专利名称：Led路灯自动定时可调功率开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型LED路灯自动定时可调功率开关电源，属于开关电源技术领域。
背景技术：
太阳能路灯与普通路灯不同，它采用太阳电池作为唯一的供电源，因为目前太阳电池 组件发电的成本还比较高，所以为了，要求使用高效的光源，可根据具体使用地点和需求设 定路灯照明时间和亮度，才能减少用电量，延长路灯照明时间，降低路灯系统成本。
LED灯是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，近年来LED灯照明技术已经 有了关键的突破，其性能价格比也有较大的提高。与传统的路灯光源相比，LED光源具有光 效率高、寿命长等特点，使用寿命可达到几万小时。传统的光源功耗比较大，而且大多数在 高压下工作，使用升压逆变环节又降低了能源利用率，而LED采用低压直流供电，使用安全 且光源控制成本低，使调节明暗、频繁开关成为可能。
由于太阳电池路灯使用LED发光管的输入电压过高，散热不好、温度过高或超过额定功 率都会损坏LED发光管和减低使用寿命，LED路灯必须使用恒压限流直流电源供电，因此LED 路灯都使用DC/DC直流开关电源。
普通的LED路灯功率调节方法是用直接调节LED灯的工作电源脉宽宽度占空比的方法实 现的。在一定频率范围内控制LED灯工作电源的导通脉宽，实现对LED灯光亮度的控制。但 由于蓄电池电压不稳，LED路灯带有DC/DC直流开关电源虽然输入电压范围较宽，但用路灯 控制器直接调节开关电源的输入电压的占空比会造成开关电源工作不稳定，LED路灯输出不 正常。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术的不足，提供一种可调节LED路灯输出功率的开关电源，可实 现分时段、分功率控制LED灯输出功率。
本实用新型为了解决上述问题，采用的技术方案为LED路灯自动定时可调功率开关电 源，由供电单元、微处理器单元、开关变换电路单元和检测单元组成，结构为供电单元的 输出端依次串联连接有微处理器单元、开关变换电路单元和检测单元，检测单元的输出端连 接微处理器单元的输入端。
3上述微处理器单元由石英振荡器和微处理器组成，石英振荡器的输出端连接微处理器的输 入端。
上述供电单元由电池输入滤波电容和基准稳压电路组成，电池输入滤波电容的输出端连 接基准稳压电路的输入端，基准稳压电路的输出端连接微处理器的输入端。
上述开关变换电路单元由推挽输出驱动电路、功率开关管、高频变压器和输出整流滤波 电路组成，推挽输出驱动电路的输入端连接微处理器的输出端，推挽输出驱动电路的输出端 依次连接功率开关管、高频变压器和输出整流滤波电路。
上述检测单元由蓄电池电压检测电路、温度检测电路、输出电压检测电路和输出电流检 测电路组成，蓄电池电压检测电路、温度检测电路和输出电压检测电路的输出端分别连接微 处理器的输入端，输出电流检测电路的输入端连接输出整流滤波电路的输出端，输出电流检 测电路的输出端连接输出电压检测电路的输入端。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果-
1、 设计简捷、合理，制作成本低。太阳能路灯与普通路灯不同，它采用太阳电池作为供 电电源，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，不会对环境造成污染，但由于现在太阳 电池发电成本比市电高很多，因此采用可调节输出功率的LED路灯可以有效降低系统成本， 促进太阳电池路灯项目的推广应用。
2、 可调节明暗，使用寿命长。电源效率高，功耗小,采用低压直流供电,安全而且光源控 制成本低。
3、 使用单片机DC/DC直流开关电源，元件少，智能化程度高，可保证系统的可靠运行。 恒流功能在负载短路时自动限流，可保护开关电源，实现短路保护功能。带有LED灯温度保 护电路，如工作时间太长或气温太高等原因导致LED灯散热器温度上升超过70摄氏度时，微 处理器检测到热敏电阻上的电压变化，会自动降低功率以保护LED灯不受损害，温度下降时 自动恢复LED灯的输出功率。
以下结合附图对本实用新型LED路灯自动定时可调功率开关电源作进一步描述
图1为本实用新型的电路原理框图； 图2为本实用新型的硬件电路图； 图3自动定时可调功率程序流程图。
具体实施方式
如图1所示，LED路灯自动定时可调功率开关电源，由供电单元l、微处理器单元2、 开关变换电路单元3和检测单元4组成。微处理器单元2由石英振荡器7和微处理器8组成， 石英振荡器7的输出端连接微处理器8的输入端。供电单元1由电池输入滤波电容5和基准 稳压电路6组成，电池输入滤波电容5的输出端连接基准稳压电路6的输入端，基准稳压电 路6的输出端连接微处理器8的输入端。开关变换电路单元3由推挽输出驱动电路9、功率 开关管10、高频变压器11和输出整流滤波电路12组成，推挽输出驱动电路9的输入端连接 微处理器8的输出端，推挽输出驱动电路9的输出端依次连接功率开关管10、高频变压器ll 和输出整流滤波电路12。检测单元4由蓄电池电压检测电路13、温度检测电路14、输出电 压检测电路15和输出电流检测电路16组成，蓄电池电压检测电路13、温度检测电路14和 输出电压检测电路15的输出端分别连接微处理器8的输入端，输出电流检测电路16的输入 端连接输出整流滤波电路12的输出端，输出电流检测电路16的输出端连接输出电压检测电 路15的输入端。
LED路灯自动定时可调功率开关电源通过带PWM脉宽调制的微处理器组成的DC/DC 直流变换器，检测蓄电池的输入电压，蓄电池电压高时LED满功率输出，同时单片机可以 根据蓄电池电压的变化，在蓄电池电量不足的情况下通过PWM脉宽调制控制减小输出功率， 保证连续阴雨天的照明要求。在后半夜可在满足最低照度的情况下可以减低LED路灯的输 出功率。如此可以延长太阳电池路灯的照明时间，减低太阳电池路灯系统的造价。
脉宽调制(P觀)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技 术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电 压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。在实用新型专利本中采用的脉宽PWM 法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频， 改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通 过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。P丽是一种对模拟信号 电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具 体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直 流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复 脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即
是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用pmi进行编码。Microchip公司的PIC16微处理器内含PWM控制器，可以选择接通时间和周期。占空比 是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在 软件中完成以下工作-
设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期；在PWM控制寄存器中设置接通时间； 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用IA)管脚；启动定时器；使能P丽控制器。
本实用新型利用单片机具有的P丽端口，在不改变P丽方波周期的前提下，通过软件的 方法调整单片机的P丽控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制开关电源的输出电流和电 压。在实际运用中，若检测的实际电流和电压偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空 比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整P丽的占空比。在软件PWM的调整过程中 要注意电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。
由于温度太高会损坏LED灯，降低LED灯的使用寿命，本实用新型带有LED灯温度保护 电路，如工作时间太长或气温太高等原因导致LED灯散热器温度上升超过70摄氏度时，微处理 器检测到热敏电阻上的电压变化，自动降低功率以保护LED灯不受损害，温度下降时自动恢 复LED灯的输出功率。
通过微处理器检测开关电源的输出电流，通过微处理器的PWM脉宽调制功能和时钟定时 器功能可以设定输出电流从零至100%恒流调节功能，也就是LED灯输出功率分时段调节功 能。同时恒流功能在负载短路时自动限流，可保护开关电源，实现短路保护功能。
经过输出电压检测，微处理器通过PWM脉宽调制控制开关电源自动稳压，使稳压输出 电压略高于LED的工作电压，避免开关电源空载时输出高电压造成损坏。
图2为本实用新型的硬件电路图，蓄电池电压检测电路13、温度检测电路14、输出电压 检测电路15、输出电流检测电路16的结构均为现有电路。
图2中，蓄电池输入电压经输入滤波电容C6滤波，经过二极管D1、稳压二极管D2、 三极管Ql电阻Rl、电容Cl、 C2组成的稳压电路产生一个9V的初级稳压电压为开关电源 的驱动电路提供电压，经过初级稳压后的电压连接到稳压集成电路VR1，电容C5输出5V 基准电压为微处理器供电和提供基准电压的供电单元1的电路。
单片机采用带双路PWM调制功能的微处理器IC1及20MHz的晶振Yl、晶振Yl连接 电容C3、 C4组成微处理器单元2的电路。
微处理器IC1的PWM输出端P2.1、 P2.2连接到由电阻R8、 R9、 Rll、 R12，三极管Q2、 Q3、 Q4、 Q5组成的推挽输出驱动电路。功率开关管Q6， Q7 ，高频变压器T1。输出整流滤
6波电路由肖特基二极管D3、 D4、 D5、 D6连接的桥式整流电路、滤波电感L1，滤波电容C7， 电阻R13 ，组成为开关变换变换电路单元3。
蓄电池电压检测由电阻R2、 R3分压后输入到微处理器IC1的Pl.O端。温度检测由电阻 R4， R6、热敏电阻R5组成连接到微处理器P1.3端。输出电压检测电阻由电阻R14、 R10分 压后连接到微处理器P1.1端，输出电流检测由取样电阻R15， R7输入到微处理器P1.2端， 此连接组成检测单元4。
图3为自动定时可调功率程序流程图。首先进入[开始]17,然后进入[定时时间到？ ]18， 进行判断，若没有到，还是按原来的PWM占空比输出，到了，就进入[调整PWM占空比]19， 并[按新设定的功率输出]20，最后程序[结束]21，从而实现LED路灯输出功率从零到100%的 调节范围。单片机上的定时功能，可以实现分时段不同输出功率LED路灯的输出功率调节， 满足各类环境下不同的要求。
本实用新型采用由带P^VM脉宽调制功能的单片机组成的DC/DC直流开关电源实现LED灯 的输出功率的调节，可以实现LED路灯输出功率从零到100y。的调节范围。同时单片机上的定 时功能，可以实现分时段不同输出功率LED路灯的输出功率调节。温度保护功能可以延长LED 灯的使用寿命。如此可以减低太阳电池路灯系统的造价，又可延长太阳电池路灯的照明时间， 有助于太阳电池路灯照明工程的应用推广应用。
太阳能路灯配有蓄电池，太阳能转化成电路在蓄电池能，给LED路灯提供电源时，蓄电 池的输出电压先经过电池输入滤波5减小干扰，再经过基准稳压6将+9V直流电的稳压到 +5V，为PIC16F微处理器8供电，保证系统的正常工作。20MHZ的石英震荡器7为PIC16F 微处理器8提供系统时钟，PIC16F微处理器8的I/0 口输出先经过三极管组成的推挽输出驱 动电路9，再经过功率开关管10后进入到高频变压器11，变压后经过由肖特基二极管连接的 桥式整流电路整流滤波电路12后输出到输出电流检测电路16，完成限流的检测保护。蓄电 池电压检测电路13由电阻分压后输入到PIC16F微处理器8的I/O端口，温度检测由电阻和 热敏电阻组成连接到微处理器的I/O端口，若检测的温度高于设置的安全值就有调整输出功 率，减小电子元器件的发热量，延长使用寿命，输出电压检测电阻由电阻分压后连接到微处 理器I/O端口 ，输出电流检测由取样电阻输入到微处理器I/O端口 。
权利要求1、LED路灯自动定时可调功率开关电源，由供电单元(1)、微处理器单元(2)、开关变换电路单元(3)和检测单元(4)组成，其特征在于供电单元(1)的输出端依次串联连接有微处理器单元(2)、开关变换电路单元(3)和检测单元(4)，检测单元(4)的输出端连接微处理器单元(2)的输入端。
2、 根据权利要求1所述LED路灯自动定时可调功率开关电源，其特征在于微处理器 单元(2)由石英振荡器(7)和微处理器(8)组成，石英振荡器(7)的输出端连接微处理 器(8)的输入端。
3、 根据权利要求1或2所述LED路灯自动定时可调功率开关电源，其特征在于供电 单元(I)由电池输入滤波电容(5)和基准稳压电路(6)组成，电池输入滤波电容(5)的 输出端连接基准稳压电路(6)的输入端，基准稳压电路(6)的输出端连接微处理器(8)的 输入端。
4、 根据权利要求1或2所述LED路灯自动定时可调功率开关电源，其特征在于开关 变换电路单元(3)由推挽输出驱动电路(9)、功率开关管(10)、高频变压器(11)和输出 整流滤波电路(12)组成，推挽输出驱动电路(9)的输入端连接微处理器(8)的输出端， 推挽输出驱动电路(9)的输出端依次连接功率开关管(10)、高频变压器(11)和输出整流 滤波电路(12)。
5、 根据权利要求4所述LED路灯自动定时可调功率开关电源，其特征在于检测单元 (4)由蓄电池电压检测电路(13)、温度检测电路(14)、输出电压检测电路(15)和输出电流检测电路(16)组成，蓄电池电压检测电路(13)、温度检测电路(14)和输出电压检测电 路(15)的输出端分别连接微处理器(8)的输入端，输出电流检测电路(16)的输入端连接 输出整流滤波电路(12)的输出端，输出电流检测电路(16)的输出端连接输出电压检测电 路(15)的输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种LED路灯自动定时可调功率开关电源，属于开关电源技术领域，所要解决的问题是提供一种可调节LED路灯输出功率的开关电源，可实现分时段、分功率控制LED灯输出功率；采用的方案为供电单元的输出端依次串联连接有微处理器单元、开关变换电路单元和检测单元，检测单元的输出端连接微处理器单元的输入端，微处理器单元由石英振荡器和微处理器组成，石英振荡器的输出端连接微处理器的输入端；本实用新型可广泛应用到LED路灯控制技术领域中。
文档编号G05B19/02GK201294655SQ20082010659
公开日2009年8月19日 申请日期2008年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者任晓军, 李金龙, 秦海滨, 许家云, 权 靳 申请人:山西天能科技有限公司