CN109673095B - 一种电压输出电路及驱动电路、开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电压输出电路及驱动电路、开关电源。该驱动电路耦接灯源，该驱动电路至少包括高压输出电路及脉冲触发电路，高压输出电路包括变压器及至少一个开关触头，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开关触头的第一端连接，变压器的第二输出端与开关触头的第二端连接，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，开关触头闭合，灯源的工作电流流经开关触头。通过这种方式，能够降低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

一种电压输出电路及驱动电路、开关电源

技术领域

本申请涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种电压输出电路及驱动电路、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镇流器驱动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电压输出电路及驱动电路、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：提供一种电压输出电路，用于驱动电路，该驱动电路耦接灯源，该驱动电路至少包括高压输出电路及脉冲触发电路，高压输出电路包括变压器及至少一个开关触头，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开关触头的第一端连接，变压器的第二输出端与开关触头的第二端连接，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，开关触头闭合，灯源的工作电流流经开关触头。

其中，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。

其中，驱动电路进一步包括分压电容，分压电容的数量与开关触头的数量相同。

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，变压器包括第一绕组及第二绕组，第一绕组的第一端接入电源电压，第一绕组的第二端与脉冲触发电路连接，第二绕组的第一端与开关触头的第一端连接，第二绕组的第二端与开关触头的第二端连接，灯源第一端与第二绕组的第二端连接；在灯源工作时，灯源的部分工作电流流经第二绕组，以使开关触头保持闭合；其中，第一绕组的第一端与第二绕组的第一端为同名端。

其中，变压器包括绕组，绕组的第一端与开关触头的第一端连接，绕组的第二端接电源电压，绕组的第三端与脉冲触发电路连接，绕组的第三端与开关触头的第二端连接；其中，绕组的第一端与绕组的第二端为同名端。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：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及上述电压输出电路，电压输出电路的第一端与脉冲触发电路连接，电压输出电路的第二端与灯源连接。

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，本申请实施例电压输出电路，用于驱动电路，该驱动电路耦接灯源，该驱动电路至少包括高压输出电路及脉冲触发电路，高压输出电路包括变压器及至少一个开关触头，变压器的第一输入端接入电源电压，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开关触头的第一端连接，变压器的第二输出端与开关触头的第二端连接，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，开关触头闭合，灯源的工作电流流经开关触头。通过这种方式，在灯源点亮后，灯源的大部分电流流过开关触头，只有少部分电流流过变压器的高压侧绕组，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是本申请电压输出电路第三实施例的电路示意图；

图6是本申请电压输出电路第四实施例的电路示意图；

图7是本申请电压输出电路第五实施例的电路示意图；

图8是本申请电压输出电路第六实施例的电路示意图；

图9是本申请驱动电路另一实施例的结构示意图；

图10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。同时，由于镇流器到HID灯102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C₁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C₁大，产生的脉冲电压小，造成HID灯102无法被足够电压击穿，从而点灯失败。

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包括电压输出电路202及脉冲触发电路203，电压输出电路202分别与脉冲触发电路203及灯源204连接，其中，脉冲触发电路203用于产生脉冲触发信号，电压输出电路202在该脉冲触发信号的作用下生成高压脉冲信号(具体原理在下文进行详述)，并利用该高压脉冲信号击穿灯源204，以点亮灯源204。

其中，本实施例的电压输出电路202包括变压器T₂及至少一个开关触头K₂，变压器T₂的第一输入端1接入电源电压VC，变压器T₂的第二输入端2与脉冲触发电路203连接，变压器T₃的第一输出端3与开关触头K₂的第一端连接，变压器T₂的第二输出端4与开关触头K₂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，开关触头K₂闭合，灯源204的工作电流流经开关触头K₂。

本实施例的灯源204是在被击穿后进行正常工作。

其中，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接入电源电压VC，第一绕组N₂₁的第二端2与脉冲触发电路203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。

第二绕组N₃₂与开关触头K₂组成继电器。第一绕组N₂₁与脉冲触发电路203相连，第二绕组N₂₂在脉冲触发电路203的脉冲触发信号的触发下产生脉冲高电压，该脉冲高电压使灯源204击穿，从而点亮灯源204；同时，当第二绕组N₂₂流过电流且保持预设时间，例如1ms以上，开关触头K₂吸合，使得灯源204的大部分电流流过开关触头，只有极少部分电流流过第二绕组N₂₂，用以保持触头K₂的吸合状态。

区别于现有技术，本实施例能够降低驱动电路201的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产生的音频噪声问题。

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203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u_N22和灯源204的电压u_lamp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，且当第二绕组N₂₂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的大部分电流流过开关触头K₂，只有极少部分电流流过第二绕组N₂₂，用以保持触头的吸合状态。

由上述分析可知，变压器的高压侧绕组及开关触头组成了继电器，通过继电器的导通能够分流变压器的高压侧绕组上的电流，但继电器的开关触头(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，当第二绕组N₄₂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-K_n及多个分压电容C₁-C_n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电压输出电路，如图6所示，本实施例电压输出电路601与上述实施例电压输出电路不同之处在于：本实施例的变压器T₆包括绕组602，绕组602的第一端1与开关触头K₆的第一端连接，绕组602的第二端2接电源电压，绕组602的第三端3与脉冲触发电路(图未示)连接，绕组602的第三端3与开关触头K₆的第二端连接；其中，绕组602的第一端1与绕组602的第二端2为同名端。

绕组602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602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602的第二端2为输入端，第一端1，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。

本实施例电压输出电路601的工作原理与上述实施例类似，这里不赘述。

为适应脉冲电压较高的电路，本申请进一步提出如图7所示的电压输出电路，本实施例电压输出电路701与上述电压输出电路601的不同之处在于：本实施例电压输出电路701包括开关触头K₇₁及开关触头K₇₂，开关触头K₇₁的第一端与变压器T₇的第一端1连接，开关触头K₇₁的第二端与开关触头K₇₂的第一端连接，开关触头K₇₂的第二端与变压器T₇的第三端3连接，即串联设置的开关触头K₇₁及开关触头K₇₂与变压器T₇并联设置。关于开关触头K₇₁及开关触头K₇₂的其它连接方式与图4实施例相同，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以上的开关触头并联设置，如图8所示。

本申请进一步提出另一实施例的驱动电路，如图9所示，本实施例驱动电路901耦接灯源902，驱动电路901包括脉冲触发电路903及电压输出电路904，电压输出电路904的第一端与脉冲触发电路903连接，电压输出电路904的第二端与灯源902连接。

本实施例驱动电路901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903与上述实施例脉冲触发电路类似，电压输出电路904与上述实施例电压输出电路类似，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901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10所示，本实施例开关电源1001包括驱动电路1002及与驱动电路1002耦接的灯源1003，其中，本实施例的驱动电路1002与上述实施例驱动电路类似，这里不赘述。

区别于现有技术，本申请实施例电压输出电路，用于驱动电路，该驱动电路耦接灯源，该驱动电路至少包括高压输出电路及脉冲触发电路，高压输出电路包括变压器及至少一个开关触头，变压器的第一输入端接入电源电压，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开关触头的第一端连接，变压器的第二输出端与开关触头的第二端连接，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，开关触头闭合，灯源的工作电流流经开关触头。通过这种方式，在灯源点亮后，灯源的大部分电流流过开关触头，只有少部分电流流过变压器的高压侧绕组，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 (9)

1.一种电压输出电路，其特征在于，用于驱动电路，所述驱动电路耦接灯源，所述驱动电路至少包括高压输出电路及脉冲触发电路，所述高压输出电路包括变压器及至少一个开关触头，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开关触头的第一端连接，所述变压器的第二输出端与所述开关触头的第二端连接，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，所述开关触头闭合，所述灯源的工作电流流经所述开关触头；

其中，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。

2.根据权利要求1所述的电压输出电路，其特征在于，所述驱动电路进一步包括分压电容，所述分压电容的数量与所述开关触头的数量相同。

3.根据权利要求1所述的电压输出电路，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。

4.根据权利要求3所述的电压输出电路，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。

5.根据权利要求1所述的电压输出电路，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。

6.根据权利要求1所述的电压输出电路，其特征在于，所述变压器包括第一绕组及第二绕组，所述第一绕组的第一端接入所述电源电压，所述第一绕组的第二端与所述脉冲触发电路连接，所述第二绕组的第一端与所述开关触头的第一端连接，所述第二绕组的第二端与所述开关触头的第二端连接，所述灯源的第一端与所述第二绕组的第二端连接；在所述灯源工作时，所述灯源的部分工作电流流经所述第二绕组，以使所述开关触头保持闭合；

其中，所述第一绕组的第一端与所述第二绕组的第一端为同名端。

7.根据权利要求1所述的电压输出电路，其特征在于，所述变压器包括绕组，所述绕组的第一端与所述开关触头的第一端连接，所述绕组的第二端接所述电源电压，所述绕组的第三端与所述脉冲触发电路连接，所述绕组的第三端与所述开关触头的第二端连接；

其中，所述绕组的第一端与所述绕组的第二端为同名端。

8.一种驱动电路，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及权利要求1-7任一项所述的电压输出电路，所述电压输出电路的第一端与所述脉冲触发电路连接，所述电压输出电路的第二端与所述灯源连接。

9.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括权利要求8所述的驱动电路及与所述驱动电路耦接的灯源。

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