CN103415128B

CN103415128B - 用于实现可控硅调光和高功率因数的电路

Info

Publication number: CN103415128B
Application number: CN201310391394.3A
Authority: CN
Inventors: 陈畅; 杨全; 边彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Suzhou Intelli-Chiplink Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103415128A

Abstract

本发明公开了一种用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，本发明通过第一采样电路和第二采样电路来采样初级的电压信号，实现了为负载LED的平均输出电流与输出电压和负载无关，从而得到了较好的输入电压调整率和负载调整率，实现了对负载LED的恒流输出控制；同时，在将本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路加入现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路之后，使得初级输入电流可以跟踪交流输入正弦波形以及对负载LED的平均输出电流可以随着可控硅触发角的变化而变化，从而实现了较高的功率因数和可控硅调光。

Description

用于实现可控硅调光和高功率因数的电路

技术领域

本发明涉及一种用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，特别是涉及一种基于原边反馈的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路。

背景技术

在全球能源短缺、环保要求不断提高的背景下，世界各国均大力发展绿色节能照明。LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。然而，LED驱动电源的要求也在不断提高。高效率、高功率因数、安全隔离、符合EMI标准、高电流控制精度、高可靠性、体积小、成本低等正成为LED驱动电源的关键评级指标。此外，由于需要LED灯直接替代白炽灯，LED驱动电源也必须能够适应传统的可控硅调光器来调光。

现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路，如图1所示，包括：交流电源；LC滤波器；初级吸收电路；由初级绕组、次级绕组及辅助绕组构成的变压器；连接于所述次级绕组的次级电路；连接于所述辅助绕组的辅助供电电路；功率开关管M1；功率开关管电流采样电阻R4和LED驱动控制电路。

图1中的LED驱动控制电路(本发明中称该控制电路为临界导通模式反激恒流控制模块)包括：第一比较器、第二比较器、触发器、栅极驱动和前沿消隐电路。该LED驱动控制电路在工作时，需要提取与输出电压和初级峰值电流有关的信息，并通过GATE端口的GATE信号来输出调制信号控制功率开关管M1的导通和截止，来恒定负载LED的电流。在图1所示的系统中，上述与输出电压和初级峰值电流有关的信息可以通过CS端口的信号CS和DEMAG端口的信号DEMAG被提取。根据相关理论可推导出负载LED的平均电流符合下面公式：

其中，为负载LED平均输出电流，N为变压器主次级绕组的匝数比，I_pk为初级峰值电流，为功率开关管M1的导通时间，为功率开关管M1的截止时间。

图1中的第一比较器通过采样CS信号与基准Vref3比较来实现初级峰值电流I_pk为一个固定值，第二比较器通过采样DEMAG信号与基准Vref4比较来实现为一个固定值，这样，为负载LED平均输出电流就会是一个不随输入电压和负载变化的固定值，从而实现恒流驱动。但是，这样的控制方式无法实现高的功率因数和可控硅调光。因为如果要实现高的功率因数，初级电流波形必须跟踪交流输入正弦波形；如果要实现输入可控硅调光，负载LED平均输出电流必须随着可控硅触发角的变化而变化。

综上所述，为了实现高的功率因数和可控硅调光，还需要在现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的基础上增加额外的控制电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，该电路加入之后，可使得现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路能够实现高的功率因数和可控硅调光。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，该电路包括：第一采样电路；第二采样电路；第一开关，所述第一开关包括第一栅极、第一终端和第二终端；第二开关，所述第二开关包括第二栅极、第三终端和第四终端；第三开关，所述第三开关包括第三栅极、第五终端和第六终端；第二晶体管，所述第二晶体管包括第四栅极、第七终端和第八终端；第三晶体管，所述第三晶体管包括第五栅极、第九终端和第十终端；第四晶体管，所述第四晶体管包括第六栅极、第十一终端和第十二终端；数模转换器；计数器；反相器；第一运算放大器；第二运算放大器；第七电阻；第五电容；第一比较器；第一触发器；延迟电路；第五电阻；第六电阻；第八电阻；第二比较器；其中，所述第一采样电路采样外部反激式LED驱动电路初级绕组的电压信号并处理后传送至所述第二运算放大器的正输入端，所述第二运算放大器的负输入端连接至所述第十二终端，所述第二运算放大器的输出端连接至所述第六栅极，所述第二采样电路采样外部反激式LED驱动电路初级绕组的电压信号并处理后传送至所述第一运算放大器的正输入端，所述第一运算放大器的负输入端连接至所述第十终端，所述第一运算放大器的输出端连接至所述第五栅极,所述第九终端连接至所述第二终端，所述第十一终端连接至所述第四终端，所述第一终端和第三终端合并后连接至所述第八终端，所述第七终端接收外部供电电压，所述第四栅极分别连接至所述第八终端和所述数模转换器，所述第一栅极分别连接至所述反相器的输入端、第三栅极和外部第二触发器的Q非端，所述第二栅极连接至所述反相器的输出端，所述第十终端连接至所述第二比较器的正输入端，所述第十终端和第十二终端分别通过所述第五电阻和第六电阻接地，所述数模转换器分别连接至所述计数器、第五终端和第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接至第八电阻的一端和外部第三比较器的负输入端，所述第八电阻的另一端接地，所述第六终端分别连接至所述第五电容的一端和第一比较器的负输入端，所述第五电容的另一端接地，所述第一比较器的正输入端连接至第一基准电压，所述第二比较器的负输入端连接至第二基准电压，所述第一比较器输出至所述第一触发器，所述第二比较器的输出端分别连接至所述计数器的CLK端和延迟电路的一端，所述第一触发器的D端接收外部供电电压，所述第一触发器的Q非端连接至所述计数器的UP/DN端，所述第一触发器的CLR端连接至所述延迟电路的另一端。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中，所述第一采样电路包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五晶体管、第六电容和第二反相器，所述第十电阻的一端连接至外部第一晶体管的漏极，所述第十电阻的另一端分别连接至所述第十一电阻的一端和第九电阻的一端，所述第十一电阻的另一端接地，所述第九电阻的另一端连接至所述第五晶体管的一端，所述第五晶体管的另一端分别连接至所述第六电容的一端和所述第二运算放大器的正输入端，所述第五晶体管的栅极连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至外部第一晶体管的栅极，所述第六电容的另一端接地；所述第二采样电路包括：第十二电阻和第十三电阻，所述第十二电阻的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻的另一端分别连接至所述第一运算放大器的正输入端和第十三电阻的一端，所述第十三电阻的另一端接地。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中，所述第五晶体管为N型场效应管。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中，所述第一采样电路包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻和第六电容，所述第十电阻的一端连接至外部第一晶体管的漏极，所述第十电阻的另一端分别连接至所述第十一电阻的一端和第九电阻的一端，所述第十一电阻的另一端接地，所述第九电阻的另一端分别连接至所述第六电容的一端和第二运算放大器的正输入端，所述第六电容的另一端接地；所述第二采样电路包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第五晶体管和第七电容，所述第十二电阻的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻的另一端分别连接至所述第五晶体管的一端、第十三电阻的一端和第十四电阻的一端，所述第十三电阻的另一端接地，所述第五晶体管的另一端接地，所述第五晶体管的栅极连接至外部第一晶体管的栅极,所述第十四电阻的另一端分别连接至所述第一运算放大器的正输入端和第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中，所述第一采样电路包括：第十电阻和第十一电阻，所述第十电阻的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十电阻的另一端分别连接至所述第十一电阻的一端和第二运算放大器的正输入端，所述第十一电阻的另一端接地；所述第二采样电路包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第五晶体管和第七电容，所述第十二电阻的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻的另一端分别连接至所述第五晶体管的一端、第十三电阻的一端和第十四电阻的一端，所述第十三电阻的另一端接地，所述第五晶体管的另一端接地，所述第五晶体管的栅极连接至外部第一晶体管的栅极,所述第十四电阻的另一端分别连接至所述第一运算放大器的正输入端和第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中，所述第一采样电路包括：第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五晶体管、第六电容和第二反相器，所述第十电阻的一端连接至外部第一晶体管的漏极，所述第十电阻的另一端分别连接至所述第十一电阻的一端和第九电阻的一端，所述第十一电阻的另一端接地，所述第九电阻的另一端连接至所述第五晶体管的一端，所述第五晶体管的另一端分别连接至所述第六电容的一端和所述第二运算放大器的正输入端，所述第五晶体管的栅极连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至外部第一晶体管的栅极，所述第六电容的另一端接地；所述第二采样电路包括：第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻和第七电容，所述第十二电阻的一端连接至外部第一晶体管的漏极，所述第十二电阻的另一端分别连接第十三电阻的一端和第十四电阻的一端，所述第十三电阻的另一端接地,所述第十四电阻的另一端分别连接至所述第一运算放大器的正输入端和第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路还包括：临界导通模式反激恒流控制模块，该模块包括：第三比较器、第二触发器、栅极驱动、第四比较器和前沿消隐电路；其中，所述第三比较器的负输入端连接至所述第七电阻和第八电阻的接合点上，所述第三比较器的正输入端连接至所述前沿消隐电路的一端，所述第三比较器的输出端连接至所述第二触发器的D端，所述第二触发器的S端连接至所述第四比较器的输出端，所述第二触发器的Q端连接至所述栅极驱动的输入端，所述第二触发器的Q非端连接至所述第一栅极，所述第四比较器的负输入端用于采样外部辅助绕组的电压分压信号，所述第四比较器的正输入端接收第四基准电压，所述栅极驱动的输出端连接至外部第一晶体管的栅极，所述前沿消隐电路的另一端连接至所述外部第一晶体管的源极。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路还包括：整流桥；LC滤波器；初级吸收电路；由初级绕组、次级绕组及辅助绕组构成的变压器；连接于所述次级绕组的次级电路；连接于所述辅助绕组的辅助供电电路；第一晶体管；第四电阻；所述整流桥、LC滤波器、初级吸收电路和变压器依次串联连接，所述第一晶体管的漏极连接至所述初级绕组，所述第一晶体管的源极通过第四电阻接地。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路还包括：可控硅调光器,所述可控硅调光器连接至所述整流桥的前端。

优选地，所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路还包括：交流电源，所述交流电源连接至所述可控硅调光器的前端。

本发明的优点是，本发明通过第一采样电路和第二采样电路来采样初级的电压信号，实现了为负载LED的平均输出电流与输出电压和负载无关，从而得到了较好的输入电压调整率和负载调整率，实现了对负载LED的恒流输出控制；同时，在将本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路加入现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路之后，使得初级输入电流可以跟踪交流输入正弦波形以及对负载LED的平均输出电流可以随着可控硅触发角的变化而变化，从而实现了较高的功率因数和可控硅调光。

附图说明

图1为现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路；

图2为包含本发明第一实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图；

图3为包含本发明第一替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图；

图4为包含本发明第二替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图；

图5为包含本发明第三替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图；

图6为包含本发明第四替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图。

具体实施方式

为进一步揭示本发明的技术方案，兹结合附图详细说明本发明的实施方式：

本发明的基本构思如下：图2为包含本发明第一实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图，图中包括：交流电源116；可控硅调光器117；整流桥；LC滤波器；初级吸收电路；由初级绕组、次级绕组及辅助绕组构成的变压器；连接于所述次级绕组的次级电路；连接于所述辅助绕组的辅助供电电路；功率开关管M1即第一晶体管M1；功率开关管M1电流采样电阻R4和LED驱动控制电路，所述功率开关管M1的栅极与LED驱动控制电路的GATE端口连接，所述功率开关管M1的漏极与所述初级绕组连接，所述功率开关管M1的源极通过所述功率开关管M1电流采样电阻R4接地。其中，所述LED驱动控制电路包括峰值电流基准发生器模块和临界导通模式反激恒流控制模块，所述峰值电流基准发生器模块即为本发明的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，所述峰值电流基准发生器模块的输入端VC1和VC2用于采样初级的电压信号，该电路的输出端Vref3提供给临界导通模式反激恒流控制模块需要的峰值电流基准。所述临界导通模式反激恒流控制模块即现有的LED驱动控制电路的输入端DEMAG用于采样所述辅助绕组的电压分压信号，所述临界导通模式反激恒流控制模块的输入端CS用于采样功率开关管M1电流采样电阻R4上的电压信号，所述临界导通模式反激恒流控制模块的输出端GATE用于驱动功率开关管M1。

[第一实施例]具体地，如图2所示，所述的峰值电流基准发生器模块即本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路包括：一种用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，该电路包括：第一采样电路101；第二采样电路118；第一开关SW1，所述第一开关SW1包括第一栅极、第一终端和第二终端；第二开关SW2，所述第二开关SW2包括第二栅极、第三终端和第四终端；第三开关SW3，所述第三开关SW3包括第三栅极、第五终端和第六终端；第二晶体管M2，所述第二晶体管M2包括第四栅极、第七终端和第八终端；第三晶体管M3，所述第三晶体管M3包括第五栅极、第九终端和第十终端；第四晶体管M4，所述第四晶体管M4包括第六栅极、第十一终端和第十二终端；数模转换器103；计数器104；反相器102；第一运算放大器105；第二运算放大器106；第七电阻R7；第五电容C5；第一比较器107；第一触发器110；延迟电路109；第五电阻R5；第六电阻R6；第八电阻R8；第二比较器108；其中，所述第一采样电路101采样外部反激式LED驱动电路初级绕组的电压信号并处理后传送至所述第二运算放大器106的正输入端，所述第二运算放大器106的负输入端连接至所述第十二终端，所述第二运算放大器106的输出端连接至所述第六栅极，所述第二采样电路118采样外部反激式LED驱动电路初级绕组的电压信号并处理后传送至所述第一运算放大器105的正输入端，所述第一运算放大器105的负输入端连接至所述第十终端，所述第一运算放大器105的输出端连接至所述第五栅极,所述第九终端连接至所述第二终端，所述第十一终端连接至所述第四终端，所述第一终端和第三终端合并后连接至所述第八终端，所述第七终端接收外部供电电压，所述第四栅极分别连接至所述第八终端和所述数模转换器103，所述第一栅极分别连接至所述反相器102的输入端、第三栅极和外部第二触发器112的Q非端，所述第二栅极连接至所述反相器102的输出端，所述第十终端连接至所述第二比较器108的正输入端，所述第十终端和第十二终端分别通过所述第五电阻R5和第六电阻R6接地，所述数模转换器103分别连接至所述计数器104、第五终端和第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端分别连接至第八电阻R8的一端和外部第三比较器111的负输入端，所述第八电阻R8的另一端接地，即所述第七电阻R7和第八电阻R8的连接点处输出第三基准电压Vref3至外部第三比较器111的负输入端，所述第六终端分别连接至所述第五电容C5的一端和第一比较器107的负输入端，所述第五电容C5的另一端接地，所述第一比较器107的正输入端连接至第一基准电压Vref1，所述第二比较器108的负输入端连接至第二基准电压Vref2，所述第一比较器107输出至所述第一触发器110，所述第二比较器108的输出端分别连接至所述计数器104的CLK端和延迟电路109的一端，所述第一触发器110的D端接收外部供电电压，所述第一触发器110的Q非端连接至所述计数器104的UP/DN端，所述第一触发器110的CLR端连接至所述延迟电路109的另一端。

另外，所述临界导通模式反激恒流控制模块包括：第三比较器111、第二触发器112、栅极驱动113、第四比较器114和前沿消隐电路115；其中，所述第三比较器111的负输入端连接至所述第七电阻R7和第八电阻R8的接合点上即所述第三比较器111的负输入端连接至所述峰值电流基准发生器模块的输出端以接收第三基准电压Vref3，，所述第三比较器111的正输入端连接至所述前沿消隐电路115的一端，所述第三比较器111的输出端连接至所述第二触发器112的D端，所述第二触发器112的S端连接至所述第四比较器114的输出端，所述第二触发器112的Q端连接至所述栅极驱动113的输入端，所述第二触发器112的Q非端连接至所述第一栅极，所述第四比较器114的负输入端用于采样外部辅助绕组的电压分压信号，所述第四比较器114的正输入端接收第四基准电压Vref4，所述栅极驱动113的输出端连接至外部第一晶体管M1的栅极，所述前沿消隐电路115的另一端连接至所述外部第一晶体管M1的源极。

[第一替代实施例]图3为包含本发明第一替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图，该图仅仅是本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中的第一采样电路101和第二采样电路118的一个示例，它并不限制权利要求的保护范围。图3中，所述第一采样电路101包括：第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五晶体管M5、第六电容C6和第二反相器，所述第十电阻R10的一端连接至外部第一晶体管M1的漏极，所述第十电阻R10的另一端分别连接至所述第十一电阻R11的一端和第九电阻R9的一端，所述第十一电阻R11的另一端接地，所述第九电阻R9的另一端连接至所述第五晶体管M5的一端，所述第五晶体管M5的另一端分别连接至所述第六电容C6的一端和所述第二运算放大器106的正输入端，所述第五晶体管M5的栅极连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至外部第一晶体管M1的栅极，所述第六电容C6的另一端接地；所述第二采样电路118包括：第十二电阻R12和第十三电阻R13，所述第十二电阻R12的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻R12的另一端分别连接至所述第一运算放大器105的正输入端和第十三电阻R13的一端，所述第十三电阻R13的另一端接地。

如图3所示，本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路的工作过程如下：采样初级电压VC2和VC1后再进行除法运算得到系统需要的基准电压Vref3。图3中：由第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五晶体管M5 即N型场效应管M5、第六电容C6和第二反相器组成了VC2的采样电路，该电路所起的作用是包络检测，所采样的信号是初级功率开关管M1漏极的电压信号（记作：Vdrain），其输出结果为：，其中，本文中k为常数，为初级绕组输入电压，为交流电相位，N为变压器主次级绕组的匝数比，为次级LED两端的输出电压。由第十二电阻R12和第十三电阻R13组成的VC1采样电路，该电路所起的作用是分压检测，所采样的信号为初级输入电压信号(记作V_in)，其输出结果为：。第一运算放大器105、第三晶体管M3和第五电阻R5组成的电路作用的是将分压检测电路输出的电压信号转换成电流信号I₃，第二运算放大器106、第四晶体管M4和第六电阻R6组成的电路作用的是将包络检测电路输出的电压信号转换成电流信号I₄。图中可见，当第一开关SW1和第三开关SW3导通时，第二开关SW2关闭，反之亦然。首先，当第一开关SW1和第三开头SW3导通，第二开关SW2关闭时，第二晶体管M2即P型场效应管M2将电流I₃拷贝给数模转换器103，数模转换器103的输出电流为：。

其中，为数模转换器103的增益，其值受计数器104的控制从0到255/256变化。

电流流过第七电阻R7和第八电阻R8形成电压（记作）：，由于此时第三开关SW3也导通，被采样保持在第五电容C5上，若则：

。

通过第二比较器108与基准电压Vref2进行比较产生时钟信号CLK，计数器104的输出会通过UP/DN端口在每个CLK时钟信号的下降沿更新，当电压高于Vref1时，第一比较器107输出到第一触发器110，第一触发器110输出到计数器104的UP/DN端口使得计数器104计数增加，反之，计数器104计数减小。计数器104输出控制数模转换器103。当数模转换器103、、第一比较器107、第一触发器110和计数器104这个负反馈环路达到平衡时，。

当第一开关SW1和第三开关SW3关闭时，第二开关SW2导通，第二晶体管M2即P型场效应管M2将电流I₄拷贝给数模转换器103，数模转换器103的输出电流为：，

这里，本文中，。

如图3，初级功率开关管M1的峰值电流通过采样第四电阻R4形成反馈电压通过CS端口进入，经过前沿消隐电路115后与基准电压Vref3进行比较，当该电压高于Vref3时，第三比较器111输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出低信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出低信号关闭初级功率开关管M1。当辅助绕组采样的输出电压通过第二电阻R2和第三电阻R3分压后输入到DEMAG端口，该电压通过第四比较器114与基准电压Vref4比较，当该电压高于基准电压Vref4时，第四比较器114输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出高信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出高信号打开初级功率开关管M1，之后每个周期周而复始。由此得到负载LED平均输出电流可以表示为：

。

[第二替代实施例]图4为包含本发明第二替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图，该图仅仅是本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中的第一采样电路101和第二采样电路118一个示例，它并不限制权利要求的保护范围。图4中，所述第一采样电路101包括：第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第六电容C6，所述第十电阻R10的一端连接至外部第一晶体管M1的漏极，所述第十电阻R10的另一端分别连接至所述第十一电阻R11的一端和第九电阻R9的一端，所述第十一电阻R11的另一端接地，所述第九电阻R9的另一端分别连接至所述第六电容C6的一端和第二运算放大器106的正输入端，所述第六电容C6的另一端接地；所述第二采样电路118包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第五晶体管M5和第七电容C7，所述第十二电阻R12的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻R12的另一端分别连接至所述第五晶体管M5的一端、第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端，所述第十三电阻R13的另一端接地，所述第五晶体管M5的另一端接地，所述第五晶体管M5的栅极连接至外部第一晶体管M1的栅极,所述第十四电阻R14的另一端分别连接至所述第一运算放大器105的正输入端和第七电容C7的一端，所述第七电容C7的另一端接地。

如图4所示，本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路的工作过程如下：采样初级电压VC2和VC1后在进行除法运算得到系统需要的基准电压Vref3。图4中：由第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第六电容C6组成了VC2的采样电路，该电路所起的作用是低通滤波，所采样的信号是初级功率开关管M1漏极的电压信号（记作：Vdrain），其输出结果为：，其中，本文中k为常数，为初级绕组输入电压，N为变压器主次级绕组的匝数比，为次级LED两端的输出电压，d为求积分后取其某一段。由第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第七电容C7和第五晶体管M5即N型场效应管M5组成的VC1采样电路，该电路所起的作用是斩波，所采样的信号为初级输入电压信号(记作V_in)，其输出结果为：。第一运算放大器105、第三晶体管M3和第五电阻R5组成的电路作用的是将斩波电路输出的电压信号转换成电流信号I₃，第二运算放大器106、第四晶体管M4和第六电阻R6组成的电路作用的是将低通滤波电路输出的电压信号转换成电流信号I₄。图中可见，当第一开关SW1和第三开关SW3导通时，第二开关SW2关闭，反之亦然。首先，当第一开关SW1和第三开头SW3导通，第二开关SW2关闭时，第二晶体管M2即P型场效应管M2将电流I₃拷贝给数模转换器103，数模转换器103的输出电流为：。

其中为数模转换器的增益，其值受计数器104的控制从0到255/256变化。

电流流过第七电阻R7和第八电阻R8形成电压（记作V_DAC）：，由于此时第三开关SW3也导通，被采样保持在第五电容C5上，若则：

。

通过第二比较器108与基准电压Vref2进行比较产生时钟信号CLK，计数器104的输出会通过UP/DN端口在每个CLK时钟信号的下降沿更新，当电压高于Vref1时，第一比较器107输出到第一触发器110，第一触发器110输出到计数器104的UP/DN端口使得计数器104计数增加，反之，计数器104计数减小。计数器104输出至控制数模转换器103。当数模转换器103、、第一比较器107、第一触发器110和计数器104这个负反馈环路达到平衡时，。

这里，，。

如图4，初级功率开关管M1的峰值电流通过采样第四电阻R4形成反馈电压通过CS端口进入，经过前沿消隐电路115后与基准电压Vref3进行比较，当该电压高于基准电压Vref3时，第三比较器111输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出低信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出低信号关闭初级功率开关管M1。当辅助绕组采样的输出电压通过第二电阻R2和第三电阻R3分压后输入到DEMAG端口，该电压通过第四比较器114与基准电压Vref4比较，当该电压高于基准电压Vref4时，第四比较器114输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出高信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出高信号打开初级功率开关管M1，之后每个周期周而复始。由此得到负载LED平均输出电流可以表示为：

。

[第三替代实施例]图5为包含本发明第三替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图，该图仅仅是本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中的第一采样电路101和第二采样电路118一个示例，它并不限制权利要求的保护范围。图5中，所述第一采样电路101包括：第十电阻R10和第十一电阻R11，所述第十电阻R10的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十电阻R10的另一端分别连接至所述第十一电阻R11的一端和第二运算放大器106的正输入端，所述第十一电阻R11的另一端接地；所述第二采样电路118包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第五晶体管M5和第七电容C7，所述第十二电阻R12的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻R12的另一端分别连接至所述第五晶体管M5的一端、第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端，所述第十三电阻R13的另一端接地，所述第五晶体管M5的另一端接地，所述第五晶体管M5的栅极连接至外部第一晶体管M1的栅极,所述第十四电阻R14的另一端分别连接至所述第一运算放大器105的正输入端和第七电容C7的一端，所述第七电容C7的另一端接地。

如图5所示，本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路的工作过程如下：采样初级电压VC2和VC1后在进行除法运算得到系统需要的基准电压Vref3。图5中：由第九电阻R9和第十电阻R10组成了VC2的采样电路，该电路所起的作用是分压检测，所采样的信号是初级输入电压信号（记作：Vin），其输出结果为：，其中k为常数，为初级绕组输入电压。由第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第七电容C7和第五晶体管M5即N型场效应管M5组成的VC1采样电路，该电路所起的作用是斩波，所采样的信号为初级输入电压信号(记作V_in)，其输出结果为：。第一运算放大器105、第三晶体管M3和第五电阻R5组成的电路作用的是将斩波电路输出的电压信号转换成电流信号I₃，第二运算放大器106、第四晶体管M4和第六电阻R6组成的电路作用的是将分压检测电路输出的电压信号转换成电流信号I₄。图中可见，当第一开关SW1和第三开关SW3导通时，第二开关SW2关闭，反之亦然。首先，当第一开关SW1和第三开头SW3导通，第二开关SW2关闭时，第二晶体管M2即P型场效应管M2将电流I₃拷贝给数模转换器103，数模转换器103的输出电流为：

。

当第一开关SW1和第三开关SW3关闭时，第二开关SW2导通，第二晶体管M2即P型场效应管M2将电流I₄拷贝给数模转换器103，数模转换器103的输出电流为：。

这里，，。

如图5，初级功率开关管M1的峰值电流通过采样第四电阻R4形成反馈电压通过CS端口进入，经过前沿消隐电路115后与基准电压Vref3进行比较，当该电压高于基准电压Vref3时，第三比较器111输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出低信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出低信号关闭初级功率开关管M1。当辅助绕组采样的输出电压通过第二电阻R2和第三电阻R3分压后输入到DEMAG端口，该电压通过第四比较器114与基准电压Vref4比较，当该电压高于基准电压Vref4时，第四比较器114输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出高信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出高信号打开初级功率开关管M1，之后每个周期周而复始。由此得到负载LED平均输出电流可以表示为：

。

[第四替代实施例]图6为包含本发明第四替代实施例的基于原边反馈的反激式LED驱动电路的电路图，该图仅仅是本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路中的第一采样电路101和第二采样电路118一个示例，它并不限制权利要求的保护范围。图6中，所述第一采样电路101包括：第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五晶体管M5、第六电容C6和第二反相器，所述第十电阻R10的一端连接至外部第一晶体管M1的漏极，所述第十电阻R10的另一端分别连接至所述第十一电阻R11的一端和第九电阻R9的一端，所述第十一电阻R11的另一端接地，所述第九电阻R9的另一端连接至所述第五晶体管M5的一端，所述第五晶体管M5的另一端分别连接至所述第六电容C6的一端和所述第二运算放大器106的正输入端，所述第五晶体管M5的栅极连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至外部第一晶体管M1的栅极，所述第六电容C6的另一端接地；所述第二采样电路118包括：第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第七电容C7，所述第十二电阻R12的一端连接至外部第一晶体管M1的漏极，所述第十二电阻R12的另一端分别连接第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端，所述第十三电阻R13的另一端接地,所述第十四电阻R14的另一端分别连接至所述第一运算放大器105的正输入端和第七电容C7的一端，所述第七电容C7的另一端接地。

如图6所示，本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路的工作过程如下：采样初级电压VC2和VC1后在进行除法运算得到系统需要的基准电压Vref3。图6中：采样初级电压VC2和VC1后在进行除法运算得到系统需要的基准电压Vref3。图6中：由第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五晶体管M5、第六电容C6和第二反相器组成了VC2的采样电路，该电路所起的作用是包络检测，所采样的信号是初级功率开关管M1漏极的电压信号（记作：Vdrain），其输出结果为：，其中k为常数，为初级绕组输入电压，N为变压器主次级绕组的匝数比，为次级LED两端的输出电压。由第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第七电容C7组成的VC1采样电路，该电路所起的作用是低通滤波，所采样的信号是初级功率开关管M1漏极的电压信号（记作：Vdrain），其输出结果为：，其中k为常数，为初级绕组输入电压，N为变压器主次级绕组的匝数比，为次级LED两端的输出电压。第一运算放大器105、第三晶体管M3和第五电阻R5组成的电路作用的是将低通滤波电路输出的电压信号转换成电流信号I₃，第二运算放大器106、第四晶体管M4和第六电阻R6组成的电路作用的是将包络检测电路输出的电压信号转换成电流信号I₄。图中可见，当第一开关SW1和第三开关SW3导通时，第二开关SW2关闭，反之亦然。首先，当第一开关SW1和第三开头SW3导通，第二开关SW2关闭时，第二晶体管M2即P型场效应管M2将电流I₃拷贝给数模转换器103，数模转换器103的输出电流为：

。

这里，，。

如图6，初级功率开关管M1的峰值电流通过采样第四电阻R4形成反馈电压通过CS端口进入，经过前沿消隐电路115后与基准电压Vref3进行比较，当该电压高于基准电压Vref3时，第三比较器111输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出低信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出低信号关闭初级功率开关管M1。当辅助绕组采样的输出电压通过第二电阻R2和第三电阻R3分压后输入到DEMAG端口，该电压通过第四比较器114与基准电压Vref4比较，当该电压高于基准电压Vref4时，第四比较器114输出高信号到第二触发器112的D端口，第二触发器112输出高信号到栅极驱动113，栅极驱动113输出高信号打开初级功率开关管M1，之后每个周期周而复始。由此得到负载LED平均输出电流可以表示为：

。

基于以上分析可知，与现有基于原边反馈的反激式LED驱动电路相比，加入所述峰值电流基准发生器模块即本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路之后，如图2所示，所述整流桥的输出不需要容值较大的电容进行滤波，所述整流桥的输出Vin跟踪交流输入正弦波形，可表示为：

(1)

因此，负载LED平均输出电流可以表示为：

（2）

其中，为负载LED平均输出电流，N为变压器主次级绕组的匝数比，I_pk为初级峰值电流。

图2中的所述峰值电流基准发生器模块的作用就是采样VC1和VC2信号并进行除法运算，除法运算后的Vref3信号与开关管电流采样电阻R4的采样电压信号进行比较，目的是得出：

（3）

k为常数，这样得出：

（4）

从上述可以发现：负载LED平均输出电流与输出电压和负载无关，这样可以得到了较好的输入电压调整率和负载调整率，实现输出LED恒流控制。

由公式（3），初级采样电流可以表示为：

（5）

如果VC2采样的是整流器后的输出信号Vin，由公式（1）代入公式（5）可以得到：

(6)

其中，为常数，由公式（6）发现初级输入电流可以跟踪交流输入正弦波形，这样可以实现高的功率因数。

假设可控硅调光器能够从到调整它的触发角，公式（4）可以得到：

(7)

从公式（7）可以看出负载LED平均输出电流必须随着可控硅触发角的变化而变化，从而可以实现输入可控硅调光。

综上所述，在现有的基于原边反馈的反激式LED驱动电路加入本发明用于实现可控硅调光和高功率因数的电路之后，在满足了较好的输入电压调整特性和负载调整特性的同时，能够显示高的功率因数和可控硅调光。

以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本发明的基本构思和基本原理。但本发明绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本发明的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，该电路包括：第一采样电路（101）；第二采样电路（118）；第一开关（SW1），所述第一开关（SW1）包括第一栅极、第一终端和第二终端；第二开关（SW2），所述第二开关（SW2）包括第二栅极、第三终端和第四终端；第三开关（SW3），所述第三开关（SW3）包括第三栅极、第五终端和第六终端；第二晶体管（M2），所述第二晶体管（M2）包括第四栅极、第七终端和第八终端；第三晶体管（M3），所述第三晶体管（M3）包括第五栅极、第九终端和第十终端；第四晶体管（M4），所述第四晶体管（M4）包括第六栅极、第十一终端和第十二终端；数模转换器（103）；计数器（104）；反相器（102）；第一运算放大器（105）；第二运算放大器（106）；第七电阻（R7）；第五电容（C5）；第一比较器（107）；第一触发器（110）；延迟电路（109）；第五电阻（R5）；第六电阻（R6）；第八电阻（R8）；第二比较器（108）；其中，所述第一采样电路（101）采样外部反激式LED驱动电路初级绕组的电压信号并处理后传送至所述第二运算放大器（106）的正输入端，所述第二运算放大器（106）的负输入端连接至所述第十二终端，所述第二运算放大器（106）的输出端连接至所述第六栅极，所述第二采样电路（118）采样外部反激式LED驱动电路初级绕组的电压信号并处理后传送至所述第一运算放大器（105）的正输入端，所述第一运算放大器（105）的负输入端连接至所述第十终端，所述第一运算放大器（105）的输出端连接至所述第五栅极,所述第九终端连接至所述第二终端，所述第十一终端连接至所述第四终端，所述第一终端和第三终端合并后连接至所述第八终端，所述第七终端接收外部供电电压，所述第四栅极分别连接至所述第八终端和所述数模转换器（103），所述第一栅极分别连接至所述反相器（102）的输入端、第三栅极和外部第二触发器（112）的Q非端，所述第二栅极连接至所述反相器（102）的输出端，所述第十终端连接至所述第二比较器（108）的正输入端，所述第十终端和第十二终端分别通过所述第五电阻（R5）和第六电阻（R6）接地，所述数模转换器（103）分别连接至所述计数器（104）、第五终端和第七电阻（R7）的一端，所述第七电阻（R7）的另一端分别连接至第八电阻（R8）的一端和外部第三比较器（111）的负输入端，所述第八电阻（R8）的另一端接地，所述第六终端分别连接至所述第五电容（C5）的一端和第一比较器（107）的负输入端，所述第五电容（C5）的另一端接地，所述第一比较器（107）的正输入端连接至第一基准电压（Vref1），所述第二比较器（108）的负输入端连接至第二基准电压（Vref2），所述第一比较器（107）输出至所述第一触发器（110），所述第二比较器（108）的输出端分别连接至所述计数器（104）的CLK端和延迟电路（109）的一端，所述第一触发器（110）的D端接收外部供电电压，所述第一触发器（110）的Q非端连接至所述计数器（104）的UP/DN端，所述第一触发器（110）的CLR端连接至所述延迟电路（109）的另一端。

2.根据权利要求1所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，所述第一采样电路（101）包括：第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第五晶体管（M5）、第六电容（C6）和第二反相器，所述第十电阻（R10）的一端连接至外部第一晶体管（M1）的漏极，所述第十电阻（R10）的另一端分别连接至所述第十一电阻（R11）的一端和第九电阻（R9）的一端，所述第十一电阻（R11）的另一端接地，所述第九电阻（R9）的另一端连接至所述第五晶体管（M5）的一端，所述第五晶体管（M5）的另一端分别连接至所述第六电容（C6）的一端和所述第二运算放大器（106）的正输入端，所述第五晶体管（M5）的栅极连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至外部第一晶体管（M1）的栅极，所述第六电容（C6）的另一端接地；所述第二采样电路（118）包括：第十二电阻（R12）和第十三电阻（R13），所述第十二电阻（R12）的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻（R12）的另一端分别连接至所述第一运算放大器（105）的正输入端和第十三电阻（R13）的一端，所述第十三电阻（R13）的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，所述第五晶体管（M5）为N型场效应管。

4.根据权利要求1所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，所述第一采样电路（101）包括：第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）和第六电容（C6），所述第十电阻（R10）的一端连接至外部第一晶体管（M1）的漏极，所述第十电阻（R10）的另一端分别连接至所述第十一电阻（R11）的一端和第九电阻（R9）的一端，所述第十一电阻（R11）的另一端接地，所述第九电阻（R9）的另一端分别连接至所述第六电容（C6）的一端和第二运算放大器（106）的正输入端，所述第六电容（C6）的另一端接地；所述第二采样电路（118）包括：第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第五晶体管（M5）和第七电容（C7），所述第十二电阻（R12）的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻（R12）的另一端分别连接至所述第五晶体管（M5）的一端、第十三电阻（R13）的一端和第十四电阻（R14）的一端，所述第十三电阻（R13）的另一端接地，所述第五晶体管（M5）的另一端接地，所述第五晶体管（M5）的栅极连接至外部第一晶体管（M1）的栅极,所述第十四电阻（R14）的另一端分别连接至所述第一运算放大器（105）的正输入端和第七电容（C7）的一端，所述第七电容（C7）的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，所述第一采样电路（101）包括：第十电阻（R10）和第十一电阻（R11），所述第十电阻（R10）的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十电阻（R10）的另一端分别连接至所述第十一电阻（R11）的一端和第二运算放大器（106）的正输入端，所述第十一电阻（R11）的另一端接地；所述第二采样电路（118）包括：第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第五晶体管（M5）和第七电容（C7），所述第十二电阻（R12）的一端连接至外部LC滤波器的输出端，所述第十二电阻（R12）的另一端分别连接至所述第五晶体管（M5）的一端、第十三电阻（R13）的一端和第十四电阻（R14）的一端，所述第十三电阻（R13）的另一端接地，所述第五晶体管（M5）的另一端接地，所述第五晶体管（M5）的栅极连接至外部第一晶体管（M1）的栅极,所述第十四电阻（R14）的另一端分别连接至所述第一运算放大器（105）的正输入端和第七电容（C7）的一端，所述第七电容（C7）的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，所述第一采样电路（101）包括：第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第五晶体管（M5）、第六电容（C6）和第二反相器，所述第十电阻（R10）的一端连接至外部第一晶体管（M1）的漏极，所述第十电阻（R10）的另一端分别连接至所述第十一电阻（R11）的一端和第九电阻（R9）的一端，所述第十一电阻（R11）的另一端接地，所述第九电阻（R9）的另一端连接至所述第五晶体管（M5）的一端，所述第五晶体管（M5）的另一端分别连接至所述第六电容（C6）的一端和所述第二运算放大器（106）的正输入端，所述第五晶体管（M5）的栅极连接至所述第二反相器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至外部第一晶体管（M1）的栅极，所述第六电容（C6）的另一端接地；所述第二采样电路（118）包括：第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）和第七电容（C7），所述第十二电阻（R12）的一端连接至外部第一晶体管（M1）的漏极，所述第十二电阻（R12）的另一端分别连接第十三电阻（R13）的一端和第十四电阻（R14）的一端，所述第十三电阻（R13）的另一端接地,所述第十四电阻（R14）的另一端分别连接至所述第一运算放大器（105）的正输入端和第七电容（C7）的一端，所述第七电容（C7）的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，该电路还包括：临界导通模式反激恒流控制模块，该模块包括：第三比较器（111）、第二触发器（112）、栅极驱动（113）、第四比较器（114）和前沿消隐电路（115）；其中，所述第三比较器（111）的负输入端连接至所述第七电阻（R7）和第八电阻（R8）的接合点上，所述第三比较器（111）的正输入端连接至所述前沿消隐电路（115）的一端，所述第三比较器（111）的输出端连接至所述第二触发器（112）的D端，所述第二触发器（112）的S端连接至所述第四比较器（114）的输出端，所述第二触发器（112）的Q端连接至所述栅极驱动（113）的输入端，所述第二触发器（112）的Q非端连接至所述第一栅极，所述第四比较器（114）的负输入端用于采样外部辅助绕组的电压分压信号，所述第四比较器（114）的正输入端接收第四基准电压（Vref4），所述栅极驱动（113）的输出端连接至外部第一晶体管（M1）的栅极，所述前沿消隐电路（115）的另一端连接至所述外部第一晶体管（M1）的源极。

8.根据权利要求7所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，该电路还包括：整流桥；LC滤波器；初级吸收电路；由初级绕组、次级绕组及辅助绕组构成的变压器；连接于所述次级绕组的次级电路；连接于所述辅助绕组的辅助供电电路；第一晶体管（M1）；第四电阻（R4）；所述整流桥、LC滤波器、初级吸收电路和变压器依次串联连接，所述第一晶体管（M1）的漏极连接至所述初级绕组，所述第一晶体管（M1）的源极通过第四电阻（R4）接地。

9.根据权利要求8所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，该电路还包括：可控硅调光器（117）,所述可控硅调光器（117）连接至所述整流桥的前端。

10.根据权利要求9所述的用于实现可控硅调光和高功率因数的电路，其特征在于，该电路还包括：交流电源（116），所述交流电源（116）连接至所述可控硅调光器（117）的前端。