照明设备的待机电路和照明设备的工作电路
技术领域
本发明涉及电气自动化领域,具体而言,涉及照明设备的待机电路和照明设备的工作电路。
背景技术
随着电能开发,电气自动化技术的发展也愈加迅速,其中,照明设备在生产和生活中所发挥的作用也越来越显著。
照明设备给人们的生产和生活带来了巨大的便利,在正常的生产生活中,照明设备是不可缺少的。随着技术的革新,LED技术作为第三代照明技术,依托高效省电、绿色环保、寿命长等优点,已经被人们接受并正在迅速进入工业、商业和家庭照明领域。LED智能照明产品作为智能家居的一部分,可以通过遥控器或者智能手机调整亮度、颜色、开关等,带给使用者使用方便、控制灵活、二次省电等新的功能和体验,因此,这类产品的发展前景较为良好。
LED智能照明产品按照应用方式的不同主要分为球泡灯、U8日光灯、吸顶灯、天花灯、投射灯、洗墙灯等。这些产品的的内部结构是一样的,如图1所示,提供了一种使用LED照明设备的电路图。其中,AC-L和AC-N两端分别接入市电AC220V电网;U1为全桥整流器,用于将从电网中获取到的交流电转化为直流电,U2是驱动电源模块,用于将全桥整流电路输出的直流电,以恒流的方式加到U5(LED灯珠,或者其他照明设备)上;U4是无线收发模块,该模块内部有收发需要的天线,并能够将接收到的信号解码成“调光PWM”、“待机控制”两种信号,并将产生的信号提供给U2,使U2根据获取到的信号对LED等进行控制(其中调光PWM信号用于调节U5的亮度,待机控制用于控制U5是否工作);U3是一个待机电路,为U4提供工作电压。
在LED灯(U5)处于待机状态(OFF状态)时,U4应该处于随时待命的状态,以便于人们可以随时打开LED灯。因此,必须有一个电路给U4供电,也就是需要U3对U4进行待机状态下的供电。
智能照明产品确实能够给人们的生活带来便利,但在LED灯处于待机状态时,U3仍然在消耗功率。因此待机功耗是一个非常重要的指标。待机功耗越低,灯的功率损耗越小。相关技术中,通常采用如下两种待机电路:
第一种是图2中所示的待机电路,其中,RA、RB是串联在全桥整流电路U1的输出端和无线收发模块之间的限流电阻,C1为电容,D1为二极管。这种方法结构简单,成本低,但功耗大、效率低;U4工作在稳态时一般需要3~10mA,在收发控制信号(“调光PWM”、“待机控制”等信号)状态下通常需要10 mA以上。即便按照3mA计算,为了保证在AC176V下RA和RB能提供3mA的电流,RA=RB=40kohm。在AC220V的情况下,RA和RB消耗的功率将大于1.1W。
第二种是图3中所示的待机电路,电阻RC和RD均为串联的限流电阻,串联在全桥整流电路U1和三极管Q1的基极之间,二极管D1的负极分别与电阻RD和三极管Q1的基极电连接,二极管D1的正极与地端电连接,三极管Q1的集电极与全桥整流电路U1的输出端电连接,三极管Q1的发射极与无线收发模块U4电连接。这种供电方式,与第一种待机电路相比,将待机电路的功率损耗由平方关系改善为线性关系。Q1对U4进行按需供电,不管AC176V还是AC220V,均保证U4得到的电压为3.3V或者5V。在AC220V下,以3mA计算,Q1的功率损耗为0.9W。
综上所述,现有的待机电路能耗较高,还通过其他种类的电路来实现待机功能。
发明内容
本发明的目的在于提供照明设备的待机电路和照明设备的工作电路,以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了第一种照明设备的待机电路,包括:固定OFF时间的电子芯片、开关晶体管、电感L101、电阻R106、电容C104、二极管D102;
电子芯片的VDD引脚与开关晶体管电连接,且当电子芯片输入端电压超过预设的启动电压时通过OUT引脚控制开关晶体管闭合;
全桥整流电路的输出端、开关晶体管、电阻R106、电感L101和无线收发模块的输入端串联;
二极管D102的负极、电感L101、电容C104和二极管D102的正极串联形成闭合回路。
优选的,还包括:三极管Q101、二极管D101、电阻R103、电容C101、和电阻R101;
三极管Q101的发射极、二极管D101的正极、二极管D101的负极、电阻R103和电子芯片的VDD引脚串联;
三极管Q101的基极、电阻R101和全桥整流电路的输出端串联;
三极管Q101的集电极与全桥整流电路的输出端电连接;
第一浮地端、电容C101和电子芯片的VDD引脚串联。
优选的,还包括二极管D103、电容C106、三极管Q102、二极管D104、电阻R103、电阻R110、电阻R108、电阻R109和电阻R111;
二极管D103的正极分别与电感L101和电容C104电连接,负极分别与电阻R110、电阻R108和电容C106电连接;
三极管Q102的基极和二极管D103之间串联有电容C107和电阻R110,且通过电阻R108电连接,还串联有电阻R109和电容C106;
三极管的集电极和二极管D103的负极通过电阻R110电连接;
三极管的集电极和电子芯片的coff引脚之间串联有二极管D104和电阻R111;
三极管的集电极和第一浮地端之间串联有二极管D104、电阻R111和电容C102;
电子芯片的GND端与第一浮地端电连接;
二极管D102的阴极与第一浮地端电连接;
三极管Q102的发射极与第一浮地端电连接。
优选的,开关晶体管包括N沟道MOS管和NPN型三极管;
若开关晶体管为N沟道MOS管,则MOS管的漏极与全桥整流电路的输出端电连接;
MOS管的源极与电阻R106电连接;
MOS管的栅极与电子芯片的OUT引脚电连接;
电子芯片的Vin引脚通过电阻R101与全桥整流电路的输出端电连接。
优选的,还包括三端稳压器,电感L101与无线收发模块通过三端稳压器电连接;
三端稳压器的输入端与电感L101电连接,输出端与无线收发模块的输入端电连接,三端稳压器的GND端与地端电连接。
本发明实施例还提供了第二种照明设备的待机电路,包括:固定OFF时间的电子芯片、开关晶体管、电阻R301、二极管D201、电容C204、二极管D202和储能回路,储能回路包括导通电路和储能电路;
电子芯片的VDD引脚与开关晶体管电连接,且当电子芯片输入端电压超过预设的启动电压时通过OUT引脚控制开关晶体管闭合;
全桥整流电路的输出端、开关晶体管、电阻R206、导通电路和无线收发模块的输入端串联;
电子芯片的GND端与第二浮地端电连接;
二极管D202的阴极与第二浮地端电连接;
电子芯片的CS端、电阻R205、电阻R206、导通电路和无线收发模块的输入端串联;
二极管D202的负极、导通电路、电容C204和二极管D202的正极串联形成闭合回路;
电子芯片的coff端通过电容C202与第二浮地端电连接;
电子芯片的Vdd端通过电容C201与第二浮地端电连接,且通过串联的电阻R301、二极管D201和储能电路与第二浮地端电连接;
全桥整流电路的输出端、所述电阻R201、所述电容C201和第二浮地端串联;
储能电路当导通电路通电时吸收电量。
优选的,还包括三端稳压器,导通电路与无线收发模块通过三端稳压器电连接;
三端稳压器的输入端与导通电路电连接,输出端与无线收发模块的输入端电连接,GND端与地端电连接。
本发明实施例另提供了照明设备的工作电路,包括第一种照明设备的待机电路和第二种照明设备的待机电路,还包括电阻R17、电阻R8、NPN型三极管Q2、PNP型二极管D5、电阻R21、电阻R1、电阻R2、三极管Q3和电容C5;
全桥整流电路的输出端和三极管Q3的发射极之间串联有电阻R1和电阻R2;
三极管Q3发射极和三极管Q2集电极之间串联有电阻R21和二极管D5,其中,二极管D5的正极靠近三极管Q2的集电极,二极管D5的负极靠近电阻R21;
三极管Q2的基极和三端稳压器输出端之间串联有电阻R17和电阻R8;
三极管Q2的基极和无线收发模块输出端之间连接有电阻R8;
三极管Q2的集电极和三极管Q3的基极之间连接有二极管D5,且二极管D5的正极靠近三极管Q2的集电极,二极管D5的负极靠近三极管Q3的基极;
三极管Q3的集电极通过电容C5与地端电连接,且与驱动电源模块的输入端电连接;
三极管Q2的发射极与地端电连接。
优选的,三极管Q3可以使用P沟道MOS替代,三极管Q2可以使用N沟道MOS管替代。
本发明实施例提供的照明设备的待机电路,与现有技术中的在无线收发模块和全桥整流电路U1的输出端之间串联限流电阻RA和RB,还连接有电容C1与二极管D1,使得RA与RB消耗的功率过高,进而使电路整体的功耗大、效率低相比,其通过设置了固定OFF时间的电子芯片、开关晶体管、电感L101、电阻R106、电容C104、二极管D102,且电子芯片的VDD引脚与开关晶体管电连接,且当电子芯片输入端电压超过预设的启动电压时通过OUT引脚控制开关晶体管闭合;全桥整流电路的输出端、开关晶体管、电阻R106、电感L101和无线收发模块的输入端串联;二极管D102的负极、电感L101、电容C104和二极管D102的正极串联形成闭合回路,使得在电子芯片的检测到的电压超过启动电压时,控制开关晶体管闭合,进而使其他电器元器件工作,电子芯片启动并在通过out脚给出信号,控制开关晶体管的开关,使开关晶体管导通,在开关晶体管导通时,整流后的300V电压通过R106、L101送到输出电容C104上,并在L101上存储了能量,在开关晶体管关断时,由于L101的续流作用,D102正向导通,电流在D102、L101、C104中形成回路,L101中存储的能量被送到C104上,也就是这一过程实现了能量的传输,并且是以开关电源的方式实现的,因此,传输效率要远远高于线性降压、三级管恒流等方式,从而解决了现有技术中,功耗大、效率低的问题。
附图说明
图1示出了本发明相关技术中使用LED照明设备的电路图;
图2示出了本发明相关技术中的一种待机电路;
图3示出了本发明相关技术中的另一种待机电路;
图4示出了本发明实施例的第一种照明设备的待机电路的电路图;
图5示出了本发明实施例的第二种照明设备的待机电路的电路图;
图6示出了本发明实施例的照明设备的工作电路的待机控制电路电路图;
图7示出了本发明实施例的LED照明设备的工作模块图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。本发明实施例1提供了第一种照明设备的待机电路,如图4所示,包括:固定OFF时间的电子芯片、开关晶体管、电感L101、电阻R106、电容C104、二极管D102;电子芯片的VDD引脚与开关晶体管电连接,且当电子芯片输入端电压超过预设的启动电压时通过OUT引脚控制开关晶体管闭合;全桥整流电路的输出端、开关晶体管、电阻R106、电感L101和无线收发模块的输入端串联;二极管D102的负极、电感L101、电容C104和二极管D102的正极串联形成闭合回路。
其中,可以将待机电路分为两部分,也就是虚线左侧的第一级电路和右侧的第二级电路。电阻R102和电阻R101串联是为了防止电压过高,烧坏电阻。
具体的,交流电源接通之后,芯片U101的out没有输出信号,在L101和R107的作用下,浮地端节点电压为0;在Q101、D101、R103的作用下,U101的Vdd电压从0V逐渐升高,直到达到U101的启动阈值电压时,U101启动并在out脚给出信号,控制M101的开关。在M101导通时,整流后的300V电压通过R106、L101送到输出电容C104上,并在L101上存储了能量。在M101关断时,由于L101的续流作用,D102正向导通,电流在D102、L101、C104中形成回路,L101中存储的能量被送到C104上。这一过程实现了能量的传输,是以开关电源的方式实现的,因此,传输效率要远远高于线性降压、三级管恒流等方式。
进一步,第一种照明设备的待机电路还包括:三极管Q101、二极管D101、电阻R103、电容C101、和电阻R101;三极管Q101的发射极、二极管D101的正极、二极管D101的负极、电阻R103和电子芯片的VDD引脚串联;三极管Q101的基极、电阻R101和全桥整流电路的输出端串联;三极管Q101的集电极与全桥整流电路的输出端电连接;第一浮地端、电容C101和电子芯片的VDD引脚串联。
通过设置了三极管Q101、二极管D101、电阻R103、电容C101、和电阻R101,使三极管Q101能够控制电子芯片U101的Vdd端的接入电压。
进一步,第一种照明设备的待机电路,还包括二极管D103、电容C106、三极管Q102、二极管D104、电阻R103、电阻R105、电阻R110、电阻R108、电阻R109和电阻R111;二极管D103的正极分别与电感L101和电容C104电连接,负极分别与电阻R110、电阻R108和电容C106电连接;三极管Q102的基极和二极管D103之间串联有电容C107和电阻R110,且通过电阻R108电连接,还串联有电阻R109和电容C106;三极管的集电极和二极管D103的负极通过电阻R110电连接;三极管的集电极和电子芯片的coff引脚之间串联有二极管D104和电阻R111;三极管的集电极和第一浮地端之间串联有二极管D104、电阻R111和电容C102;电子芯片的GND端与第一浮地端电连接;二极管D102的阴极与第一浮地端电连接,二极管D102的阳极与地端电连接;三极管Q102的发射极与第一浮地端电连接;电子芯片的CS引脚、电阻R105、电阻R106、电感L101和无线收发模块的输入端串联。
在Toff期间,第一浮地端的节点电压与接地端节点电压之间仅仅相差一个二极管的正向导通压降,通常为0.7V。Toff期间,D103将输出电压采样到C106上,C106上得到一个近似直流、比C104上电压仅仅低0.7V的电压,从而实现了输出电压采样。采样得到的电压经过R108、R109的分压,与Q102的Vbe-on(大约是0.65V)比较,通过R110、D104、R103控制C102的充电时间,从而控制U101的Toff时间。这一过程实现了输出电压采样、负反馈控制这一过程,是本专利技术的核心部分。
虽然上述分析实现了输出电压采样和负反馈控制,但采样只是在Toff期间进行的,同时C104的负载消耗与C106的负载消耗也是有差别的,而其Q102的Vbe-on(发射极-基极之间的导通电压)这一电压随环境温度的变化比较大,因此C104上的电压会随负载电流、环境温度的变化而变化,通常在4V~10V这一范围内。由此需要通过第二级稳压电路来解决这一问题,也就是第一种照明设备的待机电路,还包括三端稳压器,电感L101与无线收发模块通过三端稳压器电连接;三端稳压器的输入端与电感L101电连接,输出端与无线收发模块的输入端电连接,三端稳压器的GND端与地端电连接。通过使用三段稳压器便能够使无线搜狐发模块的输入端得到5V的工作电压。进一步,第一种照明设备的待机电路,开关晶体管M101包括N沟道MOS管和NPN型三极管;
图4中,R101、R102提供偏置电压,Q101用于降压,D101用于反向保护Q101的G端-S端,R103和C101用于滤波。
若开关晶体管M101为N沟道MOS管,则MOS管的漏极与全桥整流电路的输出端电连接;MOS管的源极与电阻R106电连接;MOS管的栅极与电子芯片U101的OUT引脚电连接;电子芯片U101的Vin引脚通过电阻R101与全桥整流电路的输出端电连接。
整体来看,根据图4中所示的电路原理图。电路工作在高端开关的Buck拓扑电路中,采用浮地结构。“待机电路U3”的左侧方框内的左半部分是第一级电路,其输出点在C104的正极,该点得到一个近似恒压3.3V/5V(该电压不稳,根据负载、温度的情况,从4V~10V变化);第二级电路,“待机电路U3”虚线方框内部的右半部分是第二级电路,其输出点在out节点,通过一个三端稳压器U102(LDO),得到精确、稳定的输出电压,即3.3V/5V,并将该电压向无线收发模块U4提供。
其中,控制芯片U101可以是HV9910、SN3910、BP2808、MT7910等;CS脚检测Ton期间电感的电流并保证峰值电流恒定;Coff控制Toff时间,由外部元件设定;电子芯片U101的供电:由Q101、R101、R102、R103、C101、D101组成;这一供电电路是按需提供电流的,电子芯片U101需要多少电流,这一电路可以自动调节来满足要求;
功率开关(开关晶体管M101),是一个N沟道的MOS管,也可以是NPN三级管、可控硅等类似的开关器件;电流采样电阻:R106,用于对电感电流进行采样;功率回路:L101,是电路中的储能元件,实现能量传输;D102,是续流二极管,在Toff期间导通;C104,是输出滤波电容;输出电压采样:D103、C106、R108、R109;反馈控制:Q102、R110、C107、D104、R111、C102;第二级稳压电路:即三端稳压器U102,包括但不限于普通三端稳压器、TL431、78系列、LM317等;C105,输出稳压电容。本发明所提供的第一种照明设备的待机电路,虽然整体电路结构复杂、总体元器件数量多,但这些元件都是市场上最常用的,因此也是价格最低的元器件,总体电路的成本是很低的。
本发明实施例2提供了第二种照明设备的待机电路,如图5所示,包括:固定OFF时间的电子芯片U201、开关晶体管M201、电阻R301、二极管D201、电容C204、二极管D202和储能回路,储能回路包括导通电路和储能电路;电子芯片U201的VDD引脚与开关晶体管M201电连接,且当电子芯片U201输入端电压超过预设的启动电压时通过OUT引脚控制开关晶体管M201闭合;全桥整流电路的输出端、开关晶体管M201、电阻R206、导通电路和无线收发模块的输入端串联;电子芯片U201的GND端与第二浮地端电连接;二极管D202的阴极与第二浮地端电连接;电子芯片U201的CS端、电阻R205、电阻R206、导通电路和无线收发模块的输入端串联;二极管D202的负极、导通电路、电容C204和二极管D202的正极串联形成闭合回路;电子芯片U201的coff端通过电容C202与第二浮地端电连接;电子芯片U201的Vdd端通过电容C201与第二浮地端电连接,且通过串联的电阻R301、二极管D201和储能电路与第二浮地端电连接;全桥整流电路的输出端、所述电阻R201、所述电容C201和第二浮地端串联;储能电路当导通电路通电时吸收电量。
进一步,本发明所提供的第二种照明设备的待机电路,还包括三端稳压器,导通电路与无线收发模块通过三端稳压器电连接;三端稳压器的输入端与导通电路电连接,输出端与无线收发模块的输入端电连接,GND端与地端电连接。
与实施例1所提供的第一种照明设备的待机电路相类似的,是通过电子芯片U201实现开关M201的通断控制,实施例1中,二极管D102的负极、电感L101、电容C104和二极管D102的正极串联形成的回路,由储能回路所替代,储能电路在导通电路通电时,储备电能,并且在导通电路不通电时,释放电能。图中的电阻R201和电阻R202的串联也是为了防止电压过高,而烧坏电阻。
图5中只提供了第一级电路的电路图,右侧还可以连接以实施例1中的第二级电路。以起到稳压的作用
为了应对上述两种照明设备的待机电路,本发明实施例3还提供了照明设备的工作电路,如图6所示,待机控制电路U6的电路图,包括第一种照明设备的待机电路或第二种照明设备的待机电路,还包括电阻R17、电阻R8、NPN型三极管Q2、PNP型二极管D5、电阻R21、电阻R1、电阻R2、三极管Q3和电容C5;全桥整流电路的输出端和三极管Q3的发射极之间串联有电阻R1和电阻R2;三极管Q3发射极和三极管Q2集电极之间串联有电阻R21和二极管D5,其中,二极管D5的正极靠近三极管Q2的集电极,二极管D5的负极靠近电阻R21;三极管Q2的基极和三端稳压器输出端之间串联有电阻R17和电阻R8;三极管Q2的基极和无线收发模块输出端之间连接有电阻R8;三极管Q2的集电极和三极管Q3的基极之间连接有二极管D5,且二极管D5的正极靠近三极管Q2的集电极,二极管D5的负极靠近三极管Q3的基极;三极管Q3的集电极通过电容C5与地端电连接,且与驱动电源模块的输入端电连接;三极管Q2的发射极与地端电连接。其中,待机控制电路U6需要,与待机电路U3配合使用的,也就是待机控制电路U6是在待机电路U3的基础上进一步降低了LED灯控制电路的整体能耗。
其中,Q3是开关,包括但不限于PNP三级管、P沟道MOS管等,用于切断启动电阻R1、R2;Q2是控制,包括但不限于NPN三级管、N沟道MOS管等,用于控制Q3的状态;D5是嵌位,包括但不限于齐纳二极管、TL431、可控硅等,用于对U1中U0-Vin嵌位。“无线收发模块U4”给出高电平时,Q2导通,D5正极电压接近0V,D5处于反向击穿状态,因此有电流流过D5,Q3导通,R1和R2给U1中的U0提供Vin电压,U0可以启动。“U4无线收发模块”给出低电平时,Q2截止,没有电流流过D5,Q3不导通,R1和R2不能给U1中的U0提供Vin电压,R1和R2的功率损耗被取消,U0无法启动。因此,在智能LED灯处于待机状态下,“U4无线收发模块”给出低电平,R1和R2不再消耗功率,可以有效降低待机功耗。图中U0是驱动电源模块U1的控制芯片。U0的VIN引脚也就是其工作信号的输入引脚,只有当VIN有信号输入时,才会工作,这也就大大降低了U2的能耗。综合使用实施例1的第一种照明设备的待机电路和待机控制电路,或者使用实施例2的第一种照明设备的待机电路和待机控制电路,能够将LED灯的能耗降低到0.2W以内。如图7所示,是综合使用了实施例1的第一种照明设备的待机电路和待机控制电路,或者使用实施例2的第一种照明设备的待机电路和待机控制电路所形成的LED照明设备的工作模块图,与相关技术的图1所显示的模块图相比,改进了待机电路U3,并且增加了待机控制电路U6,提高了节能的效果。
进一步,三极管Q3可以使用P沟道MOS替代,三极管Q2可以使用N沟道MOS管替代。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。