CN103874272B - 一种led调光电源 - Google Patents

Abstract

一种LED调光电源，其包括一个功率转换电路。该功率转换电路包括一个单级反激开关控制电路。所述LED调光电源还包括一个用于检测所述功率转换电路的输出信号波形的切相角或导通角的相位检测电路。所述相位检测电路包括一个二极管，一个电容，以及一个稳压管。所述二极管的阴极与功率转换电路的输出端电性连接，阳极与电容连接，电容同时与稳压管的阴极电性连接，所述二极管的阳极、电容，以及稳压管的阳极接地。通过所述相位检测电路的检测，可以使DC/DC转换电路的输出电流随着调光器的变化而变化，从而调整LED灯的亮度变化。同时由于该LED调光电源的存在，可以直接替换白炽灯、卤素灯等，减少安装工时与费用，符合用户的使用习惯。

Description

一种LED调光电源

技术领域

本发明涉及一种LED电源，特别是一种LED调光电源。

背景技术

LED照明正在逐步取代传统光源，如白炽灯、卤素灯等，而这些传统光源都可以用一种调光器配合使用，使白炽灯或卤素灯的亮度由暗到亮或由亮到暗的变化，因此如果LED灯也能跟这种调光器兼容，这样用户在用LED灯替换白炽灯、卤素灯时，就不必同时更换调光器或和调光器与LED灯之间的连接线路，从而节约安装成本，同时也更符合用户的使用习惯，而传统调光器根据采用的电子技术的不同，主要有以下两种类型的调光器。一种是前移相调光器，又称可控硅调光器，采用双向可控硅作为电子开关来控制开通或切断电源对负载的供电。另一种是后移相调光器，其采用场效应管或绝缘栅双极型三极管作为电子开关来控制开通或切断电源对负载的供电。

图1为一种前移相调光器调节白炽灯或者卤素灯亮度的工作原理图，其为现有技术中可控硅调节白炽灯亮度的一种电路原理图。在此电路中对电源进行前沿斩波。其工作原理是当刚闭合开关时，电位器RES3的电阻值最大，对电容C的充电时间最长，才能达到双向可控硅TRIAC的触发二极管DB3的开启电压，双向可控硅TRIAC的导通时间最短，白炽灯得到的功率也就最小，亮度也就最暗。逐渐旋转电位器RES3，其电阻值变小，双向可控硅TRIAC的导通时间变长，白炽灯得到的功率变大，亮度也就提高了。这样就可以简单可靠地实现了无级连续调光。

由于相比于白炽灯/卤素灯可直接在市电下工作，LED灯一般需要恒流直流驱动，因此，如果保持现有的可控硅调光电路或后移相调光电路不变而直接用LED灯取代白炽灯/卤素灯，必须有一个转换电路，将可控硅或后移相调光电路输出的波形转换为对应的LED驱动电流，使LED的驱动电流随着可控硅或后移相调光电路的输出波形导通角度的大小相应改变，这样的LED灯的亮度才能相应改变。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种LED调光电路，以实现LED灯亮度的无级调节。

一种LED调光电源，其包括一个功率转换电路。该功率转换电路包括一个单级反激开关控制电路。所述LED调光电源还包括一个用于检测所述功率转换电路的输出信号波形的切相角或导通角的相位检测电路。所述相位检测电路包括一个二极管，一个电容，以及一个稳压管。所述二极管的阴极与功率转换电路的输出端的高电平端电性连接，阳极与电容的一端连接，电容的该端同时与稳压管的阳极电性连接。所述电容的另一端，以及稳压管的阳极接地。

综上所述，通过所述相位检测电路的检测，可以使DC/DC转换电路的输出电流随着调光器的变化而变化，从而调整LED灯的亮度变化。同时由于该LED调光电源的存在，可以直接替换白炽灯、卤素灯等，减少安装工时与费用，符合用户的使用习惯。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1为现有技术中的一种白炽灯或卤素灯的调光电路原理图。

图2为本发明提供的一种LED调光电源的电路原理图。

图3为图1的LED调光电源的第一实施例的电路图。

图4为图3的电路图在a点、b点的波形对比图。

图5为图3的电路图在a点、c点的波形。

图6为图3的电路图在a点、d点的波形。

图7为图3的电路图在d点与运算单元的输出波形的对比图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅作为实施例，并不用于限定本发明的保护范围。

请参阅图2，其为本发明所提供的一种LED调光电路100的电路原理图。所述LED调光电路100包括一个调光器10，一个与该调光器10电性连接的AC/DC转换电路11，以及一个与该AC/DC转换电路11电性连接的调光控制输出电路12。当然可以想到的是，作为负载的LED灯(图未示)是电性连接在调光控制输出电路12的输出端上。

所述调光器10为电子调光器，其主要作用在于可控整流，以调整灯光不同的亮度，即通过减少或增加RMS电压促使平均功率的灯光产生的不同强度的光输出。所述调光器10可以为前移相调光器或后移相调光器的一种。所述前移相调光器又称为可控硅或晶闸管，特别地，采用双向可控硅来控制电路的开通与切断电源对负载的供电。所述后移项调光器采用场效应管或绝缘栅双极 型三极管来作为电子开关来控制导能或切断电源对负载的供电。在本实施例中，所述调光器10为双向可控硅，其为现有技术，不再赘述。

所述AC/DC转换电路11的作用在于将交流电转换为直流电以供负载即LED灯使用，因为LED灯所使用的电流必须为直流。该AC/DC转换电路11包括一个与该调光器10电性连接的滤波电路111，一个与该滤波电路11电性连接的整流电路112，一个与该整流电路112电性相连的功率因数校正电路113，一个与该功率因数校正电路113电性相连的功率转换电路114，以及一个电性连接在该功率转换电路114与功率因数校正电路113之间的反馈电路115。

所述滤波电路111用来滤除杂波和抗浪涌的冲击，以满足电磁兼容的要求，其一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器，或与负载串联电感器，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。如图3所示，为本发明所提供的一种滤波电路111，其为现有技术中的一种有源滤波电路。

所述整流电路112，如图3所示，为一种桥式整流电路，其利用二极管的单向导通性进行整流的电路，以将交流电转变为直流电。桥式整流电路利用四个二极管，并两两对接。当输入正弦波的正半部分时，所述四个二极管中的两个导通，从而输出正的半个正弦波。当输入正弦波的负半部分时，所述四个二极管中的另两个导通。由于这两只管是反接的，所以输出还将是正弦波的正半部分，因而可以减少电量损失。

所述功率因数校正电路113用于根据反馈电路115的输入信号，来调整功率转换电路114的输出。功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。因此，为了提高电源的功率校正因数，一般都电源都安装功率因数校正电路以提高电源的转换效率，故其为现有技术，不再赘述。

所述功率转换电路114用于将高压直流转化为适用于调光控制输出电路12的低压直流。为与所述调光控制输出电路12相适应，所述功率转换电路114还包括一个单级反激开关控制电路1141，其可以为一个单级反激高PFC电路。该单级反激开关控制电路1141是在开关管T关断期间变压器向输出电容器和负载提供能量，且供电过程中电流的方向是单一的。由于所述单级反激开关控制电路1141是单级的，使得整个电路中的a点的波形与调光器10的输出波形是相同的，变化的可能仅是幅值的大小，也可以说a点的波形与调光器10的输出波形是等比例缩放。所述功率转换电路114包括一个变压器绕阻1142，该变压器绕阻1142的输入与输出的相位相反，幅值与输入和输出所对应的线阻 的匝比成比例，从而为所述调光控制输出电路12提供一个合适的低电压。

所述反馈电路115电性连接于功率转换电路114与功率因数校正电路113之间，以将功率转换电路114的输出信号反馈给功率因数校正电路113。该功率因数校正电路113通过与功率转换电路114的输出信号的一部分或全部比较后再调整所述功率转换电路114的输出信号，例如加强功率转换电路114的输出信号或减弱功率转换电路114的输出信号。经过多次的校正，功率转换电路114的输出信号才输出给调光控制输出电路12。

需要说明的是，所述滤波电路111、整流电路112、功率因数校正电路113、功率转换电路114、反馈电路115的由实际电子元器件组成的电路图，如图3所示，皆为现有技术，其组成结构及工作原理再此不再赘述。另外，可以理解的是，上述各个功能电路都具有输入和输出，同时每一个功能电路都电性连接前一个功能电路的输出和后一个功能电路的输入。

所述调光控制输出电路12包括一个与所述功率转换电路114的输出电性连接的DC/DC转换电路121，一个与所述功率转换电路114的输出电性连接的相位检测电路122，一个与该相位检测电路122电性连接的整形电路123，一个与该整形电路123电性连接的运算单元124。所述运算单元124的输出与DC/DC转换电路121的输入电性连接。

所述DC/DC转换电路121为一种开关电源芯片，其利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。该DC/DC转换电路121可以用于升压和降压。在本发明中，所述DC/DC转换电路121将输出一个幅度不变而宽度被所述脉冲波调制的电流以驱动负载LED灯。当调光器10对电流大小进行调整时，该DC/DC转换电路121直接检测不到该调光器10的调整，从而也很难控制其输出电流的大小，进而不能控制LED灯的输入电流的大小，使得不能控制LED灯的亮度。因此需要所述相位检测电路122来检测调光器10的输出，即调光器10输出的切相角或导通角。

所述相位检测电路122用于检测所述功率转换电路114输出的电流波形是否受到调光器10调整电流的影响。当调光器10降低输出电压或增加输出电压时，需要该相位检测电路122检测到该输出电压的升降，并将该检测到的信号经整形电路123整理后，输入到运算单元124中，经该运算单元124处理后，输出脉冲信号以调制所述DC/DC转换电路121的输出电流，从而驱动负载LED灯的亮度变化。所述相位检测电路122包括一个二极管D9，一个电容C16， 一个稳压管D11，以及至少一个阻抗。所述二极管D9的阴极与功率转换电路114的输出端的高电平端电性连接，该二极管D9的阳极与电容C16的一端连接，电容C16的该端同时与稳压管D11的阴极电性连接。所述电容C16的另一端，以及稳压管D11的阳极与功率转换电路114的输出端的低电平端电性连接或接地。所述至少一个阻抗在本实施例中，包括四个电阻R23、R24、R25、以及R26。所述电阻R23串联在二极管D9的阳极与电容C16之间，电阻R24与电容C16并联，电阻R25串联在电容C16与稳压管D11的阴极之间，以及电阻R26串联在稳压管D11的阴极与负载之间。该相位检测电路122的工作原理如下所述。

如图4所示，为功率转换电路114在a点及b点的波形图以及比较，可以看出经调光器10切波后，a点波形仍为2倍于负载额定频率的全波“馒头波”，显然，该a点处的波形是不能直接加载到负载LED灯上的，因为LED灯需要的是恒流电源。由于功率转换电路114的变压器绕组Lp1与Ls相位相反，相位检测电路122与功率转换电路114的输入输出连接点即b点波形与a点波形将反相。同时在功率转换电路114的单级反控制开关管关闭状态时，b点为正向且和该相位检测电路122的输出电压相差0.7V的高电压。但是，二极管D9隔离或阻断了b点的正向电压，同时电容C16起到了消除功率转换电路114中的开关管Q1开关时所形成的脉冲，从而稳定了c点电压的作用，从而得到c点的波形，如图5所示，其仍与a点波形相似但反相。假设稳压管D11所处回路处于电性断开状态时，R26、R25、R23通过三个电阻的分压比使得d点的电压将按比例抬高，即Ud＝Uc+Uout*(R23+R24)/(R23+R25+R26)

其中：Ud为稳压管两端的电压；

Uc为当R25断开时电容两端的电压；

Uout为所述相位检测电路的输出电压。

但是，由于稳压管D11的存在，即该稳压管D7所处回路处于电性连接时，该稳压管D7反向导通，使得超过稳压管D11的电压即d点的电压被限制在稳压管D11的稳压值。而当b点的电压为负向时，该稳压管D7正向导通，该相位检测电路122的输出电压即d点的电压则被限制在稳压管D11的正向压降约为0.7V左右，从而得到d点的波形，如图6所示。这里的“约”是指由于电路本身存在的特性，该正向压降会有起伏，而不是一个绝对不变的值。从该图6可以看出，经过该相位检测电路122的作用，输出的波形成为方波，即成为运算单元124所需要的相位角检测信号，从而利于后续电路的调整变换。需要说明的是，由于功率转换电路114的单级反激开关控制电路1141是反激电路， 可以使b点的波形与a点的波形相比仅仅是相位相反而已，从而可以使得该相位检测电路122的输出信号正确地反映功率转换电路114的输入与输出，进而可以准确由整形电路123及运算单元124来调整DC/DC转换电路121的输出信号。

所述整形电路123用于将整理来自相位检测电路122的信号波形，并将整理后的信号波形输入到运算单元124。从图6可以看出，从所述相位检测电路122所得到的波形还不是严格的方波，经过该整形电路123的整形将该波形整理成严格的方波。

所述运算单元124与稳压管D11的阴极电性连接以接收稳压管D11的输出信号，以将整形电路123的包含波形的切相角或导通角的信息解码后，输出一系列脉冲波并传给DC/DC转换电路121中，脉冲波的宽度与所述波形的切相角或导通角的幅值成比例，如图7所示。当DC/DC转换电路121接收到并根据该运算单元124的脉冲信号，调整其输出电流的大小，进而使得LED灯的亮度发生变化，达到调光的效果。所述运算单元124可以是单片机控制电路，也可以其他装置，如中央处理器，或者是由其他电子元件如运算放大器组成的运算电路。

所述DC/DC转换电路121、整形电路123、以及运算单元124的由实际电子元器件组成的电路图，如图2所示，其皆为现有技术，其组成结构及工作原理再此不再赘述。

综上所述，通过所述相位检测电路122的检测，可以使DC/DC转换电路121的输出电流随着调光器10的变化而变化，从而调整LED灯的亮度变化。同时由于该LED调光电源100的存在，可以直接替换白炽灯、卤素灯等，减少安装工时与费用，符合用户的使用习惯。

已经说明的各种部件可以以任意方式封装。例如，包括单片机的部件可以与其它的有源和无源部件封装在单个集成电路中，与其它有源和无源部件封装在一组集成电路中，或者与其它有源和无源部件封装在一组分立电路中。

已经说明的全部各种电路可以通过任意的或者全部的组合相互连接使用。

已经讨论过的部件、步骤、益处和优点仅是说明性的。它们及其相关的讨论都不意图以任何方式限定保护范围。多种其它的实施方式也是可以预期的，包括具有更少的、另外的和/或不同的部件、步骤、特性、益和和优点的实施方式。所述部件和步骤也可以通过不同的方式来布置和排序。

类似“用于……的装置”当用在权利要求中时包括已经说明的结构和材料及它们的等同物。类似地，短语“用于……的步骤”当用在权利要求中时包括 已经说明的行为及其等同行为。没有这些短语则意味着该权利要求不局限于任意相应的结构、材料、或行为或其等同内容。

已经声明或说明的内容不意图使任意的部件、步骤、特性、目标、益处、优点或者对于公众等同的内容是专有的，这与它们是否在权利要求中提到无关。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围的内。

Claims (9)

1.一种LED调光电源，其特征在于，该LED调光电源包括一个功率转换电路，所述功率转换电路包括一个单级反激开关控制电路，所述LED调光电源还包括一个用于检测所述功率转换电路的输出信号波形的相位检测电路，所述相位检测电路包括一个二极管(D9)，一个电容(C16)，一个稳压管(D11)，以及至少一个阻抗，所述二极管(D9)的阴极与功率转换电路的输出端的高电平端电性连接，所述二极管(D9)的阳极与电容(C16)的一端连接，电容(C16)的该端同时与稳压管(D11)的阴极电性连接，所述至少一个阻抗包括四个电阻R23，R24，R25，R26，所述电阻R23串联在二极管(D9)的阳极与电容(C16)之间，电阻R24与电容(C16)并联，电阻R25串联在电容(C16)与稳压管(D11)的阴极之间，以及电阻R26串联在稳压管(D11)的阴极与负载之间，所述电容(C16)的另一端，以及稳压管(D11)的阳极接地。

2.如权利要求1所述的LED调光电源，其特征在于：当所述稳压管(D11)所处回路处于电性断开状态时，该稳压管(D11)两端的电压值与所述四个电阻的关系如下：

Ud＝Uc+Uout*(R23+R24)/(R23+R25+R26)

其中：Ud为稳压管两端的电压；

Uc为在电阻R25处断开时电容两端的电压；

Uout为所述相位检测电路的输出电压。

3.如权利要求1所述的LED调光电源，其特征在于：当所述稳压管(D11)所处回路处于电性连接时，该稳压管(D11)反向导通且两端的正向压降等于该稳压管(D11)的额定稳压值。

4.如权利要求1所述的LED调光电源，其特征在于：当所述稳压管(D11)所处回路处于电性连接时，该稳压管(D11)正向导通且两端的负向压降约为0.7V。

5.如权利要求1所述的LED调光电源，其特征在于：所述LED调光电源包括一个运算单元，该运算单元与稳压管(D11)的阴极电性连接以接收所述稳压管的输出信号。

6.如权利要求5所述的LED调光电源，其特征在于：所述运算单元为一单片机，其根据所述稳压管(D11)的输出信号以输出额定的脉冲波。

7.如权利要求6所述的LED调光电源，其特征在于：所述LED调光电源还包括一个整形电路，该整形电路设置在所述相位检测电路与运算单元之间，该整形电路用于将来自相位检测电路的信号波形整理后输入到单片机中。

8.如权利要求1所述的LED调光电源，其特征在于：所述单级反激开关控制电路为单级反激高PFC电路。

9.如权利要求1所述的LED调光电源，其特征在于：所述功率转换电路包括一个变压器绕阻，该变压器绕阻的输入与输出的相位相反，幅值与输入和输出所对应的线阻的匝比成比例。