CN102946674B - 一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路，其接收的正弦交流电压经过可控硅和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压输入至功率级电路进行电能转换以驱动灯负载，在第一预设的时间区间内利用泄放电路控制功率级电路中的主开关管以特定的形式进行开关动作以为可控硅电路提供充电电流回路，本发明不需要额外的泄放开关和相关元件，电路结构简单，且在泄放过程中不产生额外的能耗，提高了电能的利用效率。另外，使能信号控制功率级电路在输入电流降至可控硅的维持电流之前就停止工作，并在第二预设时间区间内保持该状态，即保证在可控硅的导通区间内负载电流始终在可控硅的维持电流之上，不会发生可控硅误导通造成的LED灯闪烁的现象。

Description

一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路及其方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体的说，是涉及一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路及其方法。
背景技术
现有技术中，为保证可控硅电路的正常工作一般需要在电路中设置一泄放电路为可控硅电路提供充电电流回路，请参阅图1，为现有技术中常用的一种有源泄放电路，具体的包括电阻、电容、二极管以及开关管等多个元件，从图1不难看出，其电路结构复杂，相应的电路成本较高，同时不可避免的要有电能损耗。
除此，泄放电路也可以为图2的方式，在母线电压以及地之间串接有电阻RB和电容CB，该泄放电路元器件较少，结构简单，但由于泄放电路始终接在母线电压与地之间，其一直消耗电能不容忽视，这样使得电路难以低功耗工作。
综上，如何提供一种低耗能、低成本的泄放电路是当前具有挑战性的一项任务。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路，有效的解决了现有技术中泄放电路结构复杂，耗能高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路，其接收的正弦交流电压经可控硅电路以及整流桥处理后，得到一缺相的输入电压，并输入至功率级电路进行电能转换以驱动一灯负载，进一步包括泄放电路；
在第一预设时间区间内，所述泄放电路控制所述功率级电路中的主开关管以固定频率、固定占空比进行开关动作；
所述第一预设时间区间开始于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的时刻，结束于所述缺相的输入电压再次输入至功率级电路的时刻。
优选的，在第二预设时间区间内，所述功率级电路停止工作；
所述第二预设时间区间开始于所述功率级电路的输入电流下降至所述可控硅电路的维持电流之前的时刻，结束于所述第一预设时间区间的开始时刻。
优选的，所述固定频率为所述主开关管的最小开关频率。
优选的，进一步包括使能信号发生电路，以输出一使能信号至所述功率级电路的控制电路和所述泄放电路；
所述使能信号发生电路包括一比较电路和一单脉冲发生电路；
所述比较电路接收并比较所述缺相的输入电压和一阈值信号，根据比较的结果输出一脉冲信号，所述阈值信号小于所述缺相的输入电压的最大值，而大于所述功率级电路的输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的缺相的输入电压的值；
所述单脉冲发生电路接收所述脉冲信号，并据此输出所述使能信号，所述单脉冲发生电路的脉冲宽度对应于所述第二预设时间区间的持续时间。
优选的，所述使能信号发生电路进一步包括相角检测电路和第一开关管；
所述第一开关管连接在所述阈值信号和所述比较电路的输入端之间；
所述相角检测电路接收所述缺相的输入电压，在其相角大于0°而小于90°的范围内控制所述第一开关管关断；在其相角大于等于90°而小于180°范围内控制所述第一开关管导通。
一种具有无损泄放电路的可控硅调光方法，将接收的正弦交流电压经过可控硅电路和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压并对其进行电能转换以驱动一灯负载，
在第一预设时间区间内，控制所述功率级电路中的主开关管以固定频率、固定占空比进行开关动作；
所述第一预设时间区间开始于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的时刻，结束于所述缺相的输入电压再次输入至功率级电路的时刻。
优选的，在第二预设时间区间内，控制所述功率级电路停止工作；
所述第二预设时间区间开始于所述功率级电路的输入电流下降至所述可控硅电路的维持电流之前的时刻，结束于所述第一预设时间区间的开始时刻。
优选的，所述固定频率为所述主开关管的最小开关频率。
优选的，进一步包括：
接收并比较所述缺相的输入电压和一阈值信号，根据比较的结果输出一脉冲信号，所述阈值信号小于所述缺相的输入电压的最大值，而大于所述输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的所述缺相的输入电压的值；
接收所述脉冲信号，并据此输出在所述第二预设时间区间保持有效的使能信号。
优选的，进一步包括：
接收所述缺相的输入电压，在其相角大于0°而小于90°的范围内不接收所述阈值信号；在其相角大于等于90°而小于180°范围内接收所述阈值信号。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路，其接收的正弦交流电压经过可控硅电路和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压输入至功率级电路进行电能转换以驱动灯负载，在一预设的时间区间内利用泄放电路控制所述功率级电路中的主开关管以特定的形式进行开关动作以为可控硅电路提供充电电流回路，利用主开关管的同时不需要额外的泄放开关和相关元件，其电路结构简单，除此，在泄放过程中不产生额外的能耗，提高了电能的利用效率。另外，通过使能信号控制功率级电路在输入电流降至可控硅的维持电流之前就停止工作，并在第二预设时间区间内一直维持该状态，可以保证在可控硅的导通区间内其负载电流始终在可控硅的维持电流之上，不会发生可控硅多次误导通造成的LED灯闪烁的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中泄放电路的第一种具体实现电路图；
图2为现有技术中泄放电路的第二种具体实现电路图；
图3为本发明提供的一种可控硅调光电路的实施例一的电路图；
图4为本发明提供的一种可控硅调光电路的实施例二的电路图；
图5为采用本发明提供的具有无损泄放电路的可控硅调光电路的工作时序图；
图6为本发明提供的一种可控硅调光电路的实施例三的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，为现有技术中常用的一种泄放电路原理图，以功率级电路为单级反激式变换器电路为例，由于需要为可控硅电路提供充电电流回路，以保证电路的正常工作，其泄放电路包括电阻RD、电容CD、二极管DD以及开关管QAD等，从图1不难看出，其电路结构复杂，且相应的电路成本较高。除此，泄放电路也可以为图2的方式，在母线电压以及地之间串接有电阻RB和电容CB，该电路结构简单，但由于是接在母线电压上，所以需要一直消耗电能。
针对上述技术问题，本发明提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路，通过泄放电路在预定时间区间内控制主开关管的开启和关断来泄放电能，而不需额外的泄放开关，电路结构简单，除此，本发明提供的泄放电路在泄放过程中不产生额外的电能损耗。
请参阅图3，为本发明提供的一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路的具体结构的电路图，本实施例中的功率级电路仍以单级反激式变换器电路为例，所述可控硅调光电路包括：可控硅101、整流桥102、功率级电路103、泄放电路20以及控制电路30，需要说明的是，本实施例中的可控硅101、整流桥102以及功率级电路103和现有的调光电路中常用的可控硅、整流桥以及功率级电路的结构以及工作原理相同，均为将接收的正弦交流电压经过可控硅电路和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压Vin输入至功率级电路进行电能转换以驱动一灯负载。现对本发明实施例提供的泄放电路20以及控制电路30的结构和工作原理进行介绍。
所述缺相的输入电压Vin输入至功率级电路103后，所述控制电路30控制所述功率级电路103的主开关管Q1的开关动作以产生一定的输出电流驱动灯负载，直至所述功率级电路103的输入电流下降至所述可控硅101的维持电流之前的某一时刻，此时开始进入第二预设时间区间。
所述第二预设时间区间结束于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的某一时刻，在所述第二预设时间区间内，所述功率级电路103停止工作，由于输入电容Cin的存在，输入端电压仍维持第二预设时间区间开始时的数值。这样可以保证在可控硅101的导通区间时，其负载电流始终在可控硅101的维持电流之上，不会发生可控硅101多次误导通造成的LED灯闪烁的现象。
所述第二预设时间区间结束的同时进入了所述第一预设时间区间，在所述第一预设时间区间内，所述泄放电路20控制所述功率级电路103中的主开关管Q1以固定频率、固定占空比进行开关动作以在下一个调光周期开始前为可控硅101提供充电电流回路保证可控硅的顺利导通，直至所述缺相的输入电压Vin再次输入至功率级电路103时，所述第一预设时间区间结束。考虑到最小的耗能，本发明优选的设定所述泄放电路控制所述功率级电路中的主开关管的固定频率为最小开关频率。
由此可以看出，在依据本发明的可控硅调光电路中，功率级电路主要依次工作在三种状态下，在所述第一预设时间区间内（所述第一预设时间区间开始于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的时刻，结束于所述缺相的输入电压Vin再次输入至功率级电路的时刻），所述功率级电路在所述泄放电路的控制下以固定频率固定占空比进行工作；在所述第二预设时间区间内（所述第二预设时间区间开始于所述功率级电路的输入电流下降至所述可控硅电路的维持电流之前的时刻，结束于所述第一预设时间区间的开始时刻）所述功率级电路停止工作；从所述缺相的输入电压Vin输入至功率级电路的时刻开始到所述第二预设时间区间开始时刻，所述功率级电路在所述控制电路的作用下正常工作。
进一步的，所述泄放电路20与所述控制电路30的输入端均接使能信号EN，所述使能信号EN在所述第二预设时间区间内保持有效，此时所述泄放电路20与所述控制电路30均停止工作，这样可以更方便的控制所述功率级电路的工作时序。本领域技术人员在依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，但均在本发明的保护范围之内。
采用本发明提供的可控硅调光电路通过无损泄放电路控制主开关管的开关动作来泄放电能，不需要独立的泄放电路，电路结构简单，除此，在泄放过程中不产生额外的能耗，节约能源。
实施例二
本发明在实施例一的基础上，还提供了一种使能信号发生电路40，请参阅图4，以输出一使能信号至所述控制电路30和所述泄放电路20。本实施例中的调光电路仍以由可控硅101、整流桥102以及功率级电路103组成的反激式拓扑结构为例，所述使能信号发生电路40包括：比较电路401以及单脉冲发生电路402。
所述比较电路401接收并比较所述缺相的输入电压Vin和一阈值信号Vth，根据比较的结果输出一脉冲信号，所述单脉冲发生电路402接收所述脉冲信号，并据此输出在所述第二时间区间保持有效的使能信号EN。
需要说明的是，所述比较电路401可以为比较器U1，其同相输入端接收所述阈值信号Vth，其反相输入端接收所述缺相的输入电压Vin。所述阈值信号小于所述缺相的输入电压Vin的最大值，而大于所述输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的缺相的输入电压的值，因此所述阈值信号Vth的数值大小对应于所述第二预设时间区间的开始时刻；所述单脉冲发生电路的脉冲宽度对应于所述第二预设时间区间的持续时间。
结合上述电路的连接关系以及图5，其中图5为采用本发明提供的具有无损泄放电路的可控硅调光电路的工作时序图，对本实施例提供的调光电路的工作原理进行说明：
在t1时刻，可控硅导通，功率级电路的输入电压为所述缺相的输入电压Vin，此时使能信号EN为低电平，即使能信号EN无效。此时，控制电路40开始控制主开关管Q1的开关动作以保证调光电路输出一恒定的电流驱动LED负载。
在t2时刻，所述缺相的输入电压Vin下降至阈值信号Vth时，开始进入所述第二预设时间区间，此时比较电路401输出一高电平，此高电平经过单脉冲发生电路402后延展一段时间得到所述使能信号EN。即t2到t3这段时间，使能信号EN为高电平，在此区间内主功率管Q1保持关断，输入电流Iin为零，可控硅关断。由于阈值信号大于所述输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的缺相的输入电压的值，这样就在输入电流降至可控硅的维持电流之前控制可控硅关断，保证在可控硅的导通间区间其负载电流始终在可控硅的维持电流之上，不会发生可控硅多次误导通造成的LED灯闪烁的现象。
在所述正弦交流电压的绝对值降至零（t4时刻）之前的t3时刻起，所述使能信号EN变为低电平，此时泄放电路20控制主开关管Q1以最小开关频率、固定占空比进行开关动作，这样在下一个调光周期开始前的t4时刻至t5时刻，为可控硅电路提供充电电流回路来保证可控硅的顺利导通，此时输入电压Vin下降至零，输入电流Iin仍为零，可控硅继续关断。需要说明的是，此时由于输入电流Iin为零，因此主开关管Q1的开关损耗可以忽略。
从t5时刻开始，可控硅导通，泄放电路20停止工作，控制电路30控制主开关管Q1的开启与关断。即t1~t5为一循环周期。
实施例三
当比较电路401采用比较器U1时，在图5中不难发现，M点至N点的时间段内比较器会输出高电平，为了屏蔽掉这部分信号，保证使能信号EN仅在所述第二预设时间区间内保持有效，所述使能信号发生电路进一步包括相角检测电路4011和第一开关管S1，如图6所示，目的为在所述缺相的输入电压Vin的角度为90°到180°之间时，控制比较电路输出高电平。
具体的，所述第一开关管S1可以连接在所述阈值信号Vth和所述比较器U1的同相输入端之间，相应的，所述相角检测电路的输入端接收所述缺相的输入电压Vin，输出端与所述第一开关管S1的控制端相连。结合上述连接关系，对本相角检测电路的工作原理进行介绍：
所述相角检测电路根据所述缺相的输入电压Vin的角度信息输出一方波信号，当所述方波信号为高电平有效状态时，所述第一开关管S1导通，此时第一开关管S1的另一端输出所述阈值信号Vth。
其中，在本实施例中，定义在所述缺相的输入电压Vin的相角大于等于90°而小于180°范围内所述方波信号保持为高电平有效状态；在所述输入电压信号角度大于0°而小于90°为范围内所述第一方波信号保持为低电平无效状态。
需要说明的是，相角检测电路、第一开关管与比较器的连接关系可以调整，如第一开关管连接在比较器的输出端控制比较器是否输出脉冲信号，本领域技术人员在依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，但均在本发明的保护范围之内。
除此，本发明实施例提供的调光电路，可用于任何合适的开关电源中，例如其功率级电路可以为正激式变换器电路、降压型拓扑电路、还可以为反激式变换器电路、升压型拓扑电路、升降压型拓扑电路等任何通过磁性元件与功率开关连接的方式来实现的功率级电路。
实施例四
上述本发明提供的实施例中详细描述了电路，对于本发明的电路可采用方法流程的方式实现，因此本发明还提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光方法，下面给出具体的实施例进行详细说明。
本发明提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光方法，将接收的正弦交流电压经过可控硅电路和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压并对其进行电能转换以驱动一灯负载，
在第一预设时间区间内，控制所述功率级电路中的主开关管以固定频率、固定占空比进行开关动作以为可控硅电路提供充电电流回路；
所述第一预设时间区间开始于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的时刻，结束于所述缺相的输入电压再次输入至功率级电路的时刻。
上述控制方法可以进一步包括以下步骤：在第二预设时间区间内，控制所述功率级电路停止工作；
所述第二预设时间区间开始于所述功率级电路的输入电流下降至所述可控硅电路的维持电流之前的时刻，结束于所述第一预设时间区间的开始时刻。
其中，所述固定频率可以优选为所述主开关管的最小开关频率。
进一步的，依据本发明的控制方法可以包括产生使能信号的工作流程：
接收并比较所述缺相的输入电压和一阈值信号，根据比较的结果输出一脉冲信号，所述阈值信号小于所述缺相的输入电压的最大值，而大于所述输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的缺相的输入电压的值；
接收所述脉冲信号，并据此输出在所述第二预设时间区间保持有效的使能信号。
可以进一步根据以下步骤选择是否接受所述阈值信号：
接收所述缺相的输入电压，在其相角大于0°而小于90°的范围内不接收所述阈值信号；在其相角大于等于90°而小于180°范围内接收所述阈值信号。
综上所述：本发明提供了一种具有无损泄放电路的可控硅调光电路，其接收的正弦交流电压经过可控硅电路和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压输入至功率级电路进行电能转换以驱动灯负载，在一预设的时间区间内利用泄放电路控制所述功率级电路中的主开关管以特定的形式进行开关动作以为可控硅电路提供充电电流回路，利用主开关管的同时不需要额外的泄放开关和相关元件，其电路结构简单，除此，在泄放过程中不产生额外的能耗，提高了电能的利用效率。另外，通过使能信号控制功率级电路在输入电流降至可控硅的维持电流之前就停止工作，并在第二预设时间区间内一直维持该状态，可以保证在可控硅的导通区间内，其负载电流始终在可控硅的维持电流之上，不会发生可控硅多次误导通造成的LED灯闪烁的现象。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种具有无损泄放功能的可控硅调光电路，其接收的正弦交流电压经可控硅电路以及整流桥处理后，得到一缺相的输入电压，并输入至功率级电路进行电能转换以驱动一灯负载，其特征在于，进一步包括泄放电路；
在第一预设时间区间内，所述泄放电路控制所述功率级电路中的主开关管以固定频率、固定占空比进行开关动作；
所述第一预设时间区间开始于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的时刻，结束于所述缺相的输入电压再次输入至功率级电路的时刻；
在第二预设时间区间内，所述功率级电路停止工作；
所述第二预设时间区间开始于所述功率级电路的输入电流下降至所述可控硅电路的维持电流之前的时刻，结束于所述第一预设时间区间的开始时刻；
使能信号发生电路，以输出一使能信号至所述功率级电路的控制电路和所述泄放电路；
所述使能信号发生电路包括一比较电路和一单脉冲发生电路；
所述比较电路接收并比较所述缺相的输入电压和一阈值信号，根据比较的结果输出一脉冲信号，所述阈值信号小于所述缺相的输入电压的最大值，而大于所述功率级电路的输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的缺相的输入电压的值；
所述单脉冲发生电路接收所述脉冲信号，并据此输出所述使能信号，所述单脉冲发生电路的脉冲宽度对应于所述第二预设时间区间的持续时间。
2.根据权利要求1所述的可控硅调光电路，其特征在于，所述固定频率为所述主开关管的最小开关频率。
3.根据权利要求1所述的可控硅调光电路，其特征在于，所述使能信号发生电路进一步包括相角检测电路和第一开关管；
所述第一开关管连接在所述阈值信号和所述比较电路的输入端之间；
所述相角检测电路接收所述缺相的输入电压，在其相角大于0°而小于90°的范围内控制所述第一开关管关断；在其相角大于等于90°而小于180°范围内控制所述第一开关管导通。
4.一种具有无损泄放电路的可控硅调光方法，将接收的正弦交流电压经过可控硅电路和整流桥的处理后，得到一缺相的输入电压并对其进行电能转换以驱动一灯负载，其特征在于，
在第一预设时间区间内，控制功率级电路中的主开关管以固定频率、固定占空比进行开关动作；
所述第一预设时间区间开始于所述正弦交流电压的绝对值降至零之前的时刻，结束于所述缺相的输入电压再次输入至功率级电路的时刻；
在第二预设时间区间内，控制所述功率级电路停止工作；
所述第二预设时间区间开始于所述功率级电路的输入电流下降至所述可控硅电路的维持电流之前的时刻，结束于所述第一预设时间区间的开始时刻；
接收并比较所述缺相的输入电压和一阈值信号，根据比较的结果输出一脉冲信号，所述阈值信号小于所述缺相的输入电压的最大值，而大于所述输入电流等于所述可控硅电路的维持电流时对应的所述缺相的输入电压的值；
接收所述脉冲信号，并据此输出在所述第二预设时间区间保持有效的使能信号。
5.根据权利要求4所述的可控硅调光方法，其特征在于，所述固定频率为所述主开关管的最小开关频率。
6.根据权利要求4所述的可控硅调光方法，其特征在于，进一步包括：
接收所述缺相的输入电压，在其相角大于0°而小于90°的范围内不接收所述阈值信号；在其相角大于等于90°而小于180°范围内接收所述阈值信号。
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