一种低成本的自适应输入电压超低待机调光电路

技术领域

本发明涉及电路，具体涉及一种低成本的自适应输入电压超低待机调光电路。

背景技术

目前越来越多的智能家居、床、沙发、按摩椅会加装阅读灯，方便用户阅读、照明，阅读灯作为选配件，需要根据客户的需求选装。

智能家居、床、沙发、按摩椅等系统一般自身带有锂电池包供电，阅读灯则作为选配件，可通过锂电池包的DC端直接取电使用，但由于锂电池包不同电量时的电压是不一样的，常用的是7节三元锂电池包或8节磷酸铁锂电池包，输入范围为20-29V左右，为了给LED稳定供电，通常会降压为5V（或12V，或22V等）再给LED供电，经过电阻限流与PWM占空比调节，可实现调光，通常带有触控系统，按下来后灯微亮，再按一次灯亮度提高，再按一次灯灭，用户可根据需求调节到合适的档位亮度。

但现有的控制方案在N线上串联了桥堆/二极管/可控硅，存在缺陷，在控制马达反转时，在桥堆DB2上有1V+的压降，一方面造成效率下降，另一方面，功率比较大的场合，该桥堆（或可控硅、二极管）发热严重。若采取其他电路，正反转控制按钮都需要给AC-DC电源供电，会造成控制信号的串扰，无法准确区分是正转按钮按下或反转按钮按下。

而且现有的控制电路中带有降压电路，降压电路带来了额外的损耗，发热大，同时使电路变得比较复杂，成本上涨，若不使用降压电路，锂电池包的输出范围太宽，LED的亮度变化太大，使用户体验不好。

另外，由于降压电路的存在和触控调光电路的存在，导致触控阅读灯的整体耗电量过大，达到了1-6mA，意味着没有在使用阅读灯的时候，阅读灯也是持续在消耗锂电池包的电量的，导致锂电池包的续航时间严重缩短。

基于上述背景，需要提出一种新型电路，在满足AC按钮控制DC的要求，同时解决额外损耗带来的效率下降、发热严重的情况。

发明内容

为了有效解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低成本的自适应输入电压超低待机调光电路。

本发明的技术方案如下：

一种低成本的自适应输入电压超低待机调光电路，包括：锂电池包供电单元、LDO单元、MCU控制单元、PWM控制开关和LED照明单元，所述锂电池包供电单元分别与所述LDO单元、MCU控制单元、LED照明单元电连接用于供电，所述LDO单元、MCU控制单元、PWM控制开关和LED照明单元顺次电连接；

所述MCU控制单元和锂电池包供电单元之间设置有用于检测锂电池包供电单元的输出电压的电压检测电路，所述MCU控制单元还与一触控按键KEY1电连接，触控按键KEY1用于控制MCU控制单元开启采集锂电池包供电单元的输出电压，以及控制LED照明单元亮度调节；所述MCU控制单元用于根据电压检测电路检测锂电池包供电单元的输出电压输出相应占空比的PWM驱动信号通过PWM控制开关控制LED照明单元亮度。

可选地，所述MCU控制单元采用型号为MT005的MCU芯片U1。

可选地，所述电压检测电路包括：电阻R3和电阻R2，所述电阻R3和电阻R2串联，所述电阻R3第一端与锂电池包供电单元正极输入端连接，所述电阻R2第一端与锂电池包供电单元负极输入端连接，所述电阻R3的第二端、电阻R2的第二端均与MCU芯片U1的第一ADC引脚电连接，所述电阻R3、电阻R2对锂电池包供电单元的输入电压进行分压检测。

可选地，所述触控按键KEY1与所述MCU芯片U1的第二ADC引脚连接对MCU芯片U1进行控制。

可选地，所述LDO单元包括：电压输入正极端Vin+，电压输入负极端Vin-，电阻R1，变压芯片U2，所述电阻R1和变压芯片U2串联设置在所述电压输入正极端Vin+和电压输入负极端Vin-之间。

可选地，所述变压芯片U2的型号为ME6203。

可选地，所述LED照明单元包括：至少一组灯珠串，所述灯珠串一端通过限流电阻与锂电池包供电单元连接。

可选地，所述灯珠串由多个灯珠LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10串联组成。

可选地，所述灯珠串另一端通过PWM控制开关与MCU芯片U1连接。

本发明的有益效果在于，通过采集输入电压并根据提前录入的计算关系可以调节PWM，可使得LED灯的电流有效值保持稳定，节省了降压电路以及降低了待机电流，即提高了性价比、可靠性，也大大延长了锂电池包的续航能力。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，一种低成本的自适应输入电压超低待机调光电路，包括：锂电池包供电单元10、LDO单元20、MCU控制单元30、PWM控制开关40和LED照明单元50，所述锂电池包供电单元10分别与所述LDO单元20、MCU控制单元30、LED照明单元50电连接，所述LDO单元20、MCU控制单元30、PWM控制开关40和LED照明单元50顺次电连接。

如图1、2所示，所述锂电池包供电单元10用于供电，所述LDO单元20用于将锂电池包供电单元10提供的20-29V电压转为3.3-5V电压给MCU控制单元30供电，所述MCU控制单元30用于监测输入电压并输出PWM驱动信号，所述MCU芯片U1内提前录入不同亮度档位下的PWM基准值，以及PWM值与检测到的电压大小的对应计算关系，根据输入电压控制LED亮度，所述PWM控制开关40用于将PWM信号转化为LED开关控制，所述LED照明单元50用于照明。

所述MCU控制单元30和锂电池包供电单元10之间设置有用于检测锂电池包供电单元10的输出电压的电压检测电路，所述MCU控制单元30还与一触控按键KEY1电连接，触控按键KEY1用于控制MCU控制单元30开启采集锂电池包供电单元10的输出电压，以及控制LED照明单元50亮度调节；所述MCU控制单元30用于根据电压检测电路检测锂电池包供电单元10的输出电压输出相应占空比的PWM驱动信号通过PWM控制开关40控制LED照明单元50亮度。

如图2所示，所述MCU控制单元30采用型号为MT005的MCU芯片U1。

如图2所示，所述电压检测电路31包括：电阻R3和电阻R2，所述电阻R3和电阻R2串联，所述电阻R3第一端与锂电池包供电单元10正极输入端连接，所述电阻R2第一端与锂电池包供电单元10负极输入端连接，所述电阻R3的第二端、电阻R2的第二端均与MCU芯片U1的第一ADC引脚电连接，所述电阻R3、电阻R2对锂电池包供电单元10的输入电压进行分压检测。

如图2所示，所述触控按键KEY1与所述MCU芯片U1的第二ADC引脚连接对MCU芯片U1进行控制。

如图2所示，所述LDO单元20包括：电压输入正极端Vin+，电压输入负极端Vin-，电阻R1，变压芯片U2，所述电阻R1和变压芯片U2串联设置在所述电压输入正极端Vin+和电压输入负极端Vin-之间。所述变压芯片U2的型号为ME6203。

如图2所示，所述LED照明单元50包括：至少一组灯珠串51，所述灯珠串51一端通过限流电阻与锂电池包供电单元10连接。

所述灯珠串51由多个灯珠LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10串联组成。

如图2所示，所述灯珠串51另一端通过PWM控制开关40与MCU芯片U1连接。所述PWM控制开关40为三极管Q2。

现举例说明工作原理：

所述LDO单元20的变压芯片U2输出5V电压给MCU芯片U1供电，MCU芯片U1通过电压检测电路31中的电阻R2、电阻R3分压检测输入电压，当MCU芯片U1检测到触控按键KEY1按键按下时，检测电路检测当前的输入电压大小。

例如，此时对应的亮度档位为1档，三极管Q2的PWM基准为8%，对应的输入电压应为25.2V，若此时输入电压不是25.2V，则根据提前录入的计算关系用输入电压计算占空比，使LED灯的亮度保持不变，假设LED1-LED10的VF值为3.2V，5串LED灯珠压降为16V，R15-R19为56Ω，当输入电压为25.2V时，此时LED的电流应为：（输入电压-5串LED压降）/R15/2*SQRT(PWM占空比)，即（25.2-16）/28*SQRT（0.08）=0.093A，当输入电压变化时，要保持电流的有效值不变，则PWM=[LED电流*R15/2/（输入电压-5串LED压降）]^2，假设输入电压变小为20V，则PWM值变为[0.093*28/(20-16)]^2=0.42,同理，当输入电压达到29V时，PWM计算结果为0.04，通过采集输入电压并根据提前录入的计算关系可以调节PWM，可使得LED灯的电流有效值保持稳定；

当再次按下触控按键KEY1按键时，则亮度调亮到亮度2，假设对应25.2V输入时的PWM占空比基准提高到18%，LED电流有效值为:0.139A,得出输入20V为的PWM占空比为0.95，计算出输入为29V时的PWM占空比为0.09；

再按下触控按键KEY1时，则控制三极管Q2关闭，LED熄灭，此时使系统进入睡眠模式，降低待机电流，直到触控按键KEY1再次按下，激活系统恢复工作，系统在睡眠模式时的待机电流可以做到远小于0.1mA，大大延长了锂电池包的续航能力。

在使用过程中，由于电阻R2、电阻R3及变压芯片U2精度原因，会使得MCU芯片U1的取样结果存在偏差，因此在出厂前，第一次上电时，先输入一个25.2V的基准电压（第一次上电不接锂电池包，接精调过的25.2V基准源），MCU芯片U1每过1mS采集一次输入电压值，连续采集101次，再对这101次数据进行由小到大排序，选在第51次的采集值，存在MCU芯片U1的FLASH内，后续调取FLASH内的数值作为基准，即可准确判断输入电压的准确电压，消除了变压芯片U2、电阻R2、电阻R3精度问题带来的偏差。

本发明的有益效果在于，通过采集输入电压并根据提前录入的计算关系可以调节PWM，可使得LED灯的电流有效值保持稳定，节省了降压电路以及降低了待机电流，即提高了性价比、可靠性，也大大延长了锂电池包的续航能力。