PWM隔離調光電路及LED調光碟機動電源的製作方法

2023-07-22 17:48:12 3

本實用新型涉及調光
技術領域：
，特別是涉及一種PWM隔離調光電路及採用所述PWM隔離調光電路的LED調光碟機動電源。
背景技術：
：隨著電子技術的迅速發展，LED燈具產品逐漸走向智能化，為實現節電、場景燈光控制等目的，帶有調光功能的LED燈具應用越來越廣泛。目前應用較為廣泛的一種LED調光技術是PWM(PulseWidthModulation，脈衝寬度調製)技術，通過調節PWM信號的佔空比來調整LED光源的點亮時間，當PWM信號的佔空比越大時，LED光源在一個周期內點亮的時間越長，人眼感知到的亮度越高，以此來實現調光。現有技術中，為了隔離調光電路和負載，避免不同負載之間相互串擾，PWM調光電路通常使用高頻變壓器作為隔離器件，在變壓器初次側使用壓控振蕩器將輸入的調光電壓轉換成脈衝信號，再將二次側的感應脈衝信號轉換成直流信號，從而實現隔離轉換。由於變壓器的漏感和寄生振蕩，這種方案存在線性失真現象，在變壓器兩側很難得到嚴格線性的電壓信號。尤其是在脈衝信號佔空比較大和較小的區域，線性失真更為嚴重，這將導致調光線性度較差。此外，變壓器還存在體積較大、成本較高等缺點。技術實現要素：基於此，有必要提供一種PWM隔離調光電路及LED調光碟機動電源，能夠實現隔離調光、減小佔板面積並降低成本，還能避免變壓器的線性失真問題。本實用新型公開了一種PWM隔離調光電路，其包括：電壓轉換電路，用於連接外部調光器，將所述外部調光器輸入的第一調光電壓轉換為第二調光電壓；佔空比設定電路，用於輸出佔空比設定信號；微處理器，分別連接所述電壓轉換電路及所述佔空比設定電路，用於分別採樣所述第二調光電壓及所述佔空比設定信號，並根據所述第二調光電壓及所述佔空比設定信號輸出相應佔空比的PWM信號；光電耦合器，連接所述微處理器，用於將所述PWM信號進行隔離輸出。作為一種實施方式，所述PWM隔離調光電路還包括：溫度檢測電路，連接所述微處理器，用於根據環境溫度的變化，輸出相應變化的溫度檢測信號；所述微處理器，還用於採樣所述溫度檢測信號，並根據所述溫度檢測信號，調整輸出的PWM信號的佔空比。作為一種實施方式，所述溫度檢測電路，包括電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3，其中：所述電阻R1一端用於輸入驅動電壓，另一端通過所述熱敏電阻R3接地；所述電阻R2與所述電阻R1並聯；所述電阻R1及所述電阻R2，兩者和所述熱敏電阻R3的連接節點與所述微處理器的溫度採樣引腳連接。作為一種實施方式，所述佔空比設定電路，包括驅動電壓輸入端、電阻R4、電阻R5、電阻R6、穩壓二極體D1及採樣接口，其中：所述採樣接口一端用於連接外部調光電阻，所述採樣接口另一端依次通過串聯的所述電阻R6及所述電阻R4連接所述驅動電壓輸入端；所述電阻R5一端連接所述電阻R6及所述電阻R4的連接節點，所述電阻R5另一端通過所述穩壓二極體D1接地，所述電阻R5另一端還連接所述微處理器的佔空比採樣引腳。作為一種實施方式，所述佔空比設定電路還包括並聯的電阻R7及電阻R8，所述採樣接口另一端還通過所述並聯的電阻R7及電阻R8接地。作為一種實施方式，所述PWM隔離調光電路還包括：線性穩壓器，所述線性穩壓器的輸入端用於連接外部驅動電源，所述線性穩壓器的輸出端分別連接所述佔空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器，用於將外部驅動電源輸入的電源電壓轉換為所述佔空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器的驅動電壓。作為一種實施方式，所述線性穩壓器包括穩壓晶片U2、電容C2、及並聯的電容C3和電容C4，其中：所述電容C2的兩端分別連接所述穩壓晶片U2的第一引腳和第二引腳；所述並聯的電容C3和電容C4，兩端分別連接所述穩壓晶片U2的第二引腳和第三引腳；所述穩壓晶片U2的第三引腳為線性穩壓器的輸入端，所述穩壓晶片U2的第二引腳為接地引腳，用於接地，所述穩壓晶片U2的第一引腳為線性穩壓器的輸出端。作為一種實施方式，所述電壓轉換電路，包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、穩壓二極體D2及電容C5，其中：所述電阻R10的一端用於連接所述外部調光器，還用於通過所述電阻R9連接外部驅動電源，所述電阻R10的另一端通過所述電阻R11接地；所述穩壓二極體D2及所述電容C5分別與所述電阻R11並聯。作為一種實施方式，所述PWM隔離調光電路還包括電阻R12及電阻R13，所述電阻R12一端用於連接外部驅動電源，所述電阻R12另一端連接所述光電耦合器的正輸入端；所述電阻R13一端用於輸入所述光電耦合器的工作電壓VCCdim，另一端連接所述光電耦合器的正輸出端。本實用新型還公開了一種LED調光碟機動電源，其包括調光器及如上述任一項所述的PWM隔離調光電路，其中所述調光器的輸出端連接所述電壓轉換電路，用於向所述電壓轉換電路輸入所述第一調光電壓。上述PWM隔離調光電路及LED調光碟機動電源，應用於可調光的LED驅動電源、或其他需要將模擬信號轉換成PWM信號同時需要隔離的產品及設備中，使電源或設備的調光接口和輸入、輸出間實現電氣隔離，以實現匹配隔離型或使非隔離0-10V調光器實現隔離調光。由於調光接口是完全隔離的，因此可以實現多個LED燈具共用一個調光器。上述PWM隔離調光電路具有穩定可靠、兼容性強和高性價比的特點，能匹配市面上多種0-10V調光器。由於未採用變壓器，能夠避免變壓器的線性失真問題，還能減小佔板面積以及降低成本。附圖說明圖1為一實施例的PWM隔離調光電路的結構示意圖；圖2為一實施例的PWM隔離調光電路中佔空比設定電路的電路圖；圖3為另一實施例的PWM隔離調光電路中佔空比設定電路的電路圖；圖4為一實施例的PWM隔離調光電路中電壓轉換電路的電路圖；圖5為另一實施例的PWM隔離調光電路的結構示意圖；圖6為一實施例的PWM隔離調光電路中溫度檢測電路的電路圖；圖7為一實施例的PWM隔離調光電路的電路圖；圖8為一實施例的PWM初始佔空比與第一調光電壓之間的關係示意圖；圖9為一實施例的第一調節係數與外部調光電阻的阻值之間的關係示意圖；圖10為一實施例的第二調節係數與溫度之間的關係示意圖。具體實施方式為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似改進，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。請參閱圖1，其為本實用新型一實施例提供的PWM隔離調光電路100的結構示意圖。如圖1所示，所述PWM隔離調光電路包括電壓轉換電路110、佔空比設定電路120、微處理器130及光電耦合器140，其中電壓轉換電路110、佔空比設定電路120及光電耦合器140分別與微處理器130連接。電壓轉換電路110還用於連接外部調光器，將所述外部調光器輸入的第一調光電壓轉換為第二調光電壓。例如，外部調光器為0-10V調光器，第一調光電壓Vin為0-10V模擬調光電壓。微處理器由於工作電壓低於10V，無法直接檢測0-10V的輸入信號，通過電壓轉換電路將0-10V的第一調光電壓轉換為微處理器可檢測的第二調光電壓。佔空比設定電路120，用於輸出佔空比設定信號。例如，佔空比設定電路120一端連接外部調節器，另一端連接微處理器，當用戶操作外部調節器時，佔空比設定電路根據用戶操作輸出對應的佔空比設定信號。又如，外部調節器為可調電阻。又如，外部調節器為電位器。微處理器130，分別連接所述電壓轉換電路及所述佔空比設定電路，用於分別採樣所述第二調光電壓及所述佔空比設定信號，並根據所述第二調光電壓及所述佔空比設定信號輸出相應佔空比的PWM信號。例如，微處理器130通過不同引腳分別採樣第二調光電壓及佔空比設定信號。又如，微處理器130內部集成有至少兩路模數轉換器(Analog-DigitalConverter，ADC)，分別用於對第二調光電壓及佔空比設定信號進行模數轉換。又如，微處理器130內部還集成有濾波模塊及計算模塊，濾波模塊對數位化的第二調光電壓及佔空比設定信號進行濾波之後，由計算模塊根據第二調光電壓及佔空比設定信號計算佔空比，並通過PWM輸出引腳輸出相應佔空比的PWM信號。作為一種實施方式，微處理器內部集成有復位監控電路，例如看門狗(WatchDog)電路。一旦微處理器在強幹擾下出現運行故障，復位監控電路強制執行復位，從而提高上述PWM隔離調光電路的可靠性。光電耦合器140，用於將所述PWM信號進行隔離輸出。本實施例中，光電耦合器140的輸入端連接微處理器130的PWM輸出引腳，光電耦合器140的輸出端用於連接LED光源。例如，光電耦合器140的輸出端用於同時連接一個或多個LED光源。其中，每個LED光源包括至少一個LED燈珠。例如，LED光源為一個LED燈珠，又如，LED光源為多個LED燈珠串/並聯形成的LED燈組，又如，LED光源為包括一個或多個LED燈組的燈具。本實施例中，光電耦合器140將上述PWM隔離調光電路與受控的LED光源隔離，即使上述PWM隔離調光電路同時連接多個LED光源，也能避免不同光源之間相互串擾，從而提高安全性和抗幹擾能力。上述PWM隔離調光電路，應用於可調光的LED驅動電源、或其他需要將模擬信號轉換成PWM信號同時需要隔離的產品及設備中，使電源或設備的調光接口和輸入、輸出間實現電氣隔離，以實現匹配隔離型或使非隔離0-10V調光器實現隔離調光。由於調光接口是完全隔離的，因此可以實現多個LED燈具共用一個調光器。上述PWM隔離調光電路具有穩定可靠、兼容性強和高性價比的特點，能匹配市面上多種0-10V調光器。由於未採用變壓器，能夠避免變壓器的線性失真問題，還能減小佔板面積以及降低成本。在一個實施例中，如圖2所示，佔空比設定電路120，包括驅動電壓輸入端、電阻R4、電阻R5、電阻R6、穩壓二極體D1及採樣接口，其中驅動電壓輸入端用於連接外部驅動電源，從外部驅動電源獲取驅動電壓VCC，採樣接口一端用於連接外部調光電阻Rset，採樣接口另一端依次通過串聯的電阻R6及電阻R4連接驅動電壓輸入端，其中驅動電壓輸入端用於接入驅動電壓VCC；電阻R5一端連接電阻R6及電阻R4的連接節點，電阻R5另一端通過穩壓二極體D1接地，電阻R5另一端還連接微處理器的佔空比採樣引腳。例如，外部調光電阻為可調電阻；又如，外部調光電阻為電位器。當外部調光電阻被調節時，電阻R6及電阻R4的分壓電壓發生變化，使得微處理器的佔空比採樣引腳採樣到的佔空比設定信號發生變化。其中，電阻R5與穩壓二極體D1用於保護微處理的佔空比採樣引腳。微處理器根據佔空比設定信號的變化計算佔空比，並調節輸出的PWM信號的佔空比。又如，微處理器根據據佔空比設定信號的變化計算第一調節係數，將PWM信號的初始佔空比乘以該第一調節係數後進行輸出。又如，上述第一調節係數為Kr＝(R6+Rset)/(R4+R6+Rset)。又如，以第一調光電壓為0-10V電壓為例，如圖8所示，在根據第一調節係數調節之前，上述PWM信號的初始佔空比與第一調光電壓之間呈線性關係。當第一調光電壓為零時，初始佔空比為零，當第一調光電壓為最大值10V時，初始佔空比為100％。在一實施例中，上述第一調節係數Kr與外部調光電阻的阻值Rset之間的關係如下表所示。Rset(Ω)Kr100.501220.502470.505680.5081000.5112200.5244700.5486800.56710000.59322000.66747000.75868000.804100000.847220000.917470000.957680000.9701000000.9792200000.9904700000.9956800000.99710000000.998無窮大或開路1又如，根據上表，得到如圖9所示的第一調節係數Kr與外部調光電阻的阻值Rset之間的關係圖像。可見，上述第一調節係數Kr與外部調光電阻的阻值Rset之間存在單調遞增關係，並且上述0.5≤Kr≤1。以外部調光電阻的阻值Rset＝1kΩ為例，0-10V的第一調光電壓對應輸出PWM佔空比為0％-59.3％。在一個實施例中，如圖3所示，佔空比設定電路120還包括並聯的電阻R7及電阻R8，其中上述採樣接口另一端還通過所述並聯的電阻R7及電阻R8接地。作為一種實施方式，電阻R7及電阻R8預留在PCB上，通過焊接固定的電阻R7及電阻R8，直接設定PWM信號的最大佔空比。在一個實施例中，如圖4所示，電壓轉換電路110包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、穩壓二極體D2及電容C5，其中電阻R10的一端用於連接外部調光器，電阻R10的一端還用於通過電阻R9連接外部驅動電源，電阻R10的另一端通過電阻R11接地；穩壓二極體D2及電容C5分別與電阻R11並聯。當電壓轉換電路110連接的外部調光器為無源調光器時，上拉電阻R9給無源調光器提供電流，使之產生0-10V信號。電阻R10和電阻R11對0-10V信號分壓，使之轉變為微處理器能檢測的第二調光電壓。為了避免靜電幹擾，利用穩壓二極體D2進行穩壓，保護微處理的採樣接口。電容C5用於濾除高頻信號，提高抗幹擾能力。當外部調光器輸入的第一調光電壓為PWM信號時，C5與R10構成低通濾波器，將第一調光電壓積分轉換為模擬信號。在一實施例中，如圖5所示，上述PWM隔離調光電路還包括溫度檢測電路150。溫度檢測電路150連接所述微處理器130，用於根據環境溫度的變化，輸出相應變化的溫度檢測信號；所述微處理器130，還用於採樣所述溫度檢測信號，並根據所述溫度檢測信號，調整輸出的PWM信號的佔空比。例如，如圖6所示，溫度檢測電路150，包括電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3，其中電阻R1一端用於輸入驅動VCC，另一端通過熱敏電阻R3接地；電阻R2與電阻R1並聯；電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3的連接節點與微處理器的溫度採樣引腳連接。又如，熱敏電阻R3為負溫度係數熱敏電阻，驅動VCC為+5V的直流電壓。電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3的連接節點，即所述電阻R1及所述電阻R2，兩者和所述熱敏電阻R3的連接節點；亦可理解為所述電阻R1及所述電阻R2的並聯電路，與熱敏電阻R3的連接節點。其中，驅動VCC由電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3分壓，微處理器通過溫度採樣引腳，對電阻R1、電阻R2和熱敏電阻R3的連接節點的電壓信號進行採樣，當溫度上升時，熱敏電阻R3的阻值降低，使得上述連接節點的電壓降低，微處理器採樣到該電壓值的變化，據此來調整輸出的PWM信號的佔空比。例如，微處理器採樣到該電壓值的變化，據此來計算溫度對佔空比的第二調節係數，並根據第二調節係數來調整輸出的PWM信號的佔空比。例如，計算K＝(ADCt–ADCt125)/(ADCt85-ADCt125)，當K＞1時，第二調節係數Kt＝1，當0≤K≤1時，第二調節係數Kt＝K，當K＜0時，第二調節係數Kt＝0。其中，ADCt表示溫度為t時，溫度採樣引腳採樣的電壓值；ADCt125表示溫度為125℃時，溫度採樣引腳採樣的電壓值；ADCt85表示溫度為85℃時，溫度採樣引腳採樣的電壓值。例如，以電阻R1及電阻R2的並聯阻值R1//R2＝22KΩ為例，根據上述計算公式，得到第二調節係數Kt與溫度t的關係，如下表所示：又如，根據上表，得到如圖10所示的第二調節係數Kt與溫度t的關係圖像。可見，上述第二調節係數Kt與溫度t之間存在單調遞減關係，並且上述0≤Kt≤1。以溫度t＝100℃為例，當R1//R2＝22KΩ時，0-10V的第一調光電壓對應輸出PWM佔空比為0％-59.3％。在本實施例中，改變電阻R1及電阻R2的並聯阻值，可改變起始保護溫度閾值，更改後仍然滿足溫度越高PWM輸出衰減越大的特性。例如，電阻R1及電阻R2的並聯阻值R1//R2與起始保護溫度閾值之間的關係，如下表所示：例如，如圖7所示，上述PWM隔離調光電路還包括線性穩壓器160，線性穩壓器的輸入端用於連接外部驅動電源，所述線性穩壓器的輸出端分別連接所述佔空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器，用於將外部驅動電源輸入的電源電壓VCCin轉換為所述佔空比設定電路、所述微處理器及所述光電耦合器的驅動電壓VCC。又如，如圖8所示，線性穩壓器160包括穩壓晶片U2及穩壓晶片U2外圍的電容C2、電容C3及電容C4，其中穩壓晶片U2的第三引腳為線性穩壓器的輸入端；穩壓晶片U2的第二引腳為接地引腳，用於接地；穩壓晶片U2的第一引腳為線性穩壓器的輸出端。電容C3和電容C4並聯後兩端分別連接穩壓晶片U2的第二引腳和第三引腳，電容C2的兩端分別連接穩壓晶片U2的第一引腳和第二引腳。電容C2、電容C3及電容C4用於濾波。又如，如圖7所示，在一個實施例中，上述PWM隔離調光電路還包括電阻R12及電阻R13，電阻R12一端用於連接外部驅動電源，電阻R12另一端連接光電耦合器的正輸入端；電阻R13一端用於輸入光電耦合器的工作電壓VCCdim，另一端連接光電耦合器的正輸出端。其中光電耦合器140的負輸入端連接微處理器的PWM輸出引腳，光電耦合器140的負輸出端用於接地，PWM信號由光電耦合器140的正輸出端輸出，即光電耦合器140的正輸出端還用於連接LED光源。其中，光電耦合器140由發光二極體及光敏三極體組成，光電耦合器140的負輸入端為其內部發光二極體的負極，光電耦合器140的正輸入端為其內部發光二極體的正極，光電耦合器140的正輸出端為其內部光敏三極體的集電極，負輸出端為其內部光敏三極體的發射極。具體實施中，驅動電壓VCC經電阻R12分壓，輸入至光電耦合器140的內部發光二極體的正極，當該內部發光二極體的正負極壓差達到其導通電壓時，其導通並發光，內部的光敏三極體在感應到光線後導通，使得光敏三極體的集電極(即光電耦合器的正輸出端)輸出高電平，其中從光敏三極體的集電極的電壓幅值取決於電源電壓VCCin及分壓電阻R13的阻值。由於光敏三極體的導通時間取決於光電耦合器140內部發光二極體的導通時間，即取決於微處理器輸出的PWM信號的佔空比，因此光電耦合器140輸出的信號與微處理器輸出的PWM信號相位相同。由於光敏三極體的導通時間與負載無關，因此能實現信號的隔離輸出。在一較佳實施例中，光電耦合器140的發射極與地之間還連接有去耦電容，用於濾除光電耦合器140輸出端的噪聲幹擾。本實用新型實施例還相應提供了一種LED調光碟機動電路，該LED調光碟機動電路包括調光器及如上述任一實施例所述的PWM隔離調光電路，其中調光器的輸出端連接PWM隔離調光電路中電壓轉換電路的輸入端，用於向所述電壓轉換電路輸入所述第一調光電壓。例如，調光器將外部電源輸入的電壓信號轉換為可驅動LED光源發光的第一調光電壓，例如該第一調光電壓為0-10V調光電壓，該第一調光電壓經PWM隔離調光電路轉換為佔空比可調的PWM信號，用於調節LED光源的亮度。上述LED調光碟機動電路，能夠實現多個LED燈具共用一個調光器，具有穩定可靠、兼容性強和高性價比的特點，能匹配市面上多種0-10V調光器。由於未採用變壓器，能夠避免變壓器的線性失真問題，還能減小佔板面積以及降低成本。需要說明的是，以上所述實施例中，當一個元件被認為是「連接」另一個元件，可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在中間元件。相反，當元件為稱作「直接」與另一元件連接時，不存在中間元件。以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp