CN113068288B - 一种低功耗led调光电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低功耗LED调光电路，通过在变压器初级输出端设置MOS管，将MOS管的源极分别与恒压控制芯片的供电引脚和三极管的发射极连接，栅极与第二稳压管连接，将三极管的基极与第一稳压管连接，并通过第一电阻使三极管工作在放大区，使得MOS管栅极电压无法达到开启条件，直接通过变压器次级线圈输出至三极管发射极的耦合电压为芯片供电，从而利用MOS管的导通特性及初级变压器耦合电压供电的方式配合为恒压控制芯片供电，实现恒压控制芯片正常工作的同时减少驱动电路的待机功耗，相对于通过在次级变压耦合一个电压反馈至初级的供电方式，减少了驱动电路使用的元器件个数，在实现低功耗的同时大大降低了驱动线路的复杂性和开发难度。

Description

一种低功耗LED调光电路
技术领域
本发明涉及LED电路领域，特别是涉及一种低功耗LED调光电路。
背景技术
随着人们意识的提升，人们在节能环保方面的理念和认知不断地加强并逐步融入到日常生产中。特别是照明行业，目前大多数的LED产品具有有线调光和无线智能调光的功能。当调光灯具上电后，即使LED灯熄灭，LED灯具驱动电路也会处于待机状态，等待调光指令。当再次接收到亮灯指令后，LED灯具驱动电路就进入工作状态进行亮灯。
然而，在日常生活使用的过程中，LED调光灯具产品大部分时间都工作在待机状态。如果LED灯具的待机功耗较大，那么就会产生大量不必要的能耗。而现有的两级LED驱动电路，对于初级升压部分采用的大部分是在次级变压耦合一个电压反馈至初级，用于升压部分供电，从而降低驱动电路待机功耗。而采用这种实现方式虽然使得LED灯具的待机功耗降低，但却导致驱动电路使用的元器件增加，加大了驱动电路线路的复杂性，使得电路开发难度提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种低功耗LED调光电路，在实现低功耗的同时降低LED驱动电路开发难度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种低功耗LED调光电路，包括恒压控制芯片、变压器、第一MOS管、第一稳压管、第二稳压管和第一三极管；
所述恒压控制芯片的供电引脚分别与所述第一MOS管的源极和第一三极管的发射极连接；
所述第一MOS管的栅极与所述第二稳压管的负极连接，漏极与所述变压器的初级输出端连接；
所述第二稳压管的正极接地；
所述第一三极管的集电极与所变压器的输出端连接，基极与所述第一稳压管的负极连接；
所述第一稳压管的正极接地；
所述第一电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接。
本发明的有益效果在于：通过在变压器初级输出端设置MOS管，将MOS管的源极分别与恒压控制芯片的供电引脚和三极管的发射极连接，栅极与第二稳压管连接，将三极管的基极与第一稳压管连接，并通过第一电阻使三极管工作在放大区，使得MOS管栅极电压无法达到开启条件，直接通过变压器次级线圈输出至三极管发射极的耦合电压为芯片供电，从而利用MOS管的导通特性及初级变压器耦合电压供电的方式配合为恒压控制芯片供电，实现恒压控制芯片正常工作的同时减少驱动电路的待机功耗，相对于通过在次级变压耦合一个电压反馈至初级的供电方式，减少了驱动电路使用的元器件个数，在实现低功耗的同时大大降低了驱动线路的复杂性和开发难度。
附图说明
图1为本发明实施例的一种低功耗LED调光电路的示意性电路图；
图2为本发明实施例的一种低功耗LED调光电路的另一示意性电路图；
标号说明：
T1A、变压器；Q4、第一MOS管；Z1、第一稳压管；Z3、第二稳压管；R20A、第一电阻；Q2、第一三极管；Q1、第二MOS管；D6、第一二极管；D9、第二二极管；R12、第二电阻；C5、第一电容；R20、第三电阻；C7、第二电容；R25、第四电阻；R26、第五电阻；R27、第六电阻；R32、第七电阻；R33、第八电阻；R34、第九电阻；R5、第十电阻；R14、第十一电阻；R22、第十二电阻；R37、第十三电阻；CE3、电解电容；R46、第十四电阻；EC3、第三电容；R44、第十五电阻；C25、第四电容；R60第十六电阻。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本发明实施例提供了一种低功耗LED调光电路，包括恒压控制芯片、变压器、第一MOS管、第一稳压管、第二稳压管、第一电阻和第一三极管；
所述恒压控制芯片的供电引脚分别与所述第一MOS管的源极和第一三极管的发射极连接；
所述第一MOS管的栅极与所述第二稳压管的负极连接，漏极与所述变压器的初级输出端连接；
所述第二稳压管的正极接地；
所述第一三极管的集电极与所变压器的输出端连接，基极与所述第一稳压管的负极连接；
所述第一稳压管的正极接地；
所述第一电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过在变压器初级输出端设置MOS管，将MOS管的源极分别与恒压控制芯片的供电引脚和三极管的发射极连接，栅极与第二稳压管连接，将三极管的基极与第一稳压管连接，并通过第一电阻使三极管工作在放大区，使得MOS管栅极电压无法达到开启条件，直接通过变压器次级线圈输出至三极管发射极的耦合电压为芯片供电，从而利用MOS管的导通特性及初级变压器耦合电压供电的方式配合为恒压控制芯片供电，实现恒压控制芯片正常工作的同时减少驱动电路的待机功耗，相对于通过在次级变压耦合一个电压反馈至初级的供电方式，减少了驱动电路使用的元器件个数，在实现低功耗的同时大大降低了驱动线路的复杂性和开发难度。
本发明上述一种低功耗LED调光电路的工作原理如下：
LED灯具上电后，第一MOS管导通为恒压控制芯片供电，恒压控制芯片开始工作后使得变压器开始震荡，通过变压器初级线圈和次级线圈的匝数比产生对应的次级耦合电压，在第一稳压管和次级耦合电压的作用下，第一电阻产生的电流使第一三极管工作在放大区，第一三极管发射极输出导通压降至第一MOS管的源极，而由于第一MOS的栅极电压被第二稳压管钳位，此时第一MOS管源极的电压大于栅极的电压，因此第一MOS管不具备导通条件，通过耦合电压为恒压控制芯片供电，从而避免了待机时通过第一MOS管为恒压控制芯片供电而产生较大的待机功耗。
进一步地，还包括第一二极管、第二二极管、第二电阻和第一电容；
所述变压器的次级线圈的一端分别与所述第一二极管的正极和第一稳压管的正极连接；
所述变压器的次级线圈的另一端与所述第一电容的一端连接；
所述第一电容的另一端与所述第二电阻的一端连接；
所述第二电阻的另一端分别与所述第一二极管的负极和第二二极管的正极连接；
所述第二二极管的负极与所述第一三极管的集电极连接。
由上述描述可知，通过第二电阻和第一电容形成输入阻容电路，通交流阻直流，使得变压器的次级线圈产生的交流电压能够通过该阻容电路，并且通过第一二极管和第二二极管形成全桥整流对变压器的次级线圈产生的交流电压进行整流，从而能够输出稳定的直流耦合电压，提高电路稳定性。
进一步地，还包括第三电阻和第二电容；
所述第三电阻的一端与所述第二二极管的负极连接，另一端分别与所述第一三极管的集电极和第二电容的一端连接；
所述第二电容的另一端与所述第一稳压管的正极连接。
由上述描述可知，通过第三电阻和第二电容形成滤波网络，对从全桥整流流出的直流电进行滤波，将交流信号滤除，从而使得第一三极管接收到的耦合电压更加稳定，对第一MOS管的控制更加稳定。
进一步地，还包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；
所述第四电阻、第五电阻和第六电阻依次串联；
所述第四电阻远离第五电阻的一端与所述变压器初级输出端连接；
所述第六电阻远离第五电阻的一端与所述第一MOS管的漏极连接。
由上述描述可知，通过第四电阻、第五电阻和第六电阻依次串联对输入漏极的电压进行分压，避免第一MOS管的漏极电压过高，导致第一MOS管损坏，使电路工作更加稳定。
进一步地，还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；
所述第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联；
所述第七电阻远离第八电阻的一端与所述变压器初级输出端连接；
所述第九电阻远离第八电阻的一端与所述第一MOS管的栅极连接。
由上述描述可知，通过将第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联，两端分别与变压器初级输出端和第一MOS管的栅极连接，从而对变压器初级输出端输出的电压进行分压，并限制了流入栅极的电流，使得第二稳压管能够将第一MOS管的栅极电压进行钳位，确保了当处于待机状态时，第一MOS管无法导通，避免了较大的待机功耗。
进一步地，还包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻；
所述第十电阻、第十一电阻和第十二电阻依次串联；
所述第十电阻远离第十一电阻的一端与所述变压器初级输出端连接；
所述恒压控制芯片的输出电压采样引脚分别与所述第十二电阻远离第十一电阻的一端和第十三电阻的一端连接；
所述第十三电阻的另一端接地。
由上述描述可知，通过第十电阻、第十一电阻和第十二电阻依次串联构成上采样电阻，第十五电阻构成下采样电阻，使得恒压控制芯片能够输出稳定的电压，且第十电阻、第十一电阻和第十二电阻依次串联对变压器初级输出的电压进行分压，将上采样电阻的总功率分到三个电阻上，从而避免单个采样电阻需要消耗全部的电功率而导致器件选型困难的问题。
进一步地，还包括调光芯片、第十四电阻和第三电容；
所述调光芯片的供电引脚分别与所述第十四电阻的一端和第三电容的一端连接；
所第十四电阻的另一端与所述第一三极管的集电极连接；
所述第三电容的另一端接地。
由上述描述可知，通过第十四电阻的另一端与第一三极管的集电极连接，使得变压器次级线圈产生的耦合电压通过第十四电阻输入调光芯片，为调光芯片供电，避免了通过变压器初级线圈产生的耦合电压进行供电，而导致调光电路功耗上升的问题。
进一步地，还包括第十五电阻、第四电容和第十六电阻；
所述调光芯片的PWM信号输入引脚分别与所述第十五电阻的一端、第十六电阻的一端和第四电容的一端连接；
所述第十五电阻的另一端用于接入PWM信号；
所述第十六电阻的另一端与所述第四电容的另一端连接；
所述第十六电阻的另一端接地。
由上述描述可知，通过第十五电阻对接入的PWM信号电压进行限制，并通过第四电容和第十六电容组成滤波网络对接入的PWM信号进行滤波，从而使调光芯片能够接收到稳定的PWM控制信号，使调光曲线更加平稳。
实施例一
请参照图1，一种低功耗LED调光电路，包括恒压控制芯片、变压器T1A、第一MOS管Q4、第一稳压管Z1、第二稳压管Z3、第一电阻R20A和第一三极管Q2；所述恒压控制芯片具体型号为BP2628，所述第一稳压管Z1为15V稳压管，所述第二稳压管Z3为12V稳压管；
所述恒压控制芯片的供电引脚(VCC)分别与所述第一MOS管Q4的源极和第一三极管Q2的发射极连接；所述恒压控制芯片的驱动信号输出引脚(GATE)与第二MOS管Q1的栅极连接；所述第二MOS管Q1的漏极与所述变压器T1A初级输出端连接，源极与所述恒压控制芯片的电流采样引脚(CS)连接；
所述第一MOS管Q4的栅极与所述第二稳压管Z3的负极连接，漏极与所述变压器T1A的初级输出端连接；所述第二稳压管Z3的正极接地；所述变压器T1A的初级输入端与电源输入端连接；
具体的，外部市电电压通过整流桥堆和RLC滤波电路后，输出直流电至所述变压器T1A的初级输入端为HV+；
所述第一三极管Q2的集电极与所变压器T1A的输出端连接，基极与所述第一稳压管Z1的负极连接；所述第一稳压管Z1的正极接地；所述第一电阻R20A的一端与所述第一三极管Q2的基极连接，另一端与所述第一三极管Q2的集电极连接；
还包括第一二极管D6、第二二极管D9、第二电阻R12和第一电容C5；所述第一二极管D6、第二二极管D9、第二电阻R12和第一电容C5构成所述变压器T1A次级线圈输出端的整流电路；
具体的，所述变压器T1A的次级线圈的一端分别与所述第一二极管D6的正极和第一稳压管Z1的正极连接；所述变压器T1A的次级线圈的另一端与所述第一电容C5的一端连接；所述第一电容C5的另一端与所述第二电阻R12的一端连接；所述第二电阻R12的另一端分别与所述第一二极管D6的负极和第二二极管D9的正极连接；所述第二二极管D9的负极与所述第一三极管Q2的集电极连接；其中，所述变压器T1A初级线圈和次级线圈之间的匝数比为90:8；
其整流原理如下：
所述第一电容C5和第二电阻R12形成阻容电路，使得输出中的交流成分能够通过而直流成分不能通过，由于电感次级线圈产生的耦合电压主要为交流成分，因此能够通过阻容电路；所述第一二极管D6和第二二极管D9形成全桥整流电路，输出正电压至所述第一三极管Q2的集电极；
还包括第三电阻R20和第二电容C7；所述第三电阻R20和第二电容C7构成所述变压器T1A次级线圈输出端的滤波电路；具体的，所述第三电阻R20的一端与所述第二二极管D9的负极连接，另一端分别与所述第一三极管Q2的集电极和第二电容C7的一端连接；所述第二电容C7的另一端与所述第一稳压管Z1的正极连接；
还包括第四电阻R25、第五电阻R26、第六电阻R27、第七电阻R32、第八电阻R33、第九电阻R34、第十电阻R5、第十一电阻R14、第十二电阻R22和第十三电阻R37；
所述第四电阻R25、第五电阻R26和第六电阻R27依次串联构成分压电路与所述第一MOS管Q4的源极分压；所述第四电阻R25远离第五电阻R26的一端与所述变压器T1A初级输出端连接；所述第六电阻R27远离第五电阻R26的一端与所述第一MOS管Q4的漏极连接；
所述第七电阻R32、第八电阻R33和第九电阻R34依次串联构成分压电路与所述第一MOS管Q4的栅极分压；所述第七电阻R32远离第八电阻R33的一端与所述变压器T1A初级输出端连接；所述第九电阻R34远离第八电阻R33的一端与所述第一MOS管Q4的栅极连接；
所述第十电阻R5、第十一电阻R14和第十二电阻R22依次串联构成上采样电阻，所述第三十电阻为下采样电阻；所述第十电阻R5远离第十一电阻R14的一端与所述变压器T1A初级输出端连接；所述恒压控制芯片的输出电压采样引脚分别与所述第十二电阻R22远离第十一电阻R14的一端和第十三电阻R37的一端连接；所述第十三电阻R37的另一端接地；
电路具体实现原理如下：
电路上电后，电阻R25、R26和R27为Q4分压，此时Q4导通，恒压控制芯片开始工作控制Q1的开关；当Q1开启时，由HV+输入的高压持续给T1A输入电流，而随着电流增加，电感储能也增加；当MOS管关断时，T1A电感储备的电量给到电解电容CE3充放电，加上原本HV+的电压，此时电解电容CE3获得比输入HV+更高的电压值；通过设置上采样电阻R5、R14和R22，下采样电阻R37使得电解电容CE3两端输出稳定的420V电压；由于变压器T1A的匝数比为90：8，因此次级线圈产生的耦合电压为37V，输出至Q2的集电极；而Q2的基极电压被Z1钳位至15V，并通过R20A使Q2工作在放大区，此时Q2发射极输出电压为15V-0.7＝14.3V输出至Q4的漏极；而Q4的栅极电压被Z2钳位至12V，使得Q4的Vgs<Vs，此时Q4不具备导通条件，电阻R25、R26和R37断开；从而使得电路功率降低，降低的损耗为：P＝U*U/R＝420*420/(100K+100K+100K)＝0.588W；
而未改进前，由于Q4导通，电路就会增加0.588W的损耗；且如果为了减少电阻上的损耗而增大R25、R26和R37的阻值，会导致电路在市电低压100V的情况下启动时间增加，大于1秒以上，使用户的体验降低。
实施例二
请参照图2，本实施例与实施例一的不同在于，还包括调光芯片、第十四电阻R46和第三电容EC3；所述调光芯片的型号为MT7860，所述EC3为电解电容，一端为正极，另一端为负极；
所述调光芯片的供电引脚(VCC)分别与所述第十四电阻R46的一端和第三电容EC3的一端连接；所第十四电阻R46的另一端与所述第一三极管Q2的集电极连接；所述第三电容EC3的另一端接地；
还包括第十五电阻R44、第四电容C25和第十六电阻R60；
所述调光芯片的PWM信号输入引脚分别与所述第十五电阻R44的一端、第十六电阻R60的一端和第四电容C25的一端连接；所述第十五电阻R44的另一端用于接入PWM信号；所述第十六电阻R60的另一端与所述第四电容C25的另一端连接；所述第十六电阻R60的另一端接地；
调光芯片的低功率原理如下：
由于通过变压器T1A次级线圈产生的37V电压进行供电，因此只需要一个电阻值为100K的R44对输入的电压进行分压，当处于待机状态时，R44产生的损耗为P＝U*U/R＝37*37/100K＝0.014W；而未改进时，采用初级线圈的输出端进行供电，供电电压为420V，因此，需要电阻值为1MΩ的电阻进行分压，从而当处于待机状态时，电阻上产生的损耗为P＝U*U/R＝420*420/1M＝0.17W，显然改进后的电路待机功耗明显下降0.1W。
综上所述，本发明提供的一种低功耗LED调光电路，将MOS管的源极分别与恒压控制芯片的供电引脚和三极管的发射极连接，栅极与第二稳压管连接，将三极管的基极与第一稳压管连接，并通过第一电阻使三极管工作在放大区，使得MOS管栅极电压无法达到开启条件，变压器次级线圈的输出端分别与三级管的集电极和调光芯片的供电输入引脚连接，从而利用MOS管的导通特性及初级变压器耦合电压供电的方式配合为恒压控制芯片供电，而变压器次级线圈输出至三极管集电极的耦合电压为调光芯片供电，从而使得当电路处于待机状态时，恒压控制芯片外围电路的待机功耗降低的同时，调光芯片外围电路的待机功耗也降低，相对于通过在次级变压耦合一个电压反馈至初级的供电方式，减少了驱动电路使用的元器件个数，在实现低功耗的同时大大降低了驱动线路的复杂性和开发难度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种低功耗LED调光电路，其特征在于，包括恒压控制芯片、变压器、第一MOS管、第一稳压管、第二稳压管、第一电阻和第一三极管；
所述恒压控制芯片的供电引脚分别与所述第一MOS管的源极和第一三极管的发射极连接；
所述第一MOS管的栅极与所述第二稳压管的负极连接，漏极与所述变压器的初级输出端连接；
所述第二稳压管的正极接地；
所述第一三极管的集电极与所述变压器的次级输出端连接，基极与所述第一稳压管的负极连接；
所述第一稳压管的正极接地；
所述第一电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，另一端与所述第一三极管的集电极连接。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括第一二极管、第二二极管、第二电阻和第一电容；
所述变压器的次级线圈的一端分别与所述第一二极管的正极和第一稳压管的正极连接；
所述变压器的次级线圈的另一端与所述第一电容的一端连接；
所述第一电容的另一端与所述第二电阻的一端连接；
所述第二电阻的另一端分别与所述第一二极管的负极和第二二极管的正极连接；
所述第二二极管的负极与所述第一三极管的集电极连接。
3.根据权利要求2所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括第三电阻和第二电容；
所述第三电阻的一端与所述第二二极管的负极连接，另一端分别与所述第一三极管的集电极和第二电容的一端连接；
所述第二电容的另一端与所述第一稳压管的正极连接。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；
所述第四电阻、第五电阻和第六电阻依次串联；
所述第四电阻远离第五电阻的一端与所述变压器初级输出端连接；
所述第六电阻远离第五电阻的一端与所述第一MOS管的漏极连接。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；
所述第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联；
所述第七电阻远离第八电阻的一端与所述变压器初级输出端连接；
所述第九电阻远离第八电阻的一端与所述第一MOS管的栅极连接。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻；
所述第十电阻、第十一电阻和第十二电阻依次串联；
所述第十电阻远离第十一电阻的一端与所述变压器初级输出端连接；
所述恒压控制芯片的输出电压采样引脚分别与所述第十二电阻远离第十一电阻的一端和第十三电阻的一端连接；
所述第十三电阻的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括调光芯片、第十四电阻和第三电容；
所述调光芯片的供电引脚分别与所述第十四电阻的一端和第三电容的一端连接；
所第十四电阻的另一端与所述第一三极管的集电极连接；
所述第三电容的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的一种低功耗LED调光电路，其特征在于，还包括第十五电阻、第四电容和第十六电阻；
所述调光芯片的PWM信号输入引脚分别与所述第十五电阻的一端、第十六电阻的一端和第四电容的一端连接；
所述第十五电阻的另一端用于接入PWM信号；
所述第十六电阻的另一端与所述第四电容的另一端连接；
所述第十六电阻的另一端接地。
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