CN105935006B - 一种兼容可控硅调光器的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，包括：整流模块(111)、电容升压模块(112)、转换模块(115)、电压采样模块(116)、假负载模块(114)、驱动芯片(113)和第一开关管(M1)，电容升压模块(112)至少包括第一电容(CB1)和第二电容(CB2)，驱动芯片(113)用于在所采样的电压低于预设的第一阈值时，通过假负载模块(114)为可控硅调光器提供锁存电流，并关断第一开关管(M1)，在所采样的电压高于预设的第二阈值时，停止为可控硅调光器提供锁存电流，并控制第一开关管(M1)工作，使驱动电压通过转换模块(115)耦合到LED灯组，而且，在上电稳定后，第一电容(CB1)在可控硅调光器导通前为第二电容(CB2)充电。该LED驱动电路提高了可控硅调光器与LED驱动电路的兼容性，在可控硅调光器导通的瞬间不会产生大电流。

Description

一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路

技术领域

本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路。

背景技术

在全球低碳、绿色、环保的发展趋势下，随着LED技术的不断进步，LED产品的应用领域逐步拓展，LED照明也逐渐被人们接受。在传统照明领域，利用可控硅调光器(TRIAC)调节白炽灯的明暗在家居中十分普遍。LED照明作为白炽灯和节能灯的替代产品，支持可控硅调光器成为LED照明应用的重要需求。

可控硅调光器是源于上个世纪60年代的一种技术，结合图1，通常将可控硅调光器199与白炽灯200串联后接入交流电源，该可控硅调光器199通过自动切割正弦波交流电，调节交流电源的输出能量，从而达到调节白炽灯亮度的目的。

但是，由于可控硅调光器主要基于白炽灯的电阻特性来设计的，而LED照明器件主要呈现电容特性，因此，LED照明器件与可控硅调光器的兼容性一直是LED照明行业的难题。理想(即完全兼容)情况下，驱动电压V和驱动电流I呈现线性关系，如图2所示，在这种情况下，可控硅调光器与LED驱动电源的匹配最好。但是，由于LED照明器件主要呈现电容特性，即，LED驱动电源一般会在前端使用电容，所以，结合图3，当可控硅调光器导通瞬间，驱动电流I上会产生一个尖峰223。这个瞬间的大电流一方面会影响可控硅调光器与LED驱动电源的匹配，而当LED照明器件与可控硅调光器匹配不好时，LED灯会出现闪烁。另一方面，这个瞬间的大电流还有可能烧毁可控硅调光器。

为了使LED照明器件与可控硅调光器较好地匹配，目前通常采用了电感提升电压的技术，使得LED照明器件的电阻特性大大提高。例如，采用如图4所示的升压电路对驱动电压进行升压，使得电容CB2上的电压在可控硅调光器在开启前就升高到一个较大的值。具体为：当有交流电输入的时候，通过对电感L0进行间断地充放电，电感L0上就可以产生高于交流输入的电压。当这个电压高于电容CB2的电压时，电容CB2上的电压也会上升。当可控硅调光器关断时，交流输入基本为0，这时电感L0停止充放电，成导通状态，以提供可控硅调光器的锁存电流，同时，驱动电路暂时停止工作。在这种状态下，电容CB2上的电压保持在一个较高的电压上。当可控硅调光器再次导通的时候，由于电容CB2上的电压高于交流输入的电压，交流输入就不会对电容CB2充电，也就不会产生尖峰电流。这种升压方式虽然提高了可控硅调光器与LED驱动电源兼容性，但是，这种方式由于包含电感，因此，成本高、体积大、电路复杂，而且，由于电感有漏磁和内部阻抗等特性，有很大一部分能量会损失，造成电源整体效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述成本高、体积大、电路复杂、效率低的缺陷，提供一种成本低、体积小、电路简单、效率高的兼容可控硅调光器的LED驱动电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，连接LED灯组及可控硅调光器，所述LED驱动电路包括：整流模块、电容升压模块、转换模块、电压采样模块、假负载模块、驱动芯片和第一开关管，所述电容升压模块至少包括第一电容和第二电容，其中，

所述整流模块，用于对经可控硅调光器后的交流电压进行整流，并为所述第一电容和第二电容充电，而且，通过所述第二电容为所述LED灯组提供驱动电压；

所述电压采样模块，用于对整流后的电压进行采样；

驱动芯片，用于在所采样的电压低于预设的第一阈值时，通过所述假负载模块为所述可控硅调光器提供锁存电流，并关断所述第一开关管；在所采样的电压高于预设的第二阈值时，停止为所述可控硅调光器提供锁存电流，并控制所述第一开关管工作，使所述驱动电压通过所述转换模块耦合到LED灯组；而且，

在上电稳定后，所述第一电容在可控硅调光器导通前为所述第二电容充电，以提升驱动电压。

在本发明所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路中，在可控硅调光器导通前，所述驱动芯片工作所需要的电流、漏电流及所述第一开关管的漏电流的总和低于所述第一电容为所述第二电容充电的充电电流。

在本发明所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路中，所述电容升压模块还包括第一电阻、第一二极管和第二二极管，而且，所述第一二极管的正极和第二二极管的正极一并接所述整流模块的正输出端，所述第二二极管的负极接所述转换模块，所述第二电容连接在所述第二二极管的负极和地之间，所述第一电阻连接在所述第一二极管的负极和第二二极管的负极之间，所述第一电容连接在所述第一二极管的负极和地之间。

在本发明所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路中，在可控硅调光器导通时，所述整流模块分别通过所述第一二极管和所述第二二极管为所述第一电容和第二电容充电；

在可控硅调光器再次导通前，所述第一电容通过所述第一电阻为所述第二电容充电。

在本发明所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路中，所述第一二极管和所述第二二极管分别用于防止所述第一电容的电压和所述第二电容的电压反向流入所述整流模块。

在本发明所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路中，所述第一电容的电容值大于所述第二电容的电容值。

在本发明所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路中，在可控硅调光器导通时，所述整流模块对所述第一电容进行充电的充电电流小于其对所述第二电容进行充电的充电电流。

实施本发明的技术方案，由于在可控硅调光器开启前电容升压模块中的第二电容已经将驱动电压提升到一个较高的电压，该LED驱动电路的特性就呈现电阻特性，因此提高了可控硅调光器与LED驱动电路的兼容性，在可控硅调光器导通的瞬间不会产生大电流。而且，这种电容升压模块相比现有的电感升压技术，由于省去了电感，所以成本较低、体积较小、电路简单，而且，由于不存在漏磁等问题，所以大大提高了电源整体效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中可控硅调光器与白炽灯的电路图；

图2是理想情况下驱动电压V和驱动电流I的曲线图；

图3是现有技术中驱动电压V和驱动电流I的曲线图；

图4是现有技术中LED驱动电路中的升压模块的电路图；

图5是本发明LED驱动电路实施例一的电路图；

图6是图5中驱动驱动电压V和驱动电流I的曲线图。

具体实施方式

图5是本发明LED驱动电路实施例一的电路图，该LED驱动电路包括整流模块111、电容升压模块112、驱动芯片113、假负载模块114、转换模块115、电压采样模块116、第一开关管M1和EMI滤波器117。在该LED驱动电路中，EMI滤波器117首先对交流电源的输入电压进行滤波，然后，可控硅调光器(未示出)对滤波后的交流电压的波形进行切割处理，处理后的交流电压被送入整流模块111。整流模块111为由二极管D1、D2、D3、D4组成的二极管整流桥，其用于对经可控硅调光器后的交流电压进行整流，为LED灯组提供驱动电压。电压采样模块116用于对整流后的电压进行采样。驱动芯片113用于在所采样的电压低于预设的第一阈值时，通过假负载模块114为可控硅调光器提供锁存电流，并关断第一开关管M1；在所采样的电压高于预设的第二阈值时，停止为可控硅调光器提供锁存电流，并控制第一开关管M1工作，使驱动电压通过转换模块115耦合到LED灯组。最后需说明的是，第一阈值和第二阈值可以相同也可不相同。

在电容升压模块112中，第一二极管DB1的正极和第二二极管DB2的正极一并接整流模块111的正输出端，第二二极管DB2的负极接转换模块115，第二电容CB2连接在第二二极管DB2的负极和地之间，第一电阻RB1连接在第一二极管DB1的负极和第二二极管DB2的负极之间，第一电容CB1连接在第一二极管DB1的负极和地之间，而且，第一电容CB1的电容值大于第二电容CB2的电容值。

在电压采样模块116中，第二电阻R10和第三电阻R11串联在整流模块的正输出端和地之间，第二电阻R10和第三电阻R11的连接点接驱动芯片113的电压采样端(VR)。

在假负载模块114中，第四电阻RD1的第一端分别连接可控硅调光器的第一输出端及整流模块的第一输入端，第四电阻RD1的第二端通过第三电容CD1连接可控硅调光器的第二输出端及整流模块的第二输入端，第二开关管M0的控制端连接驱动芯片113的锁存电流控制端(BLDR)，第二开关管M0的第一端通过第十二电阻RB接整流模块的正输出端，第二开关管M0的第二端接地。

驱动芯片113的驱动控制端(Gate)连接第一开关管M1的控制端，第一开关管M1的第一端连接转换模块，第一开关管M1的第二端通过第五电阻R7接地，而且，第一开关管M1的第二端还连接驱动芯片113的电流采样端(VCS)。另外，优选地，在可控硅调光器导通前，驱动芯片113工作所需要的电流、漏电流及第一开关管M1的漏电流的总和应低于第一电容CB1为第二电容CB2充电的充电电流。这样，驱动芯片113可选用功耗低的芯片。

在转换模块115中，第六电阻R5的第一端分别连接第二二极管DB2的负极及隔离变压器T1的第一原边绕组的同名端，第六电阻R5的第二端通过第七电阻R6连接第三二极管D5的负极，第三二极管D5的正极分别连接隔离变压器T1的第一原边绕组的异名端及第一开关管M1的第一端；隔离变压器T1的副边绕组的同名端连接LED灯组的负极，隔离变压器T1的副边绕组的异名端连接第四二极管D7的正极，第四二极管D7的负极连接LED灯组的正极，第五电容C5和第八电阻R8连接在LED灯组的正极和负极之间。

另外，该转换模块还可将能量耦合到驱动芯片113，以在正常工作时为驱动芯片113供电。该转换模块还包括第九电阻R2、第十电阻R3、第六电容C2、第五二极管D6，而且，隔离变压器T1的第二原边绕组的同名端接地，隔离变压器T1的第二原边绕组的异名端接第五二极管D6的正极，第五二极管D6的负极通过第六电容C2接地，第五二极管D6的负极还连接驱动芯片113的电源端，第九电阻R2和第十电阻R3串联在隔离变压器T1的第二原边绕组的异名端和地之间，第九电阻R2和第十电阻R3的连接点通过第十三电阻R15连接驱动芯片113的电压反馈端(FB)。

该LED驱动电路还包括第十一电阻R17，第十一电阻R17连接在整流模块的正输出端和驱动芯片113的电源端(VCC)之间，用于在上电时为驱动芯片113供电。

下面说明该驱动电路的工作原理：当可控硅调光器第一次开启时，交流电压经EMI滤波器117滤波、可控硅调光器处理后，被送入整流模块111进行整流，以输出直流电压。第二电阻R10和第三电阻R11对整流后的直流电压进行分压，然后，驱动芯片113采样第三电阻R11上的电压，并通过其锁存电流控制端(BLDR)关断第二开关管M0，并通过其驱动控制端(Gate)控制第一开关管M1正常工作。而且，此时，整流模块分别通过第一二极管DB1和第二二极管DB2为第一电容CB1和第二电容(CB2)充电，第一电容CB1、第二电容CB2上的电压(驱动电压VAC)会升高。当第一电容CB1的电容值和/或第一电阻RB1的电阻值较大时，第一电容CB1上电压会趋于一个恒定的直流电压，并保持在第一电容CB1上。

当可控硅调光器关断时，交流输入基本为0，驱动芯片113判断第三电阻R11上的采样电压低于预设的第一阈值，并通过其锁存电流控制端(BLDR)打开第二开关管M0，以通过第四电阻RD1和第三电容CD1为可控硅调光器提供锁存电流，同时，通过其驱动控制端(Gate)控制第一开关管M1关断，以关断LED灯组的供电。在这种状态下，第一电容CB1会通过第一电阻RB1对第二电容CB2充电。在可控硅调光器下一次导通之前，第二电容CB2的电压VAC会被提升到一个较高的电压值。如图6所示，在t0之前，可控硅调光器虽然关断，但是LED灯组的驱动电压VAC从所设置的阈值236开始慢慢升高，直到达到一个较大的电压值235。另外，第一二极管DB1和第二二极管DB2分别用于防止第一电容CB1的电压和第二电容CB2的电压反向流入整流模块。

当可控硅调光器再次开启时，例如，在t0时开启，交流电压经EMI滤波器117滤波、可控硅调光器处理后，被送入整流模块111进行整流，以输出直流电压。第二电阻R10和第三电阻R11对整流后的直流电压进行分压，并采样第三电阻R11上的电压，然后，驱动芯片113采样第三电阻R11上的电压，在该采样电压高于预设的第二阈值时，通过其锁存电流控制端(BLDR)关断第二开关管M0，并通过其驱动控制端(Gate)控制第一开关管M1按一定的占空比工作。而且，此时，由于第二电容CB2的电压VAC在可控硅调光器开启前已经被提升到一个较高的电压，该LED驱动电路的特性就呈现电阻特性，因此提高了可控硅调光器与LED驱动电路的兼容性，在可控硅调光器导通的瞬间不会产生大电流。而且，这种电容升压模块相比现有技术，由于省去了电感，因此，成本较低、体积较小、电路简单，而且，由于不存在电感漏磁等问题，所以大大提高了电源整体效率。而且，虽然该电容升压模块中包含电容值较大的第一电容CB1，但由于在可控硅调光器导通时，仅第二电容CB2上的电压作为隔离变压器的输入电压，以为LED灯组供电，使得整流模块对第一电容CB1进行充电的充电电流小于其对第二电容CB2进行充电的充电电流。所以，即使整流模块对大容值的第一电容CB1充电，也不会影响该驱动电路的功率因数。

另外，隔离变压器T1将第二电容CB2的能量耦合到LED灯组，而且，驱动芯片113根据所采样的电压的大小控制第一开关管M1工作，以调节LED灯组的驱动电流，从而实现调节亮度的目的。同时，第五电阻R7将驱动电流的大小反馈至驱动芯片。

驱动芯片113的供电由两部分来实现，在刚上电时，第十一电阻R17从整流后的直流电压取电，以在上电时为驱动芯片供电。当驱动芯片工作稳定后，隔离变压器T1的第二原边绕组将能量耦合到驱动芯片113，以在稳定工作后为驱动芯片供电。

以上只是本发明的一个具体实施例中，在其它实施例中，可选用其它电路结构的电容升压模块，只要其能实现以下功能即可：在上电稳定(即，第一电容CB1的电压达到预设值)后，第一电容CB1在可控硅调光器导通前为第二电容CB2充电以提升驱动电压。另外，转换模块除了用上述实施例中隔离变压器的方式实现外，还可选用非隔离式的电感来实现。以上的这些替代方式都在本发明的保护范围内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种兼容可控硅调光器的LED驱动电路，连接LED灯组及可控硅调光器，其特征在于，所述LED驱动电路包括：整流模块、电容升压模块、转换模块、电压采样模块、假负载模块、驱动芯片和第一开关管(M1)，所述电容升压模块至少包括第一电容(CB1)和第二电容(CB2)，其中，

所述假负载模块、所述整流模块、所述电压升压模块以及所述转换模块依次连接在可控硅调光器与所述LED灯组之间，所述电压采样模块一端与所述整流模块和所述电容升压模块的连接节点连接，所述电压采样模块另一端连接所述驱动芯片的电压采样端，所述假负载模块还与所述驱动芯片的锁存电流控制端连接；

所述驱动芯片的驱动控制端通过所述第一开关管(M1)与所述转换模块连接，所述转换模块还与所述驱动芯片的电压反馈端连接；所述第一电容(CB1)的第一端接所述整流模块的正输出端，所述第一电容(CB1)的第二端接地；所述第二电容(CB2)的第一端接所述整流模块的正输出端，所述第二电容(CB2)的第二端接地；

所述整流模块，用于对经可控硅调光器后的交流电压进行整流，并为所述第一电容(CB1)和第二电容(CB2)充电，而且，通过所述第二电容(CB2)为所述LED灯组提供驱动电压；

所述电压采样模块，用于对整流后的电压进行采样；

驱动芯片，用于在所采样的电压低于预设的第一阈值时，通过所述假负载模块为所述可控硅调光器提供锁存电流，并关断所述第一开关管(M1)；在所采样的电压高于预设的第二阈值时，停止为所述可控硅调光器提供锁存电流，并控制所述第一开关管(M1)工作，使所述驱动电压通过所述转换模块耦合到LED灯组；而且，

在上电稳定后，所述第一电容(CB1)在可控硅调光器导通前为所述第二电容(CB2)充电，以提升驱动电压；

所述电容升压模块还包括第一电阻(RB1)、第一二极管(DB1)和第二二极管(DB2)，而且，所述第一二极管(DB1)的正极和第二二极管(DB2)的正极一并接所述整流模块的正输出端，所述第二二极管(DB2)的负极接所述转换模块，所述第二电容(CB2)连接在所述第二二极管(DB2)的负极和地之间，所述第一电阻(RB1)连接在所述第一二极管(DB1)的负极和第二二极管(DB2)的负极之间，所述第一电容(CB1)连接在所述第一二极管(DB1)的负极和地之间；

当第一电容(CB1)的电容值较大时，所述第一电容(CB1)上电压达到一个恒定的直流电压，并保持在所述第一电容(CB1)上；

所述假负载模块(114)包括第四电阻(RD1)、第三电容(CD1)、第十二电阻(RB)和第二开关管(M0)；所述第四电阻(RD1)的第一端分别连接可控硅调光器的第一输出端及整流模块的第一输入端，第四电阻(RD1)的第二端通过第三电容(CD1)连接可控硅调光器的第二输出端及整流模块的第二输入端，第二开关管(M0)的控制端连接驱动芯片(113)的锁存电流控制端(BLDR)，第二开关管(M0)的第一端通过第十二电阻(RB)接整流模块的正输出端，第二开关管(M0)的第二端接地；

所述转换模块包括第六电阻(R5)、隔离变压器(T1)、第七电阻(R6)、第三二极管(D5)、第四二极管(D7)、第五电容(C5)、第八电阻(R8)、第九电阻(R2)、第十电阻(R3)、第六电容(C2)、第五二极管(D6)和第十三电阻(R15)；

所述第六电阻(R5)的第一端分别连接所述第二二极管(DB2)的负极及隔离变压器(T1)的第一原边绕组的同名端，所述第六电阻(R5 )的第二端通过所述第七电阻(R6)连接所述第三二极管(D5)的负极，所述第三二极管(D5)的正极分别连接所述隔离变压器(T1)的第一原边绕组的异名端及第一开关管(M1)的第一端；所述隔离变压器(T1)的副边绕组的同名端连接LED灯组的负极，所述隔离变压器(T1)的副边绕组的异名端连接所述第四二极管(D7)的正极，所述第四二极管(D7)的负极连接LED灯组的正极，所述第五电容(C5)和第八电阻(R8)连接在LED灯组的正极和负极之间；

所述隔离变压器(T1)的第二原边绕组的同名端接地，所述隔离变压器(T1)的第二原边绕组的异名端接所述第五二极管(D6)的正极，所述第五二极管(D6)的负极通过所述第六电容(C2)接地，所述第五二极管(D6)的负极还连接所述驱动芯片(113)的电源端，所述第九电阻(R2)和第十电阻(R3)串联在所述隔离变压器(T1)的第二原边绕组的异名端和地之间，所述第九电阻(R2)和第十电阻(R3)的连接点通过所述第十三电阻(R15)连接所述驱动芯片(113)的电压反馈端(FB)。

2.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于，在可控硅调光器导通前，所述驱动芯片工作所需要的电流、漏电流及所述第一开关管的漏电流的总和低于所述第一电容(CB1)为所述第二电容(CB2)充电的充电电流。

3.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于，在可控硅调光器导通时，所述整流模块分别通过所述第一二极管(DB1) 和所述第二二极管(DB2)为所述第一电容(CB1)和第二电容(CB2)充电；

在可控硅调光器再次导通前，所述第一电容(CB1)通过所述第一电阻(RB1)为所述第二电容(CB2)充电。

4.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于，所述第一二极管(DB1)和所述第二二极管(DB2)分别用于防止所述第一电容(CB1)的电压和所述第二电容(CB2)的电压反向流入所述整流模块。

5.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于，所述第一电容(CB1)的电容值大于所述第二电容(CB2)的电容值。

6.根据权利要求1所述的兼容可控硅调光器的LED驱动电路，其特征在于，在可控硅调光器导通时，所述整流模块对所述第一电容(CB1)进行充电的充电电流小于其对所述第二电容(CB2)进行充电的充电电流。