一种阻尼电路、LED驱动器和LED照明系统的制作方法

本发明有关一种阻尼电路，一种应用该阻尼电路的LED驱动器及一种应用该阻尼电路的LED照明系统。

背景技术：

传统的白炽灯照明系统，功耗高，寿命短。LED因其具有低功耗、长寿命等特点，越来越多的应用在日常生活中，特别是照明系统。LED照明系统有取代传统白炽灯照明系统的趋势。

LED照明系统中，经常需要用到阻尼电路，例如现有的安装有相位控制调光器的LED照明系统，相位控制调光器需要配合EMI滤波器(电磁干扰滤波器)，滤波器包含电容，在调光的开始阶段，由于瞬态电压变化很快，容性器件会造成电流的突变，产生尖峰电流。该尖峰电流会对整个电路带来影响，影响工作寿命，同时会造成整个照明系统的闪烁。现有的解决方案就是在主功率回路中串联一大阻值的阻尼电阻，以削弱该尖峰电流，同时在该阻尼电阻上并联一延时开关电路。延时开关电路一般包括电容，通过电容的充放电延时来控制阻尼电阻接入主功率回路的时间。针对LED负载不变的情况，延时开关电路配合阻尼电阻的方式可以实现对尖峰电流的抑制功能。

但是，当LED负载可变时，延时开关不能随负载变化而合理控制阻尼电阻的接入时刻，势必造成抑制作用的降低，从而导致出现LED的闪烁。因此有必要提出一种新的阻尼电路来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种功耗较低的阻尼电路。此外，本发明提供了一种应用该阻尼电路的LED驱动器和一种LED照明系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种阻尼电路，其包括：感应模块、阻尼模块。感应模块包括第一开关电路、第一感应端以及第二感应端，第一感应端接收来自一主功率回路的一电流信号，电流信号通过第二感应端流出， 该电流信号的大小控制所述第一开关电路导通或断开。阻尼模块，其包括一阻尼电阻以及与该阻尼电阻并联的第二开关电路，该阻尼电阻的一端电连接该第二感应端，该第二开关电路包含一控制输入端，该控制输入端电连接该第一开关电路。偏置模块，其偏置输出端输出一偏压信号，该偏置输出端电连接该控制输入端。当该电流信号小于或等于一阈值时，该第一开关电路不导通，该偏压信号控制该第二开关电路导通，该阻尼电阻被旁路，该电流信号流经该第二开关电路，当该电流信号大于阈值时，该第一开关电路导通，该偏压信号被该第一开关电路拉低，该第二开关电路不导通，该电流信号流经该阻尼电阻。

优选的，该第一开关电路包括第一三极管，该第一三极管包括第一三极管控制端、第一端子与第二端子，第一端子电连接该偏置输出端，第一三极管控制端监测该电流信号并控制该第一端子与该第二端子之间是否导通。

优选的，该感应模块包括一互感器，该互感器包括感应初级绕组和感应次级绕组，该感应初级绕组包括初级端口一与初级端口二，该初级端口一电连接该第一感应端，该初级端口二电连接该第二感应端，该感应次级绕组次级端口一与次级端口二，该次级端口一电连接该第一三极管控制端，该次级端口二电连接该第二端子。

优选的，该感应模块还包括第一稳压二极管，该第一稳压二极管的两端电连接该第一三极管控制端与该次级端口二。

优选的，该感应模块包括一感应电阻，该感应电阻的两端电连接该第一感应端与该第二感应端，该第二端子电连接该第一感应端，该第一三极管控制端电连接该第二感应端。

优选的，该第二开关电路包括第二三极管，该第二三极管包括电连接该控制输入端的第二三极管控制端、第三端子以及第四端子，该第三端子与第四端子分别电连接该阻尼电阻的两端。

优选的，该阻尼电路包括第二稳压二极管，该第二稳压二极管的两端电连接该第二感应端与该控制输入端。

本发明的另一方面，提供了一种LED驱动器，其包括主功率回路以及具有上述配置的串联在主功率回路的阻尼电路。

本发明的另一方面，提供了一种LED照明系统，其包括具有相位控制调光器的主功率回路、具有上述配置的串联在主功率回路的阻尼电路以及LED负载。

附图说明

通过结合附图对本发明的两个实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1所示为本发明阻尼电路的模块示意图；

图2所示为应用本发明阻尼电路的一LED照明系统的模块示意图；

图3所示为本发明阻尼电路的一个实施例以及应用该阻尼电路的LED驱动器和LED照明系统的电路图；

图4所示为本发明阻尼电路的另一个实施例以及应用该阻尼电路的LED驱动器和LED照明系统的电路图。

具体实施方式

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1所示为本发明的阻尼电路的模块示意图。该阻尼电路1包括感应模块10、偏置模块11以及阻尼模块12。感应模块10包括第一开关电路102、第一感应端101以及第二感应端106，该第一感应端101接收来自一主功率回路2的一电流信号S₂，该电流信号S₂通过所述第二感应端106流出，该电流信号S₂的大小控制第一开关电路102导通或断开。阻尼模块12包括一阻尼电阻120以及与该阻尼电阻120并联的第二开关电路121，该阻尼电阻120的一端电连接该第二感应端106，第二开关电路121包含一控制输入端122，控制输入端122电连接所述第一开关电路102。偏置模块11，其偏置输出端110输出一偏压信号S₁₁，偏置输出端110电连接所述控制输入端122。当电流信号S₂小于等于一阈值时(即未出现尖峰电流时)，第一开关电路102不 导通，偏压信号S₁₁控制所述第二开关电路121导通，阻尼电阻120被旁路，电流信号S₂流经所述第二开关电路121，当电流信号S₂大于所述阈值时(即出现尖峰电流时)，第一开关电路102导通，偏压信号S₁₁被第一开关电路102拉低，第二开关电路121不导通，电流信号S₂流经该阻尼电阻120。

电流信号S₂是否出现尖峰电流决定了电流信号S₂是否经过阻尼电阻120，阻尼电阻120实现了对电流信号S₂的尖峰脉冲的抑制，同时在主功率回路2正常工作时，阻尼电阻120被第二开关电路121旁路，减小了正常工作时的不必要的功耗，提高了使用效率。

图2显示了应用本发明的LED驱动器200以及LED照明系统100。该LED照明系统100包括LED驱动器200以及LED负载6。LED驱动器200包括主功率回路2与阻尼电路1，主功率回路2提供电流驱动LED负载6，其中主功率回路2包括交流电源3、相位控制调光器4、EMI滤波器26、整流器20、控制器28、功率传输模块25和旁路电容27。参考图2，阻尼电路2的感应模块10与所述阻尼模块12串联在主功率回路2。

如图2所示，相位控制调光器4对交流电源3提供的交流电信号进行相位调制，经过EMI滤波器26滤波后，输入整流器20。整流器20对其进行整流，得到电流信号S₂。整流器20连接旁路电容27。电流信号S₂流经阻尼电路1。阻尼电路1根据电流信号S₂的大小，控制电流信号S₂经过阻尼电阻120或第二开关电路121。

图3显示了应用本发明阻尼电路的一个实施例的LED照明系统电路图。

在本实施例中，主功率回路2包括交流电源3、相位控制调光器4、EMI滤波器26、整流桥20、控制器28、开关元件29、旁路电容27和变压器25。交流电源3提供的交流电信号经过相位控制调光器4，在本实施例中相位控制调光器4为三端双向可控硅开关元件(TRAIC)，相位控制调光器4对交流电信号进行相位调制，并通过EMI滤波器26进行滤波，滤波后产生滤波信号。整流桥20包括整流二极管270、271、272、273，整流桥20对滤波信号进行整流，得到电流信号S₂。控制器28可选用集成芯片或者分立器件，在本实施例中采用集成芯片。开关元件29采用金属氧化物半导体场效应晶体管，该金属氧化物半导体场效应晶体管工作在开关状态。控制器28对电流信号S₂进行脉冲宽度调制(PWM)，控制开关元件29的接通与断开，以产生驱动脉冲。变压器25包含功率初级绕组251、第一功率次级绕组252和第二功率 次级绕组253。功率次级绕组与功率初级绕组的匝数比可以根据不同应用而改变，在本实施例中都为1∶1。驱动脉冲通过变压器25耦合给第一功率次级绕组252，稳压二极管81和电容器82将第一功率次级绕组的信号进行稳压，生成稳定的驱动电流S₆以驱动LED负载6。驱动电流S₆的大小受到相位控制调光器4的控制。

参照图3，整流二极管270的阳极与整流二极管271的阳极相连形成阳极节点275，整流二极管272与整流二极管273的阴极相连形成阴极节点274，该旁路电容27连接阳极节点275与阴极节点274。阻尼电路1的一端连接阳极节点275，另一端连接开关元件29，阻尼电阻1串联在主功率回路2。

继续参考图3，阻尼电路1包括感应模块10、偏置模块11以及阻尼模块12。感应模块10包括双极结型晶体管110、稳压二极管140以及互感器108。其中双极结型晶体管110在某些实施例中可以是金属氧化物半导体场效应晶体管。双极结型晶体管110包括基极103、集电极104以及发射极105，双极结型晶体管110工作在开关状态，施加在基极103的电压决定了集电极104与发射极105是否导通。同样的，若双极结型晶体管替代为金属氧化物半导体场效应晶体管，同样有源极、栅极与漏极，栅极的电压控制漏极与源极是否导通。

互感器108包括感应初级绕组171、感应次级绕组172，两者的配置可以根据不同应用场景改变，在本实施例中感应初级绕组171与感应次级绕组172的匝数相同且互为同名端。感应初级绕组171的一端连接阳极节点275即第一感应端101，另一端连接第二感应端106，感应初级绕组171接收电流信号S₂。感应次级绕组172一端接双极结型晶体管110的发射极105，另一端连接稳压二极管140。参考图3，该稳压二极管140为齐纳二极管，其正极通过电阻连接基极103，阴极连接感应次级绕组172，该稳压二极管140可以保证施加在基极103的电压不至于过大，保护该双极结型晶体管110。当电流信号S₂产生尖峰电流时，感应初级绕组171相应发生变化，在感应次级绕组172中产生与电流信号S₂相同变化的感应信号S₂₀，经过稳压二极管140与一电阻施加在双极结型晶体管110的基极103上。双极结型晶体管110工作在开关状态，当感应信号S₂₀不大于某一阈值，如5.1V时，双极结型晶体管110工作在断开状态，当感应信号S₂₀大于5.1V时，双极结型晶体管110工作在导通状态。

在本实施例中，偏置模块11包括第二功率次级绕组253、整流二极管111、电容器112和稳压二极管113。第二功率次级绕组253耦合功率初级绕组251的驱动脉冲，生成次级电压S₂₂，整流二极管111、电容器112以及稳压二极管113对次级电压S₂₂进行整流稳压，得到直流高电平信号，例如10V，该直流高电平信号经过一电阻输出一偏压信号S₁₁。在另一实施例中，偏置模块11包含一电池(未图示)，该电池提供一偏压信号S₁₁。

在本实施例中，阻尼模块12包括阻尼电阻120以及一金属氧化物半导体场效应晶体管121。该金属氧化物半导体场效应晶体管121为N沟道增强型场效应管，在其他实施例也可以为其他类型的场效应管。金属氧化物半导体场效应晶体管121包括栅极123(即控制输入端122)、源极124和漏极125。如图3所示，其源极124、漏极125连接在阻尼电阻120的两端，栅极123连接双极结型晶体管110的集电极104，同时接收偏置模块11的偏压信号S11。为了保证金属氧化物半导体场效应晶体管121的安全，在其栅极123与第二感应端106之间设置一稳压二极管150，该稳压二极管150为齐纳二极管，其正极连接第二感应端106，负极连接栅极123。

当电流信号S₂没有达到尖峰电流时，即正常工作时，施加在双极结型晶体管110的基极103的感应信号S₂₀未达到阈值，双极结型晶体管110处于断开状态。偏压信号S₁₁固定为直流高电平，金属氧化物半导体场效应晶体管121处于导通状态，导通状态的金属氧化物半导体场效应晶体内阻很小，电流信号S₂通过金属氧化物半导体场效应晶体管121流向主功率回路2，阻尼电阻120被旁路。

当电流信号S₂出现尖峰电流时，施加在双极结型晶体管110的感应信号S₂₀超过阈值，使得双极结型晶体管110处于导通状态，此时双极结型晶体管110集电极104的电压被拉低。偏压信号S₁₁固定为直流高电平，此时偏压信号S₁₁被双极结型晶体管110拉低。因此，金属氧化物半导体场效应晶体管121的栅极123处为低电平，不足以驱动其导通，金属氧化物半导体场效应晶体管121处于断开状态，电流信号S₂通过阻尼电阻120流向主功率回路2。

综上可知，所述阻尼电路1可以根据电流信号S₂的大小自动选择电流信号经过的路径，减小不必要的能量损耗，同时具有抑制尖峰电流的作用。

图4展示了应用本发明阻尼电路的另一种实施方式的LED驱动器和LED照明系统。在本实施例中，LED照明系统300包括LED驱动器400以及LED 负载6。LED驱动器400包括主功率回路2与阻尼电路3。与图3所示的实施例不同的是，其感应模块10包括一感应电阻190，感应电阻190的一端连接第一感应端101，另一端连接第二感应端106，同时该双极结型晶体管110的基极103通过电阻连接至第二感应端106。电阻190的阻值远小于阻尼电阻120，虽然一直接在主功率回路2中也不会损耗太多的功率。

感应电阻190接收电流信号S₂，并将其转化为与之对应的电压信号S₃。与图3所示类似的，当电流信号S₂没有尖峰电流时，即正常工作时，施加在双极结型晶体管110的基极103的电压信号S₃未达到阈值，双极结型晶体管110处于断开状态。金属氧化物半导体场效应晶体管121处于导通状态，电流信号S₂通过金属氧化物半导体场效应晶体121流向主功率回路2，阻尼电阻120被旁路。当电流信号S₂出现尖峰电流时，施加在双极结型晶体管110的电压信号S₃超过阈值，使得双极结型晶体管110处于导通状态，此时双极结型晶体管110集电极104的电压被拉低。金属氧化物半导体场效应晶体管121的栅极123处为低电平，金属氧化物半导体场效应晶体管121处于断开状态，电流信号S₂通过阻尼电阻120流向主功率回路2。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。