PWM隔離調光電路、LED調光驅動電源及PWM隔離調光方法與流程

本發明涉及調光
技術領域：
，特別是涉及一種PWM隔離調光電路、采用所述PWM隔離調光電路的LED調光驅動電源及PWM隔離調光方法。
背景技術：
：隨著電子技術的迅速發展，LED燈具產品逐漸走向智能化，為實現節電、場景燈光控制等目的，帶有調光功能的LED燈具應用越來越廣泛。目前應用較為廣泛的一種LED調光技術是PWM(PulseWidthModulation，脈沖寬度調制)技術，通過調節PWM信號的占空比來調整LED光源的點亮時間，當PWM信號的占空比越大時，LED光源在一個周期內點亮的時間越長，人眼感知到的亮度越高，以此來實現調光。現有技術中，為了隔離調光電路和負載，避免不同負載之間相互串擾，PWM調光電路通常使用高頻變壓器作為隔離器件，在變壓器初次側使用壓控振蕩器將輸入的調光電壓轉換成脈沖信號，再將二次側的感應脈沖信號轉換成直流信號，從而實現隔離轉換。由于變壓器的漏感和寄生振蕩，這種方案存在線性失真現象，在變壓器兩側很難得到嚴格線性的電壓信號。尤其是在脈沖信號占空比較大和較小的區域，線性失真更為嚴重，這將導致調光線性度較差。此外，變壓器還存在體積較大、成本較高等缺點。技術實現要素：基于此，有必要提供一種PWM隔離調光電路、LED調光驅動電源及PWM隔離調光方法，能夠實現隔離調光、減小占板面積并降低成本，還能避免變壓器的線性失真問題。本發明公開了一種PWM隔離調光電路，其包括：電壓轉換電路，用于連接外部調光器，將所述外部調光器輸入的第一調光電壓轉換為第二調光電壓；占空比設定電路，用于輸出占空比設定信號；微處理器，分別連接所述電壓轉換電路及所述占空比設定電路，用于分別采樣所述第二調光電壓及所述占空比設定信號，并根據所述第二調光電壓及所述占空比設定信號輸出相應占空比的PWM信號；光電耦合器，連接所述微處理器，用于將所述PWM信號進行隔離輸出。作為一種實施方式，所述PWM隔離調光電路還包括：溫度檢測電路，連接所述微處理器，用于根據環境溫度的變化，輸出相應變化的溫度檢測信號；所述微處理器，還用于采樣所述溫度檢測信號，并根據所述溫度檢測信號，調整輸出的PWM信號的占空比。作為一種實施方式，所述溫度檢測電路，包括電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3，其中：所述電阻R1一端用于輸入驅動電壓，另一端通過所述熱敏電阻R3接地；所述電阻R2與所述電阻R1并聯；所述電阻R1及所述電阻R2，兩者和所述熱敏電阻R3的連接節點與所述微處理器的溫度采樣引腳連接。作為一種實施方式，所述占空比設定電路，包括驅動電壓輸入端、電阻R4、電阻R5、電阻R6、穩壓二極管D1及采樣接口，其中：所述采樣接口一端用于連接外部調光電阻，所述采樣接口另一端依次通過串聯的所述電阻R6及所述電阻R4連接所述驅動電壓輸入端；所述電阻R5一端連接所述電阻R6及所述電阻R4的連接節點，所述電阻R5另一端通過所述穩壓二極管D1接地，所述電阻R5另一端還連接所述微處理器的占空比采樣引腳。作為一種實施方式，所述占空比設定電路還包括并聯的電阻R7及電阻R8，所述采樣接口另一端還通過所述并聯的電阻R7及電阻R8接地。作為一種實施方式，所述PWM隔離調光電路還包括：線性穩壓器，所述線性穩壓器的輸入端用于連接外部驅動電源，所述線性穩壓器的輸出端分別連接所述占空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器，用于將外部驅動電源輸入的電源電壓轉換為所述占空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器的驅動電壓。作為一種實施方式，所述電壓轉換電路，包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、穩壓二極管D2及電容C5，其中：所述電阻R10的一端用于連接所述外部調光器，還用于通過所述電阻R9連接外部驅動電源，所述電阻R10的另一端通過所述電阻R11接地；所述穩壓二極管D2及所述電容C5分別與所述電阻R11并聯。本發明還公開了一種LED調光驅動電源，其包括調光器及如上述任一項所述的PWM隔離調光電路，其中所述調光器的輸出端連接所述電壓轉換電路，用于向所述電壓轉換電路輸入所述第一調光電壓。本發明還公開了一種PWM隔離調光方法，其包括：將外部調光器輸入的第一調光電壓轉換為第二調光電壓；輸出占空比設定信號；分別采樣所述第二調光電壓及所述占空比設定信號，并根據所述第二調光電壓及所述占空比設定信號輸出相應占空比的PWM信號；將所述PWM信號進行隔離輸出。作為一種實施方式，所述PWM隔離調光方法還包括：根據環境溫度的變化，輸出相應變化的溫度檢測信號；采樣所述溫度檢測信號，并根據所述溫度檢測信號，調整輸出的PWM信號的占空比。上述PWM隔離調光電路、LED調光驅動電源及PWM隔離調光方法，應用于可調光的LED驅動電源、或其他需要將模擬信號轉換成PWM信號同時需要隔離的產品及設備中，使電源或設備的調光接口和輸入、輸出間實現電氣隔離，以實現匹配隔離型或使非隔離0-10V調光器實現隔離調光。由于調光接口是完全隔離的，因此可以實現多個LED燈具共用一個調光器。上述PWM隔離調光電路具有穩定可靠、兼容性強和高性價比的特點，能匹配市面上多種0-10V調光器。由于未采用變壓器，能夠避免變壓器的線性失真問題，還能減小占板面積以及降低成本。附圖說明圖1為一實施例的PWM隔離調光電路的結構示意圖；圖2為一實施例的PWM隔離調光電路中占空比設定電路的電路圖；圖3為另一實施例的PWM隔離調光電路中占空比設定電路的電路圖；圖4為一實施例的PWM隔離調光電路中電壓轉換電路的電路圖；圖5為另一實施例的PWM隔離調光電路的結構示意圖；圖6為一實施例的PWM隔離調光電路中溫度檢測電路的電路圖；圖7為一實施例的PWM隔離調光電路的電路圖；圖8為一實施例的PWM初始占空比與第一調光電壓之間的關系示意圖；圖9為一實施例的第一調節系數與外部調光電阻的阻值之間的關系示意圖；圖10為一實施例的第二調節系數與溫度之間的關系示意圖；圖11為一實施例的PWM隔離調光方法的流程示意圖；圖12為另一實施例的PWM隔離調光方法的流程示意圖。具體實施方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似改進，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。請參閱圖1，其為本發明一實施例提供的PWM隔離調光電路100的結構示意圖。如圖1所示，所述PWM隔離調光電路包括電壓轉換電路110、占空比設定電路120、微處理器130及光電耦合器140，其中電壓轉換電路110、占空比設定電路120及光電耦合器140分別與微處理器130連接。電壓轉換電路110還用于連接外部調光器，將所述外部調光器輸入的第一調光電壓轉換為第二調光電壓。例如，外部調光器為0-10V調光器，第一調光電壓Vin為0-10V模擬調光電壓。微處理器由于工作電壓低于10V，無法直接檢測0-10V的輸入信號，通過電壓轉換電路將0-10V的第一調光電壓轉換為微處理器可檢測的第二調光電壓。占空比設定電路120，用于輸出占空比設定信號。例如，占空比設定電路120一端連接外部調節器，另一端連接微處理器，當用戶操作外部調節器時，占空比設定電路根據用戶操作輸出對應的占空比設定信號。又如，外部調節器為可調電阻。又如，外部調節器為電位器。微處理器130，分別連接所述電壓轉換電路及所述占空比設定電路，用于分別采樣所述第二調光電壓及所述占空比設定信號，并根據所述第二調光電壓及所述占空比設定信號輸出相應占空比的PWM信號。例如，微處理器130通過不同引腳分別采樣第二調光電壓及占空比設定信號。又如，微處理器130內部集成有至少兩路模數轉換器(Analog-DigitalConverter，ADC)，分別用于對第二調光電壓及占空比設定信號進行模數轉換。又如，微處理器130內部還集成有濾波模塊及計算模塊，濾波模塊對數字化的第二調光電壓及占空比設定信號進行濾波之后，由計算模塊根據第二調光電壓及占空比設定信號計算占空比，并通過PWM輸出引腳輸出相應占空比的PWM信號。作為一種實施方式，微處理器內部集成有復位監控電路，例如看門狗(WatchDog)電路。一旦微處理器在強干擾下出現運行故障，復位監控電路強制執行復位，從而提高上述PWM隔離調光電路的可靠性。光電耦合器140，用于將所述PWM信號進行隔離輸出。本實施例中，光電耦合器140的輸入端連接微處理器130的PWM輸出引腳，光電耦合器140的輸出端用于連接LED光源。例如，光電耦合器140的輸出端用于同時連接一個或多個LED光源。其中，每個LED光源包括至少一個LED燈珠。例如，LED光源為一個LED燈珠，又如，LED光源為多個LED燈珠串/并聯形成的LED燈組，又如，LED光源為包括一個或多個LED燈組的燈具。本實施例中，光電耦合器140將上述PWM隔離調光電路與受控的LED光源隔離，即使上述PWM隔離調光電路同時連接多個LED光源，也能避免不同光源之間相互串擾，從而提高安全性和抗干擾能力。上述PWM隔離調光電路，應用于可調光的LED驅動電源、或其他需要將模擬信號轉換成PWM信號同時需要隔離的產品及設備中，使電源或設備的調光接口和輸入、輸出間實現電氣隔離，以實現匹配隔離型或使非隔離0-10V調光器實現隔離調光。由于調光接口是完全隔離的，因此可以實現多個LED燈具共用一個調光器。上述PWM隔離調光電路具有穩定可靠、兼容性強和高性價比的特點，能匹配市面上多種0-10V調光器。由于未采用變壓器，能夠避免變壓器的線性失真問題，還能減小占板面積以及降低成本。在一個實施例中，如圖2所示，占空比設定電路120，包括驅動電壓輸入端、電阻R4、電阻R5、電阻R6、穩壓二極管D1及采樣接口，其中驅動電壓輸入端用于連接外部驅動電源，從外部驅動電源獲取驅動電壓VCC，采樣接口一端用于連接外部調光電阻Rset，采樣接口另一端依次通過串聯的電阻R6及電阻R4連接驅動電壓輸入端，其中驅動電壓輸入端用于接入驅動電壓VCC；電阻R5一端連接電阻R6及電阻R4的連接節點，電阻R5另一端通過穩壓二極管D1接地，電阻R5另一端還連接微處理器的占空比采樣引腳。例如，外部調光電阻為可調電阻；又如，外部調光電阻為電位器。當外部調光電阻被調節時，電阻R6及電阻R4的分壓電壓發生變化，使得微處理器的占空比采樣引腳采樣到的占空比設定信號發生變化。其中，電阻R5與穩壓二極管D1用于保護微處理的占空比采樣引腳。微處理器根據占空比設定信號的變化計算占空比，并調節輸出的PWM信號的占空比。又如，微處理器根據據占空比設定信號的變化計算第一調節系數，將PWM信號的初始占空比乘以該第一調節系數后進行輸出。又如，上述第一調節系數為Kr＝(R6+Rset)/(R4+R6+Rset)。又如，以第一調光電壓為0-10V電壓為例，如圖8所示，在根據第一調節系數調節之前，上述PWM信號的初始占空比與第一調光電壓之間呈線性關系。當第一調光電壓為零時，初始占空比為零，當第一調光電壓為最大值10V時，初始占空比為100％。在一實施例中，上述第一調節系數Kr與外部調光電阻的阻值Rset之間的關系如下表所示。Rset(Ω)Kr100.501220.502470.505680.5081000.5112200.5244700.5486800.56710000.59322000.66747000.75868000.804100000.847220000.917470000.957680000.9701000000.9792200000.9904700000.9956800000.99710000000.998無窮大或開路1又如，根據上表，得到如圖9所示的第一調節系數Kr與外部調光電阻的阻值Rset之間的關系圖像。可見，上述第一調節系數Kr與外部調光電阻的阻值Rset之間存在單調遞增關系，并且上述0.5≤Kr≤1。以外部調光電阻的阻值Rset＝1kΩ為例，0-10V的第一調光電壓對應輸出PWM占空比為0％-59.3％。在一個實施例中，如圖3所示，占空比設定電路120還包括并聯的電阻R7及電阻R8，其中上述采樣接口另一端還通過所述并聯的電阻R7及電阻R8接地。作為一種實施方式，電阻R7及電阻R8預留在PCB上，通過焊接固定的電阻R7及電阻R8，直接設定PWM信號的最大占空比。在一個實施例中，如圖4所示，電壓轉換電路110包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、穩壓二極管D2及電容C5，其中電阻R10的一端用于連接外部調光器，電阻R10的一端還用于通過電阻R9連接外部驅動電源，電阻R10的另一端通過電阻R11接地；穩壓二極管D2及電容C5分別與電阻R11并聯。當電壓轉換電路110連接的外部調光器為無源調光器時，上拉電阻R9給無源調光器提供電流，使之產生0-10V信號。電阻R10和電阻R11對0-10V信號分壓，使之轉變為微處理器能檢測的第二調光電壓。為了避免靜電干擾，利用穩壓二極管D2進行穩壓，保護微處理的采樣接口。電容C5用于濾除高頻信號，提高抗干擾能力。當外部調光器輸入的第一調光電壓為PWM信號時，C5與R10構成低通濾波器，將第一調光電壓積分轉換為模擬信號。在一實施例中，如圖5所示，上述PWM隔離調光電路還包括溫度檢測電路150。溫度檢測電路150連接所述微處理器130，用于根據環境溫度的變化，輸出相應變化的溫度檢測信號；所述微處理器130，還用于采樣所述溫度檢測信號，并根據所述溫度檢測信號，調整輸出的PWM信號的占空比。例如，如圖6所示，溫度檢測電路150，包括電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3，其中電阻R1一端用于輸入驅動VCC，另一端通過熱敏電阻R3接地；電阻R2與電阻R1并聯；電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3的連接節點與微處理器的溫度采樣引腳連接。又如，熱敏電阻R3為負溫度系數熱敏電阻，驅動VCC為+5V的直流電壓。電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3的連接節點，即所述電阻R1及所述電阻R2，兩者和所述熱敏電阻R3的連接節點；亦可理解為所述電阻R1及所述電阻R2的并聯電路，與熱敏電阻R3的連接節點。其中，驅動VCC由電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3分壓，微處理器通過溫度采樣引腳，對電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3的連接節點的電壓信號進行采樣，當溫度上升時，熱敏電阻R3的阻值降低，使得上述連接節點的電壓降低，微處理器采樣到該電壓值的變化，據此來調整輸出的PWM信號的占空比。例如，微處理器采樣到該電壓值的變化，據此來計算溫度對占空比的第二調節系數，并根據第二調節系數來調整輸出的PWM信號的占空比。例如，計算K＝(ADCt–ADCt125)/(ADCt85-ADCt125)，當K＞1時，第二調節系數Kt＝1，當0≤K≤1時，第二調節系數Kt＝K，當K＜0時，第二調節系數Kt＝0。其中，ADCt表示溫度為t時，溫度采樣引腳采樣的電壓值；ADCt125表示溫度為125℃時，溫度采樣引腳采樣的電壓值；ADCt85表示溫度為85℃時，溫度采樣引腳采樣的電壓值。例如，以電阻R1及電阻R2的并聯阻值R1//R2＝22KΩ為例，根據上述計算公式，得到第二調節系數Kt與溫度t的關系，如下表所示：又如，根據上表，得到如圖10所示的第二調節系數Kt與溫度t的關系圖像。可見，上述第二調節系數Kt與溫度t之間存在單調遞減關系，并且上述0≤Kt≤1。以溫度t＝100℃為例，當R1//R2＝22KΩ時，0-10V的第一調光電壓對應輸出PWM占空比為0％-59.3％。在本實施例中，改變電阻R1及電阻R2的并聯阻值，可改變起始保護溫度閾值，更改后仍然滿足溫度越高PWM輸出衰減越大的特性。例如，電阻R1及電阻R2的并聯阻值R1//R2與起始保護溫度閾值之間的關系，如下表所示：例如，如圖7所示，上述PWM隔離調光電路還包括線性穩壓器160，線性穩壓器的輸入端用于連接外部驅動電源，所述線性穩壓器的輸出端分別連接所述占空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器，用于將外部驅動電源輸入的電源電壓VCCin轉換為所述占空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器的驅動電壓VCC。又如，如圖8所示，線性穩壓器160包括穩壓芯片U2及穩壓芯片U2外圍的電容C2、電容C3及電容C4，其中穩壓芯片U2的第三引腳為線性穩壓器的輸入端；穩壓芯片U2的第二引腳為接地引腳，用于接地；穩壓芯片U2的第一引腳為線性穩壓器的輸出端。電容C3和電容C4并聯后兩端分別連接穩壓芯片U2的第二引腳和第三引腳，電容C2的兩端分別連接穩壓芯片U2的第一引腳和第二引腳。電容C2、電容C3及電容C4用于濾波。又如，如圖7所示，在一個實施例中，上述PWM隔離調光電路還包括電阻R12及電阻R13，電阻R12一端用于連接外部驅動電源，電阻R12另一端連接光耦合器的正輸入端；電阻R13一端用于輸入光電耦合器的工作電壓VCCdim，另一端連接光電耦合器的正輸出端。其中光電耦合器140的負輸入端連接微處理器的PWM輸出引腳，光電耦合器140的負輸出端用于接地，PWM信號由光電耦合器140的正輸出端輸出，即光電耦合器140的正輸出端還用于連接LED光源。其中，光電耦合器140由發光二極管及光敏三極管組成，光電耦合器140的負輸入端為其內部發光二極管的負極，光電耦合器140的正輸入端為其內部發光二極管的正極，光電耦合器140的正輸出端為其內部光敏三極管的集電極，負輸出端為其內部光敏三極管的發射極。具體實施中，驅動電壓VCC經電阻R12分壓，輸入至光電耦合器140的內部發光二極管的正極，當該內部發光二極管的正負極壓差達到其導通電壓時，其導通并發光，內部的光敏三極管在感應到光線后導通，使得光敏三極管的集電極(即光電耦合器的正輸出端)輸出高電平，其中從光敏三極管的集電極的電壓幅值取決于電源電壓VCCin及分壓電阻R13的阻值。由于光敏三極管的導通時間取決于光電耦合器140內部發光二極管的導通時間，即取決于微處理器輸出的PWM信號的占空比，因此光電耦合器140輸出的信號與微處理器輸出的PWM信號相位相同。由于光敏三極管的導通時間與負載無關，因此能實現信號的隔離輸出。在一較佳實施例中，光電耦合器140的發射極與地之間還連接有去耦電容，用于濾除光電耦合器140輸出端的噪聲干擾。本發明實施例還相應提供了一種LED調光驅動電路，該LED調光驅動電路包括調光器及如上述任一實施例所述的PWM隔離調光電路，其中調光器的輸出端連接PWM隔離調光電路中電壓轉換電路的輸入端，用于向所述電壓轉換電路輸入所述第一調光電壓。例如，調光器將外部電源輸入的電壓信號轉換為可驅動LED光源發光的第一調光電壓，例如該第一調光電壓為0-10V調光電壓，該第一調光電壓經PWM隔離調光電路轉換為占空比可調的PWM信號，用于調節LED光源的亮度。上述LED調光驅動電路，能夠實現多個LED燈具共用一個調光器，具有穩定可靠、兼容性強和高性價比的特點，能匹配市面上多種0-10V調光器。由于未采用變壓器，能夠避免變壓器的線性失真問題，還能減小占板面積以及降低成本。本發明實施例還公開了一種PWM隔離調光方法，該PWM隔離調光方法采用上述任一實施例所述的PWM隔離調光驅動電路實現。例如，如圖11所示，所述PWM隔離調光方法包括如下步驟：S110，通過電壓轉換電路，將外部調光器輸入的第一調光電壓轉換為第二調光電壓。S130，通過占空比設定電路，輸出占空比設定信號；S150，通過微處理器，分別采樣所述第二調光電壓及所述占空比設定信號，并根據所述第二調光電壓及所述占空比設定信號輸出相應占空比的PWM信號；S170，通過光電耦合器，將所述PWM信號進行隔離輸出。在一個實施例中，如圖12所示，在步驟S150之后，在步驟S170之前，還執行如下步驟：S161，通過溫度檢測電路，根據環境溫度的變化，輸出相應變化的溫度檢測信號；S162，通過所述微處理器，采樣所述溫度檢測信號，并根據所述溫度檢測信號，調整輸出的PWM信號的占空比。上述PWM隔離調光方法，應用于可調光的LED驅動電源、或其他需要將模擬信號轉換成PWM信號同時需要隔離的產品及設備中，使電源或設備的調光接口和輸入、輸出間實現電氣隔離，以實現匹配隔離型或使非隔離0-10V調光器實現隔離調光。需要說明的是，以上所述實施例中，當一個元件被認為是“連接”另一個元件，可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在中間元件。相反，當元件為稱作“直接”與另一元件連接時，不存在中間元件。以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3