CN116488471A - 反激式转换器和灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反激式转换器及灯具，反激式转换器包括开关控制电路、变压器、整流器及滤波器；其中，变压器包括缠绕在磁芯上的初级线圈与次级线圈。开关控制电路的第一端与电源的第一输入端连接，开关控制电路的第二端与初级线圈的第一端连接，开关控制电路的第三端接地；初级线圈的第二端与电源的第二输入端连接，整流器的第一端与次级线圈的第一端连接，整流器的第二端与滤波器的第一端连接且与电源的第一输出端连接，滤波器的第二端与次级线圈的第二端连接，且与电源的第二输出端连接，且接地。本发明能在输入电压存在很大波动范围的前提下，仍提供较为稳定的直流输出。

Description

反激式转换器和灯具

技术领域

本发明涉及灯具技术领域，尤其是涉及一种反激式转换器和灯具。

背景技术

传统的反激式转换器广泛应用于交流直流(AC/DC)和直流直流(DC/DC)转换。主要特点是：电路较为简单涉及元器件少，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出要求。然而随着物联网的发展，目前智慧照明系统的要求随之变高，比如要求输入电压在很大的范围内波动时，仍能有较稳定的输出，但现有的反激式转换器难以做到这一点。

发明内容

基于此，有必要提供反激式转换器和灯具，以解决难以在输入电压存在很大的范围内波动时，仍有较稳定的直流输出的问题。

一种反激式转换器，所述反激式转换器包括：开关控制电路、变压器、整流器及滤波器；其中，所述变压器包括缠绕在磁芯上的初级线圈与次级线圈；

所述开关控制电路的第一端与电源的第一输入端连接，所述开关控制电路的第二端与所述初级线圈的第一端连接，所述开关控制电路的第三端接地，用于控制输入所述初级线圈的初始信号的闭合或断开，以在所述初级线圈的两端产生方波信号；

所述初级线圈的第二端与电源的第二输入端连接，用于将产生的方波信号以磁场感应的方式传递到所述次级线圈；

所述整流器的第一端与所述次级线圈的第一端连接，所述整流器的第二端与所述滤波器的第一端连接且与电源的第一输出端连接，用于对方波信号进行整流；

所述滤波器的第二端与所述次级线圈的第二端连接，且与电源的第二输出端连接，且接地，用于过滤整流后的信号并提供直流输出。

在其中一个实施例中，所述反激式转换器还包括第一检测模块；

所述第一检测模块的第一输入端与所述电源的第二输入端连接，所述第一检测模块的第一输出端与所述初级线圈的第二端连接；

所述第一检测模块的第二输入端与所述电源的第一输入端连接，所述第一检测模块的第二输出端与所述开关控制电路的第一端连接，用于检测流经所述反激式转换器的电流电压大小。

在其中一个实施例中，所述第一检测模块为电源管理芯片。

在其中一个实施例中，所述反激式转换器还包括第二检测模块；

所述第二检测模块的第一端与所述次级线圈的第一端连接，所述第二检测模块的第二端与所述次级线圈的第二端连接，用于检测所述反激式转换器所处的环境温湿度。

在其中一个实施例中，所述第二检测模块为温湿度传感器。

在其中一个实施例中，所述开关控制电路包括：第一电容、第一电阻、采样电阻、信号控制器及信号控制开关；

所述第一电阻的第一端为所述开关控制电路的第一端，所述第一电阻的第二端为所述开关控制电路的第三端，且与所述采样电阻的第一端连接；

所述第一电容并联在所述第一电阻的两端；

所述信号控制开关的输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述信号控制开关的控制端与所述信号控制器连接，所述信号控制开关的输出端与所述初级线圈的第一端连接。

在其中一个实施例中，所述信号控制开关为MOS管，所述信号控制开关的输入端为MOS管的源极，所述信号控制开关的控制端为MOS管的栅极，所述信号控制开关的输出端为MOS管的漏极。

在其中一个实施例中，所述整流器为二极管，所述二极管的正极为所述整流器的第一端，所述二极管的负极为所述整流器的第二端。

在其中一个实施例中，所述滤波器为第二电容。

一种灯具，所述灯具包括上述反激式转换器。

本发明提供了反激式转换器和灯具，反激式转换器包括开关控制电路、变压器、整流器及滤波器；其中，变压器包括缠绕在磁芯上的初级线圈与次级线圈。开关控制电路的第一端与电源的第一输入端连接，开关控制电路的第二端与初级线圈的第一端连接，开关控制电路的第三端接地；初级线圈的第二端与电源的第二输入端连接，存在波动的初始信号经开关控制电路的闭合或断开控制后，在初级线圈的两端产生方波信号，并以磁场感应的方式传递到次级线圈，以实现变压。整流器的第一端与次级线圈的第一端连接，整流器的第二端与滤波器的第一端连接且与电源的第一输出端连接，滤波器的第二端与次级线圈的第二端连接，且与电源的第二输出端连接，且接地。也即再经整流器和滤波器对次级线圈输出的方波信号进行整流和过滤处理后，便能得到较为稳定的直流输出，因此采用本发明能在输入电压存在很大波动范围的前提下，仍提供较为稳定的直流输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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。

其中：

图1为第一实施例中反激式转换器的示意图；

图2为第二实施例中反激式转换器的示意图；

图3为反激式转换器关键电压电流波形的示意图。

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作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。

如图1所示，图1为一个实施例中反激式转换器的示意图，该反激式转换器包括初级开关控制电路1、变压器T1、整流器2及滤波器3；其中，变压器T1包括缠绕在磁芯上的初级线圈N1与次级线圈N2。

初级开关控制电路1的第一端与电源的第一输入端连接，初级开关控制电路1的第二端与初级线圈N1的第一端连接，初级开关控制电路1的第三端接地。该初级开关控制电路1用于控制输入初级线圈N1的初始信号的闭合或断开，以在初级线圈N1的两端产生方波信号。

初级线圈N1的第二端与电源的第二输入端连接。该初级线圈N1用于将产生的方波信号以磁场感应的方式传递到次级线圈N2。

整流器2的第一端与次级线圈N2的第一端连接，整流器2的第二端与滤波器3的第一端连接且与电源的第一输出端连接。该整流器2用于对方波信号进行整流。

滤波器3的第二端与次级线圈N2的第二端连接，且与电源的第二输出端连接，且接地。该滤波器3用于过滤整流后的信号并提供直流输出。

具体的来说，反激式转换器的工作分为两个阶段，即开关闭合和开关断开阶段。在初级开关控制电路1闭合时，反激式转换器处于开关闭合阶段，变压器T1的初级线圈N1直接连接在存在波动的输入电压上。初级线圈N1中的电流和变压器T1磁芯中的磁场增加，在磁芯中储存能量。而由于在次级线圈N2中产生的电压是反向的，使得整流器2处于反偏状态而不能导通。此时，由滤波器3向电源的输出端提供电压和电流。

在初级开关控制电路1断开时，反激式转换器处于开关断开阶段，变压器T1的初级线圈N1中的电流为0。同时磁芯中的磁场开始下降，在次级线圈N2上感应出正向电压。此时整流器2处于正偏状态，导通的电流流入滤波器3和电源的输出端。磁芯中存储的能量转移至滤波器3和电源的输出端中。因此采用本发明能在输入电压存在很大波动范围的前提下，仍提供较为稳定的直流输出。

具体实施例中，如图2所示，反激式转换器还包括第一检测模块4。其中，第一检测模块4的第一输入端与电源的第二输入端连接，第一检测模块4的第一输出端与初级线圈N1的第二端连接；第一检测模块4的第二输入端与电源的第一输入端连接，第一检测模块4的第二输出端与初级开关控制电路1的第一端连接。该第一检测模块4用于检测流经反激式转换器的电流电压大小。具体可根据客户需求，来选择是否携带这一模块。第一检测模块4可实时检测流经反激式转换器的电流电压大小，并进行统计管理。在实际应用中，例如携带该反激式转换器的灯具内，灯具通电后，客户可基于该第一检测模块4监测灯具的实时电流电压大小，甚至可以查看每天每月的耗电量。

可选的，第一检测模块4为电源管理芯片。

具体实施例中，如图2所示，反激式转换器还包括第二检测模块5。其中，第二检测模块5的第一端与次级线圈N2的第一端连接，第二检测模块5的第二端与次级线圈N2的第二端连接。该第二检测模块5用于检测反激式转换器所处的环境温湿度，同样可根据客户需求，来选择是否携带这一模块。

可选的，第二检测模块5为温湿度传感器。将传感器探头外露，可实时检测电路环境的温度湿度，对于携带该反激式转换器的灯具来说，正契合目前智慧照明的需求。

当然，上述的第一检测模块4和第二检测模块5可以根据用户的检测需求自行进行替换，并不做具体限定。

具体实施例中，如图2所示，初级开关控制电路1包括：第一电容C1、第一电阻R1、采样电阻RS、信号控制器PWM及信号控制开关Q1。其中，第一电阻R1的第一端为初级开关控制电路1的第一端，第一电阻R1的第二端为初级开关控制电路1的第三端，且与采样电阻RS的第一端连接；第一电容C1并联在第一电阻R1的两端；信号控制开关Q1的输入端与采样电阻RS的第二端连接，信号控制开关Q1的控制端与信号控制器PWM连接，信号控制开关Q1的输出端与初级线圈N1的第一端连接。

进一步的，信号控制开关Q1为MOS管，信号控制开关Q1的输入端为MOS管的源极，信号控制开关Q1的控制端为MOS管的栅极，信号控制开关Q1的输出端为MOS管的漏极。

具体实施例中，如图2所示，整流器2为二极管D1，二极管D1的正极为整流器2的第一端，二极管D1的负极为整流器2的第二端。这里，二极管D1可将次级线圈N2上的电压整流成脉动直流。同时二极管D1的另一个作用是降低源的输出端对次级线圈N2的影响。

具体实施例中，如图2所示，滤波器3为第二电容C2。这里，整流后的电压随后被第二电容C2滤波从而使脉动直流电压稳定从纹波较小的直流电压，从而为电源的输出端提供稳定的电平输出。

上述图2所示的反激式转换器，可以在连续导通模式(Continuous ConductionMode，CCM)和非连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)下运行，并根据时序在模式之间进行切换。为了保持电路在DCM模式下操作，如图3所示，在PWM的一个周期占空比D内，信号控制开关Q1处于导通状态，电路开始工作。变压器T1的初级线圈N1中的电流维持从零开始，上升至峰值Ipk。这里，Ipk由初级线圈N1的电感、输入电压和导通时间t1决定。在此信号控制开关Q1的导通时间t1内，二极管D1因T1的副边线圈极性而反向偏置，迫使所有输出电流在t1和t3期间由第二电容C2提供。

而当信号控制开关Q1在周期1-D期间关断时，变压器T1的副边电压极性反转，使二极管D1将电流传导至电源的输出端并对第二电容C2进行充电。二极管D1中的电流在t2期间从其峰值线性下降至零。一旦变压器T1存储的能量耗尽，在剩余时间段t3中只会剩下自由衰减震荡(微弱的电流波动)。这种自由衰减震荡主要是由于变压器T1的磁化电感以及信号控制开关Q1、二极管D1和变压器T1的寄生电容造成的。这在t3期间通过信号控制开关Q1的漏极电压很容易看出来，一旦电流截止，变压器T1就无法支持电压。第一电容C1和第二电容C2中的电流与信号控制开关Q1和二极管D1中的电流相同，但不会出现直流偏移。

该反激式转换器的一个重要特点是，无论变压器T1的匝数比如何，具有较低的初级电感都会降低占空比，即限制最大占空比。使得前端交流电压输入范围很大时，无需切换而达到稳定输出的要求。即可适应大范围电压输入。另一个优点是这种设计能降低损耗。(消除了标准整流器2中的D1反向恢复损耗，因为电流在t2结束时为零。反向恢复损耗通常表现为Q1中耗散的增加，因此消除它们会降低开关晶体管上的应力。输出电压越高，该优势愈加明显，因为整流器2的反向恢复时间也随着二极管D1额定电压的增大而增加。

在一个实施例中，还提出了一种灯具，该灯具包括上述的反激式转换器。可以理解的是，此设计可应用在各类照明设备中，例如应用于MIW5150防爆照明智能终端。同时在5150适配器、5150(4G版)主板以及5150(单机版)主板上的电路中均有应用。此外，反激式转换器还能广泛应用于充电所用的适配器上，及各类智慧照明系统的电路模块中。该反激式转换器实现成本低，效果良好。应用十分广泛。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种反激式转换器，其特征在于，所述反激式转换器包括：开关控制电路、变压器、整流器及滤波器；其中，所述变压器包括缠绕在磁芯上的初级线圈与次级线圈；

所述开关控制电路的第一端与电源的第一输入端连接，所述开关控制电路的第二端与所述初级线圈的第一端连接，所述开关控制电路的第三端接地，用于控制输入所述初级线圈的初始信号的闭合或断开，以在所述初级线圈的两端产生方波信号；

所述初级线圈的第二端与电源的第二输入端连接，用于将产生的方波信号以磁场感应的方式传递到所述次级线圈；

所述整流器的第一端与所述次级线圈的第一端连接，所述整流器的第二端与所述滤波器的第一端连接且与电源的第一输出端连接，用于对方波信号进行整流；

所述滤波器的第二端与所述次级线圈的第二端连接，且与电源的第二输出端连接，且接地，用于过滤整流后的信号并提供直流输出。

2.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述反激式转换器还包括第一检测模块；

所述第一检测模块的第一输入端与所述电源的第二输入端连接，所述第一检测模块的第一输出端与所述初级线圈的第二端连接；

所述第一检测模块的第二输入端与所述电源的第一输入端连接，所述第一检测模块的第二输出端与所述开关控制电路的第一端连接，用于检测流经所述反激式转换器的电流电压大小。

3.根据权利要求2所述的反激式转换器，其特征在于，所述第一检测模块为电源管理芯片。

4.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述反激式转换器还包括第二检测模块；

所述第二检测模块的第一端与所述次级线圈的第一端连接，所述第二检测模块的第二端与所述次级线圈的第二端连接，用于检测所述反激式转换器所处的环境温湿度。

5.根据权利要求4所述的反激式转换器，其特征在于，所述第二检测模块为温湿度传感器。

6.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述开关控制电路包括：第一电容、第一电阻、采样电阻、信号控制器及信号控制开关；

所述第一电阻的第一端为所述开关控制电路的第一端，所述第一电阻的第二端为所述开关控制电路的第三端，且与所述采样电阻的第一端连接；

所述第一电容并联在所述第一电阻的两端；

所述信号控制开关的输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述信号控制开关的控制端与所述信号控制器连接，所述信号控制开关的输出端与所述初级线圈的第一端连接。

7.根据权利要求6所述的过流检测电路，其特征在于，所述信号控制开关为MOS管，所述信号控制开关的输入端为MOS管的源极，所述信号控制开关的控制端为MOS管的栅极，所述信号控制开关的输出端为MOS管的漏极。

8.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述整流器为二极管，所述二极管的正极为所述整流器的第一端，所述二极管的负极为所述整流器的第二端。

9.根据权利要求1所述的反激式转换器，其特征在于，所述滤波器为第二电容。

10.一种灯具，其特征在于，所述灯具包括如权利要求1-9所述的反激式转换器。