專利名稱：一種程控scr大功率led高效電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)，尤其涉及一種程控SCR方式對(duì)大功率LED的非隔離高效驅(qū)動(dòng)電源電路。
背景技術(shù)：
LED (Light Emitting Diode)是一種節(jié)能、長(zhǎng)壽命、環(huán)保型的新光源，隨著LED光源技術(shù)的快速發(fā)展及生產(chǎn)成本的下降，其在照明領(lǐng)域的使用比例逐漸加大。如果用LED照明光源取代目前傳統(tǒng)照明光源數(shù)量的50%，每年我國(guó)節(jié)省的電量就相當(dāng)于一個(gè)三峽電站發(fā)電量的總和，其節(jié)能效益十分可觀。LED光源在照明市場(chǎng)的前景已令全球矚目，它正在給照明領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)全新的綠色革命。額定電流為幾十毫安的LED稱為小功率LED，額定電流大于300mA的LED稱為大功率LED。目前，大功率LED已經(jīng)成熟并應(yīng)用與各個(gè)場(chǎng)所，并隨著技術(shù)的進(jìn)步，高效的大功率 LED將逐步取代白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈等傳統(tǒng)光源，成為照明的主流光源。大功率LED為低壓驅(qū)動(dòng)，對(duì)其而言，市電是高電壓，這就需要一個(gè)降壓過(guò)程，目前主要的降壓方式有工頻變壓器降壓、高頻變壓器降壓、電容降壓、電阻降壓和固定觸發(fā)可控硅SCR降壓五種方式。在大功率LED驅(qū)動(dòng)電路中，工頻變壓器降壓和高頻變壓器降壓屬于隔離驅(qū)動(dòng)方式，因?yàn)橛凶儔浩鞯拇嬖?，?qū)動(dòng)效率較低；電容降壓方式不能提供大的驅(qū)動(dòng)電流， 因此不適用于大功率LED驅(qū)動(dòng)；電阻降壓方式因?yàn)殡娮璞旧砭拖哪芰?，因此?qū)動(dòng)效率較低；固定觸發(fā)可控硅SCR降壓方式雖然是非隔離驅(qū)動(dòng)方式，但因目前可控硅的觸發(fā)時(shí)間都是在出廠是通過(guò)電位器調(diào)整后固定下來(lái)，因此適應(yīng)負(fù)載變化的能力很差，還需要后續(xù)的二次降壓調(diào)節(jié)，降低了驅(qū)動(dòng)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)大功率LED，提出一種程控可控硅SCR觸發(fā)的降壓方式來(lái)達(dá)到非隔離高效率大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路可以穩(wěn)定大功率LED電路的電流。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種程控SCR大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，包括可控硅SCR整流濾波電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路、大功率LED電路、電流采樣電路、PWM信號(hào)光隔電路、可控硅SCR 觸發(fā)信號(hào)光隔電路、過(guò)零檢測(cè)電路和單片機(jī)控制電路；
所述過(guò)零檢測(cè)電路的輸入連接到交流電源AC，輸出與所述單片機(jī)控制電路的中斷信號(hào)相連，其用于檢測(cè)交流電源AC的過(guò)零點(diǎn)，并觸發(fā)控制信號(hào)的產(chǎn)生；
所述可控硅SCR整流濾波電路輸入連接到交流電源AC，輸出連接到所述PWM驅(qū)動(dòng)電路， 其用于將交流電整流為直流電；
所述PWM驅(qū)動(dòng)電路的輸入連接到所述可控硅SCR整流濾波電路，輸出連接到大功率LED 電路，其用于驅(qū)動(dòng)大功率LED ；
所述電流采樣電路的輸入連接到所述HVM驅(qū)動(dòng)電路，輸出連接到所述單片機(jī)控制電路，用于采樣驅(qū)動(dòng)控制電路的電流；所述單片機(jī)控制電路的一輸出端通過(guò)所述SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路與所述可控硅SCR整流濾波電路相連，用于對(duì)所述可控硅SCR整流濾波電路的發(fā)送觸發(fā)指令；另一輸出端通過(guò)所述PWM信號(hào)光隔電路與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路相連，用于調(diào)整PWM控制信號(hào)的占空比。所述單片機(jī)控制電路內(nèi)部設(shè)有比較模塊，用于比較采樣電流與設(shè)定值，并據(jù)此調(diào)整可控硅SCR的觸發(fā)指令的發(fā)送時(shí)間。進(jìn)一步，所述可控硅SCR整流濾波電路的二極管D2和二極管D3的正極相連并接地，所述二極管D2的負(fù)極與可控硅SCRl的正極相連，所述二極管D3的負(fù)極分別與可控硅 SCR2的正極相連，交流電源AC接入所述二極管與可控硅之間；所述可控硅SCRl和可控硅 SCR2的負(fù)極相連后，一路接入直流電源，另一路與電容C8并聯(lián)后與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路2相連；所述可控硅SCRl和可控硅SCR2的控制極相連后，經(jīng)電阻R11、電阻R12后接入所述直流電源，所述電阻Rll和電阻R12之間引出觸發(fā)信號(hào)線與所述SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路6的輸出相連。進(jìn)一步，所述PWM驅(qū)動(dòng)電路的輸入分別與大功率LED電路的正極、電容C9和二極管D4的負(fù)極相連，所述電容C9的另一端串聯(lián)電感Ll后與所述二極管D4的正極并聯(lián)后串聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管Tl和采樣電阻R14后接地；所述電容C9和電感Ll之間引出線與所述大功率LED 電路的負(fù)極相連；所述場(chǎng)效應(yīng)管Tl的柵極經(jīng)電阻R13后與所述PWM信號(hào)光隔電路5的輸出相連；所述場(chǎng)效應(yīng)管Tl與采樣電阻R14之間的引出線與所述電流采樣電路4的輸入連接。本發(fā)明的有益效果是單片機(jī)實(shí)時(shí)采集大功率LED的電流，并據(jù)此調(diào)整可控硅SCR 的觸發(fā)時(shí)間改變大功率LED兩端電壓，以提高大功率LED驅(qū)動(dòng)效率，同時(shí)輔助調(diào)整PWM占空比，共同達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)整大功率LED電流為恒流的目的，也就是保證了大功率LED高效、穩(wěn)定、 可靠工作。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1程控SCR大功率LED驅(qū)動(dòng)電路框圖； 圖2過(guò)零檢測(cè)電路；
圖3單片機(jī)控制電路； 圖4可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路； 圖5 PWM信號(hào)光隔電路； 圖6 SCR整流濾波電路和PWM驅(qū)動(dòng)電路； 圖7電流采樣電路；
圖中1.可控硅SCR整流濾波電路；2. PWM驅(qū)動(dòng)電路；3.大功率LED電路；4.電流采樣電路；5. PWM信號(hào)光隔電路；6.可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路；7.過(guò)零檢測(cè)電路；8. 單片機(jī)控制電路。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的程控SCR大功率LED高效驅(qū)動(dòng)電源電路實(shí)施例電路組成框圖，其中包括全橋可控硅SCR整流濾波電路1、PWM驅(qū)動(dòng)電路2、大功率LED電路3、電流采樣電路 4、PWM信號(hào)光隔電路5、可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路6、過(guò)零檢測(cè)電路7、單片機(jī)控制電路 8。全橋可控硅SCR整流濾波電路1與PWM驅(qū)動(dòng)電路2和可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路6 分別相連，PWM驅(qū)動(dòng)電路2與大功率LED電路3和PWM信號(hào)光隔電路5、電流采樣電路4分別相連，單片機(jī)控制電路8分別與電流采樣電路4、PWM信號(hào)光隔電路5、可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路6、過(guò)零檢測(cè)電路7相連。圖2是過(guò)零檢測(cè)電路7，由二極管Dl、穩(wěn)壓管Wl、三極管Ql、光耦TO、電阻R6、電阻 R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、獨(dú)立電源+V2構(gòu)成；市電交流電一端定義為AC，另一端定義為ACGND，當(dāng)AC為正電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)二極管D1、限流電阻R6、電阻R8、三極管Ql基極，三極管 Ql導(dǎo)通，光耦內(nèi)LED有電流流過(guò)發(fā)光，光耦內(nèi)光敏三極管導(dǎo)通，PDO點(diǎn)呈低電平；當(dāng)AC為負(fù)電壓時(shí)，由于二極管Dl的存在，三極管Ql基極沒(méi)有偏置電壓因而三極管Ql不導(dǎo)通，光耦U5 內(nèi)LED沒(méi)有電流流過(guò)不發(fā)光，光耦TO內(nèi)光敏三極管不導(dǎo)通，PDO點(diǎn)呈高電平。當(dāng)PDO點(diǎn)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，正好是交流AC從負(fù)越過(guò)零點(diǎn)變?yōu)檎臅r(shí)刻，從而成為可控硅SCR觸發(fā)的時(shí)間開(kāi)始點(diǎn)。PDO點(diǎn)與單片機(jī)的外部中斷INTO相連以便單片機(jī)中斷定時(shí)。圖3是單片機(jī)控制電路，由單片機(jī)Ul (ATMEGA128)、晶振Y1、電阻R1、電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4構(gòu)成。單片機(jī)Ul的外部中斷腳INTO檢測(cè)市電AC的過(guò)零點(diǎn)，并以此作為可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間；單片機(jī)Ul的ADCl腳檢測(cè)大功率LED電流信號(hào)，當(dāng)大功率LED電流過(guò)大時(shí)，將在當(dāng)前觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上延遲一個(gè)微小增量時(shí)間從PAl腳發(fā)出可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)；反之，當(dāng)大功率LED電流過(guò)小時(shí)，將在當(dāng)前觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上提前一個(gè)微小增量時(shí)間從PAl腳發(fā)出可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)，從而調(diào)節(jié)大功率LED電流；同時(shí)輔助微調(diào)節(jié)PWM占空比并從腳PB6輸出PWM驅(qū)動(dòng)電路2的PWM控制信號(hào)，以精確控制大功率LED的電流。圖4是可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路，由三極管Q3、電阻R15、電阻R16、光耦U6 和獨(dú)立電源+V3構(gòu)成。單片機(jī)Ul發(fā)出的SCR觸發(fā)信號(hào)經(jīng)三極管Q3、電阻R15、電阻R16點(diǎn)亮光耦TO中的發(fā)光二極管，光耦TO中的光敏三極管通過(guò)獨(dú)立電源+V3和全橋可控硅SCR 整流濾波電路1中的電阻Rll觸發(fā)可控硅SCRl、可控硅SCR2導(dǎo)通與截止，從而完成可控硅 SCRl、可控硅SCR2的程控觸發(fā)。圖5 PWM信號(hào)光隔電路，由三極管Q2、電阻R17、電阻R18、光耦U7和獨(dú)立電源+V4 構(gòu)成，單片機(jī)Ul發(fā)出的PWM信號(hào)經(jīng)三極管Q2和電阻R17、電阻R18點(diǎn)亮光耦U7中的發(fā)光二極管，光耦U7中的光敏三極管通過(guò)獨(dú)立電源+V4和PWM驅(qū)動(dòng)電路2中的電阻R13觸發(fā)場(chǎng)效應(yīng)管Tl導(dǎo)通與截止，從而完成PWM驅(qū)動(dòng)。圖6是可控硅SCR整流濾波電路和PWM驅(qū)動(dòng)電路，全橋可控硅SCR整流濾波電路1 由二極管D2、二極管D3、可控硅SCRl、可控硅SCR2，電容C8，電阻R11、電阻R12和獨(dú)立電源 (+V3、GND3)構(gòu)成。二極管D2和二極管D3的正極相連并接地，二極管D2的負(fù)極與可控硅 SCRl的正極相連，二極管D3的負(fù)極分別與可控硅SCR2的正極相連，交流電源AC接入所述二極管與可控硅之間；可控硅SCRl和可控硅SCR2的負(fù)極相連后，一路接入獨(dú)立電源(+V3、 GND3)，另一路與電容C8并聯(lián)后與PWM驅(qū)動(dòng)電路2輸入端相連；可控硅SCRl和可控硅SCR2 的控制極相連后，經(jīng)電阻R11、電阻R12后接入獨(dú)立電源(+V3、GND3),所述電阻Rll和電阻 R12之間引出觸發(fā)信號(hào)線與SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路6的輸出相連。PWM驅(qū)動(dòng)電路2的輸入
5分別與大功率LED電路的正極、電容C9和二極管D4的負(fù)極相連，電容C9的另一端串聯(lián)電感Ll后與所述二極管D4的正極并聯(lián)后串聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管Tl和采樣電阻R14后接地；電容C9 和電感Ll之間引出線與所述大功率LED電路的負(fù)極相連；場(chǎng)效應(yīng)管Tl的柵極經(jīng)電阻R13 后與所述PWM信號(hào)光隔電路5的輸出相連；場(chǎng)效應(yīng)管Tl與采樣電阻R14之間的引出線與所述電流采樣電路4的輸入連接。 圖7是電流采樣電路，由電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電容C5、電容C6、電容 C7、運(yùn)算放大器U2 (LM324)、線性光耦U3 (HCNR201 )、運(yùn)算放大器U4 (LM324)構(gòu)成。PWM驅(qū)動(dòng)電路2中采樣電阻R14上的采樣電壓Ui經(jīng)電阻R2、電容C5組成的濾波電路濾波，再經(jīng)運(yùn)算放大器U2、線性光耦U3、運(yùn)算放大器U4組成的典型線性光耦電路后，送入單片機(jī)控制電路8的A/D轉(zhuǎn)換器通道ADCl，完成大功率LED電流信號(hào)的傳輸工作。
該驅(qū)動(dòng)電路的工作過(guò)程為過(guò)零檢測(cè)電路7檢測(cè)市電交流AC的過(guò)零點(diǎn)，并送入單片機(jī)控制電路8作為可控硅SCR觸發(fā)的參考時(shí)間點(diǎn)；電流采樣電路4檢測(cè)流過(guò)大功率LED 電路3的驅(qū)動(dòng)電流，并送入單片機(jī)控制電路8進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)單片機(jī)控制電路8判斷大功率LED電路3電流小于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)控制電路8則在可控硅SCR當(dāng)前觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上提前一個(gè)微小增量發(fā)出可控硅SCR的觸發(fā)指令，并經(jīng)可控硅SCR的觸發(fā)信號(hào)隔離電路6 觸發(fā)可控硅SCR，從而增加大功率LED電路3兩端的電壓，達(dá)到增加大功率LED電路3電流的目的；相反，當(dāng)單片機(jī)控制電路8判斷大功率LED電路3電流大于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)控制電路8則在可控硅SCR當(dāng)前觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上滯后一個(gè)微小增量發(fā)出可控硅SCR的觸發(fā)指令，并經(jīng)可控硅SCR的觸發(fā)信號(hào)隔離電路6觸發(fā)可控硅SCR，從而減小大功率LED電路3兩端的電壓，達(dá)到減小大功率LED電路3電流的目的；單片機(jī)控制電路8同時(shí)根據(jù)大功率LED 電路3的驅(qū)動(dòng)電流適時(shí)調(diào)整PWM控制信號(hào)的占空比，并經(jīng)PWM信號(hào)光隔電路5控制PWM驅(qū)動(dòng)電路2以輔助達(dá)到改變大功率LED電路3電流的目的。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種程控SCR大功率LED高效電源電路，包括可控硅SCR整流濾波電路(1 )、PWM驅(qū)動(dòng)電路(2 )、大功率LED電路(3 )、電流采樣電路(4 )、PWM信號(hào)光隔電路(5 )、可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路(6)、過(guò)零檢測(cè)電路(7)和單片機(jī)控制電路(8)；其特征在于所述過(guò)零檢測(cè)電路(7的輸入連接到交流電源AC，輸出與所述單片機(jī)控制電路(8)的中斷信號(hào)相連，其用于檢測(cè)交流電源AC的過(guò)零點(diǎn)，并觸發(fā)控制信號(hào)的產(chǎn)生；所述可控硅SCR整流濾波電路(1)輸入連接到交流電源AC，輸出連接到所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(2)，其用于將交流電整流為直流電；所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸入連接到所述可控硅SCR整流濾波電路(1 )，輸出連接到大功率LED電路，其用于驅(qū)動(dòng)大功率LED ；所述電流采樣電路(4)的輸入連接到所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(2)，輸出連接到所述單片機(jī)控制電路8，用于采樣驅(qū)動(dòng)控制電路的電流；所述單片機(jī)控制電路(8 )的一輸出端通過(guò)所述SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路(6 )與所述可控硅SCR整流濾波電路(1)相連，用于對(duì)所述可控硅SCR整流濾波電路(1)的發(fā)送觸發(fā)指令； 另一輸出端通過(guò)所述PWM信號(hào)光隔電路(5與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(2)相連，用于調(diào)整PWM控制信號(hào)的占空比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種程控SCR大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述單片機(jī)控制電路(8)內(nèi)部設(shè)有比較模塊，用于比較采樣電流與設(shè)定值，并據(jù)此調(diào)整可控硅SCR的觸發(fā)指令的發(fā)送時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種程控SCR大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述可控硅SCR整流濾波電路(1)的二極管D2和二極管D3的正極相連并接地，所述二極管D2的負(fù)極與可控硅SCRl的正極相連，所述二極管D3的負(fù)極分別與可控硅SCR2的正極相連，交流電源AC接入所述二極管與可控硅之間；所述可控硅SCRl和可控硅SCR2的負(fù)極相連后，一路接入直流電源，另一路與電容C8并聯(lián)后與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(2)相連；所述可控硅SCRl 和可控硅SCR2的控制極相連后，經(jīng)電阻R11、電阻R12后接入所述直流電源，所述電阻Rll 和電阻R12之間引出觸發(fā)信號(hào)線與所述SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路(6)的輸出相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種程控SCR大功率LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述PWM驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸入分別與大功率LED電路的正極、電容C9和二極管D4的負(fù)極相連，所述電容C9的另一端串聯(lián)電感Ll后與所述二極管D4的正極并聯(lián)后串聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管Tl和采樣電阻 R14后接地；所述電容C9和電感Ll之間引出線與所述大功率LED電路的負(fù)極相連；所述場(chǎng)效應(yīng)管Tl的柵極經(jīng)電阻R13后與所述PWM信號(hào)光隔電路(5)的輸出相連；所述場(chǎng)效應(yīng)管Tl 與采樣電阻R14之間的引出線與所述電流采樣電路(4)的輸入連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種程控SCR大功率LED高效電源電路，該電路包括可控硅SCR整流濾波電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路、大功率LED電路、可控硅SCR觸發(fā)信號(hào)光隔電路、PWM信號(hào)光隔電路、電流采樣電路、過(guò)零檢測(cè)電路和單片機(jī)控制電路，過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)市電交流AC的過(guò)零點(diǎn)，并送入單片機(jī)作為可控硅SCR觸發(fā)的參考時(shí)間點(diǎn)；電流采樣電路檢測(cè)大功率LED的驅(qū)動(dòng)電流，并送入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)控制電路判斷大功率LED電流與設(shè)定值的關(guān)系，進(jìn)而可控硅SCR當(dāng)前觸發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上提前或延遲一個(gè)微小增量發(fā)出可控硅SCR的觸發(fā)指令，從而增加或減小大功率LED電路兩端的電壓，穩(wěn)定大功率LED電路電流；并根據(jù)大功率LED電路的驅(qū)動(dòng)電流適時(shí)調(diào)整PWM控制信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定大功率LED電路電流。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102438365SQ20111031876
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者俞竹青, 蔡潔 申請(qǐng)人:常州大學(xué)