一种无电解电容LED驱动电源调光方法与流程

本发明涉及一种无电解电容led驱动电源调光方法。

背景技术：

随着对led相关技术的深入研究，led应用范围也越来越广，逐步成为主流照明设备，而人们对节能、个性化灯光、智能控制等的需求要求led必须具备调光功能，而且调光过程中led的功耗和温度都会降低，有利于提高led灯具的寿命和可靠性。因此led驱动电源调光方案的研究对于led的推广使用有着十分重要的意义。

目前对led调光方式的研究主要集中在可控硅调光、模拟调光和pwm调光三种。其中，pwm调光是通过在固定周期内控制led导通与不导通时间的比例，从而改变led的平均亮度。在该调光方案中流过led的电流在最大驱动电流与零电流之间交替变换，输出电流的幅值是恒定的，改变的只是占空比，因此色度基本不会发生偏移，调光线性度好，调光范围较宽。

对于由pfc级和恒流谐振变换器组成的两级led驱动电源中，由于谐振变换器在恒流频率处，谐振变换器输出电流仅与谐振网络输入电压和谐振参数有关，因此不能通过调节频率进行调光(模拟调光)，实际应用中也无法通过改变谐振参数调节谐振变换器输出电流，而且由于谐振变换器是恒流输出，也不能直接通过控制开关管通断改变输出电流，因此调光必须通过改变谐振网络输入电压才能实现。而谐振网络输入电压与pfc输出电压成线性关系，但由于pfc电路通常采用boost变换器，输出电压调节范围有限，因此只有通过控制恒流谐振变换器，使其以脉冲密度调制方式工作，从而改变谐振网络的输入电压，才能实现对led灯的调光控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无电解电容led驱动电源调光方法，通过将调光输入信号与pfc输入电压信号相结合产生调光控制信号，当pfc输入电压大于所设定的电压值ve时，恒流谐振变换器开始工作，经过所设定的时间ta后谐振变换器停止工作，如此循环往复；该方法通过调节恒流谐振变换器的工作时刻和持续工作时间，实现了对led灯的调光控制，并且抑制了储能电容的电压纹波。本发明方法具有调光范围广、寿命长和可靠性高等优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无电解电容led驱动电源调光方法，所述无电解电容led驱动电源由整流电路、pfc电路、储能电容、恒流谐振变换器和led灯组成，该方法通过控制单元将调光输入信号与pfc输入电压信号相结合产生调光控制信号，当pfc输入电压大于设定的电压值ve时，控制恒流谐振变换器开始工作，经过设定的时间ta后恒流谐振变换器停止工作，如此循环往复，使得恒流谐振变换器以脉冲密度调制方式工作，led以脉动电流方式驱动，从而实现调光功能，在任意调光位置，根据调光输入信号的占空比设定相应的调光输出信号ie；其中，设定的电压值ve、设定的时间ta和设定的调光输出信号ie由调光输入信号占空比、额定输出电流时脉动电流占空比和pfc输入电压计算得到。

在本发明一实施例中，所述整流电路的两输入端与电源连接，整流电路的两输出端经由pfc电路、储能电容、恒流谐振变换器与led灯的两输入端连接；所述控制单元包括单片机和控制模块；所述控制模块包括误差放大器、减法器和控制电路；所述单片机一输入端与pfc电路正极输入端连接，用于检测pfc输入电压，单片机另一输入端作为调光信号输入端，单片机一输出端与恒流谐振变换器连接，用于产生驱动恒流谐振变换器中开关管的驱动信号，单片机另一输出端作为调光控制信号输出端与所述误差放大器的同相输入端连接，误差放大器的反相输入端作为led灯电流的采样端，误差放大器的输出端与所述减法器的反相输入端连接，减法器的同相输入端作为pfc输出电压的采样端，减法器的输出端与所述控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与pfc电路连接，用于控制pfc电路工作。

在本发明一实施例中，所述设定的电压值ve和设定的时间ta的计算公式如下：

ta＝kida/2f

式中，vm为输入交流电压幅值，da为调光输入信号的占空比，ki为额定输出电流时脉动电流的占空比，f为输入交流电压频率。

在本发明一实施例中，所述ki取值范围为0.6≤ki＜1。

在本发明一实施例中，所述调光输出信号与调光输入信号的占空比的关系式为：ie＝i0*da，其中，i0为额定输出电流。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法通过将调光输入信号与pfc输入电压信号相结合产生调光控制信号，当pfc输入电压大于所设定的电压值ve时，恒流谐振变换器开始工作，经过所设定的时间ta后谐振变换器停止工作，如此循环往复。其中所设定的电压值ve、所设定的时间ta和设定的调光输出信号ie由调光输入信号占空比、额定输出电流时脉动电流占空比和pfc输入电压计算得到。通过调节恒流谐振变换器的工作时刻和持续工作时间，实现了对led灯的调光控制，并且抑制了储能电容的电压纹波。本发明方法具有调光范围广、寿命长和可靠性高等优点。

附图说明

图1为本发明的无电解电容led驱动电源调光方法原理图。

图2为本发明无电解电容led驱动电源调光方法实施例。

图3为调光过程中储能电容电压和输出电流波形。

图4为不同调光输入信号下储能电容的最大和最小电压变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种无电解电容led驱动电源调光方法，所述无电解电容led驱动电源由整流电路、pfc电路、储能电容、恒流谐振变换器和led灯组成，该方法通过控制单元将调光输入信号与pfc输入电压信号相结合产生调光控制信号，当pfc输入电压大于设定的电压值ve时，控制恒流谐振变换器开始工作，经过设定的时间ta后恒流谐振变换器停止工作，如此循环往复，使得恒流谐振变换器以脉冲密度调制方式工作，led以脉动电流方式驱动，从而实现调光功能，在任意调光位置，根据调光输入信号的占空比设定相应的调光输出信号ie；其中，设定的电压值ve、设定的时间ta和设定的调光输出信号ie由调光输入信号占空比、额定输出电流时脉动电流占空比和pfc输入电压计算得到。所述整流电路的两输入端与电源连接，整流电路的两输出端经由pfc电路、储能电容、恒流谐振变换器与led灯的两输入端连接；所述控制单元包括单片机和控制模块；所述控制模块包括误差放大器、减法器和控制电路；所述单片机一输入端与pfc电路正极输入端连接，用于检测pfc输入电压，单片机另一输入端作为调光信号输入端，单片机一输出端与恒流谐振变换器连接，用于产生驱动恒流谐振变换器中开关管的驱动信号，单片机另一输出端作为调光控制信号输出端与所述误差放大器的同相输入端连接，误差放大器的反相输入端作为led灯电流的采样端，误差放大器的输出端与所述减法器的反相输入端连接，减法器的同相输入端作为pfc输出电压的采样端，减法器的输出端与所述控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与pfc电路连接，用于控制pfc电路工作。

所述设定的电压值ve和设定的时间ta的计算公式如下：

ta＝kida/2f

式中，vm为输入交流电压幅值，da为调光输入信号的占空比，ki为额定输出电流时脉动电流的占空比，本实例中，ki取值为0.8，f为输入交流电压频率。

所述调光输出信号与调光输入信号的占空比的关系式为：ie＝i0*da，其中，i0为额定输出电流。

以下为本发明具体实施过程。

对于无电解电容的驱动电源，需兼顾输入瞬时功率和输出功率的平衡，抑制储能电容的电压纹波，同时应使pfc输出电压控制在一定的范围之内，保证pfc电路能够正常工作。因此调光输入信号处理是由调光输入信号和pfc输入电压决定的，同时考虑储能电容电压应力和pfc功能。

如图1所示，本发明提出一种无电解电容led驱动电源调光方法，通过将调光输入信号与输入电压信号相结合进行控制，实现了对led灯输出电流的调光控制。用该方法达到控制输出电流的机理是：单片机实时检测调光输入信号的占空比，当调光输入信号占空比最大时，led驱动电源满载输出，led灯电流最大。当调光输入信号占空比为da时，单片机产生大小为i0*da的调光输出信号ie作为电流基准值，同时又为恒流谐振变换器的开关管提供相应的驱动信号。当pfc输入电压瞬时值恒流谐振变换器开始工作，经过ta＝kida/2f后恒流谐振变换器停止工作，使恒流谐振变换器以脉冲密度调制方式工作，led以脉动电流方式驱动。其中vm为输入交流电压幅值，da为调光输入信号的占空比，ki为额定输出电流时脉动电流占空比，考虑led脉动电流峰均比的要求，ki取0.8，f为输入交流电压频率。在调光输入信号占空比为da时，led脉动电流的占空比为kida。根据调光输入信号的大小，调节恒流谐振变换器的工作时刻和持续工作时间，实现了对led灯的调光控制，同时抑制了储能电容的电压纹波。

图2为无电解电容led驱动电源调光方法实施例。其工作过程为：led电流采样信号vif，与由单片机根据调光输入信号产生的电流基准信号iref比较，经过误差放大器u1和光耦u2隔离后得到电流环误差放大信号vi，然后将pfc输出电压采样信号uvf与电流环误差放大信号vi加权相减后得到加权反馈信号vw，作为pfc控制芯片u4的电压反馈信号，通过动态调节pfc输出电压，使输出电压纹波控制在一定的范围；pfc输入电压由电阻r1、r2分压后经电压跟随器u3送入单片机，经单片机采集、处理后控制恒流谐振变换器工作，当单片机检测到pfc输入电压瞬时值恒流谐振变换器开始工作，经过ta＝kida/2f延时后，恒流谐振变换器停止工作，使恒流谐振变换器以脉冲密度调制方式工作，led以脉动电流方式驱动。根据调光输入信号的大小，调节恒流谐振变换器的工作时刻和持续工作时间，实现了对led灯的调光控制，同时抑制了储能电容的电压纹波。

通过控制恒流谐振变换器的工作时刻，在输入功率较高时，led发亮消耗能量，在输入功率较低时，led停止发亮，使得输出电流成脉动形式，降低了pfc输出电压的纹波值，在相同纹波值下所需的储能电容容值便可减小，可以用薄膜电容代替电解电容，实现无电解电容和led灯的电流恒定。通过控制恒流谐振变换器的持续工作时间，可以调节led驱动电流的大小，实现调光功能。

图3为调光过程储能电容电压和输出电流波形，可见随着调光输入信号占空比da的减小，输出电流平均值逐渐减小，且输出电流与调光输入信号占空比呈线性关系，从而实现了对led的调光控制。图4为不同调光输入信号下储能电容的最大和最小电压变化曲线，可以看出储能电容的电压纹波也可控制在一定的范围，又能保证pfc电路正常工作。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。