专利名称：智能型数字led驱动控制器及照明监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及LED照明技术领域,具体是指一种基于智能集成芯片和Zigbee技术的智能型数字电源LED驱动控制器。
背景技术：
近来，由于能源短缺的问题越来越严重，节能变成一个越来越重要的课题。LED绿色照明作为高新技术行业不单代表着未来绿色照明的发展方向，更在环保节能上作出了表率。但是，目前的LED路灯/隧道灯或其他智能照明装置的智能化程度不高，无法实现及时、准确地检测出路灯故障和进行开关及亮度的综合调节，节能效率也不够高；且目前LED智能照明控制的成本较高，可靠性差。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种针对LED路灯/隧道灯或其他智能照明装置使用的智能型数字电源LED驱动控制器及由该控制器组成的智能照明监控系统。本实用新型采取的技术方案如下一种智能型数字LED驱动控制器，包括整流滤波电路、与整流滤波电路连接的PFC功率因数调整电路，还包括集成电路单芯片主控电路及与集成电路单芯片主控电路连接的用于远程控制的无线通讯模块、用于现场控制或操作的接口模块，所述PFC功率因数调整电路与集成电路单芯片主控电路连接；其特征在于设有一路或多路反激拓补电路，并对应设置一路或多路恒流输出电路，所述反激拓补电路输入端均与PFC功率因数调整电路连接、控制端均与集成电路单芯片主控电路连接，输出端分别连接对应的恒流输出电路；多路恒流输出电路分别对应连接多路LED照明电路；集成电路单芯片主控电路可同时控制多路独立的反激拓补电路，同时采集各路反激拓补电路的反馈信号进行综合分析和运算，对多路独立的反激拓补电路的输出进行协调控制，再通过多路恒流输出电路，实现对多路LED照明电路的数字均流控制。具体的，所述反激拓补电路包括一高频变压器，该高频变压器初级线圈一端通过一开关管接地、另一端连接功率因数调整电路，集成电路单芯片主控电路控制开关管的导通和截止实现该高频变压器初级线圈与次级线圈之间能量的传递；还包括串联在高频变压器初级线圈一端与地之间的分压电阻；集成电路单芯片主控电路采集分压电阻上的电压信号进行运算和处理后输出相应控制信号控制开关管导通和关闭状态，从而控制高频变压器次级线圈的输出电压和电流。优选的，所述反激拓补电路还包括对所述开关管的接地端电流信号的采集电路，采集电路信号连接至集成电路芯片端口。更优选的，集成电路芯片一个端口连接一路或多路开关管的接地端电流信号的采集电路，通过交错分时采样，从而降低EMI和降低成本。进一步的，所述反激拓补电路中高频变压器Tl次级线圈一端连接整流二极管D12，整流二极管D12负极为正输出端，高频变压器TI次级线圈另一端为负输出端，正、负输出端之间连接有滤波电容，所述滤波电容采用无极电容。具体的，所述用于现场控制或操作的接口模块包括光敏感应电路、红外感应电路、压力感应电路、声音传感电路中的一种或几种。具体的，所述用于远程控制的无线通讯模块采用Zigbee通讯模块电路，集成电路单芯片主控电路通过Zigbee通讯模块电路连接至internet网或GSM/GPRS或CDMA或3G无线网络实现LED控制器的远程控制。优选的，所述智能型数字LED驱动控制器还包括与集成电路单芯片主控电路连接的输入过压/欠压保护电路。本实用新型所述的智能照明控制系统，包括监控中心服务器及与该服务器连接的多个监控终端、有线网络终端控制节点和LED路灯、Zigbee终端支路控制节点和LED路灯。所述有线网络终端控制节点上装设有智能型数字LED驱动控制器，用于控制该节点上的各个LED路灯；有线网络终端控制节点通过有线转GPRS网关接入GPRS网络，再通过GPRS网络接入Internet网络，进而与监控中心服务器及多个监控终端建立连接；所述Zigbee终端支路控制节点上装设有智能型数字LED驱动控制器；所述Zigbee终端支路控制节点通过Zigbee转GPRS网关接入GPRS网络，再通过GPRS网络接入Internet网络，进而与监控中心服务器I及多个监控终端2建立连接。所述的智能照明控制系统还包括Zigbee终端环境参数检测节点，这些节点中设置环境包括亮度、温度、湿度参数的检测传感器，所述传感器与所述的智能型数字LED驱动控制器连接，将检测到的数据传送给智能型数字LED驱动控制器，智能型数字LED驱动控制器根据设定程序进行相应的控制，并且把所述数据上传至控制中心；或者所述传感器通过无线网络直接与监控终端，传递检测数据并传送监控终端命令并搜集Zigbee终端节点的状态信息。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是1、本实用新型采用集成PFC功能的集成电路芯片并结合反激式拓扑电路控制技术，仅采用一个芯片即可控制多路反激式拓扑电路，实现输出级联，可对多路独立的反激拓补电路的输出进行协调控制，实现多路单独电压电流精度输出，不受联级干扰和交调干扰，进而实现对多路LED照明电路的数字均流控制；相比现有的单路控制器，成本较低而可靠性更高；2、所述的驱动控制器采用基于智能集成芯片(例如DSP)和ZIGBEE技术的智能型全数字化电源驱动控制器，控制灵活方便，当负载电流因各种因素而产生变化时，利用智能集成芯片的自动脉冲宽度调制(PWM)功能使负载电流回到初始设计值上，有效保证了负载电流在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上；3、控制器的反激拓补电路中对输入平均电流和峰峰值电流通过集成电路芯片采样并进行数学运算和处理，实现采用变压器初级线圈来控制输出电压和电流的精度，免去了反激拓扑结构常用的钳位电路和输出端电解电容，保证产品使用寿命达到50000h以上；同时也减少了初级到次级的反馈电路，降低了电路成本。4、在控制器电路整体设计上，注重集中控制、标准模块化和系统可扩展性三方面，由控制器组成智能照明监控系统，可有效提高系统的可控性、通用性和可扩展性。
图1是所述LED驱动控制器电气组成原理示意框图；图2是所述驱动控制器的反激拓补电路实施例原理图；图3是现有常规电源反激拓补电路图；图4是所述LED驱动控制器实施例电路原理示意图；图5是所述智能照明监控系统的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。如图1所示实施例中，所述智能型数字LED驱动控制器包括依次连接的EMI滤波电路、浪涌抑制及防雷电路、整流滤波电路、PFC功率因数调整电路、多组独立的反激拓补电路及多组独立的恒流输出电路；还包括集成电路单芯片主控电路及与集成电路单芯片主控电路连接的输入过压/欠压保护电路、用于远程控制的无线通讯模块、用于现场控制或操作的接口模块、光敏传感器；还包括待机与辅助电路、辅助电源电路。其中，功率因数调整电路及多组独立的反激拓补电路均与集成电路单芯片主控电路连接。其中，所述的用于现场控制或操作的接口模块，主要用于连接外部的传感器变量，如红外传感器、压力传感器、声音传感器等，用于控制LED灯的开启和关闭，从而节约供电能源。光敏传感器有两个作用，一是用于检测外界环境光敏强度来控制LED灯开与关，二是在LED灯亮后实时监测LED的光强，当新的LED灯的光强大于需要的光强时，集成电路芯片可通过控制输出的调制信号使其亮度减弱，以延长LED主电源和灯的寿命。当灯老化导致光强度降低时，集成电路芯片可以控制调制信号使LED灯的电源电流增大，从而使发光强度不变。但调节后LED灯光强没有发生变化，表明LED灯已经损坏，集成电路芯片可产生报警信号，通知更换和检修。用于远程控制的无线通讯模块采用Zigbee模块通信，Zigbee模块具有功耗低、灵活性高、传输数据量小的特点，采用具有Zigbee传输的自组网系统，可为控制器的集中监控管理提供有力保障。输入过压/欠压保护电路是用于判断输入市电情况并在输入电压超限条件下有集成电路单芯片主控电路控制动作保护控制器内部电路。本实用新型所述LED驱动控制器的工作原理如下市电经EMI滤波电路、浪涌抑制及防雷电路后接到桥式整流滤波电路，经整流滤波输出给PFC功率因数调整电路和反激拓补电路。辅助电源电路产生5V和3. 3V电压分别供给集成电路单芯片主控电路、Zigbee无线接发模块和其他外接端口。集成电路单芯片主控电路接收外部无线通讯模块及用于现场控制或操作的接口模块等处信号并进行其它信号检测(例如光敏传感器信号、反激拓扑电路信号等)，根据这些信号进行综合运算处理后，输出控制信号分别驱动多组独立反激拓扑电路(DC-DC MODE)工作，最后经多组独立恒流输出电路输出信号控制LED路灯/隧道灯等负载。本实用新型所述反激拓补电路实施例电路如图2所不,包括闻频变压器Tl、闻频变压器Tl初级线圈一端连接开关管Q2，另一端连接功率因数调整电路，集成电路单芯片主控电路输出PWM信号(PMl端口)控制开关管Q2的导通和截止实现高频变压器Tl初级线圈与次级线圈之间能量的传递。高频变压器Tl次级线圈一端连接整流二极管D12，整流二极管D12负极为正输出端，高频变压器TI次级线圈另一端为负输出端，正、负输出端之间连接有滤波电容C22、C23、C30 ;还包括串联在高频变压器Tl初级线圈一端与地之间的分压电阻R10、R11、R40 ;串联在开关管Q2源极与地之间的采样电阻R44。集成电路单芯片主控电路采集分压电阻R40上的电压信号及开关管Q2源极上的电流信号，进行综合运算和处理后输出相应控制信号，实现采用变压器初级线圈来控制输出电压和电流的精度，减少了初级到次级的反馈电路，降低了电路成本。现有的反激拓补电路如图3，其中需设置由电阻R31、电容C7和二极管D9组成的钳位电路，用于吸收高频变压器的漏感产生的尖峰电压，从而保护功率管不被尖峰电压烧毁。本实用新型中免去了钳位电路，增加了分压电阻R10、R11、R40，由集成电路单芯片主控电路采集分压电阻R40上的电压信号并进行运算处理进行控制，也达到输出纹波小保护功率管的效果；并且在本实用新型中输出滤波电容C22、C23、C30可采用无极电容，避免了现有技术中使用电解电容寿命短的从而影响整个电源稳定性的问题。依据本实用新型的基础硬件，本实用新型所述控制器可具有存储加密功能，可实时记录控制器的工作状况，包括电压、电流以及外界环境的历史数据，根据设定的一些阀值，由控制器自动侦测其工作状况，根据其测试记录数据调整输出电压和电流，再上传至监测中心，从而延长电源寿命和加密，为整机工作稳定性和电源寿命预估等提供实际数据。依据本实用新型的基础硬件，本实用新型所述系统还具有多种情况告警功能，准确详细的告警信息是照明管理日常维护工作的重要依据。所述系统可具有以下告警功能单灯点火失败告警、单灯开路告警、单灯短路告警、电压越界保护告警、热保护告警、灯失效告警和掉电告警等。依据本实用新型的基础硬件，本实用新型所述系统还可具有防盗功能，电缆设施被盗多发生在晚上，特别是有夜灯控制的线路。线路整夜供电，无线信息装置关闭单灯同时保持通信畅通，一旦某方向出现多个输出模块输出信号为零，即触发告警，不依赖任何额外的装置，即可对电缆设施实行有效防盗。本实用新型所述LED驱动控制器实施例电路原理图如图4所示，该实施例中包括四路反激拓扑电路和对应的四路恒流输出电路，则该控制器可同时对四路负载进行控制。9(T305V范围内的市电经由EMI滤波电路和浪涌抑制及防雷电路后接到桥式整流滤波电路，再依次接入输入功率因数调整电路中的开关管Q1、电感线圈L2、二极管D6，集成电路单芯片主控电路4脚发出PWM信号来驱动开关管Ql的G极(栅极)，控制Ql导通和关闭，则经过D6输出36(T450V的电压,一路输入待机与辅助电路,分别产生合适电压供给Zigbee模块及其他外接端口，另一路产生SVl (+3. 3V)给集成电路芯片供电；该36(T450V电压另一路送至四路反激拓扑电路中的高频变压器Tl、T2、T3、T4 一次侧和开关管Q2、Q3、Q4、Q5。此时集成电路单芯片主控电路检测并进行数学算法处理之后，从JP2端中的12脚、14脚、18脚、20脚产生PWM信号分别驱动开关管Q2、Q3、Q4、Q5导通和关闭，高频变压器Tl、T2、T3、T4次级分别输出至四组独立的恒流输出电路，经恒流输出电路输出整流滤波后分别输出V1+、V1-，V2+、V2-，V3+、V3-，V4+、V4-四组电压给负载。集成电路芯片一个端口(JP2的15脚)同时连接开关管Q2、Q3的源极，开关管Q2、Q3源极连接在一起通过电阻R44接地，电阻R45并联电容C20。电阻R45、电容C20组成开关管Q2、Q3的接地端电流信号的采集电路。集成电路芯片另一个端口(JP2的21脚)同时连接开关管Q4、Q5的接地端电流信号的采集电路。实际应用中，集成电路芯片一个端口可连接更多路电流信号的采集电路，通过软件计算得到每路电流信号的采样值，这样可尽量减少集成电路芯片端口的使用。本实用新型提出的智能数字控制器是一种针对LED路灯/隧道灯或其他智能照明装置采用最新Zigbee和GPRS技术的无线监控系统的一部分，智能数字控制器能及时、准确地检测出路灯故障，又能对路灯进行开关及亮度调节，在LED路灯/隧道灯或其他智能照明原有节能的基础上起到二次节能的作用，更重要的是，基于本系统可以实现足不出户便可对所有路灯实施监控，并最终实现低碳经济与城市照明可持续发展。所述的智能照明监控系统如图5所示，整个系统主要由监控中心服务器I及与该服务器连接的多个监控终端2、有线网络终端控制节点和LED路灯3、Zigbee终端支路控制节点和LED路灯4组成。有线网络终端控制节点和Zigbee终端支路控制节点均装设有所述的智能型数字LED驱动控制器用于控制该节点上的各个LED路灯。有线网络终端控制节点通过有线转GPRS网关5接入GPRS网络，再通过GPRS网络接入Internet网络，进而与监控中心服务器I及多个监控终端2建立连接。Zigbee终端支路控制节点通过Zigbee转GPRS网关6接入GPRS网络，再通过GPRS网络接入Internet网络，进而与监控中心服务器I及多个监控终端2建立连接。所述监控终端2包括计算机监控终端及手机等移动监控终端，各个监控终端可采用RS232串口与Zigbee网络通讯。所述系统还包括Zigbee终端环境参数检测节点，这些节点中设置如环境亮度、温度、湿度等等参数检测传感器，这些传感器可与所述的智能型数字LED驱动控制器连接，将检测到的数据传送给控制器，控制器可根据设定程序进行相应的控制，并且控制器可把这些数据上传至控制端。这些传感器也可通过无线网络直接与监控中心通信，传递检测数据并可传送监控中心命令并搜集Zigbee终端节点的状态信息。所述系统中还可设置Zigbee终端支路电压电流检测电路用于检测整个支路的电压电流状态；还可设置Zigbee终端环境参数检测电路用于检测整个小区的环境参数，包括光线强度、温度、湿度，以之作为Zigbee终端控制的依据。本实用新型所述系统采用分组无线业务GPRS是以全球移动通讯系统(GSM)为基础的数据传输技术，不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP协议，可直接与Internet互通。监控终端或手机终端通过网络发送控制指令，集成电路单芯片主控电路通过Zigbee模块接收网络指令，实现对控制器任意工作电压和工作电流(在额定工作电压电流内任意定义)的设置、开启和关闭功能设置以及保护的阀值(过压、欠压、过流、过温)设置以及当时电压电流值设置。集成电路芯片可通过对LED灯的电压电流进行实时采集，再结合输入的LED电流最大值和电压最大值，对LED灯亮度进行动态调节。假如是几组独立输出电源，每组都可以按照上述参数分别设置。同时，集成电路单芯片主控电路通过Zigbee模块向监控终端传送故障保护(过压，欠压，过流，过温，以及预留两位)以及实时电压电流值等参数。如是独立几组电源输出，也可分别上传以上数据。本实用新型中未具体介绍的功能模块和电路均可采用现有成熟技术，在此不再赘述。上述实施例只是本实用新型较优的实施方式，需要说明的是，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求1.一种智能型数字LED驱动控制器，包括整流滤波电路、与整流滤波电路连接的PFC功率因数调整电路，还包括集成电路单芯片主控电路及与集成电路单芯片主控电路连接的用于远程控制的无线通讯模块、用于现场控制或操作的接口模块，所述PFC功率因数调整电路与集成电路单芯片主控电路连接；其特征在于设有一路或多路反激拓补电路，并对应设置一路或多路恒流输出电路，所述反激拓补电路输入端均与PFC功率因数调整电路连接、控制端均与集成电路单芯片主控电路连接，输出端分别连接对应的恒流输出电路；多路恒流输出电路分别对应连接多路LED照明电路； 集成电路单芯片主控电路可同时控制多路独立的反激拓补电路，同时采集各路反激拓补电路的反馈信号进行综合分析和运算，对多路独立的反激拓补电路的输出进行协调控制，再通过多路恒流输出电路，实现对多路LED照明电路的数字均流控制。
2.根据权利要求1所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于所述反激拓补电路包括一高频变压器，该高频变压器初级线圈一端通过一开关管接地、另一端连接功率因数调整电路，集成电路单芯片主控电路控制开关管的导通和截止实现该高频变压器初级线圈与次级线圈之间能量的传递；还包括串联在高频变压器初级线圈一端与地之间的分压电阻；集成电路单芯片主控电路采集分压电阻上的电压信号进行运算和处理后输出相应控制信号控制开关管导通和关闭状态，从而控制高频变压器次级线圈的输出电压和电流。
3.根据权利要求2所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于所述反激拓补电路还包括对所述开关管的接地端电流信号的采集电路，采集电路信号连接至集成电路芯片端口。
4.根据权利要求3所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于集成电路芯片一个端口连接一路或多路开关管的接地端电流信号的采集电路。
5.根据权利要求1所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于所述反激拓补电路中高频变压器Tl次级线圈一端连接整流二极管D12，整流二极管D12负极为正输出端，高频变压器Tl次级线圈另一端为负输出端，正、负输出端之间连接有滤波电容，所述滤波电容采用无极电容。
6.根据权利要求1所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于还包括与集成电路单芯片主控电路连接的输入过压/欠压保护电路。
7.根据权利要求1所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于所述用于现场控制或操作的接口模块包括光敏感应电路、红外感应电路、压力感应电路、声音传感电路中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的智能型数字LED驱动控制器，其特征在于所述用于远程控制的无线通讯模块采用Zigbee通讯模块电路,集成电路单芯片主控电路通过Zigbee通讯模块电路连接至internet网或GSM/GPRS或CDMA或3G无线网络实现LED控制器的远程控制。
9.一种智能照明控制系统，其特征在于，包括 监控中心服务器； 与该服务器连接的多个监控终端； 有线网络终端控制节点和LED路灯，所述有线网络终端控制节点上装设有智能型数字LED驱动控制器，用于控制该节点上的各个LED路灯；有线网络终端控制节点通过有线转GPRS网关接入GPRS网络，再通过GPRS网络接入Internet网络，进而与监控中心服务器I及多个监控终端2建立连接； Zigbee终端支路控制节点和LED路灯，所述Zigbee终端支路控制节点上装设有智能型数字LED驱动控制器；所述Zigbee终端支路控制节点通过Zigbee转GPRS网关接入GPRS网络，再通过GPRS网络接入Internet网络，进而与监控中心服务器I及多个监控终端2建立连接。
10.根据权利要求9所述的所述的智能照明控制系统，其特征在于，还包括Zigbee终端环境参数检测节点，这些节点中设置环境包括亮度、温度、湿度参数的检测传感器，所述传感器与所述的智能型数字LED驱动控制器连接，将检测到的数据传送给智能型数字LED驱动控制器，智能型数字LED驱动控制器与控制中心连接，并且把所述数据上传至控制中心；或者所述传感器通过无线网络直接与监控终端连接，传递检测数据并传送监控终端命令并搜集Zigbee终端节点的状态信息。
专利摘要本实用新型涉及一种智能型数字LED驱动控制器及照明监控系统。所述控制器包括依次连接的整流滤波电路、功率因数调整电路、一组或多组独立的反激拓补电路及对应的一组或多组独立的输出电路；还包括集成电路单芯片主控电路及与其连接的输入过压/欠压保护电路、用于远程控制的无线通讯模块、用于现场控制或操作的接口模块。本实用新型采用基于智能集成芯片和ZIGBEE技术的智能型全数字化电源驱动控制器，控制灵活方便，有效保证了负载电流在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上；在控制器电路整体设计上，注重集中控制、标准模块化和系统可扩展性三方面，由控制器组成智能照明监控系统，可有效提高系统的可控性、通用性和可扩展性。
文档编号H05B37/02GK202857101SQ20122057023
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者朱昌亚, 李荣武, 姜靖, 洪光岱 申请人:惠州市天然光电科技有限公司, 天宝电子(惠州)有限公司