在上述方案中还尤为关键的是，在运放U107D同相输入端的电阻R310还设置有稳压管ZD301，该稳压管ZD301是作为保护器件，避免电流基准分压电阻端电压大于10V，以免灯具功率超额。而在稳压管ZD301的阴极与电阻R310之间还连接有二极管D301，其作用是对调光信号进行反接保护。
本实用新型给出的上述LED三合一调光电路的工作原理如下：
结合图3，当VR1端接生成1-10V电压信号的电压模式调光或者生成PWM信号的PWM模式调光时，运放U108A工作在饱和区，此时VR1端被钳位在V，即NetHLG-1电压为V+0.3，经过运放U107D跟随后，连接电流基准分压电阻端的电压为V+0.3。此时，输出电流调节单元的电流基准点①的电压相应地发生变化，灯具便可跟随外加电压进行调光。由于PWM信号为方波信号，当其占空比发生变化时，其电压有效值V也会发生变化。这里是利用PWM方波信号的电压有效值V调节来进行灯具调光的。当电压模式调光或PWM模式调光将电压调制到1V，灯具电流以10％输出，较暗；当电压模式调光器或PWM模式调光器将电压调制到10V，灯具电流100％输出，较亮。
结合图3，当VR1端接10K-100K调光电阻时，运放U108A的同相输入相当于增加了该调节电阻，改变了运放正反馈输入，使运放U108A工作在线性放大区，因此在经过运放U108A后，NetHLG-1电压将会随10K-100K呈现1V-10V线性输出，进而使得连接电流基准分压电阻端电压为随电阻线性变化的1-10V，灯具电流可以10-100％输出。
上述三种调光模式中，对于电压调光模式和PWM调光模式而言，运放U108A工作在饱和区，运放U107D的输出信号大小取决于VR1端的电压大小。对于电阻调光模式，运放U108A起着将电阻信号线性转换为电压信号并输入至运放U107D的同相端的作用。
其中，所述基准电压生成模块包括：串稳单元，其将电源电压VCC3生成一个稳定的供电电压Vcc1；精密稳压源TL431，其阴极通过电阻R300连接至Vcc1，控制极与阴极短接输出基准电压信号Vref1，阳极接地。所述串稳单元包括：开关管Q301，其集电极连接至电源电压VCC3，基极通过稳压管ZD302接地，集电极与基极之间设置有电阻R311，发射极通过电容C304接地且输出所述稳定的供电电压Vcc1。因此，基准电压Vref1为2.5V。其中供电电压Vcc1为运放U108A供电。以保证运放U108A能够稳定工作。
当VR1端什么调光都不接时，电源电压VCC3经过Q301和ZD302组成的串稳后，生成12.5V的Vcc1电压。此时U108A输出10V，U107D的运放输入为10V，经过电压跟随后，连接电流基准分压电阻端的电压则为10V，灯具满载100％输出。
不管是哪种调光模式，当运放U107D输出信号施加到电流基准分压电阻R307、R146上时，由图2的电路可知，此时会改变输出电流调节单元中电流基准点①的电压。当运放U107C同相输入端10脚的电压(电流基准点①)高于反相输入端9脚(电流基准点②)时，运放U107C输出电平偏高，光耦U4导通受到影响；当运放U107C同相输入端10脚的电压(电流基准点①)低于反相输入端9脚(电流基准点②)时，运放U107C输出电平偏低，光耦U4导通程度加大。而光耦U4的导通程度影响着反馈到LLC谐振控制芯片的电流信号，此时LLC谐振控制芯片便会根据检测电流大小对开关频率进行调整，使谐振变压器T次级输出给LED灯具的电流发生变化以实现LED调光。
对于输出电流调节单元而言，在未接入本实用新型所述的三合一调光电路时，主要用于将LED灯的电流恒定在某一个设定值，当实际电流较设定的电流偏高时，通过光耦U4反馈到LLC谐振控制芯片，进而控制实际电流降低接近设定值；反之同理。因此未接入三合一调光电路的输出电流调节单元多数仅仅只对LED负载电流进行反馈恒流调节。而当输出电流调节单元接入了三合一调光电路后，便可以调节LED负载电流的大小，以此实现对LED的调光。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种灯具控制***中的LED三合一调光电路，所述灯具控制***包括用于对灯具电流大小进行调节的输出电流调节单元，其特征在于，所述三合一调光电路包括：
由运算放大器U107D构成的电压跟随模块；
所述运算放大器U107D的信号输出端通过二极管D300连接至电流基准分压电阻，并通过电流基准分压电阻连接至输出电流调节单元；
所述运算放大器U107D的同相输入端通过电阻R310连接至二极管D302的阳极，所述二极管D302的阴极与地SGND之间接收外部调光信号，所述外部调光信号包括电压幅值为10V的PWM信号、1-10V电压信号或10K-100K调光电阻；其中，
所述二极管D302的阳极通过电阻R308连接至运算放大器U108A的同相输入端，以将二极管D302的阴极与地SGND之间接入的外部调光信号作为运算放大器U108A的其中一路同相输入；所述运算放大器U108A的另一路同相输入为通过电阻R301连接的基准电压信号Vref1，所述基准电压信号Vref1由一个基准电压生成模块所生成；所述二极管D302的阳极还通过电阻R309连接至运算放大器U108A的输出端；所述运算放大器U108A的反相输入端通过电阻R302接地，且在反相输入端与输出端之间还设置有电阻R303；
并且，所述二极管D302的阳极还通过二极管D301、稳压管ZD301接地，二极管D301的阴极与稳压管ZD301的阴极相连，稳压管ZD301的阳极接地。
2.如权利要求1所述的灯具控制***中的LED三合一调光电路，其特征在于，所述基准电压生成模块包括：
串稳单元，其将电源电压VCC3生成一个稳定的供电电压Vcc1；
精密稳压源TL431，其阴极通过电阻R300连接至Vcc1，控制极与阴极短接输出基准电压信号Vref1，阳极接地。
3.如权利要求2所述的灯具控制***中的LED三合一调光电路，其特征在于，所述串稳单元包括：
开关管Q301，其集电极连接至电源电压VCC3，基极通过稳压管ZD302接地，集电极与基极之间设置有电阻R311，发射极通过电容C304接地且输出所述稳定的供电电压Vcc1。
4.如权利要求1-3任一项所述的灯具控制***中的LED三合一调光电路，其特征在于，所述电流基准分压电阻由电阻R307和电阻R146串联而成，所述运算放大器U107D的输出信号经二极管D300后依次经过电阻R307和电阻R146送入输出电流调节单元的其中一个电流基准点。
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