专利名称：一种隔离变换电路和灯具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子电路，更具体地说，本实用新型涉及用于发光元件的电子电路。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode, LED)由于无污染、长寿命、耐振动等诸多优 点，在照明领域备受关注，并且已经得到了一定的应用。LED的发光亮度通常由流过其上的平均电流决定，因此精确控制流过LED的平均 电流尤为重要。在现有LED电子电路中，通常采用一与LED串联的采样电阻采样流过LED 的电流，通过电路后续控制器的控制，实现精确控制流过LED的平均电流。如图1所示的隔离变换电路100，为一典型采用反激拓扑的LED电子电路。隔离变 换电路100从墙上插座(电网)获得交流输入电压，通过一整流桥将该交流电压转换为一 直流电压，并通过反激电路将该直流电压转换为所需的直流供电电压。具体来说，如图1所示，隔离变换电路100包括整流桥101、输入电容Cin、变压器T、 主开关M、第一采样电阻&、二极管D、输出电容Q、负载采样电阻R、控制器102、过零检测器 103以及隔离反馈电路110。其中变压器T为储能元件，包括原边绕组T1、副边绕组T2和第 三绕组T3。整流桥101接收交流输入电压Vin，并将其转换成一不控直流电压。输入电容Cin 并联至整流桥101的两端，即输入电容Cin的一端耦接至变压器T原边绕组T1的一端，另一 端接原边参考地。变压器T的原边绕组T1、主开关Μ、二极管D、变压器T的次级绕组T2以及 输出电容Ctj的耦接方式构成典型反激拓扑。其耦接方式是本领域技术人员的熟知方式，这 里不再详述。第一采样电阻&与主开关M串联耦接、负载采样电阻R与LED串联耦接。隔 离反馈电路110的输入端耦接至负载采样电阻R和LED的串联耦接点，其输出端耦接至控 制器102的一个输入端。过零检测器103的输入端耦接至第三绕组T3的一端，其输出端耦 接至控制器102的另一个输入端。第三绕组T3的另一端耦接至地。控制器102的第三输 入端耦接至第一采样电阻&和主开关的串联耦接点，以及；控制器102的输出端耦接至驱 动器104的输入端，驱动器104的输出端耦接至主开关M的控制端。因为负载采样电阻R和LED串联耦接，因此，负载采样电阻R两端电压反映了流过 LED的电流。而第一采样电阻&和主开关M串联耦接，因此，第一采样电阻&两端电压反 映了流过主开关M的电流，即第一采样电阻&两端电压为电流采样信号Ismse。当隔离变换电路100运行时，流过LED的电流通过负载采样电阻R和隔离反馈电 路110被输送至控制器102，流过主开关M的电流通过第一采样电阻&被输送至控制器 102。经过过零检测器103的共同作用，流过LED的平均电流可得到控制。因其控制方式为 本领域技术人员所熟知，为叙述简明，这里不再详述。然而，这种控制方式需要额外的负载采样电阻来采样流过LED的电流，增大了损 耗，降低了效率。而随着电子技术的发展和环保要求的提高，效率已成为电源变换器至关重 要的设计因素。并且这种控制方式需要采用隔离反馈电路来反馈负载的状态，使电路结构复杂化。因此，有必要提出一种无需负载采样电阻和隔离反馈电路即可实现对诸如LED之 类发光元件的电流采样，从而控制其平均电流的电路。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决传统隔离变换电路需要负载采样电阻采样输出电流， 需要隔离反馈电路反馈所采样的输出电流，从而造成电路结构复杂化和电路低效率的问 题。基于上述目的，本实用新型提出一种隔离变换电路，包括变压器，所述变压器包括电磁耦合的原边绕组、副边绕组和第三绕组，所述原边绕 组耦接至隔离变换电路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动 信号至被驱动元件；第三绕组与原边绕组共地；主开关，耦接至所述原边绕组；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二 输入端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接第三绕组，检测第三绕组两端的电压；其输出端耦接控 制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接 参考信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。基于上述目的，本实用新型还提出了另一种结构的隔离变换电路，包括变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组耦接至所述隔离变 换电路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动信号至被驱动元 件；主开关，耦接至所述原边绕组，；过零检测电容，一端耦接至所述原边绕组和所述主开关的串联耦接点，另一端耦 接至过零检测器的输入端；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二 输入端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接过零检测电容，检测流过过零检测电容的电流；其输出 端耦接控制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接 参考信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。基于上述目的，本实用新型还提出了一种灯具，包括发光器件和与该发光器件耦 接的隔离变换电路，所述隔离变换电路包括变压器，所述变压器包括电磁耦合的原边绕组、副边绕组和第三绕组，所述原边绕 组耦接所述隔离变换电路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱 动信号至被驱动元件；第三绕和原边绕组共地；[0028]主开关，耦接至所述原边绕组；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二 输入端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接第三绕组，检测第三绕组两端的电压；其输出端耦接控 制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接 参考信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。基于上述目的，本实用新型还提出了另外一种结构的灯具，包括发光器件和与该 发光器件耦接的隔离变换电路，其特征在于，所述隔离变换电路包括变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组耦接所述隔离变换 电路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动信号至被驱动元 件；主开关，耦接至所述原边绕组；过零检测电容，一端耦接至所述原边绕组和所述主开关的串联耦接点，另一端耦 接至过零检测器的输入端；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二 输入端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接过零检测电容，检测流过过零检测电容的电流；其输出 端耦接控制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接 参考信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。本实用新型提出的上述隔离变换电路和使用该电路的灯具，无需负载采样电阻和 隔离反馈电路即可采样输出电流，从而简化了电路结构。
图1示出传统隔离变换电路100。图2示出根据本实用新型一个实施例的隔离变换电路200。图3示出根据本实用新型的输出电流计算器的工作原理流程图300。图4示出根据本实用新型一个实施例采用图3所示计算隔离变换电路副边输出电 流方法的隔离变换电路400。图5示出图4所示隔离变换电路400中开关信号、流经主开关的电流、流经二极管 的电流，第三绕组的电压以及等效输出电流的波形。图6示出根据本实用新型一个实施例的具体示出控制器一种实现结构的隔离变 换电路600。图7示出根据本实用新型另一个实施例的隔离变换电路700。图8示出根据本实用新型又一个实施例的隔离变换电路800。
具体实施方式
如图2所示，为根据本实用新型一个实施例的隔离变换电路200。此实施例用于 AC-DC变换电路中。但是本领域的技术人员应该意识到，隔离变换电路可以用于其他电路， 如DC-DC变换电路。隔离变换电路200与隔离变换电路100相同部分采用相同的附图标 记，与图1所示的隔离变换电路100相比，隔离变换电路200的不同之处在于，隔离变换电 路200无需负载采样电阻和隔离反馈电路，而是用输出电流计算器105实现对LED负载的 电流采样及反馈。其中输出电流计算器105输出的等效输出电流Ieq反映了副边电流。具体来说，隔离变换电路200包括整流桥101、输入电容Cin、变压器T (包括原边绕 组T1、副边绕组T2和第三绕组T3)、主开关M、第一采样电阻&、二极管D、输出电容CQ、LED。 其耦接方式与隔离变换电路100相同，为叙述简明，这里不再详述。隔离变换电路200还包 括过零检测器103，其输入端耦接至第三绕组T3的一端，以检测第三绕组T3两端电压Vt3， 并根据第三绕组T3两端电压Vt3的过零情况，提供过零检测信号Zdet至控制器102的第一 输入端；输出电流计算器105，其第一输入端耦接至第一采样电阻&和主开关M的串联耦 接点，以接收电流采样信号Ismse,其第二输入端耦接至控制器102的输出端，以接收开关信 号CTK，并根据电流采样信号和开关信号CTK，提供等效输出电流Ieq至控制器102 ；控制 器102，其第一输入端耦接至过零检测器103，以接收过零检测信号Aet，其第二输入端耦接 至输出电流计算器105的输出端，以接收等效输出电流Ieq，其第三输入端耦接至第一采样 电阻&和主开关M的串联耦接点，以接收电流采样信号Ismse,其第四输入端接收参考信号 Ref，从而根据等效输出电流Ieq、过零检测信号&ET、电流采样信号Isense和参考信号Ref，提供 开关信号Ctk至输出电流计算器105和驱动器104的输入端。驱动器104的输出端耦接至 主开关M的控制端，以控制主开关M的导通与断开。在一个实施例中，二极管D可用整流管代替。主开关M可以是任何可控半导体开 关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。在电路实际应用中，现有技术的隔离变换电路100中的隔离反馈电路110通常需 要多个外围分立元件实现。而本实施例的隔离变换电路200无需隔离反馈电路，因此，隔离 变换电路200相对隔离变换电路100不仅降低了损耗，还简化了外围电路。下面阐述隔离 变换电路200的工作原理。电路200运行时，当控制器102提供一高电平开关信号Ctk给驱动器104，驱动器 104输出高电平驱动信号给主开关M的控制端，主开关M被闭合导通，交流输入电压Vin经 整流桥101、输入电容Cin、原边绕组T1、主开关M、第一采样电阻&至地。流过主开关M的电 流Im在原边绕组T1激磁电感的作用下，线性上升。随之第一采样电阻&两端电压也线性上 升。当流过主开关M的电流上升到设定的峰值电流Ipk时，控制器102输出的开关信号Ctk 变低。相应地，主开关M被断开。此时，第三绕组T3两端电压极性为上正下负，即电压Vt3 为正，副边绕组T2两端电压极性也为上正下负，二极管D导通，流过二极管D的电流Id开始 线性下降。若变压器T的原边绕组T1和副边绕组T2的变压器匝比为η 1，则二极管D的 峰值电流为ηΧΙΡΚ。即流过二极管D的电流Id从nX Ipk开始线性下降。当其下降至零时， 原边绕组T1的激磁电感和主开关M的寄生电容(未图示)产生振荡。该振荡第一次过零， 即电压Vt3第一次为零时，过零检测器103检测到该过零现象，输出相应的过零检测信号Zdet 至控制器102。控制器102接收该过零检测信号Zdet，输出高电平开关信号Ctk，从而经由驱8动器104后将主开关M闭合导通。隔离变换电路200进入一个新周期，如前所述工作。图3示出根据本实用新型的输出电流计算器的工作原理流程图300，即计算隔离 变换电路副边输出电流的方法。如图3所示，该方法包括步骤301，开始，即周期导通和断 开隔离变换电路原边绕组的主开关M ；步骤302，判断主开关M是否为导通状态，若主开关M 为导通状态，进入步骤303，采样流过主开关M的电流，等效输出电流Ieq置零；若主开关M 为断开状态，进入步骤304，保持主开关M的峰值电流并作为主开关M断开时间间隔内的等 效输出电流Ieq ；步骤305，提供等效输出电流IEQ。也就是说，计算隔离变换电路副边输出电 流的方法包括周期导通和断开隔离变换电路原边绕组的主开关M ；在主开关M被导通的时 间间隔内，采样流过主开关M的电流，等效输出电流‘置零；在主开关M被断开的时间间隔 内，保持主开关M的峰值电流并作为主开关M断开时间间隔内的等效输出电流IEQ。图4示出根据本实用新型一个实施例采用图3所示计算隔离变换电路副边输出电 流方法的隔离变换电路400。隔离变换电路400的电路模块与隔离变换电路200的相同部 分采用相同的附图标记。为叙述简明，这里不再详述相同部分的电路耦接方式。如图4所 示，输出电流计算器105包括第一开关S1，一端耦接至第一采样电阻&和主开关M的串联 耦接点，以接收电流采样信号Ismse ；第一电容C1，耦接在第一开关S1W另一端和原边参考地 之间；第二开关&，一端耦接至第一开关S1和第一电容C1的耦接点；第三开关&，耦接在第 二开关&的另一端和原边参考地之间。第一开关S1、第二开关&和第三开关&的控制端 耦接至控制器102的输出端，并且当开关信号Ctk为高电平时，第一开关S1和第三开关&闭 合导通，第二开关&断开；当开关信号Ctk为低电平时，第一开关S1和第三开关&断开，第 二开关&闭合导通。第二开关&和第三开关&的耦接点输出等效输出电流IEQ。假定开始时开关信号Ctk为高电平，则第一开关S1和第三开关&被闭合导通，第二 开关&被断开，同时该高电平的开关信号Ctk经由驱动器104后，将主开关M闭合导通。此 时等效输出电流Ieq被置零，即Ieq = 0。如前所述，交流输入电压Vin经整流桥101、输入电 容Cin、原边绕组T1、主开关M、第一采样电阻&至地。流过主开关M的电流在原边绕组T1激 磁电感的作用下，线性上升，第一采样电阻&两端电压，即电流采样信号Isense也线性上升。 而此时由于第一开关S1闭合导通，因此，电容C1两端电压即为电流采样信号Ismse。也就是 说，在该段时间内，电容C1两端电压线性上升。当其上升到设定的峰值电流Ipk时，开关信 号Ctk变为低电平。相应地，第一开关S1和第三开关&被断开，第二开关&被闭合导通；主 开关M被断开。此时，等效输出电流Ieq为电容C1两端电压，即Ieq = IpkX Rks，其中Rks为第 一采样电阻&的电阻值。开关信号Ctk、流经主开关M的电流IM、流经二极管D的电流ID，第三绕组T3的电压 V13以及等效输出电流Ieq的波形如图5所示。由图5可得，等效输出电流Ieq在一个开关周期内的平均值为IEQ(AVE) = 1PKXTOFF 等式⑴1ON + iOFF流经二极管的电流Id在一个周期内的平均值ID_为I χ n χ 丁ID(AVE) = 二τ 、等式 O)zx (1ON 十 ^offJ其中Tm为一个周期内主开关M的闭合导通时间，Ttw为一个周期内主开关M的断开时间。由上述等 式(1)和等式(2)可得，
权利要求1.一种隔离变换电路，其特征在于，包括变压器，所述变压器包括电磁耦合的原边绕组、副边绕组和第三绕组，所述原边绕组耦 接至隔离变换电路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动信号 至被驱动元件；第三绕组与原边绕组共地； 主开关，耦接至所述原边绕组；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二输入 端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接第三绕组，检测第三绕组两端的电压；其输出端耦接控制器 的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接参考 信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。
2.根据权利要求1所述的隔离变换电路，其特征在于，所述输出电流计算器包括 第一开关，一端耦接主开关，接收流过所述主开关的电流；第一电容，耦接在所述第一开关的另一端和原边参考地之间； 第二开关，一端耦接至所述第一开关和所述第一电容的串联耦接点； 第三开关，耦接在所述第二开关的另一端和所述原边参考地之间； 所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的控制端耦接控制器的输出端； 所述第二开关和所述第三开关的串联耦接点为所述输出电流计算器的输出端。
3.根据权利要求2所述的隔离变换电路，其特征在于，所述输出电流计算器进一步包 括缓冲器，耦接在所述第一开关、第一电容的串联耦接点与所述第二开关之间。
4.根据权利要求2所述的隔离变换电路，其特征在于，所述第一开关和所述第三开关 为高电平导通、低电平断开的开关，所述第二开关为低电平导通、高电平断开的开关。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的隔离变换电路，其中所述控制器包括误差放大器，其第一输入端作为控制器第二输入端耦接输出电流计算器的输出端；其 第二输入端作为控制器的第四输入端耦接参考信号；比较器，其第一输入端耦接误差放大器的输出端；其第二输入端作为控制器的第一输 入端耦接主开关；逻辑电路，其第一输入端耦接比较器的输出端；其第二输入端作为控制器第一输入端 耦接过零检测器的输出端；其输出端作为控制器的输出端。
6.根据权利要求5所述的隔离变换电路，其特征在于，所述控制器进一步包括补偿电 路，耦接在所述误差放大器的输出端和所述原边参考地之间。
7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述误差放大器的第一输入端为其反相 输入端，第二输入端为其同相输入端；所述比较器的第一输入端为其反相输入端，第二输入 端为其同相输入端；所述逻辑电路为RS触发器，其第一输入端为其置位端，其第二输入端 为其复位端。
8.一种隔离变换电路，其特征在于，包括变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组耦接至所述隔离变换电 路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动信号至被驱动元件；主开关，耦接至所述原边绕组，；过零检测电容，一端耦接至所述原边绕组和所述主开关的串联耦接点，另一端耦接至 过零检测器的输入端；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二输入 端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接过零检测电容，检测流过过零检测电容的电流；其输出端耦 接控制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接参考 信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。
9.根据权利要求8所述的隔离变换电路，其特征在于，所述输出电流计算器包括 第一开关，一端耦接主开关，接收流过所述主开关的电流；第一电容，耦接在所述第一开关的另一端和原边参考地之间； 第二开关，一端耦接至所述第一开关和所述第一电容的串联耦接点； 第三开关，耦接在所述第二开关的另一端和所述原边参考地之间； 所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的控制端耦接控制器的输出端； 所述第二开关和所述第三开关的串联耦接点为所述输出电流计算器的输出端。
10.根据权利要求9所述的隔离变换电路，其特征在于，所述输出电流计算器进一步包 括缓冲器，耦接在所述第一开关、第一电容的串联耦接点与所述第二开关之间。
11.根据权利要求9所述的隔离变换电路，其特征在于，所述第一开关和所述第三开关 为高电平导通、低电平断开的开关，所述第二开关为低电平导通、高电平断开的开关。
12.根据权利要求8或9或10或11所述的隔离变换电路，其中所述控制器包括误差放大器，其第一输入端作为控制器第二输入端耦接输出电流计算器的输出端；其 第二输入端作为控制器的第四输入端耦接参考信号；比较器，其第一输入端耦接误差放大器的输出端；其第二输入端作为控制器的第一输 入端耦接主开关；逻辑电路，其第一输入端耦接比较器的输出端；其第二输入端作为控制器第一输入端 耦接过零检测器的输出端；其输出端作为控制器的输出端。
13.根据权利要求8所述的隔离变换电路，其中所述控制器进一步包括补偿电路，耦接 在所述误差放大器和所述原边参考地之间。
14.一种灯具，包括发光器件和与该发光器件耦接的隔离变换电路，其特征在于，所述 隔离变换电路包括变压器，所述变压器包括电磁耦合的原边绕组、副边绕组和第三绕组，所述原边绕组耦 接所述隔离变换电路的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动信 号至被驱动元件；第三绕和原边绕组共地； 主开关，耦接至所述原边绕组；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二输入 端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接第三绕组，检测第三绕组两端的电压；其输出端耦接控制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接参考 信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。
15. 一种灯具，包括发光器件和与该发光器件耦接的隔离变换电路，其特征在于，所述 隔离变换电路包括变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组耦接所述隔离变换电路 的输入端，所述副边绕组为所述隔离变换电路的输出端，输出驱动信号至被驱动元件； 主开关，耦接至所述原边绕组；过零检测电容，一端耦接至所述原边绕组和所述主开关的串联耦接点，另一端耦接至 过零检测器的输入端；输出电流计算器，其第一输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；其第二输入 端耦接控制器的输出端；其输出端耦接控制器的第二输入端；过零检测器，其输入端耦接过零检测电容，检测流过过零检测电容的电流；其输出端耦 接控制器的第一输入端；控制器，其第三输入端耦接主开关，接收流过主开关的电流信号；第四输入端耦接参考 信号；驱动器，其输入端耦接至控制器的输出端，其输出端耦接至主开关的控制端。
专利摘要本实用新型提出了一种用于发光元件的电子电路。该电子电路通过位于原边的输出电流计算器解决了现有技术需要负载采样电阻和隔离反馈电路采样输出端电流，从而简化了电路结构。
文档编号H05B37/02GK201839473SQ20102012042
公开日2011年5月18日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者任远程, 张军明, 杜磊, 邝乃兴 申请人:成都芯源系统有限公司