CN114678830A - 一种低功耗调光电路及其供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗调光电路及其供电方法，其包括启动电路、供电电路、电源控制芯片、调光输入光耦、第二NMOS管;本发明采用主动式触发芯片过压、欠压保护功能，来降低输出电路中MOS管的损耗、以及芯片的损耗。启动电路加入MOS管，防止芯片启动之后直接从母线电压取电而导致分压电阻上的损耗。

Description

一种低功耗调光电路及其供电方法
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体是一种低功耗调光电路及其供电方法。
背景技术
21世纪，随着智能照明设备的数量日益剧增，越来越多的厂商加入到智能LED驱动电源的研发行业中，目前大多数的智能LED驱动具有有线(例如0-10V、DALI等)调光方式和无线智能调光方式(例如wifi、zigbeed等)的功能。主要为当调光信号将LED关闭之后，LED驱动会进入轻载工作状态或者进入待机状态，并等待PWM调光信号来再次调节开关管的占空比，来调节输出功率。
而电源在轻载或者待机状态下，LED驱动损耗主要有三个方面，第一是变压器的损耗，第二是开关管的损耗、第三是芯片自身电路的损耗，这也是市面上现有的智能LED驱动普遍存在的现象。这是由于目前的LED驱动电源启动大多是通过几个阻值比较大的电阻连接在直流母线电压后与控制模块的电源端连接的方式来为芯片供电，但是当直流母线电压为全电压输入时，LED驱动电源的启动速度会受到影响；而要是处于同一输入电压下，因此可以通过降低与直流母线电压连接的电阻阻值的方式来提高启动速度，而当电阻的阻值减小时电阻上的功耗将增大，如此一来则会对待机功耗产生影响。
因此如何降低芯片启动电阻上的功耗，以及当智能调光PWM调到最低时，次级端反馈过来的占空比为最低，芯片输出功率为最低，但是并没有关断输出，还是有空载电压，因此次级还存在续流二极管的损耗，初级开关管的损耗，变压器的损耗，会引起巨大不必要的损耗。为解决待机功耗，本领域技术人员想到了通过调价一个次级变压器来耦合一个电压反馈到初级给芯片供电，来降低母线驱动电路的待机功耗，而采用该方式却加大了驱动电路线路的复杂性，并且改次级变压也会引出电磁兼容、损耗等问题，使得电路开发难度提高。
综上，设计一种低功耗调光电路及其供电方法，控制驱动电源在低负载或者空载时产生的损耗，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗调光电路及其供电方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低功耗调光电路，包括启动电路、供电电路、电源控制芯片、调光输入光耦、第二NMOS管，所述的启动电路和供电电路，所述启动电路和供电电路，分别接到电源控制芯片的供电引脚以及调光输入光耦的正极，所述的调光输入光耦的正极接到电源控制芯片的PWM引脚，所述的第二NMOS的漏极与所述的供电电路的输入端连接，所述第二NMOS的栅极与所述电源控制芯片的GATE引脚连接，所述第二NMOS的源级与所述电源控制芯片U1的CS采样引脚连接。
作为本发明的进一步技术方案：所述启动电路包括第一电阻R1、第一二极管D1、第三电阻R3、第四电阻R4、第二稳压管Z2和第一NMOS管Q1。
作为本发明的进一步技术方案：所述供电电路包括第二二极管D2、第一滤波电感L1、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第二储能电感L2和线性稳压器。
作为本发明的进一步技术方案：所述线性稳压器包括第二电阻R2，第二三极管Q3、第三三极管Q4、第一稳压管Z1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第五三极管Q5。
作为本发明的进一步技术方案：所述第五三极管Q5的基极连接至所述电源控制芯片U1的PWM引脚。
作为本发明的进一步技术方案：所述电源控制芯片U1的FB引脚连接的电路包括第六电阻R6、第七电阻R7以及第四三极管Q4。
作为本发明的进一步技术方案：所述第四三极管Q4的基极连接至所述电源控制芯片U1的PWM引脚。
一种带有辅助光耦电路的供电方法，其特征在于，采用上述的电路，包括过压保护进入低功耗供电方法和欠压保护进入低功耗供电方法，过压保护进入低功耗供电方法具体是：在电源控制芯片U1的FB引脚上并联第四三极管Q4和第六电阻R6、第七电阻R7组成的分阻电路，所述三极管接收到与电源控制芯片同步的PWM信号，当电源控制芯片接收到的PWM信号在从满载变化到轻载时，该FB脚检测的电压不断下降，而PWM信号在100%占空比时，该FB脚的电压触发芯片的过压保护的阀值，芯片关断输出，并等待调光信号的再次变化来实现过压保护复位。
作为本发明的进一步技术方案：欠压保护进入低功耗供电方法具体是：供电电路与电源控制芯片U1输出采用同步PWM信号，在电源控制芯片接收到的PWM信号在从满载变化到轻载时，供电电路也同步接收到该PWM信号使得所述电源控制芯片U1电压逐渐降低；该PWM信号占空比为100%时，供电电路的电压降低至电源控制芯片U1的欠压启动阀值以下0.1~0.8V并触发电源控制芯片的欠压保护功能，导致电源控制芯片U1内部部分电路被关闭以实现低功耗并关闭次级输出；而此时电源控制芯片的供电脚的电压刚好触发第一NMOS管Q1的导通压降阀值，此时由启动电路为电源控制芯片U1和第三储能电容供电C3，电源控制芯片解除欠压保护功能并进入正常工作，而当第三储能电容C3的电压逐渐下降到电源控制芯片U1的欠压启动阀值时，电源控制芯片U1进入欠压保护。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在QR反激式LED驱动中，可以避免芯片在轻载时过高的频率产生的开关管损耗，而在电流连续导通模式或者断续导通模式时，采用该方法也可以降低开关在轻载时的轻载损耗以及空载损耗。
2、采用主动式触发芯片过压、欠压保护功能，来降低输出电路中MOS管的损耗、以及芯片的损耗。
3、启动电路加入MOS管，防止芯片启动之后直接从母线电压取电而导致分压电阻上的损耗。
附图说明
图1为本发明实施例1开关电源的低功耗调光电路原理图；
图2为本发明实施例2开关电源的低功耗调光电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，实施例1：一种低功耗调光电路，其包括启动电路、供电电路、电源控制芯片U1、调光输入光耦、第二NMOS管Q2;
所述的启动电路和供电电路，分别接到电源控制芯片U1的供电引脚以及调光输入光耦U2B的正极，所述的调光输入光耦的正极接到电源控制芯片U1的PWM引脚，所述的第二NMOS的漏极与所述的供电电路的输入端连接，所述第二NMOS的栅极与所述电源控制芯片U1的GATE引脚连接，所述第二NMOS的源级与所述电源控制芯片U1的CS采样引脚连接。
所述的启动电路包括第一电阻R1、第一二极管D1、第三电阻R3、第四电阻R4、第二稳压管Z2、第一NMOS管Q1；
所述的供电电路包括第二二极管D2、第一滤波电感L1、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第二储能电感L2、线性稳压器；
所述的电源控制芯片U1包括第三输入旁路电容C3、第四滤波电容C4；
所述调光输入光耦U2B包括第十上拉电阻R10。
请参照图1，
在所述启动电路中，所述第一电阻R1一端连接电路母线电压一端，另一端接所述第一二极管D1正极，所述第一二极管D1的负极接所述第一NMOS管Q1的漏极，所述第三电阻R3一端接母线电压线路，另一端接第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接第一NMOS管Q1的栅极以及第二稳压管Z2的负极，所述的第二稳压管Z2的正极接地。
在所述供电电路中：
所述的第二二极管D2正极接变压器原边线圈一端，负极接第一滤波电感L1的一端以及第一滤波电容C1的一端，所述第一滤波电容C1另一端接地，所述第一滤波电感另一端接第二滤波电容C2正极一端以及第二储能电感L2一端连接，所述第二滤波电容负极一端接地，所述储能电感L2另一端接线性稳压器。
在上述描述中第一电阻R1给所述第一NMOS管Q1漏极施加电压，第三电阻R3、第四电阻R4以及稳压二极管Z2目的是为了给第一NMOS管施加导通电压。而供电电路输出端在电源控制芯片U1启动后将第一NMOS管Q1的源极电压拉高，导致第一NMOS管Q1不导通，因此实现了启动电阻上的损耗。
在所述电源控制芯片U1中：
所述的第十电阻R10一端接电源控制芯片U1VCC引脚，另一端接电源控制芯片U1PWM引脚以及所述调光输入光耦U2B正极，所述输入光耦U2B输出一端接地。
在所述第二NMOS管Q2中：
所述的第二NMOS管Q2漏极接变压器原边线圈一端，栅极接电源控制芯片U1GATE引脚，源极接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8另一端接第九电阻R9的一端、第四滤波电容C4一端以及电源控制芯片U1的CS引脚，所述第九电阻R9另一端接地，第四滤波电容另一端接地。
在上述描述中，本发明中未使用原边辅助绕组来给芯片供电，而是利用变压器上的漏感在变压器退磁过程中向原边泄放的能量，首先通过第一滤波电容C、第一滤波电感L1、第二滤波电容C2组成的π型滤波器，以防止变压器上的漏感和第二NMOS管上Cd寄生电容产生的尖峰，第二储能电感储存漏感上的电压，并通过线性稳压器将电压稳定在电源控制芯片U1工作电压范围。
本发明第一实施例低功耗供电方法：上述的线性稳压器，其包括第二电阻R2，第二三极管Q3、第三三极管Q4、第一稳压管Z1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第五三极管。
在上述描述中，一种低功耗供电方法的工作原理如下：线性稳压器的三端稳压器主要器件Q3、R2、Z1为主要电压输出电路，而R5、R6、R7、Q5组成并用于调整线性稳压器的输出电压，其最低输出电压为电源控制芯片U1欠压阀值-0.8V。
其工作步骤为：所述的供电电路与电源控制芯片U1输出采用同步PWM信号，在电源控制芯片接收到的PWM信号在从满载变化到轻载时，供电电路也同步接收到该PWM信号使得所述电源控制芯片电压逐渐降低；该PWM信号占空比为100%时，供电电路的电压降低至电源控制芯片的欠压启动阀值以下0.1~0.8V并触发电源控制芯片的欠压保护功能，导致芯片内部部分电路被关闭以实现低功耗并关闭次级输出；而此时电源控制芯片的供电脚的电压刚好触发第一NMOS管的导通压降阀值，此时由启动电路为电源控制芯片和第三储能电容供电，电源控制芯片解除欠压保护功能并进入正常工作，而当第三储能电容的电压逐渐下降到电源控制芯片的欠压启动阀值时，电源控制芯片进入欠压保护。
实施例2：
其与实施例1不同在于，去掉线性稳压器中第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第五三极管Q5这几个器件，并在电源控制芯片U1的FB脚增加第六电阻R6、第七电阻R7以及第四三极管Q4。其工作原理为当第四三极管Q4处于完全导通状态时，该分压电阻为最低，从而导致电源控制芯片U1的FB脚检测的电压为最低，导致电源控制芯片U1进入过压保护，并关断输出。具体为：在电源控制芯片的FB引脚上并联第四三极管Q4和第六电阻R6、第七电阻R7组成的分阻电路，所述三极管接收到与电源控制芯片同步的PWM信号，当电源控制芯片接收到的PWM信号在从满载变化到轻载时，该FB脚检测的电压不断下降，而PWM信号在100%占空比时，该FB脚的电压触发芯片的过压保护的阀值，芯片关断输出，并等待调光信号的再次变化来实现过压保护复位。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种低功耗调光电路，包括启动电路、供电电路、电源控制芯片、调光输入光耦、第二NMOS管，所述的启动电路和供电电路，其特征在于，所述启动电路和供电电路，分别接到电源控制芯片的供电引脚以及调光输入光耦的正极，所述的调光输入光耦的正极接到电源控制芯片的PWM引脚，所述的第二NMOS的漏极与所述的供电电路的输入端连接，所述第二NMOS的栅极与所述电源控制芯片的GATE引脚连接，所述第二NMOS的源级与所述电源控制芯片U1的CS采样引脚连接。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗调光电路，其特征在于，所述启动电路包括第一电阻R1、第一二极管D1、第三电阻R3、第四电阻R4、第二稳压管Z2和第一NMOS管Q1。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗调光电路，其特征在于，所述供电电路包括第二二极管D2、第一滤波电感L1、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第二储能电感L2和线性稳压器。
4.根据权利要求3所述的一种低功耗调光电路，其特征在于，所述线性稳压器包括第二电阻R2，第二三极管Q3、第三三极管Q4、第一稳压管Z1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第五三极管Q5。
5.根据权利要求4所述的一种低功耗调光电路，其特征在于，所述第五三极管Q5的基极连接至所述电源控制芯片U1的PWM引脚。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗调光电路，其特征在于，所述电源控制芯片U1的FB引脚连接的电路包括第六电阻R6、第七电阻R7以及第四三极管Q4。
7.根据权利要求6所述的一种低功耗调光电路，其特征在于，所述第四三极管Q4的基极连接至所述电源控制芯片U1的PWM引脚。
8.一种带有辅助光耦电路的供电方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的电路，包括过压保护进入低功耗供电方法和欠压保护进入低功耗供电方法，过压保护进入低功耗供电方法具体是：在电源控制芯片U1的FB引脚上并联第四三极管Q4和第六电阻R6、第七电阻R7组成的分阻电路，所述三极管接收到与电源控制芯片同步的PWM信号，当电源控制芯片接收到的PWM信号在从满载变化到轻载时，该FB脚检测的电压不断下降，而PWM信号在100%占空比时，该FB脚的电压触发芯片的过压保护的阀值，芯片关断输出，并等待调光信号的再次变化来实现过压保护复位。
9.根据权利要求8所述的一种低功耗调光电路的供电方法，其特征在于，欠压保护进入低功耗供电方法具体是：供电电路与电源控制芯片U1输出采用同步PWM信号，在电源控制芯片接收到的PWM信号在从满载变化到轻载时，供电电路也同步接收到该PWM信号使得所述电源控制芯片U1电压逐渐降低；该PWM信号占空比为100%时，供电电路的电压降低至电源控制芯片U1的欠压启动阀值以下0.1~0.8V并触发电源控制芯片的欠压保护功能，导致电源控制芯片U1内部部分电路被关闭以实现低功耗并关闭次级输出；而此时电源控制芯片的供电脚的电压刚好触发第一NMOS管Q1的导通压降阀值，此时由启动电路为电源控制芯片U1和第三储能电容供电C3，电源控制芯片解除欠压保护功能并进入正常工作，而当第三储能电容C3的电压逐渐下降到电源控制芯片U1的欠压启动阀值时，电源控制芯片U1进入欠压保护。
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