一种LED路灯单灯控制电路系统的制作方法

本实用新型涉及一种单灯控制器电路系统，特别是涉及一种LED路灯单灯控制电路系统。

背景技术：

随着LED技术不断进步以及应用领域逐渐扩大，特别是LED照明市场的快速发展，整个LED路灯行业出现加速增长势头。现阶段LED路灯节能主要是通过单灯控制器二次控制的方式实现，但是单灯控制器仅能实现PWM波形输出控制，通过控制器发送统一的占宽比的PWM波形去控制所有LED路灯的亮度，没有考虑到LED路灯的个体差异，也无法获得单个LED路灯的实际用电量，且不能根据实际测量的用电量调整LED路灯的亮度。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种LED路灯单灯控制电路系统。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种LED路灯单灯控制电路系统，包括供电模块、电量检测模块以及中央控制器，

所述电量检测模块电压检测端与所述供电模块输入端连接，电量检测模块电流检测端串接于系统市电供电回路中，用于检测市电供电电流，电量检测模块输出端与所述中央控制器输入端连接；

中央控制器输出端与LED路灯电源PWM控制端连接；

所述供电模块为系统提供电源。

通过电量检测模块测量LED路灯系统的实际用电量并传送给中央控制器，中央控制器记录存储该用电量，并与预设的异常阈值比较判断该LED路灯是否工作正常，还判断实际用电量与预设用电量是否一致，若不一致，通过两者差值调整发送给LED路灯电源PWM控制端的PWM波形的占宽比，进而控制LED路灯的亮度，实现了根据LED路灯的个体差异控制亮度，且当LED路灯出现故障时，能及时获知并上报，还能记录LED路灯的实际用电量，便于统计耗电。

在本实用新型的另种优选实施方式中，所述电量检测模块包括功率测量芯片，以及配合功率测量芯片测试的电压采样电路和/或电流采样电路；

所述电压采样电路包括与供电模块输入端耦合连接的电压互感器，以及与电压互感器并接的第七电阻和第九电容，所述电压互感器的第二端与供电模块火线输入端连接，所述电压互感器的第一端与供电模块零线输入端连接，所述电压互感器的第四端分别与第七电阻第一端、第九电容第一端和功率测量芯片电压测量正输入端连接，所述电压互感器的第三端分别与第七电阻第二端、第九电容第二端和功率测量芯片电压测量负输入端连接；

所述电流采样电路包括设置在系统市电供电回路导线上的电流感应器，与电流感应器串接的第十四电阻、第十电阻和第十一电阻，以及与电流感应器并接的第十三电阻、第十三电容和第二十三电容，所述电流感应器的第三端分别与第十三电阻第一端和第十电阻第一端连接，所述第十电阻的第二端分别与第十三电容第一端、第二十三电容第一端和功率测量芯片电流测量负输入端连接，所述电流感应器的第四端与第十四电阻第一端连接，第十四电阻第二端分别与第十三电阻第二端和第十一电阻第一端连接，所述第十一电阻第二端分别与第十三电容第二端、第二十三电容第二端和功率测量芯片电流测量正输入端连接。

采用集成的功率测量芯片，使电路搭建容易，且可实现瞬时电压、电流和功率测量并数字信号输出；电压互感器用于测试市电供电电压，第七电阻为采样电阻，第九电容为滤波电容滤除干扰，以免损坏功率测量芯片电压测量输入端管脚；电流互感器用于测试市电为LED路灯系统提供的供电电流，第十三电阻和第十四电阻组成采样分压网络，为功率测量芯片电流测量输入端提供合适范围的采样电压，第十电阻和第十一电阻用于限流，避免过流烧坏功率测量芯片，第十三电容和第二十三电容用于滤除高频和低频干扰，避免影响功率测量芯片测量的准确性。

在本实用新型的另种优选实施方式中，还包括位于所述电压互感器与第七电阻之间，与所述第七电阻并联的第一限幅电路；

和/或还包括位于所述电流感应器与第十三电阻之间，与所述第十三电阻并联的第二限幅电路。

第一限幅电路和第二限幅电路可以调整输入功率测量芯片电压测量输入端和电流测量输入端的电压范围，使其在功率测量芯片允许范围内。

在本实用新型的另种优选实施方式中，所述第一限幅电路包括第一限幅器件，第一限幅器件的第三端分别与所述电压互感器第四端和第七电阻第一端连接，第一限幅器件的第一端和第二端相互连接后分别与电压互感器第三端和第七电阻第二端连接；

和/或第二限幅电路包括第二限幅器件，第二限幅器件的第三端分别与所述第十四电阻第二端和第十三电阻第二端连接，第二限幅器件的第一端和第二端相互连接后分别与电流感应器第三端和第十三电阻第一端连接。

第一限幅电路和第二限幅电路使用集成器件，使用方便简单，提高电路一致性。

在本实用新型的另种优选实施方式中，在所述供电模块火线输入端和供电模块零线输入端之间还串接有电阻。

通过串接电阻，能够对市电进行分压，使电压互感器耦合到的电压的大小与功率测量芯片电压测量输入端的测量电压范围匹配。

在本实用新型的另种优选实施方式中，在所述第九电容第二端与功率测量芯片电压测量负输入端之间设置有RC滤波器，所述RC滤波器包括相互并接的第九电阻和第十二电容，所述第九电阻第一端分别与第九电容第二端和第十二电容第一端连接，所述第九电阻第二端分别与第十二电容第二端和功率测量芯片电压测量负输入端连接。

RC滤波器为无源RC一阶带阻滤波器，其结构简单实用，用于滤除电压采样电路中的干扰。

在本实用新型的另种优选实施方式中，所述供电模块包括依次连接的AC-DC转换电路、第一级降压电路以及第二级降压电路，

所述AC-DC转换电路火线输入端与市电火线连接，AC-DC转换电路零线输入端与市电零线连接；

所述AC-DC转换电路输出端、第一级降压电路输出端和第二级降压电路输出端为系统提供不同的供电电压。

实现交流电到直流低电压的转换，满足了系统中LED路灯，中央控制器以及电量检测模块等的不同大小的直流电压需求。

在本实用新型的另种优选实施方式中，在所述市电和供电模块输入端之间还设置有过流保护电路，所述过流保护电路包括与市电火线串接的第一温敏电阻和与市电零线串接的第二温敏电阻，所述第一温敏电阻第一端与市电火线连接，第一温敏电阻第二端与供电模块火线输入端连接，所述第二温敏电阻第一端与市电零线连接，第二温敏电阻第二端与供电模块零线输入端连接；

和/或所述输入保护电路还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括一个或多个与市电火线和零线两端并接的压敏电阻。

滤除市电中的浪涌和过压，保护后级电路。

在本实用新型的另种优选实施方式中，所述电量检测模块输出端与所述中央控制器输入端通过SPI串口连接。

高速全双工总线，数据信息传递延时小。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式的系统框图；

图2是本实用新型一具体实施方式中电量检测模块电路图；

图3是实用新型一具体实施方式中供电模块电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种LED路灯单灯控制电路系统，图1所示为本实用新型一具体实施方式的系统框图，它包括供电模块、电量检测模块以及中央控制器，

电量检测模块电压检测端与供电模块输入端连接，电量检测模块电流检测端串接于系统市电供电回路中，用于检测市电供电电流，电量检测模块输出端与中央控制器输入端连接；

中央控制器输出端与LED路灯电源PWM控制端连接；

供电模块为系统提供电源。

在本实施方式中，通过电量检测模块电压检测端测量市电接入供电模块时的供电电压，电量检测模块电流检测端串接于系统市电供电回路中，用于测量市电为该LED路灯系统提供的供电电流，电量检测模块测得供电电流和供电电压后，再做乘积就获得了LED路灯系统的用电功率，并将该用电功率传送至中央控制器。利用人眼视物的延迟性，在频率高于一定值后，人眼感受不到变化，可以通过控制LED路灯的亮和灭的时间比来调整LED路灯的亮度，即可通过PWM波形控制LED路灯的亮度。

在本实施方式中，中央控制器可以为带无线模块或有线网口的MCU以及其外围电路组成；中央控制器内设定有判断LED路灯系统用电量异常的异常阈值，还有每个时间段路灯亮度预设，以及该预设亮度对应的LED路灯系统的预设用电量或预设功率，还设定有LED路灯的编号以及位置信息；如设定有18:00-20:00，LED路灯系统预设用电功率设定为100W，20:00-05:00，LED路灯系统预设用电功率设定为105W，以适应周围环境夜晚的明暗程度。中央控制器在获得电量检测模块上传的LED路灯实际用电量后，会根据当前时间段判定该实际用电量与预设用电功率的差异，若差值在允许误差范围内就不动作，若超过允许误差范围，通过两者差值调整发送给LED路灯电源PWM控制端的PWM波形的占宽比，进而调节LED路灯的亮度。同时还记录LED路灯系统的用电量，以便统计它的耗电量，且当发现LED路灯的实际用电量达到异常阈值时，通过有线通信或无线通信方式上报故障，上报信息中包含该LED路灯的编号和位置信息。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图2所示，为电量检测模块电路图，电量检测模块包括功率测量芯片U2，可选用CS5463；以及配合功率测量芯片U2测试的电压采样电路和/或电流采样电路；

电压采样电路包括与供电模块输入端耦合连接的电压互感器L1，以及与电压互感器L1并接的第七电阻R7和第九电容C9，电压互感器L1的第二端与供电模块火线输入端L-1连接，电压互感器L1的第一端与供电模块零线输入端N-1连接，电压互感器L1的第四端分别与第七电阻R7第一端、第九电容C9第一端和功率测量芯片U2电压测量正输入端连接，电压互感器L1的第三端分别与第七电阻R7第二端、第九电容C9第二端和功率测量芯片U2电压测量负输入端连接；

电流采样电路包括设置在系统市电供电回路导线上的电流感应器L2，与电流感应器L2串接的第十四电阻R14、第十电阻R10和第十一电阻R11，以及与电流感应器L2并接的第十三电阻R13、第十三电容C13和第二十三电容C23，系统市电供电回路中的导线穿过电流感应器L2，电流感应器L2的第三端分别与第十三电阻R13第一端和第十电阻R10第一端连接，第十电阻R10的第二端分别与第十三电容C13第一端、第二十三电容C23第一端和功率测量芯片U2电流测量负输入端连接，电流感应器L2的第四端与第十四电阻R14第一端连接，第十四电阻R14第二端分别与第十三电阻R13第二端和第十一电阻R11第一端连接，第十一电阻R11第二端分别与第十三电容C13第二端、第二十三电容C23第二端和功率测量芯片U2电流测量正输入端连接。

在本实施方式中，采用集成的功率测量芯片，使电路搭建简单，且可实现瞬时电压、电流和功率测量；电压互感器L1可选用型号JDZ1-1，通过电磁耦合原理测试市电供电电压，第七电阻R7为采样电阻，将电压互感器L1耦合的电流转换为采样电压，第七电阻R7阻值为470Ω；第九电容C9为滤波电容，滤除采样电压中的高频干扰，容值可选10nF；电流互感器L2用于测试市电给LED路灯系统的供电电流，可选用霍尔电流传感器，第十三电阻R13和第十四电阻R14组成采样分压网络，以满足功率芯片U2电流测量输入端的电压输入范围，第十三电阻R13和第十四电阻R14的阻值可为10Ω，为了更方面调整分压电压，在第十三电阻R13两端并接一个冗余电阻第十二电阻R12；第十电阻R10和第十一电阻R11用于限流，要求阻值相同，可选630Ω；第十三电容C13和第二十三电容C23用于滤除高频和低频干扰，要求第十三电容C13容值小于第二十三电容C23容值，第十三电容C13容值可为10nF，第二十三电容C23容值可为1uF。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括位于电压互感器L1与第七电阻R7之间，与第七电阻R7并联的第一限幅电路；

和/或还包括位于电流感应器L2与第十三电阻R13之间，与第十三电阻R13并联的第二限幅电路。

在本实施方式中，第一限幅电路和第二限幅电路可以选用限幅器件，优选的型号为BAV99，也可选用独立器件搭建，如两个串接肖特基二极管组成，如第一限幅电路包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阴极分别与电压互感器L1第三端、第二二极管阳极和第七电阻R7第二端连接，第一二极管阳极分别与第二二极管阴极和电压互感器L1第四端连接；如第二限幅电路包括第三二极管和第四二极管，第三二极管的阴极分别与电流感应器L2第三端、第四二极管阳极和第十三电阻R13第一端连接，第三二极管阳极分别与第四二极管阴极和电流感应器L2第四端连接。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图2所示，第一限幅电路包括第一限幅器件VD1，第一限幅器件VD1的第三端分别与电压互感器L1第四端和第七电阻R7第一端连接，第一限幅器件VD1的第一端和第二端相互连接后分别与电压互感器L1第三端和第七电阻R7第二端连接；

和/或第二限幅电路包括第二限幅器件VD2，第二限幅器件VD2的第三端分别与第十四电阻R14第二端和第十三电阻R13第二端连接，第二限幅器件VD2的第一端和第二端相互连接后分别与电流感应器L2第三端和第十三电阻R13第一端连接。

在本实施方式中，第一限幅器件VD1和第二限幅器件VD2型号均选用BAV99，其由两个串接的二极管集成，第一限幅器件VD1的工作过程为：当电压互感器L1耦合到的电压为正时，只有大于功率测量芯片U2电压测量负输入端VIN-的电压才能导通，才能采集供电电压；当电压互感器L1耦合到的电压为负时，只有小于功率测量芯片U2电压测量负输入端VIN-的电压才能导通，才能采集供电电压；第二限幅器件VD1的工作过程与第一限幅器件VD1的工作过程类似。通过第一限幅器件VD1和第二限幅器件VD2将电压采样电路和电流采样电路的输入限制在以VIN-端电压或IIN-端电压为基准的电压范围内。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图2所示，在供电模块火线输入端L-1和供电模块零线输入端N-1之间还串接有电阻。

在本实施方式中，串接的电阻数量可为一个或多个，当串接电阻阻值要求很大时，可以选择多个电阻串联达到阻值要求，如在图2中，第三十四电阻R34、第六电阻R6、第三十五电阻R35和第三十三电阻R33均为串接的电阻，其阻值均为200KΩ。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图2所示，在第九电容C9第二端与功率测量芯片U2电压测量负输入端之间设置有RC滤波器，RC滤波器包括相互并接的第九电阻R9和第十二电容C12，第九电阻R9第一端分别与第九电容C9第二端和第十二电容C12第一端连接，第九电阻R9第二端分别与第十二电容C12第二端和功率测量芯片U2电压测量负输入端连接。

在本实施方式中，RC滤波器组成了一个无源一阶带阻滤波器，用于去除电压采样电路中的干扰。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图3所示，供电模块包括依次连接的AC-DC转换电路、第一级降压电路以及第二级降压电路，

AC-DC转换电路火线输入端与市电火线L连接，AC-DC转换电路零线输入端与市电零线N连接；

AC-DC转换电路输出端、第一级降压电路输出端和第二级降压电路输出端为系统提供不同的供电电压。

在本实施方式中，AC-DC转换电路包括AC-DC转换芯片U11以及其外围电路，第一级降压电路包括第一级降压芯片U4以及其外围电路，第二级降压电路包括第二级降压芯片U6以及其外围电路，第一级降压芯片U4和/或第二级降压芯片U6可选用三端稳压器或LDO或DC-DC BUCK。

在本实施方式中，AC-DC转换电路包括AC-DC转换芯片U11、第一电容C1和第五电容C5，AC-DC转换芯片U11的第一输入端AC-L与市电火线L连接，第二输入端AC-N与市电零线N连接，AC-DC转换芯片U11的输出端分别与第一电容C1第一端、第五电容C5第一端和第一级降压芯片U4输入端连接，第一电容C1第二端和第五电容C5第二端与地连接；

第一级降压电路包括第一级降压芯片U4、TVS管TVS1和第六电容C6，第一级降压芯片U4输入端分别与AC-DC转换芯片U11的输出端和TVS管TVS1第一端连接，TVS管TVS1第二端与地连接，第一级降压芯片U4输出端与第六电容C6第一端连接，第六电容C6第二端与地连接；

第二级降压电路包括第二级降压芯片U6、第二电阻R2、第十七电容C17、第十六电容C16和第十五电容C15，第二电阻R2第一端与第一级降压芯片U4输出端连接，第二电阻R2第二端分别与第二级降压芯片U6输入端和第十七电容C17第一端连接，第十七电容C17第二端与地连接，第二级降压芯片U6输出端分别与第十六电容C16第一端和第十五电容C15第一端连接，第十六电容C16第二端和第十五电容C15第二端分别与地连接；

AC-DC转换芯片U11型号可为LH05-B12，第一级降压芯片U4可选择三端尾牙芯片78M05，第二级降压芯片U6可选线性稳压器AMS117-3.3，第一电容C1、第十七电容C17和第十六电容C16可选用容值较小的陶瓷电容，第五电容C5、第六电容C6和第十五电容C15可选用大容值的铝解电容或钽电容；第二电阻R2用于吸收线路中的浪涌，阻值为可为0Ω。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图3所示，在市电和供电模块输入端之间还设置有过流保护电路，过流保护电路包括与市电火线L串接的第一温敏电阻PR1和与市电零线N串接的第二温敏电阻TR1，第一温敏电阻PR1第一端与市电火线L连接，第一温敏电阻PR1第二端与供电模块火线输入端L-1连接，第二温敏电阻TR1第一端与市电零线N连接，第二温敏电阻TR1第二端与供电模块零线输入端N-1连接；

和/或输入保护电路还包括过压保护电路，过压保护电路包括一个或多个与市电火线L和零线N两端并接的压敏电阻。

在本实施方式中，第一温敏电阻PR1为正温度系数热敏电阻，第二温敏电阻TR1为负温度系数热敏电阻，多个压敏电阻时，组成了多级过压保护，保护效果更好，本实施方式中，采用了两个压敏电阻，第一压敏电阻ZNR1和第二压敏电阻ZNR2。

在本实用新型的一种优选实施方式中，电量检测模块输出端与中央控制器输入端通过SPI串口连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。