CN102685988A - 采用松耦合变压器的led机械式调光控制电路 - Google Patents

Abstract

一种采用松耦合变压器的LED机械式调光控制电路，包括松耦合变压器、原边谐振补偿电容、副边谐振补偿电容和磁芯调节机构；原边谐振补偿电容串联接在松耦合变压器初级侧；副边谐振补偿电容串联接在松耦合变压器副级侧；所述松耦合变压器的原副边的磁芯距离d可调；磁芯调节机构连接松耦合变压器上的所述磁芯距离d的调节端；通过磁芯调节机构调节所述的松耦合变压器器原副边的磁芯距离来改变变压器的参数，改变输出有功功率，实现LED调光，不需要额外的电气和控制电路，使用简单，减少成本，可靠性高。

Description

采用松耦合变压器的LED机械式调光控制电路

技术领域

本发明涉及一种LED机械式调光控制电路。

背景技术

半导体发光二极管LED光源具有发光效率高、体积小、寿命长等优点，已成为下一代照明技术的主流。LED是电流型器件，需要专门的驱动器来提供驱动电流，满足照明需求。为满足安全规范要求，LED驱动器要求具有电气隔离，通常采用隔离变压器将LED光源与输入母线隔离。为实现节能减排和个性化照明需求，LED驱动器要求具有调光功能，由LED发光原理可知，LED的驱动电流决定了输出光通量的大小，目前的调光方式均在驱动器中采用额外的电路和控制策略对电流大小进行调节，如幅值调节和脉宽调制调节等。额外增加的控制电路不仅增加了成本，而且增大了系统的复杂性，也降低了可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路结构简单、成本低廉、可靠性更高的采用松耦合变压器的LED机械式调光控制电路。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：一种采用松耦合变压器的LED机械式调光控制电路，包括松耦合变压器、原边谐振补偿电容、副边谐振补偿电容和磁芯调节机构；原边谐振补偿电容串联接在松耦合变压器初级侧；副边谐振补偿电容串联接在松耦合变压器副级侧；所述松耦合变压器的原副边的磁芯距离d可调；磁芯调节机构连接松耦合变压器上的所述磁芯距离d的调节端；

通过磁芯调节机构调节所述的松耦合变压器原副边的磁芯距离d，由公式其中μ₀是空气的导磁率，A_e是有效导磁面积，N是对应的线圈匝数，可知当磁芯距离d发生变化，电感L值会相应变化，则变压器中的励磁电感L_M、原边漏感L_P和副边漏感L_S均随着磁芯距离d的变化而变化；输入交流电压v_I不变，而d改变，则变压器励磁电感L_M、原边漏感L_P、副边漏感L_S均发生改变，因此，原边输入电流i_P的幅值和相位发生变化，即输入有功功率发生变化，从而改变输出功率。

有益效果：与现有技术相比，通过调节松耦合变压器的磁芯距离来改变输出有功功率，从而实现LED调光，不需要额外的电气和控制电路，使用简单，减少成本，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的电路等效结构示意图。

图2是LED等效电路模型示意图。

图3是本发明的采用松耦合变压器的LED机械调光原理示意图。

图4是采用本发明结构的LED调光设计实例。

v_I是输入交流电压；i_P是输入交流电流；v₀是输出交流电压；C_p是原边谐振补偿电容；C_s是副边谐振补偿电容；T是松耦合变压器；L_P是变压器原边漏感；L_S是变压器副边漏感；L_M是变压器励磁电感；N_P是变压器原边绕组匝数；N_S是变压器副边绕组匝数；d是变压器原副边磁芯的距离；其中，L_P、L_S、L_M均为等效电感。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步的描述。

如图1所示，一种采用松耦合变压器的LED机械式调光控制电路，包括松耦合变压器T、原边谐振补偿电容Cp、副边谐振补偿电容Cs和磁芯调节机构；原边谐振补偿电容Cp串联接在松耦合变压器T初级侧；副边谐振补偿电容Cs串联接在松耦合变压器T副级侧；所述松耦合变压器T的原副边的磁芯距离d可调；磁芯调节机构连接松耦合变压器上的所述磁芯距离d的调节端；通过磁芯调节机构调节所述的松耦合变压器器T原副边的磁芯距离d，由公式

其中μ₀是空气的导磁率，A_e是有效导磁面积，N是对应的线圈匝数，可知当磁芯距离d发生变化，电感L值会相应变化，因此变压器中的励磁电感L_M、原边漏感L_P和副边漏感L_S均随着磁芯距离d的变化而变化；输入交流电压v_I不变，d改变，变压器励磁电感L_M、原边漏感L_P、副边漏感L_S均发生改变，因此，原边输入电流i_P的幅值和相位发生变化，即输入有功功率发生变化，从而改变输出功率。

由变压器模型和参数，可以得到原边电感L₁、副边电感L₂、耦合系数k、变比n满足以下条件：

由频域分析，输出v₀与输入v_I的电压传输比满足下式：

其中， $Z_P=j({\mathrm{\ωL}}_1-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_P}),$ $Z_S=j({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_S}),$ $R_{E,\mathrm{LED}}=\frac{V_{\mathrm{LED}}}{I_{\mathrm{LED}}},$ R_E，LED是LED等效电阻，Δ＝ω⁴L₁C_PL₂C_S(k²-1)+ω²(L₁C_P+L₂C_S)-1。

图2所示的是LED等效电路模型示意图。LED负载可以看成一个很小的内阻r与内部电压源V_TH串联组成，因此，LED负载的电压和电流满足下式：

VLED(ILED)＝VTH+ILED·r

(3)

图3是采用松耦合变压器的LED机械调光原理示意图，其中，输入交流电压采用占空比为D的方波信号，T_S：为输入方波电压开关周期。输入交流电压v_I不变，若调节松耦合变压器的原、副边磁芯距离d，则变压器参数发生改变，从而改变输入电流i_P的幅值和相位，输入有功功率发生变化，从而改变输出功率及LED驱动电流和输出光通量，实现调光。

图4所示是电压传输比G_v函数随输入频率f的变化曲线。其中，改变松耦合变压器的距离d，得到其相关参数为下表所示：

输入交流电压v_I为幅值400V、占空比D为0.85的交流方波信号(输入交流电压v_I是通过模拟功率因数校正电路和全桥电路斩波得到)；负载采用Cree XREWHT系列冷白色LED共12只，其中，每6只LED串联，然后两串同向并联；LED支路满足：

V_LED(I_LED)＝18+I_LED·3.428。其中，V_TH＝18V，r＝3.428Ω均由LED说明手册得到。

其中，d＝0，k_max＝0.926；d＝5mm，k_min＝0.252。

图4给出d＝0与d＝5mm时，负载对应的频率响应曲线，LED驱动电流I_LED从0.7A调节至0.35A时，电压变化很小，电压传输比基本不变，由于负载电流减半，输出功率自动减小，从而实现调光，因此，输入频率选择在195kHz。

由以上描述可知，本发明提出的采用松耦合变压器的LED机械调光技术具有如下优点：通过调节松耦合变压器的磁芯距离来改变输出有功功率，从而实现LED调光，不需要额外的电气和控制电路，实现和使用简单，减少成本，可靠性高；通过原副边谐振电容，补偿漏感能量，保证能量传输的高效率。

Claims (1)

1.一种采用松耦合变压器的LED机械式调光控制电路，其特征在于，包括松耦合变压器、原边谐振补偿电容、副边谐振补偿电容和磁芯调节机构；原边谐振补偿电容串联接在松耦合变压器初级侧；副边谐振补偿电容串联接在松耦合变压器副级侧；所述松耦合变压器的原副边的磁芯距离d可调；磁芯调节机构连接松耦合变压器上的所述磁芯距离d的调节端；

通过磁芯调节机构调节所述的松耦合变压器原副边的磁芯距离d，由公式

其中μ₀是空气的导磁率，A_e是有效导磁面积，N是对应的线圈匝数，可知当磁芯距离d发生变化，电感L值会相应变化，则变压器中的励磁电感L_M、原边漏感L_P和副边漏感L_S均随着磁芯距离d的变化而变化；输入交流电压v_I不变，而d改变，则变压器励磁电感L_M、原边漏感L_P、副边漏感L_S均发生改变，因此，原边输入电流i_P的幅值和相位发生变化，即输入有功功率发生变化，从而改变输出功率。

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