CN114928909A - 一种自适应调光的控压供能电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负载驱动技术领域，公开了一种自适应调光的控压供能电路,包括有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口，所述信号采样处理反馈动态调整模块用于根据来自所述电流调节模块的调光信号，对来自负载负极端的采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自负载正极端的采样信号一起叠加馈入所述反馈端口，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与负载两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态，进而可有效提升调光的性能。

Description

一种自适应调光的控压供能电路

技术领域

本发明属于负载驱动技术领域，具体地，涉及一种自适应调光的控压供能电路。

背景技术

目前，对于调光或调光调色同时要求高PFC(Power Factor Correction，功率因数校正，是指有效功率与总耗电量之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量的比值)且无频闪的恒流应用，绝大部分是采用先AC转DC再DC转DC的方式来满足认证要求，特别是功率大于20W以上的恒流应用。这种方式的好处是前级电路方案和后级电路方案都比较成熟，性能稳定，可选择参考的方案也多，但是其缺点也非常明显，比如EMC(ElectromagneticCompatibility，电磁兼容性,是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力)问题难处理、解决EMC问题的成本高、体积不容易小型化以及调光性能提升空间有限，等等。如果项目要求再增加一些指标要求，驱动的成本就很容易出现指数型增加，比如同时要求有高PFC、THD(Total HarmonicDistortion，总谐波失真)小于10％、无频闪、高效率、小于1％的调光深度、体积小、带拨码调电流和带独立的隔离供电接口等，驱动电路的设计就很难在性能与成本之间取得合适的平衡。

另外还有一个矛盾越来越突出，即当前市场的智能供电一体化需求与驱动拓扑结构技术停滞不前的矛盾。当前市场的最大推动就是物联网，要求灯具拥有远程联网智能控制能力，那么就需要在驱动电源上附带可联网的控制装置或者传感器，这将对供电要求变得越来越高，比如在户外的一些监控点，灯具与传感器、摄像头及通讯装置等是一体化的组合结构，要求电源可以同时为灯具和其它设备供电。还有在商照或室内照明场景，都在每一个灯具上附带有感应器和通讯连接模块，以便使每个灯具既拥有可远程联网的智能控制能力，又能变成一个可独立运行的照明点。这种需求趋势在未来只会越来越强烈，从这种情况来单独看驱动电源，例如在常见的且带WIFI(Wireless Fidelity，无线保真)调光调色功能的照明项目中，其驱动电源内部包括有一个AC转DC的恒压部分、两个DC转DC的恒流部分以及一个DC转DC的辅助恒压供电部分，所需的开关电源就有4个，存在照明项目具有器件体积大且所需开关电源数量多的缺陷，如果此照明项目还要增加一个独立的隔离供电电源，那么则还要增加一个AC转DC电源，这对于一个几十瓦的灯具来说，要把这些东西都塞进一个壳子里，体积大自然不用说，更麻烦的是内部的开关电源如此多，那么EMC和干扰会变得很糟糕，即使能通过认证，也是在增加不少成本代价后得来的，而且这个难题在目前市面上还没有合适的技术去解决，已经成了行业的普遍痛点。

发明内容

为了解决现有驱动电路在调光过程中难以低成本地满足前级输出电压及后级输出电流稳定无波动和后级电路工作高效率需求的问题，本发明目的在于提供一种自适应调光的控压供能电路，可使得在整个调光过程中，前级电路的输出电压以及后级电路的输出电流均稳定无波动，并使后级电路始终处于高效率工作状态，进而可有效提升调光的性能，便于实际应用和推广。

本发明所采用的技术方案为：一种自适应调光的控压供能电路，包括有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口，所述负载为发光灯；

所述电压控制模块，用于将输入电压转换为直流电压并进行输出；

所述负载的正极端连接所述电压控制模块的电压输出端，所述负载的负极端连接所述电流调节模块的一端，所述电流调节模块的另一端接地；

所述电流调节模块，用于根据外部的调光信号对流经所述负载的电流大小进行调节，以便使所述负载的两端电压与所述电压输出端的电压匹配；

所述信号采样处理反馈动态调整模块的第一信号采样端连接所述电压输出端，所述信号采样处理反馈动态调整模块的第二信号采样端连接所述负极端，所述信号采样处理反馈动态调整模块的通信端连接所述电流调节模块，所述信号采样处理反馈动态调整模块的信号输出端连接所述输出电压调整反馈端口；

所述信号采样处理反馈动态调整模块，用于根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对来自所述负极端的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自所述电压输出端的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与所述两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态。

基于上述发明内容，提供了一种基于调光信号及负载两端的采样信号来反馈控制输出电压的负载驱动方案，即包括有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口，所述信号采样处理反馈动态调整模块用于根据来自所述电流调节模块的调光信号，对来自负载负极端的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自负载正极端的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与负载两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态，进而可实现前级电路的输出电压以及后级电路的输出电流均稳定无波动，同时后级电路始终处于高效率工作状态的目的，有效提升调光的性能，便于实际应用和推广。

在一个可能的设计中，所述电压控制模块采用包括有感性元件电路单元和开关控制电路单元的开关电源，其中，所述感性元件电路单元包含有电感和/或变压器，所述开关控制电路单元的受控端作为所述输出电压调整反馈端口。

在一个可能的设计中，当所述感性元件电路单元包含有变压器时,所述控压供能电路还包括有至少一个辅助绕组模块；

所述辅助绕组模块包括有晶体二极管、电解电容和辅助绕组，其中，所述辅助绕组与所述变压器的主绕组处于同一磁路中，所述晶体二极管的阳极连接所述辅助绕组的一端，所述晶体二极管的阴极连接所述电解电容的正极，所述电解电容的负极接地，所述电解电容的正极作为所属辅助绕组模块的供电输出端；

所述信号采样处理反馈动态调整模块的第三信号采样端连接所述至少一个辅助绕组模块中某个辅助绕组模块的供电输出端；

所述信号采样处理反馈动态调整模块，还用于将来自所述某个辅助绕组模块的供电输出端的第三采样信号与所述混合信号及所述第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口，以便所述电压控制模块在根据馈入信号对输出电压进行动态调整的过程中，当发现调光深度低于预设深度阈值时，使所述开关控制电路单元进入如下的间歇式供能模式：若所述第三采样信号的电压值低于预设电压阈值并处于下降趋势，则通过缩短相邻两供能脉冲的间隔时间来增加供能，而若所述第三采样信号的电压值处于上升趋势并接近所述预设电压阈值，则通过延长相邻两供能脉冲的间隔时间来减少供能，进而使各个所述辅助绕组模块在对应电解电容的配合下持续稳定地对外供能。

在一个可能的设计中，所述开关电源采用隔离型的反激式电源拓扑结构、升压电源拓扑结构或降压电源拓扑结构。

在一个可能的设计中，所述电流调节模块包括有一体的稳流电路单元和逻辑判断单元，其中，所述稳流电路单元用于引出流经所述负载的电流至地，所述逻辑判断单元用于根据外部的调光信号对流经所述负载的电流大小进行调节。

在一个可能的设计中，所述信号采样处理反馈动态调整模块还用于在发现所述第二采样信号异常时，触发向所述逻辑判断单元发送报警信号，以便所述逻辑判断单元在收到所述报警信号时，将流经所述负载的电流大小调节至零，实现通过关闭电流来保护所述负载的目的。

在一个可能的设计中，所述信号采样处理反馈动态调整模块包括有信号采样修整电路单元、信号处理电路单元和反馈电路单元，其中，所述信号采样修整电路单元的信号输入端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的第二信号采样端连接所述负极端，所述信号采样修整电路单元的信号输出端连接所述信号处理电路单元的信号输入端，所述信号处理电路单元的信号输出端连接所述反馈电路单元的第二信号输入端，所述信号处理电路单元的通信端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的通信端连接所述电流调节模块，所述反馈电路单元的第一信号输入端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的第一信号采样端连接所述电压输出端，所述反馈电路单元的信号输出端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的信号输出端连接所述输出电压调整反馈端口；

所述信号采样修整电路单元，用于对来自所述负极端的第二采样信号进行修整处理，并将处理而得的已修整信号送入所述信号处理电路单元，其中，所述修整处理包括有依次进行的滤波处理、分压限压处理和积分处理；

所述信号处理电路单元，用于根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号送入所述反馈电路单元；

所述反馈电路单元，用于将所述混合信号与来自所述电压输出端的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口。

在一个可能的设计中，根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，包括：

根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号中的部分频率分量进行衰减程度与调光后负载电流大小非线性负相关的衰减处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并在所述调光后负载电流大小为调灭状态时，对所述已修整信号中的全部频率分量进行完全衰减处理，使得向所述反馈电路单元无信号输出。

在一个可能的设计中，将所述混合信号送入所述反馈电路单元，包括：

在对所述混合信号进行至少一次积分处理后，放大送入所述反馈电路单元。

在一个可能的设计中，所述信号采样修整电路单元的信号采样方式为直接采样方式或间接采样方式，其中，所述直接采样方式包括有电阻分压分流采样方式、三极管分流采样方式、运算放大器无损采样方式、光耦隔离采样方式和/或基于微处理器MCU芯片的数字采样方式，所述间接采样方式是指通过电压叠加处理技术来提升电压的采样方式。

本发明的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种基于调光信号及负载两端的采样信号来反馈控制输出电压的负载驱动方案，即包括有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口，所述信号采样处理反馈动态调整模块用于根据来自所述电流调节模块的调光信号，对来自负载负极端的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自负载正极端的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与负载两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态，进而可实现前级电路的输出电压以及后级电路的输出电流均稳定无波动，同时后级电路始终处于高效率工作状态的目的，有效提升调光的性能，便于实际应用和推广；

(2)可实现精准调光目的，即可兼容更宽的调光频率范围，而且可以实现超低深度的亮度，达到行业最高千分之一以下的深度，进而相较于常用的方案，在调光体验感上有很大的提升；

(3)可具有更宽的功率应用范围，即相对于使用DC转DC的方案，输出功率的范围在成本不增加的情况下，可提高2-3倍；

(4)可具有更小的体积，即由于后级电路是采用无电感技术，在体积上有明显优势，相比较市面上的同等方案，体积可以缩小20％以上；

(5)可具有优异的EMC特征，即由于后级电路是采用无电感技术，在满足PFC和THD而只使用单级电源结构的情况，EMC表现极佳，不管内部的干扰还是对外的辐射干扰，都明显好于市面上的方案；

(6)可使所述控压供能电路在深度调光甚至待机时，各辅助绕组依然能保持不错的输出能力，使其它控制逻辑电路持续保持运行，这对于功能一体化的项目来说，可大大降低成本和简化电路设计，也使得驱动的功率密度变得更大，效率也更高，应用也更灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的控压供能电路的结构示意图。

图2是本发明提供的采用间接采样方式的控压供能电路的结构示意图。

图3是本发明提供的开关电源采用反激式电源拓扑结构的控压供能电路的结构示意图。

图4是本发明提供的开关电源采用升压电源拓扑结构的控压供能电路的结构示意图。

图5是本发明提供的开关电源采用降压电源拓扑结构的控压供能电路的结构示意图。

图6是本发明提供的带辅助绕组模块的控压供能电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的且自适应调光的控压供能电路，包括但不限于有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口FB，所述负载为发光灯；所述电压控制模块，用于将输入电压转换为直流电压并进行输出；所述负载的正极端连接所述电压控制模块的电压输出端V0，所述负载的负极端V1连接所述电流调节模块的一端，所述电流调节模块的另一端接地；所述电流调节模块，用于根据外部的调光信号对流经所述负载的电流大小进行调节，以便使所述负载的两端电压与所述电压输出端V0的电压匹配；所述信号采样处理反馈动态调整模块的第一信号采样端连接所述电压输出端V0，所述信号采样处理反馈动态调整模块的第二信号采样端连接所述负极端V1，所述信号采样处理反馈动态调整模块的通信端连接所述电流调节模块，所述信号采样处理反馈动态调整模块的信号输出端连接所述输出电压调整反馈端口FB；所述信号采样处理反馈动态调整模块，用于根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对来自所述负极端V1的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自所述电压输出端V0的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口FB，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程(即调光深度从0％至100％)中，所述电压控制模块的输出电压与所述两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态。

如图1所示，在所述控压供能电路的具体结构中，所述电压控制模块可以但不限于采用包括有感性元件电路单元(附图中用HP表示)和开关控制电路单元的开关电源，其中，所述感性元件电路单元包含但不限于有电感和/或变压器等，所述开关控制电路单元的受控端作为所述输出电压调整反馈端口FB。所述开关电源可以但不限于采用实现反激式/正激式的且带有所述输出电压调整反馈端口FB的现有各类降压、升压或升降压电路，不管是高PFC应用还是低PFC应用、隔离应用还是非隔离应用以及功率范围是大功率还是小功率，只要具有该输出电压调整反馈端口FB，就可以与后级的所述电流调节模块进行联动，来实现相应的电压控制应用。所述输入电压在附图中用VIN表示，其可以是交流电压，也可以是直流电压。所述开关控制电路单元可以但不限于采用基于控制芯片、开关管和驱动电路等的现有电路结构来实现可根据所述馈入信号对输出电压进行动态调整的功能。此外，所述电压控制模块的电压输出端V0可具体通过母线来连接所述负载的正极端；以及在所述整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与所述两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态的具体表象为：在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压稳定无波动(即包括稳定上升、稳定下降和稳定维持)，所述电流调节模块的输出电流稳定无波动(即包括稳定上升、稳定下降和稳定维持)，以及所述电流调节模块处于高效率工作状态(即所述负极端V1会始终处于低压状态，内部耗散的功率低，进而可以高效率工作)。

所述负载可以具体包括有各类需要恒流工作的线性负载或非线性负载，例如为LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)灯等发光灯，所述负载的两端电压为所述电压输出端V0与所述负极端V1的电压差值，所述两端电压可以从低压几伏特到高压几百伏特不等，流经所述负载的电流可以是几毫安培到几安培，所述负载的工作功率可以是几瓦特到几百瓦特。此外，若用电池、发热丝和纯电阻等来替换所述发光灯，还可以得到自适应调流的其它控压供能电路。

所述电流调节模块具体包括但不限于有一体的稳流电路单元和逻辑判断单元，其中，所述稳流电路单元用于引出流经所述负载的电流至地，所述逻辑判断单元用于根据外部的调光信号对流经所述负载的电流大小进行调节，进而可兼顾调光和负载恒流工作所需的各种保护。由于所述负极端V1为电压对地的节点，同时其电压值为所述电压输出端V0的电压减所述负载的两端电压的差值，因此可以直接反映所述负载的当前两端电压与所述电压输出端V0的电压的匹配情况，比如当所述电压输出端V0的电压比所述负载的两端电压大时，那么所述负极端V1的电压也大，而当所述电压输出端V0的电压与所述负载的两端电压相等时，那么所述负极端V1的电压约等于0V(此时所述负载的两端电压与所述电压输出端V0的电压匹配，即实现负载匹配)。此外，所述调光信号可以但不限于是模拟信号、数字信号或PWM信号，所述稳流电路单元可采用现有可调节的恒流电路实现。

所述信号采样处理反馈动态调整模块具体包括但不限于有信号采样修整电路单元、信号处理电路单元和反馈电路单元，其中，所述信号采样修整电路单元的信号输入端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的第二信号采样端连接所述负极端V1，所述信号采样修整电路单元的信号输出端连接所述信号处理电路单元的信号输入端，所述信号处理电路单元的信号输出端连接所述反馈电路单元的第二信号输入端，所述信号处理电路单元的通信端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的通信端连接所述电流调节模块，所述反馈电路单元的第一信号输入端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的第一信号采样端连接所述电压输出端V0，所述反馈电路单元的信号输出端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的信号输出端连接所述输出电压调整反馈端口FB；所述信号采样修整电路单元，用于对来自所述负极端V1的第二采样信号进行修整处理，并将处理而得的已修整信号送入所述信号处理电路单元，其中，所述修整处理包括但不限于有依次进行的滤波处理、分压限压处理和积分处理等；所述信号处理电路单元，用于根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号送入所述反馈电路单元；所述反馈电路单元，用于将所述混合信号与来自所述电压输出端V0的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口FB。

所述信号采样修整电路单元的信号采样方式为直接采样方式或间接采样方式。所述直接采样方式包括但不限于有电阻分压分流采样方式、三极管分流采样方式、运算放大器无损采样方式、光耦隔离采样方式和/或基于MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片的数字采样方式等，可适用于当所述负极端V1的电压较高的情况，这样即使经过分压分流处理后还有较高的电压分量去满足后面的修整处理。所述间接采样方式是指通过电压叠加处理技术来提升电压的采样方式，即针对所述负极端V1的电压较低的场景，考虑通过直接采样后其电压分量不能满足后面电路的修整处理，所以需在所述负极端V1的电压基础上再叠加一个固定的电压Vg,该电压Vg可根据实际的应用进行设置，具体可以通过稳压二极管、三极管甚至LDO(Low Dropout Regulator，线性稳压电路)稳压器等各类可实现恒压输出的电路再结合所述电压输出端V0的电压得来；如图2所示，电压叠加电路单元的最终输出电压信号Vx等于所述负极端V1的电压与电压Vg之和。由此不管是直接采样方式还是间接采样方式，最终都可以准确地采集到所述负极端V1的电压信号。

由于在不调光时，所述负载是工作在稳定的恒流状态，即所述负载的两端电压也是处于一个恒定状态，若用为LED灯的负载来细化描述就是该LED灯恒流无频闪，因此可推出：当整个控压供能电路稳定时，所述负极端V1的电压也是一个相对稳定的值，即波形情况应该是所述电压输出端V0的纹波形电压减去所述负载的两端电压的结果，其中，对于单级高PFC的项目，所述纹波形电压中的纹波为工频纹波，而如果是两级拓扑结构或者低PFC结构，该纹波则为直流电压。同时在调光过程中，所述负极端V1的电压会在不调光时的波形基础上叠加一个高频分量，此高频分量与所述调光信号的PWM脉冲频率(一般有几KHz到几十KHz)是一致的，此时所述负极端V1的电压由三个分量组成：所述电压输出端V0的纹波形电压、所述负载的两端电压和所述高频分量；而且随着调光深度的不一样，所述纹波形电压中的纹波会随之而变化，并且所述负载的两端电压也会受此影响。为了确保所述电压输出端V0的纹波形电压和所述负载的两端电压在不同调光深度下匹配的连续性和一致性，就需要对采样的信号波形做一系列的修整处理，首先是滤波处理(即去除干扰信号和部分高频分量)；其次是分压及限压处理(即其分压是为了电路的处理便捷，限压则是为了应对所述负极端V1的电压过高对电路的伤害，比如在负载异常时会导致所述负极端V1的电压变得很高)；最后是积分处理(即去除掉工频纹波的影响)。

考虑在调光时所述负极端V1的电压信号会变得极其复杂多变，并与所述调光信号有着直接关联，为了使所述负载的两端电压准确匹配所述电压输出端V0的电压，需要根据所述调光信号对当前的已修整信号进行一部分的频率分量衰减处理，保证给到所述反馈电路单元的混合信号不会畸变和超调，即根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，包括但不限于有：根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号中的部分频率分量进行衰减程度与调光后负载电流大小非线性负相关的衰减处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并在所述调光后负载电流大小为调灭状态时，对所述已修整信号中的全部频率分量进行完全衰减处理，使得向所述反馈电路单元无信号输出。另外具体的，将所述混合信号送入所述反馈电路单元，包括但不限于有：在对所述混合信号进行至少一次积分处理后，放大(即对积分处理所得信号再进行一次信号放大处理)送入所述反馈电路单元，其中，所述至少一次积分处理的进行目的是保障所述混合信号的完整性和动态性，同时也可以防止信号畸变和超调，是整个控压供能电路稳定的关键点。此外，所述信号处理电路单元在对所述已修整信号进行信号处理前，还可先对所述已修整信号进行限流和积分处理，即由于所述负极端V1的电压和电流在变化幅度及波形上的复杂性，需要再进一步彻底剔除掉干扰杂波和异常波形，为接下来的信号处理做好准备。

综上所述控压供能电路的工作过程包括但不限于有如下两点逻辑：

(A)所述电压输出端V0的电压与所述负载的两端电压的匹配逻辑，即此逻辑是建立在非调光基础上的，其动作路径是首先采样所述负极端V1的电压信号并完成相应的修整等处理，得到一个正相关的且放大的混合信号，从上面了解到当所述负极端V1的电压变大时，意味着负载的两端电压变小，如果此时不调整，那么所述负极端V1的电压乘以电流产生的功耗就会被所述电流调节模块耗散掉，使所述电流调节模块的温度上升甚至被烧坏；此时通过所述反馈电路单元将所述混合信号与来自所述电压输出端V0的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口FB，可利用所述电压控制模块来降低所述电压输出端V0的电压，这样所述负极端V1的电压也会相应的减低到预设值，反之就是升高所述电压输出端V0的电压来提高所述负极端V1的电压，使所述电流调节模块工作正常而不会进入非恒流状态，这样可以动态且持续地使所述电流调节模块始终处于最佳的工作状态，同时也保证了整个控压功能电路的稳定和良好的工作效率；

(B)在调光过程中对所述电压输出端V0的电压进行动态调整的逻辑，即在非调光基础上增加了调光状态，虽然只增加了调光状态，但是整个控压供能电路的复杂性增加了不少，这里可分两个状态来说明，第一个是调光状态，第二个是调灭状态，而调灭是调光的极端情况(即调光深度为0％)，那么这个调灭状态对整个控压供能电路的影响也是极端的。在调光状态下，由于所述负极端V1的电压波形会叠加高频纹波，此高频纹波经过采样修整处理后可以看成类似一个叠加低频纹波的高频方波，并且在调光后负载电流大小/调光亮度越来越低的情况下，这个波形的幅值会相应的变大，如此经过采样修整处理后，信号会随着调光后负载电流变低而成上升趋势，最终会使所述电压输出端V0的电压随调光后负载电流变小而降低，这对调光效果有明显的不良影响，这时就需要根据所述调光信号对来自所述负极端V1的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量(即频点信号的振动幅度大小)与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，以便抵消一部分上升趋势的影响；并且随着调光后负载电流越小，所述混合信号则会被低电平抽走的频率分量越多，这样就会保持不变甚至呈下降趋势(这里只要设置合适的衰减参数就可以实现这个调整)，最终使所述电压输出端V0的电压也会保持不变或者呈上升趋势，这样就充分保障了调光效果。而在调灭状态时，由于此时调光后负载电流为零，在所述混合信号中被抽走的频率分量也是最多，为了保证所述混合信号被抽走的频率分量可任意设置，需要增加相应的电路做一个逻辑判断，这样就可以保证在调灭状态时给到所述反馈电路单元的信号低于阈值，即此时所述反馈电路单元只接收到来自所述电压输出端V0的第一采样信号，也就使得所述电压控制模块输出最高电压及空载电压。此外，若调光后电流从0调大，则逻辑处理过程与前述描述反着来，于此不再赘述。

优选的，所述信号采样处理反馈动态调整模块还用于在发现所述第二采样信号或所述混合信号异常时，触发向所述逻辑判断单元发送报警信号，以便所述逻辑判断单元在收到所述报警信号时，将流经所述负载的电流大小调节至零，实现通过关闭电流来保护所述负载的目的。如图1和2所示，前述异常发现及报警触发动作可由所述信号处理模块来执行，例如在发现所述负载的两端电压比设定范围小或者短路时，可通过前述报警触发动作，实现负载异常保护目的。

综上，采用本实施例所提供的自适应调光的控压供能电路，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种基于调光信号及负载两端的采样信号来反馈控制输出电压的负载驱动方案，即包括有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口，所述信号采样处理反馈动态调整模块用于根据来自所述电流调节模块的调光信号，对来自负载负极端的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自负载正极端的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与负载两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态，进而可实现前级电路的输出电压以及后级电路的输出电流均稳定无波动，同时后级电路始终处于高效率工作状态的目的，有效提升调光的性能，便于实际应用和推广；

(2)可实现精准调光目的，即可兼容更宽的调光频率范围，而且可以实现超低深度的亮度，达到行业最高千分之一以下的深度，进而相较于常用的方案，在调光体验感上有很大的提升；

(3)可具有更宽的功率应用范围，即相对于使用DC转DC的方案，输出功率的范围在成本不增加的情况下，可提高2-3倍；

(4)可具有更小的体积，即由于后级电路是采用无电感技术，在体积上有明显优势，相比较市面上的同等方案，体积可以缩小20％以上；

(5)可具有优异的EMC特征，即由于后级电路是采用无电感技术，在满足PFC和THD而只使用单级电源结构的情况，EMC表现极佳，不管内部的干扰还是对外的辐射干扰，都明显好于市面上的方案。

实施例二

如图3所示，本实施例在实施例一的技术方案基础上，还提供了一种开关电源采用隔离型的反激式电源拓扑结构的控压供能电路，其中，所述感性元件电路单元包括有反激式隔离变压器，并可通过晶体二极管和电容滤波输出电压；所述输入电压VIN为各种直流电压；所述开关控制电路单元采用基于控制器及各类开关管K1的电路结构。前述控压供能电路可适用于小功率驱动，覆盖各类型的LED驱动电源。

本实施例的技术效果，可以参见前述实施例一的技术效果推导得到，于此不再赘述。

实施例三

如图4所示，本实施例在实施例一的技术方案基础上，还提供了一种开关电源采用升压电源拓扑结构的控压供能电路，其中，所述感性元件电路单元包括有功率电感，并也可通过晶体二极管和电容滤波输出电压；所述输入电压VIN为各种直流电压；所述开关控制电路单元采用基于控制器及各类开关管K2的电路结构。前述控压供能电路可适用于大功率驱动，例如室外的各种灯具。

本实施例的技术效果，可以参见前述实施例一的技术效果推导得到，于此不再赘述。

实施例四

如图5所示，本实施例在实施例一的技术方案基础上，还提供了一种开关电源采用降压电源拓扑结构的控压供能电路，其中，所述感性元件电路单元包括有功率电感，并也可通过晶体二极管和电容滤波输出电压；所述输入电压VIN为各种直流电压；所述开关控制电路单元采用基于控制器及各类开关管K3的电路结构。前述控压供能电路可适用于小功率驱动。

本实施例的技术效果，可以参见前述实施例一的技术效果推导得到，于此不再赘述。

实施例五

如图6所示，本实施例在实施例一的技术方案基础上，还提供了一种可满足其它诸如供电、安规和反馈检测等需求的控压供能电路，即当所述感性元件电路单元包含有变压器时,所述控压供能电路还包括有至少一个辅助绕组模块；所述辅助绕组模块包括有晶体二极管、电解电容和辅助绕组，其中，所述辅助绕组与所述变压器的主绕组处于同一磁路中，所述晶体二极管的阳极连接所述辅助绕组的一端，所述晶体二极管的阴极连接所述电解电容的正极，所述电解电容的负极接地，所述电解电容的正极作为所属辅助绕组模块的供电输出端；所述信号采样处理反馈动态调整模块的第三信号采样端连接所述至少一个辅助绕组模块中某个辅助绕组模块的供电输出端；所述信号采样处理反馈动态调整模块，还用于将来自所述某个辅助绕组模块的供电输出端的第三采样信号与所述混合信号及所述第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口FB，以便所述电压控制模块在根据馈入信号对输出电压进行动态调整的过程中，当发现调光深度低于预设深度阈值时，使所述开关控制电路单元进入如下的间歇式供能模式：若所述第三采样信号的电压值低于预设电压阈值并处于下降趋势，则通过缩短相邻两供能脉冲的间隔时间来增加供能，而若所述第三采样信号的电压值处于上升趋势并接近所述预设电压阈值，则通过延长相邻两供能脉冲的间隔时间来减少供能，进而使各个所述辅助绕组模块在对应电解电容的配合下持续稳定地对外供能(即不会出现能量输出间隔变大，以及输出纹波变大而影响使用的情况)。

如图6所示，所述至少一个辅助绕组模块用HA、HB、HC以及HN等表示，以便满足其它诸如供电、安规和反馈检测等需求，其中，所述某个辅助绕组模块用HA表示，以便作为反馈检测绕组来反馈所述主绕组的带载大小、电压高低和掉电等情况，使得所述信号采样处理反馈动态调整模块可结合输出电压、带载情况和调光信号，实现在所述主绕组输出轻载或空载时各辅助绕组持续供电的极端应用。该极端应用在调光应用中有较明显的成本和技术优势，比如当调光深度小于10％(其可作为所述预设深度阈值)或者调灭时，此时所述主绕组输出为轻载或者空载(即当调光深度小于10％或者调灭时，所述信号处理电路单元会几乎无混合信号输入所述反馈电路单元，此时所述电压控制模块的输出电压虽然会处于接近/为最高电压的状态，但是由于流经所述负载的电流较小，会使得所述主绕组的输出电能很低)，而所述辅助绕组模块HA、HB及HC还要为不同的电路提供所需的能量或者检测信号；在通常情况下，此时辅助绕组模块输出的电压电流都会变的很小而不能满足正常的需求，这也是市面上的一个痛点，他们的做法是直接增加一个独立的AC转DC的电源来满足控制逻辑电路的持续供电，这在成本上增加了不少。

本实施例考虑所述辅助绕组模块的供能输出需求是不变且需持续性的，因此在对应的电解电容供能放电过程中，会使得该电解电容的正极电压(即所述第三采样信号的电压值)变低，如此在经由所述反馈电路单元反馈后，可通过在发现调光深度低于预设深度阈值时，使所述开关控制电路单元进入所述间歇式供能模式，来使增加的能量从所述辅助绕组输出(即在供能增加时，由于在严格的伏匝比原则下，虽然所述电压控制模块会因输出电压超过预设值而很难有能量输出，但是所述辅助绕组模块却会因输出电压低于所述预设电压阈值而输出增加的能量)，进而可对电解电容充电，抑制正极电压的下降，使之维持在所述预设电压阈值的水平。由此在本实施例中就不用增加用于AC转DC的电源电路，既可满足正常的供电，又可以大大的降低成本和简化电路设计。此外，通过发射供能脉冲进行间歇式供能是现有技术手段。

本实施例的技术效果，在前述实施例一的技术效果基础上，还具有如下技术效果：(1)可使所述控压供能电路在深度调光甚至待机时，各辅助绕组依然能保持不错的输出能力，使其它控制逻辑电路持续保持运行，这对于功能一体化的项目来说，可大大降低成本和简化电路设计，也使得驱动的功率密度变得更大，效率也更高，应用也更灵活。

最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种自适应调光的控压供能电路，其特征在于，包括有电压控制模块、负载、电流调节模块和信号采样处理反馈动态调整模块，其中，所述电压控制模块具有输出电压调整反馈端口(FB)，所述负载为发光灯；

所述电压控制模块，用于将输入电压转换为直流电压并进行输出；

所述负载的正极端连接所述电压控制模块的电压输出端(V0)，所述负载的负极端(V1)连接所述电流调节模块的一端，所述电流调节模块的另一端接地；

所述电流调节模块，用于根据外部的调光信号对流经所述负载的电流大小进行调节，以便使所述负载的两端电压与所述电压输出端(V0)的电压匹配；

所述信号采样处理反馈动态调整模块的第一信号采样端连接所述电压输出端(V0)，所述信号采样处理反馈动态调整模块的第二信号采样端连接所述负极端(V1)，所述信号采样处理反馈动态调整模块的通信端连接所述电流调节模块，所述信号采样处理反馈动态调整模块的信号输出端连接所述输出电压调整反馈端口(FB)；

所述信号采样处理反馈动态调整模块，用于根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对来自所述负极端(V1)的第二采样信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号与来自所述电压输出端(V0)的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口(FB)，以便所述电压控制模块根据馈入信号对输出电压进行动态调整，使得在整个调光过程中，所述电压控制模块的输出电压与所述两端电压的差值始终处于电路预设的恒定状态。

2.如权利要求1所述的控压供能电路，其特征在于，所述电压控制模块采用包括有感性元件电路单元和开关控制电路单元的开关电源，其中，所述感性元件电路单元包含有电感和/或变压器，所述开关控制电路单元的受控端作为所述输出电压调整反馈端口(FB)。

3.如权利要求2所述的控压供能电路，其特征在于，当所述感性元件电路单元包含有变压器时,所述控压供能电路还包括有至少一个辅助绕组模块；

所述辅助绕组模块包括有晶体二极管、电解电容和辅助绕组，其中，所述辅助绕组与所述变压器的主绕组处于同一磁路中，所述晶体二极管的阳极连接所述辅助绕组的一端，所述晶体二极管的阴极连接所述电解电容的正极，所述电解电容的负极接地，所述电解电容的正极作为所属辅助绕组模块的供电输出端；

所述信号采样处理反馈动态调整模块的第三信号采样端连接所述至少一个辅助绕组模块中某个辅助绕组模块的供电输出端；

所述信号采样处理反馈动态调整模块，还用于将来自所述某个辅助绕组模块的供电输出端的第三采样信号与所述混合信号及所述第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口(FB)，以便所述电压控制模块在根据馈入信号对输出电压进行动态调整的过程中，当发现调光深度低于预设深度阈值时，使所述开关控制电路单元进入如下的间歇式供能模式：若所述第三采样信号的电压值低于预设电压阈值并处于下降趋势，则通过缩短相邻两供能脉冲的间隔时间来增加供能，而若所述第三采样信号的电压值处于上升趋势并接近所述预设电压阈值，则通过延长相邻两供能脉冲的间隔时间来减少供能，进而使各个所述辅助绕组模块在对应电解电容的配合下持续稳定地对外供能。

4.如权利要求2所述的控压供能电路，其特征在于，所述开关电源采用隔离型的反激式电源拓扑结构、升压电源拓扑结构或降压电源拓扑结构。

5.如权利要求1所述的控压供能电路，其特征在于，所述电流调节模块包括有一体的稳流电路单元和逻辑判断单元，其中，所述稳流电路单元用于引出流经所述负载的电流至地，所述逻辑判断单元用于根据外部的调光信号对流经所述负载的电流大小进行调节。

6.如权利要求5所述的控压供能电路，其特征在于，所述信号采样处理反馈动态调整模块还用于在发现所述第二采样信号异常时，触发向所述逻辑判断单元发送报警信号，以便所述逻辑判断单元在收到所述报警信号时，将流经所述负载的电流大小调节至零，实现通过关闭电流来保护所述负载的目的。

7.如权利要求1所述的控压供能电路，其特征在于，所述信号采样处理反馈动态调整模块包括有信号采样修整电路单元、信号处理电路单元和反馈电路单元，其中，所述信号采样修整电路单元的信号输入端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的第二信号采样端连接所述负极端(V1)，所述信号采样修整电路单元的信号输出端连接所述信号处理电路单元的信号输入端，所述信号处理电路单元的信号输出端连接所述反馈电路单元的第二信号输入端，所述信号处理电路单元的通信端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的通信端连接所述电流调节模块，所述反馈电路单元的第一信号输入端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的第一信号采样端连接所述电压输出端(V0)，所述反馈电路单元的信号输出端作为所述信号采样处理反馈动态调整模块的信号输出端连接所述输出电压调整反馈端口(FB)；

所述信号采样修整电路单元，用于对来自所述负极端(V1)的第二采样信号进行修整处理，并将处理而得的已修整信号送入所述信号处理电路单元，其中，所述修整处理包括有依次进行的滤波处理、分压限压处理和积分处理；

所述信号处理电路单元，用于根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并将所述混合信号送入所述反馈电路单元；

所述反馈电路单元，用于将所述混合信号与来自所述电压输出端(V0)的第一采样信号一起叠加馈入所述输出电压调整反馈端口(FB)。

8.如权利要求7所述的控压供能电路，其特征在于，根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号进行信号处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，包括：

根据来自所述电流调节模块的所述调光信号，对所述已修整信号中的部分频率分量进行衰减程度与调光后负载电流大小非线性负相关的衰减处理，得到一个频率分量与调光后负载电流大小非线性负相关的混合信号，并在所述调光后负载电流大小为调灭状态时，对所述已修整信号中的全部频率分量进行完全衰减处理，使得向所述反馈电路单元无信号输出。

9.如权利要求7所述的控压供能电路，其特征在于，将所述混合信号送入所述反馈电路单元，包括：

在对所述混合信号进行至少一次积分处理后，放大送入所述反馈电路单元。

10.如权利要求7所述的控压供能电路，其特征在于，所述信号采样修整电路单元的信号采样方式为直接采样方式或间接采样方式，其中，所述直接采样方式包括有电阻分压分流采样方式、三极管分流采样方式、运算放大器无损采样方式、光耦隔离采样方式和/或基于微处理器MCU芯片的数字采样方式，所述间接采样方式是指通过电压叠加处理技术来提升电压的采样方式。

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