CN105472806B - 适用于交流调光器的led驱动电源自泄放方法及电路模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法及电路模块，其中，所述适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法包括如下步骤：调节主开关器件的开关频率和占空比，在LED驱动电路输入侧产生额外负载电流，以满足调光器对维持电流的需求。本发明通过提高主开关器件的开关频率使LED驱动电路在输入侧产生一定量的电流来满足调光器的需要，同时又不增加输出侧功率。本发明适应于包括升压、降压、反激、正激在内的各种电力电子拓扑结构。

Description

适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法及电路模块
技术领域
本发明属于LED开关电源领域，尤其是一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法及电路模块。
背景技术
现有调光器及电子变压器多是针对电阻型负载设计的，需要一个最小负载来维持调光调压设备的正常工作。现有的调光器有多种，一般采用晶体管、场效应管和晶闸管组合而成。
如图1所示，晶闸管调光器的原理大致为：一旦电容充电达到阈值电压时，触发电流通过triac门极从而促成导通。触发之后，双向晶闸管会一直保持导通直至电流降到IH以下或AC交流电压过零。当电流小于维持电流时，过零点电压不能维持原貌，调光器关闭。
在智能调光器中，当双向晶闸管导通时，电流通过晶闸管流过负载，当其关断时，负载电流只能通过周围的偏置电路给控制电路的电容充电。在晶闸管关断时，负载电流必须达到一定值使得单片机正常供电。
经申请人研究后发现：通过阻尼电路提供闩锁或门极触发电流的方案存在一定的缺陷，具体包括以下几点。
在半周期的顶点附近位置，需要是一个特别大的阻抗，而当电压很小或接近零的时候，阻尼电路又需要阻抗特别小。而且在很多开关电源应用中，在输入电压很小的时候，开关频率是比较低的，因此和调光器的需求是相反的。
如果仅依赖阻尼电路来提供相应的维持电流及触发电流，那么阻尼电路物理参数将变得不合理，直接导致电路元件的成本与尺寸加剧，而且使得功率损耗过大。
发明内容
发明目的：一个目的是提供一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放电路模块。
技术方案：一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法，包括：调节主开关器件的开关频率和占空比，在LED驱动电路输入侧产生额外负载电流，以满足调光器对维持电流的需求。
进一步的，在每个交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号状态包括正常开关和高频泄放I；在部分交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号还包括高频泄放II；其中，高频泄放I在交流输入电压过零时结束，高频泄放II从交流输入电压为零时开始，当调光器的内部偏置电源正常充电启动后，高频泄放II结束。
高频泄放I利用占空比和频率的组合调节方式使得原边电流足够大，可以保证调光器在此时段中的负载要求。
一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放模块，包括调控子模块，其用于调节主开关器件的开关频率和占空比，在LED驱动电路输入侧产生额外负载电流，以满足调光器对维持电流的需求。
进一步的，在每个交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号状态包括正常开关和高频泄放I，在部分交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号还包括高频泄放II；其中，高频泄放I在交流输入电压过零时结束，高频泄放II从交流输入电压降为零时开始，当调光器的内部偏置电源正常充电启动后，高频泄放II结束。
一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放电路，包括上述适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放模块。
有益效果：本发明通过提高主开关器件的开关频率使LED驱动电路在输入侧产生一定量的电流来满足调光器的需要，同时又不在输出侧产生额外功率。即通过利用现有电路内部的器件，提高其损耗而产生一定的输入电流来满足调光器的需要。适应于包括升压、降压、反激、正激在内的各种电力电子拓扑结构。
附图说明
图1是晶闸管调光器的结构示意图。
图2是带缓冲和阻尼电路的反激拓扑。
图3是阻尼信号波形图。
图4是门极拉高的一个实施例示意图。
图5是测试电路图。
图6是常规和高频开关方案的输出功率对比图。
图7是正常工作和高频工作下的损耗功率对比图。
具体实施方式
如图2所示，本发明对包括反激、降压、升压、正激等拓扑结构在内的驱动结构适用。图2所示反激电路中的开关器件可以通过提高占空比和频率来提供额外电流。其中，阻尼电路用来辅助配合提供闩锁或门极触发电流。
转到图3，正如背景技术所述的那样，现有技术还存在一些缺点，为了满足目前市场上大多类型调光器的负载电流要求，本发明提出了一种新的解决方法，该方法在不增加任何新元件的情况下，通过程序调节主开关器件(例如场效应管)的开关频率和占空比来得到需要的额外负载电流，帮助满足调光器对维持电流的需求。图3所示的各路信号代表交流输入电压信号和主开关器件上的门极信号。
其中，高频泄放I利用占空比和频率的组合调节方式使得原边电流足够大，以保证调光器在此时段中的负载要求，但又不会把过多能量传递到输出去。反激拓扑中变压器产生的额外损耗以及缓冲电路所吸收并散发的损耗不但可以减轻主开关元件的发热，还可以共同分担调光器的负载电流要求。
对于有些复杂调光器，高频泄放II的切入会提供一个极低阻抗路径，这样允许调光器的偏置电源充电，从而使调光器正常工作。
当调光器的内部偏置电源正常充电启动后，高频泄放II的任务结束，门极信号接到常态高(持续导通)等待晶闸管触发。一旦触发事件发生，则门极信号进入了正常开关模式，依照此顺序循环往复。
接着描述图4，该图给出了一个门极拉高的具体实施案例，其也会帮助满足调光器的负载要求。该实施例是一个基于PNP型的三极管上拉电路，当交流电压接近零时，三极管导通，拉高主开关管门极电位，使得调光器电流大于维护电流(IH)。当输入电压为零时，门极完全拉高，主开关器件常导通，给触发电流的产生提供零阻抗通路。
最后结合图5、图6和图7描述本发明的实验结果。
在图5所示的基于升压拓扑的实测电路中，信号发生器输出信号为1MHz，50ns的正向脉冲序列。这个高频开关的结果和一个普通功率因数校正驱动电路(NCP1608)开关频率小于120KHz的对比，测试点选择每隔20％的调光角度设置。
测试结果如下：
表1：正常工作测试条件
表2：高频工作测试情况
从表1、表2及其对应的图6和图7可知，驱动电路的输入功率在常态和高频下是相近的，但高频模式的输出功率明显很低，说明本发明的泄放功能得到了验证。同时，从功率损耗上看，使用本发明的泄放方法使得在整个调光器输出范围中，调光电路稳定工作，没有出现意外关闭。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。同时需要说明的是，电子变压器是一种把工频电压变成高频低压交流电的装置，它也要求有一定额度的负载电流维持正常工作，属于本发明适用的应用对象。发明主题中的适用于交流调光器的使用情景为案例性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法，其特征在于，调节主开关器件的开关频率和占空比，在LED驱动电路输入侧产生额外负载电流，以满足调光器对维持电流的需求。
2.如权利要求1所述的适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放方法，其特征在于，在每个交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号状态包括正常开关和高频泄放I；在部分交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号还包括高频泄放II；其中，高频泄放I在交流输入电压过零时结束，高频泄放II从交流输入电压下降至零时开始，当调光器的内部偏置电源正常充电启动后，高频泄放II结束。
3.一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放模块，其特征在于，包括调控子模块，其用于调节主开关器件的开关频率和占空比，在LED驱动电路输入侧产生额外负载电流，以满足调光器对维持电流的需求。
4.如权利要求3所述的适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放模块，其特征在于，在每个交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号状态包括正常开关和高频泄放I，在部分交流输入电压半周期，主开关器件上的门极信号还包括高频泄放II；其中，高频泄放I在交流输入电压为零时结束，高频泄放II从交流输入电压降为零时开始，当调光器的内部偏置电源正常充电启动后，高频泄放II结束。
5.一种适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放电路，其特征在于，包括权利要求3或4所述的适用于交流调光器的LED驱动电源自泄放模块。
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