CN106604486A - 一种照明电源多路独立控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种照明电源多路独立控制电路，包括供能控制电路、变压器、主流整流电路、反馈电路和主流输出电路，还包括一路或多路副边单元，副边单元包括副边绕组、副边整流电路、副边输出电路、开关电路、检测器和逻辑控制电路，副边绕组与初级绕组相互耦合，副边整流电路和副边输出电路依次并联跨接于副边绕组的回路上，检测器设置于副边输出电路中且检测器的输出端通过逻辑控制电路连接于开关电路的输入端，开关电路的输出端连接于副边输出电路。本发明涉及的照明电源多路独立控制电路，实现了多路照明设备或器件独立正常工作，提高了整个照明系统的灵活性、可靠性和安全性。

Description

一种照明电源多路独立控制电路
技术领域
本发明涉及照明电源控制技术领域，尤其涉及一种照明电源多路独立控制电路。
背景技术
照明驱动电源(例如LED驱动电源)是指将电源供应(例如高压工频交流即市电，低压高频交流如电子变压器的输出等)转换为特定的电压电流以驱动照明设备或器件工作(例如LED照明)的电源转换器，也即是说，将电源供应通过诸如变压器等器件转换为适用于照明设备或器件工作的额定功率。目前，对照明设备或器件工作的供电方式有两种，其一是利用多个电源供应分别对多路照明设备或器件单独供电，这种方式由于每路设备或器件独自拥有其各自的电源供应，组合方式灵活，即使某一路设备或器件发生故障，也不影响其它路设备或器件的工作，因此可靠性安全性较高，但是由于多个电源供应的使用以及相关外围设备的支持，导致成本较高；另一种是利用一个电源供应对一路或多路照明设备或器件供电，每路设备或器件串联或并联在电源供应通过变压器转换电压的输出回路上，这种方式由于只利用一个电源供应，因此成本较低，但是该种方式灵活性较差，并且当多路照明设备或器件串联连接时，一旦其中某一路设备或器件发生故障，则将导致影响所有设备或器件运行故障；在实际应用中，上述两种供电方式可以并存应用，以实现成本和性能的平衡，但是其并未在根本上解决现有照明供电方式存在的问题。
应用于上述照明供电方式的传统的照明电源控制电路，其结构示意图如图1所示，该电路包括对输入电源进行供能控制的电路(供能控制电路)、变压器、整流电路、反馈电路(FB)和输出电路(如图1中并联连接的一电容C1和一电阻R1)，变压器包括相互耦合的初级绕组L0和次级绕组L1，整流电路、反馈电路FB和输出电路(电容C1和电阻R1)依次并联跨接于次级绕组L1的回路上，且反馈电路FB的输出端还连接于供能控制电路。该供能控制电路仅仅是在电源供应源头驱动，一般利用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)方式控制供电电源。如上所述，当这种方式的照明电源控制电路应用于照明供电时，一路或多路照明设备或器件(例如一路或多路LED灯)只能串联连接在次级绕组L1回路的输出电路端，一旦其中某一路设备或器件发生故障，则将导致影响所有设备或器件运行故障，进而则意味着整个照明供电存在可靠性和安全性隐患问题。
发明内容
本发明针对现有的照明电源控制电路存在的应用多个电源供应导致成本较高，或者利用一个电源供应导致影响所有照明设备或器件易发生运行故障以及存在可靠性和安全性隐患等问题，提出了一种照明电源多路独立控制电路，能够仅利用一个电源供应驱动多路照明设备或器件，实现照明设备或器件正常工作的同时并且能够实现多路照明设备或器件彼此独立不影响，大大提高了整个照明系统的可靠性和安全性。
本发明的技术方案如下：
一种照明电源多路独立控制电路，包括供能控制电路、变压器、主流整流电路、反馈电路和主流输出电路，所述变压器包括相互耦合的初级绕组和次级绕组，所述主流整流电路、反馈电路和主流输出电路依次并联跨接于所述次级绕组的回路上，且所述反馈电路的输出端还连接于所述供能控制电路，其特征在于，还包括一路或多路副边单元，所述副边单元包括副边绕组、副边整流电路、副边输出电路、开关电路、检测器和逻辑控制电路，所述副边绕组与变压器中的所述初级绕组相互耦合，所述副边整流电路和副边输出电路依次并联跨接于所述副边绕组的回路上，所述检测器设置于所述副边输出电路中且所述检测器的输出端通过逻辑控制电路连接于所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端连接于所述副边输出电路。
所述供能控制电路为脉冲宽度调制电路。
所述副边单元中的开关电路为一MOS管。
所述副边单元中的副边输出电路包括并联连接的一输出电容和一电阻，所述检测器设置于电阻所在支路上。
所述副边单元中的逻辑控制电路为一反相器。
设定所述副边单元的输出电压高于额定电压5-15％。
所述副边单元还包括一副边第一电感，所述副边第一电感与所述副边输出电路串联后再设置于所述副边绕组的回路上。
所述副边单元还包括副边第二电感和平衡电容，所述副边第二电感和所述副边第一电感相互耦合并缠绕于同一磁芯，所述副边第一电感的同名端为电流输入端，所述副边第二电感的同名端连接平衡电容，所述副边第二电感与平衡电容串联后与副边输出电路的输出电容并联。
本发明的技术效果如下：
本发明提出了一种照明电源多路独立控制电路，包括供能控制电路、变压器、主流整流电路、反馈电路和主流输出电路，还包括一路或多路副边单元，副边单元包括副边绕组、副边整流电路、副边输出电路、开关电路、检测器和逻辑控制电路，副边绕组与初级绕组相互耦合(多路副边单元时，各副边单元的副边绕阻均与初级绕组相互耦合)，副边整流电路和副边输出电路依次并联跨接于副边绕组的回路上，检测器设置于副边输出电路中且检测器的输出端通过逻辑控制电路连接于开关电路的输入端，开关电路的输出端连接于副边输出电路。在照明供电电源应用例如LED照明供电应用中，如果存在两个或多个LED负载，一般的变压器通常是采取最实在的负载(即额定功率最大的负载)先供电的方式，所以当存在两个或多个不同的负载输出时，通常较难使用同一个变压器运转供电。通常的供电电源经由变压器输出恒压，所以可以采用变比比例的方式得到大致的恒压(即基本上在一个稳定的恒压基础上得到其它的变比等比例电压值)。但是，当在例如LED负载的照明供电场合中，由于LED的负载电压，与功率(即电流)有关，不适合采用变比来驱动多个负载；并且每路LED(例如每个LED灯串)，有可能是不同的负载电压，即使电压变化小，但是对于LED驱动来说就可能是很大，所以，基于此方面原因LED驱动同样不适合采用变比来驱动多个负载。因此，本发明涉及的电路结构在采用了一个变压器的基础上，设置一路或多路特定结构的副边单元，形成1个变压器+1路主流单元(主流整流电路、反馈电路和主流输出电路)+N路副边单元(N≧1)的独特电路结构，在副边单元中添加一个简单的开关电路、检测器和逻辑控制电路，通过副边绕阻的回路输出驱动次要的LED灯串(主要的LED灯串由主流驱动)，在副边单元由检测器检测副边输出电路中的负载电流是否已经满足要求进而控制开关电路断开和接通，并统一由主流单元中的反馈电路将反馈信号传输至供能控制电路以进行输入电源供能控制，实现主流单元以及副边单元(或者说是多个副边)的各负载驱动供电，可以仅仅利用一个电源供应驱动多路LED灯串，实现LED正常工作于额定功率的同时，能够实现多路LED灯串彼此独立不影响，大大提高了整个照明系统的灵活性、可靠性和安全性。
进一步，副边单元还可以包括一个副边第一电感，即该副边第一电感与副边输出电路串联后再设置于副边绕组的回路上，该副边第一电感可以进一步实现电源纹波抑制效果，并且优选地可以实现有效感抗高于一般感抗约100倍的复合超感抗电感，该副边第一电感可以保证开关电路接通断开操作时电流的稳定。进一步优选地，还可以在副边单元设置特定连接的副边第二电感和平衡电容，副边第二电感和副边第一电感相互耦合形成耦合电感并且两者采用共同的磁芯缠绕实现高效自耦合，进而实现极大有效地滤波效果，在电源开启后，副边第一电感的电压与其在副边第二电感上的感应电压是反向的，且电源输入端输入电压在第一电感上增加的电流与感应电压在第二电感上减少的电流可以相互抵消，这样直流供电可全部由后续副边输出电路的负载(或者说是副边输出电路连接的负载)抽走，交流纹波能够完全被抵消，即实现高可靠性和高效率地电源纹波抑制；并且采用该特殊的耦合电感，即使采用很小电容值的输出电容，都可以实现有效抑制电源纹波，减小了电路体积，降低了电路损耗和产品成本；此外，该电路还采用了一个平衡电容，客观地制造一个反向交流纹波以抵消原有的纹波，以实现近乎于直流的电源输出，进一步实现高可靠性和高效率地电源纹波抑制，进一步保证本发明涉及的照明电源多路独立控制电路工作时的安全性和可靠性。
附图说明
图1为传统的照明电源电路结构示意图。
图2为本发明照明电源多路独立控制电路结构示意图。
图3为本发明照明电源多路独立控制电路的优选结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
本发明涉及一种照明电源多路独立控制电路，其电路结构示意图如图2所示，包括对输入电源进行供能控制的电路(供能控制电路)、变压器、主流整流电路、反馈电路(FB)和主流输出电路(如图2中并联连接的一输出电容C1和一电阻R1)，变压器包括相互耦合的初级绕组L0和次级绕组L1，主流整流电路、反馈电路FB和主流输出电路(输出电容C1和电阻R1)依次并联跨接于次级绕组L1的回路上，且反馈电路FB的输出端还连接于供能控制电路；还包括N路副边单元(N≧1，可以简称为第一副边、第二副边、…第N副边)，每路副边单元包括副边绕组、副边整流电路、副边输出电路、开关电路、检测器和逻辑控制电路，其中，副边绕阻如图2中的副边绕组L2、副边绕组L3、…副边绕组Ln，n≧2，副边输出电路如图2中第一副边中并联连接的一输出电容C2和一电阻R2、第二副边中并联连接的一输出电容C3和一电阻R3、…第N副边中并联连接的一输出电容Cn和一电阻Rn，开关电路如图2中采用的MOS管，每个副边绕组(即副边绕组L2、副边绕组L3、…副边绕组Ln)均与变压器中的初级绕组L0相互耦合，每路副边单元的副边整流电路和副边输出电路依次并联跨接于该副边的副边绕组的回路上，且每路副边单元中的检测器T均设置于各自副边单元的副边输出电路中，该实施例的检测器T设置于副边输出电路中的相应电阻(R2、R3…Rn)所在支路上，该检测器T的输出端通过逻辑控制电路(如图2中采用的反相器)连接于其所属副边单元的开关电路的输入端，该开关电路的输出端连接于其所属副边单元的副边输出电路。
优选地，供能控制电路可以为脉冲宽度调制电路，利用脉冲宽度调制方式控制供电电源；开关电路可以为一MOS管(一PMOS管或一NMOS管)，也可以为一个或多个PMOS管和NMOS管的组合开关电路；逻辑控制电路可以为一反相器，也可以为一个或多个反相器、与门、或门和/或其它诸如此类的逻辑门的组合逻辑电路。
进一步优选地，每路副边单元还可以包括一副边第一电感，即该副边第一电感与副边输出电路串联后再设置于各自相应副边绕组的回路上，如图3所示的本发明照明电源多路独立控制电路的优选结构示意图，各副边第一电感为LA1、LA2…LAn-1，该实施例中的副边单元还包括副边第二电感(如图3所示的LB1、LB2…LBn-1)和平衡电容(如图3所示的Cb1、Cb2…Cbn-1)；在各副边单元中，副边第二电感和副边第一电感相互耦合并缠绕于同一磁芯，副边第一电感的同名端为电流输入端，副边第二电感的同名端连接平衡电容，副边第二电感与平衡电容串联后与输出电容并联。举例来说，在第一副边中，副边第二电感LB1和副边第一电感LA1相互耦合并缠绕于同一磁芯，副边第一电感LA1的同名端为电流输入端，副边第二电感LB1的同名端连接平衡电容Cb1，副边第二电感LB1与平衡电容Cb1串联后与输出电容C2并联。
本发明涉及的照明电源多路独立控制电路的工作原理说明如下：
在照明供电电源应用例如LED照明供电应用中，如果存在两个或多个LED负载，即需要提供如图2所示的两路或更多路的副边单元输出。副边单元中的副边输出电路的输出端可连接LED负载，也可以理解为是各副边输出电路中的电阻(R2、R3、…Rn)即为等效的LED负载电阻。同理，主流输出电路的输出端也可连接LED负载，或者理解为是主流输出电路中的电阻(R1)即为等效的LED负载电阻。本发明涉及的照明电源多路独立控制电路，在例如如图1所示的传统的LED单路恒流控制(以下简称主流)的基础上，增加一路(例如如图2所示的第一副边)、两路(例如如图2所示的第一副边和第二副边)或多路副边单元(例如如图2所示的第一副边、第二副边、…第N副边)，该副边单元的副边整流电路的结构可以与主流整流电路的结构相同，并且在该路副边添加一个简单的开关电路、检测器和逻辑控制电路，通过副边绕阻的回路输出驱动次要的LED灯串(主要的LED灯串由主流驱动)，达到次要的LED灯串恒流驱动要求的同时，并且符合精确度要求；同时由主流恒流驱动的主要的LED灯串不受影响，同样符合驱动精确度要求。为了实现上述功能，可以采用如图2所示的副边添加一个简单的开关电路与副边输出电路连接并配合检测器和逻辑控制电路等器件共同工作，并且该副边与主流分别接地(即副边不接主流的地，而是单独接一个该副边的地，以增强副边与主流的独立性)；此外，设定该副边输出电压高于其额定电压5-15％，优选地可以设定值为超出5％、10％或15％。
当增加一路副边单元(以第一副边为例)的照明电源多路独立控制电路的工作原理如下：当电源上电后，此时由于第一副边的负载不满足电流需求，因此开关电路一直处于接通状态，经过第一副边绕组L2、副边整流电路输出的稳定恒压一直对副边输出电路的输出电容(或者说是负载电容)C2充电，直到副边输出电路负载电流满足要求(输出电压高于其额定电压5-15％，优选地可以设定值为超出5％、10％或15％)，检测器T检测到负载电流已满足要求，开关电路断开，此时负载电容C2放电续流，当检测器T检测到负载电流低于要求时，再次接通开关电路再次对第一副边输出电路负载电容C2充电，如此循环即实现该副边的负载驱动供电。本发明涉及的照明电源多路独立控制电路每次充电都是以主流满足额定需求为主，第二副边只是被动式的被充满，所以副边不会导致主流断流；反之，供电电源电压(即初级绕组端)一定以主流供电为主控制电源供应。在实际应用时，供电电源电压(即初级绕组端)对主流以及第一副边的各自的输出电路负载电容同时充电，充电量取决于各自的负载电容值大小，因此可以根据实际需求设置合适的电容值，副边单元中的副边输出电路的输出电容C2(或者说是负载电容)比主流的输出电容C1小很多，比如小10倍以上，还可以优选为60-80％时间接通开关电路(副边绕组电感值的差异、LED电压值差异等都反映在开关电路接通时间上)。此外，当实际应用本发明涉及的照明电源多路独立控制电路时，由于第一副边几乎不存在阻抗(例如如图2所示的MOS管开关电路只存在全导通阻抗可以忽略不计)，其它的电容及电感都没有消耗电能，所以副边效率与主流几乎相同，不会发生较大二次能源损耗。
针对图3所示实施例，各副边单元优选设置特定连接的副边第一电感(LA1、LA2…LAn-1)、副边第二电感(LB1、LB2…LBn-1)和平衡电容(Cb1、Cb2…Cbn-1)，该结构可以进一步实现电源纹波抑制效果，并且优选地可以实现有效感抗高于一般感抗约100倍的复合超感抗电感，因此当开关电路处于接通状态时，可以实现电流缓慢增加的需求，并且当开关电路断开时，该副边电感可以减缓电流减少的速度(只是减缓电流减少的速度，电流整体是减少的)。因此，该副边第一电感、副边第二电感和平衡电容配合工作，实现负载电容的交流旁路功能，负载上的电流基本上是直流。在电源开启后，副边第一电感的电压与其在副边第二电感上的感应电压是反向的，且电源输入端输入电压在第一电感上增加的电流与感应电压在第二电感上减少的电流可以相互抵消，这样直流供电可全部由后续副边输出电路的负载(或者说是副边输出电路连接的负载)抽走，交流纹波能够完全被抵消，即实现高可靠性和高效率地电源纹波抑制，平衡电容制造了一个反向交流纹波以抵消原有的纹波，以实现近乎于直流的电源输出，进一步实现高可靠性和高效率地电源纹波抑制，可以保证开关电路接通断开操作时电流的稳定，进一步保证本发明涉及的照明电源多路独立控制电路工作时的安全性和可靠性。
由此引申，当增加两路或多路副边的照明电源多路独立控制电路(如图2所示)的工作原理与上述的增加一路副边的照明电源多路独立控制电路的工作原理相同，并且每路副边自给自足、相互独立、彼此不影响。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种照明电源多路独立控制电路，包括供能控制电路、变压器、主流整流电路、反馈电路和主流输出电路，所述变压器包括相互耦合的初级绕组和次级绕组，所述主流整流电路、反馈电路和主流输出电路依次并联跨接于所述次级绕组的回路上，且所述反馈电路的输出端还连接于所述供能控制电路，其特征在于，还包括一路或多路副边单元，所述副边单元包括副边绕组、副边整流电路、副边输出电路、开关电路、检测器和逻辑控制电路，所述副边绕组与变压器中的所述初级绕组相互耦合，所述副边整流电路和副边输出电路依次并联跨接于所述副边绕组的回路上，所述检测器设置于所述副边输出电路中且所述检测器的输出端通过逻辑控制电路连接于所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端连接于所述副边输出电路。
2.根据权利要求1所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，所述供能控制电路为脉冲宽度调制电路。
3.根据权利要求1或2所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，所述副边单元中的开关电路为一MOS管。
4.根据权利要求1或2所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，所述副边单元中的副边输出电路包括并联连接的一输出电容和一电阻，所述检测器设置于电阻所在支路上。
5.根据权利要求1或2所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，所述副边单元中的逻辑控制电路为一反相器。
6.根据权利要求1或2所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，设定所述副边单元的输出电压高于额定电压5-15％。
7.根据权利要求4所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，所述副边单元还包括一副边第一电感，所述副边第一电感与所述副边输出电路串联后再设置于所述副边绕组的回路上。
8.根据权利要求7所述的照明电源多路独立控制电路，其特征在于，所述副边单元还包括副边第二电感和平衡电容，所述副边第二电感和所述副边第一电感相互耦合并缠绕于同一磁芯，所述副边第一电感的同名端为电流输入端，所述副边第二电感的同名端连接平衡电容，所述副边第二电感与平衡电容串联后与副边输出电路的输出电容并联。
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