CN105636274B - 用于交流调光型led驱动电源的自适应软启动充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路，包括供电电路和启动电路，在所述启动电路中增加设置了自适应软启动电路，所述自适应软启动电路包括两个比较器、一个逻辑与门和一个计时器，自适应软启动电路对Vdd检测，检测得到Vdd工作电压的最高值和最低值分别送到两个比较器的输入端，两个比较器的输入经过逻辑与门的关系产生一个方波脉冲信号，所述方波脉冲信号送入计时器产生时间参数，所述时间参数增加PWM信号的占空比并控制单脉冲的宽度。本发明解决了调光器输入下LED灯无法正常启动的问题，完整保存了系统的过流短路保护功能，能准确判断短路情况；保证电路工作的安全稳定性，特别是在高亮度调光和无调光器的情况下。

Description

用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路

技术领域

本发明公开了用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路，涉及技术领域。

背景技术

近年来LED照明为广大工程类及家居类应用得到广泛接受。由于交流晶闸管式调光器的大量存在，LED灯的驱动电源必须和晶闸管切相输入电压(交流)兼容配合，否则就会出现频闪、灯光跳动或无法启动的现象。其中，系统启动是一个实用中的严峻问题和迫切需要，尤其是交流调光器的旋钮在开灯时大多数情况下置于较低光通量的位置，在这种情况下，就会导致通电以后，灯具来回闪烁或者根本不能点亮的现象。

现有技术中的常见电路如图1所示，在交流调光输入条件下，最为常用的电路是通过一个驱动控制芯片的内置高压线性电路从输入高压侧取电，通过缓慢地给芯片供电电容充电，经过一个较长时间(1秒左右)使得芯片供电端子电压达到一个较高值，例如14.6伏，这时芯片开始工作，这时芯片消耗的电流很大，远超出高压线性电路能够提供的充电电流，因此此时的VDD开始迅速下降，电路能否正常启动的关键就在于是否输出电容CO能够在VDD降落至正常工作的最低值以前达到一定值。我们知道，一旦芯片开始正常工作时，开关电器中的MOS主开关器件开始斩切，变压器的副边和辅助绕组开始从电网侧输出能量给输出电容和VDD电容供电。由于输出电容的容值较大，通常为几十微法至几百微法，所以输出电容能否在VDD降落到最低工作电压之前达到正常工作值就成为关键。调光器的接入，成为这种应用条件下系统启动的主要瓶颈。因为这时的交流输入电压被切掉部分，尤其是当深度调光时，这时电网侧进来的电压已变成额定值的很小一部分，这样输出电容充电的速度更加缓慢，所需时间大大延长，VDD电容上储存的能量不足以支撑这么长时间的工作。如图2显示，当调光角度设在50°时，使用目前市场上的方案，我们观察到启动困难的现象，灯具无法点亮。

在实际的应用中，还有一个因素——过流保护功能对电路的启动也有阻碍作用。因为驱动电源需要在输出过载或短路的时候作出正常的判别，并在发生短路时尽快关闭电路，因此图1中PSVR节点和固定电压作比较，在固定脉宽发生器输出结束之时，如果PSVR电压不能升高到超出固定电压，则电路判断短路情况发生，立即关闭电路(停止PWM输出)，从而使系统进入被保护状态。在调光器接入时，由于输出电容电压增长极为缓慢，即使在输出并无短路时，因PSVR迟迟不能达到固定电压，电路会发生误判，错误的关闭系统，而恶化了启动困难现象。其实际现象可参考图3，VDD虽然还没有跌落到正常工作电压的最小值，但由于发生了短路误判，从而系统关闭(PWM信号为0)，无法启动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路，引入一个芯片供电电压的检测电路；使用一个双比较器的夹挤电路提取芯片供电电压在高压线性电路充电条件下，从最低工作电压升至最高工作电压所经历的时间；利用产生的时间信息产生脉宽可调的单脉冲信号；将产生的时间信号用乘法器和加法器合成一个新的PWM占空比序列；提出一个对不同调光角输入的自适应调整的启动电路结构。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路，包括供电电路和启动电路，其特征在于：在所述启动电路中增加设置了自适应软启动电路，所述自适应软启动电路检测得到VDD工作电压的最高值和最低值，根据工作电压的最高值和最低值产生相应的时间参数，时间参数调整PWM信号的占空比并控制单脉冲的宽度，所述自适应软启动电路包括两个比较器、一个逻辑与门和一个计时器，自适应软启动电路对VDD检测，检测得到VDD工作电压的最高值和最低值分别送到两个比较器的输入端，所述两个比较器的另外两个输入端分别输入参考电压1和参考电压2，参考电压1和参考电压2分别代表VDD工作电压所能达到的最高值和最低值，两个比较器的输出经过逻辑与门的关系产生一个方波脉冲信号，两个比较器的输出经过逻辑与门的关系产生一个方波脉冲信号，所述方波脉冲信号送入计时器产生时间参数，所述时间参数增加PWM信号的占空比并控制单脉冲的宽度。

作为本发明的进一步优选方案，所述启动电路包括高压线性电路，单脉冲发生电路，斜坡信号发生电路，锯齿波信号发生电路，PWM模块，第一至第四比较器，第一、第二与门，乘法器，加法器，或门，第一、第二电阻，第一至第三二极管以及VDD电容，其中：

第一电阻的一端与变压器的副边和绕组、第一二极管的正极相连接，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第三二极管的正极相连接，第三二极管的负极与第一比较器的正极相连接，第一比较器的负极接固定电压端，第一比较器的输出端与或门的输入端相连接，第二电阻的另一端与VDD电容的一端相连接并接地，VDD电容的另一端分别与第一二极管的负极、第二二极管的负极、第三比较器的输入端、第四比较器的输入端相连接，第二二极管的正极与高压线性电路相连接，第三、第四比较器的输出端与第二与门的输入端相连接，第二与门的输出端与计时器相连接，计时器的输出端分别与单脉冲发生电路的输入端、乘法器的输入端相连接，单脉冲发生电路的输出端与或门的输入端相连接，乘法器的输出端与斜坡信号发生电路的输出端经过加法器后输入第二比较器，锯齿波信号发生电路的输出端与第二比较器的输入端相连接，第二比较器的输出端与或门的输出端与第一与门的输入端相连接，第一与门的输出端与PWM模块的输入端相连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、解决了调光器输入下LED灯无法正常启动的问题；

2、完整保存了系统的过流短路保护功能，能准确判断短路情况；

3、只是在必要时才加速启动过程，保证电路工作的安全稳定性，特别是在高亮度调光和无调光器的情况下；

4、本电路适用于LED电源的条件拓扑结构和所有开关电源的软启动。

附图说明

图1是典型的交流调光型LED电源辅助绕组供电和启动电路的结构图。

图2是深度调光器设置下启动失败波形。

图3是短路保护功能加剧启动困难的波形示意图。

图4是本发明的启动电路结构图，

其中：参考电压1和2分别代表VDD工作电压的最高值和最低值,A1至A4分别表示第一至第四比较器，B1和B2分别表示第一、第二与门，X表示乘法器，Y表示加法器，Z表示或门，R1、R2分别表示第一、第二电阻，D1至D3分别表示第一至第三二极管，C1表示供电电容。

图5是本发明中自适应软启动电路工作流程图。

图6是本发明中，电路在深度调光设定下的顺利启动。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路，包括供电电路和启动电路，在所述启动电路中增加设置了自适应软启动电路，所述自适应软启动电路包括两个比较器、一个逻辑与门和一个计时器，自适应软启动电路对VDD检测，检测得到VDD工作电压的最高值和最低值分别送到两个比较器的输入端，两个比较器的输出经过逻辑与门的关系产生一个方波脉冲信号，两个比较器的输入经过逻辑与门的关系产生一个方波脉冲信号，所述方波脉冲信号送入计时器产生时间参数，所述时间参数增加PWM信号的占空比并控制单脉冲的宽度。如图4所示，本发明增加了一块新的电路，即对VDD检测，送到两个比较器的输入端，两个比较器的输入经过逻辑与的关系产生一个方波脉冲信号，参考电压1和2分别代表VDD工作电压的最高值和最低值，分别用于与检测得到的VDD工作电压的最高值和最低值比较,这个电路产生的脉冲信号送到计时器，其输出节点A代表了高压线性电路充电条件下VDD从最低电压增长到最高电压所经历的时间。这个参数是表征输入电压(调光深度)的可靠依据。

利用这个参数去影响软启动电路的两个变量：

首先，用它来增加PWM信号的占空比，当这个时间越长，则表示经过调光器的输入电压越低(深度调光)，那么PWM信号的占空比应当越大，即加快输出电容的充电速度；

其次，由于输入电压低，应当允许输出电容有更长时间充电，因此为了避免误判输出短路，所以用参数A去控制单脉冲的宽度，即提高输出短路判定时间的长度，让PSVR电压有更久的时间上升空到固定电压值。这个电路的加入，使得对调光输入电压有一个良好的间接检测，并实现自适应地在线调节，既保障了过流短路的保护功能，又在最大程度上实现了系统的顺利启动。

在一个具体实施例中，所述启动电路包括高压线性电路，单脉冲发生电路，斜坡信号发生电路，锯齿波信号发生电路，PWM模块，第一至第四比较器，第一、第二与门，乘法器，加法器，或门，第一、第二电阻，第一至第三二极管以及VDD电容，其中：第一电阻的一端与变压器的副边和绕组、第一二极管的正极相连接，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第三二极管的正极相连接，第三二极管的负极与第一比较器的正极相连接，第一比较器的负极接固定电压端，第一比较器的输出端与或门的输入端相连接，第二电阻的另一端与VDD电容的一端相连接并接地，供电电容的另一端分别与第一二极管的负极、第二二极管的负极、第三比较器的输入端、第四比较器的输入端相连接，第二二极管的正极与高压线性电路相连接，第三、第四比较器的输出端与第二与门的输入端相连接，第二与门的输出端与计时器相连接，计时器的输出端分别与单脉冲发生电路的输入端、乘法器的输入端相连接，单脉冲发生电路的输出端与或门的输入端相连接，乘法器的输出端与斜坡信号发生电路的输出端经过加法器后输入第二比较器，锯齿波信号发生电路的输出端与第二比较器的输入端相连接，第二比较器的输出端与或门的输出端与第一与门的输入端相连接，第一与门的输出端与PWM模块的输入端相连接。

自适应软启动充电电路的工作原理流程图如图5所示：

步骤1、VDD电容充到最低工作电压；

步骤2、VDD电容充到最高工作电压；

步骤3、调光深度的检测，读入VDD从最低工作电压升到最高工作电压经历的时间；

步骤4、基于步骤3得到的调光深度(输入电压)信息，动态调整短路判断时间值和PWM占空比的初始值；

步骤5、电路中PSVR节点处电压值值在短路判断时间结束或者VDD跌落至最低工作电压之前已经达到预设固定电压，即输出电容已完成充电，系统正常启动。

图6演示了使用本发明电路后的实验结果，调光器的角度依然设置在50°,此时电路正常启动,无任何闪烁。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.用于交流调光型LED驱动电源的自适应软启动充电电路，包括供电电路和启动电路，其特征在于：在所述启动电路中增加设置了自适应软启动电路，所述自适应软启动电路检测得到VDD工作电压的最高值和最低值，根据工作电压的最高值和最低值产生相应的时间参数，时间参数调整PWM信号的占空比并控制单脉冲的宽度，所述自适应软启动电路包括第三比较器、第四比较器、第二与门和一个计时器，自适应软启动电路对VDD检测，检测得到VDD工作电压的最高值和最低值分别送到第三比较器的负极输入端和第四比较器的正极输入端，所述第三比较器的正极输入端和第四比较器的负极输入端分别输入参考电压1和参考电压2，参考电压1和参考电压2分别代表VDD工作电压所能达到的最高值和最低值,第三比较器和第四比较器两个比较器的输出经过第二与门的关系产生一个方波脉冲信号，所述方波脉冲信号送入计时器产生时间参数，所述时间参数增加PWM信号的占空比并控制单脉冲的宽度；

所述启动电路还包括高压线性电路，单脉冲发生电路，斜坡信号发生电路，锯齿波信号发生电路，PWM模块，第一比较器，第二比较器，第一与门，乘法器，加法器，或门，第一、第二电阻，第一至第三二极管以及VDD电容，其中：

第一电阻的一端与变压器的副边和绕组、第一二极管的正极相连接，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第三二极管的正极相连接，第三二极管的负极与第一比较器的正极相连接，第一比较器的负极接固定电压端，第一比较器的输出端与或门的一个输入端相连接，第二电阻的另一端与VDD电容的一端相连接并接地，VDD电容的另一端分别与第一二极管的负极、第二二极管的负极、第三比较器的负极输入端、第四比较器的正极输入端相连接，第二二极管的正极与高压线性电路相连接，第三、第四比较器的输出端分别与第二与门的两个输入端相连接，第二与门的输出端与计时器相连接，计时器的输出端分别与单脉冲发生电路的输入端、乘法器的输入端相连接，单脉冲发生电路的输出端与或门的另一个输入端相连接，乘法器的输出端与斜坡信号发生电路的输出端经过加法器后输入第二比较器的正极输入端，锯齿波信号发生电路的输出端与第二比较器的负极输入端相连接，第二比较器的输出端、或门的输出端分别与第一与门的两个输入端相连接，第一与门的输出端与PWM模块的输入端相连接。