CN109168219B - 一种阻尼电路及具有阻尼电路的led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阻尼电路和具有阻尼电路的LED驱动电路。阻尼电路其包括阻尼元件、控制电路和控制开关。阻尼元件电性连接直流母线。控制电路从直流母线上获取供电电压并将供电电压与阈值电压比较，当直流母线电压高于阈值电压时，控制电路输出第一控制信号。控制开关分别电性连接阻尼元件和控制电路，控制开关基于控制电路输出的第一控制信号将阻尼元件切入电路。通过在LED驱动电路中设置阻尼电路，在启动阶段，阻尼电路可有效抑制直流母线上的电压继续升高，有效降低后一级电路的耐压等级，使得LED驱动与电子镇流器相兼容。

Description

一种阻尼电路及具有阻尼电路的LED驱动电路

本申请为申请号201510220932.1、申请日2015年4月30日、发明名称“阻尼电路及具有阻尼电路的LED驱动电路”的分案申请。

技术领域

本发明涉及LED驱动领域，且特别涉及一种阻尼电路及具有阻尼电路的LED驱动电路。

背景技术

传统的电子镇流器接荧光灯负载，由于荧光灯的发光效率比较低，存在一定的环境污染。在节能减排的今天，将荧光灯替换为LED灯已变为一种趋势。为了实现直接替换，LED灯不但需要能够接受普通的市电为其供电，也需要能够直接连接，即将荧光灯电子镇流器作为其供电。然而，电子镇流器的输出为高频的交流信号，而LED灯需要直流供电，两者无法直接匹配。因此，通常需要将电子镇流器的输出通过整流桥整流成为直流，然后利用LED驱动器将其转换为LED负载所需的直流电。

但是，电子镇流器由于是专门为荧光灯设计，其工作过程包括启动阶段及稳态阶段。在启动阶段，电子镇流器输出一个高压以击穿荧光灯的灯管，实现荧光灯的辉光放电，其输出电压通常在数百伏特到一千伏特之间，远远高于稳态阶段的电压(通常200V以下)。若将这种适用于传统荧光灯的电子镇流器直接接入LED驱动器，则启动阶段产生的高压将会对后级的LED驱动器的设计带来极大的挑战。

发明内容

本发明为了解决将电子镇流器为LED灯供电时，由于电子镇流器启动阶段输出的高压对后级的LED驱动器的设计带来困难的问题，提供一种阻尼电路和包括阻尼电路的LED驱动电路。

为了实现上述目的，本发明提供一种阻尼电路，其包括阻尼元件、控制电路和控制开关。阻尼元件电性连接直流母线。控制电路从直流母线上获取供电电压并将供电电压与阈值电压比较，当供电电压高于阈值电压时，控制电路输出第一控制信号。控制开关分别电性连接阻尼元件和控制电路，控制开关基于控制电路输出的第一控制信号将阻尼元件切入电路。

于本发明一实施例中，控制电路包括比较器和控制器，比较器的其中一个输入端输入供电电压，另一个输入端输入电压阈值，输出端输出比较信号至控制器，控制器根据比较信号输出第一控制信号至控制开关。

于本发明一实施例中，控制电路还包括定时器，当控制器输出第一控制信号时，定时器开始计时，当计时时间到达时间阈值，控制器输出第二控制信号，控制开关基于控制电路输出的第二控制信号将阻尼元件切出电路。

于本发明一实施例中，阻尼电路还包括稳压供电电路，稳压供电电路对供电电压进行稳压处理后输出至控制电路。

于本发明一实施例中，稳压供电电路包括二极管和充电电容，二极管的正极电性连接阻尼元件的输出端，二极管的负极分别与充电电容和控制电路相连接，直流母线电压通过阻尼元件和二极管对充电电容充电，充电电容两端的电压输出至控制电路。

于本发明一实施例中，阻尼元件为功率电阻。

于本发明一实施例中，控制开关为NMOS管或NPN三极管，当控制开关为NMOS管时，NMOS管的漏极与阻尼元件的输出端电性连接，NMOS管的栅极与控制电路电性连接，NMOS管的源极接地；当控制开关为NPN三极管时，NPN三极管的集电极与阻尼元件的输出端电性连接，NPN三极管的基极与控制电路电性连接，NPN三极管的发射极接地。

于本发明一实施例中，控制开关为PMOS管或PNP三极管，当控制开关为PMOS管时，PMOS管的漏极与阻尼元件电性连接，PMOS管的栅极与控制电路电性连接，PMOS管的源极连接直流母线；当控制开关为PNP三极管时，PNP三极管的集电极与阻尼元件的输出端电性连接，PNP三极管的基极与控制电路电性连接，PNP三极管的发射极连接直流母线。

根据本发明的另一个方面，还提供一种具有阻尼电路的LED驱动电路，该LED驱动电路包括电子镇流器、整流电路、并联在整流电路输出端的电容和以上所描述的阻尼电路。

于本发明一实施例中，整流电路可为全桥整流或半桥整流。

根据本发明的阻尼电路和具有阻尼电路的LED驱动电路，当直流母线输出高压时(如电子镇流器的启动阶段)，通过控制开关将阻尼元件切入电路，实现对直流母线输出的高电压进行抑制，降低后级电路的耐压等级，有效避免因高压所引起的损坏或不能工作。具体的实现方式为：控制电路从直流母线上获取供电电压，当供电电压高于设定的电压阈值时，控制电路输出第一控制信号闭合控制开关。控制开关闭合，与直流母线相连接的阻尼元件将被切入电路，阻尼元件有效抑制母线电压的继续升高，达到保护后级电路并使其进入正常工作状态。

在实际使用中，当负载与直流母线相联通具有输出电流后，直流母线上的电压会逐渐降低。因此，为提高电路的效率，当负载接通后需及时将阻尼元件切出电路。于本实施例中，通过设置时间阈值，当第一控制信号闭合控制开关时，计时器开始计时，达到时间阈值后，控制电路输出第二控制信号关闭控制开关，及时将阻尼元件切出电路，消除在阻尼元件上的功率消耗，提高电路的输出功率。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有的以电子整流器作为输入的LED驱动电路的原理图。

图2所示为本发明一实施例提供的阻尼电路的原理图。

图3所示为具有图2所示的阻尼电路的LED驱动电路的原理图。

图4所示为图1中电子镇流器在不同阶段时的输出电压。

图5所示为图3中电子镇流器在不同阶段时的输出电压。

图6所示为本发明另一实施例提供的具有阻尼电路的LED驱动电路的原理图。

图7所示为图3中充电电容的两端电压与控制开关控制端的电压之间的时序图。

具体实施方式

图1所示为现有的LED驱动电路，在该电路中，电子镇流器输出的交流高频信号经整流后直接输出至LED驱动器。然而，由于电子镇流器是专门为荧光灯所设计的，由于荧光灯在点灯阶段需要进行辉光放电，而辉光放电需要一个很高的电压。因此，电子镇流器的输出包括两个阶段，其中一个为启动阶段，该阶段电子镇流器输出高电压来使得荧光灯辉光，而当荧光灯点亮后，电子镇流器进入稳态阶段，输出约200V的正常工作电压。

在图1中，将电子镇流器直接与LED驱动器相连接，在电子镇流器的启动阶段，由于LED负载未接通，负载无输出电流，此时电子镇流器的输出经整流后对并联在整流电路输出端的电容充电，使得电容两端的电压迅速升高并达到电子镇流器的启动电压。这就要求LED驱动器具有极高的耐压等级，可以耐受电子镇流器在启动阶段输出的将近一千伏特的高压。这将对LED驱动器的设计带来巨大的挑战，且进一步的，不同的电子镇流器输出的电压不同，LED驱动器对电子镇流器的兼容性设计也具有很大的困难。

为解决上述问题，本发明提供一种适用于电子镇流器作为输入驱动LED的阻尼电路300。相对应的，本实施例还提供一种包括阻尼电路300的LED驱动电路。以下将结合LED驱动电路对阻尼电路300的工作原理做详细介绍。然而，本发明并不限定阻尼电路300只能应用于LED驱动电路。于其它实施例中，阻尼电路300可适用于其它需短时间内抑制母线电压升高的电路。

如图3所示，本实施例提供的具有阻尼电路的LED驱动电路包括电子镇流器100、整流电路200、并联在整流电路200输出端的电容400以及阻尼电路300。由于LED灯需采用直流信号进行驱动，因此，电子镇流器100输出的高频交流信号经整流电路200整流后形成直流信号输出。于本实施例中，整流电路200是由四个二极管所组成的全桥整流。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，整流电路200可为半桥整流。

如图2所示，阻尼电路300包括阻尼元件1、控制电路2和控制开关3。阻尼元件1电性连接直流母线。控制电路2从直流母线上获取供电电压并将供电电压与阈值电压比较，当供电电压高于阈值电压时，控制电路2输出第一控制信号。于本实施例中，控制电路2通过阻尼元件1从直流母线上获取供电电压。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，控制电路2可通过一个电阻R与直流母线相连接，从而获得供电电压(如图6所示)。控制开关3分别电性连接阻尼元件1和控制电路2，控制开关3基于控制电路2输出的第一控制信号将阻尼元件1切入电路。

如图3所示，当控制开关3闭合，阻尼元件1切入电路，电容400、阻尼元件1和控制开关3之间形成回路，电容400两端电压不会持续升高，从而达到抑制直流母线电压升高的效果。图4所示为现有的LED驱动器中，电子镇流器在不同阶段时的输出电压。图5所示为增加了本发明提供的阻尼电路300后的电子镇流器100在不同阶段时的输出电压。对比图4和图5，可以明显的看出，增加阻尼电路300后，电子镇流器100在启动阶段的输出电压得到很好的抑制，相应的，经整流后的直流母线电压也将得到很好的抑制。

于本实施例中，阻尼元件1为功率电阻。然而，本发明对此不作任何限定。

于本实施例中，控制电路2包括比较器21和控制器22，比较器21的其中一个输入端输入从直流母线上获得的供电电压，另一个输入端输入电压阈值，输出端输出比较信号至控制器22，控制器22根据比较信号输出第一控制信号至控制开关3。于本实施例中，控制器22还用于驱动后级的LED负载。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，控制器22和LED驱动器可分别独立设置。

于本实施例中，控制开关3为NMOS管且与控制电路2独立设置。然而，本发明对此不作任何限定。为减小电路板元器件所占用的面积，于其它实施例中，可将控制开关3与控制电路2集成在一起。

NMOS管的漏极与阻尼元件1的输出端电性连接，NMOS管的栅极与控制电路2电性连接，NMOS管的源极接地。当比较器21输入的供电电压大于电压阈值时，比较器21输出第一控制信号至控制器22，控制器22输出高电平至NMOS管的栅极，NMOS管导通，将阻尼元件1切入电路。然而，本发明对控制开关3的具体类型不作任何限定。于其它实施例中，控制开关3可为NPN三极管或其它P型开关管(如PMOS管或PNP三极管)。当控制开关3为NPN三极管时，电路形式与本实施例相同，将NMOS管的位置直接替换为NPN三极管即可，NPN三极管的基极与控制器22电性连接，NPN三极管的集电极与阻尼元件1的输出端电性连接，NPN三极管的发射极接地。

然而，当控制开关3为P型开关管时，如图6所示，阻尼元件1和控制开关3互换位置。具体而言，此时，P型开关管的漏极(集电极)与阻尼元件1电性连接，P型开关管的栅极(基极)与控制器22相连接，P型开关管的源极(发射极)连接直流母线。

当控制开关3将阻尼元件1切入电路后，控制电路2通过控制一个开关来将LED负载与直流母线接通，电子镇流器100可以持续对LED负载进行供电。当LED负载接通产生输出电流后，电容400两端的电压经边充边放后逐渐稳定，直流母线电压逐渐降低并落回稳态阶段的电压值。此时，为提高电路的效率，即提高输功率和输入功率之间的比值，希望能尽可能降低电路中不必要的消耗，因此，当负载接通产生输出电流后，将阻尼元件1切出电路。

于本实施例中，控制电路2还包括定时器23，当控制器22输出第一控制信号时，定时器23开始计时，当计时时间到达时间阈值，控制器22输出第二控制信号。控制开关3基于控制器22输出的第二控制信号将阻尼元件1切出电路，阻尼元件1上不再产生功率消耗，大大提高效率。在图7中t0时刻为控制器22输出第一控制信号时，t1时刻为LED负载与直流母线接通产生输出电流时，时间阈值为t1-t0。

在实际使用中，受外界干扰的影响，直流母线的电压会发生变化，该变化可能会引起比较器21的误操作，从而影响到控制开关3的切换，进而影响整个阻尼电路300的正常工作。为了防止因直流母线电压波动而引起的比较器21误操作，本发明提供的阻尼电路300还包括稳压供电电路4。稳压供电电路4对获取到的供电电压进行稳压处理后输出至控制电路2。

稳压供电电路4包括二极管41和充电电容42。二极管41的正极与阻尼元件1的输出端相连接，二极管41的负极分别与充电电容42和比较器21的其中一个输入端相连接。在电子镇流器的启动阶段,直流母线电压通过阻尼元件1和二极管41对充电电容42充电，充电电容42的两端电压Vcc迅速达到控制电路2的启动电压，控制电路2启动并开始工作。在一些实施例中，控制电路的启动电压可以与比较器21所设定的阈值一致，即当充电电容42的两端电压Vcc达到比较器21所设定的阈值电压时，控制电路2将阻尼电路切入(即开关3导通)。同时，比较器21所设定的阈值也可以高于控制电路的启动电压，即当充点电容42的两端电压Vcc随着母线电压的升高继续升高，当达到比较器21所设定的阈值后，控制电路2将阻尼电路切入。该设置可大大简化电路设计。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，可采用独立的供电电路来启动控制电路2。

当阻尼电路切入后(即开关管3导通)，由于存在二极管41，充电电容42两端的电压Vcc不会通过二极管41进行放电，此时Vcc点的电压维持稳定。Vcc点的电压保证了比较器21的正常工作，有效避免比较器21出现的误操作。如图7所示，稳定的Vcc电压使得输出至控制开关3栅极上的电压Vg在一段时间内维持稳定，控制开关3稳定切换。

综上所述，本发明提供的阻尼电路300和具有阻尼电路的LED驱动电路，当直流母线输出高压时(如电子镇流器的启动阶段)，通过控制开关3将阻尼元件1切入电路，实现对直流母线输出的高电压进行抑制，降低后级电路的耐压等级，有效避免因高压所引起的损坏或不能工作。具体的实现方式为：控制电路2从直流母线上获取供电电压，当供电电压高于设定的电压阈值时，控制电路2输出第一控制信号闭合控制开关3。控制开关3闭合，与直流母线相连接的阻尼元件1将被切入电路，阻尼元件1有效抑制母线电压的继续升高，达到保护后级电路并使其进入正常工作状态。

在实际使用中，当负载与直流母线相联通具有输出电流后，直流母线上的电压会逐渐降低。因此，为提高电路的效率，当负载接通后需及时将阻尼元件1切出电路。于本实施例中，当第一控制信号闭合控制开关3时，计时器23开始计时，达到时间阈值后，控制电路2输出第二控制信号关闭控制开关3，及时将阻尼元件1切出电路，消除在阻尼元件1上的功率消耗，提高电路的输出功率。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (9)

1.一种阻尼电路，应用于带有电子镇流器的电路中，其特征在于，包括：

阻尼元件，电性连接直流母线；

控制电路，从直流母线上获取供电电压并将供电电压与阈值电压比较，当供电电压高于阈值电压时，所述控制电路输出第一控制信号，所述控制电路包括比较器和控制器，所述比较器的其中一个输入端输入供电电压，另一个输入端输入电压阈值，输出端输出比较信号至控制器，控制器根据比较信号输出第一控制信号至控制开关；

控制开关，分别电性连接所述阻尼元件和控制电路，所述控制开关基于所述控制电路输出的第一控制信号将所述阻尼元件切入电路；

所述阻尼元件和所述控制开关串联形成串联电路，所述串联电路连接到直流母线的两端。

2.根据权利要求1所述的阻尼电路，其特征在于，所述控制电路还包括定时器，当所述控制器输出第一控制信号时，定时器开始计时，当计时时间到达时间阈值，所述控制器输出第二控制信号，控制开关基于控制电路输出的第二控制信号将阻尼元件切出电路。

3.根据权利要求1所述的阻尼电路，其特征在于，所述阻尼电路还包括稳压供电电路，所述稳压供电电路对供电电压进行稳压处理后输出至控制电路。

4.根据权利要求3所述的阻尼电路，其特征在于，所述稳压供电电路包括二极管和充电电容，所述二极管的正极电性连接阻尼元件的输出端，二极管的负极分别与充电电容和控制电路相连接，直流母线电压通过阻尼元件和二极管对充电电容充电，充电电容两端的电压输出至控制电路。

5.根据权利要求1所述的阻尼电路，其特征在于，所述阻尼元件为功率电阻。

6.根据权利要求1所述的阻尼电路，其特征在于，所述控制开关为NMOS管或NPN三极管，当控制开关为NMOS管时，NMOS管的漏极与阻尼元件的输出端电性连接，NMOS管的栅极与控制电路电性连接，NMOS管的源极接地；当控制开关为NPN三极管时，NPN三极管的集电极与阻尼元件的输出端电性连接，NPN三极管的基极与控制电路电性连接，NPN三极管的发射极接地。

7.根据权利要求1所述的阻尼电路，其特征在于，所述控制开关为PMOS管或PNP三极管，当控制开关为PMOS管时，PMOS管的漏极与阻尼元件电性连接，PMOS管的栅极与控制电路电性连接，PMOS管的源极连接直流母线；当控制开关为PNP三极管时，PNP三极管的集电极与阻尼元件的输出端电性连接，PNP三极管的基极与控制电路电性连接，PNP三极管的发射极连接直流母线。

8.一种具有阻尼电路的LED驱动电路，其特征在于，包括电子镇流器、整流电路、并联在整流电路输出端的电容和如权利要求1～7任一项所述的阻尼电路。

9.根据权利要求8所述的具有阻尼电路的LED驱动电路，其特征在于，所述整流电路为全桥整流或半桥整流。

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