一种切相调光电路

技术领域

本发明涉及LED调光技术领域，尤其涉及一种用于LED灯的切相调光电路。

背景技术

随着LED照明的发展和广泛应用，LED切相调光电源具有安装布线方便的特点，因而作为智能家居系统中的调光LED灯具配套的电源，逐渐成为主流的应用。当前此类调光电源普遍采用的方式是，将输入市电按比例转换为电压信号，利用单片机采样AD值，再依据AD值输出对应的PWM信号驱动隔离光耦，进行调光。在常见的电路设置中，市电通过整流桥堆之后，输出直接接入LED高压灯带，这样就存在着输出功率随市电波动而变化的问题，无法恒功率，因此认为不是真正的依据切相角来进行调光，还容易因为高功率下发热严重损坏LED灯带的灯珠。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种改进的切相调光的电路，达到减小市电影响的效果。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是当前常见切相调光电路受市电波动影响输出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种切相调光电路，包括依次连接的切相调光器、切相检测电路、信号传输电路、切相信号处理电路和调光驱动电路，切相调光器与市电输入端连接，切相检测电路把经过切相调整的市电转化为PWM信号，其中：切相检测电路包括整流电路、第一调压电路、第二调压电路和比较器N4A，整流电路把经过切相调光器切相调整的市电输出转化为直流电信号输出，第一调压电路将供电电源输入端VCC输入的电压调压后形成参考电压信号输出到比较器，第二调压电路将整流后的切相信号调压后形成调压切相信号输出到比较器N4A，比较器N4A将收到的调压切相信号和参考电压信号进行比较后输出对应切相角的PWM信号；信号传输电路包括光耦原边N5A和光耦副边N5B，其将经切相检测电路输出的PWM信号传输到切相信号处理电路；切相信号处理电路包括单片机N8，其接收PWM信号，将PWM信号处理后形成调光驱动信号输出到调光驱动电路；调光驱动电路，其接收调光驱动信号，连接LED灯且控制LED灯工作。

进一步地，比较器N4A连接在高电位的供电电源输入端VCC和低电位的公共接地端GND之间，且其的同相端和反相端的其中一端接入参考电压信号，另一端接入调压切相信号。在一个实施方式中，同相端接入参考电压信号，反相端接入整流后的切相信号，这样，比较器N4A对输入的切相信号进行过零点检测，当输入比较器的切相电压低于参考电压时，比较器输出端输出高电平，反之则输出低电平。在本发明的具体实施例中，比较器N4A为运算放大器。比较器的同相端和反向端接入的信号也可以互换，这样输出的高低电平逻辑上相反，这种情况下最后仍是通过切相信号处理电路修正，实现调光。

进一步地，切相检测电路包括第一调压电路，第一调压电路的两端分别连接供电电源输入端VCC和公共接地端GND，其包括分压元件，经分压元件调压后形成的参考电压信号输出到比较器N4A；进一步地，采用多个分压电阻，分压电阻之间设置输出端将调压后形成的参考电压信号输出到比较器N4A。分压元件一般地选用不同电阻的组合使用；在一个实施方式中，比较器N4A的同相端连接于设置在若干个分压电阻之间的输出端，这样通过第一调压电路，能够精确地控制分配到比较器N4A同相端的参考电压，可根据设计需要设置一个可控的参考电压。

更进一步地，第一调压电路还包括稳压管N3，其两端并接在公共接地端GND和比较器N4A的参考电压信号输入端之间。在一个实施方式中，第一调压电路中包括若干个分压电阻和稳压管，其中稳压管N3一端连接公共接地端GND，一端通过一分压电阻接到供电电源输入端VCC，且稳压管N3并接在公共接地端GND和比较器N4A的同相端之间，稳压管N3提供稳定的输出电压，可选用精密稳压管实现参考电压的精确控制，稳压管N3的输出电压进一步通过分压电阻对最后形成的参考电压信号进行精确控制。

更进一步地，第一电压调节电路和比较器N4A之间，连接有限流电阻R27；稳压管N3的两端并联接有电容C7，起到滤波作用，能够消除信号干扰。

进一步地，切相检测电路包括跟随器N4B，比较器N4A的输出端连接到跟随器N4B的同相端，跟随器N4B的输出端连接信号传输电路的输入端，跟随器N4B主要作用是提高经比较器N4A输出的信号的驱动能力。

更进一步地，跟随器N4B的输出端还连接有限流电阻R45。

进一步地，切相检测电路包括第二调压电路，第二调压电路的两端分别连接整流电路的输出端和公共接地端GND，其包括分压元件，经分压元件调压后形成的调压切相信号输出到比较器N4A；进一步地，采用多个分压电阻，分压电阻之间设置输出端将调压切相信号输出到比较器N4A，比较器N4A的反相端连接到分压元件之间。分压元件一般地选用不同电阻的组合使用，通过第二调压电路，能够设置分配到比较器N4A反相端的调压切相电压的范围。

更进一步地，第二电压调节电路和比较器N4A之间还连接有限流电阻R28。

进一步地，信号传输电路中，光耦原边N5A的阳极与切相检测电路的输出端连接，原边N5A的阴极接到公共接地端GND；光耦副边N5B的集电极连接LED驱动电源正极，发射极分别连接单片机N8以及信号地SGND。

在本发明的一个实施方案中，光耦副边N5B的集电极与电源之间连接有限流电阻R71；光耦副边N5B的发射极与信号地SGND、与单片机N8之间连接有分压电阻；更进一步地，光耦副边N5B与信号地SGND之间还并接有一个稳压二极管ZD4，在分压后提供一个稳定的电压信号给单片机N8。

进一步地，调光驱动电路连接LED灯，其包括开关管Q9，切相信号处理电路的输出端连接到开关管Q9的栅极，单片机N8输出驱动信号驱动开关管Q9进行LED调光。

更进一步地，调光驱动电路还包括由三极管Q7和三极管Q8组成的推挽电路，三极管Q7为PNP型三极管，三极管Q8为NPN型三极管，三极管Q8的发射极与三极管Q7的发射极相连，切相信号处理电路的输出端与推挽电路的控制极连接，三极管Q8的发射极和三极管Q7的发射极同时与开关管Q9的栅极连接。选用推挽电路的好处是提升了调光驱动电路中的电流提供能力，迅速完成对开关管Q9的栅极输入电容电荷的充电过程，该推挽电路减少了关断时间，开关管Q9能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

更进一步地，三极管Q8的集电极和开关管Q9的漏极分别连接LED驱动电源的正负极，三极管Q7的集电极和开关管Q9的源极连接信号地SGND。当单片机N8输出高电平给调光驱动电路时，Q8导通，开关管Q9为导通；当输出低电平时，Q7导通，开关管Q9为关断。

更进一步地，推挽电路的输出控制点，即三极管Q8的发射极和三极管Q7的发射极与开关管Q9的栅极之间连接有限流电阻R70，对开关管Q9起到限流保护的作用。

本发明的切相调光电路主要实现以下技术效果：

(1)整流后的切相信号通过比较器处理，得到稳定频率的PWM信号，随后通过连接到一个跟随器能够加强带载能力以驱动光耦；

(2)通过光耦隔离，将市电电路和调光驱动电路两部分隔离，避免驱动LED的信号收到市电波动干扰；

(3)调光驱动电路中设置了推挽驱动电路，提升了调光驱动电路中的电流提供能力，减少了开关切换时间且避免了高频干扰；

(4)对前后切相调光器兼容性强，做到真正依据切相角信号来对LED灯具调光，不会随市电的波动而产生闪烁现象，达到稳定可靠优秀的调光体验。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的切相调光电路的结构原理示意图。

图2是本发明的切相调光电路的一个实施例的电路示意图(一)。

图3是本发明的切相调光电路的一个实施例的电路示意图(二)。

图4是本发明的切相调光电路采用前切相调光器的各节点输出信号的对比图。

图5是本发明的切相调光电路采用后切相调光器的各节点输出信号的对比图。

图中，10市电输入端，20切相调光器，30整流电路，40切相检测电路，41第一调压电路，42第二调压电路，50信号传输电路，60切相信号处理电路，70调光驱动电路，80供电电源。

具体实施方式

如图1至图3所示为本发明的切相调光电路，包括依次连接的切相调光器20、切相检测电路40、信号传输电路50、切相信号处理电路60和调光驱动电路70。切相调光器20与市电输入端10连接，切相检测电路40把经过切相调光器20切相调整的市电转化为PWM信号，PWM信号经过光耦隔离后输入到切相信号处理电路60，经处理后输出一个调光驱动信号连接到调光驱动电路70以控制LED灯。供电电源80是与市电区分开来的弱电电源，用于对切相检测电路40和调光驱动电路70供电。

切相检测电路40包括整流电路30、第一调压电路41、第二调压电路42和比较器N4A，第一调压电路41将输入电压调压后形成参考电压信号输出到比较器N4A，第二调压电路42将整流后的切相信号调压后形成调压切相信号输出到比较器N4A，比较器N4A将收到的调压切相信号和参考电压信号进行比较后输出对应切相信号的切相角的PWM信号。如图2所示的实施方式中，市电L、N线接入切相调光器20的输入端1脚和2脚，整流电路30包括有整流二极管，切相后的交流信号经过输出端3脚、4脚输出，分别经过D2、D3整流二极管全波整流。这里，整流电路是根据现有技术的常规选择，也可以采用整流桥堆，并不涉及结构的改进，在此不作赘述。

比较器N4A的8脚连接高电位的供电电源输入端VCC，4脚连接低电位的公共接地端GND，且其的同相端和反相端的其中一端接入参考电压信号，另一端接入调压切相信号。如图2所示的实施方式中，经过调压后的调压切相信号输入到比较器N4A的反相端即2脚，参考电压信号输入比较器N4A的同相端即3脚，比较器N4A对输入的调压切相信号和参考电压信号进行比较后，输出对应切相角的PWM信号。在本实施例中，比较器N4A对输入的切相电压信号进行过零检测，且当输入2脚的切相电压低于输入3脚的参考电压时，比较器N4A输出端1脚输出高电平，反之则输出低电平。

在本发明的具体实施方案中，对于参考电压信号会预先设定一个电压值，为实现对该参考电压的稳定控制，从供电电源输入端VCC接入的电压经过第一调压电路41进行分压，再连接到比较器N4A的同相端。如图2，第一调压电路41中有多个分压电阻，其中，设置有分压电阻R15，其一端与供电电源输入端VCC连接，另一端连接一个稳压管N3后接到公共接地端GND，分压后的电路中进一步设置有分压电阻来精确控制输出到比较器N4A的电压；稳压管N3的两端并接一包含分压电阻R16、R18的电路，比较器N4A的同相端通过一个限流电阻R27连接到分压电阻R16、R18之间，以此接收分压后的电压为参考电压，通过稳压管N3、分压电阻R16、分压电阻R18，能够稳定控制稳压管N3两端电压并在经分压电阻R16和R18精确分压后输出参考电压。稳压管N3并联地接有电容C7，电容C7起到滤波作用，能够消除信号干扰。

优选地，稳压管N3采用TL431可控精密稳压源，其具有良好的温度稳定性及较大的输出电流，可以形成一个精密控制的阈值电压例如形成电压值为2.5V的基准电压源，以便于精确调压后接入到比较器N4A。

从整流电路30输出的切相信号经过第二调压电路42进行分压，调压后的调压切相信号再接入到比较器N4A的反相端。如图2，第二调压电路42中有多个分压电阻，例如，从整流电路30的输出端通过串联的分压电阻R21、R22、R23和并联的分压电阻R24、R26后接到公共接地端GND，比较器N4A的反相端通过一个限流电阻R28连接到分压电阻R23、R24之间以接收分压后的切相电压。经过分压可以调整分配到比较器N4A反相端的切相电压值。在使用了串联的分压电阻之外，采用并联的分压电阻R24、R26可以更精确地配置分压节点的电阻值，从而精确地分配接到比较器N4A的2脚的调压切相信号的电压值的范围。

本实施例中第一调压电路41和第二调压电路42均采用了接入若干个分压电阻的方式，可以想到的是，关于输入电压分配的实现方式，本领域技术人员也可以采用其他现有技术，例如可调变阻器等方式，在此不再赘述。

比较器N4A的输出端还连接到一个跟随器N4B，跟随器N4B的同相端即5脚连接比较器N4A的输出端1脚，跟随器N4B的输出端即7脚连接信号传输电路50的输入端。跟随器N4B的输出端还连接有限流电阻R45。在跟随器N4B提高输出信号的驱动能力的同时，限制经过光耦原边N5A的电流以对元器件保护。

信号传输电路50用于将经切相检测电路40输出的PWM信号传输到切相信号处理电路60中，其包括光耦(包括光耦原边N5A、光耦副边N5B)，光耦原边N5A的阳极与切相检测电路40的输出端连接，在如图2的实施方案中，从跟随器N4B的7脚输出的信号经过限流电阻R45接到光耦原边N5A的阳极，原边N5A的阴极接到公共接地端GND；光耦副边N5B的集电极连接LED驱动电源正极，发射极分别连接单片机N8的PA接口以及信号地SGND。

光耦副边N5B的集电极与LED驱动电源正极之间连接有限流电阻R71，光耦副边N5B与信号地SGND、与单片机N8之间分别设置有分压电阻R72、R76,与信号地SGND之间还并接有一个稳压二极管ZD4，限制副边N5B的电压、电流，保护光耦副边N5B，同时分压后提供一个稳定的电压信号给单片机N8(PA接口)。

调光驱动电路70连接LED灯，与LED灯的电源正负极连接，调光驱动电路70包括开关管Q9，切相信号处理电路60的单片机N8的输出端连接到开关管Q9的栅极，单片机N8输出驱动信号驱动开关管Q9进行LED调光。

调光驱动电路70还包括由三极管Q7和三极管Q8组成的推挽电路，三极管Q7为PNP型三极管，三极管Q8为NPN型三极管，三极管Q8的发射极与三极管Q7的发射极相连，切相信号处理电路60的输出端与该推挽电路的控制极连接，即与三极管Q7和三极管Q8的基极连接，三极管Q8和三极管Q7的发射极均与开关管Q9的栅极连接。选用推挽电路的好处是提升了调光驱动电路70中的电流提供能力，迅速完成对开关管Q9的栅极输入电容电荷的充电过程，该推挽电路减少了关断时间，开关管Q9能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

三极管Q8的集电极和开关管Q9的漏极分别连接LED驱动电源的正负极，三极管Q7的集电极和开关管Q9的源极连接信号地SGND。当单片机N8输出高电平给调光驱动电路70时，三极管Q8导通，开关管Q9为导通状态；当输出低电平时，三极管Q7导通，开关管Q9为关断状态。进一步地，作为推挽电路的输出控制点，三极管Q8和三极管Q7的发射极与开关管Q9的栅极之间还连接有限流电阻R70，对开关管Q9起到限流保护的作用。

本实施例中开关管Q9为场效应管，在实际电路中也可采用其他开关管进行替代，如三极管，能达到相同的效果。

另外，三极管Q7的基极和集电极之间并接有电阻R67，三极管Q8的基极和集电极之间并接有电阻R66，R66、R67为上下拉电阻。开关管Q9的栅极和漏极之间并接有电阻R73，电阻R73起到泄放电阻的作用，在开关管Q9关断后存储的电荷通过电阻R73迅速释放，起到保护作用。

根据图1至图5描述本发明的切相调光电路的工作过程如下：

市电L、N线接入前后切相调光器20，交流输入电压经过切相调光器20后得到切相电压，图4、图5中的C1所示为切相后的交流信号波形(分别为前切和后切，输出于Input1、Input2点)，该交流信号经过D2、D3的全波整流后，得到直流信号；直流信号通过R21、R22、R23、R24、R26分压后取出调压切相信号输入到运算放大器N4A的同相端，另一方面，供电电源输入端VCC通过R15、R16、R18、N3、C7构成一个参考电压输入到运算放大器N4A的反向端，和取出的切相信号进行比较，输出一个对应切相角的PWM信号，N4B构成一个跟随器加强带载能力驱动光耦原边N5A，如图4、图5中的C2所示为经过跟随器N4B的切相检测电路40输出PWM信号波形(输出于图2中PWM点)，该输出信号的频率为100Hz，占空比范围为20％-80％；输出信号经过光耦隔离后，经R71、R72、R76分压输入到MCU PIN8(PA接口)，如图4、图5中的C3所示为经过光耦隔离后的信号处理电路输入波形(输出于图3中PA接口)。

单片机N8接收到经光耦隔离传输过来的信号C3，经过信号处理输出一个调光驱动信号，如图4、图5中的C4所示为该调光驱动波形(输出于图3中Driver点)，该调光驱动信号具体参数为：1Khz频率范围为1％-100％；调光驱动信号经过R66、R67、R70、R73、Q7、Q8组成的推挽驱动电路，驱动开关管Q9进行LED调光。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。