功率转换电路与灯具的制作方法
【专利摘要】根据本公开的实施例提供一种功率转换电路和灯具。功率转换电路包括储能电感(L1)，功率开关(Q)，控制电路，反馈电路，以及防负载电压浮动电路(D2，C2)，其一端耦合至所述储能电感(L1)的电流输入端，另一端耦合至所述反馈电路的反馈信号输出端，其中所述防负载电压浮动电路配置成：在所述功率开关(Q)断开时，根据所述反馈信号，产生用于所述控制电路的控制信号；并且在所述功率开关(Q)闭合时，将所述控制信号提供至所述控制电路。根据本公开的实施例提供一种功率转换电路和灯具能够使在升降压，降压型拓扑电路中功率输出端不浮地，减小电磁干扰噪声并且确保负载电压的控制精度。
【专利说明】
功率转换电路与灯具
技术领域
[0001]本实用新型的实施方式涉及功率转换电路，尤其涉及功率转换电路的防电磁干扰的改进。本实用新型的实施方式还涉及包括这种功率转换电路的灯具。
【背景技术】
[0002]随着照明技术快速发展，越来越多的LED灯被用在日常生活中，功率转换电路常常用于驱动LED灯，功率转换电路包括功率输入端以及连接至负载(例如LED)的功率输出端，然而，现有技术中的功率转换电路的功率输出端和接地端浮动，浮动的功率输出端和接地将产生大量的电磁干扰噪声，期望能够有效地抑这种电磁干扰。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本公开实施方式的目的之一在于提供一种功率转换电路，其至少能够解决上述现有技术中存在的一个或多个技术问题。本公开实施方式的目的之一还在于提供一种包括这种功率转换电路的灯具
[0004]根据本实用新型的一个方面，提供了一种功率转换电路，包括:储能电感和功率开关;控制电路，耦接到所述功率开关的控制端;反馈电路，分别耦接到所述控制电路和负载，用于检测负载的电压，并且产生用于控制所述控制电路的反馈信号:以及防负载电压浮动电路，其一端耦合至所述储能电感的电流输入端，另一端耦合至所述反馈电路的反馈信号输出端，其中所述防负载电压浮动电路配置成:在所述功率开关断开时，根据所述反馈信号，产生用于所述控制电路的控制信号;并且在所述功率开关闭合时，将所述控制信号提供至所述控制电路。
[0005]该方面的优点在于，负载电压和地并不是浮动的，因此不产生电磁干扰;负载电压被反馈电路直接采集，比较准确和快速，并且不需要额外的器件进行整流。
[0006]根据本公开的一个实施例，所述防负载电压浮动电路包括电容和隔离二极管，电容的阴极端耦接到所述储能电感的电流输入端，所述电容的阳极端耦接到所述控制电路，所述隔离二极管从所述反馈电路的反馈信号输出端向所述电容偏置。
[0007]该实施方式中，控制信号由隔离二极管所提供，该隔离二极管使得只有在功率开关断开且储能电感续流时才提供反馈信号。
[0008]根据本公开的一个实施例，所述反馈回路包括:分压电路和运算放大器，所述分压电路的一端耦接到所述负载的正极，另一端耦接到所述运算放大器的负极，所述运算放大器正极耦接到参考电压;运放反馈电路，一端连接至所述运算放大器的负极，另一端连接至所述运算放大器的输出端，以及反馈电路开关，其控制端连接至所述比较器的输出端，输入端经由电阻连接至所述负载的正极，输出端连接至所述隔离二极管。
[0009]该实施方式提供了根据负载电压进行反馈的一个具体反馈回路的电路实现。
[0010]根据本公开的一个实施例，所述反馈电路开关被配置成工作在放大或饱和工作区。
[0011]根据本公开的一个实施例，功率转换电路还包括与所述功率开关串联的用于检测流过所述功率开关的电流的电流检测器件;所述控制电路包括控制电路开关，其控制端经由分压电阻与电阻耦接至所述防负载电压浮动电路的所述电容的阳极，且耦接至所述电流检测器件，同时分压电阻与电容组成反馈回路的一个极点，能调节所对应极点的反馈频率，用于调节反馈控制电路的动态特性和稳定性。
[0012]该实施方式提供了反馈控制具体实现，是通过反馈信号对电容充电后，用该电容上的电压来影响控制电路开关的工作，从而实现反馈。
[0013]根据本公开的一个实施例，功率转换电路还包括与所述储能电感电磁耦合的辅助电感，所述辅助电感耦合至所述功率开关的控制端，所述辅助电感与电容和电阻串联，所述辅助电感、所述电容和所述电阻串联组成的电路与从所述功率开关的输出端向控制端偏置的二极管并联，所述二极管耦接至所述功率开关的控制端。
[0014]该实施方式提供了一种自振荡的功率开关控制方式，避免使用专用的控制1C，因此成本较低。
[0015]根据本公开的一个实施例，所述功率开关的控制端通过启动电阻耦接到输入端。
[0016]该实施方式提供了初始启动该功率转换电路的一个实施方式。
[0017]根据本公开的一个实施例，所述功率开关与所述储能电感串联构成充电回路，且在所述功率开关断开时，所述储能电感与续流二极管和负载正负极串联构成续流回路，其中所述储能电感的电流流出端连接到所述负载的正极，所述储能电感的电流流入端通过所述续流二极管以连接到所述负载的负极。
[0018]该实施方式提供了该功率转换电路实现为降压-升压(Buck-boost)转换器的实现方式。
[0019]根据本公开的一个实施例，所述功率转换电路用于驱动作为所述负载的发光二极管。
[0020]根据本实用新型的另一个方面，提供一种灯具，包括发光二极管，还包括根据上面所述的功率转换电路，以驱动所述发光二极管。
[0021]根据本公开的实施例的功率转换电路和灯具，由于设置防负载电压浮动电路，将负载的功率输入端直接耦合至反馈电路的输入单，消除了负载的功率输入端和接地端的浮动配置所产生的电磁干扰。另一方面，防负载电压浮动电路与负载的供电回路隔离布置，由此消除了防负载电压浮动电路中的电容性元件对负载的控制精度的影响。
【附图说明】
[0022]通过结合附图来说明根据本公开的实施例的功率转换器电路，其中图1是根据本公开的示例性实施例的功率转换器电路的电路示意图。
【具体实施方式】
[0023]现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代技术方案。
[0024]常用于驱动负载的功率转换电路包括基于RCC(Ring Choke Converter)的升降压(BuckBoost)电路。应当理解的是，例如根据功率源的类型，升降压电路也可以被替代为升压电路、降压电路、反激电路等其他功率电路。鉴于这些控制电路的方式为本领域所熟知省略对其详细说明。用于对功率开关进行控制的部件可以是集成电路芯片(1C)，也可以是使用低成本的分离式元件组成的控制电路来对功率开关进行操作。
[0025]如图1所示，功率转换电路通常包括:储能电感L1、功率开关Q和耦接到功率开关Q的控制端的控制电路。当功率开关Q闭合时，形成充电回路，来自功率源的功率Vin流入储能线圈L1、功率开关并Q通过功率转换电路返回到功率源的输入以构成闭合充电回路；当储能线圈LI中的功率储存到一定程度时，功率开关Q断开，充电回路断开，储能线圈LI中的电流无法经过功率开关回到输入，而是通过续流二极管D1、负载端+、负载端-，流回功率线圈LI的电流流入端以形成续流回路，此时构成负载的供电回路。控制电路耦接到功率开关Q的控制端，用于控制功率开关在合适的时间通断以实现负载的功率控制。该控制电路在图1中是通过检测储能线圈中所流过的电流大小来进行该控制的。在图示的实施例中，负载为LED，应当理解的是，负载也可以为其它电器部件。
[0026]在一些实施例中，功率转换电路还包括反馈电路，分别耦接到控制电路和负载，用于检测负载的电压，并且产生用于控制控制电路的反馈信号，用于负载实现恒压控制。
[0027]现有技术中，负载的功率输入端Vout和接地端通常浮动地设置，接地端被布置在控制单元和RF电路的大面积区域，负载的功率输入端Vout和接地端的浮动布置将产生大量的电磁干扰噪声。
[0028]如图1所示，根据本公开的实施例的功率转换电路还包括防负载电压浮动电路，其一端耦合至储能电感LI的电流输入端，另一端耦合至反馈电路的反馈信号输出端，其中防负载电压浮动电路配置成:在功率开关Q断开时，根据反馈信号，产生用于控制电路的控制信号;并且在功率开关Q闭合时，将控制信号提供至控制电路。
[0029]如图所示，根据本公开的防负载电压浮动电路，其一端耦合至储能电感LI的电流输入端(即标圆圈的同名端)，另一端耦合至反馈电路的反馈信号输出端。一方面，由于负载的Vout被直接親合至反馈电路的输入，由此使得负载的功率输入端Vout和接地端不浮动，消除了负载的功率输入端Vout和接地端的浮动配置所产生的电磁干扰。另一方面，防负载电压浮动电路与负载的供电回路隔离布置，由此消除了防负载电压浮动电路中的电容性元件对负载的控制精度的影响。在负载的供电回路中包括电容性负载的情况下，会影响功率转换电路的输出电压的精度。
[0030]根据本公开的一个实施例，防负载电压浮动电路包括电容C2和隔离二极管D2，电容C2的阴极端耦接到储能电感LI的电流输入端，电容C2的阳极端耦接到控制电路，隔离二极管D2从反馈电路的反馈信号输出端向电容C2偏置。在这种情况下，在功率开关Q断开时，从反馈电路输出的反馈信号经过隔离二极管D2在电容C2上累积，从而产生用于控制电路的控制信号;在功率开关Q闭合时，将在电容C2上累积电压提供至控制电路。
[0031]根据本公开的一个实施例，反馈回路包括:分压电路Ru，Rd和运算放大器Ul，分压电路Ru，Rd的一端耦接到负载的正极，另一端耦接到运算放大器Ul的负极，运算放大器Ul正极耦接到参考电压;运放反馈电路Cfb，Rfb，一端连接至运算放大器Ul的负极，另一端连接至运算放大器Ul的输出端，以及反馈电路开关Q1，其控制端连接至比较器Ul的输出端，输入端经由电阻Re连接至负载的正极，输出端连接至隔离二极管D2。经由反馈电路可以实现负载电压的恒压控制。应当理解的是，上述反馈电路仅仅是示例性的。尽管在图示的实施例中反馈回路采用了 PI(比例积分)控制，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以采用其它控制方式。
[0032]根据本公开的一个实施例，反馈电路开关Ql被配置成工作在放大或饱和工作区。由此，运算放大器具有足够的驱动能力来驱动反馈电路开关Ql。反馈电路开关Ql的电流输出端电流由元算放大器的输出电压控制。
[0033]根据本公开的一个实施例，功率转换电路还包括与功率开关Q串联的用于检测流过功率开关Q的电流的电流检测器件Rcs;控制电路包括控制电路开关Q2，其控制端经由分压电阻Rl与电阻R2耦接至防负载电压浮动电路的电容的阳极，且耦接至电流检测器件RCS，同时R2与C2组成反馈回路的一个极点，能调节所对应极点的反馈频率，用于调节反馈控制电路的动态特性和稳定性。此外，在功率开关Q闭合时，R2与C2可以构成滤波电路，对线路上的噪声进行过滤。
[0034]根据本公开的一个实施例，功率转换电路还包括与储能电感LI电磁耦合的辅助电感L2，辅助电感L2耦合至功率开关Q的控制端，辅助电感L2与电容Cl和电阻R6串联，辅助电感L2、电容CI和电阻R6串联组成的电路与从功率开关Q的输出端向控制端偏置的二极管D3并联，二极管D3耦接至功率开关Q的控制端。根据本公开的一个实施例，功率开关Q的控制端通过启动电阻R3耦接到输入端。由此在功率源打开时，能够启动电阻来控制功率开关Q的开通，闭合功率电感的充电回路。
[0035]根据本公开的一个实施例，功率开关Q与储能电感LI串联构成充电回路，且在功率开关Q断开时，储能电感LI与续流二极管Dl和负载正负极串联构成续流回路，其中储能电感LI的电流流出端连接到负载的正极，储能电感LI的电流流入端通过续流二极管Dl以连接到负载的负极。
[0036]对于电流控制来说，当储能线圈LI中流过的电流达到一定程度时，检测电阻Rcs两端产生足够的电压，该电压通过Rl影响Q2的基极电压，使得Q2开通，Q2从功率开关Q的基极抽走基极电流，并关断功率开关Q，从而将受控的电流提供给负载。
[0037]对于负载电压控制来说，负载电压通过反馈电路得到的反馈信号在电容C2上充电，使得电容C2具有一定电压，该电压也影响R2的基极电压，从而影响Q2开通的时机，并进而影响功率开关Q的关断时机。例如，当负载电压过高时，过多的电压累积在电容C2上，使得Q2的基极电压抬高，因而Q2将更加提早地开通，并使得功率开关Q提早关断，从而提供给负载的能量减少，因而将负载电压拉回正常值。
[0038]根据本实用新型的另一个方面，提供一种灯具，包括发光二极管LED，还包括根据上面的功率转换电路，以驱动发光二极管LED。可以理解，LED只是一种示例的负载。该功率转换电路能够用于驱动其他任何合适的负载，这些应用下的功率转换电路均落入本实用新型的权利要求的保护范围。
[0039]本领域的技术人员应当理解:提供上述说明是为了举例说明的目的而非限制。本领域的技术人员应当明白本实用新型可以以脱离这些具体细节的其它实现方式来实现。而且为了不模糊本实用新型，在当前的说明中省略了已知的功能和结构的并非必要的细节。
[0040]虽然在这里已图解和描述了特定的实施例，但本领域技术人员会认识到，可以用旨在达到同样目的的任何安排来替换所显示的特定实施例，且本实用新型在其它环境下具有其它的应用。本申请旨在覆盖本实用新型的任何改变或变例。以下的权利要求决不应被理解为本实用新型的范围被限制于这里描述的特定实施例。
【主权项】
1.一种功率转换电路，其特征在于，包括: 储能电感(LI)和功率开关(Q); 控制电路，親接到所述功率开关(Q)的控制端； 反馈电路，分别耦接到所述控制电路和负载，用于检测负载的电压，并且产生用于控制所述控制电路的反馈信号:以及 防负载电压浮动电路(D2，C2)，其一端耦合至所述储能电感(LI)的电流输入端，另一端耦合至所述反馈电路的反馈信号输出端， 其中所述防负载电压浮动电路配置成:在所述功率开关(Q)断开时，根据所述反馈信号，产生用于所述控制电路的控制信号；并且在所述功率开关(Q)闭合时，将所述控制信号提供至所述控制电路。2.根据权利要求1所述的功率转换电路，其特征在于，所述防负载电压浮动电路(D2，C2)包括电容(C2)和隔离二极管(D2)，所述电容(C2)的阴极端耦接到所述储能电感(LI)的电流输入端，所述电容(C2)的阳极端耦接到所述控制电路，所述隔离二极管(D2)从所述反馈电路的反馈信号输出端向所述电容(C2)偏置。3.根据权利要求2所述的功率转换电路，其特征在于，所述反馈回路包括: 分压电路(Ru，Rd)和运算放大器(U1)，所述分压电路(Ru，Rd)的一端耦接到所述负载的正极，另一端耦接到所述运算放大器(Ul)的负极，所述运算放大器(Ul)正极耦接到参考电压； 运放反馈电路(Cfb，Rfb)，一端连接至所述运算放大器(Ul)的负极，另一端连接至所述运算放大器(Ul)的输出端，以及 反馈电路开关(Ql)，其控制端连接至所述运算放大器(Ul)的输出端，输入端经由电阻(Re)连接至所述负载的正极，输出端连接至所述隔离二极管(D2)。4.根据权利要求3所述的功率转换电路，其特征在于，所述反馈电路开关(Ql)被配置成工作在放大或饱和工作区。5.根据权利要求2所述的功率转换电路，其特征在于，还包括与所述功率开关(Q)串联的用于检测流过所述功率开关(Q)的电流的电流检测器件(Rcs);所述控制电路包括控制电路开关(Q2)，其控制端经由分压电阻(Rl)与电阻(R2)耦接至所述防负载电压浮动电路(D2，C2)的所述电容的阳极，且耦接至所述电流检测器件(Rcs)，同时所述分压电阻(R2)与所述电容(C2)组成反馈回路的一个极点，能调节所对应极点的反馈频率，用于调节反馈控制电路的动态特性和稳定性。6.根据权利要求5所述的功率转换电路，其特征在于，还包括与所述储能电感(LI)电磁耦合的辅助电感(L2)，所述辅助电感(L2)耦合至所述功率开关(Q)的控制端，所述辅助电感(L2)与电容(Cl)和电阻(R6)串联，所述辅助电感(L2)、所述电容(Cl)和所述电阻(R6)串联组成的电路与从所述功率开关(Q)的输出端向控制端偏置的二极管(D3)并联，所述二极管(D3)耦接至所述功率开关(Q)的控制端。7.根据权利要求1所述的功率转换电路，其特征在于，所述功率开关(Q)的控制端通过启动电阻(R3)耦接到输入端，以及 所述输入端直接连接到所述功率开关，随后连接到所述储能电感和所述负载，所述负载连接到地。8.根据权利要求2所述的功率转换电路，其特征在于，所述功率开关(Q)与所述储能电感(LI)串联构成充电回路，且在所述功率开关(Q)断开时，所述储能电感(LI)与续流二极管(Dl)和负载正负极串联构成续流回路，其中所述储能电感(LI)的电流流出端连接到所述负载的正极，所述储能电感(LI)的电流流入端通过所述续流二极管(Dl)以连接到所述负载的负极。9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率转换电路，其特征在于，所述功率转换电路用于驱动作为所述负载的发光二极管(LED)。10.—种灯具，包括发光二极管(LED)，其特征在于，还包括:根据权利要求1至9中任一项所述的功率转换电路，以驱动所述发光二极管(LED)。
【文档编号】H05B37/02GK205430720SQ201520906817
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月13日
【发明人】罗志军
【申请人】飞利浦(中国)投资有限公司