一种多合一调光信号处理电路的制作方法

本实用新型涉及调光电路，更具体地说，涉及一种多合一调光信号处理电路。

背景技术：

现今照明市场中，LED照明系统以其高光效，高稳定性，长寿命，低能耗，配置灵活等突出优势，占据了大多数的照明应用场合，并且还在积极发展中，最终会完全覆盖各种户内外的照明需求。

而在LED照明应用中，随着市场规模的扩大，为适应各种照明场合的需求，照明系统也在向自动化、智能化控制方向发展，各种按环境及用户需求的可调光电源也在蓬勃发展中。

现有调光技术大致包含以下：输入端控制可控硅无级调光；输入端控制三段(多段)分档调光；输出端控制模拟电压(常见为0-10V)无级调光；输出端控制可变电阻调光；输出端控制可变占空比脉冲波形信号调光。这些常见调光方式中，都需要调光信号与LED恒流驱动电源的输入端或者输出端有电气连接，由于在调光操作中需要人手操作，在实际应用中会带来触电风险，不能满足最新的安规标准UL8750。而且现有的调光方式中，不论是输入端控制的可控硅调光和多段调光，还是在输出端控制的单种调光或者多合一的调光方式，由于调光信号处理部分与LED恒流驱动电源的输入端或者输出端都有电气连接，在人手操作过程中可能会有安全隐患。并且目前已经在部分地区禁止销售。因此亟需研发具有绝缘隔离的调光信号处理电路模块，以适应更多的需求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述部分技术缺陷，提供一种多合一调光信号处理电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多合一调光信号处理电路，包括调光信号输入端和调光信号输出端，还包括：与所述调光信号输入端依次级联连接的输入信号处理电路、调制电路、隔离电路和输出整形电路，与所述调制电路连接的振荡信号输出电路，其中所述输出整形电路包括与所述调光信号输出端分别连接的多个信号输出电路。

优选地，所述输入信号处理电路包括积分跟随电路、衰减电路和恒流源：

所述积分跟随电路连接所述调光信号输入端、用于在所述调光信号输入端输入的调光信号为PWM信号时、对所述PWM信号进行运算以获取满足预设条件的第一电压信号，同时用于在所述调光输入端接入模拟直流电压调光信号时，生成第三电压信号；

所述恒流源和所述调光信号输入端相连接，用于在所述调光信号输入端连接可调电阻时，在所述积分跟随电路输出端生成满足所述预设条件的第二电压信号；

所述衰减电路连接所述积分跟随电路、用于对所述第一电压信号、所述第二电压信号或所述第三电压信号进行衰减。

优选地，所述恒流源包括电压基准芯片U4，三极管Q2，三极管Q1、电阻R9、电阻R10和稳压二级管ZD1，所述电压基准芯片U4的采样端与其阴极连接后与电源VCC相连接，所述电压基准芯片U4的阳极连接所述三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极与其集电极连接、并经所述电阻R10接地，所述三极管Q1的基极连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极经所述电阻R9与所述电源VCC相连接，所述三极管Q2的集电极连接所述调光信号输入端和所述稳压二极管ZD1的负极，所述稳压二极管ZD1的正极接地；和/或

所述衰减电路包括电阻R12和电阻R13，所述电阻R12的一端连接所述积分跟随电路，所述电阻R12的另一端连接所述调制电路和所述电阻R13的一端，所述电阻R13的另一端接地。

优选地，所述积分跟随电路包括积分电路和跟随电路；

所述积分电路包括电阻R11和电容C4，所述电阻R11的一端连接所述调光信号输入端，所述电阻R11的另一端经所述电容C4接地；

所述跟随电路包括运算放大器U5，所述运算放大器U5的同相输入端经所述电阻R11与所述调光信号输入端相连接、并经所述电容C4接地；所述运算放大器U5的反向输入端连接所述运算放大器U5的输出端。

优选地，所述调制电路包括PWM调制电路；和/或

所述振荡信号输出电路包括：

用于生成锯齿波信号的振荡信号发生电路；

与所述振荡信号发生电路连接、用于平移所述锯齿波信号以使所述锯齿波信号的低电平为零的电平偏移电路。

优选地，所述PWM调制电路包括比较器U3，所述比较器U3的同相输入端连接所述振荡信号输出电路，所述比较器U3的反向输入端连接所述输入信号处理电路；和/或

所述振荡信号发生电路包括电压基准芯片U1、比较器U2、二极管D1和二极管D2；

所述电压基准芯片U1的采样端经电阻R2与其阴极连接，并在连接后经电阻R1与电源VCC连接、经电阻R4与所述比较器U2的同相输入端连接；同时所述电压基准芯片U1的采样端同时经电阻R3接地，所述电压基准芯片U1的阳极接地；

所述比较器U2的反向输入端经电阻R6与所述电源VCC相连接、经电容C2接地，所述比较器U2的同相输入端经所述电阻R5接地；

所述二极管D1的正极经电阻R7与所述比较器U2的同相输入端相连接，所述二极管D1的负极连接所述比较器U2的输出端；

所述二极管D2的正极连接所述比较器U2的反向输入端，同时连接所述电平转移电路；所述二极管D2的负极连接所述比较器U2的输出端。

优选地，所述电平偏移电路包括电容C3和电阻R8；

所述电容C3的一端连接所述二极管D2的正极，所述电容C3的另一端连接所述PWM调制电路；

所述电阻R8的一端连接所述所述PWM调制电路，所述电阻R8的另一端接地。

优选地，所述隔离电路包括光耦OT1B；

所述光耦OT1B的第二管脚连接所述调制电路的输出端，所述光耦OT1B的第四管脚连接所述输出整形电路。

优选地，所述多个信号输出电路包括开漏PWM信号输出、限幅PWM信号输出和模拟电压信号输出。

优选地，

所述开漏PWM信号输出包括MOS管Q3，所述MOS管Q3的栅极连接所述光耦OT1B的第四管脚，所述MOS管Q3的漏极经开关K1与所述调光信号输出端相连接；

所述限幅PWM信号输出包括MOS管Q4，所述MOS管Q4的栅极连接所述光耦OT1B的第四管脚，所述MOS管Q4的漏极经电阻R16连接电源VDD、并经开关K2与所述调光信号输出端相连接；

所述模拟电压信号输出包括运算放大器U6，所述运算放大器U6的同相输入端经过电阻R17与所述MOS管Q4的漏极相连接、并经过电容C5接地，所述运算放大器U6的反相输入端连接其输出端、并经开关K3与所述调光信号输出端相连接。

实施本实用新型的一种多合一调光信号处理电路，具有以下有益效果：低成本而且高实用性，同时满足新法规及更多的使用需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一种多合一调光信号处理电路第一实施例的逻辑框图；

图2是本实用新型一种多合一调光信号处理电路第二实施例的逻辑框图；

图3是本实用新型一种多合一调光信号处理电路一实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，在本实用新型的一种多合一调光信号处理电路第一实施例中，包括调光信号输入端和调光信号输出端，还包括：与调光信号输入端依次级联连接的输入信号处理电路10、调制电路20、隔离电路40和输出整形电路50，与调制电路20连接的振荡信号输出电路30，其中输出整形电路50包括与调光信号输出端分别连接的多个信号输出电路。具体的，调光信号通过调光信号输入端输入后，通过输入信号处理电路10的初步处理后，进入调制电路20，调制电路20接收振荡信号输出电路30输入的振荡信号，调光信号进行调制，得到满足要求的调光输入信号，例如满足要求的脉冲信号，然后经过隔离电路40，通过隔离电路40的隔离驱动作用，驱动后级的输出整形电路50产生需要的多种调光信号输出，以匹配不同的后端电路。可以进一步理解，这里的输入信号处理电路10用于将不同的输入信号进行归一化处理，以获取归一化的调光信号输入。

进一步的，如图2所示，输入信号处理电路10包括积分跟随电路11、衰减电路12和恒流源13：积分跟随电路11连接调光信号输入端、用于在调光信号输入端输入的调光信号为PWM信号时、对PWM信号进行运算以获取满足预设条件的第一电压信号，同时用于在调光输入端接入模拟直流电压调光信号时，生成第三电压信号；恒流源13和调光信号输入端相连接、用于在调光信号输入端连接可调电阻时在积分跟随电路11输出端生成满足预设条件的第二电压信号；衰减电路12连接积分跟随电路11、用于对第一电压信号、第二电压信号或第三电压信号进行衰减。具体的，积分跟随电路11用于对调光信号输入端输入的PWM信号进行积分运算输出一个正比于该PWM信号占空比的电压信号即第一电压信号，同时也兼作外接模拟电压信号的滤波功能，这样当调光输入端接入模拟直流电压调光信号时，在积分跟随电路11输出端生成第三电压信号，这里恒流源13产生一个固定的源出电流，用于检测外接可调电阻，产生一个正比于电阻值的电压信号，该电压信号经过积分跟随电路后在积分跟随电路输出端生成第二电压信号；比例衰减单元用于对上述的第一电压信号、第二电压信号或第三电压信号进行处理后的归一信号按一定比例进行衰减，以匹配上振荡信号输出电路30生成的锯齿波信号幅度。以现有的几种不同的调光信号输入为例进行说明，当调光输入信号输出端为PWM信号时，定义PWM的幅度是10V，占空比是0-100％，PWM信号也会抵消掉恒流源13的影响，通过积分跟随电路11会对PWM信号的处理，把PWM信号转换为模拟电压即第一电压信号，然后通过衰减电路12处理，获取归一化的调光信号输入。这里需要补充说明的是，当调光信号输入端为为模拟电压0-10V调光输入时，由于恒流源13输出的电流非常小只有100uA，所以模拟电压会轻松抵消掉恒流源13的影响，可以忽略不计，这时候积分跟随电路对模拟电压相当于一个1：1的信号跟随器，跟随输出之后经过衰减电路12输出需要的归一化的调光信号输入。当调光信号输入端为0-100K的可调电阻调光时，由于电阻是被动元件，不会产生能量，所以恒流源13的输出会通过电阻，根据欧姆定律，U＝IR，I是恒流源13输出的定值100uA，R是0-100K欧姆的可变电阻，那就得到输出U会是一个0-10V的可变直流电压即第二电压信号，这个直流电压会出现在可变电阻和恒流源13的节点上，然后对该直流电压的处理方式可参考前面描述的当调光输入信号为0-10V模拟电压的处理过程，最后获得归一化的调光信号输入。这样在不同的应用场景，即不同的调光输出的情况下，经过该输入信号处理电路10，统一输出归一化的调光信号输入至调制电路20的输入端。另外，在一些不需要电阻调光的场景下，可以省掉恒流源13部分，以进一步优化产品成本。

进一步的，在一些实施例中，恒流源13包括电压基准芯片U4，三极管Q2，三极管Q1、电阻R9、电阻R10和稳压二级管ZD1，电压基准芯片U4的采样端与其阴极连接后与电源VCC相连接，电压基准芯片U4的阳极连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极与其基极连接、并经电阻R10接地，三极管Q1的基极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极经电阻R9与电源VCC相连接，三极管Q2的集电极连接调光信号输入端和稳压二极管ZD1的负极，稳压二极管ZD1的正极接地。具体的，恒流电路单元可以由电阻R9、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2、电压基准芯片U4、稳压二极管ZD1组成，其中电压基准芯片U4、三极管Q1、电阻R10串接之后接在供电端即电源VCC端，在电压基准芯片U4两端产生一个高精度的基准电压信号，这里电压基准芯片可以采用如用AZ431可产生2.5V基准，或者AZ432可产生1.25V基准，当然可以采用其他2.5V基准器件或者1.25V基准器件，三极管Q1与Q2选用相同型号的三极管以保证对称性，例如需要更好的效果可选用孪生双三极管封装，三极管Q1的基极与集电极相连变成二极管使用，由于三极管Q1和Q2特性极为相似，故三极管Q1的基极-发射极与三极管Q2的基极-发射极特性对称，包括电压降损耗和温度特性也极度一致，此时仅需要设置电阻R9的电阻值即可在三极管Q2的集电极端得到一个恒定的电流输出，计算公式为：电压基准芯片U4两端基准电压/R9电阻值＝Q2集电极输出电流，例如电压基准芯片U4采用AZ431，得到2.5V基准电压，电阻R9选取电阻值为25K欧姆，即得到2.5伏/25000欧＝0.0001安＝100微安电流，该电流可恒定不变，在三极管Q2集电极与供电地端接入可变电阻时，即可根据可变电阻的阻值换算出一个正比于阻值的电压信号。在调光输入端悬空时，三极管Q2集电极电压会升高，所以需要在三极管Q2集电极到地之间并接一只稳压二极管ZD1，该稳压二极管ZD1的稳压值可按实际需要选取，常规接口定义该电压为10V。如果需要该稳压二极管ZD1有更好的温度特性，可以通过选取一个稳压值稍低的稳压二极管反串一只或者2只普通二极管来代替，由于常规二极管正向偏置的负温度系数特性会与稳压二极管反相偏置时的正温度系数特性在一定程度上互补，从而实现自动补偿由电路工作环境温度变化带来的稳压精度温飘问题。这里恒流源13中，如果要求精度不是很高的时候，可以把三极管Q1省去，即电压基准芯片U4下端直接连接到三极管Q2基极与电阻R10上端，此时重新设计电阻R9的阻值即可调节到想要的恒流值。

还有一些实施例中，衰减电路12包括电阻R12和电阻R13，电阻R12的一端连接积分跟随电路11，电阻R12的另一端连接调制电路和电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地。具体的，通过配置该电阻R12和电阻R13可按需求对积分跟随电路输出电压信号进行一定比例衰减，以匹配振荡信号输出电路30，输出的振荡信号的幅度，例如振荡信号幅度为2V，则电阻R12和电阻R13的分压按调光信号最大输入时对应衰减到2V信号电平。

在另一些实施例中，积分跟随电路11包括积分电路和跟随电路；积分电路包括电阻R11和电容C4，电阻R11的一端连接调光信号输入端，电阻R11的另一端经电容C4接地；跟随电路包括运算放大器U5，运算放大器U5的同相输入端经过电阻R11与调光信号输入端相连接、并经电容C4接地；运算放大器U5的反向输入端连接运算放大器U5的输出端。具体的，积分跟随电路11中积分电路由R11、C4组成，用于对调光信号输入端输入的PWM调光信号进行积分运算，获取一个正比于PWM调光信号占空比的电压信号，同时也兼作调光信号输入端输入端输入的模拟电压信号的滤波功能，如果调光信号输入端连接可变电阻进行调光时，通过恒流源13换算出来的电压信号也经过该回路传递给下级使用。

进一步的，在一些实施例中，调制电路20包括PWM调制电路；还有，如图2所示，在另一些实施例中，振荡信号输出电路30包括：用于生成锯齿波信号的振荡信号发生电路31；与振荡信号发生电路31连接、用于平移锯齿波信号以使锯齿波信号的低电平为零的电平偏移电路32。具体的，振荡信号发生电路31产生一个线性斜率上升的斜坡脉冲，并且具有快速下降的等幅定频信号即锯齿波信号；电平偏移电路32对振荡信号发生电路31输出的锯齿波信号进行电平偏移，使锯齿波信号的脉冲底部以电路零电位为每个周期的起点；通过PWM调制电路20对经过输入信号处理电路10处理后的归一化的调光信号输入和进行电平偏移的锯齿波信号进行处理，最终输出一组占空比正比或反比于调光输入信号的方形脉冲波形。

进一步的，如图3所示，在一些实施例中，PWM调制电路包括比较器U3，比较器U3的同相输入端连接振荡信号输出电路30，比较器U3的反向输入端连接输入信号处理电路10。具体的，PWM调制电路的调制信号输出由比较器U3完成，在比较器U3两个输入端输入锯齿波信号和归一化的调光信号输入进行比较处理，在比较器U3输出端输出一组占空比正比或反比于调光输入信号的方形脉冲波形，这里正比或者反比调光信号输入的输出波形，可以通过调节比较器U3的两个输入端的连接关系实现。

还有一些实施例中，振荡信号发生电路31包括电压基准芯片U1、比较器U2、二极管D1和二极管D2；电压基准芯片U1的采样端经电阻R2与其阴极连接，并在连接后经电阻R1与电源VCC连接、经电阻R4与比较器U2的同相输入端连接，同时电压基准芯片U1的采样端经电阻R3接地，电压基准芯片U1的阳极接地；比较器U2的反向输入端经电阻R6与电源VCC相连接、经电容C2接地，比较器U2的同相输入端经电阻R5接地；二极管D1的正极经电阻R7与比较器U2的同相输入端相连接，二极管D1的负极连接比较器U2的输出端；二极管D2的正极连接比较器U2的反向输入端，同时连接电平转移电路；二极管D2的负极连接比较器U2的输出端。具体的，电阻R2、电阻R3、电阻R1和电压基准芯片U1组成一个精密基准电压源，该电压源输出的电压经电阻R4与R5分压后输入比较器U2的同相输入端，同时电源VCC供电电压经过电阻R6对电容C2充电并输入比较器U2反相输入端，电容C2两端电压逐渐上升到超过比较器U2同相输入端时刻，比较器U2输出翻转，通过二极管D2对电容C2瞬间放电，此一时刻电容C2两端电压被放电到低于比较器U2同相输入端电压，比较器U24再次翻转，电容C2电容重新充电，循环实现以上步骤，最终在电容C2两端取出一个斜坡电压。由于电源VCC供电电压不变，电阻R6与电容C2也为固定参数，所以该充电回路的时间常数亦为定值。该充电曲线并不是线性上升，但是可以通过配置电阻R4和电阻R7，可以选取其中线性度较好的一段曲线作为斜坡信号，通过比对，可以优选总电压的1/6左右的电压幅度线段为斜坡参考，可以得到较好的线性度。例如在15V幅度的充电曲线，可取0-2.5V阶段作斜坡信号。另外，振荡信号发生电路31中的二极管D1与D2选用同型号的二极管以保证对称性，需要更好的效果时可选用孪生共阴极双二极管封装。

进一步的，电平偏移电路32包括电容C3和电阻R8；电容C3的一端连接二极管D2的正极，电容C3的另一端连接PWM调制电路；电阻R8的一端连接PWM调制电路，电阻R8的另一端接地。具体的，在一些时候，振荡信号发生电路31得到的锯齿信号有可能起点不在零点电位点，需要通过电平偏移电路32把锯齿信号矫正到零电位，再送入PWM调制电路输入端进行处理。

进一步的，隔离电路40包括光耦OT1B；光耦OT1B的第二管脚连接调制电路20的输出端，光耦OT1B的第四管脚连接输出整形电路50。具体的，调制电路20输出的方波驱动光耦OT1B的发光管侧，在光耦OT1B的光敏三极管侧得到经过光电隔离的方波信号。

进一步的，如图2和图3所示，多个信号输出电路包括开漏PWM信号输出51、限幅PWM信号输出52和模拟电压信号输出53。具体的，调光信号输出可以包括开漏PWM信号输出51、限幅PWM信号输出52和模拟电压信号输出53，也可以其中任意组合搭配。

进一步的，开漏PWM信号输出51包括MOS管Q3，MOS管Q3的栅极连接光耦OT1B的第四管脚，MOS管Q3的漏极经开关K1与调光信号输出端相连接；限幅PWM信号输出52包括MOS管Q4，MOS管Q4的栅极连接光耦OT1B的第四管脚，MOS管Q4的漏极经电阻R16连接电源VDD、并经开关K2与调光信号输出端相连接；模拟电压信号输出53包括运算放大器U6，运算放大器U6的同相输入端经过电阻R17与MOS管Q4的漏极相连接、并经过电容C5接地，运算放大器U6的反相输入端连接其输出端、并经开关K3与调光信号输出端相连接。具体的，输出整形处理单元可以包括MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R16、电阻R17、电容C5、运算放大器U6及多选1开关即可以理解K1、K2和K3为多选1开关的不同通道，经过光耦OT1B传递的方波信号驱动MOS管Q3，实现开漏输出的PWM输出；经过光耦OT1B传递的方波信号驱动MOS管Q4，并且MOS管Q4的漏极通过电阻R16连接到二次侧供电电源VDD，实现输出一组幅度为VDD电平的PWM输出，如果需要改变幅度可改变VDD供电电压即可达到各种输出限幅的目的；经MOS管Q4输出的限幅PWM信号由电阻R17和电容C5积分之后由运算放大器U6缓冲输出，即可实现模拟电压信号输出，该模拟电压信号幅度最大为VDD供电幅度，并且最大幅度对应最大调光信号，如果需要得到更高精度的幅度信号，电阻R16上端接电源VDD处改接高精度的稳压电源即可。这里多种调光信号的输出信号通过选择开关切换到调光信号输出端，在一个时刻只可连接其中一路到调光信号输出端，即多选一输出，以兼容更多的应用场合。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。