一种非隔离调光恒流电源及控制系统的制作方法

本发明涉及照明技术领域，特别是涉及一种非隔离调光恒流电源及控制系统。

背景技术：

随着照明技术的不断发展，人们对照明的要求也越来越高。目前，为了增加调光深度，通常采用pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)调光，当pwm为高时，电路的功率回路工作，当pwm为低时，电路的功率回路停止工作。由于pwm调光频率是人耳可以感知的范围，因此变压器的振动发声也在人耳的感知范围内，通常是采用变压器含浸和点胶的方式来消除噪音，这种方式只能减小噪音，而不能从根本上消除噪音，人耳还是可以听到电源发出的声音。此外，对电路采用开路保护，传统电源会实现开路保护重启，而重复的重启会造成负载光源板的打火燃烧。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的非隔离调光恒流电源及控制系统。

依据本发明一方面，提供了一种非隔离调光恒流电源，包括电源控制ic、与所述电源控制ic分别连接的微控制单元mcu和变压器，其中，

所述微控制单元mcu，配置为接收来自用户的调光控制信号，分析所述调光控制信号并生成相应的pwm信号和工作模式控制信号，将所述pwm信号和所述工作模式控制信号发送至所述电源控制ic；

其中，所述微控制单元mcu，分析所述调光控制信号对应的调光功率大于预设功率，生成线性调光模式控制信号；分析所述调光控制信号对应的调光功率小于所述预设功率，生成断续模式控制信号；

所述电源控制ic，若接收到线性调光模式控制信号，工作在线性调光模式，将接收到的pwm信号转换为线性电压信号，利用线性电压信号调整负载led的输出电流io大小；若接收到断续模式控制信号，工作在断续模式，依据接收的pwm信号产生预设范围的频率信号并提供给所述变压器、且利用接收的pwm信号调整负载led的输出电流io大小。

可选地，所述微控制单元mcu，具有第一通信端口、pwm端口、接收端口，配置为利用所述接收端口接收来自用户的调光控制信号，分析所述调光控制信号并生成相应的pwm信号和工作模式控制信号，将所述pwm信号经所述pwm端口发送至所述电源控制ic、以及将所述工作模式控制信号经所述第一通信端口发送至所述电源控制ic；

所述电源控制ic，具有与所述pwm端口连接的pwm引脚、以及与所述第一通信端口通信连接的通信引脚，利用所述pwm引脚接收所述pwm信号，利用所述通信引脚接收所述工作模式控制信号。

可选地，还包括驱动电阻r1、开关元件，其中，

所述电源控制ic包括驱动引脚gd，连接所述驱动电阻r1一端，驱动电阻r1另一端连接所述开关元件；所述开关元件连接所述变压器原边一端，所述变压器原边另一端连接所述负载led的负极；

所述电源控制ic工作在断续模式下，将产生的预设范围的频率信号经所述驱动电阻r1发送至所述开关元件，所述开关元件将所述频率信号提供给所述变压器。

可选地，所述开关元件包括功率场效应管mos；

所述功率场效应管mos的栅极连接所述驱动电阻r1，源极接地，漏极连接所述变压器的原边一端。

可选地，还包括分压电阻r2、分压电阻r3，所述分压电阻r3一端连接负载led负极，另一端连接所述分压电阻r2，所述分压电阻r2另一端接地；

所述电源控制ic，包括第一检测引脚，所述第一检测引脚连接于分压电阻r2和分压电阻r3的连接点，配置为检测分压电阻r2的分压后与预设基准电压vref进行比较，若比较得到分压电阻r2的分压大于所述预设基准电压vref，控制所述开关元件为截止状态，并在预设时间内保持当前截止状态。

可选地，所述电源控制ic中集成有rc积分电路，所述电源控制ic工作在线性调光模式下，将接收到的pwm信号经所述rc积分电路转换为线性电压信号，若所述pwm信号的占空比增大，则转换的线性电压信号值增大，预设基准电压vref增大，负载led的输出电流io的增大。

可选地，还包括电阻r4，所述电阻r4一端连接所述开关元件，另一端接地；

所述电源控制ic的第一检测引脚，通过检测所述分压电阻r2的分压，以检测出所述负载led的输出电压；

所述电源控制ic包括cs引脚，与所述电阻r4未接地的一端连接，所述电源控制ic工作在线性调光模式下，利用所述cs引脚通过检测电阻r4上的峰值电流，以检测出所述负载led的平均电流；

所述电源控制ic利用所述负载led的输出电压和平均电流确定所述负载led的输出功率。

可选地，还包括电阻r4，所述电阻r4一端连接所述开关元件，另一端接地；

所述电源控制ic的第一检测引脚，通过检测所述分压电阻r2的分压，以检测出所述负载led的输出电压；

所述电源控制ic包括cs引脚，与所述电阻r4未接地的一端连接，所述电源控制ic工作在断续模式下，利用所述cs引脚检测电阻r4上的峰值电压，对所述电阻r4上的峰值电压进行放大且经过所述rc积分电路处理后，计算得到所述负载led的平均电流；

所述电源控制ic利用所述负载led的输出电压和平均电流确定所述负载led的输出功率。

可选地，还包括电阻r4、与所述电阻r4串联的电阻r5；

所述电源控制ic的第一检测引脚，通过检测所述分压电阻r2的分压，以检测出所述负载led的输出电压；

所述电源控制ic包括第二检测引脚，所述第二检测引脚连接于所述电阻r4和电阻r5的连接点处，检测所述电阻r5的分压，对所述电阻r5的分压放大处理后，计算得到所述负载led的平均电流；

所述电源控制ic利用所述负载led的输出电压和平均电流确定所述负载led的输出功率。

可选地，还包括：接口，与所述微控制单元mcu和外部控制端分别连接；

所述微控制单元mcu，通过所述接口接收由用户通过所述外部控制端发送的所述调光控制信号；

所述电源控制ic，将所述负载led的输出功率发送至所述微控制单元mcu；所述微控制单元mcu，将接收到的所述负载led的输出功率通过所述接口发送至所述外部控制端。

可选地，所述接口，与所述电源控制ic连接，所述电源控制ic检测与其连的各器件的故障状态，将所述检测到的故障状态经所述接口发送至所述外部控制端。

可选地，所述接口和所述外部控制端中均设置有无线通信模块，所述微控制单元mcu通过接口中的无线通信模块接收来自所述外部控制端的调光控制信号、并且向所述外部控制端发送所述负载led的输出功率。

可选地，所述外部控制端包括移动终端。

依据本发明另一方面，还提供了一种控制系统，包括接口、外部控制端、负载led、上文任意实施例中的非隔离调光恒流电源，其中，

所述接口，与所述外部控制端和所述非隔离调光恒流电源分别连接；

所述非隔离调光恒流电源，具有输入端和输出端，所述输入端连接供电电源，所述输出端连接所述负载led，配置为为所述负载led提供恒定电流；

所述非隔离调光恒流电源，还配置为通过所述接口接收由用户通过所述外部控制端发送的所述调光控制信号，以利用所述调光控制信号调整负载led的输出电流io大小；以及通过检测负载led的输出电压和平均电流确定所述负载led的输出功率，将所述负载led的输出功率通过所述接口发送至所述外部控制端。

在本发明实施例中，非隔离调光恒流电源中微控制单元mcu通过分析用户提供的调光控制信号，在调光控制信号对应的调光功率大于预设功率时采用线性调光的方式；在调光控制信号对应的调光功率小于预设功率时采用断续调光方式，并控制变压器的工作频率位于预设频率范围。即通过将线性调光的方式和断续调光方式相结合，来有效地消除恒流电源中变压器生产的人耳可以感知的噪音。并且，断续调光方式还可以有效地增加电源的调光深度，提升用户的照明体验。

进一步地，由于电源的工作频率不能无限制升高，频率过高将会造成元件的损耗增大，电源emi(electronicmagneticinterference，电磁干扰)性能也会变差。因此，通过将变压器的工作频率调整至预设频率范围，还可以保持电源电路良好的emi性能和良好的效率特性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的非隔离调光恒流电源的部分结构示意图；

图2示出了根据本发明另一个实施例的非隔离调光恒流电源的部分结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种非隔离调光恒流电源。图1示出了根据本发明一个实施例的非隔离调光恒流电源的结构示意图。参见图1，非隔离调光恒流电源包括微控制单元mcu、与电源控制ic分别连接的微控制单元mcu和变压器t1。其中，

微控制单元mcu(microcontrollerunit)，配置为接收来自用户的调光控制信号，分析调光控制信号并生成相应的pwm(pulsewidthmodulation)信号和工作模式控制信号，将pwm信号和工作模式控制信号发送至电源控制ic。

该实施例中，微控制单元mcu，在分析调光控制信号对应的调光功率大于预设功率时，生成线性调光模式控制信号，在分析调光控制信号对应的调光功率小于预设功率时，生成断续模式控制信号。

电源控制ic，在接收到线性调光模式控制信号时，工作在线性调光模式，将接收到的pwm信号转换为线性电压信号，利用线性电压信号调整负载led的输出电流io大小，在接收到断续模式控制信号时，工作在断续模式，依据接收的pwm信号产生预设范围的频率信号并提供给变压器t1、且利用接收的pwm信号调整负载led的输出电流io大小。

本发明实施例中，非隔离调光恒流电源中微控制单元mcu通过分析用户提供的调光控制信号，在调光控制信号对应的调光功率大于预设功率时采用线性调光的方式，在调光控制信号对应的调光功率小于预设功率时采用断续调光方式，并控制变压器的工作频率位于预设频率范围。即通过将线性调光的方式和断续调光方式相结合，来有效地消除恒流电源中变压器生产的人耳可以感知的噪音。并且，断续调光方式还可以有效地增加电源的调光深度，提升用户的照明体验。进一步地，由于电源的工作频率不能无限制升高，频率过高将会造成元件的损耗增大，电源emi(electronicmagneticinterference，电磁干扰)性能也会变差。因此，通过将变压器的工作频率调整至预设频率范围，还可以保持电源电路良好的emi性能和良好的效率特性。

在本发明一实施例中，继续参见图1，微控制单元mcu具有第一通信端口a、pwm端口b、接收端口c。微控制单元mcu配置为利用接收端口c接收来自用户的调光控制信号，分析调光控制信号并生成相应的pwm信号和工作模式控制信号，将pwm信号经pwm端口b发送至电源控制ic、以及将工作模式控制信号经第一通信端口a发送至电源控制ic。

电源控制ic，具有与pwm端口b连接的pwm引脚d、以及与第一通信端口a通信连接的通信引脚e，利用pwm引脚d接收pwm信号，利用通信引脚e接收工作模式控制信号。

在本发明一实施例中，电源控制ic中还集成有rc积分电路(图中未示出)，电源控制ic工作在线性调光模式下，会将接收到的pwm信号经过rc积分电路转换为线性电压信号，当微控制单元mcu依据用户的调光控制信号控制其产生的pwm信号的占空比增大时，相应的，电源控制ic依据增大的pwm信号转换得到的线性电压信号值也增大，从而使得预设基准电压vref增大，进而，控制负载led的输出电流io的增大。该实施例中，预设基准电压vref是预先设置在电源控制ic内部的电压值，本发明实施例对其具体数值不做限定。该实施例中rc积分电路所输出的信号可以与输入至其中的信号的时间积分值成比例。

本发明实施例通过改变决定输出电流的基准电压vref，从而可以调整输出电流io。在该实施例中，非隔离调光恒流电源还包括有电阻r4，电阻r4一端连接开关元件q1(如功率场效应管mos的源极)，另一端接地。由于电源是工作在临界模式，因此输出电流io＝vref/2r4。

该实施例中，变压器t1的电感值l的计算公式为l＝(ui-uo)*d/(ip*f)，其中，ui为电源输入电压，uo为电源输出电压，d为电源控制ic驱动功率场效应管mos的占空比，f为变压器t1的工作频率。并且，电阻r4上的峰值电流ip＝vref/r4，可以发现当vref变小时，ip值变小，f频率升高。但是，电源的工作频率不能无限制升高，频率过高将会造成mos损耗增大，mos发热大，电源的emi性能会变差。因此，需要在变压器t1的频率升高到一定程度时，基准电压不能再变，保持该电路良好的emi性能和良好的效率特性。

本发明实施例通过在调光控制信号对应的调光功率(为低功率)小于预设功率时采用断续调光方式，来调整负载led的输出电流，以维持变压器t1工作在预设频率范围内，例如工作在大于20khz的频率范围，此时，变压器t1不会发出人耳可以感知的噪音。

继续参见图1，在本发明一实施例中，非隔离调光恒流电源还包括有驱动电阻r1和开关元件q1(如图1中的功率场效应管mos)，其中，电源控制ic包括驱动引脚gd，连接驱动电阻r1一端，驱动电阻r1另一端连接开关元件q1。开关元件q1连接变压器t1原边一端，变压器t1原边另一端连接负载led的负极。当电源控制ic工作在断续模式下时，可以将产生的预设范围的频率信号经驱动电阻r1发送至开关元件q1，加载到开关元件q1上的频率即变压器t1的工作频率，因此，开关元件q1可以将频率信号提供给变压器t1。

该实施例中，开关元件q1可以采用功率场效应管mos，功率场效应管mos的栅极连接驱动电阻r1，漏极连接变压器t1的原边一端(即变压器t1的10端)，源极经电阻r4接地。变压器t1的6端连接负载led负极，3端接地。此外，在该实施例中，负载led可以是多个led经过组合后形成的，如经过串联或并联后的led组合，本发明实施例对此不做具体的限定。

传统电源为了保护负载led，某些情况下会控制输出开路，且电源不断重启，而重复的重启会造成负载led的光源板出现打火的现象，从而容易导致负载led的光源板燃烧。为了解决这一问题，本发明实施例的恒流电源采用开路锁死的方式来避免重启打火现象。并且，电源再次开启时还需要进行断电重启。

继续参见图1，本发明实施例的非隔离调光恒流电源还可以包括分压电阻r2、分压电阻r3，分压电阻r3一端连接负载led负极，另一端连接分压电阻r2，分压电阻r2另一端接地。

电源控制ic还包括第一检测引脚g，第一检测引脚g连接于分压电阻r2和分压电阻r3的连接点，配置为检测分压电阻r2的分压后与预设基准电压vref进行比较，若比较得到分压电阻r2的分压大于预设基准电压vref，则电源控制ic进入开路保护状态，控制开关元件q1为截止状态，并在预设时间内保持当前截止状态。负载led开路时，vled+＝vled-。

在该实施例中，预设时间可以设置的任意时间段，当然这个时间也可以设置的比较长，以使得电源控制ic进入开路保护状态后且在下次通电重启之前一直处于该状态，而在电源断电重启后该时间清零，电源电路进入正常的工作状态。

由此，本发明实施例通过在负载开路时锁死电源，以切断负载led对地的回路，为负载led解除了不良打火，避免了起火燃烧的现象。

采用传统的电源电路，用户无法对负载led的输出功率及耗电情况进行直观地了解。本发明实施例可以通过实时监测负载led的电压和电流以实现对负载led的输出功率实时监测，提高了用户的使用体验。下面分别介绍三种监测负载led输出功率的方式。

方式一

继续参见图1，电阻r4一端连接开关元件q1(如功率场效应管mos的源极)，另一端接地。电源控制ic的第一检测引脚g，通过检测分压电阻r2的分压，以检测出负载led的输出电压。假设分压电阻r2分压得的电压值为v1，则通过公式可以计算出vled-的电压值vled-，进而通过公式vo＝vin-vled-计算得到负载led输出电压。其中，vin为恒流电源的输入电压，vo为恒流电源的输出电压。

在该实施例中，电源控制ic还具有cs引脚，与电阻r4未接地的一端连接，电源控制ic工作在线性调光模式下，利用cs引脚通过检测电阻r4上的峰值电流ip，以检测出负载led的平均电流io。在该实施例中，电阻r4上的峰值电流负载led的平均电流

进而，电源控制ic可以利用负载led的输出电压和平均电流确定负载led的输出功率p，其中，负载led的输出功率p＝vo*io。

方式二

继续参见图1，在该方式中，电阻r4一端连接开关元件q1(如功率场效应管mos的源极)，另一端接地。电源控制ic的第一检测引脚g，通过检测分压电阻r2的分压，以检测出负载led的输出电压。负载led的输出电压计算方式可以参见上文方式一。

在该实施例中，电源控制ic也具有cs引脚，与电阻r4未接地的一端连接，电源控制ic工作在断续模式下，利用cs引脚检测电阻r4上的峰值电压，对电阻r4上的峰值电压进行放大且经过rc积分电路处理后，采用公式i＝v/r计算得到负载led的平均电流。

进而，电源控制ic可以利用负载led的输出电压和平均电流确定负载led的输出功率p，其中，负载led的输出功率p＝vo*io。

方式三

参见图1和图2，在该方式中，非隔离调光恒流电源中还设置有电阻r5，电阻r4一端连接开关元件q1(如功率场效应管mos的源极)，另一端连接电阻r5，电阻r5另一端接地。电源控制ic的第一检测引脚g，通过检测分压电阻r2的分压，以检测出负载led的输出电压。负载led的输出电压计算方式可以参见上文方式一。

在该实施例中，电源控制ic还设置有第二检测引脚h，第二检测引脚h连接于电阻r4和电阻r5的连接点处，通过检测电阻r5的分压，并对检测到的电阻r5的分压放大处理后，计算得到负载led的平均电流。

进而，电源控制ic可以利用负载led的输出电压和平均电流确定负载led的输出功率p，其中，负载led的输出功率p＝vo*io。

在本发明一实施例中，非隔离调光恒流电源上还设置有接口，接口与微控制单元mcu和外部控制端(图1未示出)分别连接。

微控制单元mcu，通过接口接收由用户通过外部控制端发送的调光控制信号。电源控制ic将计算得到的负载led的输出功率发送至微控制单元mcu，进而，微控制单元mcu将接收到的负载led的输出功率通过接口发送至外部控制端。

在该实施例中，外部控制端可以是可移动设备，如移动终端等，也可以是不可移动设备，如电脑等。外部控制端上通过安装相应的客户端，可以将接收到的负载led的输出功率展示在客户端的展示界面中。

在本发明另一实施例中，电源控制ic上还设置有发送引脚i，发送引脚i还可以与接口连接，电源控制ic通过检测与其连接的各器件的故障状态，从而能够将检测到的故障状态经接口发送至外部控制端。当然，外部控制端可以利用相应的客户端来展示电源的故障状态。

上文介绍到，外部控制端通过接口可以实现与电源控制ic、微控制单元mcu之间的信号传输，而信号的传输方式可以是有线传输方式，也可以是无线传输方式。

例如，若采用无线传输方式来传输信号，则可以通过在接口和外部控制端中分别设置无线通信模块。进而，微控制单元mcu通过接口中的无线通信模块接收来自外部控制端的调光控制信号、并且向外部控制端发送负载led的输出功率。而电源控制ic通过接口中的无线通信模块向外部控制端发送电源的故障状态。

该实施例中，无线通信模块可以采用无线wifi模块、蓝牙模块等等，本发明实施例对此不做具体的限定。

在本发明实施例中，非隔离调光恒流电源还包括二极管d1和电容c1。二极管d1的正极连接mos管的漏极，负极连接负载led负极，电容c1正极连接负载led正极，电容c1负极连接负载led负极。

当开关元件q1为导通状态时，负载led的输出电流自负载led的正极流向负端后，经变压器t1流向开关元件q1，经电阻r4流向地端。当控制开关元件q1为截止状态时，变压器t1反转，且负载led的输出电流自负载led的负极流向变压器t1后，经二极管d1流向负载led的正极。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种控制系统，参见图3，控制系统10包括上文任意实施例中的非隔离调光恒流电源11、接口12、外部控制端13、负载led。其中，

接口12，与外部控制端13和非隔离调光恒流电源11分别连接。

非隔离调光恒流电源11，具有输入端(图3中未示出)和输出端(图3中未示出)，输入端连接供电电源(图3中未示出)，输出端连接负载led，配置为为负载led提供恒定电流。

非隔离调光恒流电源11，还配置为通过接口12接收由用户通过外部控制端13发送的调光控制信号，以利用调光控制信号调整负载led的输出电流io大小。并且，非隔离调光恒流电源11通过检测负载led的输出电压和平均电流来计算负载led的输出功率，进而，将负载led的输出功率通过接口12发送至外部控制端13。

外部控制端13通过接口12可以实现与非隔离调光恒流电源11间的信号传输，而信号的传输方式可以是有线传输方式，也可以是无线传输方式。例如，若采用无线传输方式来传输信号，则可以通过在接口12和外部控制端13中分别设置无线通信模块，无线通信模块可以采用无线wifi模块、蓝牙模块等等，本发明实施例对此不做具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。