CN108366460B - 泄放电路及led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泄放电路及LED驱动电路，通过控制泄放电流在可控硅调光器开启时跟随母线电压的振荡波形变化，使得母线电压振荡的衰减速度加快，从而在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

Description

泄放电路及LED驱动电路

技术领域

本发明涉及电子电力技术，更具体地，涉及一种泄放电路及LED驱动电路。

背景技术

可控硅调光器是目前常用的调光方法，可控硅调光器采用相位控制方法来实现调光，即在正弦波每半个周期控制可控硅调光器导通，获得相同的导通相角。通过调节可控硅调光器的斩波相位，可以改变导通相角的大小，实现调光。

可控硅调光器的三端双向可控硅开关元件(Triode for Alternating Current,TRIAC)的工作特性是：当其栅极被触发，使得元件由关断变为导通时，维持元件导通需要一最小电流，其可称为闩锁电流(Latching Current，或称擎住电流)。在三端双向可控硅开关元件导通后，维持其导通需要的最小电流被称为维持电流(Holding Current)。通常来说，维持电流与结温有关，同时，闩锁电流比维持电流大2-4倍。

可控硅调光器在开启时需要比较大的开启电流，可控硅调光器中的电感和电容之间会产生谐振，进而使得提供给LED驱动电路的输入电压产生振荡。在可控硅调光器对LED负载进行调光时，若输入电压振荡，LED驱动电路的输入电流也会发生振荡，可能会造成输入电流低于可控硅调光器的维持电流的情况，从而使得可控硅调光器关断或不正常接触，进而出现LED负载的驱动电流出现尖峰或不正常关断的问题。

为了防止可控硅调光器关断或不正常接触，在现有技术中采用在可控硅调光器开启时输入一个类似方波的电流，但是这种方法不仅无法衰减可控硅调光器开启时产生的振荡，并且开启电流需要维持较长时间，因此电路损耗较大，效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种泄放电路及LED驱动电路，以在提供可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小可控硅调光器开启时的损耗，提高LED驱动电路的效率。

第一方面，提供一种泄放电路，应用于具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述泄放电路包括：

泄放模块，被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并受控泄放母线电流；以及

控制器，被配置为在所述可控硅调光器开启时控制所述泄放模块使得泄放电流跟随母线电压的振荡波形变化，以加快所述母线电压振荡的衰减速度。

进一步地，所述泄放电流在所述母线电压衰减过程中不小于所述可控硅调光器的擎住电流，且随着所述母线电压的振荡幅值的减小而逐渐减小。

进一步地，所述控制器控制所述泄放模块产生预定时间的泄放电流。

进一步地，所述预定时间大于所述母线电压振荡的衰减时间。

进一步地，所述控制器包括：

阻尼电路，被配置为对所述母线电压的振荡波形进行采样生成基准信号；

电流控制电路，被配置为根据所述基准信号和电流采样信号输出所述泄放模块的控制信号，所述电流采样信号用于表征所述泄放电流。

进一步地，所述阻尼电路具有预定的时间常数以调节所述基准信号。

进一步地，所述控制器还包括：

分压电路，被配置为对所述母线电压进行分压生成用于表征所述母线电压的电压采样信号；

所述阻尼电路还被配置为根据所述电压采样信号的振荡波形输出所述基准信号。

进一步地，所述阻尼电路包括：

电阻；以及

电容，与电阻串联连接在母线和接地端之间；或者

所述阻尼电路包括：

电阻；以及

电容，与电阻串联连接在所述分压电路的输出端和接地端之间。

进一步地，所述泄放模块包括：

晶体管，被配置为在所述可控硅调光器开启时，根据所述母线电压的震荡波形生成所述泄放电流；

以及

采样元件，被配置为采样所述泄放电流以生成电流采样信号。

第二方面，提供一种LED驱动电路，包括：

可控硅调光器,连接到交流输入电源；

整流电路，与所述可控硅调光器连接，向直流母线输出母线电压；

LED电路控制模块，被配置为控制流过LED负载的电流；以及

如上所述的泄放电路。

本发明实施例的技术方案通过控制泄放电流在可控硅调光器开启时跟随母线电压的振荡波形变化，使得母线电压振荡的衰减速度加快，从而在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图；

图2是本发明第一实施例的LED驱动电路的电路示意图；

图3是本发明第二实施例的LED驱动电路的电路示意图；

图4是现有技术的LED驱动电路的工作波形图；

图5是本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图1所示，LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、整流电路11、泄放电路12和LED电路控制模块13。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路11之间。整流电路11与可控硅调光器连接，用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。LED电路控制模块13被配置为控制流过LED负载的电流。

泄放电路12与直流母线BUS连接，被配置为在可控硅调光器开启时控制泄放母线电流，并且控制泄放电流跟随母线电压的振荡波形变化，以加快母线电压振荡的衰减速度。

优选地，泄放电路12还被配置为控制泄放电流在所述母线电压衰减过程中不小于所述可控硅调光器的擎住电流，且随着母线电压的振荡幅值的减小而逐渐减小，以在保证可控硅调光器TRIAC导通的条件下减小电路的损耗。

优选地，泄放电路12在可控硅调光器TRIAC开启时产生预定时间的泄放电流。进一步地，泄放电路12泄放母线电流的预定时间大于母线电压振荡的衰减时间。这不仅维持了可控硅调光器TRIAC的导通电流，还有效防止了可控硅调光器TRIAC在开启阶段的不正常触发(例如，当维持可控硅调光器TRIAC的导通电流不够时，导致可控硅调光器TRIAC一直处于重启状态)，确保了电路的稳定性。

应理解，本实施例中的泄放电路仅作用于可控硅调光器TRIAC开启阶段，以防止可控硅调光器TRIAC在开启阶段的不正常触发，在母线电压VBUS下降到小于LED负载的驱动电压时还需要其他的泄放电路进行泄放。

综上所述，本实施例通过控制泄放电流在可控硅调光器开启时跟随母线电压的振荡波形变化，使得母线电压振荡的衰减速度加快，从而在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

图2是本发明第一实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图2所示，LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、整流电路21、泄放电路22和LED电路控制模块23。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路21之间。整流电路21与可控硅调光器连接，用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。LED电路控制模块23被配置为控制流过LED负载的电流。

在本实施例中，如图2所示，泄放电路22包括泄放模块221和控制器222。泄放模块221被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并在可控硅调光器TRIAC开启阶段受控泄放母线电流。控制器222被配置为在可控硅调光器TRIAC开启阶段控制泄放模块221以使得泄放电流Ibld跟随母线电压VBUS的振荡波形变化，从而加快所述母线电压VBUS振荡的衰减速度。

其中，泄放模块221包括晶体管Q和采样元件R3。晶体管Q被配置为在可控硅调光器TRIAC开启时受控导通以泄放母线电流，并在预定时间后受控关断以减小电路损耗。采样元件R3被配置为采样泄放电流Ibld以生成用于表征泄放电流Ibld的电流采样信号Vbld。应理解，本实施例采样电阻作为采样元件，但是其他能够对泄放电流进行的元件均能够应用于本实施例中。

控制器222包括阻尼电路a、分压电路b和电流控制电路cl。分压电路b连接在LED驱动电路的直流母线与接地端之间，包括电阻R1和电阻R2。分压电路b被配置为对母线电压VBUS进行分压生成用于表征母线电压VBUS的电压采样信号SVbus。阻尼电路a连接在分压电路b的输出端和接地端之间，用于根据电压采样信号SVbus生成基准信号Vref。在本实施例中，阻尼电路a为由电阻R和电容C组成的RC一阶微分电路，用于根据母线电压VBUS的振荡波形生成基准信号Vref。应理解，其他能够实现上述作用的电路结构均能够应用于本实施例中。电流控制电路cl用于根据基准信号Vref和电流采样信号Vbld生成泄放模块221的控制信号VG。在一种优选的实施方式中，电流控制电路可采用差分放大器。应理解，其他能够实现上述作用的电路结构均能够应用于本实施例中。

在可控硅调光器TRIAC开启时，可控硅调光器TRIAC中的电感和电容之间会产生谐振，这会导致可控硅调光器提供给LED驱动电路的输入电压产生比较高频率的振荡。也就是说，在在可控硅调光器TRIAC开启时，母线电压VBUS会以比较高的频率进行振荡。

在本实施例中，通过分压电路b对母线电压VBUS进行分压以生成表征母线电压VBUS的电压采样信号SVbus。容易理解，电压采样信号SVbus的振荡频率与母线电压VBUS的振荡频率保持相等。并通过阻尼电路a对电压采样信号SVbus的振荡波形进行采样生成基准信号Vref。然后通过基准信号Vref的变化控制泄放模块221对母线电流进行泄放。

当母线电压VBUS变化(电压采样信号SVbus对应成比例变化)时，阻尼电路a中的电容C被迅速充电(或放电)，基准信号Vref与母线电压VBUS的时间变化率成比例。并且，根据基准信号Vref与电流采样信号Vbld生成的控制信号VG跟随基准信号Vref变化。因此，泄放模块221的控制信号VG跟随母线电压VBUS的振荡波形变化，进而，泄放电流Ibld跟随母线电压VBUS的振荡波形变化，这使得母线电压VBUS的振荡衰减速度加快。因此，本实施例中的LED驱动电路在可控硅开启时能够加快母线电压振荡的衰减速度。

由于基准信号Vref与母线电压VBUS的时间变化率成比例，当母线电压VBUS振荡幅值逐渐衰减(也即母线电压VBUS的时间变化率减小)时，基准信号Vref也随之逐渐减小，从而泄放模块221的控制信号VG逐渐减小，泄放电流Ibld逐渐减小。因此，泄放电流Ibld随着母线电压VBUS的振荡幅值的减小而逐渐减小。这使得LED电路在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。容易理解，在母线电压VBUS振荡很小时，母线电压VBUS的时间变化率近似为0，泄放电流Ibld也近似为0。

优选地，泄放电路22在可控硅调光器TRIAC开启时产生预定时间的泄放电流。进一步地，泄放电路22泄放母线电流的预定时间大于母线电压振荡的衰减时间。这不仅维持了可控硅调光器TRIAC的导通电流，还有效防止了可控硅调光器TRIAC在开启阶段的不正常触发，确保了电路的稳定性。

优选地，阻尼电路a具有预定的时间常数以控制母线电压VBUS的衰减速度(RC一阶微分的时间常数τ＝R*C)。容易理解，阻尼电路a的时间常数越大，基准信号Vref的衰减速度越快。但是，当时间常数过大时，基准信号Vref衰减的幅值过大(也即基准信号Vref较小)，使得泄放电流Ibld的振荡幅值较大(也即泄放电流Ibld较小)，可能会使得LED驱动电路的输入电流小于可控硅调光器TRIAC导通的擎住电流进而导致可控硅调光器TRIAC不正常关断的问题。因此，设置合理的阻尼电路的时间常数是至关重要的。

综上所述，本实施例通过控制泄放电流在可控硅调光器开启时跟随母线电压的振荡波形变化，使得母线电压振荡的衰减速度加快，从而在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

图3是本发明第二实施例的LED驱动电路的电路示意图。如图3所示，LED驱动电路包括可控硅调光器TRIAC、整流电路31、泄放电路32和LED电路控制模块33。可控硅调光器TRIAC连接在交流输入端口和整流电路31之间。整流电路31与可控硅调光器连接，用于将经过可控硅调光器TRIAC斩波后的交流电转换为直流电输出到直流母线BUS。LED电路控制模块33被配置为控制流过LED负载的电流。

在本实施例中，如图3所示，泄放电路32包括泄放模块321和控制器322。其中，泄放模块321包括晶体管Q’和采样元件R4。晶体管Q’被配置为在可控硅调光器TRIAC开启时受控导通以泄放母线电流，并在预定时间后受控关断以减小电路损耗。采样元件R4被配置为采样泄放电流Ibld’以生成用于表征泄放电流Ibld’的电流采样信号Vbld’。应理解，本实施例采样电阻作为采样元件，但是其他能够对泄放电流进行的元件均能够应用于本实施例中。

控制器322包括阻尼电路c和电流控制电路cl1。阻尼电路c连接在直流母线BUS和接地端之间，用于根据母线电压VBUS生成基准信号Vref’。在本实施例中，阻尼电路c为由电阻R’和电容C’组成的RC一阶微分电路，用于根据母线电压VBUS的振荡波形生成基准信号Vref’。应理解，其他能够实现上述作用的电路结构均能够应用于本实施例中。电流控制电路cl1用于根据基准信号Vref’和电流采样信号Vbld’生成泄放模块321的控制信号VG’。在可控硅调光器TRIAC开启时，可控硅调光器TRIAC中的电感和电容之间会产生谐振，这会导致可控硅调光器提供给LED驱动电路的输入电压产生比较高频率的振荡。也就是说，在在可控硅调光器TRIAC开启时，母线电压VBUS会以比较高的频率进行振荡。

在本实施例中，通过阻尼电路c对母线电压VBUS的振荡波形进行采样生成基准信号Vref’。然后通过基准信号Vref’的变化控制泄放模块321对母线电流进行泄放。

当母线电压VBUS变化时，阻尼电路c中的电容C’被迅速充电(或放电)，基准信号Vref’与母线电压VBUS的时间变化率成比例。并且，根据基准信号Vref’与电流采样信号Vbld’生成的控制信号VG’跟随基准信号Vref’变化。因此，泄放模块321的控制信号VG’跟随母线电压VBUS的振荡波形变化，进而，泄放电流Ibld’跟随母线电压VBUS的振荡波形变化，这使得母线电压VBUS的振荡衰减加快。因此，本实施例中的LED驱动电路在可控硅开启时能够加快母线电压振荡的衰减速度。

由于基准信号Vref’与母线电压VBUS的时间变化率成比例，当母线电压VBUS振荡幅值逐渐衰减(也即母线电压VBUS的时间变化率减小)时，基准信号Vref’也随之逐渐减小，从而泄放模块321的控制信号VG’逐渐减小，泄放电流Ibld’逐渐减小。因此，泄放电流Ibld’随着母线电压VBUS的振荡幅值的减小而逐渐减小。这使得LED电路在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。容易理解，在母线电压VBUS振荡很小时，母线电压VBUS的时间变化率近似为0，泄放电流Ibld’也近似为0。

优选地，泄放电路32在可控硅调光器TRIAC开启时产生预定时间的泄放电流。进一步地，泄放电路32泄放母线电流的预定时间大于母线电压振荡的衰减时间。这不仅维持了可控硅调光器TRIAC的导通电流，还有效防止了可控硅调光器TRIAC在开启阶段的不正常触发，确保了电路的稳定性。

优选地，阻尼电路c具有预定的时间常数以控制母线电压VBUS的衰减速度(RC一阶微分的时间常数τ＝R*C)。容易理解，阻尼电路c的时间常数越大，基准信号Vref’的衰减速度越快。但是，当时间常数过大时，基准信号Vref’衰减的幅值过大(也即基准信号Vref’较小)，使得泄放电流Ibld’的振荡幅值较大(也即泄放电流Ibld’较小)，可能会使得LED驱动电路的输入电流小于可控硅调光器TRIAC导通的擎住电流进而导致可控硅调光器TRIAC不正常关断的问题。因此，设置合理的阻尼电路的时间常数是至关重要的。

综上所述，本实施例通过控制泄放电流在可控硅调光器开启时跟随母线电压的振荡波形变化，使得母线电压振荡的衰减速度加快，从而在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

图4是现有技术的LED驱动电路的工作波形图。图5是本发明实施例的LED驱动电路的工作波形图。如图4所示，传统的LED驱动电路不设置阻尼电路。在t1’时刻，可控硅调光器开启，泄放模块提供固定的泄放电流Ibld1(类似方波的电流)泄放一定的时间(t1’–t2’)。由于母线电压在可控硅调光器的开启阶段产生振荡，因此为了避免出现可控硅调光器关断或不正常接触的情况，泄放模块的泄放电流Ibld1需要一个较大的值并且需要维持一段较长的时间。这导致了LED驱动电路具有较大的损耗，降低了LED驱动电路的效率。

而在本实施例中，如图5所示，基准信号Vref与母线电压VBUS的时间变化率成比例，使得泄放电流Ibld跟随母线电压VBUS的振荡波形变化，进而加快了母线电压VBUS振荡的衰减速度，从而使得泄放电流Ibld随着母线电压VBUS的振荡幅值的减小而逐渐减小。这使得LED驱动电路在提供了可控硅调光器开启瞬间的开启电流的同时，减小了可控硅调光器开启时的损耗，提高了LED驱动电路的效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种泄放电路，应用于具有可控硅调光器的LED驱动电路，所述泄放电路包括：

泄放模块，被配置为与LED驱动电路的直流母线连接，并受控泄放母线电流；以及

控制器，被配置为在所述可控硅调光器开启时控制所述泄放模块使得泄放电流跟随母线电压的振荡波形变化，以加快所述母线电压振荡的衰减速度。

2.根据权利要求1所述的泄放电路，其特征在于，所述泄放电流在所述母线电压衰减过程中不小于所述可控硅调光器的擎住电流，且随着所述母线电压的振荡幅值的减小而逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的泄放电路，其特征在于，所述控制器控制所述泄放模块产生预定时间的泄放电流。

4.根据权利要求3所述的泄放电路，其特征在于，所述预定时间大于所述母线电压振荡的衰减时间。

5.根据权利要求1所述的泄放电路，其特征在于，所述控制器包括：

阻尼电路，被配置为对所述母线电压的振荡波形进行采样以输出基准信号；

电流控制电路，被配置为根据所述基准信号和电流采样信号生成所述泄放模块的控制信号，所述电流采样信号用于表征所述泄放电流。

6.根据权利要求5所述的泄放电路，其特征在于，所述阻尼电路具有预定的时间常数以调节所述基准信号。

7.根据权利要求5所述的泄放电路，其特征在于，所述控制器还包括：

分压电路，被配置为对所述母线电压进行分压生成用于表征所述母线电压的电压采样信号；

所述阻尼电路还被配置为根据所述电压采样信号的振荡波形输出所述基准信号。

8.根据权利要求7所述的泄放电路，其特征在于，所述阻尼电路包括：

电阻和电容；

其中，所述电容与所述电阻串联后连接在母线和接地端之间；或者

所述电容与所述电阻串联后连接在所述分压电路的输出端和接地端之间。

9.根据权利要求1所述的泄放电路，其特征在于，所述泄放模块包括：

晶体管，被配置为在所述可控硅调光器开启时，根据所述母线电压的振荡波形生成所述泄放电流；

以及

采样元件，被配置为采样所述泄放电流以生成电流采样信号。

10.一种LED驱动电路，包括：

可控硅调光器,连接到交流输入电源；

整流电路，与所述可控硅调光器连接，向直流母线输出母线电压；

LED电路控制模块，被配置为控制流过LED负载的电流；以及

如权利要求1-9任一项所述的泄放电路。