组网型大功率成组ＬＥＤ智能调光驱动器制造技术

本发明专利技术为组网型大功率成组ＬＥＤ智能调光驱动器，包括功率调节系统和数字化控制系统；功率调节系统由接入单相交流输入电源的单相整流滤波模块、谐振软开关逆变模块、变压整流模块依次连接组成；数字控制系统由异常检测保护模块、采样检测模块、ＡＲＭ微处理器系统、高频驱动模块、参数给定模块和串行总线通信模块相互连接组成。本发明专利技术能够根据大功率成组ＬＥＤ的工作特性自动匹配恒流、恒压以及变特性驱动输出，实现远程组网以及智能调光。

Networked high power group LED intelligent dimming driver

The invention relates to a network type high power group LED intelligent dimming driver, including power control system and digital control system; power control system is composed of a single-phase rectifier filter module, resonant soft switch inverter module, connected single-phase AC input power transformer rectifier module are connected in sequence; digital control system by the anomaly detection module, detection module, sampling the ARM microprocessor system, high frequency drive module, parameter setting module and serial communication module connected to each other. The invention can automatically match constant current, constant voltage and variable characteristic drive output according to the working characteristics of large power group LED, and realize remote networking and intelligent dimming.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种LED调光驱动器，特别涉及一种组网型大功率成组LED智能调光 驱动器。
技术介绍
照明能耗在整个电力消耗中占了举足轻重的位置，美国能源部数据显示，美国 22%的电力消耗于照明领域。国内更甚，以上海为例，照明用电占上海全市用电的1/3以 上，既节能又环保的照明革命迫在眉睫。半导体照明(LED照明)是上世纪90年代发展起 来的新一代冷光源，具有传统光源无可比拟的优势节约能源、保护环境(不含汞等有害物 质)、寿命长(5万小时)、减少维护费用、提供更好的灯光品质、改进灯光视觉效果和安全 性，这些都使LED技术在众多基础设施建设中得到越来越多的应用。美国计划在未来12年 内，逐步淘汰白炽灯，改用节能环保的新式照明灯，将比目前的灯泡至少节电70% ;澳大利 亚政府宣布，将在2010年之前全面禁止使用白炽灯照明。2008年1月21日，财政部、国家 发展和改革委员会联合发布《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》，重点支持包 括半导体照明产品在内的高效照明产品替代在用的白炽灯和其他低效照明产品。除了节能 之外，LED最大的优势在于不含汞等有害金属物质，代替传统照明后可以大大降低汞、铅等 对环境的污染。以在背光上的应用为例，2008年全球个人电脑出货量预期将达到2. 96亿 台(IDC公司预测)，如果LED取代一半背光，以每台1支CCFL(冷阴极灯管)，每支5mg汞 计算，那么将减少740kg的汞污染，大大减少了对环境的污染。 目前LED领域的专利，尤其是白光专利仍然集中在世界五大厂商Cree、Nichia、 Osram、Lumileds、TG手中，主要的LED芯片供应商也集中于这些国际大厂。经过30多年的 发展，中国LED产业已初步形成了较为完整的产业链，在经历了买器件、买芯片、买外延片 之路后，已经实现了自主生产外延片和芯片。在国家半导体照明工程的推动下，形成了 上海、大连、南昌、厦门和深圳等国家半导体照明工程产业化基地丄ED理论上的使用寿命在 10万小时以上，但在实际应用过程中，由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使LED极 易损坏。根据LED的电压、电流变化特性，LED均采用直流驱动，在市电与LED之间需要加 一个电源适配器即LED驱动器，把交流市电转换成合适LED的直流电。LED驱动器应该具备 高可靠性、高效率、高功率因素等特点。目前，LED通行驱动方式有两种，一是单个恒压源供 多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电，这种方式组合灵活， 一路LED故障，不影响其 他LED的工作，但成本略高；另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行，成本低，但灵活 性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。 LED驱动电源按电路结构可以分为以下六类常规变压器降压(重量偏重、电源效 率也很低，一般在45% 60%，可靠性不高)，电子变压器降压(转换效率低，电压范围窄， 一般180 240V，波纹干扰大)，电容降压(容易受电网电压波动的影响，电源效率低，容易 损坏芯片)，电阻降压(效率很低，而且系统的可靠性也较低，受电网电压变化的干扰较大， 不容易做成稳压电源)，RCC降压式开关电源(稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可在70% 80%，应用较广，开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性 差)，P丽控制式开关电源。其中，P丽控制式开关电源的输出电压或电流稳定，采用高频逆 变技术，电源转换效率极高， 一般都可以高达80 % 90 % ，驱动器功率输出能力强，由于逆 变频率高，电源的时间常数小，动态性能好，输出电压、电流的波形控制非常精确和稳定，可靠性高。 采用软开关高频逆变技术，不仅可以有效改善功率器件工作环境、提高系统可靠 性，还可以有效地降低逆变电源电磁干扰，提高电磁兼容性，实现绿色化设计，能够较好 的降低电源的电磁污染，有利于电源行业逆变电源绿色化改造，提高产品的竞争力。 P丽控制式LED开关电源对时间要求比较苛刻，需要对电源的各种状况做出及时 而有效的响应，采用数字化和嵌入式控制技术是比较先进而稳妥的解决方案。不少国际一 流厂家对嵌入式数字电源的应用采用了稳妥的应对方案，一般分为四个级别，其中，最高的 级别就是实现真正的数字控制，它用一个数字控制器集成了所有P丽控制环路以及监控管 理通讯等功能。TI公司推出的基于Cortex-M3内核的ARM芯片组就是面向这个等级的专用 控制芯片。从目前的情况来看，绝大多数开关电源都采用传统的模拟电路，部分还处于第二 或者第三个阶段，嵌入式数字控制电源作为一种新兴技术还处于摸索阶段。可以预料，数字 电源产品在未来的前景将相当可观。
技术实现思路
针对目前LED驱动电源存在的问题以及相关技术的发展趋势，本专利技术的目的在 于提供一种组网型大功率成组LED智能调光驱动器。该驱动器包括数字控制系统和功率 调节系统两大部分。以基于Cortex-M3内核的32位ARM嵌入式微处理器为控制核心，以 RTX-Kernel为嵌入式实时内核，实现组网型大功率成组LED智能调光驱动器的全数字控 制，改善驱动器的一致性、可靠性和动态响应能力；结合高频软开关逆变技术，使LED驱动 器体积小巧，具有良好的电能转换效率和电磁兼容能力，驱动能力强，能够满足大功率成组 LED驱动的需要；采用串行总线通信技术，易于实现多驱动器的组网控制。 为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案组网型大功率成组LED智能调光驱动 器，连接单相交流输入电源，其特征是，包括能根据LED负载情况自动实现恒流、恒压以及 时变特性匹配输出的功率调节系统和数字化控制系统；所述功率调节系统由单相整流滤波 模块、谐振软开关逆变模块、变压整流模块依次连接组成，包括单相整流桥、滤波电路、LC谐 振换流电路、功率开关管、变压器、高频快速整流桥以及吸收电路等；所述单相交流输入电 源连接单相整流滤波模块，所述变压整流模块与LED负载相连接；所述数字控制系统由异 常检测保护模块、采样检测模块、ARM微处理器系统、高频驱动模块、参数给定模块和串行总 线通信模块相互连接组成；其中，所述单相交流输入电源通过异常检测保护模块和ARM微 处理器系统相连接；所述变压整流模块的输出还与采样检测模块和ARM微处理器系统依次 连接；所述ARM微处理器系统和高频驱动模块以及功率调节系统中的谐振软开关逆变模块 依次连接；所述串行总线通信模块与ARM微处理器系统相互连接；所述参数给定模块与ARM 微处理器系统相连接。 为了更好地实现本专利技术，所述功率调节系统中的谐振软开关逆变模块采用高频谐 振移相全桥软开关拓扑结构，以高频功率MOSFET作为功率开关管，功率MOSFET工作于零电4压软开关换流模式。 所述数字化控制系统中的采样检测模块由串联于功率调节系统的变压整流模块 处的精密采样电阻Rl、并联于功率调节系统的变压整流模块处的采样电阻R2、 R3、电流随 光照度增强呈线性变化的可见光照度传感器0n9658F和转换隔离电路及其外围电路相互 连接组成；所述转换隔离电路由高线性度、高稳定度、宽频带的光藕HCNR200、运算放大器 LF353以及LM324相互连接组成。 所述数字化控制系统中的ARM微处理器系统由基于32位Cort本文档来自技高网...

【技术保护点】
组网型大功率成组ＬＥＤ智能调光驱动器，连接单相交流输入电源，其特征是，包括能根据ＬＥＤ负载情况自动实现恒流、恒压以及时变特性匹配输出的功率调节系统和数字化控制系统；所述功率调节系统由单相整流滤波模块、谐振软开关逆变模块、变压整流模块依次连接组成，所述单相交流输入电源连接单相整流滤波模块，所述变压整流模块与ＬＥＤ负载相连接；所述数字控制系统由异常检测保护模块、采样检测模块、ＡＲＭ微处理器系统、高频驱动模块、参数给定模块和串行总线通信模块相互连接组成；其中，所述单相交流输入电源通过异常检测保护模块和ＡＲＭ微处理器系统相连接；所述变压整流模块的输出还与采样检测模块和ＡＲＭ微处理器系统依次连接；所述ＡＲＭ微处理器系统和高频驱动模块以及功率调节系统中的谐振软开关逆变模块依次连接；所述串行总线通信模块与ＡＲＭ微处理器系统相互连接；所述参数给定模块与ＡＲＭ微处理器系统相连接。

【技术特征摘要】
组网型大功率成组LED智能调光驱动器，连接单相交流输入电源，其特征是，包括能根据LED负载情况自动实现恒流、恒压以及时变特性匹配输出的功率调节系统和数字化控制系统；所述功率调节系统由单相整流滤波模块、谐振软开关逆变模块、变压整流模块依次连接组成，所述单相交流输入电源连接单相整流滤波模块，所述变压整流模块与LED负载相连接；所述数字控制系统由异常检测保护模块、采样检测模块、ARM微处理器系统、高频驱动模块、参数给定模块和串行总线通信模块相互连接组成；其中，所述单相交流输入电源通过异常检测保护模块和ARM微处理器系统相连接；所述变压整流模块的输出还与采样检测模块和ARM微处理器系统依次连接；所述ARM微处理器系统和高频驱动模块以及功率调节系统中的谐振软开关逆变模块依次连接；所述串行总线通信模块与ARM微处理器系统相互连接；所述参数给定模块与ARM微处理器系统相连接。2. 根据权利要求l所述组网型大功率成组LED智能调光驱动器，其特征是，所述功率 调节系统中的谐振软开关逆变模块采用高频谐振移相全桥软开关拓扑结构，以高频功率 MOSFET作为功率开关管，功率MOSFET工作于零电压软开关换流模式。3. 根据权利要求l所述的组网型大功率成组LED智能调光驱动器，其特征是，所述数字 化控制系统中的采样检测模块由串联于功率调节系统的变压整流模块处的精密采样电阻 R1、并联于功率调节系统的变压整流模块处的采样电阻R2、R3、电流随光照度增强呈线性变 化的可见光照度传感器0n9658F和转换隔离电路及其外围电路相互连接组成；所述转换隔 离电路由高线性度、高稳定度、宽频带的光藕HCNR200...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，吴祥淼，张岑，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]