CN104540292A - 适用于可控硅调光器电路上的调光电路和调光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于可控硅调光器电路上的调光电路和调光系统，通过功率因数校正电路的电流采样端上连接一正弦波电压信号，该正弦波电压信号为一偏置电流和变压器的原边电流之和，而偏置电流由输入信号控制产生，正弦波电压信号由输入信号转换而来，且偏置电流与输入信号正相关。从而该调光电路在配合可控硅调光器使用的情况下，保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果。

Description

适用于可控硅调光器电路上的调光电路和调光系统

技术领域

本发明涉及一种LED照明技术领域，尤其涉及一种适用于可控硅调光器电路上的调光电路和调光系统。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED灯由于具有节能、环保、可光控、实用性强、稳定性高、响应时间短、长寿命等很多优点，在提倡低碳生活的今天已经广泛应用于各种照明领域。

现有的基于可控硅调光器对LED调光的技术中，可控硅调光器的输出端与整流电路连接，整流电路输出端连接至母线电压，变压器原边的一端连接至母线电压，另一端通过电阻连接至集成电路(integrated circuit，IC)的电流采样管脚；集成电路的电流采样脚(CS)上输入一个直流电压信号，集成电路用于实现对变压器原边的功率因数的校正，通过调整CS端的直流电压信号的大小，来改变该电路中所连接的变压器的原边电流峰值大小，从而实现可控硅调光器对LED进行调光。

然而，在母线电压谷底位置时，开关管关断的阈值会变得很小(这是由于功率因数校正电路中关断阈值与母线电压成正比关系，母线电压接近零，关断阈值也接近零)，这时电流采样脚上固定的直流电压偏置量通常会大于这个关断阈值，从而导致期间集成电路被迫停止工作，进而导致通过可控硅的擎住电流和维持电流衔接不上，可控硅提前关断，从而LED会出现严重频闪。

发明内容

本发明提供一种适用于可控硅调光器电路上的调光电路和调光系统，用以解决可控硅调光器控制LED等出现的频闪问题。

一方面，本发明提供一种适用于可控硅调光器电路上的调光电路，其特征在于，包括：

信号转换电路，功率因数校正电路；

所述信号转换电路，用于将输入信号转换为正弦波电压信号，并输出至所述功率因数校正电路的电流采样端；

所述功率因数校正电路，用于从所述电流采样端接收所述正弦波电压信号并实现功率因数校正，所述正弦波电压信号对应的正弦波电流信号为偏置电流和所述功率因数校正电路中变压器的原边电流之和；

其中，所述偏置电流由所述输入信号控制产生，且该偏置电流值与所述输入信号值正相关。

另一方面，本发明还提供一种调光系统，其特征在于，包括如上所述的调光电路，电源、可控硅调光器和发光二极管LED负载；

电源的输出端与可控硅调光器连接，可控硅调光器与所述调光电路连接，调光电路中的变压器的副边与LED负载连接。

本发明提供的一种适用于可控硅调光器电路上的调光电路和调光系统，通过功率因数校正电路的电流采样端上连接一正弦波电压信号，该正弦波电压信号为一偏置电流和变压器的原边电流之和，而偏置电流由输入信号控制产生，正弦波电压信号由输入信号转换而来，且偏置电流与输入信号正相关。从而该调光电路在配合可控硅调光器使用的情况下，保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路又一个实施例的电路图；

图2为本发明提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路另一个实施例的电路图；

图3为本发明提供的一种调光系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路一个实施例中，该调光电路包括：信号转换电路，功率因数校正电路；

信号转换电路，用于将输入信号转换为正弦波电压信号，并输出至功率因数校正电路的电流采样端；

功率因数校正电路，用于从电流采样端接收所述正弦波电压信号并实现功率因数校正，正弦波电压信号对应的正弦波电流信号为偏置电流和功率因数校正电路中变压器的原边电流之和；

其中，偏置电流由输入信号控制产生，且该偏置电流值与输入信号值正相关。

其中，输入信号可以是直流信号，也可以是脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号等各种类型的信号，信号转换电路用于将输入信号转换为正弦波电压信号。可以理解的是，对于不同的输入信号，信号转换电路可以具有不同的电路结构，信号转换电路也可以采用现有的各种类型的电路结构，只有保证能够将输入信号转换为正弦电压信号。

功率因数校正电路，用于对从电流采样端接收正弦波电压信号并实现功率校正，以尽可能的提高该信号的功率因数值。需要说明的是，该功率因数校正电路可以是现有的各种类型的LED驱动集成电路，例如：带有主动功率因数校正(Active Power Factor Correction，APFC)的恒流LED驱动集成电路等类型。这种类型的功率因数校正电路能够实现有源功率因数校正，能够为LED负载输出恒定的电流。

由于正弦波电压信号对应的正弦波电流信号为偏置电流和变压器的原边电流之和，并且偏置电流由输入信号控制产生，且该偏置电流值与输入信号值正相关，因此，可以通过调整输入信号的大小来改变变压器的原边的电流峰值，从而实现对LED调光。现有技术中，在功率因数校正电路的电流采样端叠加一般为直流偏置电平，该功率因数校正电路在母线电压波谷时的关断阈值通常会小于叠加的直流偏置电平，从而可能导致功率因数校正电路被迫停止工作。本发明中，功率因数校正电路的电流采样端输入的正弦电压信号的包络与母线电压的包络一致，当在母线电压波谷位置，电流采样端输入的正弦电压信号也变为零，不会干扰到电路的正常工作状态，使功率因数校正电路连续工作，从而保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果。

本实施例提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路，通过功率因数校正电路的电流采样端上连接一正弦波电压信号，该正弦波电压信号为一偏置电流和变压器的原边电流之和，而偏置电流由输入信号控制产生，正弦波电压信号由输入信号转换而来，且偏置电流与输入信号正相关。从而该调光电路在配合可控硅调光器使用的情况下，保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果。

图1为本发明提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路又一个实施例的电路图，如图1所示，本实施例中提供了输入信号为直流电压信号的具体实施场景，在该优选实施例中，信号转换电路包括：

一三极管Q1，该三极管Q1的基极通过一电阻(R3)与直流电压信号Vbias连接，且该三极管的基极通过一电阻(R4)接地；三极管的发射集通过电阻(R5)接地；三极管的集电极通过电阻(R7)与功率因数校正电路的电流采样端CS连接，且该三极管的集电极通过电阻(R1)连接至母线电压。

其中，Vbias为直流电压源。本实施例中，功率因数校正电路还包括集成电路IC，集成电路IC的CS管脚为电流采样端，集成电路还包括供电电压引脚和接地引脚。变压器原边的一端(C)连接至母线电压Vbus，另一端(D)通过电阻(R2)连接至IC的CS管脚，且通过电阻(R6)接地。

具体的，由于图1中的A点电压：

Va＝(1+β)×ib×R5+Vbe，   (1)

$\mathrm{Vbias}=\mathrm{Va}+(\frac{\mathrm{Va}}{R4}+\mathrm{ib})\×R3,---\left(2\right)$

根据(1)和(2)整理可以得到：

$\mathrm{Vbias}=(1+\mathrm{\β})\×\mathrm{ib}\×R5\×(1+\frac{R3}{R4})+\mathrm{Vbe}\×(1+\frac{R3}{R4})+\mathrm{ib}\×R3,---\left(3\right)$

即： $\mathrm{Ic}\≈(1+\mathrm{\β})\×\mathrm{ib}=\frac{\mathrm{Vbias}-\mathrm{ib}\×R3-\mathrm{Vbe}\×(1+\frac{R3}{R4})}{R5\×(1+\frac{R3}{R4})},---\left(4\right)$

其中，β是三极管(Q1)的电流放大倍数，ib是三极管(Q1)的基极电流，Vbe是发射结电压，Ic是偏置电流。

由于为定值，而Vbe和所选器件有关，取决于三极管的器件属性，因此也为定值。

由式(3)可以得知ib与Vbias正相关，从而Vbias-ib×R3与Vbias正相关。又由于功率因数校正电路的电流采样端的正弦波电压信号对应的正弦波电流信号为偏置电流和变压器的原边电流之和，因此，偏置电流Ic与直流电压信号Vbias正相关，所述偏置电流Ic可以由所述直流电压信号Vbias控制，通过调整所述直流电压信号Vbias的大小，可以改变变压器(T1)原边的电流峰值，从而实现LED调光。

进一步的，集成电路IC的GATE管脚作为输出控制端，功率因数校正电路还可以进一步通过一开关管(Q2)连接到变压器(T1)的原边另一端(D)，且开关管(Q2)电阻(R2)连接至功率因数校正电路的电流采样端，即集成电路IC的CS管脚。开关管(Q2)通过一电阻(R6)接地。功率因数校正电路可以通过向开关管(Q2)输出不同的值来控制开关管(Q2)是否导通。

其中，开关管(Q2)可以为三极管，也可以为金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管；如果开关管为三极管，则该三极管的基极与的输出控制端连接，集电极与变压器原边的另一端(D)连接，发射集连接至电阻(R2)和电阻(R6)之间；如果开关管为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxid Semiconductor，MOS)管，则该MOS管的栅极与输出控制端连接，漏极与变压器原边的另一端(D)连接，源极连接至电阻(R2)和电阻(R6)之间。

本实施例提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路，通过集成电路IC的电流采样端CS管脚上连接一正弦波电压信号，该正弦波电压信号为一偏置电流和变压器的原边电流之和，而偏置电流由直流电压信号控制产生，正弦波电压信号由直流电压信号转换而来，且偏置电流与直流电压信号正相关。从而该调光电路在配合可控硅调光器使用的情况下，保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果。

图2为本发明提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路另一个实施例的电路图，如图2所示，本实施例中提供了输入信号为PWM信号的具体实施场景，与图1所示实施例的区别在于，图1中输入信号为直流电压信号，本实施例中，输入信号为PWM信号，用以兼容PWM调光的实施场景。

在该实施例中，三极管(Q1)的基极不再连接直流电压信号，而是PWM信号源通过一电阻(R8)与电阻(R3)和电容的正极连接；电容的负极接地。其他部件的连接方式与图1所示实施例中均相同。

PWM信号经过电阻R8和电容C1滤波后输出一直流信号至R3，其实现效果与图1所示实施例相类似。具体实现原理即电路连接方式均可参见图1所示实施例中的相关描述，在此不在赘述。

本实施例提供的适用于可控硅调光器电路上的调光电路，通过集成电路IC的电流采样端CS管脚上连接一正弦波电压信号，该正弦波电压信号为一偏置电流和变压器的原边电流之和，而偏置电流由直流电压信号控制产生，正弦波电压信号由直流电压信号转换而来，且偏置电流与直流电压信号正相关。该直流电压信号由PWM信号经过电阻和电容滤波后而得到，从而该调光电路在配合可控硅调光器使用的情况下，保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果，并兼容了PWM调光的实施场景。

图3为本发明提供的一种调光系统的一个实施例的结构示意图，如图3所示，该系统包括：如上所述的调光电路2，电源1、可控硅调光器3和发光二极管LED负载4；

电源1的输出端与可控硅调光器3连接，可控硅调光器3与所述调光电路2连接，调光电路中的变压器的副边与LED负载4连接。

本实施例提供的调光系统，通过调光电路中的功率因数校正电路的电流采样端上连接一正弦波电压信号，该正弦波电压信号为一偏置电流和变压器的原边电流之和，而偏置电流由输入信号控制产生，正弦波电压信号由输入信号转换而来，且偏置电流与输入信号正相关。从而该调光电路在配合可控硅调光器使用的情况下，保证可控硅导通角的工作状态正常且稳定，避免了LED的频闪问题，提高了对LED的调光效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于可控硅调光器的调光电路，其特征在于，包括：

信号转换电路，功率因数校正电路；

所述信号转换电路，用于将输入信号转换为正弦波电压信号，并输出至所述功率因数校正电路的电流采样端；

所述功率因数校正电路，用于从所述电流采样端接收所述正弦波电压信号并实现功率因数校正，所述正弦波电压信号对应的正弦波电流信号为偏置电流和所述功率因数校正电路中变压器的原边电流之和；

其中，所述偏置电流由所述输入信号控制产生，且该偏置电流值与所述输入信号值正相关。

2.根据权利要求1所述的调光电路，其特征在于，所述信号转换电路包括：

一三极管，该所述三极管的基极通过一电阻(R3)与所述输入信号连接，且该三极管的基极通过一电阻(R4)接地；所述三极管的发射集通过电阻(R5)接地；所述三极管的集电极通过电阻(R7)与所述功率因数校正电路的电流采样端连接，且该三极管的集电极通过电阻(R1)连接至母线电压。

3.根据权利要求2所述的调光电路，其特征在于，所述输入信号为直流电压信号或者为脉冲宽度调制PWM信号。

4.根据权利要求3所述的调光电路，其特征在于，若所述输入信号为所述直流电压信号，则所述信号转换电路中还包括：与所述三极管的基极连接的直流电压源；或者，

若所述输入信号为所述PWM信号，则所述信号转换电路还包括：

PWM信号源和电容；所述PWM信号源通过一电阻(R8)与所述电阻(R3)和所述电容的正极连接；所述电容的负极接地。

5.根据权利要求2-4任一项所述的调光电路，其特征在于，所述功率因数校正电路还包括：集成电路IC，所述IC的CS管脚为所述电流采样端，所述IC还包括供电电压管脚和接地管脚；所述变压器原边的一端(C)连接至所述母线电压，另一端(D)通过电阻(R2)连接至所述CS管脚、且通过电阻(R6)接地。

6.根据权利要求5所述的调光电路，其特征在于，所述集成电路还包括作为输出控制端的GATE管脚，所述功率因数校正电路还包括：开关管，所述开关管分别与所述变压器原边的另一端(D)、电阻(R6)、电阻(R2)和所述GATE管脚连接。

7.根据权利要求6所述的调光电路，其特征在于，所述开关管为三极管，则该三极管的基极与所述GATE管脚连接，集电极与所述变压器原边的另一端(D)连接，发射集连接至电阻(R2)和电阻(R6)之间；或者，

所述开关管为金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管，则该MOS管的栅极与所述GATE管脚连接，漏极与所述变压器原边的另一端(D)连接，源极连接至电阻(R2)和电阻(R6)之间。

8.一种调光系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的调光电路，电源、可控硅调光器和发光二极管LED负载；

电源的输出端与可控硅调光器连接，可控硅调光器与所述调光电路连接，调光电路中的变压器的副边与LED负载连接。