CN105580499A - 一种用于led灯的切相调光电路 - Google Patents

Abstract

一种用于LED灯的切相调光电路，包括市电输入端，与市电输入端连接的切相调光器，与切相调光器连接的驱动电路（2），所述驱动电路（2）把经过切相调光器切相调整的市电输入转化为直流电输出，驱动电路的输出端经防闪烁电路连接至LED负载，所述防闪烁电路包括检测电路（31）、比较电路（32）、切换电路（33）、延时供电电路（34）和基准电源电路（35）；所述防闪烁电路实时监测驱动电路的输出电流值，并在输出电流值小于预设值时把传送至LED负载两端的电压降至低于LED负载工作电压。

Description

一种用于 LED灯的切相调光电路

技术领域

本发明涉及 LED调光技术领域， 特别涉及一种用于 LED灯的切相调光电路。

背景技术

随着半导体技术和 LED照明技术的发展， LED照明灯具具有节能、环保和寿命长等优点， 越来越多的照明场合采用 LED照明灯具替代传统的白炽灯等灯具实现照明， 这些照明场合中 也包括了许多需要调光进行照明的场合。

传统的照明灯具广泛的采用切相调光器进行调光，因此 LED照明灯具如要进行广泛推广， 则不可避免的需要能够对切相调光器进行适配。 切相调光技术是采用晶闸管装置都作为高速 开关， 通过 "截断"正弦的电源电压波形实现控制市电传递到灯具的电能量。 然而这种调光 技术的原始设计是要处理大功率白炽灯泡消耗的功率，切相调光器使用到了大功率开关器件， 因此对于消耗功率较小的 LED灯泡， 不可避免会和采用由大功率开关器件构成的切相调光器 产生相互影响。 如果调光器和 LED灯泡的相互影响不稳定， 会出现可见闪烁。

可见闪烁出现的具体原因有很多， 特别是对于前沿切相调光器， 例如：

( 1 )当前沿调光器切相调光后， 在被前沿切相调光器切除的电压时间段， 前沿切相调光 器的可控硅已经停止工作， 但前沿切相调光器内部的定时触发回路及前沿切相调光器内部并 联在可控硅两端的杂波吸收电容会继续续流， 从而造成 LED照明灯具出光闪烁与不稳定；

( 2 ) 当切相角度较大， 定时触发回路触发可控硅后， 由于电压过小， 造成可控硅无法一 次性顺利达到可控硅的最小导通电流， 可控硅无法一次性实现导通， 需要多次触发后才能工 作， 从而造成 LED照明灯具出光闪烁与不稳定；

( 3 ) 前沿切相调光器稳态调光工作后， 如果前沿切相调光器输出的电压较小， 加上 LED 照明灯具功率太低时， 可控硅的工作电流， 将小于可控硅最小维持电流， 造成可控硅不定时 关断， 从而造成 LED照明灯具出光闪烁与不稳定；

(4)前沿切相调光器的最小工作功率如果小于 LED照明装置的工作功率， 则前沿切相的 调光器与 LED照明装置将不能可靠工作， 从而造成 LED照明灯具出光闪烁与不稳定；

后沿切相调光器其切相的方向相反， 从而相对于前沿切相调光器， 在前三个方面引起的 问题相对较少， 但在第四个方面， 两种切相调光方法都会出现 LED照明灯具闪烁与不稳定。

当然， 出现闪烁的原因还可能有其他， 业界对此也多有分析， 在此不再赘述。 而针对以 上问题， 业界也提出了一些相应的解决方法， 主要的思路是提供合适的假负载以维持调光器 和驱动器稳定工作， 同时阻尼输入瞬态电流的震荡， 以免引起可控硅的维持电流过零。 例如 公开号为 CN 102598856 A的专利文件所公开的一种可调光的 LED模块， 其通过在电路中增设 泄放电路， 泄放电路在供电电压振幅低于阈值期间选择性地起作用以引出泄放电流， 其中泄 放电路即提供了一种假负载。 这些对策使得切相调光器的兼容性得到了很大的改善， 但带来 的问题是假负载和阻尼线路带来了额外的能量损失与热损耗， 也就是说， 调光的兼容性是以 牺牲电能的利用效率为代价的。 有悖于 LED照明的高能效特点与优势。 而且， 这种解决思路 仅能解决上述造成闪烁的前三个原因， 对于第四个原因实际上并未能有效解决。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能够有效防止采用切相调 光的 LED灯具闪烁， 同时能够避免大量的额外的能量损失与热损耗的切相调光电路。

该调光电路的设计思路是： 通过对造成 LED灯具闪烁的原因进行进一步分析， 如图 1所 示， 可以发现主要的闪烁的发生在于切相角过大 （即导通角太小） 或者 LED灯具的工作功率 过小时， 也即在驱动电路传送至 LED灯具的电流小于一定值时电路因多种原因 （见背景技术 分析） 导致电流值反复升高、 下降， LED灯具反复导通、 关断而产生闪烁， 因此， 如图 2所 示， 只要在驱动电路传送至 LED灯具的电流小于一定值时令 LED灯具停止工作即可从根本上 有效的防止闪烁的发生， 根据该思路， 提供一种用于 LED灯的切相调光电路， 包括市电输入 端， 与市电输入端连接的切相调光器， 与切相调光器连接的驱动电路， 所述驱动电路把经过 切相调光器切相调整的市电输入转化为直流电输出， 所述驱动电路的输出端经防闪烁电路连 接至 LED负载， 所述防闪烁电路实时监测驱动电路的输出电流值， 并在输出电流值小于预设 值时使传送至 LED负载两端的电压小于 LED负载工作电压。

其中， 所述防闪烁电路包括实时监测驱动电路输出电流值的检测电路、 实时获取所述检 测电路输出的检测信号的比较电路和受所述比较电路控制的切换电路， 所述比较电路在检测 到所述检测电路的检测信号小于预设值时控制所述切换电路被触发以使 LED负载两端的电压 小于 LED负载工作电压。

其中， 所述防闪烁电路还包括延时供电电路， 所述切换电路经延时供电电路获取工作电 压， 所述延时供电电路在切相调光电路启动时断开并延时预定时间值后自动导通以给切换电 路供给工作电压。

其中， 所述防闪烁电路还包括基准电源电路， 所述检测电路的检测信号经所述基准电源 电路提供的第一基准电压升压后传送至比较电路。

优选的， 所述比较电路包括比较器 Al， 所述基准源电路提供第二基准电压至比较器 A1 的基准电压端， 所述检测电路的检测信号经所述基准电源电路提供的第一基准电压升压后传 送至比较电路的比较信号端。

另一优选的， 所述比较电路包括受控开关 U2， 所述受控开关 U2 内置有第三基准电压， 所述检测电路的检测信号经所述基准电源电路提供的第一基准电压升压后传送至受控开关 U2 的受控端， 所述受控开关将受控端接受到的信号与第三基准电压进行比较并据此导通 /截断。

其中， 所述驱动电路的输出端包括正极输出线和负极输出线， 所述切换电路包括跨接于 正极输出线和负极输出线之间的降压支路， 所述切换电路被触发时降压支路导通以使正极输 出线和负极输出线降低至恒小于 LED负载工作电压。

其中， 所述降压支路包括降压电阻 R16和与降压电阻 R16串联的受控开关管 Q2， 所述切 换电路被触发时所述受控开关管 Q2受控导通。

其中， 所述切换电路包括与所述驱动电路的输出端串联的开关模块， 所述切换电路被触 发时所述开关模块断开。

其中， 所述检测电路包括与所述驱动电路的输出端串联的检测电阻 R19和与所述检测电 阻 R19并联的分流二极管 D6， 当检测电阻两端电压大于所述分流二极管 D6的导通电压时所 述分流二极管导通。

本发明的有益效果： 本发明提供了一种用于 LED灯的切相调光电路， 该电路的驱动电路 的输出端经防闪烁电路连接至 LED负载， 防闪烁电路包括实时监测驱动电路输出电流值的检 测电路、 实时获取检测电路的检测信号的比较电路和受比较电路控制的切换电路， 比较电路 在检测到检测电路的检测信号小于预设值时，即说明此时驱动电路的输出电流过小会导致 LED 灯具闪烁， 因此控制所述切换电路被触发以使驱动电路输出端电压小于 LED负载工作电压， 即令 LED灯停止工作， 避免闪烁； 当驱动电路的输出电流上升足够大时， 则比较电路在检测 到检测电路的检测信号大于预设值， 此时停止对切换电路的触发， 驱动电路输出端电压上升 至 LED灯具的工作电压， LED灯具恢复正常工作。 通过该电路， 即可在 LED灯具出现闪烁时 熄灭 LED灯具来防止闪烁， 而且无需提供增设泄放电路， 避免了大量的能量损耗。 附图说明

利用附图对本发明作进一步说明， 但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制， 对于 本领域的普通技术人员， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据以下附图获得其它的附 图。

图 1为现有技术的驱动电路输出电流随切相调光器导通角的变化而变化的波形示意图。 图 2为本发明的驱动电路输出电流随切相调光器导通角的变化而变化的波形示意图。 图 3为本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的实施例 1的电路框图。

图 4为本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的实施例 1的驱动电路的电路图。

图 5为本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的实施例 1的防闪烁电路的电路图。

图 6为本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的实施例 2的防闪烁电路的电路图。

图 7为本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的实施例 3的电路框图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

鎌例 1

本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的具体实施方式之一， 如图 3所示， 包括： 市电 输入端， 市电输入端输入的交流电依次经过切相调光器、 驱动电路 2和防闪烁电路后传送至 LED负载。

切相调光器采用由可控硅构成的前沿切相调光器 M0V1， 用于将市电输入的正弦波电流进 行切相调节， 以控制市电传递到驱动电路 2的电能量。 当然， 也可以采用后沿切相调光器， 本领域技术人员可以根据需要在现有的切相调光器中灵活选择合适的切相调光器。

如图 4所示， 本实施例的驱动电路 2基于 FL7730型驱动芯片 U1实现， 驱动电路 2的输 出端包括正极输出线 V0+和负极输出线 V0-。 FL7730型驱动芯片是飞兆半导体公司针对 LED 调光电路设计的驱动芯片， 采用该芯片本领域技术人员可结合相关文献构建相应的驱动电路 2， 在此不再赘述， 驱动电路 2的主要作用在于将切相调光器切相调整后输出的交流电转化为 直流输出， 输出的电流值与切相调光器的导通相位角正相关。 需要说明的是， 驱动电路 2也 可以采用其他驱动电路 2方案来加以实现， 业内对此有多种不同的方案可供选择， 只要能将 切相调光器切相调整后输出的交流电转化为直流输出即可。

如图 3和图 5所示， 本实施例的防闪烁电路包括检测电路 31、 比较电路 32、 切换电路 33、 延时供电电路 34和基准电源电路 35。

检测电路 31包括设置于负极输出线 V0-上的检测电阻 R19， 检测电阻 R19两端的电压根 据负极输出线 V0-上的电流变化而变化， 此外， 检测电阻 R19并联有分流二极管 D6， 本实施 例中分流二极管 D6的导通电压为 0. 3V, 当检测电阻 R19两端的电压大于 0. 3V时， 分流二极 管 D6导通分流， 从而将检测电阻的电压值限定在最高为 0. 3V。 传统的电流检测电路为了减 少对电路的影响和功率损耗， 其检测器件一般采用互感器， 低阻值的电阻 （毫欧级） 以及精 确低阻值的锰铜线等， 但这会造成检测精度下降的问题， 而如果采用大阻值的电阻值为检测 器件， 则会由于电阻两端电压过高导致高功率损耗。 对此， 本电路采用检测电阻 R19结合分 流二极管 D6构成检测电路 31的方案， 检测电阻 R19可以采用阻值较高的电阻， 这样有利于 提高检测精度， 特别是在电流比较小的情况下， 另一方面， 当电流足够大而使得电阻两端检 测电阻 R19两端的电压大于 0. 3V时，则可以分流二极管 D6导通分流，从而保证检测电阻 R19 两端的电阻值不高于 0. 3V, 保证其不会由于两端电压过高而导致高功率损耗。 当然， 该检测 电路 31在检测电阻两端达到 0. 3V后即无法继续检测电流的上升情况， 但是， 对于本电路， 从图 1和图 2并结合本技术的原理可以知道检测电路 31主要检测区间在于小电流区间，当电 流足够大了实际上并不需要进一步检测电流的上升情况， 因此在本电路中采用该检测电路 31 即可满足检测需求， 同时能够达到高检测精度和低功率损耗的效果。 另外， 根据实际的需要 (检测区间）， 分流二极管 D6的导通电压可以通过并联、 串联多个二极管等方式灵活调整。

基准电源电路 35由三端可调分流基准源芯片 U3构成， 具体的芯片 U3的型号为 TL431 , 芯片 U3的阴极和控制极经电阻 R24连接至正极输出线 V0+， 芯片 U3的阳极连接至负极输出 线 V0-， 根据 TL431芯片的特性， 此时芯片 U3的阴极和阳极之间会产生稳定的基准电压， 在 芯片 U3的阴极和阳极之间并联由电阻 R21和电阻 R20串联而成的第一分压支路，第一分压支 路中电阻 R20两端电压恒定， 设置为第一基准电压， 该第一基准电压用于对检测电阻 R19的 检测信号进行升压处理， 具体的升压处理过程是： 令比较电路 32的比较信号端与分压电路中 电阻 R21和电阻 R20的连接点连接， 通过电路分析可知电阻 R21和电阻 R20的连接点的电压 值等于检测电阻 R19两端的电压值加上电阻 R20两端的电压值，因此比较电路 32的比较信号 端获得的比较信号是检测电阻 R19两端的电压值加上电阻 R20两端的电压值。 本实施例之所 以采用基准电路来对检测值进行升压处理后再传送至比较电路 32， 是由于检测电路 31 的检 测值比较小 （如前所述， 为了实现低功率损耗）， 在比较电路 32中难以被直接比较， 因此需 要进行一定的升压处理， 当然， 如果采用其他检测电路 31使得检测值足够大， 或者采用其他 升压电路对检测值进行了升压， 则也可以不在电路中设置基准电源电路 35。

比较电路 32包括受控开关 U2， 受控开关 U2的阴极与切换电路 33的受控端连接， 阳极 与负极输出线 V0-， 控制极即为比较电路 32的比较信号端， 连接至电阻 R21和电阻 R20的连 接点。 受控开关 U2为三端可调分流基准源芯片 TL431 , 由于其内置有 2. 5V基准电压， 因此 其作为比较器使用时不需要为其提供基准电压，受控开关 U2会自动将其控制极检测到的电压 值与内置基准电压做比较。在电路正常工作的情况下，即驱动电路 2的输出电流大于预设值， 则控制极的电压 （即检测值加第一基准电压） 大于受控开关 U2 的内置基准电压， 受控开关 U2处于导通状态， 因此切换电路 33的受控端处于低电平状态， 切换电路 33无效。 当驱动电 路 2的输出电流下降至小于预设值时， 则控制极的电压 （即检测值加第一基准电压） 小于受 控开关 U2的内置基准电压， 受控开关 U2处于关断状态， 这时切换电路 33的受控端处于高电 平状态， 切换电路 33被触发。 采用内置有基准电压的受控开关作为比较电路 32的主要部件 可以使得电路的结构较为简化， 但对于上述预设值的调节则仅能通过调节第一基准电压 （即 调整电阻 R20和电阻 R21 ) 来实现。

切换电路 33包括由电阻 R16和三极管 Q3构成的降压支路， 三极管 Q3的集电极经电阻 R16连接至正极输出线 V0+， 三极管 Q3的发射极连接至负极输出线 V0-， 三极管 Q3的基极即 切换电路 33的受控端， 连接至受控开关的阴极。 当三极管 Q3的基极接收到低电平信号时， 三极管 Q3截止， 切换电路 33不工作， 对整体电路不产生影响； 当极管 Q2的基极接收到高电 平信号时， 三极管 Q3导通， 电阻 R16跨接于正极输出线 V0+和负极输出线 V0-， 即 LED负载 并联了电阻 R16， 从而降低驱动电路 2输出端电压 （LED负载两端的电压）， 使 LED负载停止 工作，避免闪烁。当然，通过设计电阻 R16的阻值可以调节驱动电路 2输出端电压的下降值， 该下降值必须保证驱动电路 2输出端电压能够下降至 LED负载的工作电压之下， 甚至， 可以 令驱动电路 2输出端电压下降值驱动电路 2的工作电压之下， 使得驱动电路 2也停止工作而 处于无输出状态。

延时供电电路 34包括三极管 Q2和延时电路，三极管 Q2的发射极与正极输出线 V0+连接， 集电极经电阻 R14与切换电路 33的受控端连接， 基极经延时电路连接至正极输出线 V0+。 工 作状态下， 三极管 Q2处于导通状态， 从而令切换电路 33的受控端（受控开关 U2的阴极）经 电阻 R14连接至正极输出线 V0+， 为切换电路 33的受控端提供了获取高电平的可能 （或者说 为比较电路 32提供了上拉电阻 R14)。 在电路刚刚启动瞬间， 由于延时电路的延时作用， 三 极管 Q2会延时导通， 在其未导通期间， 切换电路 33的受控端未经电阻 R14连接至正极输出 线 V0+， 不可能获得高电平， 即切换电路 33不可能处于工作状态， 也就是说在电路启动过程 中， 存在一定的时间间隙是切换电路 33绝对不会工作的， 这是由于在电路启动阶段， 检测电 路 31检测到的电流为零， 按照电路的工作原理， 如果不对三极管 Q2的导通进行延时， 则此 时切换电路 33将处于工作状态（即三极管 Q3导通）， 切换电路的降压作用可能使得电路电压 过低而导致整体电路无法顺利启动， 特别是在启动时切相调光器的导通角比较小时。 因此， 通过该延时供电电路 34则可以保证在启动阶段切换电路 33不会处于工作状态而对电路的启 动造成影响。

综合而言， 防闪烁电路的基本原理是检测电阻 R19根据驱动电路 2的输出电流产生一个 检测电压值 （小于等于分流二极管 D6的导通电压）， 将该检测电压值与基准电压电路提供的 第一基准电压叠加后形成待较信号， 将该待比较信号传送至比较电路 32， 又比较电路 32与 其内置基准电压进行比较， 并在待比较信号小于内置基准电压时 （即驱动电路 2输出电流小 于预设值） 时触发切换电路 33， 切换电路 33通过导体降压支路使得驱动电路 2输出端电压 能够下降至 LED负载的工作电压之下， 令 LED负载停止工作， 避免闪烁。 同时该电路还提供 延时供电电路 34以确保在启动阶段切换电路 33不会影响电路的正常启动。 因此， 通过该电 路， 即可在 LED灯具出现闪烁时熄灭 LED灯具来防止闪烁， 而且无需提供增设泄放电路， 避 免了大量的能量损耗。

鎌例 2

本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的具体实施方式之二， 本实施例的主要技术方案 与实施例 1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例 1中的解释，在此不再进行赘述。 如图 6所示， 本实施例与实施例 1的区别在于， 比较电路 32 由比较器 （或运算放大器） A1 构成比较电路 32。 比较器 A1的反相输入端作为比较信号端与电阻 R21和电阻 R20的连接点 连接， 同相输入端获取有基准电压电路提供的第二基准电压， 输出端连接至切换电路 33的受 控端。 基准电压电路提供第二基准电压的方法是在芯片 U3的阴极和阳极之间并联由电阻 R24 和电阻 R25串联而成的第二分压支路，第二分压支路将芯片 U3的阴极和阳极之间的基准电压 进行分压后产生第二基准电压， 因此主要调节电阻 R24和电阻 R25的比值即可调节比较电路 32的第二基准电压。 与实施例 1相比， 这种实施方式可能在电路结构上较为复杂， 但是更加 便于调节预设值 （既可通过设置第一基准电压实现， 也可设置第二基准电压来实现）。

实施例 3

本发明一种用于 LED灯的切相调光电路的具体实施方式之三， 本实施例的主要技术方案 与实施例 1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例 1中的解释，在此不再进行赘述。 如图 7所示， 本实施例与实施例 1的区别在于， 切换电路 33包括与驱动电路 2的输出端串联 的开关模块， 切换电路 33被触发时所述开关模块断开， 从而彻底关断驱动电路 2的输出。

最后应当说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对本发明保护范 围的限制， 尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明， 本领域的普通技术人员应当理 解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的实质和 范围。

Claims (1)

1. 权 利 要 求 书

   1.一种用于 LED灯的切相调光电路， 包括市电输入端， 与市电输入端连接的切相调光 器， 与切相调光器连接的驱动电路， 所述驱动电路把经过切相调光器切相调整的市电输入 转化为直流电输出， 其特征在于： 所述驱动电路的输出端经防闪烁电路连接至 LED负载， 所述防闪烁电路实时监测驱动电路的输出电流值， 并在输出电流值小于预设值时把传送至 LED负载两端的电压降至低于 LED负载工作电压。

   2.如权利要求 1所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述防闪烁电 路包括实时监测驱动电路输出电流值的检测电路、 实时获取所述检测电路输出的的检测信 号的比较电路和受所述比较电路控制的切换电路， 所述比较电路在检测到所述检测电路的 检测信号小于预设值时控制所述切换电路被触发以使 LED负载两端的电压小于 LED负载工 作电压。

   3.如权利要求 1所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述防闪烁电 路还包括延时供电电路， 所述切换电路经延时供电电路获取工作电压， 所述延时供电电路 在切相调光电路启动时断开并延时预定时间值后自动导通以给切换电路供给工作电压。

   4.如权利要求 1所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述防闪烁电 路还包括基准电源电路， 所述检测电路的检测信号经所述基准电源电路提供的第一基准电 压升压后传送至比较电路。

   5.如权利要求 4所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述比较电路 包括比较器 Al，所述基准源电路提供第二基准电压至比较器 A1的基准电压端，所述检测电 路的检测信号经所述基准电源电路提供的第一基准电压升压后传送至比较电路的比较信号

   ¾ °

   6.如权利要求 4所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述比较电路 包括受控开关 U2，所述受控开关 U2内置有第三基准电压，所述检测电路的检测信号经所述 基准电源电路提供的第一基准电压升压后传送至受控开关 U2的受控端，所述受控开关将受 控端接受到的信号与第三基准电压进行比较并据此导通 /截断。

   7.如权利要求 1所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述驱动电路 的输出端包括正极输出线和负极输出线， 所述切换电路包括跨接于正极输出线和负极输出 线之间的降压支路， 所述切换电路被触发时降压支路导通以使正极输出线和负极输出线之 间的电压降低至恒小于 LED负载工作电压。

   8.如权利要求 6所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述降压支路 包括降压电阻 R16和与降压电阻 R16串联的受控开关管 Q2， 所述切换电路被触发时所述受 控开关管 Q2受控导通。

   9.如权利要求 1所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述切换电路 包括与所述驱动电路的输出端串联的开关模块，所述切换电路被触发时所述开关模块断开。

   10.如权利要求 1所述的一种用于 LED灯的切相调光电路， 其特征在于： 所述检测电路 包括与所述驱动电路的输出端串联的检测电阻 R19和与所述检测电阻 R19并联的分流二极 管 D6， 当检测电阻两端电压大于所述分流二极管 D6的导通电压时所述分流二极管导通。