專利名稱：一種綠色智能數(shù)控led驅(qū)動電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及了一種LED驅(qū)動電源，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域尤其是高頻開關(guān)電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著照明技術(shù)的發(fā)展，LED照明技術(shù)由于其節(jié)能環(huán)保以及壽命長的優(yōu)點，已經(jīng)在生產(chǎn)生活中得到了較為廣泛的應(yīng)用。LED是將電信號轉(zhuǎn)化為光信號的半導(dǎo)體發(fā)光器件。它具有正向?qū)?，反向截止及超壓擊穿特性。LED燈應(yīng)根據(jù)用途選擇亮度確定驅(qū)動LED電源的功率驅(qū)動方式等，驅(qū)動電源的應(yīng)滿足節(jié)能，綠色經(jīng)濟，高效的要求。節(jié)能體現(xiàn)在驅(qū)動電源的功耗低；綠色經(jīng)濟體現(xiàn)在驅(qū)動電路要有較聞的功率因數(shù)；聞效體現(xiàn)在開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率聞。LED電源雖然有功耗低，節(jié)能的特點，但是由于其制造工藝復(fù)雜，材料成本高導(dǎo)致其造價比較高，而LED電源輸出電能質(zhì)量直接決定著LED燈的壽命。對LED燈進行良好維護與保養(yǎng)是LED擁有較長壽命的保證，所以對其工作狀況進行密切的監(jiān)控是十分必要的，當(dāng)其工作狀況如電壓、電流以及環(huán)境溫度等參數(shù)發(fā)生異常時，如果能及時反饋到監(jiān)控端，然后對其進行檢查維護，將大大延長LED電源及LED燈的壽命。并且當(dāng)LED燈損壞時，及時地對其進行更換維修，將會減少因為LED燈的損壞對人們的正常工作生活帶來不便。LED電源中加入功率因數(shù)校正技術(shù)是保證其輸出電能綠色經(jīng)濟的一種重要措施，而且輸出高功率因數(shù)的電能也能延長LED燈的使用壽命。常用的功率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)包括無源功率因數(shù)校正技術(shù)和有源功率因數(shù)校正技術(shù)。數(shù)控LED電源是一個新的發(fā)展方向，將單片機控制技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)電源中，實現(xiàn)開關(guān)電源的數(shù)字化、智能化，可以使其功能更加完善?；趩纹瑱C控制技術(shù)的數(shù)字電源，可實現(xiàn)更多功能，如無線遠(yuǎn)程控制、自動調(diào)光、參數(shù)顯示、GSM信息傳輸?shù)?。并且?shù)控電源輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，人際交互性強，是開關(guān)電源未來發(fā)展的一個趨勢之一。

實用新型內(nèi)容本實用新型主要針對普通大功率LED電源，功率因數(shù)低、數(shù)字智能化程度低、人機交互性差、調(diào)光方式單一、應(yīng)用場合單一以及不能及時報送異常工況信息導(dǎo)致最佳維護時機的延誤進而導(dǎo)致LED燈的壽命縮短等缺點，設(shè)計一種高效率、綠色高功率因數(shù)，可及時報送異常工況信息的綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源。本實用新型設(shè)計了一種可以通過對LED工作電壓、電流及溫度進行檢測，發(fā)現(xiàn)異常工況時通過由單片機控制的GSM模塊發(fā)送異常報警信息到監(jiān)控端，便于監(jiān)控端及時派出人員進行檢修維護避免損失；本實用新型所設(shè)計的LED驅(qū)動電源，可以進行人機交互操作，設(shè)定輸出所需要的穩(wěn)定電壓；本實用新型所設(shè)計的數(shù)控LED電源，可以根據(jù)工作場合(室內(nèi)、室外)的需要選擇相應(yīng)的工作模式，而且有相應(yīng)的調(diào)光模塊，當(dāng)用在室內(nèi)時，可以選擇基于ZIGBEE技術(shù)的無線調(diào)光方案，在室外時可以選擇根據(jù)室外的光照強度自動調(diào)光方案，也可根據(jù)需要二者結(jié)合使用；本實用新型所設(shè)計的LED電源，還具有PFC有源功率因數(shù)校正電路，PFC有源功率因數(shù)校正技術(shù)相比無源功率因數(shù)矯正技術(shù)所得到的功率因數(shù)更高，使得驅(qū)動電源輸出的電能更加綠色；本實用新型設(shè)計了一個主輸出端口的電壓、電流采樣單元，單片機控制模塊根據(jù)所采樣到的電壓、電流對輸出到開關(guān)管的PWM脈沖進行調(diào)節(jié)，進而達(dá)到對輸出電壓、電流進行調(diào)節(jié)的作用；本實用新型還設(shè)計有溫度采樣單元，對LED燈及LED電源工作的環(huán)境溫度進行實時采樣，可以把采樣到信息由單片機控制的顯示模塊進行顯示；本實用新型所設(shè)計的LED的驅(qū)動電源除了一路主輸出對LED燈供電以外，還有一路輔助輸出回路對散熱風(fēng)扇進行供電；本實用新型所設(shè)計的數(shù)控LED驅(qū)動電源，還具有一個液晶顯示模塊，對實時采樣到的溫度、電壓、電流參數(shù)進行顯示；本實用新型設(shè)計的LED驅(qū)動電路，自身具有良好的散熱性能，在開關(guān)管上用導(dǎo)熱膠和一塊金屬鐵板進行相連接，提高其散熱性能。按照本實用新型所提供的技術(shù)方案，所述一種綠色智能數(shù)控LED電源，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路包括:交流輸入整流濾波單元、PFC有源功率因數(shù)校正單元、反激電源變換單元、輸出濾波單元、恒流雙輸出單元、電壓/電流反饋采樣單元、線性光耦隔離單元、MSP430F149單片機控制模塊以及附屬測溫模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊、自動感光調(diào)光模塊、GSM無線通信模塊、單片機的輔助電源模塊、I/O擴展模塊、晶振模塊、輔助保護電路、無線遙控調(diào)光ZIGBEE模塊；所述交流輸入整流濾波單元，反激變換單元依次連接于恒流雙輸出端，在反激變換單元之前還接有一個PFC有源功率因數(shù)校正電路；恒流雙輸出端中一路為LED燈供電做為主輸出端,一路為其散熱風(fēng)扇供電作為輔助輸出端；在LED電源主輸出端通過分壓網(wǎng)絡(luò)對電壓和電流信號進行采樣后輸入到雙反饋運算放大器中，然后由雙反饋運算放大器將反饋信號通過線性隔離光耦將反饋信號輸送到單片機A/D端口，然后單片機通過PI控制算法調(diào)節(jié)PWM占空比，進而達(dá)到對電壓、電流的閉環(huán)控制實現(xiàn)恒流穩(wěn)壓輸出；單片機上還連接有溫度采樣模塊，溫度采集模塊將采集到的溫度信息通過單片機A/D轉(zhuǎn)換以后和采集到的電壓、電流參數(shù)一起發(fā)送到由單片機控制的液晶顯示模塊進行顯示；通過鍵盤模塊可以實現(xiàn)人機交互，可以向單片機中輸入所需要的電壓、電流的給定值以及異常工況報警值包括電壓、電流上下限，溫度上下限；單片機通過采集到電壓、電流與鍵盤輸入的電壓、電流參數(shù)的給定值進行比較并計算偏差，進而改變PWM占空t匕，實現(xiàn)PI調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制；GSM模塊的作用是:通過采集到的電壓、電流、溫度參數(shù)與設(shè)定的異常工況報警值作比較，當(dāng)所采集到的上述任何一個參數(shù)的值超過報警值時，單片機將通過程序由GSM模塊向監(jiān)控端發(fā)送異常信息，進而由監(jiān)控端快速派出人員進行檢查維護；自動調(diào)光模塊，由一個光敏電阻及其輔助電路連接于LED驅(qū)動電源的主輸出端，然后將采樣到的電位信息通過保護隔離電路輸送到單片機的A/D 口，單片機接受到這個電位信息以后，通過程序與給定值相比較，然后改變PWM脈沖的占空比，從而實現(xiàn)自動感光調(diào)光；與單片機相連的ZIGBEE模塊，當(dāng)接收到手持遙控模塊發(fā)送的調(diào)光信號以后，與單片機通訊，改變PWM脈沖占空比，從而實現(xiàn)無線遙控調(diào)光；單片機內(nèi)置程序可以將電源設(shè)定為室外照明、室內(nèi)照明、以及實驗用電源等模式。所述PFC有源功率因數(shù)校正單元，采用臨界導(dǎo)通模式有源PFC控制器，此功率因數(shù)校正單元采用平均電流法對輸入的電流進行整形以匹配輸入電壓的波形，進而使所得到的電能的功率因數(shù)在0.98以上。所述單片機模塊采用MSP430F149是一種超低功耗的混合信號處理器，具有超低電壓、超低功耗、強大的處理能力、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、豐富的片內(nèi)外設(shè)。所述單片機模塊可以將采集到的異常工況信息包括電壓異常信息、電流異常信息、溫度異常信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控終端，由監(jiān)控終端做出反應(yīng)，可以及時對LED燈及其電源部分進行檢查維護，延長LED燈及其驅(qū)動電源的工作壽命以及減少由于LED燈損壞給人們的工作生活帶來的不便。所述自動感光調(diào)光模塊，可由光敏電阻及其附屬電路，將光敏電阻上由于光照強度所造成的電位變化，通過隔離保護電路輸送到單片機A/D 口，并由單片機根據(jù)PI控制程序，改變PWM占空比，實現(xiàn)自動感光調(diào)光。所述無線遙控調(diào)光模塊由兩個ZIGBEE模塊構(gòu)成，其中一個ZIGBEE模塊制成手持遙控器的形式，另一個ZIGBEE模塊與單片機通過串口相連，當(dāng)需要無線調(diào)光時，由手持遙控器向其發(fā)送信號，另一塊ZTGBEE模塊接收到信號以后與單片機進行通信，最終進行改變PWM占空比實現(xiàn)無線遙控調(diào)光。所述單片機內(nèi)置程序，可以根據(jù)需要利用程序選擇LED驅(qū)動電源的用途，包括:室內(nèi)用、室外用、實驗室用。所述溫度采樣模塊將采集到的溫度信息輸送到單片機，并由單片機將溫度信息輸送到液晶顯示模塊進行顯示；如果溫度過高超過了報警值，則由單片機將此溫度信息通過GSM模塊傳送到監(jiān)控端。所述人機交互模塊包括一個液晶顯示模塊和一個鍵盤輸入模塊，實現(xiàn)人與單片機之間的交流。所述電路中還包含電磁干擾抑制電路，抑制電網(wǎng)中的電磁干擾向電源輸入，同時抑制電源中產(chǎn)生的電磁干擾向電網(wǎng)中回饋。所述反饋電路采用TSM103雙反饋運算放大器，雙反饋輸入分別為，電壓反饋輸入和電流反饋輸入，分別通過相應(yīng)的分壓網(wǎng)絡(luò)接入TSM103，一路反饋輸出通過光耦連接到單片機的A/D 口。所述LED電源有兩路輸出，一路為LED燈供電，另外一路為其散熱風(fēng)扇電路供電。所述LED電路驅(qū)動電源MOSFET開關(guān)管底部,涂抹有導(dǎo)熱膠與一塊金屬散熱板相連，提高了本LED驅(qū)動電源自身的散熱效率。本實用新型的有益效果是:I)所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，功率因數(shù)高達(dá)0.98以上，綠色節(jié)能高效。2)所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，智能化程度高，所采用主控芯片為MSP430F149低功耗混合信號處理器，具有超低壓、超低功耗、以及強大的處理能力。利用MS9430F149上述特點，所設(shè)計的LED電源輔助功能完善，包括:自動感光調(diào)光，無線遙控調(diào)光，溫度采樣，電壓、電流采樣，參數(shù)顯示、參數(shù)鍵盤輸入設(shè)定，以及GSM異常信息發(fā)送功能。3)所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，由于有GSM異常信息發(fā)送模塊，可以及時將LED驅(qū)動電源上發(fā)生的異常參數(shù)信息發(fā)送到監(jiān)控終端，方便維修人員及時對LED燈及其驅(qū)動電路檢查維護，延長了 LED燈的壽命和減少了因LED燈損壞給生產(chǎn)生活帶來的不便。4)所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，由于其輔助功能完善，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合的需要選擇其應(yīng)用模式，包括:室外路燈用，室內(nèi)禮堂用，以及實驗電源等。5)所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其電路本身，由于在主要發(fā)熱器件MOSFET管表面用導(dǎo)熱膠與金屬散熱板相連，提高了 LED驅(qū)動電源自身的散熱性能。6)所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源具有雙路輸出，其中一路為主輸出為LED燈供電，另一路為輔助輸出為LED散熱風(fēng)扇供電，提高了 LED燈散熱性能。

圖1為LED電路整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為LED主電路圖。圖3為LED功率因數(shù)校正電路圖。圖4為LED反饋回路電路圖。圖5為單片機輸出PWM保護電路圖。圖6為主控芯片MSP430F149功能結(jié)構(gòu)框圖。圖7為控制芯片主要控制算法方框圖圖8為主控芯片MSP430F149最小系統(tǒng)圖。圖9為GSM異常信息發(fā)送模塊電路圖。圖10為LED自動感光調(diào)光電路圖。圖11為LED無線遙控調(diào)光模塊電路圖。圖12為LED溫度采樣模塊電路圖。圖13為MSP430F149數(shù)字顯示模塊電路圖及鍵盤輸入模塊電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。如圖1所示，本實用新型所述電路包括:交流輸入整流濾波單元、PFC有源功率因數(shù)校正單元、反激電源變換單元、輸出濾波單元、恒流雙輸出單元、電壓/電流反饋采樣單元、線性光耦隔離單元、MSP430F149單片機控制模塊以及附屬測溫模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊、自動感光調(diào)光模塊、GSM無線通信模塊以及單片機的輔助電源模塊、I/O擴展模塊、晶振模塊、輔助保護電路，還包括一個和單片機相連的用于無線遙控調(diào)光的ZIGBEE模塊；所述交流輸入整流濾波單元，反激變換單元依次連接于恒流雙輸出端，在反激變換單元之前還接有一個PFC有源功率因數(shù)校正電路；恒流雙輸出端中一端為LED燈供電做為主輸出端，一路為其散熱風(fēng)扇供電作為輔助輸出端；在LED電源主輸出端通過分壓網(wǎng)絡(luò)對電壓和電流信號進行采樣后輸入到雙反饋運算放大器中，然后由雙反饋運算放大器將反饋信號通過線性隔離光耦將反饋信號輸送到單片機A/D端口，然后單片機通過PI控制算法調(diào)節(jié)PWM占空比，進而達(dá)到對電壓、電流的閉環(huán)控制實現(xiàn)恒流穩(wěn)壓輸出；單片機上還連接有溫度采樣模塊，溫度采集模塊將采集到的溫度信息通過單片機A/D轉(zhuǎn)換以后，和采集到的電壓、電流參數(shù)一起發(fā)送到和單片機相連的液晶顯示模塊；通過鍵盤模塊可以實現(xiàn)人機交互，可以向單片機中輸入所需要的電壓、電流的給定值以及異常報警值包括電壓、電流上下限，溫度上下限；單片機通過采集到電壓、電流與鍵盤輸入的電壓、電流參數(shù)的給定值做比較并計算偏差，進而改變PWM占空比，實現(xiàn)PI調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制；GSM模塊的作用是:通過采集到的電壓、電流、溫度參數(shù)與設(shè)定的異常報警值作比較，當(dāng)所采集到的上述任何一個參數(shù)的值超過報警值時，單片機將通過程序由GSM模塊向監(jiān)控端發(fā)送異常信息，進而由監(jiān)控端快速派出人員進行檢查維護；自動調(diào)光模塊，由一個光敏電阻及其輔助電路連接于LED驅(qū)動電源的主輸出端，然后將采樣到的電位信息通過保護隔離電路輸送到單片機的A/D 口，單片機接受到這個電位信息以后，通過程序與給定值相比較，然后改變PWM脈沖的占空比，從而實現(xiàn)自動感光PWM調(diào)光；與單片機相連的ZIGBEE模塊，當(dāng)接收到手持遙控調(diào)光信號以后，與單片機通訊，改變PWM脈沖占空比，從而實現(xiàn)無線遙控PWM調(diào)光；單片機內(nèi)置程序可以將電源設(shè)定為室外照明、室內(nèi)照明、以及實驗用電源等模式。如圖2所示，主電路中，100V 240V交流電經(jīng)過過流熔斷器Fl以及壓敏電阻VR1、EMI單元(電磁干擾抑制單元)后接入單相整流橋。其中，EMI單元，包括CX1、R2、R5以及LFl, R3和R5串聯(lián)后并聯(lián)接入主輸入電路中，LFl由兩個電感組成分別接在主輸入電路的火線和零線上，單相整流橋后接濾波整流電路，濾波整流電路包括:C5、L2、DU C3，C5的一端接整流橋的一個輸出端，后接L2、D1的陽極，二極管Dl的陰極接C3的正極，C3為電解電容。C5的另一個端子與整流橋的另一端與C3的負(fù)極接地(GNDl)。電路經(jīng)濾波電路后接RCD緩沖電路，其中RCD緩沖電路由R4、R6、C6和D4組成，其中R4與R6串聯(lián)后再與C6并聯(lián)后接D4的陰極，D4的陽極接MOSFET開關(guān)管Ql的漏極，Ql的源極經(jīng)過Rl后接地(GNDl)，Ql的門極經(jīng)過R9接PWM波輸入。RCD的上端即C6的上端接變壓器Tl的3腳。Tl的4腳和5腳形成一路輔助繞組，Tl的4腳經(jīng)過D5、R8、C8整流、限流、濾波后輸出一路12V的電源，此12V的電源經(jīng)過降壓模塊可以得到5V、3.3V的電壓為MSP430F149單片機和PFC功率因數(shù)校正芯片L6562及其它電路模塊供電，Tl的5腳接地(GNDl)。Tl的2腳懸空。Tl的副邊有8、9、10、11四個引腳，其中9引腳和11引腳構(gòu)成的繞組為主輸出電路繞組為LED燈供電，主輸出端子為V+和V-。Tl的9引腳與Rl、C1、D2組成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，此并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由Rl與Cl串聯(lián)后與D2并聯(lián)組成，并且D2的陽極與Tl的9引腳相連。然后Tl的9引腳與11引腳組成的主輸出電路中在并聯(lián)一個電解電容C2接著再并聯(lián)R3和LEDl組成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其中R2與LEDl的陽極串聯(lián)，LEDl為發(fā)光二極管。接著主電路V+—路再串聯(lián)一個電感LI,然后主輸出電路中再并聯(lián)一個電解電容C4,其中C4的正極與主輸出V+電氣端子相連，C4的負(fù)極與主輸出V-電氣端子相連。變壓器Tl的8引腳和10引腳構(gòu)成的繞組為輔助繞組為LED燈散熱風(fēng)扇供電，輔助輸出端子為V2+和V2-。Tl的8引腳與D3的陽極串聯(lián)后再與C7并聯(lián)后接輔助輸出的V2+電氣端子，Tl的10引腳與主輸出V-以及輔助輸出V2-共同接地(GND2)，其中C7的正極與Tl的8引腳，V2+相連，負(fù)極與V2-相連，C7為輔助輸出的濾波電容。此外，在主電路中，還有三個電氣端子，VA、VL、VB是為了接入PFC功率因數(shù)校正電路預(yù)留的電氣端子，其中VA接在整流橋之后的電路中，VL接在Dl的陽極，VB接在Dl的陰極。如圖3所示，PFC功率因數(shù)校正電路主要由臨界模式功率因數(shù)校正器件L6562，MOSFET開關(guān)管Q2及其輔助電路組成。由主電路引出的VA電氣端子與Rll和R13組成的串聯(lián)電路相連，然后經(jīng)過一個ClO與R17組成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接在L6562的3端即MULT端，其中ClO與R17并聯(lián)的一端和R13相連，二者并聯(lián)的另一端接地。由主電路引出的VB電氣端子經(jīng)過Rl2和R14組成的串聯(lián)電路接入L6562的I端即INV端，此外L6562的I端還經(jīng)過Rl5與地(GNDl)相連，I端INV和2端COMP之間接有一個電容C9。L6562的4腳CS經(jīng)過一個阻容網(wǎng)絡(luò)接在MOSFET管Q2的源極，這個阻容網(wǎng)絡(luò)包括C11、R19、R20, Q2的漏極接主電路引出的電氣端子VL，Q2的柵極經(jīng)過R18和D6的并聯(lián)電路與L6562的7端即⑶端相連，其中Q2的柵極與D6的陽極相連。L6562的6端接地(GNDl)，8端接12V電源，5端Z⑶經(jīng)R16和L3接地(GNDl)。如圖4所示，LED主輸出反饋回路主要由TSM103雙反饋運算放大器，光耦PC817A及其輔助電路組成。在主輸出反饋電路中，在V-上接有一個電位檢測電阻R24。從V-—端還有一個分支通過R19接到芯片U2:TSM103的Creef端。在V+ —側(cè)有一個由R23和R25組成的分壓網(wǎng)絡(luò)接在芯片U2的Vrin端，其中R25接GND2。從R24左端引出一個分壓網(wǎng)絡(luò)R26和R27，從R26和R27連接的部位引出一個導(dǎo)線接U2的Crin端。在U2:TSM103的Creef端和OUTOUT端接有一個阻容串聯(lián)電路R33和C18。在U2的Vrin端和OUTPUT端接有一個阻容電路R31和C17。U2的OUTPUT端通過R32接在光電耦合器U3的發(fā)光二極管的陰極。通過變壓器Tl的8腳引出的輔助電源通過D8和R28接在U3:PC817A的發(fā)光二極管的陽極，其中R28接在D8的陰極。在U3的發(fā)光二極管之間還并聯(lián)有電阻R30。由Tl的8腳引出的電源還存一個整流濾波電路，包括C15、D9、C16，其中D9的陽極和D8的陽極一起接在變壓器Tl的8腳。C16的陽極接在D9的陰極，C15的陽極接在U3的發(fā)光二極管的陽極，C15的陰極接在和變壓器Tl的10腳一起接地(GND2)。U3:PC817A的光敏晶體管的集電極接在5V電源上，發(fā)射極通過R34接地(GND2)。從U3的光敏晶體管的發(fā)射極還引出一個引腳接入單片機MSP430F149的P6.0 口。如圖5所示，單片機PWM保護電路主要由光電耦合器PC817A，芯片IR2101及其輔助電路組成。MSP430F149單片機輸出的PWM脈沖接在光耦PC817A的發(fā)光二級管的陽極，這個發(fā)光二極管的陰極接地(GND2)。光耦PC817A的光敏晶體管的發(fā)射極接地(GNDl)，集電極接在三極管Q13的基極，然后由一個12V的直流電壓分別通過R63和R61加在Ql3的基極和集電極上。Q13的發(fā)射極通過R65接地(GNDl)。從Q13的集電極還引出一根導(dǎo)線接在芯片IR2101的2端(HIN)。12V的直流電經(jīng)過C58濾波以后加在芯片IR2101的I端(VCC)，其中C58的陽極接在12V電源上，負(fù)極接在GNDl上。12V的直流電通過D14加在芯片IR2101的8端(VB)上，其中D14的陽極接在12V電源一端，陰極接在IR2101的8端(VB)。IR2101的7腳接R62輸出到開關(guān)管Ql的基極。圖中的rectified電氣端子為主電路經(jīng)過整流濾波后的電氣端子。如圖6所示，由MSP430F149為核心控制芯片組成的控制功能由以下模塊組成:測溫模塊、自動調(diào)光模塊、手動無線調(diào)光模塊、電壓/電流米樣模塊、GSM信息傳送模塊、人機交互模塊(包括:液晶屏顯示模塊、鍵盤輸入模塊)、PWM輸出模塊。各模塊具體工作過程:測溫模塊將采集到的系統(tǒng)溫度信息傳送到單片機，然后由單片機內(nèi)部的程序?qū)囟刃畔⒆鱿鄳?yīng)的處理，并做出相關(guān)執(zhí)行動作，比如將溫度信息發(fā)送到液晶屏進行顯示，當(dāng)溫度過高時將報警信息通過GSM模塊發(fā)送到監(jiān)控終端做相應(yīng)處理；自動調(diào)光模塊將采集到的光敏電阻上的電位變化，輸入到單片機的A/D轉(zhuǎn)換口，然后由單片機的內(nèi)部程序，改變PWM脈沖達(dá)到PWM調(diào)光的目的；手動無線調(diào)光模塊由兩個ZIGBEE模塊組成，一個ZIGEBEE模塊內(nèi)置在電源板上和單片機進行通訊，另外一個ZIGEBEE模塊制成遙控器的形式，向電源板上的ZIGBEE模塊發(fā)送調(diào)光指令，然后與單片機進行通訊，由內(nèi)置程序改變PWM脈沖的占空比，進而達(dá)到手動無線調(diào)光的目的；電壓/電流采樣模塊由圖4提到的電壓/電流采樣反饋模塊來完成，將電壓/電流反饋信號輸送到單片機的A/D轉(zhuǎn)換口，由單片機的內(nèi)部程序改變PWM的占空比；GSM模塊主要是將單片機內(nèi)部程序認(rèn)為的異常電壓、電流、溫度信號傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，由監(jiān)控終端做出反應(yīng)，對LED燈的異常工作狀況進行處理；人機交互模塊主要由液晶屏顯示模塊和鍵盤輸入模塊組成，液晶屏顯示模塊用于顯示溫度、電壓、電流等信息，鍵盤輸入模塊主要用于向單片機內(nèi)部輸入電壓、電流、溫度的給定值以及異常報警值；PWM輸出主要由單片機輸出PWM脈沖來驅(qū)動開關(guān)管達(dá)到電源變換的目的。如圖7所示，單片機內(nèi)部的控制算法主要是PI控制算法。具體過程是，根據(jù)電壓/電流的給定值與實際采樣值的偏差運用PI控制算法對PWM的占空比做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，進而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓/電流的目的。如圖8所示，為MSP430F149的最小工作系統(tǒng)。主要由以下幾個部分組成:5V電源輸出穩(wěn)壓電路，3V電源輸出穩(wěn)壓電路,外部晶振電路，JTAG測試電路,復(fù)位電路，I/O擴展電路組成及其它外圍輔助電路組成。5V電源輸出穩(wěn)壓電路:12V的電壓經(jīng)過DlO接在芯片AMS(I)的輸入端IN端，其中DlO的陽極接在12V電源上。AMS(I)的VOUT端經(jīng)過電容C22和C21濾波以后輸出5V電源。AMS(I)的GND/ADJ端接地(GND2)。12V的電源還經(jīng)過R35和Dll接地(GND2)。3V電源輸出穩(wěn)壓電路:5V電源經(jīng)過C20濾波以后接在AMS(2)的IN端，AMS⑵的VOUT經(jīng)過C19濾波以后輸出3V直流電源，AMS⑵的GND/ADJ端接地(GND2)。I/O擴展電路:主要由4個Headerl6組成分別為JPU JP2、JP3、JP4。其中JPl的I到16引腳分別對應(yīng)單片機的 DVcc, P6.3、P6.4、P6.5、P6.6、P6.7、VREF+、XIN、XOUT、VeREF+、VeREF-, Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3、Pl.4 JP2 的 I 到 16 引腳分別對應(yīng)單片機的 P5.5、P5.6、P5.7、XT20UT、XT2IN、TD0、TD1、TMS、TCK、RST、P6.0、Ρ6.1、Ρ6.2、AVss、GND、+3.3V ；JP3 的 I到 16 引腳分別對應(yīng)單片機的 P1.5、Pl.6、Pl.7、Ρ2.0、Ρ2.1、Ρ2.2、Ρ2.3、Ρ2.4、Ρ2.5、Ρ2.6、Ρ2.7、Ρ3.0、Ρ3.1、Ρ3.2、Ρ3.3、Ρ3.I JP4 的 I 至Ij 16 引腳分別對應(yīng)單片機的 Ρ3.5、Ρ3.6、Ρ3.7、Ρ4.0、Ρ4.1、Ρ4.2、Ρ4.3、Ρ4.4、Ρ4.5、Ρ4.6、Ρ4.7、Ρ5.0、Ρ5.1、Ρ5.2、Ρ5.3、Ρ5.4。復(fù)位電路:由3.3V的直流電壓通過R37接在按鈕開關(guān)SI的3腳和4腳，SI的I腳和2腳并聯(lián)接在一起接地(GND2)，在R3和地之間接有一個電容C28。單片機晶振電路:在單片機MSP430F149的8腳XIN和9腳XOUT之間接有晶振Y2。外圍電路:在單片機I腳接有經(jīng)過C27濾波穩(wěn)壓以后的5V電壓，在單片機的64腳接有經(jīng)過電容C26濾波穩(wěn)壓的5V電壓，C26的另一端接地(GND2)，單片機的63腳和62腳接地(GND2)，5V電壓經(jīng)過R36和濾波電容C23接在單片機的58腳，C23的另一端接地(GND2)，在單片機53腳和52腳之間接有一個晶振Yl，Yl的I腳經(jīng)過電容C25接地，Yl的2腳經(jīng)過電容C24接地。如圖9所示，GSM發(fā)送模塊主要由芯片TC35、MAX232AC組成。TC35的5個VBATT+端分別通過整流濾波網(wǎng)絡(luò)接在+5V的電源上，這個濾波網(wǎng)絡(luò)包括D13、C34。其中，D13的陽極接在5V電壓上，C34的正極和D13的陰極接在一起，C34的陰極接地(GND2)。TC35的5個GND腳連接在(GND2)上。5V的電壓經(jīng)過C35、Q6、R45、R44接在TC35的IGT端，其中C35的兩極分別接Q6的集電極和發(fā)射極，Q6的發(fā)射極接地，Q6的集電極和R34接在一起，R45的兩端分別接在Q6的發(fā)射極和基極，R44的兩端分別接在Q6的基極和TC35的IGT端。5V的電壓源經(jīng)過D12、R41、Q4、R42接在TC35的SYNC端，其中R41接在D12的陰極和Q4的發(fā)射極之間，Q4的集電極接地，Q4的基極經(jīng)過R42接在TC35的SYNC端。芯片5為預(yù)留的SIM CARD插槽，和TC35上相對應(yīng)名字的管腳進行連接。MAX232AC的R20、T21、RIO、T10、TlI 分別接在 TC35 的 RTSO、CTSO、RXDO, TXDO, RTS 端子。MAX232AC 的 V-經(jīng)過電容 C33 接地(GND2) ,MAX232AC的GND端接GND2。VCC經(jīng)過濾波電容C32接5V電壓，C32的一端接5V電壓，另一端接GND2, V+經(jīng)過C31接GND2。Cl -和Cl+之間接電容C30，C2-和C2+之間接電容C29。MAX232AC的RlI通過R39接在Jl的3端，MAX232AC的TlO通過R40接在Jl的2端，Jl的5端接GND2。如圖10所示自動調(diào)光電路。在主電路主輸出端，并接有三個電阻R46、R47、R48，其中R47為光敏電阻。從R47下端經(jīng)過濾波電容C37引出一根導(dǎo)線接在R50上，R50的下端分別接LM358的3腳和R51的可調(diào)端子上，R51滑動變阻器的一端接在LM358的3腳，另一端接地(GND2)。U5:TL431CLP三端穩(wěn)壓器的I腳接12V電源，3腳接地(GND2)，2腳經(jīng)過R35接在LM358的6腳(B-端)，并且U5的I腳和2腳通過一根導(dǎo)線相連。R53 —端接在R52上，另一端接在GND2上。U4:LM358的I腳和2腳連接在一起通過R49接在它的6腳上，U4的8腳接5V電壓。U6:0PA340的5腳接3.3V的電壓，I腳和4腳連接在一起接MSP430F149的P6.0端口，3腳接U4的7腳，2腳接GND2。如圖11所示ZIGBEE通訊模塊主要由CC2530芯片及其外圍電路構(gòu)成。3.3V的電壓通過C43和C42濾波后接在CC2530的31腳，通過C40和C41濾波后接在CC2530的27、28、29腳且三者連接在一起，通過C39濾波以后接在CC2530的24腳，通過C38濾波以后接在CC2530的21腳，通過C45濾波以后接在CC2530的10腳，通過C44濾波以后接在CC2530的39腳。CC2530的1、2、3、4腳連接在一起以后接GND2。CC2530通過17腳和16腳和單片機MSP430F149的UTXDO和URXDO端進行串口通信。CC2530的41腳接地。CC2530的30腳通過R54接地。CC2530的40腳通過C53接地。在CC2530的22腳和23腳之間接有一個晶振XI，其中Xl的I腳接CC2530的23腳，2腳接CC2530的22腳，并且Xl的I腳和2腳分別通過C54和C55接地。在CC2530的32腳和33腳之間接有一個晶振X2，其中X2的I腳接CC2530的33腳，2腳接CC2530的32腳，并且Xl的I腳和2腳分別通過C56和C57接地。在CC2530的25和26腳分別通過電容C48和電容C51接在L7的兩端。L6的一端和L7接在一起，另一端接GND2。C46的一端和L6接在一起，另一端和L8的一端接在一起，L8的一端和C51接在一起，另一端和C49的一端接在一起，C49 一端和C47接在一起，另一端接GND2，C50的一端和C47接在一起，另一端和GND2接在一起，天線Pl接在C50上。如圖12所示溫度采集模塊主要由DS18B20和其輔助電路組成。DS18B20的I腳接GND2，2腳和3腳之間皆有電阻R55，DS18B20的3腳接5V電壓，然后DS18B20的2腳接在單片機21腳P2.1 口。如圖13所示的人機交互模塊電路，主要由鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊組成。其中液晶顯示模塊由IXD12864來進行實現(xiàn)，鍵盤模塊由按鍵S2、S3、S4、S5組成的獨立鍵盤構(gòu)成。+3.3V 的電壓分別通過 R56、R57、R58、R59 連接在 S2、S3、S4、S5 上，S2、S3、S4、S5 的兩一端接GND2。在R56和S2、R57和S3、R58和S4、R59和S5之間分別引出一根導(dǎo)線連接在單片機MSP430F149的Pl.7、Pl.6、Pl.5、Pl.4端口。液晶顯示模塊IXD12864的2腳接+5V電壓，I腳接GND2，3腳接滑動變阻器R60的控制端，R60的上端接+5V電壓，下端接地。LCD12864的4腳接+5V電壓。LCD12864的5腳和6腳分別接單片機MSP430F149的P2.0和P2.1端口。LCD12864的17腳和18腳接+5V電壓，20腳接地(GND2)。本LED驅(qū)動電源，通過單片機內(nèi)部的程序，實現(xiàn)不同使用場合的切換，主要場合有:室外比如路燈用LED電源，室內(nèi)比如會堂用LED電源，以及實驗室用電源等等。本LED驅(qū)動電源的兩個MOSFET管Ql、Q2為電源中的主要發(fā)熱器件，在這兩個開關(guān)管的表面用導(dǎo)熱膠與一塊大小與整個電源板尺寸相同的金屬板相連，來提高其散熱效率。
權(quán)利要求1.一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征是包括:交流輸入整流濾波單元、PFC有源功率因數(shù)校正單元、反激式DC/DC電源變換單元、輸出濾波單元、雙路恒流輸出單元、電壓/電流反饋采樣單元、線性光耦隔離單元、MSP430F149單片機控制模塊以及附屬溫度采樣模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊、自動感光調(diào)光模塊、GSM無線通信模塊、單片機的輔助電源模塊、I/O擴展模塊、晶振模塊、輔助保護電路、無線遙控調(diào)光ZIGBEE模塊；所述交流輸入整流濾波單元，反激式DC/DC電源變換單元依次連接于雙路恒流輸出單元，在反激式DC/DC電源變換單元之前還接有一個PFC有源功率因數(shù)校正單元；雙路恒流輸出單元中一路為LED燈供電做為主輸出端,一路為其散熱風(fēng)扇供電作為輔助輸出端；在1^0電源主輸出端通過分壓網(wǎng)絡(luò)對電壓和電流信號進行采樣后輸入到雙反饋運算放大器中，然后由雙反饋運算放大器將反饋信號通過線性光耦隔離單元將反饋信號輸送到單片機A/D端口，然后單片機通過PI控制算法調(diào)節(jié)PWM占空比，進而達(dá)到對電壓、電流的閉環(huán)控制實現(xiàn)恒流穩(wěn)壓輸出；單片機上還連接有溫度采樣模塊，溫度采樣模塊將采集到的溫度信息通過單片機A/D轉(zhuǎn)換以后和采集到的電壓、電流參數(shù)一起發(fā)送到由單片機控制的液晶顯示模塊進行顯示；通過鍵盤輸入模塊可以實現(xiàn)人機交互，可以向單片機中輸入所需要的電壓、電流的給定值以及異常工況報警值包括電壓、電流上下限，溫度上下限；單片機通過采集到的電壓、電流值與鍵盤輸入模塊輸入的電壓、電流參數(shù)的給定值進行比較并計算偏差，進而改變PWM占空比，實現(xiàn)PI調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制；GSM無線通信模塊的作用是:通過采集到的電壓、電流、溫度參數(shù)與設(shè)定的異常工況報警值作比較，當(dāng)所采集到的上述任何一個參數(shù)的值超過報警值時，單片機將通過程序由GSM無線通信模塊向監(jiān)控端發(fā)送異常信息，進而由監(jiān)控端快速派出人員進行檢查維護；自動感光調(diào)光模塊，由一個光敏電阻及其輔助電路連接于LED驅(qū)動電源的主輸出端，然后將采樣到的電位信息通過保護隔離電路輸送到單片機的A/D 口，單片機接受到這個電位信息以后，通過程序與給定值相比較，然后改變PWM脈沖的占空比，從而實現(xiàn)自動感光調(diào)光；與單片機相連的無線遙控調(diào)光ZIGBEE模塊，當(dāng)接收到手持遙控模塊發(fā)送的調(diào)光信號以后，與單片機通訊，改變PWM脈沖占空比，從而實現(xiàn)無線遙控調(diào)光；單片機內(nèi)置程序可以將電源設(shè)定為室外照明、室內(nèi)照明、以及實驗用電源等模式。
2.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于:所述PFC有源功率因數(shù)校正單元，采用臨界導(dǎo)通模式有源PFC控制器，此功率因數(shù)校正單元采用平均電流法對輸入的電流進行整形以匹配輸入電壓的波形，進而使所得到的電能的功率因數(shù)在0.98以上。
3.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于:所述自動感光調(diào)光模塊，可由光敏電阻及其附屬電路，將光敏電阻上由于光照強度所造成的電位變化，通過隔離保護電路輸送到單片機A/D 口，并由單片機根據(jù)PI控制程序，改變PWM占空比，實現(xiàn)自動感光調(diào)光。
4.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于:所述無線遙控調(diào)光ZIGBEE模塊由兩個ZTGBEE模塊構(gòu)成，其中一個ZIGBEE模塊制成手持遙控模塊的形式，另一個ZIGBEE模塊與單片機通過串口相連，當(dāng)需要無線調(diào)光時，由手持遙控模塊向其發(fā)送信號，另一個ZIGBEE模塊接收到信號以后與單片機進行通信，最終進行改變PWM占空比實現(xiàn)無線遙控調(diào)光。
5.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于:所述溫度采樣模塊將采集到的溫度信息輸送到單片機，并由單片機將溫度信息輸送到液晶顯示模塊進行顯示；如果溫度過高超過了報警值，則由單片機將此溫度信息通過GSM無線通信模塊傳送到監(jiān)控端。
6.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于，所述人機交互模塊包括一個液晶顯示模塊和一個鍵盤輸入模塊，實現(xiàn)人與單片機之間的交流。
7.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于，所述電壓/電流反饋采樣單元采用TSM103雙反饋運算放大器，雙反饋輸入分別為，電壓反饋輸入和電流反饋輸入，分別通過相應(yīng)的分壓網(wǎng)絡(luò)接入TSM103，一路反饋輸出通過線性光耦隔離單元連接到單片機的A/D 口。
8.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于，所述LED驅(qū)動電源有兩路輸出，一路為LED燈供電，另外一路為其散熱風(fēng)扇供電。
9.如權(quán)利要求1所述一種綠色智能數(shù)控LED驅(qū)動電源，其特征在于，所述LED驅(qū)動電源在MOSFET開關(guān)管底部，涂抹導(dǎo)熱硅膠與一塊金屬散熱板相連，提高了本LED驅(qū)動電源自身的散 熱效率。
專利摘要本實用新型公開了一種綠色智能數(shù)控電源，其包括交流輸入整流濾波單元、PFC有源功率因數(shù)校正單元、反激電源變換單元、輸出濾波單元、恒流雙輸出單元、電壓/電流反饋采樣單元、線性光耦隔離單元、MSP430F149單片機控制模塊以及附屬測溫模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊、自動感光調(diào)光模塊、GSM無線通信模塊、單片機的輔助電源模塊、I/O擴展模塊、晶振模塊、輔助保護電路、無線遙控調(diào)光ZIGBEE模塊。其優(yōu)點是高效率、綠色高功率因數(shù)，可及時報送異常工況信息、數(shù)字智能化程度高。
文檔編號H05B37/02GK203057591SQ20122054679
公開日2013年7月10日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者沈艷霞, 李帆, 周園, 紀(jì)志成, 吳定會, 趙芝璞, 潘庭龍 申請人:江南大學(xué)