CN204104165U - 驱动电路及一体化光源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种驱动电路，包括：电源转换器，包括在开和关状态之间振荡的电源开关以转换电源；控制电路，耦接到所述电源开关使得该电源开关关断；感测电路，耦接到所述控制电路的控制端，用于感测驱动电路的工作状态产生补偿信号，并向所述控制电路提供补偿信号以改变所述电源开关的关断时间；感应电压点，在所述电源开关关断时产生第一感应电压用于关断所述控制电路；以及第一电路，耦合在所述感应电压点和所述控制电路之间，将所述第一感应电压施加到所述控制电路以关断所述控制电路，固化电源转换器和控制电路的工作时序，扩展低成本一体化照明灯具的驱动电路的输入电压范围。

Description

驱动电路及一体化光源
技术领域
本实用新型涉及照明设备领域，更具体地涉及用于一体化光源或灯具的驱动电路。 
背景技术
由于在低压供电应用领域，基于振铃扼流器（RCC）的驱动电路的成本低于集成电路，因此基于RCC的驱动电路在LED灯和LED系统中应用非常广泛。但是当利用基于RCC的驱动电路作为隔离的恒定电流输出源时，不可避免地会遇到许多问题，比如电磁镇流器兼容性、输入电压调整率、负载调整率、输出电流漂移、输入电压范围等等。 
特别是当基于RCC的驱动电路用于例如TLED灯时，要求驱动电路满足一定的输入电压调整率、总调谐失真（THD）、电磁镇流器兼容性等。在满足这些条件的情况下，会使得输入电压范围过窄；或者当在某些应用中需要更好的THD性能时，也会遇到输入电压范围过窄的问题。举例而言，驱动电路中一般会安装有用于线性调整的电路，所谓线性调整是指输出电压不依赖于输入电压的波动而发生大变化，例如当理想的220V供电网络的电压在210V-240V之间异常波动时，使得输出电压能够保持恒定。这种补偿电路通常是采集输入电压并以此来对驱动电路中的时序进行调整，例如当输入电压较大时，控制驱动电路中的时序更早断开以从输入端获得更少的能量。 
实用新型内容
目前的补偿电路存在一个问题：当输入电压过大，例如高于240Vac时，驱动电路中的补偿电路将可能导致控制电路中的控制开关在电源开关导通之前先导通，以关断电源开关。在这种情况下，电源开关将不会再导通，因此不驱动负载。直到电压幅值下降到正常工作范围中，负载才能被正常驱动。这样很容易引起输出信号的闪烁。本实用新型主要关注于解决基于RCC的驱动电路的输入电压范围过窄问题。 
为此，本实用新型的一个目的是提供一种可以实现扩展的输入电压范围的基于RCC的驱动电路。 
按照本实用新型的一方面，提供一种驱动电路，包括：电源转换器，其包括在开和关状态之间振荡的电源开关用以转换电源；控制电路，耦接到所述电源开关，以使得该电源开关关断；感测电路，耦接到所述控制电路的控制端，用于感测驱动电路的工作状态产生补偿信号，并向所述控制电路提供补偿信号以改变所述电源开关的关断时间；其特征在于，所述驱动电路还包括：感应电压点，在所述电源开关关断时产生第一感应电压用于关断所述控制电路；以及第一电路，耦合在所述感应电压点和所述控制电路之间，以将所述第一感应电压施加到所述控制电路以关断所述控制电路，从而固化电源转换器和控制电路的工作时序。 
通过该方面，在一个实施例中，当电源开关关断时，第一感应电压能够保证控制电路是关断的，从而控制电路不会在电源开关闭合之前动作使得电源开关断开，这样能够保证电源开关的正常闭合以开始振荡，从而使得驱动电路正常工作。在一个更加具体的例子中，即便输入电压过大，第一感应电压也避免了输入电压激活控制电路关闭电源开关，因此扩大了可接受的输入电压范围。在这个实施例中，所谓的电源转换器和控制电路的工作时序也就是说控制电路只在电源开关闭合之后才运作使得电源开关断开。 
按照本实用新型的一个实施例，感应电压点包括所述电源开关的控制端。可选地，感应电压点还包括所述辅助绕组的非接地端。 
该实施例提供了感应电压点的几种适用的实施方式。 
按照本实用新型的一个实施例，第一电路包括连接在第一控制开关的控制端和所述电源开关的控制端之间的通用二极管，以使在所述电源开关导通之前，所述第一和第二控制开关是关断的。 
该实施例中，由于电源开关的控制端在电源开关关断时的电势较低，因而能够在电源开关的控制端处提供第一感应电压。该通用二极管的导通电压与第一感应电压之和使得第一和第二控制开关关断。 
在一个更进一步的实施例中，电源开关的控制端通过一个二极管反向偏置接地，所述第一感应电压包括负电压，该负电压与所述通用二极管的导通电压之和小于所述第一控制开关的开启阈值。 
在根据本实用新型的一个实施例中，控制电路包括第一控制开关、与第一控制开关级联的第二控制开关，以及耦接至所述控制电路的控制端和所述电源转换器的、用于将负载电流传感至所述控制电路的电阻，其中所述控制电路的控制端包括所述第一控制开关的控制端，所述第一控制开关和第二控制开关的电流流入端与所述电源开关的控制端相耦合。 
该实施例提供了控制电路的一种具体实现。 
感测电路至少包括连接到所述控制电路的控制端的、用于输入电压调整或用于温度调整的补偿电路，所述补偿电路至少包括电源、电阻和第三控制开关。 
该实施例提供了本实用新型可以适用的几种感测电路，即本实用新型中的工作状态包括输入电压、工作温度。可以理解，工作状态可以是其他与驱动电路工作相关的状态，对于其他任何感测工作状态而产生补偿信号以控制控制电路使其改变电源转换器的关断时间的感测电路，都可以使用本实用新型的实施方式来确保控制电路不会受该感测电路的影响而误动作，例如早于电源开关的闭合而关断电源开关，从而避免感测电路由于所感测工作状态而造成控制电路使电源开关无法在需要闭合的时机闭合的情况。 
电源转换器包括主功率电路，所述主功率电路至少包括用于连接到负载的输出端、主绕组、以及所述电源开关。 
电源转换器还包括辅助绕组，该辅助绕组耦合到主绕组并且耦接到所述电源开关的控制端，以便当所述电源开关断开后通过主绕组的负载电流谐振时，感应出电压以再次导通所述电源开关，其中，所述辅助绕组的非接地端在所述电源开关导通之前产生第一感应电压。 
该实施例中，由于辅助绕组在电源开关关断时产生较低、甚至是负的电势，因此能够在辅助绕组的负电势端提供第一感应电压。 
可选地，第一电路包括与电阻并联或串联的通用二极管，所述第一电路连接在第一控制开关的控制端和所述辅助绕组的非接地端之间，以使在所述电源开关导通之前，所述第一和第二控制开关是关断的。 
在该实施例中，该通用二极管的导通电压与第一感应电压之和使得第一和第二控制开关关断。 
根据本实用新型的一个实施例，驱动电路基于振铃扼流器RCC进行振荡。 
按照本实用新型的另一方面，提供一种一体化光源，其特征在于，包括：如前所述的驱动电路；以及与该驱动电路连接的发光器件。 
根据本实用新型的一个实施例，一体化光源包括管状LED（TLED）。 
按照本实用新型的上述实施例，所述驱动电路能够扩展低成本一体化照明灯具的驱动电路的输入电压范围。 
附图说明
根据以下结合附图来描述的本实用新型的示例性实施例，本实用新型的特征和优点将更加清楚，图中： 
图1示出了根据本实用新型的用于一体化光源的驱动电路功能框图；
图2示出了根据本实用新型一个实施例的用于一体化光源的驱动电路结构图；
图3示出了根据本实用新型另一实施例的用于一体化光源的驱动电路结构图；
图4（a）－（b）示出了添加和去掉通用二极管D10时电源开关Q1的c点处的电压V(c)波形示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型实施例进行更充分地说明。不过，对于本领域普通技术人员而言，本实用新型可以以多种不同形式来体现，不应被解释为受限于这里所提及的实施例和特定细节。全文中，同样的标号指代同样的元件。 
图1示出了根据本实用新型的用于一体化光源的驱动电路10的功能框图。所述驱动电路10基于振铃扼流器（RCC）进行振荡。如图1所示，驱动电路10包括如下部分：电源转换器11、控制电路12、感测电路13、第一电路14、以及感应电压点15。 
图2示出了根据本实用新型一个实施例的用于一体化光源的驱动电路10的详细结构图。下面结合图1、图2来具体描述驱动电路各部分的结构以及驱动电路的工作原理。 
电源转换器11至少包括在开（ON）和关（OFF）状态之间振荡的电源开关Q1以便进行电源的转换。具体地，电源转换器11包括主功率电路，该主功率电路至少包括用于连接到负载的输出端、主绕组L2、以及电源开关Q1。 
如图2所示，电源转换器11还包括辅助绕组L3，该辅助绕组L3耦合到主绕组L2并且耦接到电源开关Q1的控制端。这里，控制端指的是电源开关Q1的基极，如图上的b点处。当电源开关Q1断开后通过主绕组的负载电流谐振时，感应出电压，从而再次导通电源开关Q1。辅助绕组L3的非接地端在电源开关Q1导通之前可产生感应电压。该感应电压为负电压。 
控制电路12耦接到电源开关Q1，使该电源开关Q1关断。该控制电路12包括第一控制开关Q2、与第一控制开关Q2级联的第二控制开关Q3，形成一个达灵顿桥的结构，以及耦接至控制电路12的控制端和电源转换器11的电阻R16，R17，电阻R16，R17用于将负载电流传感至控制电路12。这里，控制电路12的控制端包括第一控制开关Q2的控制端（即Q2的基极）。第一控制开关Q2和第二控制开关Q3的电流流入端与电源开关Q1的控制端（即Q1的基极）相耦合。 
感测电路13耦接到控制电路12的控制端，用于感测驱动电路10的工作状态产生补偿信号，并向控制电路12提供补偿信号以改变电源开关Q1的关断时间。感测电路13至少可以包括连接到控制电路12的控制端的、用于输入电压调整或用于温度调整的补偿电路。所述补偿电路至少可包括电源Vcc、电阻R13和第三控制开关Q4。Vcc负责提供响应于输入电压的一个辅助电源，通过对控制开关Q2、Q3进行控制来对输入电压的变化进行补偿。在一个实施方式中，Vcc的来源是与辅助绕组L3耦接的电容C5被辅助绕组L3经由D9充电后所得的电压，如图2中靠上侧的Vcc所示。 
感应电压点15在电源开关Q1关断时产生感应电压，用于关断控制电路12。感应电压点15可包括电源开关Q1的控制端，即Q1的基极或图中的b点处。电源开关Q1的控制端通过一个二极管D11反向偏置接地，感应电压为负电压，该负电压与通用二极管D10的导通电压之和小于第一控制开关Q2的开启阈值，从而确保在电源开关Q1再次导通之前，第一和第二控制开关Q2、Q3是关断的。 
第一电路14耦合在感应电压点15和控制电路12之间，以将感应电压施加到控制电路12上，从而关断控制电路12，达到固化电源转换器11和控制电路12的工作时序的目的。具体地，第一电路可包括通用二极管D10，其连接在第一控制开关Q2的控制端和电源开关Q1的控制端之间，用于确保在电源开关Q1再次导通之前，利用电源开关Q1的控制端的负电压使得第一和第二控制开关Q2、Q3关断。 
图3示出了根据本实用新型另一实施例的用于一体化光源的驱动电路10的结构图。 
类似地，在图3所示的实施例中，驱动电路10同样包括电源转换器11、控制电路12、感测电路13、第一电路14、以及感应电压点15。其中，除第一电路14和感应电压点15与图2所示实施例不同之外，其它如电源转换器11、控制电路12、感测电路13的结构和功能与图2所示实施例中的描述相同，在此不再赘述。 
在如图3所示的另一实施例中，可替换地，感应电压点15还可以包括辅助绕组L3的非接地端。 
同样，可替换地，第一电路14还可包括与电阻R15并联或串联的通用二极管D10，所述第一电路14连接在第一控制开关Q2的控制端和所述辅助绕组L3的非接地端之间，使得在所述电源开关Q1导通之前，利用辅助绕组L3的非接地端的感应负电压使得所述第一和第二控制开关Q2、Q3关断。 
因此，为解决驱动电路输入电压范围过窄问题，本实用新型能够利用第一电路（例如通用二极管D10）将控制电路中控制开关Q2的基极连接到当电源开关Q1关断时产生的低压点，如电源开关Q1的基极，该基极在Q1导通之前为－0.7V。另外，还可以利用第一电路将控制电路中控制开关Q2的基极连接到另一低压点，如辅助绕组L3的非接地端。这样，可确保控制开关Q2和Q3不会在电源开关Q1导通之前导通，因此，Q1不会处于不工作状态，也就不会导致输出产生闪烁。 
下面结合图2来描述驱动电路10的具体工作过程。上电后，输入的交流电经过桥堆（包括二极管D1、D2、 D3、D4）的整流之后，在电容器C2两端成为直流电，这个直流电流经LED负载LED1，再流过电阻R8、R9，然后流过电容器C4，再流过由电阻R4和二极管D8、电阻R5并联组成的网络，然后流经辅助绕组L3到地，在这个过程中对C4进行充电，随着C4的电压的上升，当电源开关Q1的b点处的电压达到0.7V后，Q1导通，此时主功率电路(包括负载LED1、主绕组L2、电源开关Q1、电阻R16/R17)开始工作，电流流经LED1负载、L2、Q1、R16/R17到地，流过L2的电流会线性上升，此时在辅助绕组L3上产生感应电流，流经R4、C4，从而加速Q1的导通，当流经R16/R17的电流到达设定值（例如1A）时，此时由于Q1的c点电压会达到0.7V，此时会有电流流向Q2、Q3，和由电阻R10、R11、R12、R13、R14、控制开关Q4组成的电压调整补偿网络共同开通控制开关Q2、Q3，从而使Q2、Q3饱和导通，由于Q2、Q3饱和导通会把Q1的b点电压拉低到0.4以下，从而使Q1关断，这时流过主绕组L2的电流开始流向二极管D7、LED1负载，即开始freewheeling，形成一个新的回路，电流开始线性下降，此时L3上产生感应负电压，通过R4、C4加速Q1的关断，同时由于二极管D11的嵌位作用，导致b点的电压为-0.7V，由于第一电路（包括二极管D10）的存在，使得Q2，Q3也被关断，当流过L2的电流降到零时，此时L2和Q1的c, e点间的分布电容形成谐振，从而使流过主绕组L2的电流先反向流，再正向流，当正向流过时，在辅助绕组L3 感应到的正电压通过R4、C4再次使Q1导通，当Q1导通后，会让L3的感应电压加强，从而加速开通Q1，这时主功率电路(LED1、L2、Q1、R16/R17)再次开始工作，周而复始，以此循环。 
在这个过程中，若是每次L3感应的电压要开通Q1时，若Vcc过大，会在Q2的基极提供较大的电压足以使得Q2，Q3处于开通态，就会出现误动作，使得Q2、Q3的集电极将原本提供给Q1基极的电压拉低或将Q1的基极电流抽走，从而导致无法开通Q1。而本实用新型的实施例则避免了出现此种情况。 
具体的，对于输入电压范围为（180Vac－240Vac）的应用而言，当输入电压高于230Vac时，辅助绕组L3产生的感应电压高于正常值，Vcc（源自输入电压）也高于正常值。当穿过R16、R17的电流等于预设值时，控制开关Q2、Q3将被导通，随后导致电源开关Q1关断。辅助绕组L3于是产生负电压，该过程加速，由于二极管D11的嵌位作用，电源开关Q1的b点（基极）的电压V(b)将为-0.7V。由于第一电路（例如通用二极管D10）的连接，控制开关Q2的基极电势被二极管D10钳位为0V，控制开关Q2、Q3也被关断；等到下次辅助绕组L3产生正电压时，Q1导通。之后功率被从电源通过主绕组转换给负载，随后随着电源开关Q1电流的增大，R16和R17上的电势导致Q2、Q3被导通，再将电源开关正常关断。以此循环。可见在这种情况下，电源开关总是能够在需要的时间闭合，控制电路能够在合适的时间再将之断开，不会出现电源开关需要闭合时仍被控制电路断开的情况，因此输出不会闪烁。 
如果没有第一电路（例如通用二极管D10），Q2和Q3将不会被关断，在这种情况下，当辅助绕组L3再次产生正电压时，电流穿过Q3到达地，Q1的b点处的电压V(b)将低于0.7V，因此Q1不能被导通，驱动电路将停止工作从而产生闪烁。 
因此，按照本实用新型实施例的结构，可以确保当电源开关Q1被关断的情况下，控制开关Q2和Q3能够在下次电源开关Q1导通之前被关断。 
本实用新型利用第一电路（例如通用二极管D10）来扩展驱动电路的输入电压范围，当添加该二极管，输入电压范围可达到305Vac。具体地，当添加二极管D10时，电源开关Q1的c点（集电极）处的V(c)波形图如图4（a）所示。当除去该二极管D10时，c点处的V(c)波形图如图4（b）所示。在半周期内，该驱动电路不工作，从而导致输出产生闪烁。 
在图2所示的实施例中，第一电路可以是一个通用二极管D10，利用该第一电路将控制开关Q2的基极连接到电源开关Q1的b点（基极）。b点电压是适当的。如果选择连接到辅助绕组L3的负压点，则需要如上所述增加电阻R15来调节电压，如图3所示。 
对于全输入电压范围（例如85Vac－305Vac）的应用而言，通常，驱动电路的主要缺陷就在于不良的输入电压调整率，从而导致闪烁明显。如果使用补偿电路来获得改善的输入电压调整率，那么会导致输入电压范围很窄。基于模拟的结果，对于全输入电压范围应用而言，当输入电压高于200Vac时，就会出现闪烁。但是，按照本实用新型实施例提供的结构，利用第一电路将控制开关Q2的基极连接到电源开关Q1的控制端或辅助绕组L3的非接地端产生的负压点来确保控制开关和电源开关的正确工作时序，从而消除闪烁。 
从广义范围看，在包括控制开关Q2和Q3的情况下，与电压调整类似的，也可以应用温度补偿来控制开关Q2和Q3的运作，例如在过温度时使得Q2和Q3更早闭合以关断电源开关Q1。那么，本实用新型的实施例也可以来避免温度补偿对控制开关Q2和Q3造成的误动作，其原理是类似的，本实用新型在此不再赘述。 
按照本实用新型实施例提供的驱动电路可以应用于例如20w的低成本管状LED（TLED）。该驱动电路的输入电压范围可从230Vac扩展到305Vac。 
本实用新型的驱动电路可应用于一体化光源或灯具。所述一体化光源或灯具可包括按照本实用新型实施例所述的驱动电路10以及与驱动电路连接的发光器件。一体化光源或灯具可包括管状LED，即TLED。 
相应地，本实用新型还提供了一种驱动负载的方法，包括如下步骤： 
闭合和关断电源开关（Q1）以转换电源；
使用控制电路来控制该电源开关（Q1）的关断；
感测驱动负载时的工作状态以产生补偿信号，并基于补偿信号控制所述控制电路以改变所述电源开关（Q1）的关断时间；
其特征在于，还包括如下步骤：
在所述电源开关（Q1）关断时产生第一感应电压用于关断所述控制电路；
将所述第一感应电压施加到所述控制电路(12)以关断所述控制电路(12)，从而固化电源转换器(11)和控制电路(12)的工作时序。
这里使用的术语目的仅仅是为了描述特定的实施例，并非意图限制本实用新型。如在此所使用的，单数形式预期也包括复数形式，除非特别指出。还将进一步理解，词语“包含”、“包括”及其变形形式使用时表示所述特征、整体、操作、步骤、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在。 
尽管已经参考本实用新型的示例性实施例对本实用新型进行了具体示出和描述，本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以进行形式上和细节上的各种变化。所述示例性实施例应被认为仅仅是为了说明而不是为了限制。因此，本实用新型的范围并非由本实用新型的详细描述来限定，而是由所附权利要求来限定。 

Claims (11)

1. 一种驱动电路(10)，包括：
电源转换器(11)，包括在开和关状态之间振荡的电源开关（Q1）以转换电源；
控制电路(12)，耦接到所述电源开关（Q1），以使得该电源开关（Q1）关断；
感测电路(13)，耦接到所述控制电路的控制端，用于感测驱动电路的工作状态产生补偿信号，并向所述控制电路(12)提供补偿信号以改变所述电源开关（Q1）的关断时间；
其特征在于，所述驱动电路(10)还包括：
感应电压点(15)，在所述电源开关（Q1）关断时产生第一感应电压用于关断所述控制电路；以及
第一电路(14)，耦合在所述感应电压点和所述控制电路(12)之间，以将所述第一感应电压施加到所述控制电路(12)以关断所述控制电路(12)，从而固化电源转换器(11)和控制电路(12)的工作时序。
2. 如权利要求1所述的驱动电路(10)，其中所述控制电路(12)包括第一控制开关（Q2）、与第一控制开关（Q2）级联的第二控制开关（Q3），以及耦接至所述控制电路（12）的控制端和所述电源转换器（11）的、用于将负载电流传感至所述控制电路（12）的电阻（R16,R17），其中所述控制电路的控制端包括所述第一控制开关（Q2）的控制端，所述第一控制开关（Q2）和第二控制开关(Q3)的电流流入端与所述电源开关(Q1)的控制端相耦合。
3. 如权利要求2所述的驱动电路(10)，其中所述感应电压点包括所述电源开关（Q1）的控制端，所述第一电路包括连接在第一控制开关（Q2）的控制端和所述电源开关（Q1）的控制端之间的通用二极管(D10)，以使在所述电源开关（Q1）导通之前，所述第一和第二控制开关（Q2,Q3）是关断的。
4. 根据权利要求3所述的驱动电路（10），其中，所述电源开关（Q1）的控制端通过一个二极管(D11)反向偏置接地，所述第一感应电压包括负电压，该负电压与所述通用二极管(D10)的导通电压之和小于所述第一控制开关（Q2）的开启阈值。
5. 如权利要求1所述的驱动电路（10），其中所述感测电路（13）至少包括连接到所述控制电路（12）的控制端的、用于输入电压调整或用于温度调整的补偿电路，所述补偿电路至少包括电源(Vcc)、电阻（R13）和第三控制开关（Q4）。
6. 如权利要求1所述的驱动电路（10），其中所述电源转换器（11）包括主功率电路，所述主功率电路至少包括用于连接到负载的输出端、主绕组（L2）、以及所述电源开关（Q1）。
7. 如权利要求6所述的驱动电路，其中所述电源转换器（11）还包括辅助绕组（L3），该辅助绕组(L3)耦合到主绕组（L2）并且耦接到所述电源开关（Q1）的控制端，以便当所述电源开关（Q1）断开后通过主绕组的负载电流谐振时，感应出电压以再次导通所述电源开关（Q1），其中，所述辅助绕组（L3）的非接地端在所述电源开关（Q1）导通之前产生第一感应电压。
8. 如权利要求7所述的驱动电路（10），其中所述第一电路（14）包括与电阻(R15)并联或串联的通用二极管（D10），所述第一电路(14)连接在第一控制开关（Q2）的控制端和所述辅助绕组（L3）的非接地端之间，以使在所述电源开关（Q1）导通之前，所述第一和第二控制开关（Q2,Q3）是关断的。
9. 如前述权利要求7中所述的驱动电路（10），其中所述驱动电路（10）基于振铃扼流器（RCC）进行振荡。
10. 一种一体化光源，其特征在于，包括
- 如前述权利要求1－9中任一项所述的驱动电路（10）；以及
- 与该驱动电路（10）连接的发光器件。
11. 如权利要求10所述的一体化光源，其特征在于，包括管状LED（TLED）。
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