CN102791069A

CN102791069A - 输出电流可控的电源

Info

Publication number: CN102791069A
Application number: CN2012102427197A
Authority: CN
Inventors: 张曦春
Original assignee: QINFI LIGHTING ELECTRICAL APPLIANCE (SHANGHAI) CO Ltd
Current assignee: QINFI LIGHTING ELECTRICAL APPLIANCE (SHANGHAI) CO Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-11-21

Abstract

一种输出电流可控的电源，其特征在于，该电源设置有逆变开关电路、控制模块、开关、至少二个磁性电流互感器、谐振电感、谐振电容、输出整流电路、以及直流负载，其组成谐振逆变电路，每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组，原边绕组串联后一端与逆变开关电路输出连接，另一端和谐振电容及谐振电感组成的谐振电路连接，副边绕组分别串联后连接至逆变开关电路，谐振电容并接输出整流电路，输出整流电路的输出并接直流负载，开关并接任一电流互感器的任一绕组，控制模块按照外部命令使开关闭合或打开，来改变自激振荡频率，改变输出至直流负载的电流大小。本发明还提供另一种输出电流可控的电源，如恒流驱动电源。由于采用自激振荡的方式来实现输出频率或输出功率的改变，与他激振荡电路相比较，达到了成本相对较低的功效。

Description

输出电流可控的电源

技术领域

本发明涉及具有调光功能的气体放电灯自激振荡电子镇流器或输出电流可控的电源。

背景技术

将直流转变成交流的自激振荡逆变电源应用广泛，特别常见于低成本的气体放电灯自激振荡电子镇流器中。但是自激振荡逆变电路要实现振荡频率可调或输出功率可调，则比较困难。

美国专利US5596247提出了一种比较简单的自激振荡电子镇流器调光方案，但该方案将造成半桥上下管的开通时间不同，使上下管工作在不对称状态，对电路可靠性带来影响。

另一美国专利US6696803披露了一种能可靠工作的可改变工作频率的自激振荡电源方案，但该方案中辅助电源电压的波动将影响其振荡频率和输出功率，因此对辅助电源的设计提出了较高的要求，成本相对较高。

中国发明专利CN91217582.6提出一种廉价的分段调光自激振荡电子镇流器，该方案设想利用拨动开关短接振荡磁环的不同抽头，实现分段调光。但实际上开关短接部分绕组后将大大降低输出电压，因而无法保证电路的可靠工作。

为此，在申请号为201110199913.7的专利中公开了一种输出频率连续可变的自激振荡逆变电源，其在自激振荡电路中设置有逆变开关电路、至少两个磁性电流互感器、直流负载和控制电路,每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组、或控制绕组,原边绕组分别与功率管的输出和负载连接,副边绕组与逆变开关电路连接驱动其功率管,控制电路的输出与任一磁性电流互感器的一绕组并接,改变控制电路的输出阻抗,达到改变自激振荡频率目的。如果连续改变控制电路的输出阻抗,便可连续改变自激振荡频率。优点是提供一种能可靠工作的输出频率或输出功率可变的自激振荡电源,应用于气体放电灯自激振荡电子镇流器,具有调光功能而且成本相对较低。

在申请号为201110200429.1的专利中公开了一种输出频率分段可变的自激振荡逆变电源，该电源设置有逆变开关电路、多个电流互感器组成的耦合电路、开关以及直流负载,构成自激振荡逆变电源电路,所述电流互感器是在磁芯上绕制有线圈,互感器的原边绕组相互串联或并联,并分别与逆变开关电路的功率开关管和直流负载连接;每个互感器有二个副边绕组,分别与逆变开关电路上、下功率开关管的基极串联连接或并联连接;由开关控制多个电流互感器组成的耦合电路中的部分电流互感器参与或退出自激振荡来改变自激振荡频率。优点是提供了一种能可靠工作的输出频率或输出功率可变的自激振荡电源,应用于气体放电灯自激振荡电子镇流器,即具有调光功能而且成本相对较低。

在这个基础上，本发明提出一种改进应用型专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现成本低的输出电流可控的电源。

一种输出电流可控的电源，该电源设置有逆变开关电路、控制模块、开关、至少二个磁性电流互感器、谐振电感、谐振电容、输出整流电路、以及负载电路，其组成谐振逆变电路，每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组，原边绕组串联后一端与逆变开关电路输出连接，另一端和谐振电容及谐振电感组成的谐振电路连接，副边绕组分别串联后连接至逆变开关电路，谐振电容并接输出整流电路，输出整流电路的输出并接负载电路，开关并接任一电流互感器的任一绕组，控制模块按照外部命令使开关闭合或打开，来改变自激振荡频率，改变输出至负载电路的电流大小。

较佳地，直流负载包括至少一发光二极管。

较佳地，输出整流电路包含至少一个发光二极管。

较佳地，控制模块输出PWM信号使开关按PWM信号闭合或断开，使受开关控制的电流互感器按PWM信号退出或参与自激振荡，使自激振荡频率按PWM信号的脉宽比在两个频率间切换，通过改变PWM脉宽比来改变工作于两个自激振荡频率的时间比例，来改变输出至直流负载的电流的平均值大小。

较佳地，该电源还包括将输出电流平均值的采样信号反馈到控制模块的采样模块，控制模块据采样值和目标值的差异改变其输出PWM信号的脉宽比，使输出至直流负载的电流的平均值恒定在目标值附近。

较佳地，该电源还包含整流电路，外部交流火线和零线经整流后输出直流连接至逆变开关电路，控制模块的信号地连接到整流输出的负端，将与外部交流火线或零线构成回路并有电压差的任何电压源经过一命令开关以一根导线连接到控制模块的信号输入端，命令开关闭合时，控制模块接收到该电压源的电压信号并将该信号看作控制命令，使所述开关闭合或打开，使电路工作于一自激振荡频率或一种按PWM占空比形成的频率组合，或使电路按一输出电流目标值工作，当命令开关断开时，控制模块将该电压信号的消失看作另一命令，使所述开关打开或闭合，使电路工作于另一自激振荡频率或按另一种PWM占空比形成的频率组合，或使电路按另一输出电流目标值工作。

一种输出电流可控的电源，用于输出恒流，该电源设置有逆变开关电路、至少二个磁性电流互感器、谐振电容、谐振电感、控制电路、输出整流电路、以及直流负载，其组成谐振逆变电路，每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组，原边绕组串联后一端与逆变开关电路输出连接，另一端和谐振电容及谐振电感组成的谐振电路连接，副边绕组分别串联后连接至逆变开关电路，控制电路的输出与任一磁性电流互感器的一个绕组并接，谐振电容并接输出整流电路，输出整流电路的输出并接直流负载，改变控制电路的输出阻抗，以改变输出至直流负载的电流大小。

较佳地，直流负载包括至少一发光二极管。

较佳地，输出整流电路包含至少一个发光二极管。

较佳地，控制电路包含控制模块、晶体管或其他导通阻抗可变器件，晶体管集电极和射极并接任一磁性电流互感器的一个绕组或其它导通阻抗可变器件的至少两个输入端并接任一磁性电流互感器的一个绕组，控制模块输出PWM信号经滤波后连接至晶体管基极，或连接至其他导通阻抗可变器件的控制端，通过改变PWM信号脉宽比例来改变晶体管或其他导通阻抗可变器件的导通阻抗，改变自激振荡频率。

较佳地，控制电路还包括采样和/或反馈模组、所述采样和/或反馈模组连接控制模块，根据采集或反馈的输出电流的采样值与基准值比较的差异，改变PWM脉宽比，使输出电流恒定在目标值附近。

较佳地，在所述控制模块中改变基准值，改变输出电流的恒定值。

附图说明

图1为本发明的第一实施例电路图；

图2为本发明的第二实施例电路图。

D1001—整流电路；Z1001—稳压管；

R1001—起振充电电阻；C1001—起振电容；D1002—双向触发二极管；

D1003—二极管；R1002—半桥上管驱动电阻；

R1003—半桥下管驱动电阻；

Q1001—半桥上管；Q1002—半桥下管；

T1001a—振荡磁环T1001原边；

T1001b—振荡磁环T1001上管驱动副边；T1001c—振荡磁环

T1001下管驱动副边；

T1002a—振荡磁环T1002原边；T1002b—振荡磁环

T1002上管驱动副边；

T1002c—振荡磁环T1002下管驱动副边；

DC1001—辅助直流电压源；R1004—电阻；

C1002—半桥电容上；C1003—半桥电容下；

Lr1001—谐振电感；C1004—谐振电容；D1004—输出整流电路；

LEDs—半导体发光器件组；

ASIC—控制模块；S1001—命令开关；S1002—电控开关

D301—双向触发二极管；D302—二极管；

C301—电容；

R301—充电电阻；R302—上管驱动电阻；

R303—下管驱动电阻；

Q301—上管；Q302—下管；

T301—可控磁环电流互感器；

T301a—可控磁环电流互感器原边；T301b—可控磁环电流互感器上管驱动副边；

T301c—可控磁环电流互感器下管驱动副边；T301d—可控磁环电流互感器控制绕组；

T302a—固定磁环电流互感器原边；T302b—固定磁环电流互感器上管驱动副边；

T302c—固定磁环电流互感器下管驱动副边；Lr301—谐振电感；

C302—滤波电容；C303—谐振电容；R304—基极电阻；Q303—控制管；R305—采样电阻；D303—输出整流电路；ASIC301—控制模块；

LEDs301—半导体发光器件组；VDC301—独立辅助直流电源；

C304—半桥电容上；C305—半桥电容下

具体实施方式

实例一

可将对比文件中公开的电源可直接应用于输出电流可控的电源中，比如LED驱动电源中，当然也可以是其它照明装置的驱动电源中。

直流负载包括至少一发光二极管。

输出整流电路包含至少一个发光二极管。

还有，控制模块输出PWM信号使开关按PWM信号闭合或断开，使受开关控制的电流互感器按PWM信号退出或参与自激振荡，使自激振荡频率按PWM信号的脉宽比在两个频率间切换，通过改变PWM脉宽比来改变工作于两个自激振荡频率的时间比例，来改变输出至直流负载的电流的平均值大小。

该电源还包括将输出电流平均值的采样信号反馈到控制模块的采样模块，控制模块据采样值和目标值的差异改变其输出PWM信号的脉宽比，使输出至直流负载的电流的平均值恒定在目标值附近。

该电源还包含整流电路，外部交流火线和零线经整流后输出直流连接至逆变开关电路，控制模块的信号地连接到整流输出的负端，将与外部交流火线或零线构成回路并有电压差的任何电压源经过一命令开关以一根导线连接到控制模块的信号输入端，控制模块输出连接开关，命令开关闭合时，控制模块接收到该电压源的电压信号并将该信号看作控制命令，使所述开关闭合或打开，使电路工作于一自激振荡频率或一种按PWM占空比形成的频率组合，或使电路按一输出电流目标值工作，当命令开关断开时，控制模块将该电压信号的消失看作另一命令，使所述开关打开或闭合，使电路工作于另一自激振荡频率或按另一种PWM占空比形成的频率组合，或使电路按另一输出电流目标值工作。

是本发明的一实施例的具体电路图，该实施例利用本发明实现了对LED的可调光驱动。整流电路D1001输出连接至半桥上管Q1001和半桥下管Q1002组成的逆变半桥；起振充电电阻R1001、起振电容C1001和双向触发二极管D1002、二极管D1003组成起振线路；半桥上管Q1001和半桥下管Q1002组成的逆变半桥输出依次连接振荡磁环T1001原边T1001a、振荡磁环 T1002原边T1002a 、谐振电感Lr1001、谐振电容C1004；谐振电容C1004另一端接半桥电容上C1002和半桥电容下C1003的连接中点；谐振电容C1004两端并接至输出整流电路D1004，输出整流电路D1004的输出并接半导体发光器件组LEDs；输出整流电路D1004中还可以包含至少一个发光二极管；上述电路结构输出至半导体发光器件组LEDs的电流值受LED导通压降的影响较小，是一种较好的LED驱动电路。电路中设置有两个磁环，振荡磁环T1001原边T1001a、振荡磁环T1001上管驱动副边T1001b和振荡磁环T1001下管驱动副边T1001c为同一磁环的不同绕组，振荡磁环T1002原边T1002a、振荡磁环T1002上管驱动副边T1002b、振荡磁环T1002下管驱动副边T1002c为另一磁环的不同绕组；振荡磁环T1001上管驱动副边T1001b、振荡磁环T1002上管驱动副边T1002b和半桥上管驱动电阻R1002串联后与半桥上管Q1001的基极和发射极连接；振荡磁环T1001下管驱动副边T1001c、振荡磁环T1002下管驱动副边T1002c和半桥下管驱动电阻R1003串联后与半桥下管Q1002的基极和发射极连接；半桥电容上C1002和半桥电容下C1003串联后两端接整流电路D1001的输出；辅助直流电压源DC1001给控制模块ASIC供电，控制模块ASIC输出连接电控开关S1002的控制端，电控开关S1002的开关两端连接振荡磁环T1002下管驱动副边T1002c；电路起振后，控制模块ASIC控制电控开关S1002闭合或打开，即使振荡磁环T1002退出或加入自激振荡，导致电路输出两个不同的频率；因为谐振电感Lr1001、谐振电容C1004、输出整流电路D1004、半导体发光器件组LEDs一起形成感性负载，逆变电路的不同输出频率导致负载电流变化，最终导致流经半导体发光器件组LEDs的电流大小发生变化，达到发明目的。

当控制模块ASIC输出PWM脉宽调制信号时，电控开关S1002按PWM信号的占空比闭合或断开，从而使自激振荡电路按PWM占空比在两个工作频率之间切换，从而导致输出的负载电流为两种幅值的电流按PWM占空比切换；改变PWM信号占空比的大小，即改变负载电流中两种幅值的占比，从而改变输出平均电流的大小，从而用分段调频的方式实现输出平均电流的连续改变；若在半导体发光器件组LEDs电流路径中接入电流采样电路，将采样信号反馈到控制模块ASIC，并按照反馈信号与目标值的比较结果来改变PWM占空比，即能控制输出至半导体发光器件组LEDs的平均电流恒定在目标值附近。

该实施例中控制模块ASIC的信号地与整流电路D1001输出的负端连接，控制模块ASIC的信号输入端与信号地间并接稳压管Z1001，该稳压管Z1001起到信号电压的整流和篏位两个作用，控制模块ASIC的信号输入端经电阻R1004后连接至命令开关S1001，命令开关S1001的另一端连接命令电源VCMD，或与整流电路D1001输入的火线连接，或与零线连接，命令电源VCMD为任何与火线或零线构成回路并有压差的电压源。当命令开关S1001闭合时，控制模块ASIC接收到输入的电压信号，将该电压信号作为控制命令，控制模块ASIC按事先定义控制电控开关S1002闭合或断开，或输出某一占空比的PWM信号，使电路输出频率为某一自激振荡频率或为两种自激振荡频率的某一占空比的组合；当命令开关S1001断开时，输入电压信号消除，控制模块ASIC信号接收端不再接收到电压信号，控制模块ASIC将该电压信号的消失视作另一命令，控制模块ASIC改变其输出从而改变电控开关S1002的开关状态，或输出另一占空比的PWM信号，使电路输出频率为另一自激振荡频率或为两种自激振荡频率的另一占空比的组合，达到发明目的。

实例二

一种恒流驱动电源，该电源设置有逆变开关电路、至少二个磁性电流互感器、谐振电容、谐振电感、控制电路、输出整流电路、以及直流负载，其组成谐振逆变电路，每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组，原边绕组串联后一端与逆变开关电路输出连接，另一端和谐振电容及谐振电感组成的谐振电路连接，副边绕组分别串联后连接至逆变开关电路，控制电路的输出与任一磁性电流互感器的一个绕组并接，谐振电容并接输出整流电路，输出整流电路的输出并接直流负载，改变控制电路的输出阻抗，以改变输出至直流负载的电流大小。

直流负载包括至少一发光二极管。

输出整流电路包含至少一个发光二极管。

附图2是本发明的另一实施例示意图，该实施例利用本发明实现了可调光LED恒电流驱动。该实施例的输入为直流，通常为前级整流或APFC电路的直流输出；充电电阻R301、电容C301、双向触发二极管D301、二极管D302组成起振线路；上管Q301和下管Q302组成的逆变半桥输出依次连接可控磁环电流互感器原边T301a、固定磁环电流互感器原边T302a、谐振电感Lr301、谐振电容C303；谐振电容C303另一端接半桥电容上C304和半桥电容下C305的连接中点；谐振电容C303两端并接至输出整流电路D303，输出整流电路D303的输出并接半导体发光器件组LEDs301；输出整流电路D303中还可以包含至少一个发光二极管；上述电路结构输出至半导体发光器件组LEDs301的电流值受LED导通压降的影响较小，是一种较好的LED驱动电路。

可控磁环电流互感器控制绕组T301d的两端连接控制管（Q303）的发射极和集电极。控制管（Q303）是半导体三极管，或其他导通阻抗可受控改变的器件。控制模块（ASIC301）输出与控制管（Q303）基极连接，控制模块（ASIC301）给出PWM脉宽调制信号，经滤波电容（C302）和基极电阻（R304）向控制管（Q303）提供基极驱动，置控制管（Q303）工作于放大区，则改变控制模块（ASIC301）给出的PWM信号的占空比，即改变输入到控制管（Q303）基极信号的大小，从而改变控制管（Q303）的发射极和集电极之间的导通阻抗，改变可控磁环电流互感器（T301）的饱和深度，导致改变整个逆变电路的工作频率。因为谐振电感Lr301、谐振电容C303、输出整流电路D303和半导体发光器件组LEDs301形成感性负载，工作频率的改变导致逆变半桥输出电流改变，并导致输出至半导体发光器件组LEDs301的电流改变。在输出至半导体发光器件组LEDs301的电流路径上串联接入采样电阻（R305），将采样电阻（R305）上获得的电流采样信号反馈到控制模块（ASIC301），在控制模块（ASIC301）内与基准值比较，根据比较结果决定控制模块（ASIC301）输出的PWM信号的脉宽比例，当负载电流低于基准值时，缩小PWM脉宽比，增大控制管（Q303）的发射极和集电极之间的导通阻抗，降低自激振荡频率，即导致输出电流增大；当负载电流高于基准值时，加大PWM的脉宽比，减小控制管（Q303）的发射极和集电极之间的导通阻抗，提高自激振荡频率，即导致输出电流减小；通过以上负反馈，最终使得输出至半导体发光器件组LEDs301的电流稳定在目标值附近，达到恒流输出的效果。外部控制命令改变控制模块（ASIC301）的基准值，即可改变恒流输出的电流值的大小。

也就是说，恒流控制可以由PWM控制的晶体管或其他导通阻抗可变的器件，包括控制模块和采样电路，通过采样电路采集直流负载的电流采样，反馈至控制模块，根据与基准的差异，控制模块控制PWM的占空比，控制晶体管或其他导通阻抗可变器件的导通阻抗，控制自激振荡频率，以将电流恒定在目标值附近。

应当理解的是，这里所描述的方法可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理机或者它们的组合实现。系统模块（或者方法步骤的逻辑流程）之间的连接可能不同，根据这里给出的指导，相关领域的普通技术人员将能够设计出本发明的这些以及类似的实施方式，都应落入本发明的范围内。以上公开了本发明的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本发明的其它方面和实施方式。本发明中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本发明的限定，本发明的真正保护范围和精神应当以权利要求书为准。

Claims

1.一种输出电流可控的电源，其特征在于，该电源设置有逆变开关电路、控制模块、开关、至少二个磁性电流互感器、谐振电感、谐振电容、输出整流电路、以及直流负载，其组成谐振逆变电路，每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组，原边绕组串联后一端与逆变开关电路输出连接，另一端和谐振电容及谐振电感组成的谐振电路连接，副边绕组分别串联后连接至逆变开关电路，谐振电容并接输出整流电路，输出整流电路的输出并接直流负载，开关并接任一电流互感器的任一绕组，控制模块按照外部命令使开关闭合或打开，来改变自激振荡频率，改变输出至直流负载的电流大小。

2.如权利要求1所述的电源，其特征在于，直流负载包括至少一发光二极管。

3.如权利要求1所述的电源，其特征在于，输出整流电路包含至少一个发光二极管。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的电源，其特征在于，控制模块输出PWM信号使开关按PWM信号闭合或断开，使受开关控制的电流互感器按PWM信号退出或参与自激振荡，使自激振荡频率按PWM信号的脉宽比在两个频率间切换，通过改变PWM脉宽比来改变工作于两个自激振荡频率的时间比例，来改变输出至直流负载的电流的平均值大小。

5.如权利要求4所述的电源，其特征在于，还包括将输出电流平均值的采样信号反馈到控制模块的采样模块，控制模块据采样值和目标值的差异改变其输出PWM信号的脉宽比，使输出至直流负载的电流的平均值恒定在目标值附近。

6.如权利要求1或5所述的电源，其特征在于，还包含整流电路，外部交流火线和零线经整流后输出直流连接至逆变开关电路，控制模块的信号地连接到整流输出的负端，将与外部交流火线或零线构成回路并有电压差的任何电压源经过一命令开关以一根导线连接到控制模块的信号输入端，命令开关闭合时，控制模块接收到该电压源的电压信号并将该信号看作控制命令，使所述开关闭合或打开，使电路工作于一自激振荡频率或一种按PWM占空比形成的频率组合，或使电路按一输出电流目标值工作，当命令开关断开时，控制模块将该电压信号的消失看作另一命令，使所述开关打开或闭合，使电路工作于另一自激振荡频率或按另一种PWM占空比形成的频率组合，或使电路按另一输出电流目标值工作。

7.一种输出电流可控的电源，用于输出恒流，其特征在于，该电源设置有逆变开关电路、至少二个磁性电流互感器、谐振电容、谐振电感、控制电路、输出整流电路、以及直流负载，其组成谐振逆变电路，每个磁性电流互感器有原边绕组、副边绕组，原边绕组串联后一端与逆变开关电路输出连接，另一端和谐振电容及谐振电感组成的谐振电路连接，副边绕组分别串联后连接至逆变开关电路，控制电路的输出与任一磁性电流互感器的一个绕组并接，谐振电容并接输出整流电路，输出整流电路的输出并接直流负载，改变控制电路的输出阻抗，以改变输出至直流负载的电流大小。

8.如权利要求7所述的电源，其特征在于，直流负载包括至少一发光二极管。

9.如权利要求7所述的电源，其特征在于，输出整流电路包含至少一个发光二极管。

10.如权利要求7至9中任意一项所述的电源，其特征在于，控制电路包含控制模块、晶体管或其他导通阻抗可变器件，晶体管集电极和射极并接任一磁性电流互感器的一个绕组或其它导通阻抗可变器件的至少两个输入端并接任一磁性电流互感器的一个绕组，控制模块输出PWM信号经滤波后连接至晶体管基极，或连接至其他导通阻抗可变器件的控制端，通过改变PWM信号脉宽比例来改变晶体管或其他导通阻抗可变器件的导通阻抗，改变自激振荡频率。

11.如权利要求10所述的电源，其特征在于，控制电路还包括采样和/或反馈模组、所述采样和/或反馈模组连接控制模块，根据采集或反馈的输出电流的采样值与基准值比较的差异，改变PWM脉宽比，使输出电流恒定在目标值附近。

12.如权利要求10或11所述的电源，其特征在于，在所述控制模块中改变基准值，改变输出电流的恒定值。