多路调光驱动系统
技术领域
本发明涉及电路技术领域,尤其涉及一种多路调光驱动系统。
背景技术
目前,LED的应用越来越广泛,用于日常室内和户外照明的LED 灯具也正越来越普及。LED灯具以其高效率,低耗能,节能环保,响应快,使用寿命长等诸多优点成为了新一代的照明光源。传统的白炽灯以及荧光灯都可以配置调光器进行调光,调整灯光的输出照度,以满足人们的需要。而LED灯具一般采用多通路高压线性调光芯片及其外围电路进行调光。
如图1所示,相关技术的多通路高压线性调光电路方案通常包括保险丝F1、第一二级管D1、第二二级管D2、第三二级管D3、第四二极管4、滤波电容C1、压敏电阻R1、控制芯片U1以及LED灯珠。其工作原理为:输入端口连接到市电获取220V交流电,该输入电压通过串联的所述保险丝F1、并联的所述压敏电阻R1后,再经过由所述二极管 D1、第二二级管D2、第三二级管D3以及第四二极管4组成的整流桥进行整流,再经过所述滤波电容C1进行滤波,最后产生一个约为300V 的高电压输出至所述LED灯珠的输入和所述控制芯片U1。所述LED 灯珠采用多路串联的方式连接,所述LED灯珠的末端连接所述控制芯片U1的输出端口。所述控制芯片U1的SCL端口和SDA端口接收到调光指令,然后根据调光指令内容驱动响应的电流到所述输出端口,以实现恒流调光。
然而,为了让所述LED灯珠保持比较稳定的亮度,整流后的电源电压需要保持比较稳定,所以所述滤波电容C1的取值一般比较大,一般为47uF左右。这样会使所述整流桥的二极管在整流周期内导通时间较短,进而导致该方案功率因数低,一般小于0.5。另外该方案的效率受输入电压影响且波动大。市电电压波动范围一般有±20%,也就是180V~240VAC。该方案的效率等于所述LED灯珠上电压除以整流后总电压。因为输入电压是波动的,所以方案的效率受输入电压影响且波动大。
因此,实有必要提供一种新的多路调光驱动系统解决上述问题。
发明内容
针对以上现有技术的不足,本发明提出一种功率因数高、输入电压影响小且稳定性好的多路调光驱动系统。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种多路调光驱动系统,包括发光源和用于驱动所述发光源实现恒流调光控制的驱动芯片,所述驱动芯片包括:
整流模块,用于将市电整流转换为半正弦波电压并输出;
功率因数模块,用于将所述整流模块输出的所述半正弦波电压进行功率因数调整处理及升压稳压处理后输出;
直流模块,用于将所述整流模块输出的所述半正弦波电压转换为直流电压输出;
恒流模块,用于接收所述直流模块输出的所述直流电压,以及接收外部的IIC调光指令,根据该IIC调光指令产生相应的恒定电流并输出至所述发光源的负极端;
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第一电容、第一二极管以及变压器;
所述整流模块的输出端分别连接至所述直流模块的输入端和所述变压器的初级输入端;
所述变压器的初级输出端分别连接至所述第一二极管的正极端和所述第一晶体管的漏极端;
所述变压器的次级输出端分别连接至所述直流模块的输入端和所述第一电阻的第一端;
所述第一电阻的第二端连接至所述功率因数模块的VSES端;
所述功率因数模块的输出端连接至所述第一晶体管的栅极端;
所述第一二极管的负极端分别连接至所述发光源的正极端、所述第一电容的第一端以及所述第二电阻的第一端;
所述第二电阻的第二端分别连接至所述第三电阻的第一端和所述功率因数模块的VFB端;
所述变压器的次级输入端、所述第一晶体管的源极端、所述第一电容的第二端以及所述第三电阻的第二端均接地。
优选的,所述第一晶体管为功率开关管。
优选的,所述恒流模块包括多个恒流输出端,所述发光源包括多组,所述恒流模块的每一所述恒流输出端连接至其中一组所述发光源的负极端。
优选的,所述恒流模块包括:
稳压模块,用于将所述直流模块输出的直流电压进行稳压处理并输出;
参考电压模块,用于将所述稳压模块的输出的直流电压转换为两个固定电压并分别输出至外部所述功率因数模块的VREF端和内部的输出;
IIC接收模块,用于接收外部的IIC调光指令转换为控制指令并输出;
驱动电流设置模块,用于接收所述IIC接收模块的控制指令进行处理,并将所述参考电压模块的固定电压转换为栅极控制电压并输出;以及,
电流驱动电路模块,用于将所述驱动电流设置模块的栅极控制电压转换为恒定电流并输出所述发光源的负极端。
优选的,所述电流驱动电路模块包括第二晶体管和第六电阻,所述驱动电流设置模块的输出端连接至所述第二晶体管的栅极端,所述第二晶体管的漏极端输出至所述发光源的负极端,所述第二晶体管的源极端通过串联所述第六电阻接地,所述第二晶体管为功率开关管。
优选的,所述恒流模块包括多个驱动电流设置模块的输出端和多个所述电流驱动电路模块,所述发光源包括多组,所述驱动电流设置模块的每个输出端连接至一个所述电流驱动电路模块,每一个所述电流驱动电路模块的输出端连接至其中一组所述发光源的负极端。
优选的,所述恒流模块包括三个驱动电流设置模块的输出端和三个所述电流驱动电路模块,所述发光源包括三组,所述驱动电流设置模块的每个输出端连接至一个所述电流驱动电路模块,每一个所述电流驱动电路模块的输出端连接至其中一组所述发光源的负极端。
优选的,所述功率因数模块包括:
电流过零点比较器,用于通过比较所述恒流模块的固定电压和所述变压器的次级输出电压,实现对所述变压器次级电流过零时刻进行检测并输出;
钳位电路,用于分别对所述变压器的次级输出端和所述电流过零点比较器的正输入端进行过压保护;
导通时间发生器,用于将所述功率因数模的VFB端的反馈电压和所述电流过零点比较器的检测的输出信号进行模拟处理或者数模混合处理,产生一个具有导通时间的导通控制信号以控制所述变压器的初极电流的平均值并输出;以及,
栅极驱动器,用于将所述导通时间发生器的导通控制信号进行放大并输出。
优选的,所述导通时间发生器包括模拟数字信号转换器和计数器;
所述模拟数字信号转换器,用于将所述功率因数模的VFB端的反馈电压转换为数字信号;
所述计数器,用于将所述模拟数字信号转换器的数字信号和所述电流过零点比较器的输出信号进行数字逻辑处理产生所述导通控制信号。
优选的,所述发光源为LED灯珠。
与相关技术相比,本发明的多路调光驱动系统通过所述功率因数模块,并连接至所述第一晶体管的栅极端,通过所述第一晶体管、所述变压器、所述第一二极管和所述第一电容的共同将所述整流模块输出的所述半正弦波电压进行功率因数调整处理及升压稳压处理后输出。从而提高了所述多路调光驱动系统的功率因数,其中输出在额定功率时功率因数达到0.9以上,并减少其对输入电压波动的影响且稳定性好。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述,本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中:
图1为相关技术的多通路高压线性调光电路方案的电路图;
图2为本发明多路调光驱动系统的结构框图;
图3为本发明多路调光驱动系统的恒流模块的结构框图;
图4为本发明多路调光驱动系统的功率因数模块的结构框图;
图5为本发明多路调光驱动系统的电路图;
图6为图5中关键节点波形图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式,用于说明本发明的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案,都在本发明的保护范围之内。
请参图2所示,本发明提供了一种多路调光驱动系统100包括发光源1和驱动芯片2。
所述发光源1用于将电能转换为光能。具体的,所述发光源1为 LED灯珠,当然不限于此,其他同属性的器件即可。所述发光源包括多组,也就是说一组所述发光源1由一个灯珠串构成,所述灯珠串为灯珠个体串联而成。本实施方式中,所述发光源1包括三组,即是三个所述灯珠串。
所述驱动芯片2用于驱动所述发光源实现恒流调光控制。所述驱动芯片包括整流模块21、直流模块22、恒流模块23、功率因数模块24、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一晶体管M1、第一电容 C1、第一二极管D1以及变压器T1。
所述整流模块21用于将市电整流转换为半正弦波电压并输出。
所述直流模块22用于将所述整流模块21输出的所述半正弦波电压转换为直流电压输出所述恒流模块23。
所述恒流模块23,用于接收外部的IIC调光指令,根据该IIC调光指令产生相应的恒定电流并输出至所述发光源1的负极端。
请参图3所示,具体的,所述恒流模块23包括稳压模块231、参考电压模块232、IIC接收模块233、驱动电流设置模块234以及电流驱动电路模块235。
所述稳压模块231用于将所述直流模块22输出的直流电压进行稳压处理并输出。所述稳压模块231产生的直流电压给所述多路调光驱动系统100内部各个模块供电,一方面有利于内部电路工作稳定,另一方面有利于降低各个模块的电路功耗。
所述参考电压模块232用于将所述稳压模块231的直流电压转换为固定电压。所述参考电压模块232不仅产生的固定电压,还产生固定电流。所述参考电压模块232产生的固定电压和固定电流可以提供给所述多路调光驱动系统100内部各个模拟模块使用。具体的,所述参考电压模块232的一个输出端连接至所述电流过零点比较器241的负输入端,所述参考电压模块232产生的固定电压用于所述电流过零点比较器241 跟其正输入端的电压进行比较;所述参考电压模块232的另一个输出端连接至所述驱动电流设置模块234的输入端,所述参考电压模块232产生的固定电压用于给所述驱动电流设置模块234内部模拟电路作为电平基准进行电路转换。
所述IIC接收模块233用于接收外部的IIC调光指令转换为控制指令并输出。具体的,所述IIC接收模块233通过SCL端口和SDA端口接收的IIC信号转换为控制指令。所述IIC接收模块233的输出端连接至所述驱动电流设置模块234的输入端。
所述驱动电流设置模块234用于通过所述IIC接收模块233的控制指令进行处理,并将所述参考电压模块232的固定电压转换为栅极控制电压并输出。所述驱动电流设置模块234的输出端连接所述电流驱动电路模块235的输入端。
所述电流驱动电路模块235用于将所述驱动电流设置模块234的栅极控制电压转换为恒定电流并输出所述发光源1的负极端。即所述电流驱动电路模块235的输出端连接至所述LED灯珠的负极端。具体的,所述电流驱动电路模块235包括第二晶体管M2和第六电阻R6,所述驱动电流设置模块234的输出端连接至所述第二晶体管M2的栅极端,所述第二晶体管M2的漏极端输出至所述发光源1的负极端,所述第二晶体管M2的源极端通过串联所述第六电阻R6接地,所述第二晶体管 M2为NMOS晶体管或功率开关管。
所述恒流模块23包括多个恒流输出端,所述发光源1包括多组,所述恒流模块23的每一所述恒流输出端连接至其中一组所述发光源1 的负极端。具体的,所述恒流模块23包括多个驱动电流设置模块234 的输出端和多个所述电流驱动电路模块235,所述发光源1包括多组,所述驱动电流设置模块234的每个输出端连接至一个所述电流驱动电路模块235,每一个所述电流驱动电路模块235的输出端连接至其中一组所述发光源1的负极端。
在本实施方式中,所述恒流模块23包括三个驱动电流设置模块234 的输出端和三个所述电流驱动电路模块235,所述发光源1包括三组。所述驱动电流设置模块234的每个输出端连接至一个所述电流驱动电路模块235,每一个所述电流驱动电路模块235的输出端连接至其中一组所述发光源1的负极端。
所述功率因数模块24,用于将所述整流模块21输出的所述半正弦波电压进行功率因数调整处理及升压稳压处理后输出。
请参图4所示,所述功率因数模块24包括电流过零点比较器241、钳位电路242、导通时间发生器243以及栅极驱动器244。
所述电流过零点比较器241,用于比较所述恒流模块23的固定电压和所述变压器T1的次级输出电压,实现对所述变压器T1次级电流过零时刻进行检测并输出。所述电流过零点比较器241的输出连接至所述导通时间发生器243的输入。所述变压器T1的次级输出电压定义为过零检测电压VSES,该电压输入至所述电流过零点比较器241的正输入端;所述恒流模块23的固定电压定义为过零点参考电压VREF,该电压输入至所述电流过零点比较器241的负输入端。当所述过零检测电压VSES的电压值高于所述过零点参考电压VREF的电压值时,所述电流过零点比较器241输出为高电平,反之,则为低电平。
所述钳位电路242用于分别对所述变压器T1的次级输出端和所述电流过零点比较器241的正输入端进行过压保护。具体的,所述钳位电路242对所述过零检测电压VSES进行过压保护。
所述导通时间发生器243,用于将所述功率因数模块24的VFB端口的反馈电压和所述电流过零点比较器241的检测输出信号进行模拟处理或者数模混合处理,产生一个具有导通时间Ton的导通控制信号以控制所述变压器的初极电流的平均值并输出。具体的,所述导通时间发生器243包括模拟数字信号转换器2431和计数器2432;所述模拟数字信号转换器2431用于接收的所述反馈电压转换为数字信号;所述计数器2432对所述模拟数字信号转换器2431的数字信号和所述电流过零点比较器241的输出信号进行数字逻辑处理,并产生所述导通控制信号。当然,不限于此,还可以采用其他模拟处理或者数模混合产生一个具有导通时间Ton的导通控制信号。
所述栅极驱动器244用于将所述导通控制信号进行放大并输出。所述栅极驱动器244的输出连接至所述第一晶体管M1的栅极端。所述第一晶体管M1控制着所述外围电路的变压器T1的初极电流的大小,从而导通控制信号以控制所述变压器T1的初极电流的平均值。其中让第一晶体管M1处于导通状态的导通时间Ton长短直接决定上述初极电流的平均值,并实现输出到所述发光源1的稳压控制。
所述整流模块21的输出端分别连接至所述直流模块22的输入端和所述变压器T1的初级输入端;所述变压器T1的初级输出端分别连接至所述第一二极管D1的正极端和所述第一晶体管M1的漏极端;所述变压器T1的次级输出端分别连接至所述直流模块22的输入端和所述第一电阻R1的第一端;所述第一电阻R1的第二端连接至所述功率因数模块24的VSES端;所述功率因数模块24的输出端连接至所述第一晶体管M1的栅极端;所述第一二极管D1的负极端分别连接至所述发光源的正极端、所述第一电容C1的第一端以及所述第二电阻R2的第一端;所述第二电阻R2的第二端分别连接至所述第三电阻R3的第一端和所述功率因数模块24的VFB端;所述变压器T1的次级输入端、所述第一晶体管M1的源极端、所述第一电容C1的第二端以及所述第三电阻R3的第二端均接地;所述第一晶体管M1为NMOS晶体管或功率开关管。
需要说明的是,本实施方式中,涉及电阻、电容等电子元器件的两端的描述中,若该元器件存在正、负极性,则第一端即为正极端、第二端即为负极端;若不区别正、负极性,则根据电信号的流向依次定义为第一端和第二端,以方便描述。
以下从所述多路调光驱动系统100的整体电路工作情况进一步进行说明:
请参图5-6所示,本实施方式中,所述整流模块21由保险丝F1、压敏电阻R5、由四个二级管组成的整流桥以及滤波电容C4共同组成了本实施例的输入整流部分。所述整流模块21将市电220V50Hz的交流电压转换成整流后的半正弦波。其中,市电的输入电压VIN为 85V~240VAC交流电,其波形为正弦波,经过桥式整流后电压VD输出波形为半正弦波。
本实施方式中,所述功率因数模块24、所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第一晶体管M1、所述第一电容C1、所述第一二极管D1以及所述变压器T1共同组成了本实施例的功率因数调整部分,同时也是本实施例的升压稳压部分。该部分将整流后的电压波形转换成400V的直流高压,并且在转换过程中保持所述多路调光驱动系统100的功率因数为比较高的值,具体数值达到0.9以上,且接近于1。
具体的,该功率因数调整部分工作如下:当所述第一晶体管M1的栅极电压为高电平时,所述第一晶体管M1导通;所述变压器T1的初级电流IIND电流数值上升,同时所述变压器T1的次级产生感生电流,该感生电流从地节点流过所述钳位电路242中的第七二极管D7和第八二极管D8,再流过到VSES节点并经过所述第一电阻R4到所述变压器 T1次级线圈;由于该感生电流的作用,所述过零检测电压VSES为负电压。所述第一晶体管M1的导通时间Ton是一个固定时间Ton,当所述第一晶体管M1关闭时,所述变压器T1初级电流IIND开始下降,此时所述变压器T1次级产生相反方向感生电流,受此作用,所述过零检测电压VSES高于所述过零点参考电压VREF且缓慢下降。当初级电流IIND下降到接近于0A时,所述过零检测电压VSES下降到低于所述过零点参考电压VREF,此时所述电流过零点比较器241输出翻转为低电平,通过控制所述计数器2432与所述栅极驱动器244输出下一个导通时间为Ton的高电平脉冲。在这种控制逻辑的控制下,所述变压器 T1初级电流IIND的平均值呈现与整流后电压VD几乎一样的波形与相位,从而使所述多路调光LED驱动系统200的输入功率因数保持在较高水平。变压器T1输出电压VOUT通过第二电阻R2和第三电阻R3 将电压值反馈回所述多路调光驱动系统100的VFB端。所述多路调光驱动系统100内部所述模拟数字信号转换器2431读取VFB电压后转换为数字信号送给所述计数器2432,所述计数器2432根据所述模拟数字信号转换器2431所输出值设定所述栅极驱动器244的输出脉冲宽度时间Ton,进而控制所述变压器T1初级电流IIND平均值大小,进而实现所述变压器T1输出电压VOUT的稳压控制。
本实施方式中,所述直流模块22包括第四电阻R4、第二电容C2、第三电容C3、第二二极管D2。所述直流模块22和所述变压器T1构成了本实施例的供电电压部分。该供电电压部分为所述多路调光驱动系统 100的VDD端口提供直流电压供电电压。
具体的,所述第一晶体管M1开关作用影响,所述变压器T1的次级产生感生电流ISES,当感生电流ISES为正时,部分感生电流ISES 通过所述第二电容C2和所述第二二极管D2给所述第三电容C3进行充电。所述第三电容C3电容值比较大,一般为大于10uF,所述第三电容 C3可以给VDD端口提供一个接近直流的供电电压。所述第四电阻R4 为启动电阻,在所述多路调光驱动系统100上电时,先通过所述第四电阻R4给VDD端口提供一定电压,在所述多路调光驱动系统100运行后再由所述变压器T1、所述第二电容C2及所述第二二极管D2回路进行供电。
本实施方式中,由所述稳压模块231、所述参考电压模块232、所述IIC接收模块233、所述驱动电流设置模块234、三路所述电流驱动电路模块235以及所述发光源1共同组成了本实施例的高压线性恒流部分。所述发光源1包括三组,所述恒流模块23包括三个驱动电流设置模块234的输出端和三个所述电流驱动电路模块235,所述电流驱动电路模块235包括OUT1端、OUT2端以及OUT3端,所述OUT1端、所述OUT2端以及所述OUT3端分别连接至其中一组所述发光源1的负极端。该高压线性恒流部分的作用是接收外部的IIC调光指令,并且根据指令设定响应的恒流值提供给不同的输出端口,即所述OUT1端口、所述OUT2端口以及所述OUT3端口,从而实现所述多路调光驱动系统 100的恒流控制。
与相关技术相比,本发明的多路调光驱动系统通过所述功率因数模块,并连接至所述第一晶体管的栅极端,通过所述第一晶体管、所述变压器、所述第一二极管和所述第一电容的共同将所述整流模块输出的所述半正弦波电压进行功率因数调整处理及升压稳压处理后输出。从而提高了所述多路调光驱动系统的功率因数,其中输出在额定功率时功率因数达到0.9以上,并减少其对输入电压波动的影响且稳定性好。
需要说明的是,以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围,本领域的普通技术人员应当理解,在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换,均应涵盖在本发明的范围之内。此外,除上下文另有所指外,以单数形式出现的词包括复数形式,反之亦然。另外,除非特别说明,那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。