一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路制造技术

本发明专利技术公开一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，采用氮化镓基高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)及其驱动电路替代传统硅基MOSFET，实现MHz高频工作环境。频率的大幅度提高能够减小滤波电容、电感的值，可大幅减小线路中的冲击电流和电流振荡，提升TRIAC调光兼容性。采用芯片FB管脚电压线性调节技术和电压补偿技术，实现了LED调光过程中的高线性度。另外，MCU智能控制模块被用来检测导通角，为芯片FB管脚提供补偿信号，同时控制假负载的断开，在保证导通电流大于TRIAC启动点火电流的条件下，有效降低假负载接入带来的损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路
本专利技术涉及LED驱动领域，具体涉及一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路。
技术介绍
TRIAC可控硅调光器，可以调节输入交流电压的有效值进而调节LED输出的亮度，最初应用于白炽灯调光。白炽灯呈现的是纯阻性特征，可以适用于TRIAC可控硅调光。新一代固态LED照明因其实际为低电压二极管，为了得到高的驱动效率，通常需要采用非线性的高频恒流开关电源来供电。然而高频恒流开关电源的非线性使得其难以与TRIAC可控硅调光器兼容。由于市场使用的惯性，TRIAC可控硅调光的方式仍大量存在，因此，设计调光驱动电路，使得LED灯具与TRIAC调光器兼容就变得非常有意义。为了使人得到好的操控感，我们通常对调光时的线性度有较高的要求，即通过LED负载的电流与可控硅切相后的电压有效值一对一的线性度。然而，对LED等来说，在动态的调光过程中，其非线性特征不易得到良好的线性度，不仅如此，还会出现非单调功率变化和调光延迟，从而会出现LED的闪烁、跳跃和晃动等不连续的光感变化。这是急需解决的关键问题。目前所有的TRIAC调光方案均只监测相角，并不监测输出电流，在TRIAC调光器和LED兼容不理想的情况下，无法保证通过LED负载的电流与可控硅切相后的电压有效值一对一的线性度，会出现非单调功率变化和调光延迟，甚至会出现LED的闪烁、跳跃和晃动的现象。目前TRIAC调光方案中PWM方式中的开关信号频率一般在100kHz左右，是因为硅基MOSFET器件大的寄生电容导致的频率限制。驱动频率的低下，导致驱变换器输入电流的非线性问题更加突出，从而影响TRIAC调光器的工作状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，将GaNHEMT器件作为功率开关管应用到LED驱动电路中，配以相应的高速电压模式脉冲宽度调制器和驱动芯片，将驱动频率提升到数MHz；同时采用芯片FB管脚电压线性调节和FB管脚电压补偿，使得LED驱动控制芯片不需要特殊的调光兼容控制芯片，并实现了LED调光过程中的高线性度，确保通过LED负载的电流与输入电压有效值实时对应。一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，包括相互耦合的调光输入模块、点火模块、桥堆和滤波模块、DC/DC变换器、假负载模块、PWM控制模块、开关管驱动模块、MCU智能控制模块、FB管脚电压线性调节模块和FB管脚补偿模块，所述DC/DC变换器与关管驱动模块之间还连接有高频开关器件Q3。优选的，所述调光输入模块包括TRIAC调光器以及交流输入L线上串联在TRIAC调光器之前的保险电阻RF1。优选的，所述点火模块包括电容C1以及与电容C1串联的电阻R1。优选的，所述桥堆和滤波模块包括串联的整流桥BR1和由电感L1、感L2、电容C2、电容C3组成的π滤波电路。优选的，所述DC/DC变换器由电感L3,电解电容C4,二极管D4和LED负载组成，功率拓扑采用的是单级非隔离式的悬浮式升降压电路。优选的，所述假负载模块包括GaN耗尽型NMOS管Q2，NMOS管Q2处于常开状态，NMOS管Q2上串接电阻R3。优选的，所述PWM控制模块为高速电压模式脉冲宽度调制器，由型号为UCC25705的芯片构成；所述关管驱动模块内部为驱动芯片SI8271GB，为高频开关器件提供栅极驱动。优选的，所述MCU智能控制模块包括导通角检测、假负载模块开关控制以及电流比较功能块；主要有两路输入信号：TRAIC调光器斩波后的电流和LED负载电流信号；两路输出信号：一路控制假负载模块断开，一路FB管脚线性调节模块补偿信号。优选的，所述FB管脚线性调节模块输入电压的有效值通过该模块实现检测，并根据检测到的电压值变化，线性改变送到PWM调制模块中UCC25705的FB管脚的电压信号，从而线性控制PWM的占空比以及LED输出电流的大小。优选的，所述FB管脚补偿模块包括连接在FB管脚线性调节模块中PNP晶体管Q1的基极与MCU智能控制模块中电流比较功能块之间的电阻R14和电阻R15，电阻R14和电阻R15之间并接电容C8。本专利技术的优点在于：1、将GaNHEMT器件作为功率开关管应用到LED驱动电路中，配以相应的高速电压模式脉冲宽度调制器和驱动芯片，将驱动频率提升到数MHz。同时，由于高频开关器件HEMT的使用，开关损耗相关比常规硅基MOS管大大降低。频率的提高降低了对功率拓扑中的电感和电解电容数值的要求，对应的器件体积更小，能满足驱动器更加小型化，更轻薄，更高效的应用设计需求；2、采用芯片FB管脚电压线性调节，通过搭建纯模拟控制电路实现对输入交流信号有效值的采样并相应地线性调节控制芯片的FB管脚电压，从而控制功率开关管的开关情况，使输出电压根据输入电压有效值线性变化。该线性调节电路的加入，使得LED驱动控制芯片不需要特殊的调光兼容控制芯片，而是普通的控制芯片即可，扩展了芯片的选型空间，降低了芯片的成本；并采用FB管脚电压补偿，通过MCU智能控制模块，将输入有效值和LED负载电流作比较，实时线性补偿芯片管脚电压，实现了LED调光过程中的高线性度，确保通过LED负载的电流与输入电压有效值实时对应。3、采用MCU智能控制模块检测导通角，并控制假负载的断开，在保证导通电流大于TRIAC启动点火电流的条件下，有效降低假负载接入带来的损耗；4、同时功率拓扑采用的是单级非隔离式的悬浮式升降压电路，相比双级驱动方案的线路复杂、应用器件过多、效率低、尺寸大的问题，单级方案有较高的电路转化效率，简化了外围应用电路，减少元器件数量并减小了驱动器的尺寸，容易控制并且效率高、恒流精度高。同时，磁性元件数量降低，减少了寄生电容电感参数的影响，保证了高频下电路工作。符合LED调光驱动的设计要求。附图说明图1为本专利技术的电路原理图；图2为本专利技术的实效模拟示意图；其中，101、调光输入模块，102、点火模块，103、桥堆和滤波模块，104、DC/DC变换器，105、假负载模块，106、PWM控制模块，107、开关管驱动模块，108、MCU智能控制模块，109、FB管脚电压线性调节模块，110、FB管脚补偿模块。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。如图1至图2所示，一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，包括相互耦合的调光输入模块101、点火模块102、桥堆和滤波模块103、DC/DC变换器104、假负载模块105、PWM控制模块106、开关管驱动模块107、MCU智能控制模块108、FB管脚电压线性调节模块109和FB管脚补偿模块110，所述DC/DC变换器104与关管驱动模块107之间还连接有高频开关器件Q3。所述调光输入模块101包括TRIAC调光器以及交流输入L线上串联在TRIAC调光器之前的保险电阻RF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于，包括相互耦合的调光输入模块(101)、点火模块(102)、桥堆和滤波模块(103)、DC/DC变换器(104)、假负载模块(105)、PWM控制模块(106)、开关管驱动模块(107)、MCU智能控制模块(108)、FB管脚电压线性调节模块(109)和FB管脚补偿模块(110)，所述DC/DC变换器(104)与关管驱动模块(107)之间还连接有高频开关器件Q3。/n

【技术特征摘要】
1.一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于，包括相互耦合的调光输入模块(101)、点火模块(102)、桥堆和滤波模块(103)、DC/DC变换器(104)、假负载模块(105)、PWM控制模块(106)、开关管驱动模块(107)、MCU智能控制模块(108)、FB管脚电压线性调节模块(109)和FB管脚补偿模块(110)，所述DC/DC变换器(104)与关管驱动模块(107)之间还连接有高频开关器件Q3。


2.根据权利要求1所述的一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于：所述调光输入模块(101)包括TRIAC调光器以及交流输入L线上串联在TRIAC调光器之前的保险电阻RF1。


3.根据权利要求1所述的一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于：所述点火模块(102)包括电容C1以及与电容C1串联的电阻R1。


4.根据权利要求1所述的一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于：所述桥堆和滤波模块(103)包括串联的整流桥BR1和由电感L1、感L2、电容C2、电容C3组成的π滤波电路。


5.根据权利要求1所述的一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于：所述DC/DC变换器(104)由电感L3,电解电容C4,二极管D4和LED负载组成，功率拓扑采用的是单级非隔离式的悬浮式升降压电路。


6.根据权利要求1所述的一种高线性度TRIAC调光兼容LED驱动电路，其特征在于：所述假负载模块(105)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷建明，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32