PWM隔离调光电路、LED调光驱动电源及PWM隔离调光方法与流程

本发明涉及调光
技术领域：
，特别是涉及一种PWM隔离调光电路、采用所述PWM隔离调光电路的LED调光驱动电源及PWM隔离调光方法。
背景技术：
：随着电子技术的迅速发展，LED灯具产品逐渐走向智能化，为实现节电、场景灯光控制等目的，带有调光功能的LED灯具应用越来越广泛。目前应用较为广泛的一种LED调光技术是PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)技术，通过调节PWM信号的占空比来调整LED光源的点亮时间，当PWM信号的占空比越大时，LED光源在一个周期内点亮的时间越长，人眼感知到的亮度越高，以此来实现调光。现有技术中，为了隔离调光电路和负载，避免不同负载之间相互串扰，PWM调光电路通常使用高频变压器作为隔离器件，在变压器初次侧使用压控振荡器将输入的调光电压转换成脉冲信号，再将二次侧的感应脉冲信号转换成直流信号，从而实现隔离转换。由于变压器的漏感和寄生振荡，这种方案存在线性失真现象，在变压器两侧很难得到严格线性的电压信号。尤其是在脉冲信号占空比较大和较小的区域，线性失真更为严重，这将导致调光线性度较差。此外，变压器还存在体积较大、成本较高等缺点。技术实现要素：基于此，有必要提供一种PWM隔离调光电路、LED调光驱动电源及PWM隔离调光方法，能够实现隔离调光、减小占板面积并降低成本，还能避免变压器的线性失真问题。本发明公开了一种PWM隔离调光电路，其包括：电压转换电路，用于连接外部调光器，将所述外部调光器输入的第一调光电压转换为第二调光电压；占空比设定电路，用于输出占空比设定信号；微处理器，分别连接所述电压转换电路及所述占空比设定电路，用于分别采样所述第二调光电压及所述占空比设定信号，并根据所述第二调光电压及所述占空比设定信号输出相应占空比的PWM信号；光电耦合器，连接所述微处理器，用于将所述PWM信号进行隔离输出。作为一种实施方式，所述PWM隔离调光电路还包括：温度检测电路，连接所述微处理器，用于根据环境温度的变化，输出相应变化的温度检测信号；所述微处理器，还用于采样所述温度检测信号，并根据所述温度检测信号，调整输出的PWM信号的占空比。作为一种实施方式，所述温度检测电路，包括电阻R1、电阻R2和热敏电阻R3，其中：所述电阻R1一端用于输入驱动电压，另一端通过所述热敏电阻R3接地；所述电阻R2与所述电阻R1并联；所述电阻R1及所述电阻R2，两者和所述热敏电阻R3的连接节点与所述微处理器的温度采样引脚连接。作为一种实施方式，所述占空比设定电路，包括驱动电压输入端、电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管D1及采样接口，其中：所述采样接口一端用于连接外部调光电阻，所述采样接口另一端依次通过串联的所述电阻R6及所述电阻R4连接所述驱动电压输入端；所述电阻R5一端连接所述电阻R6及所述电阻R4的连接节点，所述电阻R5另一端通过所述稳压二极管D1接地，所述电阻R5另一端还连接所述微处理器的占空比采样引脚。作为一种实施方式，所述占空比设定电路还包括并联的电阻R7及电阻R8，所述采样接口另一端还通过所述并联的电阻R7及电阻R8接地。作为一种实施方式，所述PWM隔离调光电路还包括：线性稳压器，所述线性稳压器的输入端用于连接外部驱动电源，所述线性稳压器的输出端分别连接所述占空比设定电路、所述微处理器及所述光电耦合器，用于将外部驱动电源输入的电源电压转换为所述占空比设定电路、所述微处理器及所述光电耦合器的驱动电压。作为一种实施方式，所述电压转换电路，包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、稳压二极管D2及电容C5，其中：所述电阻R10的一端用于连接所述外部调光器，还用于通过所述电阻R9连接外部驱动电源，所述电阻R10的另一端通过所述电阻R11接地；所述稳压二极管D2及所述电容C5分别与所述电阻R11并联。本发明还公开了一种LED调光驱动电源，其包括调光器及如上述任一项所述的PWM隔离调光电路，其中所述调光器的输出端连接所述电压转换电路，用于向所述电压转换电路输入所述第一调光电压。本发明还公开了一种PWM隔离调光方法，其包括：将外部调光器输入的第一调光电压转换为第二调光电压；输出占空比设定信号；分别采样所述第二调光电压及所述占空比设定信号，并根据所述第二调光电压及所述占空比设定信号输出相应占空比的PWM信号；将所述PWM信号进行隔离输出。作为一种实施方式，所述PWM隔离调光方法还包括：根据环境温度的变化，输出相应变化的温度检测信号；采样所述温度检测信号，并根据所述温度检测信号，调整输出的PWM信号的占空比。上述PWM隔离调光电路、LED调光驱动电源及PWM隔离调光方法，应用于可调光的LED驱动电源、或其他需要将模拟信号转换成PWM信号同时需要隔离的产品及设备中，使电源或设备的调光接口和输入、输出间实现电气隔离，以实现匹配隔离型或使非隔离0-10V调光器实现隔离调光。由于调光接口是完全隔离的，因此可以实现多个LED灯具共用一个调光器。上述PWM隔离调光电路具有稳定可靠、兼容性强和高性价比的特点，能匹配市面上多种0-10V调光器。由于未采用变压器，能够避免变压器的线性失真问题，还能减小占板面积以及降低成本。附图说明图1为一实施例的PWM隔离调光电路的结构示意图；图2为一实施例的PWM隔离调光电路中占空比设定电路的电路图；图3为另一实施例的PWM隔离调光电路中占空比设定电路的电路图；图4为一实施例的PWM隔离调光电路中电压转换电路的电路图；图5为另一实施例的PWM隔离调光电路的结构示意图；图6为一实施例的PWM隔离调光电路中温度检测电路的电路图；图7为一实施例的PWM隔离调光电路的电路图；图8为一实施例的PWM初始占空比与第一调光电压之间的关系示意图；图9为一实施例的第一调节系数与外部调光电阻的阻值之间的关系示意图；图10为一实施例的第二调节系数与温度之间的关系示意图；图11为一实施例的PWM隔离调光方法的流程示意图；图12为另一实施例的PWM隔离调光方法的流程示意图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。请参阅图1，其为本发明一实施例提供的PWM隔离调光电路100的结构示意图。如图1所示，所述PWM隔离调光电路包括电压转换电路110、占空比设定电路120、微处理器130及光电耦合器140，其中电压转换电路110、占空比设定电路120及光电耦合器140分别与微处理器130连接。电压转换电路110还用于连接外部调光器，将所述外部调光器输入的第一调光电压转换为第二调光电压。例如，外部调光器为0-10V调光器，第一调光电压Vin为0-10V模拟调光电压。微处理器由于工作电压低于10V，无法直接检测0-10V的输入信号，通过电压转换电路将0-10V的第一调光电压转换为微处理器可检测的第二调光电压。占空比设定电路120，用于输出占空比设定信号。例如，占空比设定电路120一端连接外部调节器，另一端连接微处理器，当用户操作外部调节器时，占空比设定电路根据用户操作输出对应的占空比设定信号。又如，外部调节器为可调电阻。又如，外部调节器为电位器。微处理器130，分别连接所述电压转换电路及所述占空比设定电路，用于分别采样所述第二调光电压及所述占空比设定信号，并根据所述第二调光电压及所述占空比设定信号输出相应占空比的PWM信号。例如，微处理器130通过不同引脚分别采样第二调光电压及占空比设定信号。又如，微处理器130内部集成有至少两路模数转换器(Analog-DigitalConverter，ADC)，分别用于对第二调光电压及占空比设定信号进行模数转换。又如，微处理器130内部还集成有滤波模块及计算模块，滤波模块对数字化的第二调光电压及占空比设定信号进行滤波之后，由计算模块根据第二调光电压及占空比设定信号计算占空比，并通过PWM输出引脚输出相应占空比的PWM信号。作为一种实施方式，微处理器内部集成有复位监控电路，例如看门狗(WatchDog)电路。一旦微处理器在强干扰下出现运行故障，复位监控电路强制执行复位，从而提高上述PWM隔离调光电路的可靠性。光电耦合器140，用于将所述PWM信号进行隔离输出。本实施例中，光电耦合器140的输入端连接微处理器130的PWM输出引脚，光电耦合器140的输出端用于连接LED光源。例如，光电耦合器140的输出端用于同时连接一个或多个LED光源。其中，每个LED光源包括至少一个LED灯珠。例如，LED光源为一个LED灯珠，又如，LED光源为多个LED灯珠串/并联形成的LED灯组，又如，LED光源为包括一个或多个LED灯组的灯具。本实施例中，光电耦合器140将上述PWM隔离调光电路与受控的LED光源隔离，即使上述PWM隔离调光电路同时连接多个LED光源，也能避免不同光源之间相互串扰，从而提高安全性和抗干扰能力。上述PWM隔离调光电路，应用于可调光的LED驱动电源、或其他需要将模拟信号转换成PWM信号同时需要隔离的产品及设备中，使电源或设备的调光接口和输入、输出间实现电气隔离，以实现匹配隔离型或使非隔离0-10V调光器实现隔离调光。由于调光接口是完全隔离的，因此可以实现多个LED灯具共用一个调光器。上述PWM隔离调光电路具有稳定可靠、兼容性强和高性价比的特点，能匹配市面上多种0-10V调光器。由于未采用变压器，能够避免变压器的线性失真问题，还能减小占板面积以及降低成本。在一个实施例中，如图2所示，占空比设定电路120，包括驱动电压输入端、电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管D1及采样接口，其中驱动电压输入端用于连接外部驱动电源，从外部驱动电源获取驱动电压VCC，采样接口一端用于连接外部调光电阻Rset，采样接口另一端依次通过串联的电阻R6及电阻R4连接驱动电压输入端，其中驱动电压输入端用于接入驱动电压VCC；电阻R5一端连接电阻R6及电阻R4的连接节点，电阻R5另一端通过稳压二极管D1接地，电阻R5另一端还连接微处理器的占空比采样引脚。例如，外部调光电阻为可调电阻；又如，外部调光电阻为电位器。当外部调光电阻被调节时，电阻R6及电阻R4的分压电压发生变化，使得微处理器的占空比采样引脚采样到的占空比设定信号发生变化。其中，电阻R5与稳压二极管D1用于保护微处理的占空比采样引脚。微处理器根据占空比设定信号的变化计算占空比，并调节输出的PWM信号的占空比。又如，微处理器根据据占空比设定信号的变化计算第一调节系数，将PWM信号的初始占空比乘以该第一调节系数后进行输出。又如，上述第一调节系数为Kr＝(R6+Rset)/(R4+R6+Rset)。又如，以第一调光电压为0-10V电压为例，如图8所示，在根据第一调节系数调节之前，上述PWM信号的初始占空比与第一调光电压之间呈线性关系。当第一调光电压为零时，初始占空比为零，当第一调光电压为最大值10V时，初始占空比为100％。在一实施例中，上述第一调节系数Kr与外部调光电阻的阻值Rset之间的关系如下表所示。Rset(Ω)Kr100.501220.502470.505680.5081000.5112200.5244700.5486800.56710000.59322000.66747000.75868000.804100000.847220000.917470000.957680000.9701000000.9792200000.9904700000.9956800000.99710000000.998无穷大或开路1又如，根据上表，得到如图9所示的第一调节系数Kr与外部调光电阻的阻值Rset之间的关系图像。可见，上述第一调节系数Kr与外部调光电阻的阻值Rset之间存在单调递增关系，并且上述0.5≤Kr≤1。以外部调光电阻的阻值Rset＝1kΩ为例，0-10V的第一调光电压对应输出PWM占空比为0％-59.3％。在一个实施例中，如图3所示，占空比设定电路120还包括并联的电阻R7及电阻R8，其中上述采样接口另一端还通过所述并联的电阻R7及电阻R8接地。作为一种实施方式，电阻R7及电阻R8预留在PCB上，通过焊接固定的电阻R7及电阻R8，直接设定PWM信号的最大占空比。在一个实施例中，如图4所示，电压转换电路110包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、稳压二极管D2及电容C5，其中电阻R10的一端用于连接外部调光器，电阻R10的一端还用于通过电阻R9连接外部驱动电源，电阻R10的另一端通过电阻R11接地；稳压二极管D2及电容C5分别与电阻R11并联。当电压转换电路110连接的外部调光器为无源调光器时，上拉电阻R9给无源调光器提供电流，使之产生0-10V信号。电阻R10和电阻R11对0-10V信号分压，使之转变为微处理器能检测的第二调光电压。为了避免静电干扰，利用稳压二极管D2进行稳压，保护微处理的采样接口。电容C5用于滤除高频信号，提高抗干扰能力。当外部调光器输入的第一调光电压为PWM信号时，C5与R10构成低通滤波器，将第一调光电压积分转换为模拟信号。在一实施例中，如图5所示，上述PWM隔离调光电路还包括温度检测电路150。温度检测电路150连接所述微处理器130，用于根据环境温度的变化，输出相应变化的温度检测信号；所述微处理器130，还用于采样所述温度检测信号，并根据所述温度检测信号，调整输出的PWM信号的占空比。例如，如图6所示，温度检测电路150，包括电阻R1、电阻R2和热敏电阻R3，其中电阻R1一端用于输入驱动VCC，另一端通过热敏电阻R3接地；电阻R2与电阻R1并联；电阻R1、电阻R2和热敏电阻R3的连接节点与微处理器的温度采样引脚连接。又如，热敏电阻R3为负温度系数热敏电阻，驱动VCC为+5V的直流电压。电阻R1、电阻R2和热敏电阻R3的连接节点，即所述电阻R1及所述电阻R2，两者和所述热敏电阻R3的连接节点；亦可理解为所述电阻R1及所述电阻R2的并联电路，与热敏电阻R3的连接节点。其中，驱动VCC由电阻R1、电阻R2和热敏电阻R3分压，微处理器通过温度采样引脚，对电阻R1、电阻R2和热敏电阻R3的连接节点的电压信号进行采样，当温度上升时，热敏电阻R3的阻值降低，使得上述连接节点的电压降低，微处理器采样到该电压值的变化，据此来调整输出的PWM信号的占空比。例如，微处理器采样到该电压值的变化，据此来计算温度对占空比的第二调节系数，并根据第二调节系数来调整输出的PWM信号的占空比。例如，计算K＝(ADCt–ADCt125)/(ADCt85-ADCt125)，当K＞1时，第二调节系数Kt＝1，当0≤K≤1时，第二调节系数Kt＝K，当K＜0时，第二调节系数Kt＝0。其中，ADCt表示温度为t时，温度采样引脚采样的电压值；ADCt125表示温度为125℃时，温度采样引脚采样的电压值；ADCt85表示温度为85℃时，温度采样引脚采样的电压值。例如，以电阻R1及电阻R2的并联阻值R1//R2＝22KΩ为例，根据上述计算公式，得到第二调节系数Kt与温度t的关系，如下表所示：又如，根据上表，得到如图10所示的第二调节系数Kt与温度t的关系图像。可见，上述第二调节系数Kt与温度t之间存在单调递减关系，并且上述0≤Kt≤1。以温度t＝100℃为例，当R1//R2＝22KΩ时，0-10V的第一调光电压对应输出PWM占空比为0％-59.3％。在本实施例中，改变电阻R1及电阻R2的并联阻值，可改变起始保护温度阈值，更改后仍然满足温度越高PWM输出衰减越大的特性。例如，电阻R1及电阻R2的并联阻值R1//R2与起始保护温度阈值之间的关系，如下表所示：例如，如图7所示，上述PWM隔离调光电路还包括线性稳压器160，线性稳压器的输入端用于连接外部驱动电源，所述线性稳压器的输出端分别连接所述占空比设定电路、所述微处理器及所述光电耦合器，用于将外部驱动电源输入的电源电压VCCin转换为所述占空比设定电路、所述微处理器及所述光电耦合器的驱动电压VCC。又如，如图8所示，线性稳压器160包括稳压芯片U2及稳压芯片U2外围的电容C2、电容C3及电容C4，其中稳压芯片U2的第三引脚为线性稳压器的输入端；稳压芯片U2的第二引脚为接地引脚，用于接地；稳压芯片U2的第一引脚为线性稳压器的输出端。电容C3和电容C4并联后两端分别连接稳压芯片U2的第二引脚和第三引脚，电容C2的两端分别连接稳压芯片U2的第一引脚和第二引脚。电容C2、电容C3及电容C4用于滤波。又如，如图7所示，在一个实施例中，上述PWM隔离调光电路还包括电阻R12及电阻R13，电阻R12一端用于连接外部驱动电源，电阻R12另一端连接光耦合器的正输入端；电阻R13一端用于输入光电耦合器的工作电压VCCdim，另一端连接光电耦合器的正输出端。其中光电耦合器140的负输入端连接微处理器的PWM输出引脚，光电耦合器140的负输出端用于接地，PWM信号由光电耦合器140的正输出端输出，即光电耦合器140的正输出端还用于连接LED光源。其中，光电耦合器140由发光二极管及光敏三极管组成，光电耦合器140的负输入端为其内部发光二极管的负极，光电耦合器140的正输入端为其内部发光二极管的正极，光电耦合器140的正输出端为其内部光敏三极管的集电极，负输出端为其内部光敏三极管的发射极。具体实施中，驱动电压VCC经电阻R12分压，输入至光电耦合器140的内部发光二极管的正极，当该内部发光二极管的正负极压差达到其导通电压时，其导通并发光，内部的光敏三极管在感应到光线后导通，使得光敏三极管的集电极(即光电耦合器的正输出端)输出高电平，其中从光敏三极管的集电极的电压幅值取决于电源电压VCCin及分压电阻R13的阻值。由于光敏三极管的导通时间取决于光电耦合器140内部发光二极管的导通时间，即取决于微处理器输出的PWM信号的占空比，因此光电耦合器140输出的信号与微处理器输出的PWM信号相位相同。由于光敏三极管的导通时间与负载无关，因此能实现信号的隔离输出。在一较佳实施例中，光电耦合器140的发射极与地之间还连接有去耦电容，用于滤除光电耦合器140输出端的噪声干扰。本发明实施例还相应提供了一种LED调光驱动电路，该LED调光驱动电路包括调光器及如上述任一实施例所述的PWM隔离调光电路，其中调光器的输出端连接PWM隔离调光电路中电压转换电路的输入端，用于向所述电压转换电路输入所述第一调光电压。例如，调光器将外部电源输入的电压信号转换为可驱动LED光源发光的第一调光电压，例如该第一调光电压为0-10V调光电压，该第一调光电压经PWM隔离调光电路转换为占空比可调的PWM信号，用于调节LED光源的亮度。上述LED调光驱动电路，能够实现多个LED灯具共用一个调光器，具有稳定可靠、兼容性强和高性价比的特点，能匹配市面上多种0-10V调光器。由于未采用变压器，能够避免变压器的线性失真问题，还能减小占板面积以及降低成本。本发明实施例还公开了一种PWM隔离调光方法，该PWM隔离调光方法采用上述任一实施例所述的PWM隔离调光驱动电路实现。例如，如图11所示，所述PWM隔离调光方法包括如下步骤：S110，通过电压转换电路，将外部调光器输入的第一调光电压转换为第二调光电压。S130，通过占空比设定电路，输出占空比设定信号；S150，通过微处理器，分别采样所述第二调光电压及所述占空比设定信号，并根据所述第二调光电压及所述占空比设定信号输出相应占空比的PWM信号；S170，通过光电耦合器，将所述PWM信号进行隔离输出。在一个实施例中，如图12所示，在步骤S150之后，在步骤S170之前，还执行如下步骤：S161，通过温度检测电路，根据环境温度的变化，输出相应变化的温度检测信号；S162，通过所述微处理器，采样所述温度检测信号，并根据所述温度检测信号，调整输出的PWM信号的占空比。上述PWM隔离调光方法，应用于可调光的LED驱动电源、或其他需要将模拟信号转换成PWM信号同时需要隔离的产品及设备中，使电源或设备的调光接口和输入、输出间实现电气隔离，以实现匹配隔离型或使非隔离0-10V调光器实现隔离调光。需要说明的是，以上所述实施例中，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3