CN109936888B - 高频驱动电路及使用该高频驱动电路的照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及驱动电路领域，公开了一种高频驱动电路。本发明中高频驱动电路包括：驱动芯片、电感、第一电阻、第一电容、第二电容、第一二极管和开关器件；第一电阻一端连接母线电压的高压端，另一端分别连接第一二极管的负极和驱动芯片的电源端，驱动芯片的电源端和接地端之间连接第一电容，第一二极管的正极分别连接驱动芯片的接地端和母线电压的低压端，电感的一端连接母线电压的高压端，另一端连接开关器件的高压端；第二电容的一端连接第一二极管的负极，另一端连接开关器件的高压端，开关器件的低压端通过检测单元连接驱动芯片的接地端，驱动芯片的接地端连接母线电压的低压端；电感的两端作为高频驱动电路的输出端，用于连接负载。
Description
技术领域
本发明涉及驱动电路领域，特别涉及高频驱动电路的技术。
背景技术
高频驱动电路由于体积小、重量轻、效率高等优点，应用已越来越普及。比如LED(发光二极管)照明领域、电池充电领域。其中，LED照明作为全球极具发展前景的新兴照明产业，近年来它迅速成为国际科技经济竞争的新焦点。由于LED具有高光效、长寿命、节能环保等优势，使得LED在照明领域使用越来越广泛；同时随着小型化和低成本的LED电源系统不断开发和完善，LED电源系统不断向轻、薄、小和高效率的方向发展，调光技术在LED照明系统中的应用将进一步提高节能减排的成效。现有高频驱动电路的供电方式主要采用以下两种：
其一如图1所示，由变压器T1辅助绕组供电，具体的说，辅助绕组经二极管D1主要向驱动芯片U1的Vcc供电，同时，电容C1通过充放电向Vcc供电，电阻R1通过从Vbus母线取电向Vcc供电。本申请发明人发现：该方式中的变压器结构复杂、变压器体积也大，占用电路基板(简称：P板)空间大。
其二如图2所示，从交流侧的Vbus(即母线)直接串接大功率电阻R2，从而为驱动芯片供电，同时，电容C2通过充放电向驱动芯片U2的Vcc供电。本申请发明人发现：该方式中需采用大功率电阻，所以电阻的体积较大，额定功率高的电阻不仅增加了回路体积，还会增加电路损耗。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种高频驱动电路，使得在保证正常驱动供电效果的同时，减小部品体积，利于实现电路的小型化。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种高频驱动电路，包括：驱动芯片、电感、第一电阻、第一电容、第二电容、第一二极管和开关器件；所述第一电阻的一端连接母线电压的高压端，另一端分别连接所述第一二极管的负极和所述驱动芯片的电源端，所述驱动芯片的电源端和接地端之间连接所述第一电容，所述第一二极管的正极分别连接所述驱动芯片的接地端和所述母线电压的低压端，所述电感的一端连接所述母线电压的高压端，另一端连接所述开关器件的高压端；所述第二电容的一端连接所述第一二极管的负极，另一端连接所述开关器件的高压端，所述开关器件的低压端通过检测单元连接所述驱动芯片的接地端，所述驱动芯片的接地端连接所述母线电压的低压端；所述电感的两端作为所述高频驱动电路的输出端，用于连接负载，所述检测单元用于检测所述高频驱动电路的电流和/或电压。
本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：新增第二电容，第二电容连接在开关器件的高压端和驱动芯片的电源端之间，利用开关器件、第二电容、第一二极管和电感形成充放电回路，为驱动芯片的电源端供电，从而使得第一电阻可以采用较大阻值的电阻，根据Ploss＝U2/R可知，第一电阻的损耗减小，即发热减少，这样就可以在保证驱动芯片的供电电压的同时，减小第一电阻的体积。其中，第一二极管反向使用则提供第二电容的放电路径。另外，电感在给负载放电时，一部分与母线电压(即Vbus)叠加后分流给第二电容进行充电。可见，本发明实施方式在保证正常驱动供电效果的同时，减小部品体积，利于实现电路的小型化。
作为进一步改进，还可以包括：第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的负极，所述第二二极管的负极连接所述驱动芯片的电源端。利用第二二极管防止第一电容的充电电荷被释放到外部，保证第一电容向驱动芯片的电源端正常放电。
作为进一步改进，所述第一二极管可以为稳压二极管。利用稳压二极管作为第一二极管，进一步保证提供的Vcc电压箝位准确。
作为进一步改进，所述开关器件可以为可控半导体开关器件。
作为进一步改进，所述可控半导体开关器件可以为金属—氧化物—半导体场效应管(即MOS管)，所述开关器件的高压端为所述MOS管的漏极，所述开关器件的低压端为所述MOS管的源极；或者，所述可控半导体开关器件为三极管，所述开关器件的高压端为所述三极管的集电极，所述开关器件的低压端为所述三极管的发射极；或者，所述可控半导体开关器件为可控晶闸管，所述开关器件的高压端为所述可控晶闸管的阳极，所述开关器件的低压端为所述可控晶闸管的阴极。
作为进一步改进，所述开关器件可以内置于所述驱动芯片。本实施方式中利用内置于驱动芯片的开关器件，进一步减小部品体积。
作为进一步改进，所述检测单元为电阻。利用电阻将电流转换为电压，通过检测电压，来实现电感的峰值电流检测。
作为进一步改进，所述第一电阻可以为贴片电阻。采用贴片电阻可以减小第一电阻的体积，从而进一步减小部品体积，利于电路的小型化。
作为进一步改进，还可以包括：滤波器，所述滤波器的两端分别连接所述母线电压的高压端和低压端。利用滤波器可以滤除整个电源的传导干扰，包括内部干扰和外部干扰。
作为进一步改进，还可以包括：第三二极管，所述第三二极管的正极连接所述开关器件的高压端，所述第三二极管的负极和所述母线电压的高压端之间用于连接负载单元。利用第三二极管实现电感对负载的放电回路。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明背景技术中的一种现有高频驱动电路的示意图；
图2是根据本发明背景技术中的另一种现有高频驱动电路的示意图；
图3是根据本发明第一实施方式中的高频驱动电路的示意图；
图4是根据本发明第一实施方式中的高频驱动电路中驱动芯片的启动时序图；
图5是根据本发明第一实施方式中的另一高频驱动电路的示意图；
图6是根据本发明第一实施方式中的另一高频驱动电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
第一实施方式
本发明的第一实施方式涉及一种高频驱动电路。该驱动电路可以是LED灯的驱动电路，也可以是为电池充电的驱动电路，应用场景十分广泛，本实施方式中以作为LED领域中的TRIAC调光电路的驱动电路为例，进行具体说明，其电路结构如图3所示，具体包括：驱动芯片U3、电感T3、第一电阻R3、第一电容C3、第二电容C4、第一二极管D2和开关器件。
其中，所述第一电阻R3的一端连接母线(Vbus)电压的高压端，另一端分别连接所述第一二极管D2的负极和所述驱动芯片U3的电源端，所述驱动芯片U3的电源端和接地端之间连接所述第一电容C3，所述第一二极管D2的正极分别连接所述驱动芯片U3的接地端和所述母线电压的低压端，所述电感T3的一端连接所述母线电压的高压端，另一端连接所述开关器件的高压端，(本实施方式中可以是可控半导体开关器件，如MOS管，本实施方式中的高压端指的是MOS管的漏极(即Drain))；所述第二电容C4的一端连接所述第一二极管D2的负极，另一端连接所述开关器件的高压端，所述开关器件的低压端(本实施方式中的低压端可以指MOS管的源极)连接所述驱动芯片U3的接地端，所述驱动芯片U3的接地端连接所述母线电压的低压端；所述电感T3的两端作为所述高频驱动电路的输出端，用于连接负载。
本实施方式可以进一步优化，如图5所示，高频驱动电路还包括：第二二极管D3，所述第二二极管D3的正极连接所述第一二极管D2的负极，所述第二二极管D3的负极连接所述驱动芯片U3的电源端。
上述驱动电路中，以增加的第二电容C4为核心，组成充放电路径，为驱动芯片U3的电源端提供电能，同时，第一电阻R3从Vbus母线取电，两者电能叠加，满足驱动芯片U3在启动后所需的电流。具体的说，当驱动芯片U3的内部开关置为“OFF”时，第二电容C4进行充电，其充电路径为：Vbus母线高压端电压，与电感T3电压VL叠加后得到VA(即A点电压，也即第二电容C4下端)，至第二电容C4上端，至第二二极管D3，至第一电容C3至接地端，回到Vbus母线低压端。当驱动芯片U3的内部开关置为“ON”时，第二电容C4进行放电，其放电路径为：第二电容C4上端至第二电容C4下端，至开关器件，至接地端，至第一二极管D2，回到第二电容C4上端。其中值得一提的是，第二二极管D3并非充电路径中的必要元器件，增设D3不仅可以作为充电路径的一部分，还可以防止第一电容C3将充电电荷释放到外部，保证第一电容C3向驱动芯片U3的电源端正常放电。
需要说明的是，本实施方式中的高频驱动电路，由于无需变压器的辅助线圈供电，减少一组线圈从而减小变压器体积，使得变压器结构简单，从而使得变压器的体积变小，以致减小整体部品体积。
值得一提的是，本实施方式中的开关器件内置于驱动芯片U3。
需要说明的是，本实施方式中还包括：第三电容C5，所述第三电容C5的一端连接所述母线电压的高压端，另一端连接所述驱动芯片U3的接地端。第三电容C5作为滤除Vbus母线电压的高频滤波电容。另一方面，高频驱动电路还包括：第三二极管D4，所述第三二极管D4的正极连接所述开关器件的高压端，所述第三二极管D4的负极和所述母线电压的高压端之间用于连接负载单元。第三二极管D4与电感T3组合，保证电感T3中储存的磁能转化为电能，并准确地将电能释放给负载侧。
继续说明的是，本实施方式中的高频驱动电路还可以进一步优化，如图6所示，还包括：检测单元为电阻，标记该电阻为第二电阻R4，所述第二电阻R4连接在所述开关器件的低压端和所述驱动芯片U3的接地端之间。第二电阻R4作为检测电阻用于电感的峰值电流检测。值得一提的是，实际应用中还可以采用除电阻以外的其他检测元器件，如电流比较器或线圈等，在此不再一一列举。
另外，本实施方式中高频驱动电路还可以包括滤波器，所述滤波器的两端分别连接所述母线电压的高压端和低压端。具体的说，滤波器可以是LC滤波器，可以滤除整个电源的传导干扰，其中包括内部传导干扰和外部传导干扰。
可知，本实施方式中高频驱动电路的启动时序图如图4所示，具体如下：阶段①充电阶段(VCC charging)，上电初期，驱动芯片U3的Vcc端子仅仅需要很小的电流，即Vcc(第一电容C3)的充电阶段，此时电源转换器还没有开始工作，输出Vout也没有建立；阶段②电源转换器启动(Strating converter)，如果想要建立Vout(即电源转换器开始转换，输出负载建立)，则Vcc端口需要较大的供电电流，如果此时电路不能持续提供较大的电流，则图4中的B点，电压会下降(虚线表示)，直到跌至欠压阈值Vth(即“UVLO”)时，驱动IC停止开关动作，输出Vout无法建立，之后驱动IC将重新启动，Vcc电压会在Vccstartup和Vth两者间来回摆动；如果电路可以提供较大的持续电流，则B点会向上增长(实线表示)，达到启动电压Vcc(startup，即“启动电压”)以上，到达阶段③工作阶段(Normal operation)，输出Vout即建立。
本实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：新增第二电容C4，第二电容C4连接在开关器件的高压端和驱动芯片U3的电源端之间，利用开关器件、第二电容C4、第一二极管D2和电感T3形成充放电回路，为驱动芯片U3的电源端供电，从而使得第一电阻R3可以采用较大阻值的电阻，根据Ploss＝U2/R可知，第一电阻R3的损耗减小，即发热减少，这样就可以在保证驱动芯片U3的供电电压的同时，减小第一电阻R3的体积。其中，第一二极管D2采用稳压二极管时，正向可以提供驱动芯片U3电源端(即Vcc)的电压箝位，反向使用则提供第二电容C4的放电路径。另外，电感T3在给负载放电时，一部分与母线电压(即Vbus)叠加后分流给第二电路进行充电。可见，本实施方式在保证正常驱动供电效果的同时，减小部品体积，利于实现电路的小型化。另外，增设第二二极管D3不仅可以作为充电路径的一部分，还可以防止第一电容C3将充电电荷释放到外部，保证第一电容C3向驱动芯片U3的电源端正常放电。
第二实施方式
本发明的第二实施方式涉及一种高频驱动电路。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，可控半导体开关器件为金属—氧化物—半导体场效应管(即“MOS管”)，而在本发明第二实施方式中，可控半导体开关器件为三极管。
具体的说，本实施方式中电感一端连接母线电压的高压端，另一端连接的是三极管的集电极，三极管的发射极连接所述驱动芯片的接地端，驱动芯片的接地端连接母线电压的低压端。
可见，本实施方式中利用三极管同样可以完善C4的放电路径，使C4顺利充放电。
另外，除了第一实施方式中利用MOS场效应管实现，和本实施方式中利用三极管实现，实际应用中还可以利用可控晶闸管实现，具体的说，开关器件的高压端为所述可控晶闸管的阳极，开关器件的低压端为所述可控晶闸管的阴极。当然，还可以利用其他器件实现，在此不再一一列举。
第三实施方式
本发明的第三实施方式涉及一种高频驱动电路。本实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：本实施方式中的电阻为贴片电阻。采用极小体积的贴片电阻可以进一步减小电阻的体积，使得减小了部品的体积，更容易实现电路的小型化。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (11)
1.一种高频驱动电路，其特征在于，包括：驱动芯片、电感、第一电阻、第一电容、第二电容、第一二极管和开关器件；
所述第一电阻的一端连接母线电压的高压端，另一端分别连接所述第一二极管的负极和所述驱动芯片的电源端，所述驱动芯片的电源端和接地端之间连接所述第一电容，所述第一二极管的正极分别连接所述驱动芯片的接地端和所述母线电压的低压端，所述电感的一端连接所述母线电压的高压端，另一端连接所述开关器件的高压端；
所述第二电容的一端连接所述第一二极管的负极，另一端连接所述开关器件的高压端，所述开关器件的低压端通过检测单元连接所述驱动芯片的接地端，所述驱动芯片的接地端连接所述母线电压的低压端；
所述电感的两端作为所述高频驱动电路的输出端，用于连接负载，所述检测单元用于检测所述高频驱动电路的电流和/或电压。
2.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，还包括：第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的负极，所述第二二极管的负极连接所述驱动芯片的电源端。
3.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，所述第一二极管为稳压二极管。
4.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，所述开关器件为可控半导体开关器件。
5.根据权利要求4所述的高频驱动电路，其特征在于，所述可控半导体开关器件为场效应管，所述开关器件的高压端为所述场效应管的漏极，所述开关器件的低压端为所述场效应管的源极；或者，
所述可控半导体开关器件为三极管，所述开关器件的高压端为所述三极管的集电极，所述开关器件的低压端为所述三极管的发射极；或者，
所述可控半导体开关器件为可控晶闸管，所述开关器件的高压端为所述可控晶闸管的阳极，所述开关器件的低压端为所述可控晶闸管的阴极。
6.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，所述开关器件内置于所述驱动芯片。
7.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，所述检测单元为电阻。
8.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，所述第一电阻为贴片电阻。
9.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，还包括：滤波器，所述滤波器的两端分别连接所述母线电压的高压端和低压端。
10.根据权利要求1所述的高频驱动电路，其特征在于，还包括：第三二极管，所述第三二极管的正极连接所述开关器件的高压端，所述第三二极管的负极和所述母线电压的高压端之间用于连接负载单元。
11.一种照明装置，其特征在于，使用权利要求1-10任一项所述的驱动电路为该照明装置提供供电驱动。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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