电压调整电路、调光电路的制作方法

1.本申请涉及电压调整电路技术领域，具体而言，涉及一种电压调整电路、调光电路。


背景技术：

2.现有发光二极管调光电路都是采用恒定电流，不同pwm占空比开断灯工作实现，此方法可行性高，操作简单。但是对发光二极管灯的冲击较大，无有效缓冲时，导致发光二极管灯使用寿命大大缩减。


技术实现要素：

3.本申请实施例的目的在于，提供一种电压调整电路、调光电路以解决上述问题。
4.一种电压调整电路，包括滤波单元、基准单元和电压选择单元，所述滤波单元输出端分别连接基准单元输出端和电压选择单元输出端；
5.所述滤波单元输入为固定占空比pwm信号且滤波单元无效时，基准单元和电压选择单元进行电压断续调节；
6.所述滤波单元输入为可调占空比pwm信号且滤波单元有效时，滤波单元、基准单元和电压选择单元进行电压连续调节。
7.优选地，所述滤波单元输入为固定占空比pwm信号且滤波单元无效时，电压调整电路输出电压为：
8.v_outmin或者v_outmax，
9.v_outmax＝k1*vref，v_outmin＝k2*vref；
10.k1表示电压选择单元中大电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；k2表示电压选择单元中小电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；vref表示基准单元的基准电源。
11.优选地，所述滤波单元输入为可调占空比pwm信号时，滤波单元有效且电压选择单元中大电阻支路有效时，电压调整电路的输出电压进行连续调节，v_out＝k3*vref；滤波单元有效且电压选择单元中小电阻支路有效时，电压调整电路的输出电压进行连续调节，v_out＝k4*vref；
12.滤波单元无效且电压选择单元中大电阻支路有效时，输出电压进行连续调节，v_out＝k5*vref；滤波单元无效且电压选择单元中小电阻支路有效时，输出电压进行连续调节，v_out＝k6*vref；
13.k3表示根据pwm信号占空比、滤波单元、电压选择单元中大电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；k4表示根据pwm信号占空比、滤波单元、电压选择单元中小电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；k5表示电压选择单元中大电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；k6表示电压选择单元中小电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；vref表示基准单元的基准电源。
14.优选地，所述滤波单元包括第一二极管、第二电阻和第三电容，所述第一二极管阴极连接第一输入信号，所述第一二极管阳极连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端接地，所述第二电阻的另一端和第三电容的一端连接后连接基准单元和电压选择单元的输出端。
15.优选地，所述基准单元包括基准电源和第三电阻，所述基准电源连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端分别连接滤波单元的输出端和电压选择单元的输出端。
16.优选地，所述电压选择单元包括第一电阻、第五电阻、第一三极管和第二三极管，第五电阻的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第五电阻另一端连接所述第一三极管集电极，所述第一三极管基极连接第二输入信号，所述第一三极管发射极接地；第一电阻的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第一电阻另一端连接所述第二三极管集电极，所述第二三极管基极连接第三输入信号，所述第二三极管发射极接地。
17.优选地，所述电压选择单元还包括第三电阻和第四电阻，所述第四电阻一端连接第二输入信号，所述第四电阻另一端连接第一三极管基极；所述第三电阻一端连接第三输入信号，所述第三电阻另一端连接第二三极管基极；第二输入信号为大电压电平信号；第三输入信号为小电压电平信号。
18.优选地，所述电压选择单元包括第一电阻、第五电阻、第一mos管和第二mos管，第五电阻的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第五电阻另一端连接所述第一mos管漏极，所述第一mos管栅极连接第二输入信号，所述第一mos管源极接地；第一电阻的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第一电阻另一端连接所述第二mos管漏极，所述第二mos管栅极连接第三输入信号，所述第二mos管源极接地；第二输入信号为大电压电平信号；第三输入信号为小电压电平信号。
19.优选地，所述滤波单元包括并联连接的第一级滤波单元和第二级滤波单元时，第一级滤波单元输入端连接第一pwm信号，第二级滤波单元输入端连接第二pwm信号，第一级滤波单元输出端和第二级滤波单元输出端均分别连接电压选择单元和基准单元的输出端。
20.优选地，所述电压选择单元包括并联连接的第一级电压选择单元和第二级电压选择单元，第一级电压选择单元输入端分别连接第三输入信号和第四输入信号，第二级电压选择单元输入端分别连接第五输入信号和第六输入信号；第一级电压选择单元和第二级电压选择单元的输出端均分别连接电压选择单元和基准单元的输出端。
21.优选地，所述滤波单元输出端、基准单元输出端、电压选择电路输出端依次电性连接；或者所述滤波单元输出端、电压选择电路输出端、基准单元输出端依次电性连接。
22.另一方面本申请还提供一种调光电路，包括电压调整电路、恒流芯片和发光二极管，所述电压调整电路采用上述的电压调整电路，所述电压调整电路输出端连接恒流芯片输入端，所述恒流芯片输出端连接发光二极管。
23.本实施例解决采用dac芯片输出电压成本高，输出电压范围小问题，采用离散元件，简易pwm控制方式，实现成本管控，控制方式简化，同时满足大电阻范围输出需求；电压控制方式的多样性，加大了电路的应用领域范围。在调光应用方面，电流连续变化方式，比较断续调光电路，更好的改善发光二极管的使用寿命。
附图说明
24.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本申请实施例1的电路图。
26.图2为本申请实施例1的电压工作模式示意图。
27.图3为本申请实施例1的电路原理框图。
28.图4为本申请实施例2的第一单元复用时的电路图。
29.图5为本申请实施例2的第三单元复用时的电路图
具体实施方式
30.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。此外，应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.实施例1
32.现有电压调整电路如专利号为cn204069435u的技术方案，其包括用于发送调节指令的上位机，其信号输出端与用于接收该调节指令的fpga控制电路的输入端相连，fpga控制电路的输出端与dac转换电路的输入端相连，dac转换电路的输出端与用于根据该调节指令输出相应电流值的恒流驱动电路的输入端相连，恒流驱动电路的输出端与布置在发光二极管光源板上的发光二极管灯相连，从而实现调光。现有的电压调整电路采用dac芯片实现，成本高，实施复杂度高，输出电压范围小。为克服现有电压调整电路的问题，请参阅图1，本申请实施例提供的一种电压调整电路。
33.一种电压调整电路，包括滤波单元、基准单元和电压选择单元，所述滤波单元输出端分别连接基准单元输出端和电压选择单元输出端；所述滤波单元输入为固定占空比pwm信号且滤波单元无效时，基准单元和电压选择单元进行电压断续调节；所述滤波单元输入为可调占空比pwm信号且滤波单元有效时，滤波单元、基准单元和电压选择单元进行电压连续调节。
34.如图1所示，图1中的第一单元为滤波单元，第二单元为基准单元，第三单元为电压选择单元，本实施例滤波单元、基准单元和电压选择单元均采用一级，所述滤波单元包括第一二极管d1、第二电阻r2和第三电容cd3，所述第一二极管d1阴极连接第一输入信号，所述第一二极管d1阳极连接第二电阻r2的一端，所述第二电阻r2的另一端连接第三电容cd3的一端，所述第三电容cd3的另一端接地，接地即连接gnd引脚，所述第二电阻r2的另一端和第三电容cd3的一端连接后连接基准单元和电压选择单元的输出端。
35.基准单元包括基准电源vref和第三电阻rd3，所述基准电源vref连接第三电阻rd3的一端，第三电阻rd3的另一端分别连接滤波单元的输出端和电压选择单元的输出端。
36.电压选择单元包括第一电阻rd1、第五电阻rd5、第一三极管qa1和第二三极管qa2，第五电阻rd5的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第五电阻rd5另一端连接所述第一
三极管qa1集电极，所述第一三极管qa1基极连接第二输入信号，所述第一三极管qa1发射极连接gnd引脚；第一电阻rd1的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第一电阻rd1另一端连接所述第二三极管qa2集电极，所述第二三极管qa2基极连接第三输入信号，所述第二三极管qa2发射极连接gnd引脚。
37.所述电压选择单元还包括第三电阻r3和第四电阻r4，所述第四电阻r4一端连接第二输入信号max，所述第四电阻r4另一端连接第一三极管qa1基极；所述第三电阻r3一端连接第三输入信号min，所述第三电阻r3另一端连接第二三极管qa2基极。第三电阻r3和第四电阻r4为保护电阻。
38.电路原理：所述滤波单元输入为固定占空比pwm信号时，当固定高电平导致滤波单元失效，电压选择单元输出最大电压和最小电压进行电压断续调节；所述滤波单元输入为可调占空比pwm信号时，滤波单元有效时，根据滤波单元输入信号占空比，滤波单元、电压选择单元和基准单元中电阻组成的分压系数输出电压，实现电压连续调节。
39.电压断续模式：所述滤波单元输入为固定占空比pwm信号时，当固定高电平导致滤波单元失效，电压调整电路输出最大电压和最小电压进行电压断续调节；即led_dimming为高电平时，滤波单元与其他单元脱离，电压选择单元中的max为高电平，min为低电平，输出最大电压v_outmax＝k1*vref；电压选择单元中的max为低电平，min为高电平，输出最小电压v_outmin＝k2*vref；k1表示电压选择单元中大电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；k2表示电压选择单元中小电阻支路和基准单元中的电阻组成的分压系数；vref表示基准单元的基准电源。pwm信号的占空比和频率根据具体要求设置。当led_dimming为高电平(滤波单元两端存在压差，二极管导通时)或者led_dimming低电平，滤波单元有效，电压调整电路输出电压v_out＝k3*vref；k3表示pwm信号占空比、滤波单元、电压选择单元和基准单元中的电阻组成的分压系数；vref表示基准单元的基准电源。断续模式中虽然滤波单元存在有效的时候，但是由于输入为固定占空比的pwm信号，高低电平变化被电容cd3滤波，相当于电容cd3锁定了v1处的电压值，断续模式下由max和min进行电压断续调节，pwm固定的占空比和滤波单元中电阻不影响输出电压。
40.上述为固定占空比的pwm信号的描述，若改变pwm信号的占空比，对应改变断续调节中电压的基数。
41.电压连续模式：所述滤波单元输入为可调占空比pwm信号时，滤波单元有效且电压选择单元中大电阻支路有效时，电压进行连续调节，v_out＝k4*vref；滤波单元有效且电压选择单元中小电阻支路有效时，电压进行连续调节，v_out＝k5*vref。
42.滤波单元有效分为输入信号为低电平时有效，或者输入信号为高电平有效(滤波单元中二极管两端存在压差，二极管导通时)，选择大电阻支路有效时，k4表示根据pwm信号占空比、滤波单元、基准单元和电压选择单元的大电阻支路中的电阻组成的分压系数；k5表示根据pwm信号占空比、滤波单元、基准单元和电压选择单元的小电阻支路中的电阻组成的分压系数。
43.所述滤波单元输入为可调占空比pwm信号时，滤波单元无效且电压选择单元大电阻支路有效时，v_out＝k6*vref；滤波单元无效且电压选择单元小电阻支路有效时，v_out＝k7*vref；k6表示基准单元和电压选择单元的大电阻支路中的电阻组成的分压系数；k7表示基准单元和电压选择单元的小电阻支路中的电阻组成的分压系数。
44.通过滤波单元、电压选择单元、基准单元之间的分压以及滤波单元pwm信号的占空比的改变，实现电压的阶梯变化，实现电压连续调节。
45.具体如下：
46.如图1所示，max支路选用大电阻，min支路选择小电阻时：
47.如图2(a)所示，电压断续工作模式时，电压值会在0v和固定电压值来回切换，此时led_dimming为固定占空比pwm信号(电压幅值固定)。max，min高低电平的配合实现电压的断续工作。
48.led_dimming为高电平时，滤波单元无效，max为高电平，min为低电平，电压调整电路的输出电压输出最大电压，输出电压取决于rd3、rd5组成的分压系数；max低电平，min高电平，电压调整电路输出最小电压，输出电压取决于rd3、rd1的分压系数。
49.同时，若led_dimming为低电平时或者v1与led_dimming的压差大于零时，滤波单元有效，与基准单元和电压选择单元并联分压，max为高电平，min为低电平，输出电压取决于pwm信号占空比、rd3、rd5、r2组成的分压系数；max为低电平，min为高电平，输出电压取决于pwm信号占空比、rd3、rd1、r2组成的分压系数。led_dimming为高电平时，滤波单元失效，max为高电平，min为高电平，输出电压取决于rd1和rd3组成的分压系数(max大电阻，min小电阻并联为小电阻)；led_dimming为低电平时或者v1与led_dimming的压差大于零时，滤波单元导通，max为高电平，min为高电平，输出电压取决于pwm信号占空比、rd1、rd3、r2组成的分压系数(max大电阻，min小电阻并联为小电阻)。但由于pwm信号的占空比固定，pwm信号引起的滤波单元的有效或者无效带来的电压变化被滤波单元的电容进行滤波，导致滤波单元的输出恒定；因此断续模式下输出电压主要取决于电压选择单元的高低电平。
50.若改变led_dimming的占空比，则改变断续调压的基数。输入信号高低电平循环，输出电压对应循环变化，进行电压断续调节。
51.电压连续模式下，如图2(b)所示，基准单元和电压选择单元引起的电压变化成为输入电压的阶梯变化值。led_dimming为可调占空比pwm信号，电压值不会回0v位置，保持电压一直存在。
52.max为高电平，min为低电平，滤波单元导通(led_dimming为低电平或者高电平时，滤波单元中的二极管两端存在压差，二极管导通)，输出电压取决于rd3、rd5、r2组成的分压系数以及输入信号的占空比，实现阶梯调压；max为低电平，min为高电平，滤波单元导通，输出电压取决于rd3、rd1、r2组成的分压系数以及输入信号的占空比；max高电平，min高电平，输出电压与输入信号存在电压值，滤波单元导通，输出电压取决于rd3、rd1、r2、rd5组成的分压系数以及输入信号的占空比。改变pwm信号的占空比，改变输出电压。由于pwm信号占空比改变，因此滤波单元的输出电压受占空比影响，不仅仅受电压选择单元影响，实现连续调节。
53.滤波单元无效时，调压范围只由电阻决定，调压范围不够广；因此滤波单元有效，改变占空比，从而增大调压范围。
54.优选地，滤波单元导通时，max为高电平，min为低电平，影响调压的参数包括pwm信号的占空比；
55.占空比和电压，满足如下计算公式：
[0056][0057]
其中，l为pwm信号占空比系数，r2表示第二电阻的阻值，rd5表示第五电阻的阻值，rd3表示第三电阻的阻值，vref表示基准电源。
[0058]
当led_dimming一直为高电平时，若滤波单元不导通，则输出最大值；若滤波单元导通，则滤波单元分压减小输出电压。
[0059][0060]
其中，rd3表示第三电阻的阻值，rd5表示第五电阻的阻值，vref表示基准电源。
[0061]
当led_dimming一直为低电平时，滤波单元始终导通，max低电平，min高电平，占空比为0，映射为对应的占空比系数，则输出电压最小值。
[0062][0063]
其中，r2表示第二电阻的阻值，rd5表示第五电阻的阻值，rd3表示第三电阻的阻值，vref表示基准电源。
[0064]
同理，max支路和min支路选用的电阻可对应根据需求设置，在此不进行限定。
[0065]
同理，电压选择单元中的三极管可采用mos管替代，具体的电路连接如下：
[0066]
电压选择单元包括第一电阻、第五电阻、第一mos管和第二mos管，第五电阻的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第五电阻另一端连接所述第一mos管漏极，所述第一mos管栅极连接第二输入信号，所述第一mos管源极连接gnd引脚；第一电阻的一端连接滤波单元和基准单元的输出端，第一电阻另一端连接所述第二mos管漏极，所述第二mos管栅极连接第三输入信号，所述第二mos管源极连接gnd引脚。
[0067]
另一方面，滤波单元中的第二电阻和第三电容组成的rc可采用多级；基准单元和电压选择单元的电路连接可以为：滤波单元、基准单元和电压选择单元顺次连接；基准单元添加接地，若地更改为负压，可提高调压范围。也可以为：滤波单元、电压选择单元和基准单元顺次连接；基准单元同样可替换为负压范围。
[0068]
如图3所示，本实施例的电压调整电路可应用于发光二极管调光，电压调整电路的输出端连接恒流芯片，恒流芯片输出端连接发光二极管；恒流芯片采用tps92641/tps92640，电压调整电路的输出端连接其芯片的第6脚，电压变化调整后端输出电流变化，实现发光二极管灯亮度的自动调节。另一方面本实施例的电压调整电路组成器件简单通用，可采用多路电压调整电路并联，连接恒流芯片后连接多路发光二极管，实现多色灯调节。同理，本申请的电压调整电路应用不仅仅包括发光二极管调节领域，适用于需要电压调节的多种电路。
[0069]
本实施例解决采用dac芯片输出电压成本高，输出电压范围小问题，采用离散元件，简易pwm控制方式，实现成本管控，控制方式简化，同时满足大电阻范围输出需求；电压控制方式的多样性，加大了电路的应用领域范围。在调光应用方面，电流连续变化方式，比较断续调光电路，更好的改善发光二极管的使用寿命。
[0070]
实施例2
[0071]
基于实施例1，本实施例可以采用多路并联连接的电压调整电路实现多灯调节，实现调光。本实施例也可以采用复用上述电压调整电路中的部分电路实现多输入、多输出和控制方式多样性。具体如下：
[0072]
如图4所示，所述滤波单元包括并联连接的第一级滤波单元和第二级滤波单元时，第一级滤波单元输入端连接第一pwm信号，第二级滤波单元输入端连接第二pwm信号，第一级滤波单元输出端和第二级滤波单元输出端均分别连接电压选择单元和基准单元的输出端。
[0073]
拓展多输入控制信号，电压动态调节，电压范围更广泛，调节区间更广。电压断续调节和连续调节如实施例1，在此不进行赘述。
[0074]
如图5所示，所述电压选择单元包括并联连接的第一级电压选择单元和第二级电压选择单元，第一级电压选择单元输入端分别连接第三输入信号和第四输入信号，第二级电压选择单元输入端分别连接第五输入信号和第六输入信号；第一级电压选择单元和第二级电压选择单元的输出端均分别连接电压选择单元和基准单元的输出端。
[0075]
上述描述的是电路组成各部门为两级复用的情况，具体复用级数根据具体情况选用，包括但不限于三级或者四级。
[0076]
拓展多输入控制信号，max1和min1控制多样性；电压断续调节和连续调节如实施例1，在此不进行赘述。
[0077]
基于电压调整电路的调光电路，包括电压调整电路、恒流芯片和发光二极管，所述电压调整电路采用实施例1或者2所述的电压调整电路，所述电压调整电路输出端连接恒流芯片输入端，所述恒流芯片输出端连接发光二极管。当电压调整电路、恒流芯片和发光二极管均为一级时，电路连接如上所述；当采用多级时，每一级的电压调整电路、恒流芯片和发光二极管顺次电性连接；多级之间并联连接。
[0078]
电压选择单元中的三极管同样可替换为mos管，基准单元和电压选择单元的连接顺序可置换，电路之间的连接对应改变，电路内的器件的连接不变，在此不进行赘述。基准单元中连接gnd引脚可更改为-vref，调压范围更广；滤波单元中的rc器件也可以采用多级rc，提高电路的电压稳定性。
[0079]
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
[0080]
此外，需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。