LED照明灯用数字电源的制作方法

本发明属于数字电源技术领域，尤其涉及一种led照明灯用数字电源。

背景技术：

目前，公知的led照明灯用电源主要是由模拟器件构成的开关电源。但此类模拟开关电源存在很多问题，如模拟器件容易受温度影响，而led的发光效率虽然较高，其热量大，导致其输出精确度度下降，加快内部器件及整体的老化速度，其控制电路固定，无法在现阶段满足产品智能化的需求。

近年来，随着半导体工艺及技术迅猛发展，电子器件逐渐变得小型化、高速化、智能化，给数字控制的led照明灯用开关电源提供了有力的支撑。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种led照明灯用数字电源。其目的是为了实现设计周期短、容易实现模块化控制、集成度高、结构简单、控制灵活、实用性较强的发明目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

led照明灯用数字电源，是由220v交流电源通过线路依次连接输入保护电路、emi滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、功率转换电路、输出滤波电路、直流输出电路；其中，输出滤波电路还依次与采样电路、adc模块、控制算法控制器、pwm信号发生器、驱动电路、功率转换电路相连接；通信模块与pwm信号发生器、控制算法控制器、adc模块实行双向交互连接。

进一步的，所述220v交流电源通过线路连接输入保护电路的输入端，输入保护电路的输出端通过线路连接emi滤波电路的输入端，emi滤波电路的输出端通过线路连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端通过线路连接功率因数校正电路的输入端，功率因数校正电路的输出端通过线路连接功率转换电路的输入端，功率转换电路的输出端通过线路连接到输出滤波电路的输入端，输出滤波电路的输出端通过线路连接到直流输出电路的输入端。

进一步的，所述输出滤波电路的输出端还通过线路连接采样电路的输入端，采样电路的输出端通过线路连接到adc模块的输入端，adc模块的输出端通过线路连接到控制算法控制器的输入端，控制算法控制器的输出端通过线路连接到pwm信号发生器的输入端，pwm信号发生器的输出端的通过线路连接到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端通过线路连接到功率转换电路的输入端。

进一步的，所述输入保护电路包括过电流保护、过电压保护以及浪涌电流保护构成；是由熔断丝fu、压敏电阻rv、热敏电阻rt的一端连接在一起组合成y型电路构建成一个二端口网络作为输入保护电路。

进一步的，所述熔断丝fu和压敏电阻rv的另一端作为二端口网络的输入端通过线路连接到交流电源；压敏电阻rv和热敏电阻rt的另一端作为二端口网络的输出端通过线路连接到emi滤波电路的输入端。

进一步的，所述过流保护为熔断丝fu，电压保护为压敏电阻rv，浪涌电流保护为热敏电阻rt。

进一步的，所述数字电源控制主程序流程包括以下步骤：

步骤1.初始化系统时钟，对adc模块、pwm模块以及错误联防模块进行初始化；启动adc模块采样，对功率级电路进行软启动，待接收到软启动结束信号后选择恒流模式或恒压模式；

步骤2.如果选择恒流模式，则adc模块将采样到的电流与电压信号分别转换为数字量，其中电压信号与允许过载电压进行比较，电流信号与设定参考量进行比较；判断电压是否超过设定的额定电压；

若超过额定电压，则产生中断，进入错误联防子程序，判断是否关闭pwm输出；

若没有超过额定电压，则将电流误差送至pi调节器进行数字补偿以更新pwm频率，使系统实现恒流；

步骤3.如果选择恒压模式，则adc模块将采样到的电流与电压信号分别转换为数字量，其中电流信号与允许过载电流进行比较，电压信号与设定参考量进行比较；判断电流是否超过设定的额定电流；

若超过额定电流，则产生中断，进入错误联防子程序，判断是否关闭pwm输出；

若没有超过额定电流，则将电压误差送至pi调节器进行数字补偿以更新pwm频率，使系统实现恒压。

进一步的，所述数字电源软启动子程序流程包括以下步骤：

步骤1.设定一个初始的电压参考量；

步骤2.接受adc模块采样并数字化后的电压电流信号，判断输出电流是否超过允许过载电流；

若超过，则进入错误联防模块进行保护判断；

若未超过，则将采样到的电压信号与初始参考值做差，将得到的误差信号进行pi调节，将电压参考值增加δu作为新的参考量，进入下一次循环，直到输出电压升到额定电压，软启动标志位置，产生中断，返回主程序。

进一步的，所述数字电源的电压保护流程包括以下步骤：

在进入错误联防子程序后，首先判断电压是否超过设定的最大允许过载电压；

若超过，则关闭pwm输出模块；

若未超过，则判断是否在允许过载范围内；

若在允许过载范围内，则开始累加计时，不允许其长时间处于允许过载范围内，超过一定时间则关闭pwm输出；

若不再允许过载范围，则说明电压已恢复正常值，跳出错误联防子程序，回到主程序，进入pi调节环节。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明能够改善模拟开关电源发热量大、精度低等缺点对led照明灯的影响，同时该数字电源具有结构简单、控制灵活、实用性较强的特点。

本发明适用于对动态响应要求较高的场合，以及模拟器件容易受温度影响和灯具内部温度较高的led照明灯使用的数字电源。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明led照明灯用数字电源控制主程序流程图图；

图3为本发明led照明灯用数字电源软启动子程序流程图；

图4为本发明过电压保护流程图；

图5为本发明数字电源不同负载下的效率图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1和图2描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

本发明是一种led照明灯用数字电源，如图1所示，图1为本发明的整体结构示意图。

在图1中，本发明一种led照明灯用数字电源主要由输入保护电路、emi电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、功率转换电路以及控制电路构成。

其中，220v交流电源通过线路连接输入保护电路的输入端，输入保护电路的输出端通过线路连接emi滤波电路的输入端，emi滤波电路的输出端通过线路连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端通过线路连接功率因数校正电路的输入端，功率因数校正电路的输出端通过线路连接功率转换电路的输入端，功率转换电路的输出端通过线路连接到输出滤波电路的输入端，输出滤波电路的输出端通过线路分别连接到直流输出电路的输入端以及采样电路的输入端，采样电路的输出端通过线路连接到adc模块的输入端，adc模块的输出端通过线路连接到控制算法控制器的输入端，控制算法控制器的输出端通过线路连接到pwm信号发生器的输入端，pwm信号发生器的输出端的通过线路连接到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端通过线路连接到功率转换电路的输入端；通信模块与pwm信号发生器、控制算法控制器、adc模块实行双向交互。

本发明所述输入保护电路主要包括过电流保护、过电压保护以及浪涌电流保护构成。是由熔断丝fu、压敏电阻rv、热敏电阻rt的一端连接在一起组合成y型电路构建成一个二端口网络作为输入保护电路；熔断丝fu和压敏电阻rv的另一端作为二端口网络的输入端通过线路连接到交流电源；压敏电阻rv和热敏电阻rt的另一端作为二端口网络的输出端通过线路连接到emi滤波电路的输入端。其中熔断丝fu起着过流保护的作用，压敏电阻rv起着过电压保护的功能，热敏电阻rt起着浪涌电流保护的功能。

所述emi滤波电路在输入保护电路之后，为了不使开关电源的高频谐波进入电网，同时保护开关电源不受其他设备的电磁干扰。

进一步通过整流电路为功率变换电路提供较为平稳的直流电。功率因数校正电路通常接在整流电路之后，用来改善输入电流波形，减少无功功率，提高电能利用率。

所述功率变换部分将经过滤波电容之后脉动较小的直流高压变成所需要的直流低压。输出滤波通过进一步滤波以得到更稳定的输出。

所述采样电路是将输出的电压、电流等进行采样，将采样信息送给反馈控制回路以控制输出。反馈控制功能主要由数字控制芯片实现。数字控制芯片输出的pwm信号功率小，因此在pwm输出端口接驱动电路将功率放大才能可靠驱动开关管。通过通信部分将状态信息与cpu进行信息交互，从而监控其工作状态。

如图2所示，图2为本发明led照明灯用数字电源控制主程序流程图。

本发明led照明灯用数字电源控制主程序流程包括以下步骤：

首先初始化系统时钟，随后对adc模块、pwm模块以及错误联防模块进行初始化，然后启动adc模块采样，并对功率级电路进行软启动，待接收到软启动结束信号后选择恒流模式或恒压模式，恒流模式和恒压模式的工作流程基本一致。

如果选择恒流模式，则adc模块将采样到的电流与电压信号分别转换为数字量，其中电压信号与允许过载电压进行比较，电流信号与设定参考量进行比较；先判断电压是否超过设定的额定电压，若超过额定电压，则产生中断，进入错误联防子程序，判断是否关闭pwm输出；若没有超过额定电压，则将电流误差送至pi调节器进行数字补偿以更新pwm频率，使系统实现恒流。

如果选择恒压模式，则adc模块将采样到的电流与电压信号分别转换为数字量，其中电流信号与允许过载电流进行比较，电压信号与设定参考量进行比较；先判断电流是否超过设定的额定电流，若超过额定电流，则产生中断，进入错误联防子程序，判断是否关闭pwm输出；若没有超过额定电流，则将电压误差送至pi调节器进行数字补偿以更新pwm频率，使系统实现恒压。

如图3所示，图3为本发明led照明灯用数字电源软启动子程序流程图。

本发明led照明灯用数字电源软启动子程序流程包括以下步骤：

首先设定一个初始的电压参考量，不宜设置过大，这样才能保证电容的充电电流不会突然增大很多；

然后接受adc模块采样并数字化后的电压电流信号，判断输出电流是否超过允许过载电流；若超过，则进入错误联防模块进行保护判断；若未超过，则将采样到的电压信号与初始参考值做差，将得到的误差信号进行pi调节，将电压参考值增加δu作为新的参考量，进入下一次循环，直到输出电压升到额定电压，软启动标志位置1，产生中断，返回主程序。

如图4所示，图4为本发明过电压保护流程图。

本发明过电压保护流程包括以下步骤：

在进入错误联防子程序后，首先判断电压是否超过设定的最大允许过载电压，若超过，则关闭pwm输出模块；若未超过，则判断是否在允许过载范围内。

若在允许过载范围内，则开始累加计时，不允许其长时间处于允许过载范围内，超过一定时间则关闭pwm输出；若不再允许过载范围，则说明电压已恢复正常值，跳出错误联防子程序，回到主程序，进入pi调节环节。

如图5所示，图5为本发明数字电源不同负载下的效率图。

从数字电源负载在百分之20至满载时的效率值，可以看到百分之20负载时，数字电源的效率达到了85.98%，满载时最高效率为92.8%，满足国家标准的要求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。