專利名稱：高壓直流集中供電led恒流源pwm調光方法及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體照明應用領域，涉及一種高壓直流集中供電LED恒流源的PWM調光方法。
背景技術：
LED以其效率高、功耗低、節(jié)能環(huán)保及使用壽命長等優(yōu)點，已經(jīng)日益受到世界各國的重視，越來越廣泛地應用于各種照明場合，有望在不久的將來取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)照明燈具。LED燈的光通量與通過LED的正向電流成正比，在低發(fā)光亮度時，流過LED燈的電流會減小，發(fā)光效率會提高，因此在LED照明中加入調光功能，節(jié)能效果更加明顯，應用前 景非常廣闊。線性調光通過線性調節(jié)采樣電壓參考值或者調節(jié)采樣電阻的阻值，進而改變流過LED的電流值大小，實現(xiàn)調光，如中國專利文獻CN201805598U所述。這種調光方式的缺點是LED燈顏色穩(wěn)定性不好，因為LED燈的顯色與電流大小有關。此外，由于采樣電壓參考值一般會設置得比較低，導致線性調光方式下的抗干擾能力較差，會產生閃爍。此外，對集中供電系統(tǒng)，調節(jié)輸入電壓或電流的線性調光方式只能實現(xiàn)各個LED燈的統(tǒng)一調光，對各個LED燈的分別調光，如果通過改變采樣電阻值的機械調光方法會比較麻煩，工作量比較大，而且準確度不高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，無需改變硬件電路電阻值，提供高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光方法及電路。本發(fā)明在LED調光穩(wěn)定時流過恒定電流，確保LED發(fā)光穩(wěn)定，保證LED長壽命，通過調節(jié)PWM的占空比改變一個周期內流過LED燈的平均電流值，從而實現(xiàn)對LED燈的調光功能，由于LED燈上有電流通過時，流過的電流是額定電流，所以不會產生光照色差。這種PWM調光方式直接控制開關穩(wěn)壓芯片的使能，實現(xiàn)方式簡單，對100V到800V的高壓集中直流供電系統(tǒng)更加適用。本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路，包括直流供電電源模塊和分別與直流供電電源模塊連接的N個恒流調光模塊，每個恒流調光模塊的輸出端用于連接負載，所述N個恒流調光模塊的結構相同但其中各元件的參數(shù)由負載確定，其輸入端與直流供電電源模塊的正輸出端相連，直流供電電源模塊的負輸出端接地。上述恒流調光模塊包括開關穩(wěn)壓控制電路、供電電路、開關降壓電路、恒流反饋電路和調光電路。所述供電電路包括第二二極管D2、第一電阻R1和第二電阻R2，第一電阻R1連接在直流供電電源模塊A的正輸出端和開關穩(wěn)壓控制電路的供電電壓端口 VCC之間，第二二極管D2的陰極經(jīng)第二電阻R2與開關穩(wěn)壓控制電路的供電電壓端口 V。。連接，其陽極與LED負載的陽極相連。所述開關降壓電路包括開關管Q、電感L和第一二極管D1,開關管Q的門極與開關穩(wěn)壓控制電路的驅動端PG相連，其漏極與直流供電電源模塊的正輸出端相連，其源極經(jīng)電感L與LED負載的陽極相連，第一二極管D1的陰極也與開關管Q的源極相連，其陽極接地。所述恒流反饋電路的采樣電阻R3 —端與開關穩(wěn)壓控制電路的反饋端FB相連，另一端接地。所述調光電路中第三二極管D3的陰極與開關穩(wěn)壓控制電路的使能端EN相連，其陽極接用來調光的PWM波。上述開關穩(wěn)壓控制電路包括一個開關穩(wěn)壓芯片及其簡單的外圍電路，通過反饋端口 FB的電壓與內部參考電壓相比較，在驅動端PG輸出開關管所需驅動信號，實現(xiàn)穩(wěn)定反饋電壓的目的。高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路的調光方法，通過開關穩(wěn)壓控制電路保持恒流反饋電路(采樣電阻R3)的端電壓恒定，實現(xiàn)與采樣電阻R3串聯(lián)的LED負載的恒流。通過在開關穩(wěn)壓控制電路的使能控制端EN端輸入PWM信號，使芯片間斷性工作，以改變單個周期內LED燈的電流平均值，從而改變LED燈亮度，不同占空比的PWM波對應不同的輸出電流平均值，即不同的LED燈亮度。用來調光的PWM波根據(jù)開關穩(wěn)壓控制電路使能端EN的參數(shù)要求來設置高低電平大小，該PWM波的頻率應比開關穩(wěn)壓控制電路的開關頻率小一個數(shù)量級以上，并且大于人眼最大識別頻率200Hz。PWM波的高低電平直接控制開關穩(wěn)壓控制電路的工作開關狀態(tài)，從而控制著LED供電電流的開關狀態(tài)，改變了 LED供電電流的平均值，因此可以通過改變PWM波的占空比來改變LED燈的電流平均值。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明無需調節(jié)硬件電路電阻值和輸入電壓大小，實現(xiàn)方式簡單，調節(jié)方便且無光照色差，還能保證調光后LED電流恒定，保證了LED的發(fā)光穩(wěn)定和長壽命,而且適合于100V到800V高壓的集中直流供電系統(tǒng)應用，便于系統(tǒng)的控制多個LED燈的亮度，而且控制方式靈活，方便結合通信系統(tǒng)按程序自動調光。此夕卜，供電電路通過輸入電壓啟動和輸出電壓供電兩個部分，解決了輸入高壓與開關穩(wěn)壓控制電路耐壓的匹配問題。


圖I是高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路框圖。圖2為基于IRS2541開關穩(wěn)壓芯片的直流供電LED恒流調光電路圖。圖3為本發(fā)明實施方式中的無PWM信號輸入時的輸入、輸出電壓及輸出電流波形圖。圖4為本發(fā)明實施方式中的有PWM信號輸入時的輸入PWM和輸出電流波形圖。具體實施方案以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一、步描述，但本發(fā)明的實施和保護不限于此。高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路框圖如圖I所示，其中包括直流供電電源模塊和分別與直流供電電源模塊連接的N個恒流調光模塊(N > I)，每個恒流調光模塊的輸出端用于連接負載，恒流調光模塊的輸入端均與直流供電電源模塊的正輸出端相連，直流供電電源模塊的負輸出端接地。N個恒流調光模塊的結構相同但其中各元件的參數(shù)由負載確定，在確定負載大小后，選擇符合負載要求的恒流控制芯片，然后根據(jù)芯片和負載的參數(shù)確定圖中電阻(1 1、1 2、1 3)，電感L的值，以及二極管(D1、D2、D3)和功率開關管Q的型號。根據(jù)kED=VFB/R3計算采樣電阻R3，其中Im為負載所需的恒流值，Vfb為芯片內部反饋電壓的給定標準值；第一電阻&為芯片啟動時的限流電阻，根據(jù)芯片啟動電壓與輸入電壓最大值求得，，其中V。。為芯片啟動電壓，P1為第一電阻R1的額定功率；芯片啟動之后正常工作時，芯片的供電轉由輸出電壓提供，第二電阻R2用來給輸出電壓供電電路限流，根據(jù)芯片啟動電壓與輸出電壓最大值求得，，其中P2為第二電阻R2的額定功率。二極管(D1、D2、D3)和功率開關管Q根據(jù)它們各自在電路中的最大耐壓、耐流值來選取。圖I中的開關穩(wěn)壓器由芯片及其外圍電路構成。如圖2所不電路是該調光方法基于IRS2541開關穩(wěn)壓芯片的恒流調光電路圖。IRS2541是一種能夠最聞耐受:600V聞壓的開關穩(wěn)壓芯片。本方案根據(jù)圖2所不電路圖實施。電路中包括芯片IRS2541，電阻％、)、電容(C1W二極管(D1W穩(wěn)壓管(DjPD6)、電感L及功率開關管Q，它們的連接如圖2所示。本實例電路的基本參數(shù)如下
輸入電壓Vin=311VDC (220VAC的整流值)；
負載:12 個(lW，350Ma) LED 串聯(lián)。芯片內部的反饋電壓基準Vifbth為500mV。根據(jù)負載所需電流值350mA，采樣電阻R3的值可由下式求得
權利要求
1.高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路，其特征在于包括直流供電電源模塊(A)和分別與直流供電電源模塊(A)連接的N個恒流調光模塊(B1In),每個恒流調光模塊的輸出端用于連接負載，所述N個恒流調光模塊(B1In)的結構相同但其中各元件的參數(shù)由負載確定，其輸入端與直流供電電源模塊(A)的正輸出端相連，直流供電電源模塊(A)的負輸出端接地；所述恒流調光模塊包括開關穩(wěn)壓控制電路(I)和分別與開關穩(wěn)壓控制電路(I)連接的供電電路(2)、開關降壓電路(3)、恒流反饋電路(4)和調光電路(5)。
2.如權利要求I所述的高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路，其特征在于所述供電電路(2)包括第二二極管(D2)、第一電阻(R1)和第二電阻(R2)，第一電阻(R1)連接在直流供電電源模塊(A)的正輸出端和開關穩(wěn)壓控制電路(I)的供電電壓端口 VCC之間；第二二極管(D2)的陰極經(jīng)第二電阻(R2)與開關穩(wěn)壓控制電路(I)的供電電壓端口 V。。連接，其陽極與LED負載的陽極相連；所述開關降壓電路(3)包括開關管(Q)、電感(L)和第一二極管(D1);開關管(Q)的門極與開關穩(wěn)壓控制電路(I)的驅動端PG相連，其漏極與直流供電電源模塊(A)的正輸出端相連，其源極經(jīng)電感(L)與LED負載的陽極相連；第一二極管(D1)的陰極也與開關管(Q)的源極相連，其陽極接地；所述恒流反饋電路(4)包括采樣電阻(R3),采樣電阻(R3)—端與開關穩(wěn)壓控制電路(I)的反饋端FB相連，另一端接地；所述調光電路(5)中第三二極管(D3)的陰極與開關穩(wěn)壓控制電路(I)的使能端EN相連，其陽極接用來調光的PWM波。
3.如權利要求2所述的高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路，其特征在于開關穩(wěn)壓控制電路(I)包括一個開關穩(wěn)壓芯片及其外圍電路，通過反饋端口 FB的電壓與芯片內部參考電壓相比較，在驅動端PG輸出開關管所需驅動信號，實現(xiàn)穩(wěn)定反饋電壓的目的。
4.權利要求廣3任一項所述的高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光電路的調光方法，其特征在于通過開關穩(wěn)壓控制電路(I)保持恒流反饋電路(4 )的端電壓恒定，實現(xiàn)與恒流反饋電路(4)串聯(lián)的LED負載(C1In)的恒流；通過在開關穩(wěn)壓控制電路(I)的使能控制端EN端輸入PWM信號，使開關穩(wěn)壓控制電路(I)中的開關穩(wěn)壓芯片間斷性工作，以改變單個周期內LED燈的電流平均值，從而改變LED燈亮度，不同占空比的PWM波對應不同的輸出電流平均值，即不同的LED燈亮度。
5.如權利要求4所述的調光方法，其特征在于用來調光的PWM波根據(jù)開關穩(wěn)壓控制電路(I)使能端EN的參數(shù)要求來設置高低電平大小，該PWM波的頻率比開關穩(wěn)壓控制電路(I)的開關頻率小一個數(shù)量級以上，并且大于人眼最大識別頻率200Hz，PWM波的高低電平直接控制開關穩(wěn)壓控制電路(I)的工作開關狀態(tài)，從而控制著LED供電電流的開關狀態(tài)，改變了 LED供電電流的平均值，因此通過改變P麗波的占空比來改變LED燈的電流平均值。
全文摘要
本發(fā)明提供高壓直流集中供電LED恒流源PWM調光方法及電路。調光電路包括直流供電電源模塊和N個恒流調光模塊，所述恒流調光模塊包括開關穩(wěn)壓控制電路、供電電路、開關降壓電路、恒流反饋電路和PWM調光電路。調光方法通過開關穩(wěn)壓控制電路保持采樣電阻的端電壓恒定，實現(xiàn)LED負載的恒流；用PWM信號控制開關穩(wěn)壓控制電路的使能端，通過調節(jié)PWM波占空比的方式改變一個周期內流過LED燈的平均電流值，從而改變LED燈亮度。此外，供電電路通過輸入電壓啟動和輸出電壓供電兩個部分，解決了輸入高壓與開關穩(wěn)壓控制電路耐壓的匹配問題。本發(fā)明結構簡單，調節(jié)方便且無光照色差，保證了LED的發(fā)光穩(wěn)定和長壽命。
文檔編號H05B37/02GK102685989SQ20121014575
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者丘東元, 張波, 張雪霽, 肖文勛 申請人:華南理工大學