專利名稱：一種自動調整輸出亮度的led路燈驅動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子技術領域，涉及一種自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路。尤其涉及一種可根據時間、環(huán)境亮度、LED芯片溫度自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路。
背景技術：
LED照明由電能直接轉變?yōu)楣饽?，效率高、有效流明?shù)高，一般120W的LED路燈相當于400W傳統(tǒng)高壓鈉燈的照度，可節(jié)省大量能源。另一方面，LED光源具有壽命長、免維修、易實現(xiàn)調光和智能控制，不含汞、鉛等有害物質，無污染和環(huán)保等優(yōu)勢，使用LED照明可減少二氧化碳，二氧化硫等污染廢氣3億5千萬噸。LED照明具有突出的節(jié)能、環(huán)保、壽命長的三大優(yōu)點。無論從我國節(jié)能減排戰(zhàn)略還是從光源、燈具業(yè)界發(fā)展戰(zhàn)略上看，都需極力發(fā)展半導體照明。控制大功率LED的發(fā)光亮度，實質是控制它的輸出光通量。LED的發(fā)光亮度與正向平均電流大小基本上成正比關系，可通過控制LED的正向電流IF來控制其發(fā)光亮度。根據I-V關系，也可以通過控制其正向電壓VF控制其正向電流IF，從而控制其發(fā)光亮度。但如果采用恒壓源驅動，微小的電壓變化會引起IF的較大變化，引起LED發(fā)光亮度的較大變化。因此，大功率LED驅動電源技術一般采用恒流源驅動。與傳統(tǒng)的電壓型Buck，Boost， Buck-Boost變換器不同的是大功率LED的驅動電路的反饋量是流過LED的電流信號而不是輸出電壓信號，以此來實現(xiàn)LED的恒流驅動要求。常規(guī)的恒流驅動電路，不能根據環(huán)境光的變化自適應調節(jié)輸出亮度。另外LED長時間工作將導致芯片結溫上升，而LED的有效壽命和輸出光通量都與結溫成反比的。因此對LED的芯片結溫進行實時檢測，并根據檢測結果自動調節(jié)輸出功率，將能夠有效地控制住結溫，防止LED的提前老化，大大延長LED路燈的使用壽命。由于全國各個地方的天亮與天黑的時間都不相同，就是同一個地方一年四季的天亮與天黑的時間也不相同。因此將各地的不同情況存儲到微電腦中，根據地點和季節(jié)的變化自動開啟和關閉路燈，將能夠有效地節(jié)約能源，降低工作人員的工作量。綜上所述，一種可以根據時間，環(huán)境亮度，LED芯片溫度自動調整輸出亮度和開關的LED路燈控制系統(tǒng)，將給社會帶來巨大的經濟效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有LED驅動電路的不足，提供一種自動調整輸出亮度的 LED路燈驅動電路。尤其涉及一種可根據時間、環(huán)境亮度、LED芯片溫度自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路。本發(fā)明提供了一種可以根據時間，環(huán)境亮度，LED芯片溫度自動輸出亮度的隔離式單管反激高性能通用照明LED路燈驅動電路，具有隔離式LED驅動電路的安全性，同時具有功率因數(shù)校正功能和自動調光功能，并且具有過壓保護功能。本發(fā)明驅動電路的特征在于， 其中總開關控制模塊采用光控為主，微電腦時控為輔的雙控工作方式，主控失控時(天氣變化、外部干擾或自身故障)，輔控自動接替工作，定時1輔助(光控)夜間開燈，定時2輔助(光控)白天關燈。光控按設定的照度控制路燈的啟、閉運行。當光控失控時，例如由黃昏區(qū)進入夜間區(qū)(或在夜間區(qū))未開燈，則定時1將自動開燈，并至黎明區(qū)關燈；若光控經黎明區(qū)進入白天區(qū)未關燈(遇大霧天氣)，則定時2將自動關燈并至黃昏區(qū)，由此確保夜間必開燈，白天必關燈。從控制技術上消除了盲燈和長明燈的出現(xiàn)。具體而言，本發(fā)明的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，包括輸入浪涌保護及電磁干擾抑制電路，帶功率因素校正(PFC)功能的單管反激開關電源電路、LED芯片溫度檢測電路，環(huán)境亮度檢測電路，萬年歷歷時鐘芯片及其外圍電路，微電腦控制電路及過壓保護電路，其特征在于浪涌保護模塊由壓敏電阻R2構成；浪涌(surge)，又叫突波，是存在于供電系統(tǒng)中的一種極為普遍的電壓/電流瞬間過大的波動現(xiàn)象。浪涌保護器能在極短的時間內導通分流，避免浪涌對回路中其他設備的損害。本發(fā)明設計LED驅動電路時充分考慮浪涌的影響，避免異常情況下的浪涌損壞整個驅動電路。電磁干擾抑制電路中采用EMI保護模塊，由電容C1、C2、C3、C4和電感Ll組成；當開關電源工作時，內部的電壓和電流波形都是以非常短的時間上升和下降的，形成一個時頻干擾發(fā)射源。為此，在電源輸入端接上濾波器抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾，同時抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。帶功率因素校正(PFC)功能的單管反激開關電源電路中采用的PFC模塊由電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、二極管 D2、D3、 電容C5、C6、C7、C8、C9、M0S場效應管Ql、變壓器Tl的初級及次級Tl-B以及意法半導體公司的功率因素校正芯片L6562組成；為減少對交流電網的諧波污染，要求交流輸入電源采取措施降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。功率因數(shù)的高低對LED驅動器高效、安全、穩(wěn)定的運行有著直接影響。L6562芯片工作在過渡模式的電流型PFC控制器，在高線性乘法器中嵌入了 AC輸入電流總諧波失真(THD)最優(yōu)化電路，從而能在寬范圍的AC線路輸入電壓和一個大的負載范圍內提供非常低的THD及高次諧波成份。本發(fā)明中，開關電源模塊的光耦隔離反饋電路由電阻R20、電容C13及光耦U2組成；過壓保護電路由電阻R21、R22、R23、R24、電容C14、C15、二極管D5、運算放大器U3-1組成；功率級主電路由場效應管Q1、變壓器的初級繞組及L6562組成；開關電源變換器中，為使輸出電壓保持穩(wěn)定，并達到一定的穩(wěn)定精度，采用反饋控制系統(tǒng)。開關電源的功率級主電路與反饋控制電路構成一個自動控制系統(tǒng)。反饋采用恒流與恒壓雙重反饋。運算放大器的兩個輸出端分別通過一個二極管D5、D6，經過電阻R20接到光耦發(fā)送端的負極。這兩個輸出信號相當于組成了一個或門，哪一路信號先到達閾值，哪一路就起作用。設計時正常使用的情況下通過與LED串聯(lián)的采樣電阻R25將LED燈中流過的電流信號轉化為電壓信號，輸入到運算放大器作為反饋控制信號，此時的輸出電壓值應該小于設定的恒壓反饋值，所以恒壓保護電路不起作用，電路為恒流輸出。當負載斷開，恒壓反饋電路就開始工作，將輸出電壓穩(wěn)定住，防止輸出不斷加大而燒毀器件。本發(fā)明中，環(huán)境亮度檢測電路由電阻R35、R33、電容C21、硫化鎘光敏電阻R34組成；在黑暗環(huán)境里，硫化鎘的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子-空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子-空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關系稱為光譜特性，亦稱為光譜響應。對應于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的。硫化鎘光敏電阻的光譜響應的峰值在可見光區(qū)域，與人眼的響應很相似，可以有效地防止紅外線及紫外線的干擾。此電路將電阻值的變化轉化為電壓值的變化， 輸入到微電腦的AD輸入口，微電腦根據預先保存好的亮度與電壓曲線就可以知道當前的環(huán)境亮度了。本發(fā)明中，LED芯片溫度檢測電路由電阻R38、R36、電容C22、溫度傳感器R37組成； 熱敏電阻是一種新型半導體感溫元件，具有靈敏度高、體積小、壽命長的優(yōu)點。熱敏電阻的阻值與溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性較大，在實際使用中要進行線性化處理。此電阻將熱敏電阻R37與固定電阻R38、R36串聯(lián)，接+5V電源，當溫度改變時，R37阻值改變，其兩端的電壓隨之改變，輸入到微電腦的AD輸入口，微電腦根據預先保存好的溫度與電壓曲線就可以知道LED芯片的溫度了。本發(fā)明中，萬年歷電路由電阻R39、R40、R41、R42、R43、電容C25、二極管D43、D44、 晶振Xl、萬年歷芯片U5、電池BTl組成。萬年歷芯片采用上海貝嶺公司的BL5372。BL5372內部集成了一低功耗的穩(wěn)壓電源，故能夠使惡劣的環(huán)境條件下仍能保持振蕩器正常在很低的功耗工作；它的工作電流在3. 6工作電壓下只有400nA。因此一顆普通的鋰電池將可以使用十年以上。在正常工作條件下，它由市電電源供電。當斷電時，它自動切換到由電池供電。它還具有晶振停振檢測鎖存的功能.通過檢測該位可以檢測內部時鐘數(shù)據的有效性.BL5372 內置了數(shù)字時間調整電路，可以保證時鐘走時的高精度，并且有32KHz和32. 768KHz兩種晶振選擇。它可以通過IIC接口與微電腦通訊，并且可以軟件設定每小時或每分鐘產生中斷， 使用起來很方便。本發(fā)明中，單向整流輸出電路由變壓器次級繞組T1-D、二極管D4、電容CIO、ClU C12及作為負載的發(fā)光二極管Dll……D38組成；微電腦工作電源電路由變壓器次級繞組 T1-C、二極管D8、電容C20、C27、(^8、(^9、C30組成及TOLM1117穩(wěn)壓到+5V作為微電腦芯片的供電電源。LM1117跟傳統(tǒng)的7805穩(wěn)壓塊比較起來輸出電壓精度更高，達到1%，并且內部具有溫度補償功能，可以做為參考電壓源使用。本發(fā)明中，微電腦控制芯片采用宏晶科技公司的微電腦芯片STC12C5612AD。此芯片以8051為內核，帶有8路精度達10位的AD輸入口，使得與溫度傳感器及亮度傳感器的接口電路十分簡單，簡化了外圍電路設計，降低了成本。它還帶有兩路精度為8位的PWM輸出口，輸出電流控制由PWM信號口輸出一個占空比可調的數(shù)字信號經過兩級RC低通濾波電路轉化為直流模擬電壓信號作為反饋電流的控制信號。本發(fā)明具有以下特點1、光控時控雙套控制技術總開關控制模塊設計采用光控為主，微電腦時控為輔的雙控工作方式，主控失控時(天氣變化、外部干擾或自身故障)，輔控自動接替工作，定時1輔助(光控)夜間開燈， 定時2輔助(光控)白天關燈。光控按設定的照度控制路燈的啟、閉運行。當光控失控時， 例如由黃昏區(qū)進入夜間區(qū)(或在夜間區(qū))未開燈，則定時1將自動開燈，并至黎明區(qū)關燈； 若光控經黎明區(qū)進入白天區(qū)未關燈(遇大霧天氣)，則定時2將自動關燈并至黃昏區(qū)，由此確保夜間必開燈，白天必關燈。從控制技術上消除了盲燈和長明燈的出現(xiàn)。
2、PFC與開關電源整體設計 本設計采用單級功率因數(shù)校正器，主要是將PFC級和DC/DC變換級集成在一起，兩級共用開關管。它與傳統(tǒng)的兩級電路相比省掉了一個M0SFET，增加了一個二極管，簡化了電路，提高了效率。3、LED照明亮度可調LED采用恒壓恒流雙層控制，使LED上流過的電流不受外界電源電壓變化、環(huán)境溫度變化以及LED參數(shù)離散性的影響，保持電流恒定，充分發(fā)揮LED的各種特性。4、微電腦采用宏晶科技公司的STC12C560AD芯片。此芯片以通用的8051芯片為內核，同時增加了許多新的功能。它帶有8個精度達到10位的AD輸入口，可以精確地測量出環(huán)境亮度和LED芯片溫度。同時它還帶有二個8位的PWM輸出口，可以方便將數(shù)字信號轉化為模擬信號輸出，有效地簡化了外圍電路設計。5、功率因數(shù)校正芯片選用L6562。L6562芯片工作在過渡模式的電流型PFC控制器，在高線性乘法器中嵌入了 AC輸入電流總諧波失真(THD)最優(yōu)化電路，從而能在寬范圍的AC線路輸入電壓和一個大的負載范圍內提供非常低的THD及高次諧波成份。


圖1是本發(fā)明電路工作框圖。圖2是本發(fā)明電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步描述本發(fā)明。實施例1如圖1所示，電路主要由浪涌保護和電磁干擾抑制電路、L6562、隔離式開關變壓器Tl、MOS場效應管Q1、微電腦芯片STC12C5612AD、穩(wěn)壓管LM1117、光耦隔離器PC817、運算放大器LM358及電阻、電容、二極管構成。由L6562及其外圍電路構成功率因數(shù)校正，開關變壓器Tl完成電壓轉化，光耦PC817實現(xiàn)輸出電路與輸入市電電路隔離，運算放大器 LM358完成了輸出電壓的采樣及恒流恒壓控制，以及它們之間的自動切換，時間由萬年歷芯片BL5372提供，溫度傳感電路由MFD-502-34型熱敏電阻組成，亮度傳感電路由硫化鎘光敏電阻組成，微電腦芯片STC12C5612AD完成了溫度與亮度信號的檢測、與萬年歷芯片的通訊及輸出電流的控制信號。
權利要求
1.一種自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，包括輸入浪涌保護及電磁干擾抑制電路，帶功率因素校正功能的單管反激開關電源電路、LED芯片溫度檢測電路，環(huán)境亮度檢測電路，萬年歷時鐘芯片及其外圍電路，微電腦控制電路及過壓保護電路，其特征在于，所述的輸入浪涌保護模塊由壓敏電阻R2構成；電磁干擾抑制電路中采用EMI保護模塊，由電容 Cl、C2、C3、C4和電感Ll組成；帶功率因素校正功能的單管反激開關電源電路中模塊由電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、RlU R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、二極管 D2、 D3、電容C5、C6、C7、C8、C9、M0S場效應管Q1、變壓器Tl的初級及次級Tl-B以及功率因素校正芯片L6562組成；開關電源模塊的光耦隔離反饋電路由電阻R20、電容C13及光耦U2組成；過壓保護電路由電阻R21、R22、R23、R24、電容C14、C15、二極管D5、運算放大器U3-1組成；環(huán)境亮度檢測電路由電阻R35、R33、電容C21、硫化鎘光敏電阻R34組成LED芯片溫度檢測電路由電阻R38、R36、電容C22、溫度傳感器R37組成；萬年歷電路由電阻R39、R40、R41、 R42、R43、電容C25、二極管D43、D44、晶振XI、萬年歷芯片U5、電池BTl組成；微電腦控制電路由變壓器次級繞組T1-C、二極管D8、電容C20、C27、C28、C29、C30組成。
2.按權利要求1所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的驅動電路其總開關控制模塊設計采用光控為主，微電腦時控為輔的雙控工作方式，光控按設定的照度控制路燈的啟、閉運行，主控失控時輔控自動接替工作。
3.根據權利要求1所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的微電腦控制電路中采用的控制芯片是STC12C5612AD控制芯片。
4.根據權利要求1所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的萬年歷時鐘芯片電路中的萬年歷時鐘芯片為BL5372芯片。
5.根據權利要求1所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的環(huán)境亮度檢測電路中采用環(huán)境亮度傳感器為硫化鎘光敏電阻。
6.根據權利要求5所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的環(huán)境亮度傳感器為硫化鎘光敏電阻。
7.根據權利要求1所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的 LED芯片溫度檢測電路中采用LED芯片溫度傳感器。
8.根據權利要求7所述的自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路，其特征在于，所述的 LED芯片溫度傳感器為MFD-502-;34型熱敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明屬電子技術領域，涉及一種自動調整輸出亮度的LED路燈驅動電路。包括輸入浪涌保護及電磁干擾抑制電路，帶功率因素校正功能的單管反激式開關電源電路，環(huán)境亮度檢測電路，芯片溫度檢測電路，萬年歷芯片及其外圍電路，微電腦控制的輸出電流自動調整開關電路。本發(fā)明總開關控制模塊采用光控為主，微電腦時控為輔的雙控工作方式，主控失控時，輔控自動接替工作，光控按設定的照度控制路燈的啟、閉運行。本發(fā)明具有功率因素校正，及根據時間，環(huán)境亮度，LED芯片溫度自動調整輸出電流，能控制發(fā)光亮度，以直接調整輸出電流為控制方式，與傳統(tǒng)低頻PWM控制方法相比，電磁干擾小，對人眼更友好。
文檔編號H05B37/02GK102215618SQ20101014475
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者郭繼強, 陳雄 申請人:上海半導體照明工程技術研究中心, 復旦大學