CN214381519U - 一种提高切相调光性能的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种提高切相调光性能的控制系统，所述控制系统包括电网输入及调光器模块(1)、与电网输入及调光器模块(1)相连的PFC模块(2)以及与PFC模块(2)相连的输出恒压及调光模块(3)，所述控制系统还包括与电网输入及调光器模块(1)和PFC模块(2)分别相连并利用PFC的升压特性以及PFC的输出电解特点结合电网输入及调光器模块(1)的调光模式而将调光电源的切相占空比作为输出恒压及调光模块(3)的调光输入信号以控制PFC模块(2)的开启时间点的控制模块(4)；所述控制模块(4)还与输出恒压及调光模块(3)电连接以控制输出恒压及调光模块(3)的调光。该电路能提高切相调光性能。

Description

一种提高切相调光性能的控制系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种提高切相调光性能的控制系统。

背景技术

现有恒压切相调光系统中，调光器品牌种类繁多，各厂商生产的调光器规格各不相同，现有电路中又无专门且通用的驱动系统，实际运用中均采用普通恒压驱动，而切相调光器又分前切相和后切相两种，为了实现切相调光功能，得先根据调光器的切相种类以及规格对该普通恒压驱动进行电源调整，以使其满足调光器正常工作需求，这使得电路系统设计变得复杂。

更重要的是，前切相调光器电路系统里，调光电源需要在可控硅导通期间提供一个维持电流以供可控硅正常导通，关断期间则需提供一个非常小的阻抗以供下个切相周期的开始；后切相调光系统里，需要在调光器内部的MOS管关闭后将电路系统中差模相的电压泄放干净，以便调光器在下个周期正常启动。

目前市面上大部分方案都是在硬件上增加一个泄放电路来解决后切相的电压泄放问题，而通过在检测电源输入端设置RC滤波，并将RC的时间常数调的非常大，以滤除因前切相信号变化大而无法维持稳定电流，引发的抖动问题，或者在主回路上增加维持电流检测器，在电流不足时增加一个额外的电流。

但非常大的RC滤波常数会导致调光响应速度非常慢，恒压驱动电路在工作时需先完成切相信号检测，再通过切相信号来控制恒压输出回路上的PWM的MOS管占空比，而现有的切相信号多为经RC滤波后的平均值，这就使得检测的切相信号滞后，导致调光输入信号并非前端的真实电源信号，造成调光性能差。

同时，普通恒压驱动在具体电路中的设计不兼容性，使得后切相电路没有针对前切相的维持电流特点做相应控制，造成大部分区间里调光器都工作在非正常状态，无法适用于前切相；前切相电路无法适用于后切相调光器，出现后切调光器在电源负载较低时基本无调光效果；在主回路增加电流维持器的方式，虽能改善前切调光效果，但增加了额外损耗。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种通过控制PFC的启闭时间点而巧妙将切相占空比作为调光输入信号，以获取更好调光性能效果的控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种提高切相调光性能的控制系统，所述控制系统包括电网输入及调光器模块、与电网输入及调光器模块相连的PFC模块以及与PFC模块相连的输出恒压及调光模块，其特征在于：

所述控制系统还包括与电网输入及调光器模块和PFC模块分别相连并利用PFC的升压特性以及PFC的输出电解特点结合电网输入及调光器模块的调光模式而将切相调光器的切相占空比作为输出恒压及调光模块的调光输入信号以控制PFC模块的开启时间点的控制模块，所述控制模块还与输出恒压及调光模块电连接以控制输出恒压及调光模块的调光。

进一步的，所述控制模块包括与电网输入及调光器模块电连接以获取电源信息并据此判断电网输入及调光器模块的调光模式的控制芯片、与控制芯片和PFC模块分别相连并在控制芯片的控制下于对应调光模式下的开启时间点驱动PFC模块开启的驱动使能模块。

进一步的，所述调光模式包括前切相调光模式、后切相调光模式和未接调光器模式；

所述开启时间点包括前切相调光模式下控制芯片在切相调光器的输出电压降到阈值时控制驱动使能模块驱使PFC模块开启以利用PFC模块的输出电解提供维持电流的第一时间点、后切相调光模式下控制芯片在切相关断点处控制驱动使能模块驱使PFC模块打开以利用PFC模块的输出电解进行泄放的第二时间点以及当控制芯片判断出未接调光器时控制驱动使能模块使能以使PFC模块依照自身特性自由运行的第三时间点。

进一步的，所述控制系统还包括连接在电网输入及调光器模块与控制芯片之间以获取电源信息并将电源信息传递至控制芯片的输入电压检测模块。

进一步的，所述电源信息包括电压幅值信号和电压斜率信号。

进一步的，所述PFC模块包括PFC芯片、与PFC芯片和输出恒压及调光模块电连接的第一开关部件；

所述驱动使能模块包括设置在PFC芯片与第一开关部件之间以控制PFC芯片与第一开关部件连通与否的第二开关部件，所述第二开关部件还与控制芯片相连并由控制芯片控制其导通与否。

进一步的，所述第二开关部件包括第一NPN型三极管和第一PNP型三极管，所述第一NPN型三极管的基极连接控制芯片而发射极接地且集电极连接第一PNP型三极管的基极；

所述第一PNP型三极管的发射极连接PFC芯片而集电极与第一开关部件相连。

进一步的，所述第一开关部件为N沟道MOS管，所述PFC模块的输出电解连接在 N沟道MOS管与输出恒压及调光模块之间。

进一步的，所述输入电压检测模块包括与电网输入及调光器模块相连的整流部件、连接在整流部件与控制芯片之间以获取电压并将电压传输给控制芯片的分压电阻部件。

进一步的，所述阈值为电网输入及调光器模块的输出电压最大值的1/2。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

通过采集电压幅值信号和电压斜率变化信号判断调光模式，并根据调光模式控制PFC模块在前切相模式前期处于关闭状态而在切相调光器输出电压降到阈值时开启，利用PFC的输出电解续流，而在后切相模式下在切相关断点处开启PFC模块，利用PFC的输出电解泄放，而在未接调光器时使PFC按照自身特点运行，很好的实现了调光电路兼容不同调光模式，且根据不同调光模式的自身电路特点，巧妙利用PFC的输出电解解决续流不稳定或泄放效果不佳的问题，很好的还原了切相波形，实现直接用切相占空比作为调光的输入信号，使得输出稳定，提高了调光性能。

附图说明

图1为本申请提高切相调光性能的整体结构框图。

图2为本申请提高切相调光性能的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1-2示出了本申请提高切相调光性能的优选实施例。如图所示，该控制系统包括电网输入及调光器模块1、与电网输入及调光器模块1相连的PFC模块2以及与PFC模块2相连的输出恒压及调光模块3。

正如背景技术所描述的，前切相电路存在调光器的可控硅第一次导通时振荡引起维持电流不够而重启的问题，后切相电路存在泄放不佳，下个周期无法正常启动的问题。RC滤波能解决振荡抖动问题，但会使得获取的切相信号滞后，使得调光电路不能紧随前端的调光电源进行调光操作，造成调光性能差，增加硬件器件能解决泄放不佳的问题，但额外增加了电路损耗。

同时，现有的恒压驱动电路无法兼容不同的调光模式，换言之，目前的恒压驱动电路若运用于后切相调光，则就无法运用于前切相调光，反之也是，电路的不通用性导致设计成本增加。

为了解决该问题，本申请在电路中设置了控制模块4，该控制模块4与电网输入及调光器模块1和PFC模块2分别相连，并可利用PFC的升压特性以及PFC的输出电解特点结合电网输入及调光器模块1的调光模式而将切相调光器的切相占空比作为输出恒压及调光模块3的调光输入信号，从而控制PFC模块2的开启时间点，实现使调光输入信号更加接近前端的调光电源，提高调光性能。

PFC模块2为后端的输出恒压及调光模块3提供驱动电源，具体的调光操作则需由控制模块4控制，故控制模块4还与输出恒压及调光模块3电相连以控制输出恒压及调光模块3的调光，由于该具体的电连接设计并非本申请的保护重点，不同生产厂商可根据其实际需要选择具体的连接控制方式，且其属于常规设计，故而，此处就不详细展开。

在本申请中，控制模块4包括与电网输入及调光器模块1电连接以获取电源信息并据此判断电网输入及调光器模块1的调光模式的控制芯片41、与控制芯片41和PFC模块2分别相连并在控制芯片41的控制下于对应调光模式下的开启时间点驱动PFC模块2 开启的驱动使能模块42。

该调光模式包括前切相调光模式、后切相调光模式和未接调光器模式，开启时间点对应包括前切相调光模式下控制芯片41在切相调光器的输出电压降到阈值时控制驱动使能模块42驱使PFC模块2开启以利用PFC模块2的输出电解提供维持电流的第一时间点、后切相调光模式下控制芯片41在切相关断点处控制驱动使能模块42驱使PFC模块2打开以利用PFC模块2的输出电解进行泄放的第二时间点、当控制芯片41判断出未接调光器时控制驱动使能模块42使能以使PFC模块2依照自身特性自由运行的第三时间点。

PFC在运行过程中具有升压功能，其输出电解在PFC处于运行状态时会持续处于升压状态，且其电势差高于前端电网输入及调光器模块1输出的最大电压值。PFC在以往的调光电路中按照自身特性运行，导致在可控硅导通的一个周期内，PFC持续处于运行状态，PFC的输出电解持续处于高压状态，尤其是针对前切相调光模式，可控硅第一次开启瞬间，电压和电流突变，使得电路中的电流大于可控硅导通所需的电流，可控硅出现短暂导通，但随着电压和电流的回落稳定，调光电路中的电流逐渐降低至可控硅导通所需的电流值以下，PFC持续运行以及升压特性使得输出电解无法为电路提供补给电流，导致可控硅短暂导通后出现电流振荡，维持电流不够而被迫关闭重启，调光器的可控硅就不停的开启-关断-重启，这会造成输出电压不稳定，严重影响调光效果。

而本申请中通过增加可根据调光模式对PFC模块开启时间进行控制的控制模块，在可控硅第一次导通前期，使PFC处于关断状态，而在电路电流出现回落时，也即对应着输出电压降至阈值时，使PFC开启，利用PFC的升压功能特性将输出电解的电压进行抬升，使得电路电流得以维持，给即将回落的电流提供补给以维持在维持电流之上，并利用输出电解随后将持续处于升压状态的特点，确保电路中的电流持续维持稳定，保证可控硅持续导通，从而确保输出电压稳定，解决前切模式下需持续提供维持电流的问题；后切模式下在切相关断点处开启PFC，能将电路中的能量转移释放到PFC的输出电解上，完成泄放，当调光电源的输出电压信号降到设定值时，关闭PFC，如此，能确保泄放干净。

在本申请中，不论是前切模式下的PFC开启关闭或后切模式下的PFC开启关闭，其均是充分利用切相信号的占空比，根据占空比控制PFC的开启或关闭，使得后端电路很好的跟随了前端电网输入及调光器模块的电压波形变化，换言之，后端调光电路即是将切相信号占空比作为调光输入信号，实现了对后端输出恒压及调光模块的调光功能，精准且效果好。在本实施例中，该阈值选择为电网输入及调光器模块输出的电压最大值的 1/2，当然，其也可以是其他值，具体根据可控硅以及整个电路设计情形决定。

为了获取前端电网输入及调光器模块1的电源信息，该控制系统还包括连接在电网输入及调光器模块1与控制芯片41之间以获取电源信息并将电源信息传递至控制芯片41的输入电压检测模块5，该电源信息包括电压幅值信号和电压斜率信号。对于前切相调光模式而言，电压斜率变化明显，而后切模式电压斜率变化较为平缓，故，根据电压幅值大小以及斜率变化能很好的辨别到底是前切还是后切抑或者没接调光器，具体通过软件算法实现，此处不详细展开。

如图2所示，该PFC模块2包括PFC芯片21、与PFC芯片21和输出恒压及调光模块3电连接的第一开关部件22，驱动使能模块42包括设置在PFC芯片41与第一开关部件22之间以控制PFC芯片21与第一开关部件22是否连通的第二开关部件，第二开关部件还与控制芯片41相连并由控制芯片41控制其导通与否。

具体而言，第二开关部件包括第一NPN型三极管Q11和第一PNP型三极管Q12，第一NPN型三极管Q11的基极连接控制芯片41而发射极接地且集电极连接第一PNP 型三极管Q12的基极，第一PNP型三极管Q12的发射极连接PFC芯片21而集电极与第一开关部件相连，该第一开关部件22为N沟道MOS管Q1，PFC模块2的输出电解C31 连接在N沟道MOS管Q1与输出恒压及调光模块3之间。当然，该第二开关部件也可以是其他关断器件，如MOS管与MOS管、MOS管与三极管的组合，只要能实现通过其自身导通或关断决定PFC芯片与第一开关部件之间是否导通或关断即可。

该输入电压检测模块5包括与电网输入及调光器模块1相连的整流部件51、连接在整流部件51与控制芯片41之间以获取电压并将电压传输给控制芯片41的分压电阻部件52，如图2所示，该分压电阻部件52包括串联的电阻R62、R63、R64、R65，其中 R65两端还并联电容C36构成RC滤波，该分压电阻部件52将获取的分压电阻R65上的电压差信号传输给控制芯片41，控制芯片41根据自身内部烧写的程序代码结合采集的多个电压值计算电压变化，从而判断调光模式，此处不赘。

本申请通过采集电压幅值信号和电压斜率变化信号，判断调光模式，并根据调光模式控制PFC模块在前切相模式下前期处于关闭状态而在调光电源电压降到阈值时开启，利用PFC的输出电解续流，而在后切相模式下在切相关断点处开启PFC模块，利用PFC 的输出电解泄放，而在未接调光器时使PFC按照自身特点运行，针对调光模式的自身电路特点，巧妙利用PFC的输出电解解决续流不稳定或泄放效果不佳的问题，并很好的还原了切相波形，实现了直接用切相占空比作为调光的输入信号，提高了调光性能。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种提高切相调光性能的控制系统，所述控制系统包括电网输入及调光器模块(1)、与电网输入及调光器模块(1)相连的PFC模块(2)以及与PFC模块(2)相连的输出恒压及调光模块(3)，其特征在于：

所述控制系统还包括与电网输入及调光器模块(1)和PFC模块(2)分别相连并利用PFC的升压特性以及PFC的输出电解特点结合电网输入及调光器模块(1)的调光模式而将切相调光器的切相占空比作为输出恒压及调光模块(3)的调光输入信号以控制PFC模块(2)的开启时间点的控制模块(4)；

所述控制模块(4)还与输出恒压及调光模块(3)电连接以控制输出恒压及调光模块(3)的调光。

2.根据权利要求1所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述控制模块(4)包括与电网输入及调光器模块(1)电连接以获取电源信息并据此判断电网输入及调光器模块(1)的调光模式的控制芯片(41)、与控制芯片(41)和PFC模块(2)分别相连并在控制芯片(41)的控制下于对应调光模式下的开启时间点驱动PFC模块(2)开启的驱动使能模块(42)。

3.根据权利要求2所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述调光模式包括前切相调光模式、后切相调光模式和未接调光器模式；

所述开启时间点包括前切相调光模式下控制芯片(41)在切相调光器的输出电压降到阈值时控制驱动使能模块(42)驱使PFC模块(2)开启以利用PFC模块(2)的输出电解(C31)提供维持电流的第一时间点、后切相调光模式下控制芯片(41)在切相关断点处控制驱动使能模块(42)驱使PFC模块(2)打开以利用PFC模块(2)的输出电解(C31)进行泄放的第二时间点以及当控制芯片(41)判断出未接调光器时控制驱动使能模块(42)使能以使PFC模块(2)依照自身特性自由运行的第三时间点。

4.根据权利要求2所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述控制系统还包括连接在电网输入及调光器模块(1)与控制芯片(41)之间以获取电源信息并将电源信息传递至控制芯片(41)的输入电压检测模块(5)。

5.根据权利要求4所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述电源信息包括电压幅值信号和电压斜率信号。

6.根据权利要求2所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述PFC模块(2)包括PFC芯片(21)、与PFC芯片(21)和输出恒压及调光模块(3)电连接的第一开关部件(22)；

所述驱动使能模块(42)包括设置在PFC芯片(21)与第一开关部件(22)之间以控制PFC芯片(21)与第一开关部件(22)连通与否的第二开关部件，所述第二开关部件还与控制芯片(41)相连并由控制芯片(41)控制其导通与否。

7.根据权利要求6所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述第二开关部件包括第一NPN型三极管(Q11)和第一PNP型三极管(Q12)，所述第一NPN型三极管(Q11)的基极连接控制芯片(41)而发射极接地且集电极连接第一PNP型三极管(Q12)的基极；

所述第一PNP型三极管(Q12)的发射极连接PFC芯片(21)而集电极与第一开关部件(22)相连。

8.根据权利要求6所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述第一开关部件(22)为N沟道MOS管(Q1)，所述PFC模块(2)的输出电解(C31)连接在N沟道MOS管(Q1)与输出恒压及调光模块(3)之间。

9.根据权利要求4所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述输入电压检测模块(5)包括与电网输入及调光器模块(1)相连的整流部件(51)、连接在整流部件(51)与控制芯片(41)之间以获取电压信号并将电压信号传输给控制芯片(41)的分压电阻部件(52)。

10.根据权利要求3所述提高切相调光性能的控制系统，其特征在于：

所述阈值为电网输入及调光器模块(1)的输出电压最大值的1/2。

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