CN221227795U - 一种非隔离切相调光电源及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种非隔离切相调光电源及系统，包括：EMC滤波电路的输入端与切相调光器的输出端连接，EMC滤波电路的输出端分别与整流滤波电路、切相信号转换电路的输入端连接，整流滤波电路用于对交流电进行整流和滤波，并输出脉动直流电至功率因数校正电路的输入端，功率因数校正电路的输出端与BUCK降压电路的输入端连接，BUCK降压电路的输出端与灯具的电源端连接，切相信号转换电路用于将交流电转换成直流信号或PWM信号并输出至信号处理电路，信号处理电路用于根据直流信号或PWM信号输出相应的调光信号。本实用新型调光电源无需隔离变压器与光耦进行电气隔离，达到提高光效、简化控制电路，使调光电源轻量化、小型化、低成本的效果。

Description

一种非隔离切相调光电源及系统

技术领域

本实用新型涉及调光电源技术领域，具体涉及一种非隔离切相调光电源及系统。

背景技术

目前，调光方式分为无线调光和有线调光，无线调光的优点在于易于灵活安装，缺点是容易受到干扰，且控制范围有限，因此在追求稳定性和可靠性的应用场合往往采用有线调光，其中，切相调光是一种通过调节供电的导通角来改变电压输入有效值以此实现调光目的有线调光方式，其优势在于无需另外接线、无需重新调整灯具布线，且能够兼容许多照明灯具和控制系统，因此适用于已经安装有完整灯具的项目改造中，对于不想大改装修且对调光效果没有很高要求的项目非常友好，此外切相调光的低成本具有很大的竞争优势，因此具有良好的发展前景。

在全世界都呼吁节能减排的今天，为了响应号召照明行业也在不断进行技术改进以提高光效，其中，除了灯具本身提高光效以外，其供电电源也在往提高效率、降低损耗的方向发展，从而使整个照明系统达到节能、提高光效的目的。然而，目前的切相调光电源为了确保电路的安全性采用隔离的方式，其效率很难再提升了；并且控制电路复杂，控制信号需要光耦和变压器进行电气隔离，导致成本较高，同时由于变压器的体积较大也不利于调光电源的进一步小型化和轻量化设计。同时，随着灯具的安全性和可靠性越来越高，目前对其供电电源的要求大多转为了成本控制，因此在能够确保电路安全的同时非隔离电源在照明产品中的应用也越来越广泛，但目前还没有非隔离式的切相调光电源，因此，需要设计一种效率高、电路相对隔离电源更简单、无需隔离变压器与光耦进行电气隔离、成本低的非隔离切相调光电源及系统。

实用新型内容

本实用新型提供的一种非隔离切相调光电源及系统，主要用于解决现有隔离式切相调光电源光效难以提升、控制电路复杂以及使用电气隔离器件导致电源体积大、成本高等问题，从而实现提高光效、简化控制电路，无需隔离变压器与光耦进行电气隔离以实现调光电源轻量化、小型化、低成本的效果。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种非隔离切相调光电源，包括EMC滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、BUCK降压电路、切相信号转换电路以及信号处理电路，交流电输入切相调光器，所述EMC滤波电路的输入端与所述切相调光器的输出端连接，用于将所述切相调光器切相后的交流电滤除电磁干扰，所述EMC滤波电路的输出端分别与所述整流滤波电路、切相信号转换电路的输入端连接，所述整流滤波电路用于对所述交流电进行整流和滤波，并输出脉动直流电至所述功率因数校正电路的输入端，所述功率因数校正电路的输出端与所述BUCK降压电路的输入端连接，用于对电路的功率因数进行校正，所述BUCK降压电路的输出端与灯具的电源端连接，用于为所述灯具提供电能，所述切相信号转换电路用于将所述交流电转换成直流信号或PWM信号，并将所述直流信号或PWM信号输出至所述信号处理电路，所述信号处理电路用于根据所述直流信号或PWM信号输出相应的调光信号，所述调光信号用于控制非隔离切相调光电源的输出电能，实现对所述灯具亮度的控制。

进一步的方案是，所述EMC滤波电路包括第二电感、第一电容、压敏电阻以及第一电感，所述第二电感、第一电容、压敏电阻和第一电感构成π型滤波网络，用于对输入的所述交流电的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对交流电源干扰，同时也防止交流电源本身产生的高频杂波对电网干扰。

进一步的方案是，所述第二电感和第一电感均为双绕组的共模电感，所述第二电感的两个输入端分别与切相后交流电的火线与零线连接，其两个输出端分别与所述第一电容、压敏电阻并联连接，所述第一电感输入端与所述压敏电阻并联连接。

进一步的方案是，所述整流滤波电路包括整流桥和第二电容，所述整流桥的输入端与所述第一电感的输出端连接，其输出端与所述第二电容并联连接。

进一步的方案是，所述功率因数校正电路包括PFC控制器、第三晶体管、第三电感、第四电容以及第三二极管，所述第三晶体管、第三电感、第四电容和第三二极管构成升压型PFC电路，所述PFC控制器的输出端与所述第三晶体管的栅极连接，通过控制输出占空比可变的PWM信号，以切换所述第三晶体管的导通和截止状态，从而调节电路的电压和电流以获得高功率因数。

进一步的方案是，所述BUCK降压电路包括降压控制器、第四晶体管、第四电感、第五电容以及第四二极管，所述第四晶体管、第四电感、第五电容以及第四二极管构成BUCK电路，所述降压控制器的输出端与所述第四晶体管的栅极连接，通过控制输出占空比可变的PWM信号，以切换所述第四晶体管的导通和截止状态，从而将所述直流电转换为可调的电压输出。

进一步的方案是，所述切相信号转换电路包括第一二极管、第二二极管、第一晶体管、第二晶体管以及低通滤波电路，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极分别所述第一电感的两个输出端连接，阴极与所述第一晶体管的基极连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二晶体管的基极连接，所述第二晶体管输出的反相PWM信号通过所述低通滤波电路转换成直流信号输出。

进一步的方案是，BUCK降压电路的输入端与信号处理电路的输出端连接，用于根据输入的调光信号将直流电转换为相应的电压信号，并将所述电压信号输出至灯具的电源端，从而实现对所述灯具调光。

进一步的方案是，还包括第五晶体管以及PWM驱动电路，BUCK降压电路的第一输出端与灯具的正极电源端连接，其第二输出端与所述第五晶体管的源极共地连接，所述第五晶体管的漏极与所述灯具的负极电源端连接，所述PWM驱动电路的输入端接入调光信号，其输出端与所述第五晶体管的栅极连接，通过控制所述第五晶体管导通或截止，从而实现对所述灯具调光。

一种非隔离切相调光电源系统，包括切相调光器、所述的非隔离切相调光电源以及灯具，所述切相调光器接入交流电，并将切相后的交流电输出至BUCK降压电路，所述BUCK降压电路的输出端与所述灯具的电源端连接，通过采用非隔离方式为所述灯具提供电能，切相信号转换电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路根据输入的直流信号或PWM信号输出相应的调光信号，以控制所述灯具的调光。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型BUCK降压电路采用非隔离的BUCK降压拓扑电路，输出电源端无需通过变压器与负载灯具进行电气隔离，同时采用非隔离电源进行功率转换，从而达到提高光效、简化控制电路、降低功耗以及调光电源轻量化、小型化、低成本设计的效果；

2、本实用新型切相信号转换电路与信号处理电路直接电气相连，不需要通过光电耦合器或隔离变压器进行电气隔离，便可实现切线调光控制，解决了非隔离电源无切相调光功能，并且相对隔离电源中复杂的调光信号处理电路，进一步降低了成本、提高了电路的可靠性。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型非隔离切相调光电源实施例一示意图一。

图2是本实用新型非隔离切相调光电源实施例一示意图二。

图3是本实用新型非隔离切相调光电源实施例二示意图一。

图4是本实用新型非隔离切相调光电源实施例二示意图二。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种非隔离切相调光电源实施例一

参见图1-2，本实用新型所涉及的一种非隔离切相调光电源，包括EMC滤波电路11、整流滤波电路12、功率因数校正电路13、BUCK降压电路14、切相信号转换电路21以及信号处理电路22，交流电接入切相调光器，所述EMC滤波电路的输入端与所述切相调光器的输出端连接，用于将所述切相调光器切相后的交流电滤除电磁干扰，EMC滤波电路11的输出端分别与整流滤波电路12、切相信号转换电路21的输入端连接，整流滤波电路12用于对所述交流电进行整流和滤波，并输出脉动直流电至功率因数校正电路13的输入端，功率因数校正电路13的输出端与BUCK降压电路14的输入端连接，用于对电路的功率因数进行校正，BUCK降压电路14的输出端与灯具的电源端连接，用于为所述灯具提供电能，切相信号转换电路21用于将所述交流电转换成直流信号或PWM信号，并将所述直流信号或PWM信号输出至信号处理电路22，信号处理电路22用于根据所述直流信号或PWM信号输出相应的调光信号，所述调光信号用于控制非隔离切相调光电源1的输出电能，实现对所述灯具亮度的控制。

具体的，本实施例EMC滤波电路11、整流滤波电路12、功率因数校正电路13和BUCK降压电路14构成了非隔离电源电路1，用于为灯具提供电能。

在本实施例中，EMC滤波电路11包括第二电感L2、第一电容C1、压敏电阻RV1以及第一电感L1，第二电感L2、第一电容C1、压敏电阻RV1和第一电感L1构成π型滤波网络，用于对输入的所述交流电的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对交流电源干扰，同时也防止交流电源本身产生的高频杂波对电网干扰。

具体的，本实施例压敏电阻RV1用于吸收浪涌电压，以保护电源。

在本实施例中，第二电感L2和第一电感L1均为双绕组的共模电感，第二电感L2的两个输入端分别与切相后交流电的火线与零线连接，其两个输出端分别与第一电容C1、压敏电阻RV1并联连接，第一电感L1输入端与压敏电阻RV1并联连接。

在本实施例中，整流滤波电路12包括整流桥DB1和第二电容C2，整流桥DB1的输入端与第一电感L1的输出端连接，其输出端与第二电容C2并联连接。

具体的，本实施例整流桥DB1的第一输出端与第二电容C2的一端连接，其第二输出端与第二电容C2的另一端共地连接。

在本实施例中，功率因数校正电路13包括PFC控制器U1、第三晶体管Q3、第三电感L3、第四电容C4以及第三二极管D3，第三晶体管Q3、第三电感L3、第四电容C4和第三二极管D3构成升压型PFC电路，所述PFC控制器U1的输出端与第三晶体管Q3的栅极连接，通过控制输出占空比可变的PWM信号，以切换第三晶体管Q3的导通和截止状态，从而调节电路的电压和电流以获得高功率因数。

具体的，本实施例第三电感L3的一端与与第二电容C2连接，另一端分别与第三晶体管Q3的漏极和第三二极管D3的阳极连接，第三晶体管Q3的源极接地，第三二极管D3的阴极通过第四电容C4接地。

在本实施例中，BUCK降压电路14包括降压控制器U3、第四晶体管Q4、第四电感L4、第五电容C5以及第四二极管D4，第四晶体管Q4、第四电感L4、第五电容C5以及第四二极管D4构成BUCK电路，所述降压控制器U3的输出端与第四晶体管Q4的栅极连接，通过控制输出占空比可变的PWM信号，以切换第四晶体管Q4的导通和截止状态，从而将所述直流电转换为可调的电压输出。

具体的，本实施例BUCK降压电路14还包括第八电阻，第四晶体管Q4的漏极与第三二极管D3的阴极连接，其栅极通过第八电阻与所述降压控制器U3的第五输出端连接，其源极分别与第四二极管D4的阴极、第四电感L4的一端连接，第四电感L4的另一端通过第五电容C5与第四二极管D4的阳极共地连接。

在本实施例中，切相信号转换电路21包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2以及低通滤波电路，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的阳极分别第一电感L1的两个输出端连接，阴极与第一晶体管Q1的基极连接，第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的基极连接，第二晶体管Q2输出的反相PWM信号通过所述低通滤波电路转换成直流信号输出。

具体的，本实施例切相信号转换电路21还包括电阻R1～R7以及第三电容C3，所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管D2的阴极连接后通过R2与第一晶体管Q1的基极连接，第一晶体管Q1的基极通过R1连接与其发射极连接后接地。

其中，电磁滤波后的交流电经第一二极管D1、第二二极管D2整流后，通过电阻R1、R2分压限流给第一晶体管Q1的基极提供驱动电压电流，当驱动电压大于第一晶体管Q1导通电压时，第一晶体管Q1导通；当驱动电压低于第一晶体管Q1的导通电压时，第一晶体管Q1关断，因此在第一晶体管Q1的集电极形成一个PWM信号。

具体的，本实施例第一晶体管Q1的集电极通过R3接入电压VCC，并通过R4与第二晶体管Q2的基极连接，第二晶体管Q2的基极通过R5连接与其发射极连接后接地。

其中，第二晶体管Q2接入第一晶体管Q1输出的PWM信号，在集电极将所述PWM信号反相输出，反相PWM信号和交流电经过第一二极管D1、第二二极管D2整流后形成的脉动直流电的脉宽几乎相等。

具体的，本实施例第二晶体管Q2的集电极通过R6接入电压VCC，并与R7的一端连接，其发射极接地，R7的另一端通过第三电容C3接地。

其中，电阻R3、R4在电路中起限流作用，反相PWM信号经过由电阻R5、第三电容C3组成的低通滤波转换成直流信号。

具体的，本实施例信号处理电路22采用单片机U2进行信号处理，单片机U2的输入端口通过电阻R7与第二晶体管Q2的集电极连接，用于接入所述直流信号，并根据所述直流信号的电平转换成相对应的调光信号。

具体的，本实施例切相信号转换电路21输出反相PWM信号作为单片机U2的输入信号仅为示例性的，并未唯一方式，如将第二晶体管Q2输出的反相PWM信号会直接输入至单片机U2，不需要转换成直流信号，单片机U2直接根据所述反相PWM信号的脉宽输出相对应的调光信号。

在本实施例中，BUCK降压电路14的输入端与信号处理电路22的输出端连接，用于根据输入的所述调光信号将所述直流电转换为相应的电压，并将所述电压输出至所述灯具的电源端，从而实现对所述灯具调光。

具体的，本实施例切相后的交流电相位角发生变化，随之切相信号转换电路21输出的PWM信号或直流信号也发生相应变化，信号处理电路22根据切相信号转换电路21输出的PWM信号或直流信号输出相应的调光信号，所述单片机U2信号处理电路22输出的调光信号以控制BUCK降压电路14的输出量，BUCK降压电路14的输出量改变，连接到所述非隔离切相调光电源输出端子的灯具亮度随之改变，实现对灯具的亮度控制。

具体的，本实施例所述直流信号的电压越大，对应的调光亮度越亮。

一种非隔离切相调光电源电源实施例二

参见图3-4，在本实施例中，还包括第五晶体管Q5以及PWM驱动电路23，BUCK降压电路14的第一输出端与所述灯具的正极电源端连接，其第二输出端与第五晶体管Q5的源极共地连接，第五晶体管Q5的漏极与所述灯具的负极电源端连接，PWM驱动电路23的输入端接入所述调光信号，其输出端与第五晶体管Q5的栅极连接，用于控制第五晶体管Q5导通或截止，从而实现对所述灯具调光。

具体的，本实施例信号处理电路22输出的调光信号为PWM信号，并将PWM信号输入至PWM驱动电路23，PWM驱动电路23增强驱动后根据PWM信号的占空比控制第五晶体管Q5的导通脉宽，从而实现对所述灯具调光。

一种非隔离切相调光电源系统实施例

本实用新型所涉及的一种非隔离切相调光电源系统，包括切相调光器、所述的非隔离切相调光电源2以及灯具，所述切相调光器接入交流电，并将切相后的交流电输出至BUCK降压电路14，BUCK降压电路14的输出端与所述灯具的电源端连接，通过采用非隔离方式为所述灯具提供电能，切相信号转换电路21的输出端与信号处理电路22的输入端连接，信号处理电路22根据输入的直流信号或PWM信号输出相应的调光信号，以控制所述灯具的调光。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种非隔离切相调光电源，其特征在于，包括：

EMC滤波电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、BUCK降压电路、切相信号转换电路以及信号处理电路，交流电输入切相调光器，所述EMC滤波电路的输入端与所述切相调光器的输出端连接，用于将所述切相调光器切相后的交流电滤除电磁干扰，所述EMC滤波电路的输出端分别与所述整流滤波电路、切相信号转换电路的输入端连接，所述整流滤波电路用于对所述交流电进行整流和滤波，并输出脉动直流电至所述功率因数校正电路的输入端，所述功率因数校正电路的输出端与所述BUCK降压电路的输入端连接，用于对电路的功率因数进行校正，所述BUCK降压电路的输出端与灯具的电源端连接，用于为所述灯具提供电能，所述切相信号转换电路用于将所述交流电转换成直流信号或PWM信号，并将所述直流信号或PWM信号输出至所述信号处理电路，所述信号处理电路用于根据所述直流信号或PWM信号输出相应的调光信号，所述调光信号用于控制非隔离切相调光电源的输出电能，实现对所述灯具亮度的控制。

2.根据权利要求1所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

所述EMC滤波电路包括第二电感、第一电容、压敏电阻以及第一电感，所述第二电感、第一电容、压敏电阻和第一电感构成π型滤波网络，用于对输入的所述交流电的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对交流电源干扰，同时也防止交流电源本身产生的高频杂波对电网干扰。

3.根据权利要求2所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

所述第二电感和第一电感均为双绕组的共模电感，所述第二电感的两个输入端分别与切相后交流电的火线与零线连接，其两个输出端分别与所述第一电容、压敏电阻并联连接，所述第一电感输入端与所述压敏电阻并联连接。

4.根据权利要求3所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

所述整流滤波电路包括整流桥和第二电容，所述整流桥的输入端与所述第一电感的输出端连接，其输出端与所述第二电容并联连接。

5.根据权利要求1所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

所述功率因数校正电路包括PFC控制器、第三晶体管、第三电感、第四电容以及第三二极管，所述第三晶体管、第三电感、第四电容和第三二极管构成升压型PFC电路，所述PFC控制器的输出端与所述第三晶体管的栅极连接，通过控制输出占空比可变的PWM信号，以切换所述第三晶体管的导通和截止状态，从而调节电路的电压和电流以获得高功率因数。

6.根据权利要求1所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

所述BUCK降压电路包括降压控制器、第四晶体管、第四电感、第五电容以及第四二极管，所述第四晶体管、第四电感、第五电容以及第四二极管构成BUCK电路，所述降压控制器的输出端与所述第四晶体管的栅极连接，通过控制输出占空比可变的PWM信号，以切换所述第四晶体管的导通和截止状态，从而将直流电转换为可调的电压输出。

7.根据权利要求2所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

所述切相信号转换电路包括第一二极管、第二二极管、第一晶体管、第二晶体管以及低通滤波电路，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极分别所述第一电感的两个输出端连接，阴极与所述第一晶体管的基极连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二晶体管的基极连接，所述第二晶体管输出的反相PWM信号通过所述低通滤波电路转换成直流信号输出。

8.根据权利要求1-7任一项所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

BUCK降压电路的输入端与信号处理电路的输出端连接，用于根据输入的调光信号将直流电转换为相应的电压信号，并将所述电压信号输出至灯具的电源端，从而实现对所述灯具调光。

9.根据权利要求1-7任一项所述的非隔离切相调光电源，其特征在于：

还包括第五晶体管以及PWM驱动电路，BUCK降压电路的第一输出端与灯具的正极电源端连接，其第二输出端与所述第五晶体管的源极共地连接，所述第五晶体管的漏极与所述灯具的负极电源端连接，所述PWM驱动电路的输入端接入调光信号，其输出端与所述第五晶体管的栅极连接，通过控制所述第五晶体管导通或截止，从而实现对所述灯具调光。

10.一种非隔离切相调光电源系统，其特征在于，包括：

切相调光器、如权利要求1-9任一项所述的非隔离切相调光电源以及灯具，所述切相调光器接入交流电，并将切相后的交流电输出至BUCK降压电路，所述BUCK降压电路的输出端与所述灯具的电源端连接，通过采用非隔离方式为所述灯具提供电能，切相信号转换电路的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路根据输入的直流信号或PWM信号输出相应的调光信号，以控制所述灯具的调光。