一种新型智能高精度led驱动电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型智能高精度LED驱动电源，其包括：交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元、二次整流单元、ZIGEBEE调光单元、MAX16822恒流单元、电压采样单元、电流霍尔采样单元、MSP430F149单片机单元以及附属温度采样模块、液晶显示模块、键盘输入模块GSM无线通信模块、单片机的辅助电源模块、I/O扩展模块、晶振模块、辅助保护电路。其优点是：电路结构新颖，电源效率高，采用MAX16822恒流芯片使得输出电流精度更高，数字化智能化程度高，MSP430F149单片机完全参与输出电流电压的闭环控制，人机交互性强，变压器采用超微晶磁芯体积小。
【专利说明】—种新型智能高精度LED驱动电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种照明用LED驱动电源，属于电子【技术领域】尤其是高频开关电源领域。
【背景技术】
[0002]随着照明技术的发展，LED照明技术由于其节能环保以及寿命长的优点，已经在生产生活中得到了较为广泛的应用。
[0003]LED是将电信号转化为光信号的半导体发光器件。它具有正向导通，反向截止及超压击穿特性。LED灯应根据用途选择亮度确定驱动LED电源的功率驱动方式等，驱动电源的应满足节能，绿色经济，高效的要求。节能体现在驱动电源的功耗低；绿色经济体现在驱动电路要有较闻的功率因数；闻效体现在开关电源的转换效率闻。
[0004]数控LED电源是一个新的发展方向，将单片机控制技术应用于开关电源中，实现开关电源的数字化、智能化，可以使其功能更加完善。基于单片机控制技术的数字电源，可实现更多功能，如无线远程控制、自动调光、参数显示、GSM信息传输等。并且数控电源输出电压调节范围宽，调节精度高，人际交互性强，是开关电源未来发展的一个趋势之一。一些传统的做法是(I)单片机只是承担智能检测与智能控制任务，电源的控制仍是一般开关电源的控制模式；(2)单片机输出一个电压用作电源的基准电压，同时还必须有功率开关的驱动电路芯片(PWM产生电路)。这两种做法的缺点是单片机没有完全参与到驱动电源输出电能的反馈控制当中去。
[0005]超微晶合金是用非晶合金再经过处理后获得直径为10?20纳米的微晶合金，也称为纳米晶软磁合金。它具有较高的μ 1、UpBs值，铁损耗值也低。由于综合磁性能优异，广泛用在大功率开关电源中高频变压器、扼流铁心、互感器铁心、高频抑制器等，它大有代替目前所有使用贴心材料的趋势。而且超微晶板很薄，电阻率很高(比硅钢片、坡莫合金高两倍)，很适合开关电源高频下使用；非晶、超微晶不存在磁晶各向异性、晶界等，不存在长程有序的原子排列，损耗功率小，因此是高频变压器的理想材料。
【发明内容】
[0006]本发明主要针对普通单片机控制的大功率LED电源，输出电流精度低，单片机没有完全参与到驱动电源输出电能的反馈控制当中，智能化数字化程度低，变压器体积大等缺点，设计一种输出电流精度高，单片机完全参与到驱动电源输出电能的闭环反馈控制当中，智能化数字化程度高，变压器体积小的新型智能高精度LED驱动电源。
[0007]按照本发明所提供的技术方案，所述一种新型智能高精度LED驱动电源，主电路拓扑结构为反激式开关电源拓扑结构，电路包括:交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元、二次整流单元、ZIGEBEE调光单元、MAX16822恒流单元、电压采样单元、电流霍尔采样单元、MSP430F149单片机单元以及附属温度采样模块、液晶显示模块、键盘输入模块GSM无线通信模块、单片机的辅助电源模块、I/O扩展模块、晶振模块、辅助保护电路；220V市电经过交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元输出初步整流后的电流然后经过二次整流模块进行二次整流后，输送到MAX16822恒流单元进行恒流控制使得输出的电流精度更高；在二次整流单元与MAX16822恒流单元之间，由电压采样单元、电流霍尔采样单元分别对电压和电流采样，其中电压采样单元由分压网络构成，电流霍尔采样单元由霍尔电流传感器构成；MSP430F149单片机单元负责对采集到的电压、电流信号进行处理，然后调整PWM占空比，并将调整后的PWM信号通过隔离电路发送到MOSFET开关管进而控制反激式DC/DC电源变换单元的导通与关断；MSP430F149单片机单元还负责对采集到到的电压、电流信号进行判断是否超过安全范围，如果超过则发出报警；MSP430F149单片机单元附属的温度采样模块负责对系统温度进行采样；MSP430F149单片机单元附属的液晶显示模块负责对系统采集到的电压、电流、温度信号的数值进行显示；MSP430F149单片机单元附属的GSM模块负责将MSP430F149单片机单元对电压、电流、温度的报警信息发送到监控终端；MSP430F149单片机单元附属的键盘输入模块用于向单片机输入相关参数值。
[0008]所述ZIGEBEE调光单元，有两种工作模式，一是通过外部遥控模块对ZIGBEE调光单元发送到MAX16822恒流单元的PWM调光信号进行占空比的控制；二是通过自动感光模块通过光线的变化转化成电位的变化输送到ZIGBEE调光单元，进而改变ZIGBEE调光单元发送到MAX16822恒流单元的PWM调光信号的占空比，实现自动调光。
[0009]所述单片机模块采用MSP430F149是一种超低功耗的混合信号处理器，具有超低电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设。
[0010]所述反激式DC/DC电源变换单元，其变压器磁芯材料采用超微晶材料，使得所设计的变压器电能转换效率高，且变压器体积小。
[0011]所述MAX16822恒流单元采用MAX16822芯片主要实现两个功能，一个是利用MAX16822芯片的恒流功能使得输出电流的精度进一步提高；另外一个功能是利用MAX16822的PWM输入端口，接受由ZIGEBEE调光单元输入的PWM调光信号。
[0012]所述电压采样单元采用分压网络进行输出电压信号的采样并将采样到的信号输送到MSP430F149A/D端口 ；所述电流霍尔采样单元利用霍尔电流传感器进行电流信号的采样，并将采样到的信号输送到MSP430F149A/D端口。
[0013]所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于，所述MSP430F149单片机单元接收电压采样单元和电流霍尔采样单元采样的电位信号，调整输入到开关管的PWM信号的占空比，MSP430F149单片机完全参与到驱动电源输出电流电压的反馈控制当中进而实现恒流稳压的控制。
[0014]所述MSP430F149单片机单元附属的液晶显示模块负责对系统采集到的电压、电流、温度信号的数值进行显示。
[0015]所述MSP430F149单片机单元附属的GSM模块负责将MSP430F149单片机单元对电压、电流、温度的报警信息发送到监控终端。
[0016]所述电路中还包含电磁干扰抑制电路，抑制电网中的电磁干扰向电源输入，同时抑制电源中产生的电磁干扰向电网中回馈。
[0017]所述LED电源有两路输出，可以分别为两路15WLED灯供电。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]I)所述一种新型智能高精度LED驱动电源，所采用的MAX16822芯片及其辅助电路使得输出电流精度高，并且MAX16822可以接受由ZIGEBEE调光单元发出的调光PWM信号，进而改变输出电流大小达到调光目的。
[0020]2)所述一种新型智能高精度LED驱动电源，所采用的MSP430F149完全参与到驱动电源输出电能的闭环反馈控制当中，数字化程度高。
[0021]3)所述一种新型智能高精度LED驱动电源，智能化程度高，所采用主控芯片为MSP430F149低功耗混合信号处理器，具有超低压、超低功耗、以及强大的处理能力。利用MS9430F149上述特点，所设计的LED电源辅助功能完善，包括:自动感光调光，无线遥控调光，温度采样，电压、电流采样，参数显示、参数键盘输入设定，以及GSM异常信息发送功能。
[0022]4)所述一种新型智能高精度LED驱动电源，所采用反激式DC/DC电源变换单元的变压器磁芯采用超微晶磁芯进行设计，使得变压器相比采用传统材料磁芯的变压器的体积大大缩小。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为LED电路整体结构框图。
[0024]图2为LED主电路图。
[0025]图3为主控芯片MSP430F149最小系统图。
[0026]图4为单片机输出PWM驱动隔离电路图。
[0027]图5为ZIGBEE最小系统图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0029]如图1所示，本发明所述电路包括:交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元、二次整流单元、ZIGEBEE调光单元、MAX16822恒流单元、电压采样单元、电流霍尔采样单元、MSP430F149单片机单元以及附属温度采样模块、液晶显示模块、键盘输入模块GSM无线通信模块、单片机的辅助电源模块、I/O扩展模块、晶振模块、辅助保护电路；220V市电经过交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元输出初步整流后的电流然后经过二次整流模块进行二次整流后，输送到MAX16822恒流单元进行恒流控制使得输出的电流精度更高；在二次整流单元与MAX16822恒流单元之间，由电压采样单元、电流霍尔采样单元分别对电压和电流采样，其中电压采样单元由分压网络构成，电流霍尔采样单元由霍尔电流传感器构成；MSP430F149单片机单元负责对采集到的电压、电流信号进行处理，然后调整PWM占空比，并将调整后的PWM信号通过隔离电路发送到MOSFET开关管进而控制反激式DC/DC电源变换单元的导通与关断；MSP430F149单片机单元还负责对采集到到的电压、电流信号进行判断是否超过安全范围，如果超过则发出报警；MSP430F149单片机单元附属的温度采样模块负责对系统温度进行采样；MSP430F149单片机单元附属的液晶显示模块负责对系统采集到的电压、电流、温度信号的数值进行显示；MSP430F149单片机单元附属的GSM模块负责将MSP430F149单片机单元对电压、电流、温度的报警信息发送到监控终端；MSP430F149单片机单兀附属的键盘输入模块用于向单片机输入相关参数值。
[0030]如图2所示，主电路中，165V?265V交流电经过熔断器Fl、热敏电阻、压敏电阻RZU CX2、L3、CXl后接入整流桥堆DG1，其中CX2、L3、CXl组成浪涌抑制模块，然后经过滤波电容C7接到C3、R3、D3组成的RCD缓冲吸收电路，然后接到反激式DC/DC单元的原边绕组，其副边绕组经过Rl、C1、D2、C4、L1、C5、C6组成的电路后接入两路MAX16822恒流单元，如图2所示，两路MAX16822恒流单元电路结构完全相同，每一路输出电压:52V，输出电流:330mA,在恒流输出单兀之前有R5、R6组成分压网络负责电压信号的米样且米样信号输送到MSP430F149单片机的P6.0端口，由霍尔电流传感器ACS754及其附属元器件C32、C33、R3UR32构成，采样到的电流信号输送到MSP430的P6.1端口。
[0031]如图3 所示，P4、P5、P6、P8、P15 分别为 MSP430F149 单片机的 Pl 口、P2 口、P3 口、P5 口、P6 口扩展引脚，P9、P10、P11、P12 为 MSP430F149 芯片插座，Cll 和 C12、C15 和 C16、C19和C20分别为MSP430F149单片机的三组滤波电路使得电路工作更加稳定，P19为液晶显示模块的插座，ASMl117芯片及其附属元器件P22、key5、C23、C24、C25构成一组辅助电源电路为芯片提供3.3V直流电源，key5、key6为从MSP430F149单片机引出的按键，R19、LEDO组成一路指示灯电路，P23为温度采样模块18B20的接口，Yl、Y2为MSP430F149单片机的晶振模块分别为32768HZ和8MHZ。
[0032]如图4所示，从MSP430F149单片机Pl.2端口输出的PWM信号经过R25、Q2、R21、R22、光耦TLP250、R23、R24组成的PWM隔离驱动电路放大和隔离后输出PWM信号到开关管Ql控制其关断。
[0033]如图5所示，P13、P17构成ZIGEBEE调光单元的ZIGEBEE最小系统的插座，P14、P18为ZIGEBEE最小系统的端子引出线，P21插座的1、2、3、4端子为电源线、串口线、地线的引出线，keyl、C13、R14，key3、C21、R16，key4、C22、R17，分别为三组按键电路，D5、R12 组成一组指示灯电路。
【权利要求】
1.一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征是包括:交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元、二次整流单元、ZIGEBEE调光单元、MAX16822恒流单元、电压采样单元、电流霍尔采样单元、MSP430F149单片机单元以及附属温度采样模块、液晶显示模块、键盘输入模块GSM无线通信模块、单片机的辅助电源模块、I/O扩展模块、晶振模块、辅助保护电路；220V市电经过交流输入整流滤波单元、反激式DC/DC电源变换单元输出初步整流后的电流然后经过二次整流模块进行二次整流后，输送到MAX16822恒流单元进行恒流控制使得输出的电流精度更高；在二次整流单元与MAX16822恒流单元之间，由电压采样单元、电流霍尔采样单元分别对电压和电流采样，其中电压采样单元由分压网络构成，电流霍尔采样单元由霍尔电流传感器构成；MSP430F149单片机单元负责对采集到的电压、电流信号进行处理，然后调整PWM占空比，并将调整后的PWM信号通过隔离电路发送到MOSFET开关管进而控制反激式DC/DC电源变换单元的导通与关断；MSP430F149单片机单元还负责对采集到到的电压、电流信号进行判断是否超过安全范围，如果超过则发出报警；MSP430F149单片机单元附属的温度采样模块负责对系统温度进行采样；MSP430F149单片机单元附属的液晶显示模块负责对系统采集到的电压、电流、温度信号的数值进行显示；MSP430F149单片机单元附属的GSM模块负责将MSP430F149单片机单元对电压、电流、温度的报警信息发送到监控终端；MSP430F149单片机单元附属的键盘输入模块用于向单片机输入相关参数值。
2.如权利要求1所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于:所述ZIGEBEE调光单元，有两种工作模式，一是通过外部遥控模块对ZIGBEE调光单元发送到MAX16822恒流单元的PWM调光信号进行占空比的控制；二是通过自动感光模块通过光线的变化转化成电位的变化输送到ZIGBEE调光单元，进而改变ZIGBEE调光单元发送到MAX16822恒流单元的PWM调光信号的占空比，实现自动调光。
3.如权利要求1所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于:所述反激式DC/DC电源变换单元，其变压器磁芯材料采用超微晶材料，使得所设计的变压器电能转换效率高，且变压器体积小。
4.如权利要求1所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于:所述MAX16822恒流单元采用MAX16822芯片，主要实现两个功能，一个是利用MAX16822芯片的恒流功能使得输出电流的精度得到进一步提高；另外一个功能是利用MAX16822的PWM输入端口，接受由ZIGEBEE调光单元输入的PWM调光信号。
5.如权利要求1所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于:所述电压采样单元采用分压网络进行输出电压信号的采样并将采样到的信号输送到MSP430F149的A/D端口 ；所述电流霍尔采样单元利用霍尔电流传感器进行电流信号的采样并将采样到的信号输送到MSP430F149的A/D端口。
6.如权利要求1所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于，所述MSP430F149单片机单元接收电压采样单元和电流霍尔采样单元采样的电位信号，调整输入到开关管的PWM信号的占空比，MSP430F149单片机完全参与到驱动电源输出电流电压的反馈控制当中进而实现恒流稳压的控制。
7.如权利要求1所述一种新型智能高精度LED驱动电源，其特征在于，所述MSP430F149单片机单元所附属的GSM模块可以将采集到的电流、电压、温度信息发送到监控终端。
【文档编号】H05B37/02GK103442480SQ201310335264
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】沈艳霞, 李帆, 张君继, 纪志成, 吴定会, 赵芝璞, 潘庭龙 申请人:江南大学