光源可剪裁的多通道高效率固态照明系统的制作方法

本发明涉及照明系统领域，尤其涉及一种光源可剪裁的多通道高效率固态照明系统。

背景技术：

当前，在广告光源及植物照明等需要大面积发光的领域中，主要有两大类照明系统，一类是荧光灯管，另一类是LED灯条，其中第一类是上一代的照明产品，在多个照明领域，已渐被LED灯条取代，因而在当前植物照明中的组培领域，还主要使用的荧光灯管做成面光源。但是这两种光源存在很大的问题，第一类照明系统的光效低，寿命短，在植物照明领域内效果更差；第二类照明系统的光效虽然比第一类好，但要达到均一的亮度，需要较粗的母线，同时这类照明系统是恒压驱动的，输出的电压值对亮度影响很大，这类照明系统通过电阻限制电流，电阻上会产生功耗，从而造成电能的浪费。此外这两种照明系统的光源均是固定的，当其中某一部分灯条或灯管停止工作时，会对剩余的灯条或灯管产生很大的而影响，甚至造成整个照明系统停止工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光源可剪裁的多通道高效率固态照明系统，能够根据实际照明面积布置灯条的数量，在驱动电路的最大功率范围内，保证当灯条数量变化时，每个灯条的输出功率不变，使得各个灯板能够正常工作，并且能够最大限度地使用电能，故障率低，安全可靠。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

光源可剪裁的多通道高效率固态照明系统，包括控制器、驱动电路、电压检测电路及若干个装配有灯珠的灯板，驱动电路及电压检测电路均由多个，控制器的输出端分别经各个驱动电路与各个灯板相连，每个灯板上均设有与灯珠并联的检测电阻，相同型号的灯珠上并联的检测电阻的阻值相等，并联电路的一端连接电源正极，另一端经驱动电路接口与控制器相连，阻值相等的检测电阻组成一个检测通道，各个检测通道均经电压检测电路与控制器相连；

电压检测电路检测该通道上并联的灯板的电压值，并将检测结果输入控制器，由控制器根据电压检测电路的检测结果判断灯板的数量并计算输出控制量，控制器按输出控制量的0.8倍输出PWM信号，控制器输出的PWM信号经驱动电路驱动各通道上的灯板开始工作，同时电压检测电路基极检测各通道上的电压值，并将检测结果输送至控制器控制器，由控制器根据电压检测电路的检测结果实时调整输出PWM信号的占空比，从而控制输出电流的大小。

优选地，所述检测电阻组成的并联电路经电源电路连接第一电源，电源电路包括第一电感、第一二极管及第二二极管，第一二极管的正极经第一电感与检测电阻组成的并联电路相连，第一二极管的负极连接第一电源正极，第一二极管的负极还经第一电容接地，第二二极管并联在第一二极管两端。

优选地，所述电压检测电路包括与检测电阻相串联的第一电阻及第二电阻，第二电阻两端并联有第二电容，所述第二电阻与第二电容之间还并联有第三电阻和第四电阻，所述第二电容的一端经第五电阻连接第一运算放大器的正相输入端，第二电容的另一端经第六电阻连接第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的正相输入端还经第七电阻接地，第一运算放大器的反相输入端还经第八电阻与第一运算放大器的输出端相连，第一运算放大器的输出端经模数转换器与控制器相连，第一运算放大器的输出端还经第三电感接地。

优选地，所述驱动电路包括第九电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管及第一场效应管，第一三极管的基极经第九电阻与控制器的输出端相连，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极与第二三极管的发射极相连，第二三极管的基极经驱动电路接口与控制器相连，第二三极管的集电极经第十电阻连接第二电源正极，第二三极管的集电极还经第十一电阻连接第三三极管的发射极，第三三极管的发射极与第四三极管的发射极相连，第三三极管的基极与第四三极管的基极相连，第三三极管的基极经第十二电阻连接第二电源正极，第三三极管的基极还经第十三电阻接地，第三三极管的基极还与第五三极管的集电极相连，第五三极管的发射极接地，第五三极管的基极经第十四电阻与第一场效应管的栅极相连，第五三极管的基极还经第十五电阻接地，所述第三三极管的集电极与第六三极管的基极相连，第六三极管的发射极连接第三电源正极，第六三极管的集电极与第七三极管的集电极相连，第七三极管的发射极接地，第七三极管的基极与第四三极管的集电极相连，所述第七三极管的集电极还经第十六电阻与第一场效应管的栅极相连，第一场效应管的漏极与第一二极管的正极相连，第一场效应管的源极与控制器相连。

优选地，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管、第五三极管及第七三极管均采用NPN型三极管，所述第四三极管及第六三极管采用PNP型三极管。

优选地，所述第一场效应管的源极还连接有用于检测驱动电流大小的电流检测电路，所述电流检测电路包括第十七电阻及第二运算放大器，所述第十七电阻的一端连接连接第一场效应管的源极，另一端接地，所述第十七电阻的两端并联有第十八电阻，第十八电阻的两端并联有第四电容，所述第十八电阻与第四电容之间还并联有第十九电阻及第二十电阻，所述第四电容的一端经第二十一电阻接地，第四电容的一端还经第二十二电阻连接第二运算放大器的反相输入端，所述第四电容的另一端经第二十三电阻连接第二运算放大器的正相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端经第二十四电阻接地，第二运算放大器的反相输入端经第二十五电阻与第二运算放大器的输出端相连，第二运算放大器的输出端经第二十六电阻及数模转换器与控制器相连。

优选地，所述第二运算放大器的输出端还连接有过流保护电路，所述过流保护电路采用第三运算放大器，第三运算放大器的反相输入端经第二十七电阻连接第二运算放大器的输出端，第三运算放大器的正相输入端依次经第二十八电阻及数模转换器与控制器相连，第三运算放大器的正相输入端还经第二十九电阻连接第二电源正极，第三运算放大器的正相输入端还经第五电容接地，第五电容两端并联有第三十电阻，所述第三运算放大器的输出端经第三十一电阻与第二三极管的基极相连，所述第三运算放大器的输出端还经第三十二电阻与驱动电路接口相连。

优选地，所述第一电源采用48V直流电源，第二电源采用5V直流电源，第三电源采用12V直流电源，第一电源、第二电源及第三电源均经电源转换电路与交流电源相连。

优选地，所述检测电阻组成的并联电路还连接有负载电压检测电路，所述负载电压检测电路包括由第三十三电阻及第三十四电阻组成的串联电路，串联电路的一端连接第一电源正极，另一端接地，所述第三十四电阻两端并联有第三二极管，所述第三二极管的负极经数模转换器与控制器相连，所述第三三极管的负极还经第六电感接地。

优选地，所述控制器的输出端分别连接有显示器、数据存储器及按键，所述控制器的输出端还经通讯电路连接远程移动终端。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过电压检测电路实时检测各通道上的电压值，控制器根据此电压值输出PWM信号，通过驱动电路驱动各通道上的灯板工作，当某一通道上有灯板从电路上断开或者增加灯板时，电压检测电路的检测结果发生变化，由控制器根据电压检测电路的接测结果调整输出PWM信号的占空比，从而控制输出电流的大小，在驱动电路的最大功率范围内，保证当灯条数量变化时，每个灯条的输出功率不变，使得各个灯板能够正常工作；

（2）本发明在各个灯板上并联有检测电阻，并将各个通道上的检测电阻相连，通过检测各通道上总线的电压即可得到各检测电阻并联的电阻值，从而得出各通道上的检测电阻的数目，不仅检测结果准确，而且计算简单，使用方便；

（3）驱动电路采用恒流驱动，控制器输出的电流直接通过驱动电路加在固态照明器件上，而不用消耗在限流电阻上，使得电能的利用率大大提高，且故障率低，增加了驱动电路的可靠性；

（4）由于驱动电路采用恒流驱动，当部分灯板移除后，剩余灯板两端的电压升高，利用本发明可以检测各通道上是否有灯板被移除；

（5）本发明还设置有过流保护电路，当有灯板断线时，过流保护电路动作，驱动电路停止工作，电压检测电路继续检测各通道上的电压值，控制器根据电压检测电路的检测结果调整输出PWM信号的占空比，从而控制输出电流的大小，驱动电路根据控制器的输出结果重新驱动灯板工作，防止由于灯板上的电压过高而造成灯板损坏，提高本发明的可靠性。

本发明能够根据实际照明面积布置灯条的数量，在系统的最大功率范围内，保证当灯条数量变化时，每个灯条的输出功率不变，使得各个灯板能够正常工作，并且能够最大限度地使用电能，故障率低，安全可靠。

附图说明

图1为本发明所述单个检测通道的原理框图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

此外，需要说明的是，本发明所述的固态照明系统指通过半导体发光的LED照明灯，白炽灯及其他各种气体放电灯不在本专利所指灯具的范围内，本发明可在多个领域对传统的照明系统进行升级。

如图1及图2所示，本发明所述的光源可剪裁的多通道高效率固态照明系统，包括控制器、驱动电路、电压检测电路、电流检测电路及若干个装配有灯珠的灯板，驱动电路及电压检测电路均有多个，控制器的输出端分别经各个驱动电路与各个灯板相连，每个灯板上均设有与灯珠并联的检测电阻，分别为Rj1、Rj2、……Rjn，其中，n=1,2，……，n，下标j仅为区分作用，并非变量，在本实施例中，灯珠采用LED照明灯，按照灯珠的型号设计不同灯板，且相同型号的灯珠上并联的检测电阻的阻值相等，相同型号的灯板上的检测电阻组成并联电路，并联电路的一端连接第一电源正极，另一端经驱动电路接口与控制器相连。阻值相等的检测电阻组成一个检测通道，各个检测通道均经电压检测电路和电流检测电路与控制器相连。驱动电路用于根据控制器的输出信号控制灯板工作，电压检测电路和电流检测电路分别用于检测各通道上灯板的电压值和电流值。图2中仅仅示出了单个通道的原理框图，在使用时可根据灯板的数量采用多个驱动电路、多个电压检测电路及多个检测电路，驱动电路的输入端均与控制器相连，多个电压检测电路和多个电流检测电路均与控制器相连。

检测电阻组成的并联电路经电源电路连接第一电源，电源电路包括第一电感L1、第一二极管D1及第二二极管D2，第一二极管D1的正极经第一电感L1与检测电阻组成的并联电路相连，第一二极管D1的负极连接第一电源正极VCC1，第一二极管D1的负极还经第一电容C1接地，在本实施例中，第一电容C1采用极性电容，极性电容的正极连接第一电源正极VCC1，第二二极管D2并联在第一二极管D1两端。在本实施例中，第一电源采用48V直流电源，第一电源经电源转换电路与交流电源相连，电源转换电路为现有装置，不再赘述。

驱动电路用于根据控制器的输出结果驱动各通道上的灯板工作，驱动电路包括第九电阻R9、第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第四三极管T4、第五三极管T5、第六三极管T6、第七三极管T7及第一场效应管FET，第一三极管T1的基极经第九电阻R9与控制器的输出端相连，第一三极管T1的发射极接地，第一三极管T1的集电极与第二三极管T2的发射极相连，第二三极管T2的基极经驱动电路接口与控制器相连，第二三极管T2的集电极经第十电阻R10连接第二电源正极VCC2，第二三极管T2的集电极还经第十一电阻R11连接第三三极管T3的发射极，第三三极管T3的发射极与第四三极管T4的发射极相连，第三三极管T3的基极与第四三极管T4的基极相连，第三三极管T3的基极经第十二电阻R12连接第二电源正极VCC2，第三三极管T3的基极还经第十三电阻R13接地，第三三极管T3的基极还与第五三极管T5的集电极相连，第五三极管T5的发射极接地，第五三极管T5的基极经第十四电阻R14与第一场效应管FET的栅极相连，第五三极管T5的基极还经第十五电阻R15接地，第三三极管T3的集电极与第六三极管T6的基极相连，第六三极管T6的发射极连接第三电源正极VCC3，第六三极管T6的集电极与第七三极管T7的集电极相连，第七三极管T7的发射极接地，第七三极管T7的基极与第四三极管T4的集电极相连，第七三极管T7的集电极还经第十六电阻R16与第一场效应管FET的栅极相连，第一场效应管FET的漏极与第一二极管D1的正极相连，第一场效应管FET的源极与电流检测电路相连。

在本实施例中，第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第五三极管T5及第七三极管T7均采用NPN型三极管，第四三极管T4及第六三极管T6采用PNP型三极管。此外，第二电源VCC2采用5V直流电源，第三电源VCC3采用12V直流电源，第二电源VCC2及第三电源VCC3均经电源转换电路与第一电源VCC1相连。

电压检测电路与检测电阻组成的并联电路相连，用于检测该通道上连接的灯板的电压值，从而使控制器输出指定的电压信号，电压检测电路包括与检测电阻相串联的第一电阻R1及第二电阻R2，第二电阻R2两端并联有第二电感C2，第二电阻R2与第二电感C2之间还并联有第三电阻R3和第四电阻R4，第二电容C2的一端经第五电阻R5连接第一运算放大器U1的正相输入端，第二电容C2的另一端经第六电阻R6连接第一运算放大器U1的反相输入端，第一运算放大器U1的正相输入端还经第七电阻R7接地，第一运算放大器U1的反相输入端还经第八电阻R8与第一运算放大器U1的输出端相连，第一运算放大器U1的输出端经模数转换器ADC与控制器相连，第一运算放大器U1的输出端还经第三电感C3接地。

检测电阻Rj1、Rj2、……Rjn组成的并联电路与第一电阻R1和第二电阻R2串联，根据R2两端的电压便能得出检测电阻总线上的电压值，根据欧姆定律计算出检测电阻的电阻值，从而能得出并联电阻的数目，第二电阻R2两端的电压值经第一运算放大器U1放大后输入控制器，由控制器根据检测到的电压值调整输出PWM信号的占空比，从而控制输出电流的大小，在驱动电路的最大功率范围内，保证当灯条数量变化时，每个灯条的输出功率不变，使得各个灯板能够正常工作。

电流检测电路与第一场效应管FET的源极相连，用于检测该通道上的驱动电流值，电流检测电路包括第十七电阻R17及第二运算放大器U2，第十七电阻R17的一端连接第一场效应管FET的源极，另一端接地，第十七电阻R17的两端并联有第十八电阻R18，第十八电阻R18的两端并联有第四电容C4，第十八电阻R18与第四电容C4之间还并联有第十九电阻R19及第二十电阻R20，第四电容C4的一端经第二十一电阻R21接地，第四电容C4的一端还经第二十二电阻R22连接第二运算放大器U2的反相输入端，第四电容C4的另一端经第二十三电阻R23连接第二运算放大器U2的正相输入端，第二运算放大器U2的正相输入端经第二十四电阻R24接地，第二运算放大器U2的反相输入端经第二十五电阻R25与第二运算放大器U2的输出端相连，第二运算放大器U2的输出端经第二十六电阻R26及数模转换器ADC与控制器相连。

第二运算放大器U2的输出端还连接有过流保护电路，过流保护电路采用第三运算放大器U3，第三运算放大器U3的反相输入端经第二十七电阻R27连接第二运算放大器U2的输出端，第三运算放大器U3的正相输入端依次经第二十八电阻R28及数模转换器ADC与控制器相连，第三运算放大器U3的正相输入端还经第二十九电阻R29连接第二电源正极VCC2，第三运算放大器U3的正相输入端还经第五电容C5接地，第五电容C5两端并联有第三十R30电阻，第三运算放大器U3的输出端经第三十一电阻R31与第二三极管T2的基极相连，第三运算放大器U3的输出端还经第三十二电阻R32与驱动电路接口Port相连。

检测电阻Rj1、Rj2、……Rjn组成的并联电路还连接有负载电压检测电路，负载电压检测电路用于检测各通道上负载的供电电压值，负载电压检测电路包括由第三十三电阻R33及第三十四电阻R34组成的串联电路，串联电路的一端连接第一电源正极VCC1，另一端接地，第三十四R34电阻两端并联有第三二极管D3，第三二极管D3的负极经数模转换器ADC与控制器相连，第三二极管D3的负极还经第四电感C6接地。

此外，控制器的输出端分别连接有显示器、数据存储器及按键，控制器的输出端还经通讯电路连接远程移动终端，通讯电路为现有装置，不再赘述。

以下结合具体实施例对本发明的工作过程进行详细描述。

实施例一

以系统最大功率为150W为例，假设每只灯条的功率为5W，则150/5=30，在1-30的数量范围内，根据实际照明面积布置灯条的数量，并将各通道上的灯板数量输入存储器，然后通过电压检测电路检测灯板的数量，并将检测结果输入控制器，由控制器根据电压检测电路的检测结果判断灯板的数量及输出控制量，并按输出控制量的0.8倍输出PWM信号，控制器输出的PWM信号经驱动电路驱动各通道上的灯板开始工作，同时电压检测电路检测各通道上的电压值，并将检测结果经数模转换器ADC输送至控制器，当某一通道上有灯板从电路上断开，或者某一通道上增加灯板时，电压检测电路的检测结果发生变化，由控制器根据电压检测电路的接测结果调整输出PWM信号的占空比，从而控制输出电流的大小，在系统的最大功率范围内，保证当灯条数量变化时，每个灯条的输出功率不变，使得各个灯板能够正常工作。

同时，电流检测电路检测各通道上的驱动电流值，当某一通道上的电流值超过设定值时，过流保护电路输出过流中断信号至控制器，控制器立即停止PWM信号的输出，并修改PWM信号的占空比，然后通过驱动电路重新驱动负载工作，将负载的电流值控制在设定的范围内，保证负载正常工作。

若灯条数量多于30条，则随着灯条数量的增多，每个灯条的功率下降，而系统的总功率不变。在使用时可根据实际照明面积改变驱动电路的功率，使得系统的最大功率满足照明需求。

本发明能够根据实际照明面积布置灯条的数量，保证在灯条数量变化时，每个灯条的输出功率不变，保证各个灯板正常工作，并且能够最大限度地使用电能，故障率低，安全可靠。