CN105657896A - 具有新型启动电路的交流调光led驱动器及led照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有新型启动电路的交流调光LED驱动器及LED照明系统，其中，启动电路包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三二极管D3、第四二极管D4和启动电容Cstart；所述第一电感L1和第一电容C1的一端接桥式整流模块的输出端，所述第一电容C1的另一端接地；所述第二电容C2和第三电容C3串联，且第二电容C2连接于第一电感L1的另一端，第三电容C3的一端接地；所述第三二极管D3的阳极连接于第二电容C2和第三电容C3之间，阴极与控制芯片的VDD端口和启动电容Cstart的一端连接；启动电容Cstart的另一端接地。本发明由低成本高可靠性的低压元器件构成；而且在稳态时启动电路不消耗能量，提高了电源效率。

Description

具有新型启动电路的交流调光LED驱动器及LED照明系统
技术领域
本发明属于LED领域，尤其是一种交流调光LED驱动器。
背景技术
很多开关电源的拓扑结构通过主开关变压器或电感的一个辅助绕组来传递一部分能量。但是有一个瓶颈问题：即电路只有在充分启动运行后，才能依赖辅助绕组提供能量，而在此之前需要一个启动电路在系统上电时为控制电路提供一个初始电压。
现有交流调光LED驱动器的启动电路是通过一个电阻Rstart从滤波后端直流高压节点直接连接到控制芯片的高压输入侧。申请人经研究后发现，现有LED驱动器存在至少两个缺点：一是控制芯片内部需要设置一个高压转低压的电源电路，成本和芯片工艺风险都比较高；二是电阻Rstart在系统运行时会消耗电能，增加热量。
发明内容
发明目的：提供一种交流调光LED驱动器，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LED照明系统。
技术方案：一种具有新型启动电路的交流调光LED驱动器，包括桥式整流模块、辅助供电模块、控制芯片和启动电路模块，所述启动电路模块包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三二极管D3、第四二极管D4和启动电容Cstart；所述第一电感L1和第一电容C1的一端接桥式整流模块的输出端，所述第一电容C1的另一端接地；所述第二电容C2和第三电容C3串联，且第二电容C2连接于第一电感L1的另一端，第三电容C3的一端接地；所述第三二极管D3的阳极连接于第二电容C2和第三电容C3之间，阴极与控制芯片的VDD端口和启动电容Cstart的一端连接；启动电容Cstart的另一端接地，所述第四二极管D4的阳极与辅助供电模块连接，阴极与控制芯片的VDD端口连接。
优选的，所述第二电容C2并联有第一电阻R1，所述第三电容C3并联有第二电阻R2。
优选的，所述辅助供电模块包括辅助绕组以及第二二极管D2、第三电阻R3和第四电容C4，第二二极管D2的阳极、阴极分别与辅助绕组和第三电阻R3的一端连接，所述第四电容C4的一端与第三电阻R3的另一端连接，第四电容C4的另一端接地。
一种LED照明系统，包括上述任一具有新型启动电路的交流调光LED驱动器。
有益效果：本发明去除了现有高成本、低可靠性的高压启动电路，附加电路由低压元器件构成；在稳态时，启动电路不消耗能量，提高了电源效率。本发明可用于各种离线式开关电源中。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2a和图2b分别是没有调光器和有调光器的启动电路波形图。
具体实施方式
以下详细描述本发明的结构、原理和设计思路。
为了解决现有技术存在的问题，申请人进行了深入细致且富有创造性的分析研究。申请人发现：固态照明驱动器从传统的开关电源演化而来。普通的晶闸管调光器和白炽灯可以很好配合工作，调光器可在任何时刻触发点燃，导通以后只有当电压过零或者电流低于维持电流值时，才会自然关断。基于这种原理，白炽灯的电阻特性不会影响晶闸管的触发导通或关断的一致性。但是LED驱动电源是非线性开关型电路，需要有无源元件组成减震过滤网络，达到控制电磁干扰和电源内部元件所受应力的目标。
现有技术解决上述问题的方案已在背景技术中陈述，在此详述如下：对于缺点一，内部高压转换电路通常使用JFET(结效应管)或LDMOS(边扩散金属氧化物场效应管)等耐压半导体器件。由于恒流充电既需要控制，又需要这种高压工艺的器件集成到芯片中，成本会显著增加，另外让高压电和普通低压电同时存在于同一个芯片中，也降低了控制芯片本身的运行可靠性。
基于上述分析研究，申请人提出了如下技术构思：在外界交流高压电接入时，通过一种装置和传递机制把高压交流电能转换成控制电路所需的低压直流电，从而使控制电路开始动作，直至变压器辅助绕组稳定给控制芯片供给电源。
具体地，通过功率变换电路从输入滤波端收割一部分电能并进行低压稳定处理，从而给控制芯片供给能量，产生初始的电压。等到系统完全启动，辅助绕组正常供电后，这部分电路即不再工作，也就不消耗能量。
如图1所示，以采用反激拓扑架构为例，该实施例主要包括交流电源、桥式整流模块(整流桥)、辅助供电模块(辅助绕组及相关元件)、控制芯片、包括减震滤波结构在内的启动电路模块，以及电压转换模块和负载模块。其中，启动电路模块主要包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三二极管D3、第四二极管D4和启动电容Cstart。其中，第一电感L1和第一电容C1的一端接桥式整流模块的输出端，第一电容C1的另一端接地；第二电容C2和第三电容C3串联，且第二电容C2连接于第一电感L1的另一端，第三电容C3的一端接地。第三二极管D3的阳极连接于第二电容C2和第三电容C3之间，阴极与控制芯片的VDD端口和启动电容Cstart的一端连接；启动电容Cstart的另一端接地。第四二极管D4的阳极与辅助供电模块连接，阴极与控制芯片的VDD端口连接。
其中，第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3为减震滤波模块，具有储能、稳压和滤波的作用。启动电容Cstart用于在启动时给控制芯片提供电压。在原边侧，设置有二极管，该二极管的阳极与原边连接，阴极与并联的电容和电阻连接，该电容和电阻的另一端与第一电感L1的后端连接。该组电容、电阻和二极管可吸收尖峰脉冲，保护电路元件。在副边及负载之间，设置有与负载串联的第一二极管D1和与负载并联的电容Cout，分别用于整流，以及稳压、整流、滤波，改善输出波纹。
在优选的实施例中，第二电容C2并联有第一电阻R1，所述第三电容C3并联有第二电阻R2。
在进一步的实施例中，辅助供电模块包括辅助绕组以及第二二极管D2、第三电阻R3和第四电容C4，第二二极管的阳极、阴极分别与辅助绕组和第三电阻R3的一端连接，第四电容C4的一端与第三电阻R3的另一端连接，第四电容C4的另一端接地。
当双向晶闸管触发导通时，整流二极管桥路输出会产生一个较大的尖峰电压和电流。这个尖峰电压由两部分能量组成：一是高压侧整流电压，二是交流调光器内部无源元件和外部(驱动器电路)元件产生谐振的能量。这样一个尖峰电压在短时间含有高额能量通过图中电容Cstart和整流箝住二极管传递一小部分能量到控制芯片的电源端口。在系统通电初刻，VDD电压Cstart为零，由调光器周期性的导通，给Cstart电容充电，控制芯片在开始没有完全启动时消耗的电流非常小在几十UA级，因此启动电路有足够时间和充电能力提供IC所需的初始电压。一旦IC正常工作，辅助绕组即会提供充足能量给控制芯片供电，不再依赖启动电路在调光器触通瞬间收割的能量了。
具体工作过程描述如下：外界通电，电容电压开始上升，达到正常工作电压，驱动芯片开始控制电路通过变压器二次侧传递能量，由此开始驱动芯片的供电电容将从变压器取电，而不再需要启动电路了。
需要说明的是，本发明的电路适用于所有交流调光型LED驱动器和开关电源的构架，普适于各种拓扑电路，包括降压、升压、升降压及反激等等。
总之，本发明解决了为控制电路部分提供启动初始电压的问题。本发明利用调光型LED电源固有的减震滤波电路，增加相应的稳压电路，从而达到稳定、高效启动系统的功能。
以上结合附图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。

Claims (4)

1.一种具有新型启动电路的交流调光LED驱动器，包括桥式整流模块、辅助供电模块、控制芯片和启动电路模块，其特征在于，所述启动电路模块包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第三二极管D3、第四二极管D4和启动电容Cstart；所述第一电感L1和第一电容C1的一端接桥式整流模块的输出端，所述第一电容C1的另一端接地；所述第二电容C2和第三电容C3串联，且第二电容C2连接于第一电感L1的另一端，第三电容C3的一端接地；所述第三二极管D3的阳极连接于第二电容C2和第三电容C3之间，阴极与控制芯片的VDD端口和启动电容Cstart的一端连接；启动电容Cstart的另一端接地，所述第四二极管D4的阳极与辅助供电模块连接，阴极与控制芯片的VDD端口连接。
2.如权利要求1所述的具有新型启动电路的交流调光LED驱动器，其特征在于，所述第二电容C2并联有第一电阻R1，所述第三电容C3并联有第二电阻R2。
3.如权利要求1或2所述的具有新型启动电路的交流调光LED驱动器，其特征在于，所述辅助供电模块包括辅助绕组以及第二二极管D2、第三电阻R3和第四电容C4，第二二极管D2的阳极、阴极分别与辅助绕组和第三电阻R3的一端连接，所述第四电容C4的一端与第三电阻R3的另一端连接，第四电容C4的另一端接地。
4.一种LED照明系统，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的具有新型启动电路的交流调光LED驱动器。
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