一種led照明電源的管理系統的製作方法
2023-06-30 09:24:51
專利名稱：一種led照明電源的管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率LED燈具數字電源，特別是涉及一種基於DSP單晶片的LED 照明電源的管理系統。
背景技術：
目前路燈照明所採用光源有白熾燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬滷化物燈、螢光燈等，這些路燈普遍存在不夠環保(含有汞、鉛、砷等重金屬物質對環境有害)、高能耗、短壽命等缺點，所以，伴隨著全球性環保意識的增強，在世界各國，尤其是發達國家和地區，綠色照明的應用將越來越普及，這些路燈將逐漸被綠色環保的光源所取代。大功率高亮度電力 LED是一種高效、節能、發光壽命長的綠色環保光源，對於保護環境、節約能源、保護人類健康都具有重大意義。
誠如業界所知，高亮度電力LED的亮度是通過調節流過LED的電流來實現，所以對 LED路燈的亮度控制一般通過控制LED驅動電路的輸出電流來實現。目前，在高亮度LED路燈驅動器領域，國內外應用較廣的主要有「採用專用電源晶片，，和「採用分立元件的開關電源」兩種主要的技術解決方案，而為了「智能化」的需要，通常在這兩種方案的基礎上加入單片機作為系統管理的主控晶片，所以這兩種解決方案可以歸結為「系統管理+電源控制」的 「傳統多晶片技術方案」，但是該技術方案存在使用晶片多、硬體結構複雜的缺點，特別是當需要在一個LED路燈驅動器需要驅動多路高亮度LED串時，上述種缺點尤為突出。
近年來，賽普拉斯半導體公司(Cypress Semiconductor Corporation)宣布推出了集成嵌入式功率控制器的PowerPSoC系列產品，這是業界首款可同時控制和驅動大功率 LED的單晶片解決方案，將四路恆流調節器和MOSFET與賽普拉斯的PSoC可編程片上系統集成在一起，組成一款專用的集成晶片，該技術方案雖然提高了系統的集成度，但同時也犧牲了系統硬體設計的靈活性，而當一個驅動器需要驅動大於四路LED串時，這種專用集成晶片的局限性亦將隨著驅動路數的增加而越來越明顯。
因而，如何解決現有技術中針對「傳統方案」中需要使用多顆晶片(主控晶片加多顆電源晶片)、硬體設計複雜以及現有專用集成單晶片技術方案不易擴展硬體的現狀，實已成本領域從業者亟待解決的技術問題。發明內容
鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種LED照明電源的管理系統，用於解決現有技術中需要使用多顆晶片(主控晶片加多顆電源晶片)、硬體設計複雜以及現有的專用集成單晶片技術方案不易擴展硬體等問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種LED照明電源的管理系統，用於通過主控中心管理LED路燈的供電作業，所述管理系統至少包括無線模塊，用於發送所述LED路燈的實時反饋信息給所述主控中心以及用於接收所述主控中心依據該實時反饋信息更新的所述LED路燈的控制參數；存儲模塊，連接所述無線模塊，用於接收到所述控制參數後予以存儲，以及預存有所述LED路燈的電壓及電流基準值；採集模塊，用於採集電網電壓、環境亮度以及溫度參數，並作為所述LED路燈的環境參數輸出；反饋模塊，用於偵測所述LED路燈的實時工作電壓值及電流值；處理模塊，連接於所述存儲模塊、採集模塊及反饋模塊，用以依據加載的所述LED路燈的控制參數、環境參數以及實時工作電壓值及電流值進行PID運算處理，得到PWM信號的頻率及佔空比並輸出該P麗信號，並同時將所述實時工作電壓值及電流值和預存的電壓及電流基準值進行比對，以生成實時反饋信息給所述無線模塊；驅動模塊，連接所述處理模塊，用以接收到所述PWM信號後進行放大處理後輸出； 開關電源模塊，連接所述驅動模塊、反饋模塊及所述LED路燈，用以對所述LED路燈的實時工作電壓及電流進行採樣並傳輸給所述反饋模塊，以及用以接收到所述驅動模塊放大後的 PWM信號後產生驅動信號以控制所述LED路燈執行點亮、熄滅、亮度調節或色溫調節作業。
優選地，所述無線模塊為Zigbee模塊或GPRS模塊。
優選地，所述存儲模塊為片外E2PR0M存儲器。
優選地，所述採集模塊為包含有光敏元件的電壓及溫度檢測電路。
優選地，所述處理模塊還用於將加載的所述LED路燈的環境參數做以及實時工作電壓值及電流值進行AD轉換處理。具體地，所述處理模塊為具有8路PWM輸出接口及16 路ADC通道的DSP晶片。
優選地，所述驅動模塊為運算放大器。
優選地，所述開關電源模塊包括用於控制所述LED路燈執行點亮、熄滅、亮度調節或色溫調節作業的開關電源以及用於對所述LED路燈的實時工作電壓及電流進行採樣並傳輸給所述反饋模塊的採樣單元。所述開關電源為Buck型開關電源，具體地，所述開關電源為8路非隔離恆流驅動輸出的開關電源，所述採樣單元為電流反饋電路。
如上所述，本發明的LED照明電源的管理系統，將系統管理及電源控制合二為一， 降低了硬體設計的複雜程度，同時又兼顧了驅動輸出路數設計的靈活性，可通過改變控制晶片外圍的存儲器中的內容，實現對LED電流大小、亮滅時段、亮滅模式、環境亮度及系統溫度等控制參數的定製，還可通過處理模塊的數據接口對系統進行組網管理和遠程維護。 因而，本發明具有以下有益效果
本發明的LED照明電源的管理系統採用單晶片，省去專用的恆流晶片，有效地降低了系統成本。
本發明的LED照明電源的管理系統採用非隔離開關電源，沒有變壓器的漏磁損耗，轉換效率高，系統滿載時整體效率高達95 %。
本發明的LED照明電源的管理系統採用8路非隔離恆流驅動輸出，可驅動8串(每串不少於14個)LED，總輸出功率不低於100W，具有驅動能力強的優點。
本發明的LED照明電源的管理系統採用高性能DSP作為控制核心，可充分發揮32 位實時控制功能的優勢，每路LED的電流大小、亮滅方式等均可獨立控制。
本發明的LED照明電源的管理系統預留溫度、亮度、色溫等檢測接口，支持串口、 12C等數據接口，為系統集成做好了鋪墊(如對LED路燈進行Zigbee組網、擴展GPRS模塊寸J ο
圖1顯示為本發明LED照明電源的管理系統的原理框圖。
元件標號說明
1供電電源
2管理系統
21無線模塊
22存儲模塊
23採集模塊
24反饋模塊
25處理模塊
26驅動模塊
27開關電源模塊
271電源模塊
272採樣單元
3主控中心
4LED路燈具體實施方式
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
請參閱圖1，顯示為本發明LED照明電源的管理系統的原理框圖。需要說明的是， 本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
如圖所示，本發明提供一種LED照明電源的管理系統2，用於通過主控中心3管理 LED路燈4的供電作業，於具體的實施方式中，所述主控中心3例如為設置在控制中心的計算機或者伺服器，用來通過無線網絡管理和監控其轄區內的所有LED路燈4的工作狀態。在本實施例中，所述的無線網絡例如為GPRS無線網絡系統或者基於IEEE 802. 15. 4協議的無線網絡傳輸系統。所述LED路燈4為多路LED路燈，所述的供電作業為由外部供電電網(即圖示中的供電電源1)給各該LED路燈4和本發明的管理系統2提供電力能源。所述LED 照明電源的管理系統2至少包括無線模塊21，存儲模塊22，採集模塊23，反饋模塊對，處理模塊25，驅動模塊26，以及開關電源模塊27。
所述無線模塊21用於發送所述LED路燈4的實時反饋信息給所述主控中心3以及用於接收所述主控中心3依據該實時反饋信息更新的所述LED路燈4的控制參數，以實現主控中心3對所述LED照明電源的管理系統2的組網管理及遠程維護。在本實施例中，所述無線模塊21為Zigbee模塊，相應地，所述處理模塊25具有對應該Zigbee模塊的接口， 即UART 口。然，並不局限於此，在另一種實施例中，所述無線模塊21為亦可為GPRS模塊， 當然，所述處理模塊25具有對應該GPRS模的相應接口，在此不予贅述。
需要特別說明的是，在本實施例中，所述LED路燈4的控制參數為LED亮度、亮滅時段、亮滅方式等參數。
所述存儲模塊22連接所述無線模塊21，用於接收到所述控制參數後予以存儲， 所述存儲模塊22還預存有所述LED路燈4的電壓及電流基準值，以在所述處理模塊25採集到LED路燈4的實時工作電壓值及電流值時，將所述實時工作電壓值及電流值和預存的電壓及電流基準值進行比對，以生成實時反饋信息給所述無線模塊21。在本實施例中，所述存儲模塊 22 為片外 E2PR0M 存儲器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,電可擦可編程只讀存儲器)。
所述採集模塊23連接所述LED路燈4，用於採集電網電壓、環境亮度以及溫度參數，並作為所述LED路燈4的環境參數輸出，在本實施例中，所述採集模塊23為包含有光敏元件的電壓及溫度檢測電路。相應地，所述處理模塊25還具有對應該採集模塊23的ADC 接口，以便將加載的所述LED路燈4的環境參數做AD轉換處理。
所述反饋模塊M連接所述開關電源模塊27，用於偵測所述LED路燈4的實時工作電壓值及電流值。在本實施例中，所述反饋模塊M通過設置在所述開關電源模塊27中的對LED路燈4的實時工作電壓及電流進行採樣的採樣單元完成偵測作業。
所述處理模塊25連接於所述存儲模塊22、採集模塊23及反饋模塊M，用以依據加載的所述LED路燈4的控制參數、環境參數以及實時工作電壓值及電流值進行PID運算處理，得到PWM信號的頻率及佔空比並輸出該PWM信號，並同時將所述實時工作電壓值及電流值和預存的電壓及電流基準值進行比對，以生成實時反饋信息給所述無線模塊21 ；在本實施例中，所述處理模塊25還用於將加載的所述LED路燈4的環境參數做以及實時工作電壓值及電流值進行AD轉換處理。具體地，所述處理模塊25為具有8路PWM輸出接口及16 路ADC通道的DSP晶片。例如為TMS320F28027晶片，該晶片具有多達8路PWM輸出及16 通道ADC等外設資源並結合相應的控制算法實現電流的閉環控制。
在本實施例中，所述處理模塊25主要進行三個處理任務，即主要負責擴展接口管理、數據加載及採集以及運算處理。其中，擴展接口管理例如為對所述無線模塊21、存儲模塊22、採集模塊23、反饋模塊M以及驅動模塊沈的對應接口進行管理，數據加載及採集為負責系統控制參數的讀取、更新等維護工作，並將系統控制參數轉換為控制算法運算所需要的參考值，運算處理為依據加載的所述LED路燈4的控制參數、環境參數以及實時工作電壓值及電流值進行PID運算處理，得到PWM信號的頻率及佔空比並輸出該PWM信號，所述的 PID運算處理又分直接計算法和增量算法兩種，這裡所謂的增量算法就是相對於標準算法的相鄰兩次運算之差，得到的結果是增量，也就是說，在上一次的控制量的基礎上需要增加 (負值意味著減少)控制量，例如對於佔空比控制的調光系統，就是PWM控制信號佔空比還需要增大或減小的量。根據具體的應用適當選擇採用哪一種算法，但基本的控制方法、原理是完全一樣的，直接計算法得到的是當前需要的控制量，相鄰兩次控制的差就是增量，在此不予贅述。
所述驅動模塊沈連接所述處理模塊25，用以接收到所述PWM信號後進行放大處理後輸出。在本實施例中，所述驅動模塊沈為運算放大器。
所述開關電源模塊27連接所述驅動模塊沈、反饋模塊M及所述LED路燈4，用以對所述LED路燈4的實時工作電壓及電流進行採樣並傳輸給所述反饋模塊24，以及用以接收到所述驅動模塊沈放大後的PWM信號後產生驅動信號以控制所述LED路燈4執行點亮、 熄滅、亮度調節或色溫調節作業。在本實施例中，所述開關電源模塊27包括用於控制所述 LED路燈4執行點亮、熄滅、亮度調節或色溫調節作業的開關電源271以及用於對所述LED 路燈4的實時工作電壓及電流進行採樣並傳輸給所述反饋模塊M的採樣單元272。所述開關電源271為Buck型開關電源，具體地，所述開關電源271為8路非隔離恆流驅動輸出的開關電源，所述採樣單元272為電流反饋電路。
在實際的LED照明電源的管理應用中，為主控晶片的處理模塊25上電復位後從為存儲模塊22的片外存儲器中加載LED亮度、亮滅時段、亮滅方式等參數的設定值作為控制參數，通過對這些控制參數及反饋量(包括採集模塊23所採集的電網電壓、環境亮度、系統溫度等參數)的算法處理，得到PWM信號的頻率及佔空比，進而輸出PWM信號，PWM信號經過驅動模塊26放大後則用於驅動所述開關電源模塊27中的開關電源，使系統對高亮度LED 路燈進行供電，而LED路燈兩端的電壓大小及流過LED路燈的電流大小則通過反饋模塊M 反饋給處理模塊25，再由無線模塊21傳輸至主控中心3，以實現對控制效果的校正。
綜上所述，本發明的LED照明電源的管理系統，將系統管理及電源控制合二為一， 降低了硬體設計的複雜程度，同時又兼顧了驅動輸出路數設計的靈活性，可通過改變控制晶片外圍的存儲器中的內容，實現對LED電流大小、亮滅時段、亮滅模式、環境亮度及系統溫度等控制參數的定製，還可通過處理模塊的數據接口對系統進行組網管理和遠程維護。 所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種LED照明電源的管理系統，用於通過主控中心管理LED路燈的供電作業，其特徵在於，所述管理系統至少包括無線模塊，用於發送所述LED路燈的實時反饋信息給所述主控中心以及用於接收所述主控中心依據該實時反饋信息更新的所述LED路燈的控制參數；存儲模塊，連接所述無線模塊，用於接收到所述控制參數後予以存儲，以及預存有所述 LED路燈的電壓及電流基準值；採集模塊，用於採集電網電壓、環境亮度以及溫度參數，並作為所述LED路燈的環境參數輸出；反饋模塊，用於偵測所述LED路燈的實時工作電壓值及電流值；處理模塊，連接於所述存儲模塊、採集模塊及反饋模塊，用以依據加載的所述LED路燈的控制參數、環境參數以及實時工作電壓值及電流值進行PID運算處理，得到PWM信號的頻率及佔空比並輸出該PWM信號，並同時將所述實時工作電壓值及電流值和預存的電壓及電流基準值進行比對，以生成實時反饋信息給所述無線模塊；驅動模塊，連接所述處理模塊，用以接收到所述PWM信號後進行放大處理後輸出；開關電源模塊，連接所述驅動模塊、反饋模塊及所述LED路燈，用以對所述LED路燈的實時工作電壓及電流進行採樣並傳輸給所述反饋模塊，以及用以接收到所述驅動模塊放大後的PWM信號後產生驅動信號以控制所述LED路燈執行點亮、熄滅、亮度調節或色溫調節作業。
2.根據權利要求1所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述無線模塊為 Zigbee模塊或GPRS模塊。
3.根據權利要求1所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述存儲模塊為片外E2PR0M存儲器。
4.根據權利要求1所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述採集模塊為包含有光敏元件的電壓及溫度檢測電路。
5.根據權利要求1所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述處理模塊還用於將加載的所述LED路燈的環境參數做以及實時工作電壓值及電流值進行AD轉換處理。
6.根據權利要求5所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述處理模塊為具有8路PWM輸出接口及16路ADC通道的DSP晶片。
7.根據權利要求1所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述驅動模塊為運算放大器。
8.根據權利要求1所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述開關電源模塊包括用於控制所述LED路燈執行點亮、熄滅、亮度調節或色溫調節作業的開關電源以及用於對所述LED路燈的實時工作電壓及電流進行採樣並傳輸給所述反饋模塊的採樣單元。
9.根據權利要求8所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述開關電源為 Buck型開關電源，所述採樣單元為電流反饋電路。
10.根據權利要求9所述的LED照明電源的管理系統，其特徵在於所述開關電源為8 路非隔離恆流驅動輸出的開關電源。
全文摘要
本發明提供一種LED照明電源的管理系統，主要是在處理模塊上電復位後從存儲模塊中加載LED亮度、亮滅時段、亮滅方式等參數的設定值作為控制參數，通過對這些控制參數及反饋量(包括採集模塊所採集的電網電壓、環境亮度、系統溫度等參數)的算法處理，得到PWM信號的頻率及佔空比，進而輸出PWM信號，PWM信號經過驅動模塊放大後則用於驅動所述開關電源模塊中的開關電源，使系統對高亮度LED路燈進行供電，而LED路燈兩端的電壓大小及流過LED路燈的電流大小則通過反饋模塊反饋給處理模塊，再由無線模塊傳輸至主控中心，以實現對控制效果的校正，以此來達到採用單晶片，省去專用的恆流晶片進而有效地降低了系統成本的目的。
文檔編號H05B37/02GK102510634SQ20111036019
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者丁程龍 申請人:上海亞明燈泡廠有限公司