Led燈可調光的恒流驅動方法和電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種LED燈可調光的恒流驅動方法和電路；基于包括開關元件、二極管D1、電感L1和LED燈組成的DC-DC降壓電路；所述方法包括如下步驟：設置電壓檢測模塊，該電壓檢測模塊接收來自市電整流后脈動電力的電壓信號；設置控制所述開關元件導通和截止的調控電路，該調控電路接收所述電壓檢測模塊的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi,并計算得出所述開關元件的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件的導通對截止時間的比率，從而使驅動所述LED燈的電流保持恒定。本發明恒流驅動方法和電路具有電路結構簡單、成本低、調光容易和安全可靠等優點。
【專利說明】
LED燈可調光的恒流驅動方法和電路
[0001]【技術領域】
本發明涉及用于一般電光源的電路裝置，特別是涉及LED的供電電路及其控制裝置，尤其是涉及LED燈可調光的恒流驅動方法和電路。本發明的LED是英文Light EmittingD1de的縮寫，中文意思是“發光二極管”。
[0002]【【背景技術】】
近年來，LED作為一種節能環保產品，應用越來越廣泛，例如用于普通照明、標志和信號，以及用于顯示面板和電視屏幕的背光源等等。LED驅動電路被用于提供電源給LED。
[0003]LED的特性是要求恒流驅動，LED燈驅動電路包括隔離恒流驅動電路和非隔離恒流驅動電路，非隔離恒流驅動電路由于效率高、成本低和集成度高，在小功率LED燈應用中有很大的優勢。
[0004]參見圖10，該圖是典型的DC-DC降壓電路(也叫Buck轉換電路，該電路圖中的LED燈可以是單個LED，也可以是多個LED串聯，或者是多個LED串聯后再并聯)，該DC-DC降壓電路包括開關元件、二極管D1、電感LI和LED燈，改變開關元件的導通時間或者截止時間，都能改變流過LED燈的電流；而截止時間和電感LI的釋放能量有關，必須在電感LI所充的能量釋放到接近零時，這時打開開關元件，開關元件的損耗才比較小，這就是谷底開關模式。
[0005]參見圖11，現有技術LED燈驅動電路之非隔離恒流驅動電路基本上是采用比較器99采樣LED燈的串聯電阻R99的電壓來通過邏輯控制電路98來控制開關元件Q99而達到恒流的目的；這種非隔離恒流驅動電路雖然容易恒流，但要調光，必須加入調光電路，導致成本增加；若要能實現智能調光，還必須要加入價格較貴的智能芯片，即可編程序的集成電路，導致成本增加；而且，這種非隔離恒流驅動電路在市電中的功率因素比較低，要提高功率因素，還得增加功率因素校正電路(例如填谷電路)，也會導致成本增加。
[0006]參見圖11，現有技術LED燈驅動電路之非隔離恒流驅動電路的輸入一般采用城市供電(簡稱市電)，市電整流后周期一般為100赫茲，整流后的電壓一般為從零到300伏不停變化的直流電，其峰值電壓和LED燈的電壓差比較大，能達到百伏以上，由于市電電網的電壓波動，其峰值電壓也跟隨波動；目前現有技術LED燈驅動用的電感LI 一般是毫亨級別，如果用現有技術的串聯電阻R99反饋來控制電流，每隔一個微秒，電流都有不小的變化，如果用智能芯片采樣串聯電阻R99的電壓來實現恒流控制，控制開關元件Q99的智能芯片反應速度必須為納秒級別，而智能芯片接收存儲信號要幾個時鐘周期，智能芯片運算處理信號在這里至少得十幾個時鐘周期，再到智能芯片輸出執行命令也要幾個時鐘周期，要達到反應速度在100納秒以內，智能芯片的時鐘頻率必須大于100兆赫茲，實際上由于運算的復雜，所需的智能芯片時鐘頻率會高得多，智能芯片的時鐘頻率越高，能耗也就越高，同時成本也越高，這對普及智能芯片在LED上的應用會有很大的障礙。
[0007]【
【發明內容】
】
本發明要解決的技術問題在于避免上述現有技術的不足之處而提供一種LED燈可調光的恒流驅動方法，以及按照該方法制造的一種LED燈可調光的恒流驅動電路，采用該LED燈可調光的恒流驅動方法和使用該LED燈可調光的恒流驅動電路，可以直接用成本較低的調控電路例如可編程序的集成電路來控制開關元件的導通和截止時間，既能達到恒流的目的，還可以很容易的接收外部信號來實現智能調光，具有電路結構簡單、成本低、調光容易和安全可靠等優點。
[0008]本發明解決所述技術問題采用的技術方案是:
一種LED燈可調光的恒流驅動方法，基于包括開關元件、二極管Dl、電感LI和LED燈組成的DC-DC降壓電路；所述方法包括如下步驟:設置電壓檢測模塊，該電壓檢測模塊接收來自市電整流后脈動電力的電壓信號；設置控制所述開關元件導通和截止的調控電路，該調控電路接收所述電壓檢測模塊的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件的導通對截止時間的比率，從而使驅動所述LED燈的電流保持恒定。
[0009]所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓或平均電壓。
[0010]所述LED燈的驅動電流在保持恒定的同時，所述開關元件工作在谷底開關模式。
[0011]所述調控電路還接收調光信號，來調整所述開關元件的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化來達到調光的目的。
[0012]所述開關元件的導通時間TH根據以下經驗公式計算得出，TH=I*L/(V1-Vd)，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，L是電感LI的電感值，單位為亨，Vi是所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓，單位為伏特，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，導通時間TH的單位為秒。
[0013]所述開關元件的截止時間TL根據以下經驗公式計算得出，TL ^ I*L/Vd，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，L是電感LI的電感值，單位為亨，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，截止時間TL的單位為秒。
[0014]所述調控電路是可編程序的集成電路，包括可編程序的微控制單元或單片微處理器及其外圍電路。
[0015]本發明還可以通過以下的技術方案進一步得到實施:
一種LED燈可調光的恒流驅動電路，包括由開關元件、二極管Dl、電感LI和LED燈組成的DC-DC降壓電路，以及將市電整流成為脈動直流的整流橋電路BI;所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括電壓檢測模塊和調控電路；所述電壓檢測模塊電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路與所述電壓檢測模塊和開關元件互相電連接，該調控電路接收所述電壓檢測模塊的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件的導通對截止時間的比率，從而使驅動LED燈的電流保持恒定。
[0016]所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括能接收外部調光信號模塊發送調光信號的感應器J1，該感應器Jl將接收的調光信號傳遞給所述調控電路，所述調控電路接收到該調光信號后，來調整所述開關元件的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化來達到調光的目的。
[0017]所述電壓檢測模塊包括串聯在一起的兩個電阻Rl、R2，該串聯的兩個電阻Rl、R2電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路的一個端口電連接在兩個電阻R1、R2之間。
[0018]所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括隔離二極管D2和儲能電容C2 ;隔離二極管D2的陽極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，隔離二極管D2的陰極電連接在所述DC-DC降壓電路的LED燈的陽極端；儲能電容C2電連接在隔離二極管D2的陰極和地之間。
[0019]所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括為所述調控電路降壓穩壓供電的供電模塊，該供電模塊包括降壓電阻RV、穩壓二極管DV和三極晶體管Q1，該三極晶體管Ql為場效應管或三極管；降壓電阻RV和穩壓二極管DV串聯后電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端，其中穩壓二極管DV的陽極接地，該地就是所述整流橋電路BI的負輸出端，降壓電阻RV接所述整流橋電路BI的正輸出端；三極晶體管Ql的柵極或基極電連接在降壓電阻RV和穩壓二極管DV之間，三極晶體管Ql的漏極或集電極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，三極晶體管Ql的源極或發射極電連接到所述調控電路的電源端口。
[0020]同現有技術相比較，本發明LED燈可調光的恒流驅動方法和電路之有益效果在于:
由于設有電壓檢測模塊和調控電路，所采用的調控電路成本又較低，例如一種成本較低的可編程序的集成電路，調控電路接收電壓檢測模塊的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓，并計算得出開關元件的導通時間和截止時間，來控制所述開關元件的導通對截止時間的比率，從而使驅動LED的電流保持恒定。因此本發明可以直接用成本較低的調控電路例如可編程序的集成電路來控制開關元件的導通和截止時間，既能達到恒流的目的，還可以很容易的接收外部信號來實現智能調光，具有電路結構簡單、成本低、調光容易和安全可靠等優點。
[0021]【【附圖說明】】
圖1是本發明LED燈可調光的恒流驅動電路實施例一的簡明電原理方框示意圖；
圖2是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例二的簡明電原理方框示意圖；
圖3是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例三的簡明電原理方框示意圖；
圖4是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例四的簡明電原理方框示意圖；
圖5是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例五的簡明電原理方框示意圖；
圖6是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例六的簡明電原理方框示意圖；
圖7是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例七的簡明電原理方框示意圖；
圖8是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例八的簡明電原理方框示意圖；
圖9是所述LED燈可調光的恒流驅動電路的一種具體電路示意圖；
圖10是現有技術DC-DC降壓電路(也叫Buck轉換電路)的電原理方框示意圖；
圖11是現有技術LED燈驅動電路之非隔離恒流驅動電路的電原理示意圖。
[0022]【【具體實施方式】】
下面結合各附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0023]參見圖1至圖8，一種LED燈可調光的恒流驅動方法，基于包括開關元件300、二極管D1、電感LI和LED燈組成的DC-DC降壓電路，LED燈為負載，該DC-DC降壓電路也叫Buck轉換電路；所述方法包括如下步驟:設置電壓檢測模塊100，該電壓檢測模塊100接收來自市電整流后脈動電力的電壓信號；設置控制所述開關元件300導通和截止的調控電路200，該調控電路200接收所述電壓檢測模塊100的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件300的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件300的導通對截止時間的比率，從而使驅動所述LED燈的電流保持恒定。
[0024]所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓或平均電壓。在一個電壓波動周期內，當輸入電壓Vi的波動大于或等于5%時，所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓；在一個電壓波動周期內，當輸入電壓Vi的波動小于5%時，所述輸入電壓Vi —般可以采用市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的平均電壓，當然所述輸入電壓Vi也可以采用市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓，此時采用峰值電壓或平均峰值電壓和采用平均電壓差不多。具體地說，參見圖1至圖7，當所述DC-DC降壓電路兩端和電壓檢測模塊100兩端沒有并聯儲能電容C2時，或者參見圖8，當所述DC-DC降壓電路兩端并聯有儲能電容C2，而該儲能電容C2并沒有并聯在電壓檢測模塊100兩端時，或者參見圖9，當所述DC-DC降壓電路兩端和電壓檢測模塊100兩端一起并聯有儲能電容C2而該儲能電容C2的容量又比較小時，所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓；參見圖9，當所述DC-DC降壓電路兩端和電壓檢測模塊100兩端一起并聯有儲能電容C2而該儲能電容C2的容量又足夠大時，所述輸入電壓Vi —般可以采用市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的平均電壓，當然所述輸入電壓Vi也可以采用市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓，此時采用峰值電壓或平均峰值電壓和采用平均電壓差不多。平均峰值電壓是至少兩個電壓波動周期的各峰值電壓的平均值，例如平均峰值電壓可以采用三個電壓波動周期的各峰值電壓的平均值，也可以采用四個電壓波動周期的各峰值電壓的平均值，還可以采用五個電壓波動周期的各峰值電壓的平均值，等等。
[0025]參見圖1至圖9，所述調控電路200是可編程序的集成電路，包括可編程序的微控制單元或單片微處理器及其外圍電路，可編程序的集成電路有時稱為智能芯片。調控電路200包括MCU、PLC或FPGA及其外圍電路。MCU是英文Micro Control Unit的縮寫，中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)或者單片機。PLC是英文Programmable Logic Controller的縮寫，中文名稱為可編程邏輯控制器。FPGA (是英文Field — Programmable Gate Array的縮寫，中文名稱為現場可編程門陣列，簡稱可編程門陣列。
[0026]對本發明所述調控電路200要求不高，所述調控電路200只需要有一個A/D輸入端口(即模擬/數字轉換輸入端口)，兩個普通輸入端口(一個普通輸入端口用來檢測紅外信號，另一個普通輸入端口用來檢測電源開關時間)，一個PffM輸出端口，就能實現本發明LED燈可調光的恒流驅動方法和電路的功能，因此本發明所述調控電路200的成本比較低。比如有很多8位的MCU都能達到這個要求，例如ATMEL(愛特梅爾)公司生產的型號為atmega88的MCU，中國臺灣的義隆電子股份有限公司公司生產的型號為EM78P259的MCU，等等。PffM是英文Pulse Width Modulat1n的縮寫，中文名稱為脈沖寬度調制，簡稱脈寬調制。
[0027]參見圖1至圖9，所述LED燈的驅動電流保持恒定的同時，所述開關元件300工作在谷底開關模式；谷底開關模式是在電感LI所充的能量釋放到接近零時，這時打開開關元件300，開關元件300的損耗才比較小。
[0028]參見圖2和圖5至圖9，所述調控電路200還接收調光信號400，來調整所述開關元件300的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化來達到調光的目的。調光信號400包括紅外光信號、無線模塊信號或直接輸入的指令電壓信號。
[0029]參見圖1至圖9，所述開關元件300的導通時間TH根據以下經驗公式計算得出，TH=I*L/(V1-Vd)，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，L是電感LI的電感值，單位為亨，Vi是所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓，單位為伏特，該輸入電壓Vi根據具體情況來選用，可以是市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓或平均電壓，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，導通時間TH的單位為秒。
[0030]參見圖1至圖9，所述開關元件300的截止時間TL根據以下經驗公式計算得出，TL ^ I*L/Vd，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，L是電感LI的電感值，單位為亨，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，截止時間TL的單位為秒。
[0031]當LED燈是單個LED時，所述LED燈的導通電壓Vd是該單個LED的導通電壓；當LED燈是多個LED串聯時，所述LED燈的導通電壓Vd是該多個LED的導通電壓之和；依次類推。
[0032]上述導通時間TH和截止時間TL是按照以下的經驗公式推算得出的:
公式一:I=V*T/L= (V1-Vd)*TH/L，該公式一是電感峰值電流1、電壓V、時間T和電感值L的計算公式，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，Vi是市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓或平均電壓，單位為伏特，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，導通時間TH的單位為秒。公式I=V*T/L是一個經驗計算公式，在圖1的DC-DC降壓電路中，假設電感LI的直流電阻很小，容抗也很小，而且LED的電壓降變化也極小，那么在實際應用中公式一就能很好的符合實際測量數據。
[0033]公式二:TH=I*L/ (V1-Vd)，把公式一稍微變換，就得到公式二，也就是導通時間TH的計算公式；只要把峰值電流I，電感值L，輸入電壓Vi，所述LED燈的導通電壓Vd代入，就能計算出開關元件300的導通時間TH。
[0034]在一個LED燈里，峰值電流I是希望恒定的，算是一個恒量，而電感值L和LED燈的導通電壓Vd是不變的，也是恒量；實際上電流、電感值和LED燈的導通電壓都會有些微小的變化，只是變化量很小，可以近似作為恒量來計算。那么公式二就只有輸入電壓Vi和開關元件300的導通時間TH這兩個變量，也就是說用這個公式二，就能根據輸入電壓Vi的變化來改變開關元件300的導通時間TH，讓LED的峰值電流I不變。
[0035]開關元件300導通時，電感LI的電流由小變大，是一個儲能的過程，當開關元件300截止時，電感LI的電流由大變小，是一個釋放能量的過程。要計算流過LED燈的平均電流，必須計算出開關元件300截止時所形成的電流。
[0036]公式三:TL/TH= (V1-Vd) /Vd ;公式三是LED燈恒流驅動電路工作在臨界模式下(即BCM模式，指開關元件300截止，電感LI的電流由峰值到零時，立刻打開開關元件300的工作模式)，導通時間TH、關斷時間TL和輸入電壓V1、LED燈的導通電壓Vd的關系；公式三可參見NXP (恩智浦半導體)公司的Buck轉換電路應用文檔。
[0037]公式四:TL=(V1-Vd)*TH/Vd，把公式三稍微變換，就得到公式四；再將公式二代入公式四，就得到:
TL=(V1-Vd)*I*L/(V1-Vd)*Vd，即
公式五:TL=I*L/Vd，該公式五就是開關元件300的截止時間TL的計算公式；根據公式五，當截止時間TL等于I*L/Vd時，如圖1的LED燈可調光的恒流驅動電路工作在臨界模式(BCM)下，開關元件300的截止時間TL和峰值電流1、電感值L、LED燈的導通電壓Vd有關。在LED燈里，這三個參數基本是不會變的。所以可以得出結論，開關元件300的截止時間TL不變，只需要根據輸入電壓Vi的變化而相應的改變開關元件300的導通時間TH，就能讓該LED燈可調光的恒流驅動電路的LED平均電流在不同電壓下都能保持恒定，同時開關元件300的導通工作在谷底開關模式。在臨界模式(BCM)下，流過LED燈的平均電流約等于峰值電流的一半。根據公式五，當截止時間TL大于I*L/Vd時，整個LED燈的電流是工作在非連續電流模式(DCM)下。臨界模式(BCM)和非連續電流模式(DCM)時的開關元件300都是工作在谷底開關模式，都是所述LED燈的正常工作模式。其中臨界模式(BCM)—般是最大平均電流，而非連續電流模式(DCM)是將所述LED燈調小亮度時的工作模式，平均電流比較低。
[0038]參見圖1至圖9，一種LED燈可調光的恒流驅動電路，包括由開關元件300、二極管Dl、電感LI和LED燈組成的DC-DC降壓電路，LED燈為負載，以及將市電整流成為脈動直流的整流橋電路BI;所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括電壓檢測模塊100和調控電路200 ;所述電壓檢測模塊100電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路200與所述電壓檢測模塊100和開關元件300互相電連接，該調控電路200接收所述電壓檢測模塊100的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件300的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件300的導通對截止時間的比率，從而使驅動LED燈的電流保持恒定。所述輸入電壓Vi根據具體情況來選用，可以是市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓或平均電壓。
[0039]參見圖2和圖5至圖9，所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括能接收外部調光信號模塊發送調光信號的感應器J1，該感應器Jl將接收的調光信號傳遞給所述調控電路200，所述調控電路200接收到該調光信號后，來調整所述開關元件300的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化來達到調光的目的。
[0040]參見圖3至圖9，所述電壓檢測模塊100包括串聯在一起的兩個電阻R1、R2，該串聯的兩個電阻R1、R2電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路200的一個端口電連接在兩個電阻Rl、R2之間。
[0041]參見圖8和圖9，所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括隔離二極管D2和儲能電容C2 ;隔離二極管D2的陽極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，隔離二極管D2的陰極電連接在DC-DC降壓電路的LED燈的陽極端；儲能電容C2電連接在隔離二極管D2的陰極和地之間。這樣當交流市電過零時，儲能電容C2還能提供電能給LED燈。
[0042]參見圖6至圖8，所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括給所述調控電路200降壓穩壓供電的供電模塊，該供電模塊包括降壓電阻RV、穩壓二極管DV和三極晶體管Ql，該三極晶體管Ql為場效應管或三極管；降壓電阻RV和穩壓二極管DV串聯后電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端，其中穩壓二極管DV的陽極接地，該地就是所述整流橋電路BI的負輸出端，降壓電阻RV接所述整流橋電路BI的正輸出端；三極晶體管Ql的柵極或基極電連接在降壓電阻RV和穩壓二極管DV之間，三極晶體管Ql的漏極或集電極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，三極晶體管Ql的源極或發射極電連接到所述調控電路200的電源端口。
[0043]圖1是本發明LED燈可調光的恒流驅動電路實施例一的簡明電原理方框示意圖；在該圖1中，開關元件300、二極管Dl和電感LI組成DC-DC降壓電路，LED燈是其負載，該圖1中的開關元件300為電子導電型開關器件，例如N溝道型場效應管；整流橋電路BI將交流市電整流成為脈動直流，整流橋電路BI的I端口(L端口)和3端口(N端口)為交流市電的輸入端，整流橋電路BI的2端口(正輸出端)和4端口(負輸出端，即地)為整流橋電路BI的直流輸出兩端，該整流橋電路BI的輸出電壓作為DC-DC降壓電路和電壓檢測模塊100的輸入電力和采樣目標；電壓檢測模塊100電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；調控電路200與所述電壓檢測模塊100和開關元件300電連接，該調控電路200接收所述電壓檢測模塊100的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件300的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件300的導通對截止時間的比率，從而使驅動LED燈的電流保持恒定；在該實施例一中，所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。在該圖1中，當電感值L和LED的導通電壓Vd不變時(實際是變化很小，在應用中可近似地視為恒量)，可以根據輸入電壓Vi的變化來調整開關元件300的導通時間TH，從而讓驅動LED燈的平均電流不變(實際是變化很小，在應用中也可近似地視為恒流)，且開關元件300的導通工作在谷底開關模式。
[0044]圖2是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例二的簡明電原理方框示意圖；該圖2是在圖1的基礎上增加了調光信號400輸入調控電路200，使所述調控電路200可以從外部來調整所述開關元件300的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化以達到調光的目的。調光信號400包括紅外光信號、無線模塊信號或直接輸入的指令電壓信號。在該實施例二中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0045]圖3是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例三的簡明電原理方框示意圖；該圖3是在圖1的基礎上，用兩個分壓電阻R1、R2來作為電壓檢測模塊100，也就是所述電壓檢測模塊100包括串聯在一起的兩個電阻Rl、R2，該串聯的兩個電阻Rl、R2電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路200的一個端口電連接在兩個電阻Rl、R2之間。該圖3中的電壓檢測模塊100提供模擬輸出的電壓反饋信號給調控電路200。在該實施例三中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0046]圖4是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例四的簡明電原理方框示意圖；該圖4是在圖1的基礎上，開關元件300的位置略有變化，該圖4中的開關元件300為空穴導電型開關器元件，如P溝道型場效應管。在該實施例四中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0047]圖5是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例五的簡明電原理方框示意圖；該圖5是在圖2的基礎上增加了調光信號400輸入給調控電路200。在該實施例五中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0048]圖6是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例六的簡明電原理方框示意圖；該圖6是在圖5的基礎上增加了為所述調控電路200供電的簡易降壓穩壓供電模塊，該供電模塊包括降壓電阻RV、穩壓二極管DV和三極晶體管Ql，該三極晶體管Ql為三極管；降壓電阻RV和穩壓二極管DV串聯后電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端，其中穩壓二極管DV的陽極接地，該地就是所述整流橋電路BI的負輸出端，降壓電阻RV接所述整流橋電路BI的正輸出端；三極晶體管Ql的基極電連接在降壓電阻RV和穩壓二極管DV之間，三極晶體管Ql的集電極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，三極晶體管Ql的發射極電連接到所述調控電路200的電源端口。在該圖6中供電模塊還包括電容C5，該電容C5電連接在三極晶體管Ql的發射極和地之間，電容C5的作用是起儲能和穩壓作用。本發明各實施例所用調控電路200實際上是一塊可編程序的集成電路。所述供電模塊除了提供穩定電壓給集成電路外，在集成電路進入休眠模式時，還能降低待機的功耗；待機時，主要消耗電能的是降壓電阻RV，由于三極晶體管Ql只是被用作為電流跟隨器起放大作用，而降壓電阻RV消耗的電流則可以低至幾個微安，所以很節約電力。圖6中的開關元件300采用的是場效應管Q2。在該實施例六中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0049]圖7是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例七的簡明電原理方框示意圖；該圖7與圖6基本相同，不同的是供電模塊的三極晶體管Ql采用的是場效應管；三極晶體管Ql的柵極電連接在降壓電阻RV和穩壓二極管DV之間，三極晶體管Ql的漏極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，三極晶體管Ql的源極電連接到所述調控電路200的電源端口。在該實施例七中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0050]圖8是所述LED燈可調光的恒流驅動電路實施例八的簡明電原理方框示意圖；該圖8是在圖6的基礎上增加了隔離二極管D2和儲能電容C2 ;隔離二極管D2的陽極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，隔離二極管D2的陰極電連接在DC-DC降壓電路的LED燈的陽極端；儲能電容C2電連接在隔離二極管D2的陰極和地之間。這樣當交流市電過零時，儲能電容C2還能提供電能給LED燈。在該實施例八中，所述輸入電壓Vi也是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路的峰值電壓或平均峰值電壓。
[0051]圖1至圖8中的LED燈可以是單個LED，也可以是多個LED串聯，或者是多個LED
串聯后再并聯。
[0052]圖9是所述LED燈可調光的恒流驅動電路的一種具體電路示意圖；在該圖9中，開關元件300為N溝道型的場效應管Q2，場效應管Q2、二極管Dl和電感LI組成DC-DC降壓電路，LED燈是其負載，LED燈由多個串聯的LED組成，當然LED燈也可以只用一個LED，也可以是多個LED串聯后再并聯；整流橋電路BI將交流市電整流成為脈動直流，整流橋電路BI的兩個AC端口為交流市電的輸入端，整流橋電路BI的正輸出端和負輸出端(地)為整流橋電路BI的輸出兩端，該整流橋電路BI的輸出作為DC-DC降壓電路和電壓檢測模塊100的輸入；所述LED恒流驅動電路包括電壓檢測模塊100和調控電路200，以及還包括感應器Jl、降壓電阻RV、穩壓二極管DV和電阻R5，感應器Jl為紅外感應器；降壓電阻RV和穩壓二極管DV組成供電模塊，為所述調控電路200降壓穩壓供電；所述調控電路200采用有八個端口的微控制單元U1，例如ATMEL (愛特梅爾)公司生產的型號為atmega88的微控制單元，或者中國臺灣的義隆電子股份有限公司公司生產的型號為EM78P259的微控制單元，等等；所述電壓檢測模塊100包括四個電阻Rl?R4，其中電阻Rl和R2串聯后電連接在DC-DC降壓電路的輸入兩端，在所述整流橋電路BI的正輸出端接入了一個隔離二極管D2，這樣就使得電阻Rl和R2串聯后電連接在隔離二極管D2的陰極和整流橋電路BI的負輸出端之間，即該得電阻Rl和R2電連接在隔離二極管D2的陰極端，主要起檢測DC-DC降壓電路的輸入電壓Vi的作用，電阻R3和R4串聯后也電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端，圖9中采用兩組分壓電阻來作為電壓檢測模塊100，其中電阻R3和R4可作為備用的電壓檢測模塊100，該電阻R3和R4電連接在隔離二極管D2的陽極端，主要是起檢測市電整流后輸入給所述微控制單元Ul之輸入電壓的作用，這樣更安全和更準確；場效應管Q2的柵極通過電阻R5電連接到微控制單元Ul的第一個端口 OUT，場效應管Q2的漏極電連接到電感LI和二極管Dl的陽極，場效應管Q2的源極接地，該地就是所述整流橋電路BI的負輸出端；降壓電阻RV和穩壓二極管DV串聯后電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端，其中穩壓二極管DV的陽極接地，降壓電阻RV接所述整流橋電路BI的正輸出端；微控制單元Ul的第五個端口 VDD接降壓電阻RV和穩壓二極管DV的公共端；感應器Jl為紅外感應器，該紅外感應器Jl的第一個端口 IR電連接到微控制單元Ul的第三個端口 IR，紅外感應器Jl的第二個端口接地，紅外感應器Jl的第三個端口接降壓電阻RV和穩壓二極管DV的公共端；微控制單元Ul的第四個端口 VSS接地，微控制單元Ul的第六個端口 V2接電阻Rl和R2的公共端V2，微控制單元Ul的第七個端口 Vl接電阻R3和R4的公共端VI，微控制單元Ul的第二個端口和第八個端口懸空。
[0053]在圖9中，所述LED燈可調光的恒流驅動電路還包括濾波電容Cl、儲能電容C2、電容C3、電容C4和隔離二極管D2。隔離二極管D2的陽極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，隔離二極管D2的陰極電連接在DC-DC降壓電路的二極管Dl的陰極，也是LED燈中第一個LED的陽極，儲能電容C2電連接在隔離二極管D2的陰極和地之間。這樣當交流市電過零時，儲能電容C2還能提供電能給LED燈，而且儲能電容C2能讓整流后的電壓波動更小。濾波電容Cl并聯在LED燈兩端，該濾波電容Cl作用是濾波，該濾波電容Cl能讓LED燈的電流紋波更小，濾波電容Cl的電容值大，可使流過LED燈的電流也能很平滑。電容C3并聯在電阻R2的兩端，電容C3的作用是讓DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓更平穩些，這樣檢測值更穩定。電容C4并聯在穩壓二極管DV的兩端，電容C4的作用是起儲能和穩壓的作用，在交流電過零時，提供電能給微控制單元Ul用，在電壓為峰值電壓時讓微控制單元Ul的電壓更平穩些。
[0054]在圖9的具體電路中，當所述DC-DC降壓電路兩端和電壓檢測模塊100兩端一起并聯的儲能電容C2的容量比較小時，也就是儲能電容C2的容量值小得在一個電壓波動周期內，輸入電壓Vi的波動大于或等于5%時，所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓；當所述DC-DC降壓電路兩端和電壓檢測模塊100兩端一起并聯的儲能電容C2的容量足夠大時，也就是儲能電容C2的容量值大得在一個電壓波動周期內，輸入電壓Vi的波動小于5%時，所述輸入電壓Vi —般可以米用市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的平均電壓，當然所述輸入電壓Vi也可以采用市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓，此時采用峰值電壓或平均峰值電壓和采用平均電壓差不多。
[0055]圖9的LED燈可調光的恒流驅動電路能接收紅外信號進行遙控調光，遙控器內的調光信號模塊電路在本發明中沒有畫出；圖9的整流橋電路BI整流后的電壓分為兩路，一路直接通過降壓電阻RV和穩壓二極管DV供電給微控制單元Ul和感應器Jl，一路通過隔離二極管D2供給DC-DC降壓電路和電壓檢測模塊100的電阻Rl和R2 ;微控制單元Ul通過接收紅外信號來控制LED燈的亮度。
[0056]采用本發明LED燈可調光的恒流驅動方法和電路，DC-DC降壓電路中的電感LI可采用電感量較小的電感，例如采用毫亨級別的電感，這樣就可使得電感LI的體積較小，例如圖9具體電路中的電感LI可采用1.5毫亨。
[0057]本發明提出了另外一種設計思路，不用串聯的反饋電阻來達到恒流，而通過電壓檢測模塊100采集整流后的峰值電壓或平均峰值電壓，甚至或者是平均電壓，再通過調控電路200分析電壓檢測模塊100的輸出電壓信號，來實時監測DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件300的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件300的導通對截止時間的比率，從而使驅動所述LED的電流保持恒定，并且讓開關元件300保持工作在谷底開關模式。現有技術的微控制單元都集成有A/D轉換器和PffM控制器，這樣單個微控制單元就能實現采集電壓信號，控制開關元件300的導通和截止時間，達到控制LED電流恒定，并接收外部信號，來調整LED電流而實現智能調光。
[0058]雖然市電整流后的電壓以100赫茲的周期從零到三百伏不停的變化(不同國家市電的頻率和電壓雖然不同，按照本發明的方法也能實現恒流控制)，但其有效平均電壓變化不大，且每次峰值電壓持續約50微秒。I兆赫茲微控制單元的A/D轉換器的速度能快于20微秒，這就能采樣每次的峰值電壓。只要取平均峰值電壓來代表平均有效電壓，通過微控制單元來控制開關元件300的開關，這樣整體上流過LED燈的平均電流就能保持恒流。就能以幾十微秒甚至上百微秒的反應速度來實現恒流驅動，這樣較低成本和較低功耗的集成電路就能實現在電壓波動時保持電流的恒定，從而實現智能調光。
[0059]以上所述實施例僅表達了本發明的優選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本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，凡跟本發明權利要求范圍所做的等同變換與修飾，均應屬于本發明權利要求的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種LED燈可調光的恒流驅動方法，基于包括開關元件(300)、二極管D1、電感LI和LED燈組成的DC-DC降壓電路；所述方法包括如下步驟: 設置電壓檢測模塊(100)，該電壓檢測模塊(100)接收來自市電整流后脈動電力的電壓信號; 設置控制所述開關元件(300)導通和截止的調控電路(200)，該調控電路(200)接收所述電壓檢測模塊(100)的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件(300)的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件(300)的導通對截止時間的比率，從而使驅動所述LED燈的電流保持恒定。2.根據權利要求1所述的LED燈可調光的恒流驅動方法，其特征在于: 所述輸入電壓Vi是指市電整流后輸入給所述DC-DC降壓電路兩端的峰值電壓或平均峰值電壓或平均電壓。3.根據權利要求1所述的LED燈可調光的恒流驅動方法，其特征在于: 所述LED燈的驅動電流在保持恒定的同時，所述開關元件(300)工作在谷底開關模式。4.根據權利要求1所述的LED燈可調光的恒流驅動方法，其特征在于: 所述調控電路(200)還接收調光信號(400)，來調整所述開關元件(300)的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化來達到調光的目的。5.根據權利要求1至4之任一項所述的LED燈可調光的恒流驅動方法，其特征在于: 所述開關元件(300)的導通時間TH根據以下經驗公式計算得出，TH=I*L/(V1-Vd)，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，L是電感LI的電感值，單位為亨，Vi是所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓，單位為伏特，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，導通時間TH的單位為秒。6.根據權利要求1至4之任一項所述的LED燈可調光的恒流驅動方法，其特征在于: 所述開關元件(300)的截止時間TL根據以下經驗公式計算得出，TL ^ I*L/Vd，其中I是電感LI的峰值電流，單位為安培，L是電感LI的電感值，單位為亨，Vd是所述LED燈的導通電壓，單位為伏特，截止時間TL的單位為秒。7.根據權利要求1至4之任一項所述的LED燈可調光的恒流驅動方法，其特征在于: 所述調控電路(200)是可編程序的集成電路，包括可編程序的微控制單元或單片微處理器及其外圍電路。8.一種LED燈可調光的恒流驅動電路，包括由開關元件(300)、二極管D1、電感LI和LED燈組成的DC-DC降壓電路，以及將市電整流成為脈動直流的整流橋電路BI;其特征在于: 還包括電壓檢測模塊(100)和調控電路(200);所述電壓檢測模塊(100)電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路(200)與所述電壓檢測模塊(100)和開關元件(300)互相電連接，該調控電路(200)接收所述電壓檢測模塊(100)的輸出電壓信號，通過分析該輸出電壓信號，來實時監測所述DC-DC降壓電路兩端的輸入電壓Vi，并計算得出所述開關元件(300)的導通時間TH和截止時間TL，來控制所述開關元件(300)的導通對截止時間的比率，從而使驅動LED燈的電流保持恒定。9.根據權利要求8所述的LED燈可調光的恒流驅動電路，其特征在于: 還包括能接收外部調光信號模塊發送調光信號的感應器J1，該感應器Jl將接收的調光信號傳遞給所述調控電路(200)，所述調控電路(200)接收到該調光信號后，來調整所述開關元件(300)的導通時間TH或截止時間TL，從而使驅動LED燈的電流發生變化來達到調光的目的。10.根據權利要求8所述的LED燈可調光的恒流驅動電路，其特征在于: 所述電壓檢測模塊(100)包括串聯在一起的兩個電阻R1、R2，該串聯的兩個電阻R1、R2電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端；所述調控電路(200)的一個端口電連接在兩個電阻R1、R2之間。11.根據權利要求8所述的LED燈可調光的恒流驅動電路，其特征在于: 還包括隔離二極管D2和儲能電容C2 ;隔離二極管D2的陽極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，隔離二極管D2的陰極電連接在所述DC-DC降壓電路的LED燈的陽極端；儲能電容C2電連接在隔離二極管D2的陰極和地之間。12.根據權利要求8至11之任一項所述的LED燈可調光的恒流驅動電路，其特征在于: 還包括為所述調控電路(200)降壓穩壓供電的供電模塊，該供電模塊包括降壓電阻RV、穩壓二極管DV和三極晶體管Ql，該三極晶體管Ql為場效應管或三極管；降壓電阻RV和穩壓二極管DV串聯后電連接在所述整流橋電路BI的輸出兩端，其中穩壓二極管DV的陽極接地，該地就是所述整流橋電路BI的負輸出端，降壓電阻RV接所述整流橋電路BI的正輸出端；三極晶體管Ql的柵極或基極電連接在降壓電阻RV和穩壓二極管DV之間，三極晶體管Ql的漏極或集電極電連接在所述整流橋電路BI的正輸出端，三極晶體管Ql的源極或發射極電連接到所述調控電路(200)的電源端口。
【文檔編號】H05B37/02GK105898958SQ201510473210
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年8月5日
【發明人】肖志軍
【申請人】肖志軍