一種自調(diào)光led驅(qū)動(dòng)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備由濾波器、恒壓電路、恒流電路、光傳感器以及控制器組成。其中濾波器為EMI濾波器，恒壓電路為L(zhǎng)6562單級(jí)PFC恒壓電路，恒流電路為HV9910降壓恒流電路，光傳感器為BH1710數(shù)字光強(qiáng)傳感器，控制器為AT89C2051微處理器。光傳感器BH1710采集到環(huán)境光強(qiáng)信息后通過(guò)I2C通信協(xié)議發(fā)送給控制器AT89C2051為主要器件的控制中心，控制中心接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后依據(jù)數(shù)據(jù)改變恒流電路HV9910的PWMD腳的PWM輸入信號(hào)的占空比，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)調(diào)光的目的。該設(shè)備電路簡(jiǎn)單、成本低廉、可操作性強(qiáng)，測(cè)量照度數(shù)據(jù)后根據(jù)算法調(diào)節(jié)LED發(fā)光亮度，對(duì)降低電力能源消耗有著很好的輔助作用。
【專利說(shuō)明】
一種自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及LED驅(qū)動(dòng)電路領(lǐng)域，特別涉及一種自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來(lái)石油、煤炭、天然氣等不可再生資源的日漸枯竭和人類對(duì)能源需求的日益增加，節(jié)能減排引起了人們的高度重視。LED作為一種新型照明光源技術(shù)已經(jīng)備受關(guān)注，各國(guó)也開(kāi)始出臺(tái)相關(guān)政策限制白熾燈，日光燈的生產(chǎn)銷售，轉(zhuǎn)而扶持LED^ED光源具有很高的效能，消耗能量較同光效的白熾燈減少80%，又不含汞和玻璃，被公認(rèn)為綠色節(jié)能先鋒。
[0003]此外，LED的發(fā)光亮度主要受正向電流影響，利用這一特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的調(diào)光，不僅可以調(diào)整燈光視覺(jué)效果，還能進(jìn)一步降低能耗20%至50%。在學(xué)校教室、體育場(chǎng)館、路燈等照明場(chǎng)所，由于晝光影響，過(guò)亮的照明會(huì)造成電能浪費(fèi)，而有時(shí)過(guò)暗的照明又會(huì)引起視覺(jué)疲勞，影響人們正常的學(xué)習(xí)和工作，甚至引發(fā)安全事故。由此可見(jiàn)，準(zhǔn)確的照度測(cè)量，適當(dāng)?shù)恼彰髁炼仍谏a(chǎn)生活中也非常重要。
[0004]為了更好地發(fā)揮LED照明節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在LED驅(qū)動(dòng)器中加入調(diào)光功能是大勢(shì)所趨。通常，LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光方式有3種:可控硅調(diào)光、模擬調(diào)光、PWM調(diào)光。每種調(diào)光方式都有其優(yōu)點(diǎn)及局限性。PWM調(diào)光是使開(kāi)關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別能力來(lái)說(shuō)足夠高的頻率工作，通過(guò)設(shè)置周期和占空比來(lái)改變輸出電流平均值，其輸出電流只有兩種狀態(tài):最大額定工作電流和零電流。模擬調(diào)光是通過(guò)改變輸出電流的幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能，可控硅調(diào)光是通過(guò)調(diào)節(jié)電源的輸出功率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。
[0005]PffM調(diào)光可以保證LED的色溫恒定，驅(qū)動(dòng)器的效率較高，并且能夠進(jìn)行精確控制。模擬調(diào)光相對(duì)PWM調(diào)光電路簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，但會(huì)使LED色溫發(fā)生變化，同時(shí)效率低、輸出電流精度不易調(diào)節(jié)、調(diào)光范圍有限?？煽毓枵{(diào)光是利用現(xiàn)有的可控硅調(diào)光器，通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)輸出功率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光，其優(yōu)點(diǎn)是不用改變?cè)腥展鉄粽{(diào)光設(shè)備。但是缺點(diǎn)更嚴(yán)重:其會(huì)嚴(yán)重降低驅(qū)動(dòng)器效率及功率因數(shù)，同時(shí)也會(huì)使LED產(chǎn)生閃爍。
[0006]因此，如何調(diào)節(jié)LED發(fā)光亮度，提供給人們一個(gè)舒適的視覺(jué)環(huán)境的同時(shí)，有效的降低了電力能源消耗，已成為急需解決的技術(shù)問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備電路簡(jiǎn)單、成本低廉、可操作性強(qiáng)，測(cè)量照度數(shù)據(jù)后根據(jù)算法調(diào)節(jié)LED發(fā)光亮度，對(duì)降低電力能源消耗有著很好的輔助作用。
[0008]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采取如下方案:
[0009]—種自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備由濾波器、恒壓電路、恒流電路、光傳感器以及控制器組成，其特征在于:
[0010]濾波器為EMI濾波器，與恒壓電路連接，用于抑制交流電網(wǎng)中高頻干擾，該EMI濾波器的電路中包括共模電容Cyl、Cy2、Cy3、Cy4，共模電感1^，差模電容Cxl、Cx2，壓敏電阻Rv以及負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻NTC;
[0011]恒壓電路為L(zhǎng)6562單級(jí)PFC恒壓電路，分別與濾波器和恒流電路連接，該單級(jí)PFC恒壓電路中包括開(kāi)關(guān)管、穩(wěn)壓芯片TL431和光電耦合器PC817 ；
[0012]控制器為AT89C2051微處理器，分別與恒流電路和光傳感器連接，控制器接收來(lái)自光傳感器的數(shù)據(jù)并向恒流電路輸出控制信號(hào)；
[0013]光傳感器為BH1710新型數(shù)字光強(qiáng)傳感器，與控制器相連，該光傳感器使用穩(wěn)壓芯片AMSl 117來(lái)提供3.3V工作電壓，光傳感器BH1710的引腳ADDR接至GND，引腳DVI經(jīng)IyF電容接GND，引腳SCL與SDA分別經(jīng)過(guò)Ik Ω的限流電阻接控制器AT89C2051的P3.2與P3.3腳；
[0014]恒流電路為HV9910降壓恒流電路，分別與恒流電路和LED陣列連接，HV9910的PffMD引腳與控制器AT89C2051的調(diào)光I /0端口 P1.0引腳相連。
[0015]優(yōu)選的，共模電感L1是由兩個(gè)匝數(shù)相同、繞向相反的繞組構(gòu)成，共模電容和差模電容為安規(guī)電容。
[0016]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0017]I)兼容性好，整體電路無(wú)需用到專用的調(diào)光1C，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。
[0018]2)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光節(jié)能的LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備，它更適合用在教學(xué)樓、路燈、廣告燈、公園、走廊等場(chǎng)所。可以設(shè)置隨環(huán)境亮度的逐漸變暗，利用光敏探頭信號(hào)反饋，使LED照明發(fā)光亮度逐漸加強(qiáng)。它不但可以節(jié)約大量能源，還因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)減少了功率而延長(zhǎng)LED照明設(shè)備的使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為系統(tǒng)組成原理圖；
[0020]圖2為濾波器電路原理圖；
[0021]圖3為恒壓電路原理圖；
[0022]圖4為恒流電路原理圖；
[0023]圖5為光傳感器電路原理圖；
[0024]圖6為控制器電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026]該驅(qū)動(dòng)設(shè)備的原理圖如圖1所示。該驅(qū)動(dòng)設(shè)備由濾波器、恒壓電路、恒流電路、光傳感器以及控制器組成。其中濾波器為EMI濾波器，恒壓電路為L(zhǎng)6562單級(jí)PFC恒壓電路，恒流電路為HV9910降壓恒流電路，光傳感器為BH1710新型數(shù)字光強(qiáng)傳感器，控制器為AT89C2051微處理器。光傳感器BH1710采集到環(huán)境光強(qiáng)信息后通過(guò)I2C通信協(xié)議發(fā)送給控制器AT89C2051為主要器件的控制中心，控制中心接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后依據(jù)數(shù)據(jù)改變恒流電路HV9910的PffMD腳的PffM輸入信號(hào)的占空比，進(jìn)而達(dá)到自動(dòng)調(diào)光的目的。
[0027]濾波器電路原理圖如圖2所示。EMI濾波器主要用來(lái)抑制交流電網(wǎng)中高頻干擾對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的影響，同時(shí)也抑制驅(qū)動(dòng)設(shè)備由于高頻開(kāi)關(guān)而對(duì)交流電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，干擾主要為共模干擾和差模干擾。共模電容Cyl、Cy2、Cy3、Cy4和共模電感L1用來(lái)濾除共模噪聲，L1是由兩個(gè)匝數(shù)相同、繞向相反的繞組構(gòu)成。Cxl、Cx2是差模電容，用來(lái)濾除差模干擾。共模電容要選擇Y2安規(guī)電容，差模電容選擇X1安規(guī)電容，Rv是壓敏電阻，NTC是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。
[0028]恒壓電路原理圖如圖3所示。意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的峰值電流型控制芯片L6562被廣泛應(yīng)用于有源功率因數(shù)(APFC)校正電路中，其工作在臨界(TM)模式，通過(guò)控制電感峰值電流，使得輸入電流跟隨輸入電壓變化，以達(dá)到功率因數(shù)校正的目的。而單級(jí)PFC恒壓電路是將有源功率因數(shù)校正電路中的升壓電感替換為變壓器，并進(jìn)行其他改進(jìn)，形成的反激拓?fù)潆娐贰?br>[0029]在圖3所示的電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q2打開(kāi)時(shí)，經(jīng)過(guò)EMI濾波器之后的交流輸入電壓經(jīng)過(guò)整流橋整流、輸入濾波電容&之后，加在變壓器T1的原邊電感上，電感電流線性上升，此時(shí)變壓器副邊整流二極管VDdPVD6反向截止，輸出端由輸出電容C。和(^供電。當(dāng)原邊電流檢測(cè)電阻R12上的電壓達(dá)到L6562 CS引腳的基準(zhǔn)電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管02關(guān)斷，此時(shí)副邊整流二極管VD5、VD6導(dǎo)通，副邊繞組經(jīng)過(guò)整流二極管為負(fù)載供電，同時(shí)為輸出電容充電。反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是在開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，傳遞能量。當(dāng)L6562的ZCD零電流檢測(cè)引腳檢測(cè)到輔助繞組中無(wú)電流時(shí)，說(shuō)明原邊電感已完成磁復(fù)位，L6562重新驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管Q2導(dǎo)通，如此反復(fù)。
[0030]單級(jí)PFC恒壓電路的主輸出電壓是由穩(wěn)壓芯片TL431和光電耦合器PC817組成的輸出反饋網(wǎng)絡(luò)中的分壓電阻R15和Rn設(shè)置的，當(dāng)輸出電壓大于設(shè)計(jì)好的額定輸出電壓時(shí)，電阻Rn上的電壓大于TL431引腳的基準(zhǔn)電壓2.5V，此時(shí)輸出端反饋信號(hào)通過(guò)PC817反饋到L6562的INV引腳，由于INV引腳的基準(zhǔn)電壓為2.5V，如果反饋信號(hào)的電壓大于2.5V，那么就會(huì)有電流經(jīng)過(guò)R6、C7、R7組成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)流入L6562的COMP引腳，當(dāng)該電流大于40μΑ時(shí)，就會(huì)進(jìn)入過(guò)壓保護(hù)狀態(tài)，L6562停止工作，直到該電流降低到低于ΙΟμΑ時(shí)，L6562會(huì)重新啟動(dòng)。從輸出電路用于為控制器AT89C2051供電，其輸出電壓為5V，當(dāng)主輸出電壓恒定時(shí)，從輸出電壓基本恒定。
[0031]電路中整流橋之后的輸入濾波電容C1的選取要注意:如果選擇的過(guò)大，會(huì)使整流橋的導(dǎo)通角變得過(guò)小，同時(shí)會(huì)使L6562的MULT引腳的類正弦電壓波形變得越加不像正弦波，降低電路的功率因數(shù)同時(shí)增加總諧波畸變(THD);如果電容選擇的過(guò)小，則起不到濾波的作用，這會(huì)加大前端EMI濾波器的大小和成本。
[0032]恒流電路原理圖如圖4所示。HV9910是Supertex半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用高亮度LED驅(qū)動(dòng)芯片，其特點(diǎn)是:
[0033]I)效率大于90%;
[0034]2)8V?450V輸入電壓范圍；
[0035]3)恒流LED驅(qū)動(dòng)器；
[0036]4)輸出電流從幾毫安到大于1A;
[0037]5)驅(qū)動(dòng)的LED串從I個(gè)到幾百個(gè)；
[0038]6)通過(guò)使能引腳進(jìn)行PffM低頻調(diào)光。
[0039]在該驅(qū)動(dòng)設(shè)備中采用Buck(降壓)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)LED恒流驅(qū)動(dòng)，其工作原理為:L6562單級(jí)PFC產(chǎn)生的恒壓V。接入到該電路的VIN引腳，當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q打開(kāi)時(shí)，輸入電流經(jīng)過(guò)負(fù)載LED、電感L、開(kāi)關(guān)管Q、檢測(cè)電阻1流入到地。此時(shí)，電感電流線性上升，儲(chǔ)存能量，當(dāng)檢測(cè)電阻上的電壓達(dá)到HV9910 CS引腳檢測(cè)電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)閉。由于電感具有阻礙電流變化的作用，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，電感電流通過(guò)續(xù)流二極管與輸出電容C。一起為負(fù)載LED供電，此時(shí)電感電流從峰值電流線性下降，電感電流的平均值即為輸出電流。
[0040]為了使LED串中流過(guò)電流紋波較小，Buck轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)模式。因?yàn)楣ぷ髟谶B續(xù)模式時(shí)，當(dāng)占空比超過(guò)0.5時(shí)，電路會(huì)出現(xiàn)次諧波振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要進(jìn)行諧波補(bǔ)償。而HV9910芯片不具有諧波補(bǔ)償功能，所以使用該芯片時(shí)，要保證輸入電壓為輸出電壓的2倍以上，以使占空比小于0.5，避免出現(xiàn)次諧波振蕩。HV9910的調(diào)光引腳PffMD在不進(jìn)行調(diào)光時(shí)，通常與VDD弓I腳連接，而進(jìn)行HVM調(diào)光時(shí)，使PWMD弓I腳與控制器AT89C2051的調(diào)光I/0端口相連，當(dāng)PWMD引腳電壓大于2.4V時(shí)，HV9910正常工作，當(dāng)PWMD引腳電壓低于2.4V時(shí)，HV9910被禁用。通過(guò)PWM調(diào)光，LED中的電流只有兩種狀態(tài):零電流和設(shè)置的額定輸出電流。
[0041 ] 利用控制器AT89C2051調(diào)節(jié)PffM信號(hào)的脈寬，即可調(diào)節(jié)LED的平均電流即輸出電流。輸出電流可以從O調(diào)節(jié)到額定輸出電流，即調(diào)光范圍可以從O?100 %，HV9910支持I OOHz?IkHz的PffM調(diào)光。
[0042]光傳感器電路原理圖如圖5所示。應(yīng)用穩(wěn)壓芯片AMS1117將5V電壓穩(wěn)壓至3.3V為BHl 710提供工作電壓。BHl 710的引腳ADDR接至GND，弓丨腳DVI經(jīng)IyF電容接GND，弓丨腳SCL與SDA分別經(jīng)過(guò)IkQ的限流電阻接AT89C2051單片機(jī)的P3.2與P3.3腳。BH1710傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，直接輸出數(shù)字量值，支持I2C通信協(xié)議，應(yīng)用電路無(wú)需更多外圍器件，較為簡(jiǎn)單易用。
[0043]控制器電路原理圖如圖6所示。AT89C2051單片機(jī)的P3.2引腳與P3.3引腳模擬I2C通信所需的SCL與SDA信號(hào)線，和BH1710傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，來(lái)獲取自調(diào)光所需要的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。由于BH1710的工作電壓為2.4V?3.6V，所以為了能和工作電壓為5V的單片機(jī)正常通信，需要將SDA和SCL信號(hào)線接5.1kQ的上拉電阻，接至5V電源上。Pl.0引腳用于向HV991OB芯片的PWMD腳輸出PffM方波信號(hào)，PffMD引腳所需的不同占空比PffM信號(hào)可由單片機(jī)內(nèi)部的16b i t定時(shí)器進(jìn)行精確控制產(chǎn)生。
[0044]單片機(jī)AT89C2051的第4引腳與第5引腳接外界石英晶體振蕩器。AT89C2051在Vcc =
2.7V?6V時(shí)可支持O?12MHz的晶振，在Vcc = 4V?6V時(shí)可支持O?24MHz的晶振。晶振兩端的兩個(gè)負(fù)載電容選取容值為(30±10)pF的電容較為合適。
[0045]由于BH1710光強(qiáng)傳感器內(nèi)置16bitAD，直接輸出數(shù)字信號(hào)，并且支持I2C通信協(xié)議，這使得驅(qū)動(dòng)器的單片機(jī)程序設(shè)計(jì)變得十分容易。只需要AT89C2051單片機(jī)的P3.2與P3.3弓I腳模擬I2C通信中SCL與SDA的時(shí)序，從傳感器中讀取其輸出的數(shù)字信號(hào)即可。然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，判斷，然后通過(guò)一定的算法來(lái)修改單片機(jī)定時(shí)器的中斷頻率，從而改變Pl.0弓I腳的PffM信號(hào)的占空比，使LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光。
[0046]本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于上述的實(shí)施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本實(shí)用新型的意圖也包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備由濾波器、恒壓電路、恒流電路、光傳感器以及控制器組成，其特征在于: 濾波器為EMI濾波器，與恒壓電路連接，用于抑制交流電網(wǎng)中高頻干擾，該EMI濾波器的電路中包括共模電容Cyl、Cy2、Cy3、Cy4，共模電感1^，差模電容Cxl、Cx2，壓敏電阻Rv以及負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻NTC; 恒壓電路為L(zhǎng)6562單級(jí)PFC恒壓電路，分別與濾波器和恒流電路連接，該單級(jí)PFC恒壓電路中包括開(kāi)關(guān)管、穩(wěn)壓芯片TL431和光電耦合器PC817 ； 控制器為AT89C2051微處理器，分別與恒流電路和光傳感器連接，控制器接收來(lái)自光傳感器的數(shù)據(jù)并向恒流電路輸出控制信號(hào)； 光傳感器為BH1710數(shù)字光強(qiáng)傳感器，與控制器相連，該光傳感器使用穩(wěn)壓芯片AMSl 117來(lái)提供3.3V工作電壓，光傳感器BHl 710的引腳ADDR接至GND，弓丨腳DVI經(jīng)IyF電容接GND，引腳SCL和SDA分別經(jīng)過(guò)IkΩ的限流電阻接控制器AT89C2051的P3.2和P3.3腳； 恒流電路為HV9910降壓恒流電路，分別與恒流電路和LED陣列連接，HV9910的PffMD弓I腳與控制器AT89C2051的調(diào)光I /0端口 P1.0引腳相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的自調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其特征在于:共模電感1^是由兩個(gè)匝數(shù)相同、繞向相反的繞組構(gòu)成，共模電容和差模電容為安規(guī)電容。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK205510461SQ201521139708
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日
【發(fā)明人】宋露露, 楊詩(shī)鳳
【申請(qǐng)人】武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院