CN109526128B - 一种驱动电路及开关电源 - Google Patents

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陈云辉
叶跃明
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Abstract

本申请公开了一种驱动电路及开关电源。该驱动电路耦接灯源，该驱动电路包括脉冲触发电路、变压器及继电器，变压器的第一输入端接电源电压，变压器的第二输入端与脉冲触发电路连接，变压器的第一输出端与继电器的第一端连接，变压器的第二输出端与继电器的第二端连接，灯源的第一端与变压器的第二输出端连接，灯源的第二端耦接变压器的第一输出端，在灯源工作时，继电器导通，灯源的工作电流流经继电器。通过这种方式，不仅能够降低电路损耗及提高变换效率，而且还能减小驱动电路的体积重量与成本，实现产品小型化，同时还能够解决因低频换向而使变压器产生的音频噪声问题。

Description

一种驱动电路及开关电源
技术领域
本申请涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种驱动电路及开关电源。
背景技术
随着电力资源的日益紧张，传统的灯泡电灯模式已经达不到节能减排的目的了，在这种情况下，HID灯等灯源越来越得到广泛的运用。HID灯是一种高效节能型的优秀光源，但它存在一个缺陷，即在正常情况下开启电源约需2-3分钟灯才能慢慢亮起来，有时候遇到突然停电而又立即恢复供电时则需要10-20分钟才能重新点亮，不能像白炽灯、卤素灯那样一点即亮，这就很不适应需要瞬时启动照明的场合。
本申请的发明人在长期的研发过程中发现，现有技术中，为提高HID灯的点亮速度，通常采用镇流器点灯电路，即驱动电路，而传统低频(几十Hz到几百Hz)HID镇流器点灯电路大多采用脉冲变压器启动方式，但这种方式存在诸多缺点：1)由于脉冲变压器的高压侧绕组的匝数较多，引起损耗较大，整机变换效率较低；2)在灯源电流进行低频换向过程中，脉冲变压器会产生音频噪声；3)为了提高变换效率或者灯源功率，脉冲变压器的高压侧绕组需要采用更粗的线，从而导致变压器的体积重量增大，成本增加。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种驱动电路及开关电源，以解决上述问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种驱动电路，该驱动电路耦接灯源，该驱动电路包括脉冲触发电路、变压器及继电器，变压器的第一输入端接电源电压，变压器的第二输入端与脉冲触发电路连接，变压器的第一输出端与继电器的第一端连接，变压器的第二输出端与继电器的第二端连接，灯源的第一端与变压器的第二输出端连接，灯源的第二端耦接变压器的第一输出端，在灯源工作时，继电器导通，灯源的工作电流流经继电器。
其中，驱动电路进一步包括至少一个分压电容，分压电容的第一端与变压器的第一输出端连接，分压电容的第二端与变压器的第二输出端连接。
其中，继电器包括线圈及至少一个开关触头，开关触头的第一端与变压器的第一输出端连接，开关触头的第二端与变压器的第二端连接，在线圈上的电流超过阈值时，开关触头闭合，以使灯源的工作电流流经开关触头。
其中，驱动电路进一步包括控制电路，控制电路与线圈连接，用于控制线圈上的电流。
其中，至少一个分压电容包括第一分压电容及第二分压电容，至少一个开关触头包括第一开关触头及第二开关触头，第一分压电容的第一端与变压器的第一输出端连接，第一分压电容的第二端与第二分压电容的第一端连接，第二分压电容的第二端与变压器的第二输出端连接，第一开关触头的第一端与变压器的第一输出端连接，第一开关触头的第二端与第二开关触头的第一端连接，第二开关触头的第二端与变压器的第二输出端连接，第一分压电容的第二端与第一开关触头的第二端连接。
其中，脉冲触发电路包括双向开关、存储电容、电阻和控制开关，双向开关的第一端与变压器的第二输入端连接，双向开关的第二端与电阻的第一端连接，电阻的第二端与控制开关的第一端连接，控制开关的第二端接地，存储电容的第一端与双向开关的第二端连接，存储电容的第二端接地。
其中，控制开关闭合时，通过电阻释放存储电容的电荷，以使双向开关导通，双向开关导通后触发变压器产生高压脉冲信号，并对存储电容充电。
其中，驱动电路进一步包括功率转换电路，功率转换电路的第一端与变压器的第一输出端连接，功率转换电路的第二端与灯源的第二端连接。
其中，变压器的第一输入端与第一输出端为同名端。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种开关电源，该开关电源包括上述驱动电路及与驱动电路耦接的灯源。
本申请实施例的有益效果是：区别于现有技术，本申请实施例驱动电路耦接灯源，该驱动电路包括脉冲触发电路、变压器及继电器，变压器的第一输入端接电源电压，变压器的第二输入端与脉冲触发电路连接，变压器的第一输出端与继电器的第一端连接，变压器的第二输出端与继电器的第二端连接，灯源的第一端与变压器的第二输出端连接，灯源的第二端耦接变压器的第一输出端，在灯源工作时，继电器导通，灯源的工作电流流经继电器。通过这种方式，在灯源点亮后，与变压器输出端并联的继电器导通，灯源的工作电流流经继电器而不流经变压器，因此能够减少变压器的高压侧绕组的匝数及导线的半径，不仅能够降低电路损耗及提高变换效率，而且还能减小驱动电路的体积重量与成本，实现产品小型化，同时还能够解决因低频换向而使变压器产生的音频噪声问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是驱动电路的一等效电路图；
图2是本申请驱动电路第一实施例的电路示意图；
图3A是图2实施例驱动电路的等效电路示意图；
图3B是图2实施例驱动电路的波形时序图；
图4是本申请驱动电路第二实施例的电路示意图；
图5是本申请驱动电路第三实施例中变压器及继电器的电路示意图；
图6是本申请驱动电路第四实施例中变压器及继电器的电路示意图；
图7是本申请驱动电路另一实施例的结构示意图；
图8是本申请开关电源一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
随着金卤灯、高压钠灯及汞灯等HID灯源的应用领域越来越广，低频电子镇流器的用量也日益增大。传统低频HID镇流器大多以脉冲变压器方式进行点灯，传统低频(几十Hz到几百Hz)HID镇流器点灯电路，即驱动电路大多采用脉冲变压器启动方式，如图1所示，串联型脉冲启动电路101产生脉冲触发电压，以使变压器T1的高压侧绕组N1产生高压脉冲，使HID灯102击穿，从而点亮HID灯102。其中C1为HID灯102以及其引线(含镇流器与HID灯102直接的连接线)的等效电容。
但HID灯102点亮后，变压器T1的高压侧绕组N1一直串联在主功率电路103中，使得高压侧绕组N1需要用更粗及更多匝数的导线来降低损耗，导致变压器T1的体积变大，另外由于高压侧绕组N1串联在主功率电路103中，导致变压器T1因主功率电路103低频换向而产生噪声。
为解决上述问题，本申请首先提出一种驱动电路，如图2及图3A所示，图2是本申请驱动电路第一实施例的电路示意图；图3A是图2实施例驱动电路的等效电路示意图。本实施例驱动电路201包括变压器T2、脉冲触发电路202及继电器203，变压器T2的第一输入端1接电源电压VC，变压器T2的第二输入端2与脉冲触发电路202连接，变压器T2的第一输出端3与继电器203的第一端连接，变压器T2的第二输出端4与继电器203的第二端连接，灯源204的第一端与变压器T2的第二输出端4连接，灯源204的第二端耦接变压器T2的第一输出端3。在灯源204工作时，继电器203导通，灯源204的工作电流流经继电器203，以将变压器T2的第一输出端3与变压器T2的第二输出端4短路。
本实施例的灯源204是在被击穿后进行正常工作。
区别于现有技术，在灯源204点亮后，与变压器T2输出端并联的继电器导通，使得灯源204的电流流过继电器，而不流过变压器T2，因此能够减少变压器T2的高压侧绕组的匝数及导线的半径，不仅能够降低电路损耗及提高变换效率，而且还能减小驱动电路201的体积重量与成本，实现产品小型化，同时还能够解决因低频换向而使变压器T2产生的音频噪声问题。
可选地，本实施例的继电器202包括线圈L2及至少一个开关触头K2，开关触头K2的第一端与变压器T2的第一输出端3连接，开关触头K2的第二端与变压器T2的第二输出端4连接，在线圈L2上的电流超过阈值时，开关触头K2闭合，以使灯源204的工作电流流经开关触头K2。
可选地，驱动电路进一步包括控制电路(图未示)，控制电路与线圈L2连接，在灯源204点亮后，控制电路控制线圈L2上的电流，当线圈L2流过电流且保持预设时间，例如1ms以上(t2与t1的间隔大于1ms)，开关触头K2吸合，继电器202导通，变压器T2的第一输出端3与变压器T2的第二输出端4短路，灯源204的工作电流流经继电器203。
可选地，本实施例的变压器T2包括第一绕组N21及第二绕组N22，第一绕组N21的第一端1为变压器T2的第一输入端1，第一绕组N21的第二端2为变压器T2的第二输入端2，第二绕组N22的第一端3为变压器T2的第一输出端3，第二绕组N22的第二端4为变压器T2的第二输出端4。第一绕组N21的第一端1接电源电压VC，第一绕组N21的第二端2与脉冲触发电路202连接，第二绕组N22的第一端3与开关触头K2的第一端连接，第二绕组N22的第二端4与开关触头K2的第二端连接，灯源204第一端与第二绕组N22的第二端连接；其中，第一绕组N21的第一端1与第二绕组N22的第一端3为同名端。
当然，在其它实施例中，变压器的第一输入端与第二输出端也可以为同名端等。
第一绕组N21为变压器T2的低压侧绕组，第二绕组N22为变压器T2的高压侧绕组。
由于镇流器到灯源204的引线长度存在长短不同的情况，在引线短(如0.2米)的情况下，等效电容C23(如图3A所示)小，产生的脉冲电压大，存在脉冲电压过高，引起接头损坏的情况；在引线长(如30米)的情况下，等效电容C23大，产生的脉冲电压小，造成灯源204无法被足够电压击穿，从而点灯失败。
为解决上述问题，本实施例驱动电路201进一步包括分压电容C21，分压电容C21的第一端与变压器T2的第一输出端3连接，分压电容C21的第二端与变压器T2的第二输出端4连接。
本实施例在变压器T2的高压侧绕组N22中并联上一个电容C21，变压器T2的高压侧绕组N22的等效电容等于电容C21加上C23。由于C21远大于>>C23，点灯脉冲电压基本保持一致，从而克服不同引线长度带来的不良影响，提高了电子镇流器的兼容性与可靠性。
可选地，本实施例的脉冲触发电路202包括双向开关D2、存储电容C22、电阻R2和控制开关S2，双向开关D2的第一端与变压器T2的第二输入端2连接，双向开关D2的第二端与电阻R2的第一端连接，电阻R2的第二端与控制开关S2的第一端连接，控制开关S2的第二端接地，存储电容C22的第一端与双向开关D2的第二端连接，存储电容C22的第二端接地。
其中，双向开关D2为硅双向开关。
可选地，本实施例驱动电路201进一步包括功率转换电路205，功率转换电路205的第一端与变压器T2的第一输出端3连接，功率转换电路205的第二端与灯源204的第二端连接。
其中，功率转换电路205一般采用半桥或者全桥开关电路，用于产生几十Hz到几百Hz的方波电压，为灯源204提供电能。
一并参阅图2及图3A，C23为镇流器与灯源204连接线的等效电容。
一并参阅图2、图3A及图3B，图3B是图2实施例驱动电路的波形时序图。在t0时刻之前，控制开关S2断开，这时存储电容C22无放电通道，存储电容C22两端保持高电压，而双向开关D2两端的电压低于导通阈值，整个驱动电路201不工作；在t0时刻，控制开关S2闭合，电阻R2释放存储电容C22的电荷，存储电容C22电压下降，双向开关D2电压上升，当电压上升至双向开关D2的导通阈值时，双向开关D2导通，电能从第一绕组N21传至第二绕组N22，第二绕组N22再向电容C21及C23释放电能，第二绕组N22的电压uN22和灯源204的电压ulamp迅速上升，形成高脉冲电压，同时，对存储电容C22充电；当高脉冲电压上升到一定值时，灯源204被击穿，如此保持数个脉冲后，在t1时刻灯源204完全被点亮，此时控制电路控制继电器203的线圈L2通电，且当线圈L2流过电流且保持预设时间，例如1ms以上(t2与t1的间隔大于1ms)，开关触头K2吸合，之后可将控制开关S2断开。开关触头K2吸合后，功率转换电路205及灯源204的电流流过开关触头K2，而不流经将变压器T2的高压侧绕组N22。
继电器的开关触头(包括静态触头与动态触头)的安全间距有限，因而上述实施例的驱动电路只适用于脉冲电压较低的应用。
为实现脉冲电压较高的应用，本申请进一步提出了第二实施例的驱动电路，如图4所示，本实施例驱动电路401与上述实施例驱动电路201的区别在于：本实施例驱动电路401包括第一开关触头K41及第二开关触头K42，第一开关触头K41的第一端与变压器T4的第一输出端3连接，第一开关触头K41的第二端与第二开关触头K42的第一端连接，第二开关触头K42的第二端与变压器T4的第二输出端4连接，即串联设置的第一开关触头K41及第二开关触头K42与变压器T4并联设置。
进一步地，本实施例驱动电路401包括第一分压电容C41及第二分压电容C42，第一分压电容C41的第一端与变压器T4的第一输出端3连接，第一分压电容C41的第二端与第二分压电容C42的第一端连接，第二分压电容C42的第二端与变压器T4的第二输出端4连接，第一开关触头K41的第二端与第一分压电容C41的第二端连接，即串联设置的第一分压电容C41及第二分压电容C42与变压器T4并联设置，且与第一开关触头K41的第二端与第二开关触头K42桥接。
在灯源402完全被点亮后，当线圈L4流过电流且保持预设时间，第一开关触头K41及第二开关触头K42吸合，功率转换电路403及灯源402的大部分电流流过第一开关触头K41及第二开关触头K42。
其中，第一开关触头K41及第二开关触头K42的具体结构可采用双刀单掷开关结构实现。本实施例能够通过第一分压电容C41及第二分压电容C42对变压器T4的第二绕组N42产生的脉冲电压进行分压，使第一开关触头K41及第二开关触头K42所承受的电压为脉冲电压的一半。
当然，在其它实施例中，开关触头及分压电容可以是两个以上，且分压电容的数量与开关触头的数量相同，多个开关触头K1-Kn及多个分压电容C1-Cn之间采用依次桥接的方式进行连接，如图5所示。
通过这种方式，能够提高继电器的开关触头的受压能力，能够适用于脉冲电压较高的应用。
本申请进一步提出第四实施例的驱动电路，如图6所示，本实施例与上述实施例不同之处在于：本实施例的变压器T6包括绕组601，绕组601的第一端1与开关触头K6的第一端连接，绕组601的第二端2接电源电压，绕组601的第三端3与脉冲触发电路(图未示)连接，绕组601的第三端3与开关触头K6的第二端连接；其中，绕组601的第一端1与绕组601的第二端2为同名端。
绕组601的第二端2及第三端3之间的线圈组成变压器T6的低压侧绕组N61，绕组601的第一端1及第三端3之间的线圈组成变压器T6的高压侧绕组N62。绕组601的第二端2为输入端，第一端1为输出端，第三端3即为输入端也为输出端。
上述实施例是采用两个独立的绕组组成变压器，本实施例是通过一个绕组形成自耦式变压器。
本实施例驱动电路的工作原理与上述实施例类似，这里不赘述。
当然，在其它实施例中，自耦式变压器也可以与两个及两个以上的开关触头并联设置，结构及工作原理与图4及图5实施例类似，这里不赘述。
本申请进一步提出另一实施例的驱动电路，如图7所示，本实施例驱动电路701耦接灯源702，驱动电路701包括脉冲触发电路703、变压器704及继电器705，变压器704的第一端与脉冲触发电路703连接，变压器704的第二端与继电器705的第一端连接，继电器705的第二端与灯源902连接。
本实施例驱动电路701的工作原理及其它电路结构与上述实施例驱动电路类似，脉冲触发电路703、变压器704及继电器705与上述实施例类似，这里不赘述。
区别于现有技术，本实施例能够降电路低损耗及提高变换效率，而且还能减小驱动电路701的体积重量与成本，实现产品小型化，同时还能够解决因低频换向而使变压器产生的音频噪声问题。
本申请进一步提出一种开关电源，如图8所示，本实施例开关电源801包括驱动电路802及与驱动电路802耦接的灯源803，其中，本实施例的驱动电路802与上述实施例驱动电路类似，这里不赘述。
区别于现有技术，本申请实施例驱动电路耦接灯源，该驱动电路包括脉冲触发电路、变压器及继电器，变压器的第一输入端接电源电压，变压器的第二输入端与脉冲触发电路连接，变压器的第一输出端与继电器的第一端连接，变压器的第二输出端与继电器的第二端连接，灯源的第一端与变压器的第二输出端连接，灯源的第二端耦接变压器的第一输出端，在灯源工作时，继电器导通，灯源的工作电流流经继电器。通过这种方式，在灯源点亮后，与变压器输出端并联的继电器导通，灯源的工作电流流经继电器而不流经变压器，因此能够减少变压器的高压侧绕组的匝数及导线的半径，不仅能够降低电路损耗及提高变换效率，而且还能减小驱动电路的体积重量与成本，实现产品小型化，同时还能够解决因低频换向而使变压器产生的音频噪声问题。。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种驱动电路，其特征在于，所述驱动电路耦接灯源，所述驱动电路包括脉冲触发电路、变压器及继电器，所述变压器的第一输入端接电源电压，所述变压器的第二输入端与所述脉冲触发电路连接，所述变压器的第一输出端与所述继电器的第一端连接，所述变压器的第二输出端与所述继电器的第二端连接，所述灯源的第一端与所述变压器的第二输出端连接，所述灯源的第二端耦接所述变压器的第一输出端，在所述灯源工作时，所述继电器导通，所述灯源的工作电流流经所述继电器，以将所述变压器的第一输出端与所述变压器的第二输出端短路。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路进一步包括至少一个分压电容，所述至少一个分压电容串联设置，第一个所述分压电容的第一端与所述变压器的第一输出端连接，最后一个所述分压电容的第二端与所述变压器的第二输出端连接。
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述继电器包括线圈及至少一个开关触头，所述至少一个开关触头串联设置，第一个所述开关触头的第一端与所述变压器的第一输出端连接，最后一个所述开关触头的第二端与所述变压器的第二输出端连接，在所述线圈上的电流超过阈值时，所述开关触头闭合，以使所述灯源的工作电流流经所述开关触头将所述变压器的第一输出端与所述变压器的第二输出端短路。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路进一步包括控制电路，所述控制电路与所述线圈连接，用于控制所述线圈上的电流。
5.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述至少一个分压电容包括第一分压电容及第二分压电容，所述至少一个开关触头包括第一开关触头及第二开关触头，所述第一分压电容的第一端与所述变压器的第一输出端连接，所述第一分压电容的第二端与所述第二分压电容的第一端连接，所述第二分压电容的第二端与所述变压器的第二输出端连接，所述第一开关触头的第一端与所述变压器的第一输出端连接，所述第一开关触头的第二端与所述第二开关触头的第一端连接，所述第二开关触头的第二端与所述变压器的第二输出端连接，所述第一分压电容的第二端与所述第一开关触头的第二端连接。
6.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述脉冲触发电路包括双向开关、存储电容、电阻和控制开关，所述双向开关的第一端与所述变压器的第二输入端连接，所述双向开关的第二端与所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端与所述控制开关的第一端连接，所述控制开关的第二端接地，所述存储电容的第一端与所述双向开关的第二端连接，所述存储电容的第二端接地。
7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述控制开关闭合时，通过所述电阻释放所述存储电容的电荷，以使所述双向开关导通，所述双向开关导通后触发所述变压器产生高压脉冲信号，并对所述存储电容充电。
8.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路进一步包括功率转换电路，所述功率转换电路的第一端与所述变压器的第一输出端连接，所述功率转换电路的第二端与所述灯源的第二端连接。
9.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述变压器的第一输入端与第一输出端为同名端。
10.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括权利要求1-9所述的驱动电路及与所述驱动电路耦接的灯源。
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