一种可控硅调光电路的制作方法

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种可控硅调光电路。

背景技术：

led照明系统已经在各种照明领域得到了广泛应用，作为沿用自老式白炽灯照明系统的调光方式，通常在交流市电端增加可控硅调光器(traic)，此时传统调光方式一般会采用rc滤波方式来滤除所述可控硅调光器输出的母线电压中所包含的工频以上频率成分；但由于rc滤波方式采用的是外接大电容，因此给电路设计带来了诸多不便。

现有的一种解决方案是：采用开关电容滤波方式将母线电压中所包含的工频以上频率成分滤除，从而解决采用rc滤波方式时需外接大电容的问题。但该解决方案却引入了控制开关的高频时钟信号，而这种高频干扰成分会经由电源线或地线等路径耦合到功率管的栅极电压上，最终导致在没有外接可控硅时电路emi测试超标的问题，如图1所示。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可控硅调光电路，用于解决现有可控硅调光电路在没有外接可控硅时存在emi测试超标的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可控硅调光电路，所述可控硅调光电路包括：

占空比信号转换模块，用于将母线电压转换为占空比信号以输出；

开关电容滤波模块，连接于所述占空比信号转换模块，用于在一对互为反相的时钟信号控制下，对所述占空比信号进行低通滤波后产生一检测电压以输出；

比较模块，连接于所述开关电容滤波模块，用于将所述检测电压和预设比较电压进行比较，并根据比较结果产生一调控信号以输出；

振荡模块，连接于所述比较模块和所述开关电容滤波模块之间，用于根据基准电流产生一对互为反相的时钟信号以输出，并在所述调控信号的控制下进行振荡关断操作；

钳位模块，连接于所述比较模块和所述开关电容滤波模块之间，用于在所述调控信号的控制下，将所述开关电容滤波模块输出的所述检测电压钳位至预设钳位电压。

可选地，所述占空比信号转换模块包括：第一电阻、第二电阻及第一比较器，其中所述第一电阻的一端接入所述母线电压，所述第一电阻的另一端连接于所述第二电阻的一端及所述第一比较器的正相输入端，所述第二电阻的另一端接地，所述第一比较器的反相输入端接入参考电压，所述第一比较器的输出端作为所述占空比信号转换模块的输出端。

可选地，所述开关电容滤波模块包括：第一开关、第二开关、第一电容及第二电容，其中所述第一开关的第一连接端连接于所述占空比信号转换模块的输出端，所述第一开关的第二连接端连接于所述第一电容的一端及所述第二开关的第一连接端，所述第一开关的控制端连接于所述振荡模块的第一输出端，所述第一电容的另一端接地，所述第二开关的第二连接端连接于所述第二电容的一端，同时作为所述开关电容滤波模块的输出端，所述第二开关的控制端连接于所述振荡模块的第二输出端，所述第二电容的另一端接地。

可选地，所述比较模块包括：第二比较器，其中所述第二比较器的正相输入端连接于所述开关电容滤波模块的输出端，所述第二比较器的反相输入端接入所述预设比较电压，所述第二比较器的输出端作为所述比较模块的输出端。

可选地，所述振荡模块包括：基准电流源、第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第三电容、施密特触发器及反相器，其中所述基准电流源的第一连接端接入电源电压，并连接于所述第一pmos管的源极端及所述第二pmos管的源极端，所述基准电流源的第二连接端连接于所述第一nmos管的漏极端，所述第一nmos管的源极端接地，所述第一nmos管的栅极端连接于所述第一nmos管的漏极端、所述第二nmos管的栅极端及所述第三nmos管的栅极端，所述第二nmos管的源极端接地，所述第二nmos管的漏极端连接于所述第一pmos管的漏极端，所述第三nmos管的源极端接地，所述第三nmos管的漏极端连接于所述第四nmos管的源极端，所述第一pmos管的栅极端连接于所述第一pmos管的漏极端及所述第二pmos管的栅极端，所述第二pmos管的漏极端连接于所述第三pmos管的源极端，所述第三pmos管的漏极端连接于所述第四nmos管的漏极端、所述第三电容的一端、所述第五nmos管的漏极端及所述施密特触发器的输入端，所述第三pmos管的栅极端连接于所述施密特触发器的输出端，所述第四nmos管的栅极端连接于所述施密特触发器的输出端，所述第三电容的另一端接地，所述第五nmos管的源极端接地，所述第五nmos管的栅极端连接于所述比较模块的输出端，所述施密特触发器的输出端连接于所述反相器的输入端，同时作为所述振荡模块的第一输出端，所述反相器的输出端作为所述振荡模块的第二输出端。

可选地，所述钳位模块包括：第六nmos管，其中所述第六nmos管的栅极端连接于所述比较模块的输出端，所述第六nmos管的漏极端接入所述预设钳位电压，所述第六nmos管的源极端连接于所述开关电容滤波模块的输出端。

可选地，所述可控硅调光电路还包括：

可控硅调光器模块，用于通过控制交流市电工频周期中导通角的大小，对输入的所述交流市电进行斩波切相处理，产生一母线原始电压以输出；

整流桥模块，连接于所述可控硅调光器模块，用于对所述母线原始电压进行整流处理，产生所述母线电压以输出。

可选地，所述可控硅调光器模块包括：第四电容、第五电容、可变电阻、第三电阻、双向触发二极管及可控硅，其中所述第四电容的一端连接于所述可变电阻的一端及所述可控硅的阳极端，同时接入所述交流市电，所述第四电容的另一端连接于所述第五电容的一端及所述可控硅的阴极端，所述可变电阻的另一端连接于所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接于所述第五电容的另一端及所述双向触发二极管的一端，所述双向触发二极管的另一端连接于所述可控硅的控制端，所述可控硅的阳极端作为所述可控硅调光器模块的输出端。

可选地，所述整流桥模块包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，其中所述第一二极管的阳极端连接于所述第二二极管的阴极端，同时连接于所述可控硅调光器模块的输出端，所述第一二极管的阴极端连接于所述第三二极管的阴极端，同时作为所述整流桥模块的输出端，所述第二二极管的阳极端接地，所述第三二极管的阳极端连接于所述第四二极管的阴极端，同时接入所述交流市电，所述第四二极管的阳极端接地。

如上所述，本发明的一种可控硅调光电路，在利用开关电容滤波模块对所述占空比信号进行低通滤波后，通过比较模块对检测电压和参考电压进行比较，以在可控硅调光电路未接入可控硅时输出调控信号，并利用该调控信号控制振荡模块，以使振荡模块停止振荡，从而消除高频时钟信号的干扰，解决在没有外接可控硅时emi测试超标的问题；同时利用该调控信号控制钳位模块，以将所述开关电容滤波模块输出的检测电压钳位至预设钳位电压，保证后级led灯的最亮状态。

附图说明

图1显示为现有开关电容滤波方案的emi测试结果示意图。

图2显示为本发明所述可控硅调光电路的方框图。

图3显示为本发明所述可控硅调光电路中占空比信号转换模块的电路图。

图4显示为本发明所述占空比信号转换模块未接可控硅调光器时输出占空比信号的波形图。

图5显示为本发明所述占空比信号转换模块接可控硅调光器时输出占空比信号的波形图。

图6显示为本发明所述可控硅调光电路中开关电容滤波模块的电路图。

图7显示为本发明所述可控硅调光电路中振荡模块的电路图。

图8显示为本发明所述可控硅调光电路中钳位模块的电路图。

图9显示为本发明所述可控硅调光电路中可控硅调光器模块和整流桥模块的电路图。

图10显示为本发明所述可控硅调光电路的emi测试结果示意图。

元件标号说明

101占空比信号转换模块

102开关电容滤波模块

103比较模块

104振荡模块

105钳位模块

106可控硅调光器模块

107整流桥模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图2所示，本实施例提供一种可控硅调光电路，所述可控硅调光电路包括：

占空比信号转换模块101，用于将母线电压vbus转换为占空比信号duty以输出；

开关电容滤波模块102，连接于所述占空比信号转换模块101，用于在一对互为反相的时钟信号tc、控制下，对所述占空比信号duty进行低通滤波后产生一检测电压vr以输出；

比较模块103，连接于所述开关电容滤波模块102，用于将所述检测电压vr和预设比较电压vc进行比较，并根据比较结果产生一调控信号traic_det以输出；

振荡模块104，连接于所述比较模块103和所述开关电容滤波模块102之间，用于根据基准电流i0产生一对互为反相的时钟信号tc、以输出，并在所述调控信号traic_det的控制下进行振荡关断操作；

钳位模块105，连接于所述比较模块103和所述开关电容滤波模块102之间，用于在所述调控信号traic_det的控制下，将所述开关电容滤波模块102输出的所述检测电压vr钳位至预设钳位电压vs。

作为示例，如图3所示，所述占空比信号转换模块101包括：第一电阻r1、第二电阻r2及第一比较器cmp1，其中所述第一电阻r1的一端接入所述母线电压vbus，所述第一电阻r1的另一端连接于所述第二电阻r2的一端及所述第一比较器cmp1的正相输入端，所述第二电阻r2的另一端接地，所述第一比较器cmp1的反相输入端接入参考电压vref，所述第一比较器cmp1的输出端作为所述占空比信号转换模块101的输出端。

如图3所示，所述第一电阻r1和所述第二电阻r2组成电阻分压网络，所述母线电压vbus经所述电阻分压网络分压后得到分电压vdiv；之后通过第一比较器cmp1对该分电压vdiv和参考电压vref进行比较，并在分电压vdiv大于等于参考电压vref时，所述第一比较器cmp1输出高电平，在分电压vdiv小于参考电压vref时，所述第一比较器cmp1输出低电平，从而将所述母线电压vbus转换为占空比信号duty以输出。

在本示例所述可控硅调光电路未接入可控硅，即本示例所述可控硅调光电路没有对输入的交流市电进行斩波切相处理时，其分电压vdiv、参考电压vref及占空比信号duty的波形如图4所示；在本示例所述可控硅调光电路接入可控硅，即本示例所述可控硅调光电路对输入的交流市电进行斩波切相处理时，其分电压vdiv、参考电压vref及占空比信号duty的波形如图5所示；可见，在本示例所述可控硅调光电路未接入可控硅或可控硅切相较少时，输出占空比信号duty的占空比较大，即高电平占的比例较大，此时经后级所述开关电容滤波模块102转换后产生的所述检测电压vr就会较大，而在可控硅切相较大时，输出占空比信号duty的占空比较小，即高电平占的比例较小，此时经后级所述开关电容滤波模块102转换后产生的所述检测电压vr就会较小。

作为示例，如图6所示，所述开关电容滤波模块102包括：第一开关s1、第二开关s2、第一电容c1及第二电容c2，其中所述第一开关s1的第一连接端连接于所述占空比信号转换模块101的输出端，所述第一开关s1的第二连接端连接于所述第一电容c1的一端及所述第二开关s2的第一连接端，所述第一开关s1的控制端连接于所述振荡模块104的第一输出端，所述第一电容c1的另一端接地，所述第二开关s2的第二连接端连接于所述第二电容c2的一端，同时作为所述开关电容滤波模块102的输出端，所述第二开关s2的控制端连接于所述振荡模块104的第二输出端，所述第二电容c2的另一端接地。

如图6所示，由一对互为反相的时钟信号tc、控制的所述第一开关s1、所述第二开关s2和所述第一电容c1组成的开关电容等效为一电阻，该等效电阻req和后级的第二电容c2组成一阶低通滤波器，通过调节该等效电阻req的阻值和第二电容c2的容值，实现低通滤波器的效果；设振荡模块104的周期为t，则等效电阻此时该一阶低通滤波器的极点频率只要适当调节第一电容c1和第二电容c2的容值，使得极点频率fp足够小，就能将占空比信号duty中的高频成分滤除。其中根据所述占空比信号duty产生所述检测电压vr的过程如下：设一对互为反相的时钟信号tc、的波形如图6所示，在t1阶段，第一开关s1闭合，输入的占空比信号duty对第一电容c1进行充电(放电)，此时由于第二开关s2断开，第二电容c2的电荷保持不变，故输出的检测电压vr保持不变；在t2阶段，所述第一开关s1断开，输入的占空比信号duty与第一电容c1之间的通路断开，此时由于第二开关s2闭合，第一电容c1对第二电容c2进行充电(放电)，从而提升(降低)检测电压vr。作为示例，如图2所示，所述比较模块103包括：第二比较器，其中所述第二比较器的正相输入端连接于所述开关电容滤波模块102的输出端，所述第二比较器的反相输入端接入所述预设比较电压vc，所述第二比较器的输出端作为所述比较模块103的输出端。

如图2所示，在所述开关电容滤波模块102输出的检测电压vr大于等于所述预设比较电压vc时，所述第二比较器输出高电平，判定本示例所述可控硅调光电路未接入可控硅；而在所述检测电压vr小于所述预设比较电压vc时，所述第二比较器输出低电平，判定本示例所述可控硅调光电路接入可控硅。需要注意的是，本示例所述调控信号traic_det即为所述第二比较器输出的高电平信号。

作为示例，如图7所示，所述振荡模块104包括：基准电流源i0、第一nmos管nm1、第二nmos管nm2、第三nmos管nm3、第四nmos管nm4、第五nmos管nm5、第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第三pmos管pm3、第三电容c3、施密特触发器smit及反相器inv，其中所述基准电流源i0的第一连接端接入电源电压vcc，并连接于所述第一pmos管pm1的源极端及所述第二pmos管pm2的源极端，所述基准电流源i0的第二连接端连接于所述第一nmos管nm1的漏极端，所述第一nmos管nm1的源极端接地，所述第一nmos管nm1的栅极端连接于所述第一nmos管nm1的漏极端、所述第二nmos管nm2的栅极端及所述第三nmos管nm3的栅极端，所述第二nmos管nm2的源极端接地，所述第二nmos管nm2的漏极端连接于所述第一pmos管pm1的漏极端，所述第三nmos管nm3的源极端接地，所述第三nmos管nm3的漏极端连接于所述第四nmos管nm4的源极端，所述第一pmos管pm1的栅极端连接于所述第一pmos管pm1的漏极端及所述第二pmos管pm2的栅极端，所述第二pmos管pm2的漏极端连接于所述第三pmos管pm3的源极端，所述第三pmos管pm3的漏极端连接于所述第四nmos管nm4的漏极端、所述第三电容c3的一端、所述第五nmos管nm5的漏极端及所述施密特触发器smit的输入端，所述第三pmos管pm3的栅极端连接于所述施密特触发器smit的输出端，所述第四nmos管nm4的栅极端连接于所述施密特触发器smit的输出端，所述第三电容c3的另一端接地，所述第五nmos管nm5的源极端接地，所述第五nmos管nm5的栅极端连接于所述比较模块103的输出端，所述施密特触发器smit的输出端连接于所述反相器inv的输入端，同时作为所述振荡模块104的第一输出端，所述反相器inv的输出端作为所述振荡模块104的第二输出端。

如图7所示，所述基准电流源i0为本示例所述振荡模块104的输入，所述第一nmos管nm1、所述第二nmos管nm2及所述第三nmos管nm3构成nmos管电流镜，所述第一pmos管pm1和所述第二pmos管pm2构成pmos管电流镜，用以通过上述两组电流镜将所述基准电流源i0提供的基准电流按比例镜像至所述第二pmos管pm2及所述第三nmos管nm3所在支路；所述第三pmos管pm3和所述第四nmos管nm4为两个开关管，用以控制所述第三电容c3的充放电；在所述施密特触发器smit输出的时钟信号tc为低电平时，所述第三pmos管pm3导通，所述第四nmos管nm4关断，此时通过镜像电流对所述第三电容c3充电，直到所述第三电容c3的上极板电位达到所述施密特触发器smit的上翻转阈值，所述施密特触发器smit的输出发生翻转，即所述施密特触发器smit输出的时钟信号tc为高电平；在所述施密特触发器smit输出的时钟信号tc为高电平时，所述第三pmos管pm3关断，所述第四nmos管nm4导通，此时所述第三电容c3放电，直到所述第三电容c3的上极板电位达到所述施密特触发器smit的下翻转阈值，所述施密特触发器smit的输出发生翻转，即所述施密特触发器smit输出的时钟信号tc为低电平；如此循环，产生一对互为反相的时钟信号tc、

在所述振荡模块104的工作过程中，当所述调控信号traic_det到来(即所述比较模块103输出高电平)时，所述第五nmos管nm5导通，此时所述第三电容c3的上极板电位为低电位，所述施密特触发器smit输出的时钟信号tc为低电平，所述第三pmos管pm3打开，所述第四nmos管nm4关断；但由于从所述第二pmos管pm2流下的电流远小于所述第五nmos管nm5的下拉电流，所以所述第三电容c3的上极板电位始终保持低电位，所述振荡模块104停止振荡。

作为示例，如图8所示，所述钳位模块105包括：第六nmos管nm6，其中所述第六nmos管nm6的栅极端连接于所述比较模块103的输出端，所述第六nmos管nm6的漏极端接入所述预设钳位电压vs，所述第六nmos管nm6的源极端连接于所述开关电容滤波模块102的输出端。

如图6所示，当所述调控信号traic_det到来(即所述比较模块103输出高电平)时，所述第六nmos管nm6导通，以将所述开关电容滤波模块102输出的所述检测电压vr上拉至所述预设钳位电压vs，实现电压钳位。需要注意的是，所述预设钳位电压vs可根据实际需要进行设定，可略高于所述检测电压vr所能达到的最大值。

作为示例，如图9所示，所述可控硅调光电路还包括：

可控硅调光器模块106，用于通过控制交流市电工频周期中导通角的大小，对输入的所述交流市电进行斩波切相处理，产生一母线原始电压以输出；

整流桥模块107，连接于所述可控硅调光器模块106，用于对所述母线原始电压进行整流处理，产生所述母线电压vbus以输出。

具体的，如图9所示，所述可控硅调光器模块106包括：第四电容c4、第五电容c5、可变电阻rs、第三电阻r3、双向触发二极管daic及可控硅traic，其中所述第四电容c4的一端连接于所述可变电阻rs的一端及所述可控硅traic的阳极端，同时接入所述交流市电ac，所述第四电容c4的另一端连接于所述第五电容c5的一端及所述可控硅traic的阴极端，所述可变电阻rs的另一端连接于所述第三电阻r3的一端，所述第三电阻r3的另一端连接于所述第五电容c5的另一端及所述双向触发二极管daic的一端，所述双向触发二极管daic的另一端连接于所述可控硅traic的控制端，所述可控硅traic的阳极端作为所述可控硅调光器模块106的输出端。

如图9所示，本示例所述可控硅调光器模块106通过调节可变电阻rs的阻值改变第五电容c5的充电速度，从而调节可控硅traic导通的相位角，使其变化范围接近于0°-180°；在第五电容c5上的电压超过双向触发二极管diac的击穿电压时，可控硅traic在每个ac电压前沿导通，当可控硅traic电流降到其维持电流以下时，可控硅traic关断，且必须等到第五电容c5在下个半周期重新充电后才能再次导通。

具体的，如图9所示，所述整流桥模块107包括：第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3及第四二极管d4，其中所述第一二极管d1的阳极端连接于所述第二二极管d2的阴极端，同时连接于所述可控硅调光器模块106的输出端，所述第一二极管d1的阴极端连接于所述第三二极管d3的阴极端，同时作为所述整流桥模块107的输出端，所述第二二极管d2的阳极端接地，所述第三二极管d3的阳极端连接于所述第四二极管d4的阴极端，同时接入所述交流市电ac，所述第四二极管d4的阳极端接地。

下面请参阅图2至图10对本实施例所述可控硅调光电路的工作原理进行详细说明。

首先，所述可控硅调光器模块106通过控制可控硅traic导通角(即导通相位角)的大小，对输入的所述交流市电ac进行斩波切相处理，之后利用整流桥模块107进行整流以产生一母线电压vbus，最后利用占空比信号转换模块101将所述母线电压vbus转换成一能表征可控硅traic切相角大小的占空比信号duty。

其次，所述开关电容滤波模块102在一对互为反相的时钟信号tc、的控制下，对所述占空比信号duty进行低通滤波处理后产生一检测电压vr；所述比较模块103通过对所述检测电压vr和预设比较电压vc进行比较，并在所述检测电压vr小于预设比较电压vc，即所述可控硅调光电路接入可控硅traic时，输出低电平，即未产生调控信号traic_det，此时所述振荡模块104正常工作以产生一对互为反相的时钟信号tc和所述钳位模块105不执行电压钳位操作；而在所述检测电压vr大于等于预设比较电压vc，即所述可控硅调光电路未接入可控硅traic时，所述比较模块103输出高电平，即产生所述调控信号traic_det，此时所述振荡模块104在所述调控信号traic_det的控制下进行振荡关断操作，以消除高频时钟信号的干扰，同时所述钳位模块105在所述调控信号traic_det的控制下将所述检测电压vr钳位至预设钳位电压vs。

通过对本实施例所述可控硅调光电路进行emi测试，其测试结果如图10所示；从图10可以看出，eim在每个频率点的测试值都在标准线以下，并且还有相当的裕量。

综上所述，本发明的一种可控硅调光电路，在利用开关电容滤波模块对所述占空比信号进行低通滤波后，通过比较模块对检测电压和参考电压进行比较，以在可控硅调光电路未接入可控硅时输出调控信号，并利用该调控信号控制振荡模块，以使振荡模块停止振荡，从而消除高频时钟信号的干扰，解决在没有外接可控硅时emi测试超标的问题；同时利用该调控信号控制钳位模块，以将所述开关电容滤波模块输出的检测电压钳位至预设钳位电压，保证后级led灯的最亮状态。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。