一种用于多模组路灯的多通道可编程电源的制作方法

1.本实用新型涉及多模组路灯技术领域，具体地说，涉及一种用于多模组路灯的多通道可编程电源。


背景技术：

2.现有城市道路照明中路灯是很关键的一种照明设施，路灯中的核心部件为光源和电源，由于不同功率和不同品牌的路灯使用的led驱动电源各不相同，而路灯故障通常都是由于电源损坏引起，在市政道路照明维护（修）的过程中会导致一些问题，如电源采购渠道和电源参数与灯板匹配问题、仓库存货管理问题，采购繁琐以及采购周期问题,鉴于此，我们提出一种用于多模组路灯的多通道可编程电源。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于多模组路灯的多通道可编程电源，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种用于多模组路灯的多通道可编程电源，包括ac
‑
dc电路，所述ac
‑
dc电路连接有六路led驱动电路，所述六路led驱动电路连接有电流检测电路，所述六路led驱动电路连接有中央处理器及外围电路，所述中央处理器及外围电路通过数据通信线与电流检测电路连接，所述中央处理器及外围电路通过数据通信线与通信电路连接，所述ac
‑
dc电路与中央处理器及外围电路连接。
6.进一步地，ac
‑
dc电路包括四个功能电路，即输入整流电路、降压电路、mos管q1的控制电路和输出反馈调整电路、数字电路的电源电路。
7.进一步地，所述输入整流电路包括整流桥bd1及滤波电容c5、c6及周边器件，所述整流电路还包括电源接口cn1，所述电源接口cn1串联有熔断器fs1，所述熔断器fs1串联有热敏电阻ntc1，所述热敏电阻ntc1连接有x电容c4，所述x电容c4并联有扼流线圈lf1，所述电源接口cn1连接有x电容c4、扼流线圈lf1，所述扼流线圈lf1并联有压敏电阻znr1，所述压敏电阻znr1与整流桥bd1的交流输入端并联，所述整流桥bd1的直流输出端并联极性电容c5、c6。
8.进一步地，所述降压电路包括mos管q1、高频变压器t1及其周边电路，所述mos管q1连接高频变压器t1，所述高频变压器t1连接有半桥整流二极管d1，所述半桥整流二极管d1并联有半桥整流二极管d2，所述半桥整流二极管d1、d2连接有电阻r8，所述电阻r8并联有极性电容c9，所述极性电容c9负极连接有高频变压器，所述极性电容c9正极连接有电感l1，所述电感l1与极性电容c10连接，所述极性电容c10与电阻r9、c8、r10并联。
9.进一步地，所述mos管q1的控制包括驱动器u1（uc3842）及配合u1（uc3842）的周边器件，所述驱动器u1（uc3842）连接有电阻r20，所述电阻r20连接有三极管q2、q3，所述三极管q2、q3连接有电阻r16，所述电阻r16接到mos管q1的控制极；所述输出反馈调整电路包括
电压基准芯片u4（az431）、所述u4（az431）连接到光电耦合器u3（pc817）、所述光电耦合器u3（pc817）连接到稳压二极管zd1,所述稳压二极管zd1通过电阻r21、r28连接到稳压二极管zd3，所述稳压二极管zd3连接到光电耦合器u2（pc817）。
10.进一步地，所述数字电路的电源电路包括降压型电源芯片u6（xl1507
‑
5.0e1），所述降压型电源芯片u6（xl1507
‑
5.0e1）与肖特基二极管d8、输出电感l3连接，所述输出电感l3与滤波电容c24、c30连接，所述滤波电容c24、c30与肖特基二极管d7相连，所述肖特基二极管d7与滤波电容c25、c26、c27相连，所述滤波电容c25、c26、c27与ldo芯片u7（ams1117
‑
3.3）相连。
11.进一步地，所述中央处理器及外围电路包括中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6），所述中央处理器u8（stm32f030k6t6）与复位电容c35连接，所述中央处理器u8（stm32f030k6t6）与晶体振荡器y1及晶体振荡器y1负载电容c23、c34构成的时钟电路连接，所述中央处理器u8（stm32f030k6t6）与数字电位器芯片u5（mcp4021）连接，所述中央处理器u8（stm32f030k6t6）与运算放大器芯片u9（ne4558）连接，所述中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过iic总线与eeprom芯片u10（m24c64）连接。
12.进一步地，所述电流检测电路包括功率监控芯片u13（ina219），所述电流监控芯片u13（ina219）通过iic总线与中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6）连接，所述电流监控芯片u13（ina219）通过4位接线端子p5连接到4位接线端子p7与采样电阻r21相连。
13.进一步地，所述通信电路包括usb接口p4，所述usb接口p4与usb总线esd器件u12相连，所述usb总线esd器件u12与usb桥芯片u11（ch340g）相连，所述usb桥芯片u11（ch340g）通过异步串行通信接口与中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6）的异步串行通信接口相连。
14.进一步地，所述六路led驱动电路包括六个电路结构及参数完全相同的电路结构，其中一个led驱动电路包括电源输入滤波电容c3,降压型恒流驱动芯片u1(mbi6662gd)、电流采样电阻r1、r3、r5、r7,肖特基二极管d2、电感l1、电容c1、c5；芯片内部工作频率设定电阻r9。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
16.1、传统的led驱动装置输出电流、功率是恒定的，输出电压的范围较窄，匹配led模组时需要考虑模组的功率以及串并关系；本实用新型多通道可编程电源可以通过界面输入led光源模组的参数，然后将配置参数下载到电源中，通过软件调整内部的电压以及输出电流，即可匹配不同参数的led光源模组，且匹配的范围很大。
17.2、传统的led驱动装置输出只有一路输出，这样就需要将各个模组并联或串联起来，一旦其中一个模组工作异常，就会影响其他模组的正常工作；如果各模组采用串联关系，一旦其中一个模组故障，其他模组也就不能正常工作；如果各模组采用并联关系，一旦其中一个模组故障，这样就会导致故障模组承担的工作电流，就会加载到其它正常工作的模组上，导致过载，进而影响其使用寿命；本实用新型多通道可编程电源采用多通道输出，输出电流大小可通过编程设定，且每个通道独立工作，led光源模组与电源输出通道一一对应，即便其中一个或少数几个led光源模组故障，均不会导致整灯不亮，或影响其它正常工作模组的寿命。
18.3、传统的led驱动装置输出只有一路输出，势必导致其输出电流更大或输出电压更高才能确保其输出功率，若在大电流的情况下，电流经过内阻较大的器件部分时就会发
热，热量堆积就会产生温升，从而导致器件损坏、电源输出故障；本实用新型多通道可编程电源将大电流转换为多路小电流，使得发热器件分散开来，不再集中在某一个或少数的几个器件上，使得热量分布均匀，便于散热；并将发热器件集中起来采用分板式设计，将发热的器件采用铝基材质的板材，通过导热硅胶片固定在外壳上，能够提高了散热效率，减少热量堆积产生的温升对电子元器件产生不良影响，延长了led光源模组以及驱动电源的使用寿命。
附图说明
19.图1为本实用新型的整体电路结构框图；
20.图2为输入整流电路的结构示意图；
21.图3为降压电路的结构示意图；
22.图4为mos管q1的控制电路和输出反馈调整电路的结构示意图；
23.图5为数字电路的电源电路的结构示意图；
24.图6为中央处理器及外围电路的结构示意图；
25.图7为电流检测电路的结构示意图；
26.图8为通信电路的结构示意图；
27.图9为六路led驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
29.请参阅图1所示，本实施例提供一种用于多模组路灯的多通道可编程电源，一种用于多模组路灯的多通道可编程电源，包括ac
‑
dc电路， ac
‑
dc电路连接有六路led驱动电路，六路led驱动电路连接有电流检测电路，六路led驱动电路连接有中央处理器及外围电路，中央处理器及外围电路通过数据通信线与电流检测电路连接，中央处理器及外围电路通过数据通信线与通信电路连接，ac
‑
dc电路与中央处理器及外围电路连接。
30.其中，ac
‑
dc电路包括四个功能电路，第一个是将输入的220v的交流电转换为直流电的输入整流电路，如图2所示；第二个是将整流后的直流电进行降压转换成两路电压输出的降压电路，一路为28伏至45伏可编程的直流电压为led驱动电路提供电源，另一路为12v的直流电为转换5v和3.3v的直流电提供电源，如图3所示；第三个是mos管q1的控制电路和输出反馈调整电路，如图4所示；第四个是数字电路的电源电路，将降压电路中输出的12v直流电源通过稳压电路转换为5v和3.3v的直流电源提供给数字电路部分，如图5所示。
31.如图2所示，ac
‑
dc电路的功能之一，包括由整流桥bd1及滤波电容c5、c6及周边器件构成的输入整流电路，整流电路包括电源接口cn1，电源接口cn1串联有熔断器fs1，熔断器fs1串联有热敏电阻ntc1，热敏电阻ntc1连接有x电容c4， x电容c4并联有扼流线圈lf1，电源接口cn1连接有x电容c4、扼流线圈lf1，扼流线圈lf1并联有压敏电阻znr1，压敏电阻znr1与整流桥bd1的交流输入端并联，整流桥bd1的直流输出端并联极性电容c5、c6。在cn1
处输入220伏交流电，经过自恢复保险fs1、热敏电阻ntc1、扼流线圈lf1、压敏电阻znr1、整流桥bd1、滤波电容c4、c5整流成310v左右的直流电为后面的电路提供直流电源。
32.如图3所示，ac
‑
dc电路的功能之二，包括由mos管q1和高频变压器t1、及其周边电路构成的降压电路，降压电路包括与mos管q1连接的高频变压器t1，高频变压器t1连接有半桥整流二极管d1，半桥整流二极管d1并联有半桥整流二极管d2，半桥整流二极管d1、d2连接有电阻r8，电阻r8并联有极性电容c9，极性电容c9负极连接有高频变压器，极性电容c9正极连接有电感l1，电感l1与极性电容c10连接，极性电容c10与电阻r9、c8、r10并联。该部分电路将整流得到的直流电通过mos管q1进行高频斩波加载在高频变压器t1的初级线圈上，在高频变压器t1的次级就会产生高频的感应电动势,经过半桥整流二极管d1与d2、电感l1及滤波电容c8,c9对高频变压器次级线圈输出的高频感应电压进行整流和滤波，在p1端就可得到一个纹波较小的直流输出电压。
33.如图4所示，ac
‑
dc电路的功能之三，包括mos管q1的控制电路和输出反馈调整电路， mos管q1的控制包括驱动器u1（uc3842）及配合u1（uc3842）的周边器件，驱动器u1（uc3842）连接有电阻r20，电阻r20连接有三极管q2、q3，三极管q2、q3连接有电阻r16，电阻r16接到mos管q1的控制极。输出反馈调整电路包括电压基准芯片u4（az431）、u4（az431）连接到光电耦合器u3（pc817）、光电耦合器u3（pc817）连接到稳压二极管zd1,稳压二极管zd1通过电阻r21、r28连接到稳压二极管zd3，稳压二极管zd3连接到光电耦合器u2（pc817）。通过u1（uc3842）第6脚输出pwm通过q2、q3射极经过电阻r16来控制mos管q1的高频开关，经过采样电路及反馈回路让u1（uc3842）调整输出pwm的占空比从而调整p1端的输出电压，确保在p1端得到一个稳定的电压。
34.如图5所示，ac
‑
dc电路的功能之四，包括数字电路的电源电路，数字电路的电源电路包括降压型电源芯片u6（xl1507
‑
5.0e1），降压型电源芯片u6（xl1507
‑
5.0e1）与肖特基二极管d8、输出电感l3连接，输出电感l3与滤波电容c24、c30连接，滤波电容c24、c30与肖特基二极管d7相连，肖特基二极管d7与滤波电容c25、c26、c27相连，滤波电容c25、c26、c27与ldo芯片u7（ams1117
‑
3.3）相连。数字电路的电源电路从高频变压器的12v次级绕组上取电，通过开关电源芯片u6转化为5v，再将5v通过ldo芯片（ams1117
‑
3.3）转化为3.3v为整个数字电路提供5v直流电源及3.3v的直流电源。
35.如图6所示，中央处理器及外围电路包括中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6），中央处理器u8（stm32f030k6t6）与复位电容c35连接，中央处理器u8（stm32f030k6t6）与晶体振荡器y1及晶体振荡器y1负载电容c23、c34构成的时钟电路连接，中央处理器u8（stm32f030k6t6）与数字电位器芯片u5（mcp4021）连接，中央处理器u8（stm32f030k6t6）与运算放大器芯片u9（ne4558）连接，中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过iic总线与eeprom芯片u10（m24c64）连接。中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过其连接的通信电路再经过usb线将多通道可编程电源与电脑连接，然后通过电脑端的配置软件根据电源需驱动的光源模组的各项参数，如模组中用的led灯珠工作电压、工作电流、额定功率以及led光源模组的串并关系，所需带的模组数量等数据信息存储在eeprom芯片u10（m24c64）中待每次上电运行时供中央处理器u8（stm32f030k6t6）调用来设定多通道可编程电源的输出电流值大小以及哪几个通道输出，所述中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过iic总线来读取电流检测电路中功率监控芯片u13（ina219）测得输出运行电流大小，然后再进一步的处理与预先通过电脑设
定的输出电流大小是否一致，如果不一致中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过调整pwm信号的占空比来改变六路输出电流的大小，中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过控制信号改变与其相连的数字电位器芯片u5（mcp4021）电阻值，来改变mos管q1的控制电路和输出反馈调整电路中电压基准芯片u4（az431）的参考电压进一步改变u1（uc3842）输出的占空比从而改变mos管q1的开关时间来实现p1端口输出电压的数字化调节。中央处理器u8（stm32f030k6t6）通过adc端口与由u9（ne4558）搭建一个电压跟随器采集从p1处通过分压电阻r32、r35获得一个分压传递给u8（stm32f030k6t6）的adc端口进行电压采集，通过控制数字电位器u5改变阻值，配合r28、r29改变分压提供给u4（az431），进一步改变u1（uc3842）的参考电压，从而改变u1第6脚输出pwm的占空比来实现p1端口输出的可数字化改变范围的电压形成一个闭环的控制回路，由于p1处通过分压电阻r32、r35再经过由u9（ne4558）搭建的电压跟随器的构造利用u9（ne4558）的硬限伏特性对中央处理器u8（stm32f030k6t6）的adc端口具有一定的保护作用避免由于上电瞬间输出高压导致烧坏u8（stm32f030k6t6）。
36.如图7所示，电流检测电路包括功率监控芯片u13（ina219），电流监控芯片u13（ina219）通过iic总线与中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6）连接，电流监控芯片u13（ina219）通过4位接线端子p5连接到4位接线端子p7与采样电阻r21相连，当电流经过采样电阻r21，在采样电阻r21两端会形成压差再通过电流监控芯片u13（ina219）取样再在内部进行转换成数字信号通过iic总线传递中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6）做进一步的处理，用来实时的监控电源输出电流的情况，一旦输出异常或与预设值不匹配时，中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6）就会进行及时的调整输出电流。
37.如图8所示，通信电路包括usb接口p4， usb接口p4与usb总线esd器件u12相连，usb总线esd器件u12与usb桥芯片u11（ch340g）相连， usb桥芯片u11（ch340g）通过异步串行通信接口与中央处理器芯片u8（stm32f030k6t6）的异步串行通信接口相连。通信电路是由u11（ch340g）与电脑连接，将usb信号转换为串行异步串行总线信号，通过u11（ch340g）的串行接口与u8（stm32f030k6t6）之间进行通信将从电脑端获得的输出电流大小及控制那些路输出的数据在u8（stm32f030k6t6）中进行处理然后存储到u10（m24c64）eeprom中。
38.如图9所示，六路led驱动电路包括六个电路结构及参数完全相同的电路结构，其中的一个led驱动电路包括电源输入滤波电容c3,降压型恒流驱动芯片u1(mbi6662gd)、电流采样电阻r1、r3、r5、r7,肖特基二极管d2、电感l1、电容c1、c5；芯片内部工作频率设定电阻r9。u1(mbi6662gd)在芯片通过外部的pwm占空比信号的控制下，来改变对外输出的电流大小，从p1接线端子流过的电流经c3滤波，经过电流采样电阻r1、7,给u3供电及提供电流、电压采样，经p2的1脚流向led灯板1的正极，经过灯板上的led后通过led灯板上的负极流向p4的1脚经过l1流向u1的1脚通过u1内部的mosfet、电阻r3、r5到地形成一个电流回路，当内部mosfet打开时输出端子p2、p4有电流输出。当内部mosfet关闭时，d2的正极端电压低于d2负极端的电压，此时不能形成电流回路，输出端子p2、p4没有电流输出。u1的6脚通过与外部的r9连接，7脚与c5连接来设定内部mosfet的工作频率及开关的时间，u1的4脚通过接线端子p6与p3连接到单片机上，获得单片机给出的pwm控制信号，通过pwm占空比控制信号来调节输出电流的大小，当所连接的灯板故障（开路）后，灯板的一端虽连接到vin处，但是另一端的状态是悬空的，即p4的第一脚为悬空状态，只会导致u1的输出为空载状态，且每路led驱动电路都有电阻来限定最大输出电流当pwm信号的占空比达到100%时才能输出预先设定
的最大输出电流。由于该部分的发热量较大，这部分的电路采用单面铝基板设计，提高其散热效率，确保该部分电路工作稳定，减少因温升对该部分工作造成不良影响。由于该部分采用6组输出可调最大2a，输入电压高达60v的恒流芯片构成的恒流电路。
39.本实用新型是将输入的220v交流电通过内部数字化调压技术得到一个宽范围的电压，提供给后面的led驱动电路，led驱动电路通过内部的pwm调节使得输出可以得到宽范围多路电流可调的恒流电源，也就是说通过电脑端软件配置的一种宽范围电压输出且可以改变输出恒流电流的大小的能灵活适配led光源板的多路输出电源。
40.以上描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型的软件程序、以及元器件的结构特征、外观形状、型号等均不是本实用新型的关键技术，也不是本实用新型要求保护的关键性技术内容，因不影响本实用新型具体实施过程和目的的实现，故不在说明书中一一说明。