CN117999855A

CN117999855A - 电力供应电路、驱动器和控制方法

Info

Publication number: CN117999855A
Application number: CN202180102364.9A
Authority: CN
Inventors: 毛秋翔; 柳生伟
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2024-05-07
Also published as: WO2023015453A1; EP4364530A1

Abstract

本发明公开了电力供应电路、驱动器和控制方法。该电力供应电路包括：变压器(T1)，该变压器包括初级绕组(P1)和次级绕组(S1)；开关(Q1)，该开关被配置为与耦接在第一节点(A1)与接地端口之间的该变压器的该初级绕组串联连接；采样电路，该采样电路被配置为连接在该第一节点(A1)与该接地端口之间，生成该第一节点(A1)的采样电压；和控制器，该控制器被配置为从第一管脚(1COM)接收该采样电压并且从第二管脚(6DRAIN)向该开关输出控制信号，以便控制该开关的接通/断开状态，该控制信号根据该采样电压和与流过该开关的电流相对应的感测电流来生成。

Description

电力供应电路、驱动器和控制方法

技术领域

本公开的实施方案整体涉及照明领域，并且更具体地涉及电力供应电路、驱动器和控制方法。

背景技术

本部分介绍可有利于更好地理解本公开的方面。因此，本部分的陈述应就此来阅读，并且不应理解为是对现有技术中的内容或不是现有技术中的内容的承认。

PFC(功率因数校正器)电路可以将输入AC(交流电压)电压转换为输出DC(直流)电压。输出电压可用于驱动电气装置，例如，LED。

单级反激型PFC用于低成本和低功率LED驱动器。图1是用于LED的单级反激型PFC的图示。

如图1所示，单级反激型PFC包括第一电感器L1、整流器(整流器1)、第一电容器C1、开关Q1和控制器(IC)。开关Q1连接到变压器T1的初级绕组P1。控制器(IC)根据感测电流Ip来控制开关Q1。

二极管D1、第二电感器L2、第二电容器C2和第三电容器C3被布置在变压器T1的次级侧上，以便对在次级绕组S1中生成的电压进行整流和滤波，并且输出DC电压。

如图1所示，从单级反激型PFC输出的DC电压可用于驱动LED。单级反激型PFC可满足作为LED驱动器的PF(功率因数)和谐波要求。

发明内容

发明人发现：由于低成本限制，单级反激型PFC对于部分应用可能不能实现可接受的谐波性能，例如，对于输出电流可选择应用和宽输出电压范围应用，较低的电流具有高失真，并且在低输出电压下低功率也具有高失真。

一般来讲，本公开的实施方案提供了电力供应电路、驱动器和控制方法。在实施方案中，控制器根据采样的市电正弦波形来控制反激型PFC的开关，因此以低成本改善了电力供应电路的谐波特性。

在第一方面，提供了一种电力供应电路，该电力供应电路包括：

变压器(T1)，该变压器包括初级绕组(P1)和次级绕组(S1)；

开关(Q1)，该开关被配置为与耦接在第一节点(A1)与接地端口之间的该变压器的该初级绕组串联连接；

采样电路，该采样电路被配置为连接在该第一节点(A1)与该接地端口之间，生成该第一节点(A1)的采样电压；和

控制器，该控制器被配置为从第一管脚(1COM)接收该采样电压并且从第二管脚(6DRAIN)向该开关输出控制信号，以便控制该开关的接通/断开状态，该控制信号根据该采样电压和与流过该开关的电流相对应的感测电流来生成。

在至少一个实施方案中，采样电路包括：

第一电阻器(R3)、第二电阻器(R4)、第三电阻器(R6)和第一电容器(C4)，

第一电阻器(R3)和第一电容器(C4)串联连接在第一节点(A1)与接地端口之间，

第三电阻器(R6)耦接在第二节点(A2)与控制器的第一管脚(1COM)之间，第二节点(A2)电连接第一电阻器(R3)与第一电容器(C4)。

在至少一个实施方案中，电力供应电路还包括：

第二电容器(C2)，该第二电容器被配置为连接在第三电阻器(R6)与第一管脚(1COM)之间。

在至少一个实施方案中，电力供应电路还包括：

第三电容器(C1)，该第三电容器被配置为连接在第一管脚(1COM)与接地端口之间；和

第四电阻器(R2)，该第四电阻器被配置为连接在第三节点(A3)与接地端口之间，第三节点(A3)连接第三电阻器(R6)与第二电容器(C2)。

在至少一个实施方案中，电力供应电路还包括：

第五电阻器(R5)，该第五电阻器被配置为连接在第四节点(A4)与控制器的第三管脚(5CS)之间；

第六电阻器(R9)，该第六电阻器被配置为连接在接地端口与第四节点(A4)之间；和

第四电容器(C6)，该第四电容器被配置为连接在第三管脚(5CS)与接地端口之间，

第四节点(A4)连接第六电阻器(R9)与开关(Q1)。

在至少一个实施方案中，电力供应电路还包括：

二极管(D1)，该二极管的阳极连接到开关(Q1)；

第七电阻器(R8)，该第七电阻器被配置为连接在二极管(D1)的阴极与第一节点(A1)之间；和

第五电容器(C3)，该第五电容器被配置为连接在二极管(D1)的阴极与第一节点(A1)之间。

在第二方面，提供了一种用于驱动照明装置的驱动器，该驱动器包括根据本发明第一方面的电力供应电路，

该电力供应电路向该照明装置提供电力，

该控制电路与该电力供应电路通信，

该控制电路与外围装置通信。

在第三方面，提供了一种根据实施方案的第一方面的电力供应电路的控制方法，该控制方法包括：

控制器根据采样电压和与流过开关的电流相对应的感测电流来生成控制信号。

第一控制器根据输出电压来控制第一开关网络和第二开关网络在全桥模式或半桥模式下工作。

根据本公开的各种实施方案，控制器根据采样的市电正弦波形来控制反激型PFC的开关，因此以低成本改善了电力供应电路的谐波特性。

附图说明

以举例的方式，通过以下参考附图的详细描述，本公开的各种实施方案的上述和其他方面、特征部和益处将变得更加显而易见，其中类似的附图标号或字母用于表示类似或等同的元件。附图是为了便于更好地理解本公开的实施方案而示出的并且未必按比例绘制，其中：

图1是用于LED的单级反激型PFC的图示；

图2是根据本公开的实施方案的电力供应电路的图示；

图3示出了电力供应电路10的控制方法的流程图

图4是驱动器的图示。

具体实施方式

现在将参考若干示例性实施方案来讨论本公开。应当理解，讨论这些实施方案的目的仅在于使得本领域的技术人员能够更好地理解本公开并因此实施本公开，而不是提出对本公开的范围的任何限制。

如本文所用，术语“第一”和“第二”是指不同的元件。除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”和“一种”旨在也包括复数形式。如本文所用，术语“包括”、“包含”、“具有”和/或“含有”指定所述特征部、元件和/或部件等的存在，但不排除一种或多种其他特征部、元件、部件和/或它们的组合的存在或添加。术语“基于”应被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施方案”和“实施方案”应被理解为“至少一个实施方案”。术语“另一个实施方案”应被理解为“至少一个其他实施方案”。下文可包括其他明确和隐含的定义。

实施方案的第一方面

在第一实施方案中，提供了一种电力供应电路。

图2是根据本公开的实施方案的电力供应电路的图示。

如图2所示，电力供应电路10包括变压器T1、开关Q1、采样电路11和控制器12。电力供应电路10使用反激型PFC拓扑。

变压器T1包括初级绕组P1和次级绕组S1。

开关Q1与耦接在第一节点A1与接地端口之间的变压器T1的初级绕组P1串联连接。例如，开关Q1是MOS FET，开关Q1的漏极连接到初级绕组P1。

采样电路11连接在第一节点A1与接地端口之间，生成第一节点A1的采样电压。采样电压是电压的正弦波采样。

控制器12从第一管脚(1COM)接收采样电压并且从第二管脚(6DRAIN)向开关Q1输出控制信号，以便控制开关Q1的接通/断开状态。例如，控制器12的第二管脚(6DRAIN)连接到开关Q1的栅极。

控制信号根据采样电压和与流过开关Q1的电流相对应的感测电流来生成。

在至少一个实施方案中，第一管脚(1COM)是RC环路补偿管脚。与由控制器12的第三管脚(5CS)接收的感测电流相对应的电压V1可以与由第一管脚(1COM)接收的采样电压进行比较，并且控制信号可根据电压V1与采样电压之间的差值来生成。

例如，当电压V1与采样电压之间的差值是负值或零(即，电压V1等于或低于采样电压)时，该差值可以由控制器12中的误差放大器(图2中未示出)放大以便生成控制信号来控制开关Q1接通。

又如，当电压V1与采样电压之间的差值是正值(即，电压V1高于采样电压)时，该差值可以由控制器12中的误差放大器(图2中未示出)放大以便生成控制信号来控制开关Q1断开。

通过将与感测电流相对应的电压V1和采样电压(即，市电正弦波形式)进行比较以生成控制信号，感测电流可以沿循市电线路的相位。

根据实施方案的第一方面，控制器根据采样的市电正弦波形来控制反激型PFC的开关，因此以低成本改善了电力供应电路10的谐波特性。

如图2所示，采样电路11可以作为相移电路工作，例如，节点A3处的电压的相位可以相对于节点A1处的输入电压的相位发生偏移。该相移导致输入电压的延迟感测(例如，由于对50Hz市电的整流，其具有100Hz的频率)，因此将改善电力供应电路10的谐波性能。

在至少一个实施方案中，采样电路11包括：第一电阻器R3、第二电阻器R4、第三电阻器R6和第一电容器C4。

第一电阻器R3、第二电阻器R4和第一电容器C4串联连接在第一节点A1与接地端口之间。

第三电阻器R6耦接在第二节点A2与控制器12的第一管脚1COM之间。第二节点A2连接第二电阻器R4与第一电容器C4。

可存在采样电路11的其他具体实施。例如，第二电阻器R4是任选的。如果第一电阻器R3可承受高电压，则它可能是足够的。串联的2个电阻器(R3,R4)用于实现更高的安全性，但这不是强制性的。

电力供应电路10还包括：第二电容器C2。第二电容器C2连接在第三电阻器R6与第一管脚1COM之间。因此，采样电压中的DC元将由第二电容器C2进行滤波，并被注入到第一管脚1COM。

如图2所示，电力供应电路10还包括：第三电容器C1和第四电阻器R2。第四电阻器R2和第三电容器C1是用于控制器12的PID(比例积分微分)控制的补偿部件。输入正弦波形由R2进行采样，并通过第二电容器C2耦接到第一管脚1COM。

第三电容器C1连接在第一管脚1COM与接地端口之间。第四电阻器R2连接在第三节点A3与接地端口之间，第三节点A3连接第三电阻器R9与第二电容器C2。

如图2所示，电力供应电路10还包括：第五电阻器R5、第六电阻器R6和第四电容器C6。

第五电阻器R5连接在控制器12的第三管脚5CS与第四节点A4之间。第六电阻器R9连接在接地端口与第四节点A4之间。第四电容器C6连接在第三管脚5CS与接地端口之间。其中，第四节点A4连接第六电阻器R6与开关Q1。

通过第五电阻器R5和第六电阻器R6，可获得与流过开关Q1的电流相对应的感测电流，并将其输入到控制器12的第三管脚5CS。

如图2所示，电力供应电路10还包括：二极管D1、第七电阻器R8和第五电容器C3。

二极管D1的阳极连接到开关Q1，例如，二极管D1的阳极连接到开关Q1的漏极。

第七电阻器R8连接在二极管D1的阴极与第一节点A1之间。第五电容器C3连接在二极管D1的阴极与第一节点A1之间。

如图2所示，电力供应电路10还包括整流器桥BR1和电容器C5。整流器桥BR1和电容器C5可以对输入AC电压V1进行整流和滤波，并且在第一节点A1上生成经整流和滤波的电压。

如图2所示，电力供应电路10还可包括输出电路13。输出电路13可以被布置在变压器T1的次级侧上，以便对在次级绕组S1中生成的电压进行整流和滤波，并且输出DC电压以驱动LED。

根据实施方案的第一方面，采样的市电正弦波形式被注入到第一管脚1COM中，因此使得感测电流沿循市电线路的相位。

实施方案的第二方面

提供了一种电力供应电路的控制方法。在实施方案的第一方面，提供了电力供应电路。省略了与实施方案的第一方面中的内容相同的那些内容。

图3示出了电力供应电路10的控制方法的流程图。

如图3所示，方法30包括：

框31：控制器根据采样电压和与流过开关的电流相对应的感测电流来生成控制信号。

根据实施方案的第二方面，控制器根据采样的市电正弦波形来控制反激型PFC的开关，因此以低成本改善了电力供应电路10的谐波特性。

实施方案的第三方面

在实施方案的第三方面中提供了一种驱动器。

图4是驱动器的图示。如图4所示，驱动器50包括：

EMI滤波器51，该EMI滤波器过滤电磁干扰；

PFC电路52，该PFC电路将输入AC电力转换为DC电力；

DC-DC转换器53，该DC-DC转换器将PFC电路52的DC电压转换为输出电压，该输出电压用于驱动照明装置，例如，该照明装置为LED；DC-DC转换器53是可选择的，对于某些应用，可省略DC-DC转换器53；

控制器54控制PFC电路52和DC-DC转换器53；并且

控制电路55与控制器54通信。控制电路54通过接口与外围装置通信。例如，外围装置可以是调光器、传感器、控制器、安全装置等。接口可以是DALI(数字可寻址照明接口)。

PFC电路52和控制器54对应于图2中的电力供应电路10。控制器54对应于图2中的控制器12。

驱动器50可以向照明装置供应直流(DC)电力。驱动器50可以是LED驱动器，照明装置可以是LED装置。

照明装置的输出功率、输出电压或输出电流可以根据经由DALI(数字可寻址照明接口)、NFC(近场通信)、蓝牙等接收的调光信号(例如1V-10V)在最小值到最大值之间改变。优选地，DC-DC转换器供应照明装置将根据调光信号来改变其输出参数(电流和/或电压)。

另外，虽然操作以特定次序示出，但不应将这种情况理解为需要以所示的特定次序或以相继次序来执行此类操作或者需要执行所有所示的操作才能实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。同样，虽然若干具体实施细节包含在上述讨论中，但这些具体实施细节不应被理解为对本公开的范围的限制，而是应被理解为可能特定于具体实施方案的特征部的描述。在单独实施方案的上下文中描述的某些特征部也可以在单个实施方案中组合地实现。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征部也可单独地或者以任何合适的子组合的形式在多个实施方案中实现。

尽管以特定于结构特征部和/或方法动作的语言对本公开进行了描述，但应当理解，以所附权利要求书限定的本公开并不一定限于上述的特定特征部或动作。相反，上文所述的特定特征部和动作被公开为实现权利要求的示例性形式。

Claims

1.一种电力供应电路，所述电力供应电路包括：

变压器(T1)，所述变压器包括初级绕组(P1)和次级绕组(S1)；

开关(Q1)，所述开关被配置为与耦接在第一节点(A1)与接地端口之间的所述变压器的所述初级绕组串联连接；

采样电路，所述采样电路被配置为连接在所述第一节点(A1)与所述接地端口之间，生成所述第一节点(A1)的采样电压；和

控制器，所述控制器被配置为从第一管脚(1COM)接收所述采样电压并且从第二管脚(6DRAIN)向所述开关输出控制信号，以便控制所述开关的接通/断开状态，所述控制信号根据所述采样电压和与流过所述开关的电流相对应的感测电流来生成。

2.根据权利要求1所述的电力供应电路，其中，

所述采样电路包括：

第一电阻器(R3)、第三电阻器(R6)和第一电容器(C4)，

所述第一电阻器(R3)和所述第一电容器(C4)串联连接在所述第一节点(A1)与所述接地端口之间，

所述第三电阻器(R6)耦接在第二节点(A2)与所述控制器的所述第一管脚(1COM)之间，所述第二节点(A2)电连接所述第一电阻器(R3)与所述第一电容器(C4)。

3.根据权利要求2所述的电力供应电路，其中，

所述电力供应电路还包括：

第二电容器(C2)，所述第二电容器被配置为连接在所述第三电阻器(R6)与所述第一管脚(1COM)之间。

4.根据权利要求3所述的电力供应电路，其中，

所述电力供应电路还包括：

第三电容器(C1)，所述第三电容器被配置为连接在所述第一管脚(1COM)与所述接地端口之间；和

第四电阻器(R2)，所述第四电阻器被配置为连接在第三节点(A3)与所述接地端口之间，所述第三节点(A3)连接所述第三电阻器(R6)与所述第二电容器(C2)。

5.根据权利要求1所述的电力供应电路，其中，

所述电力供应电路还包括：

第五电阻器(R5)，所述第五电阻器被配置为连接在第四节点(A4)与所述控制器的第三管脚(5CS)之间；

第六电阻器(R9)，所述第六电阻器被配置为连接在所述接地端口与所述第四节点(A4)之间；和

第四电容器(C6)，所述第四电容器被配置为连接在所述第三管脚(5CS)与所述接地端口之间，

所述第四节点(A4)连接所述第六电阻器(R9)与所述开关(Q1)。

6.根据权利要求1所述的电力供应电路，其中，

所述电力供应电路还包括：

二极管(D1)，所述二极管的阳极连接到所述开关(Q1)；

第七电阻器(R8)，所述第七电阻器被配置为连接在所述二极管(D1)的阴极与所述第一节点(A1)之间；和

第五电容器(C3)，所述第五电容器被配置为连接在所述二极管(D1)的所述阴极与所述第一节点(A1)之间。

7.一种用于驱动照明装置的驱动器，所述驱动器包括根据权利要求1至6中任一项所述的电力供应电路以及控制电路，其中，

所述电力供应电路向所述照明装置提供电力，

所述控制电路与所述电力供应电路通信，

所述控制电路与外围装置通信。

8.一种电力供应电路的控制方法，所述电力供应电路包括：

变压器(T1)，所述变压器包括初级绕组(P1)和次级绕组(S1)；

采样电路，所述采样电路被配置为连接在所述第一节点(A1)与所述接地端口之间，生成所述第一节点(A1)的采样电压(电压的正弦波采样)；和

控制器，所述控制器被配置为从第一管脚(1COM)接收所述采样电压并且从第二管脚(6DRAIN)向所述开关输出控制信号，以便控制所述开关的接通/断开状态，

所述控制方法包括：

所述控制器根据所述采样电压和与流过所述开关的电流相对应的感测电流来生成所述控制信号。