[發明專利]一種高線性度TRIAC調光兼容LED驅動電路

有效

• 申請號: 202110188945.0
• 申請日: 2021-02-19
• 公開（公告）號: CN112867207B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 雷建明
• 申請（專利權）人: 南京工業職業技術大學
• 主分類號: H05B45/375
• 分類號: H05B45/375;H05B45/38;H05B45/395;H05B45/40;H05B45/325
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 項磊

本發明公開一種高線性度TRIAC調光兼容LED驅動電路，采用氮化鎵基高電子遷移率晶體管(GaN HEMT)及其驅動電路替代傳統硅基MOSFET，實現MHz高頻工作環境。頻率的大幅度提高能夠減小濾波電容、電感的值，可大幅減小線路中的沖擊電流和電流振蕩，提升TRIAC調光兼容性。采用芯片FB管腳電壓線性調節技術和電壓補償技術，實現了LED調光過程中的高線性度。另外，MCU智能控制模塊被用來檢測導通角，為芯片FB管腳提供補償信號，同時控制假負載的斷開，在保證導通電流大于TRIAC啟動點火電流的條件下，有效降低假負載接入帶來的損耗。

技術領域

本發明涉及LED驅動領域，具體涉及一種高線性度TRIAC調光兼容LED驅動電路。

背景技術

TRIAC可控硅調光器，可以調節輸入交流電壓的有效值進而調節LED輸出的亮度，最初應用于白熾燈調光。白熾燈呈現的是純阻性特征，可以適用于TRIAC可控硅調光。新一代固態LED照明因其實際為低電壓二極管，為了得到高的驅動效率，通常需要采用非線性的高頻恒流開關電源來供電。然而高頻恒流開關電源的非線性使得其難以與TRIAC可控硅調光器兼容。

由于市場使用的慣性，TRIAC可控硅調光的方式仍大量存在，因此，設計調光驅動電路，使得LED燈具與TRIAC調光器兼容就變得非常有意義。為了使人得到好的操控感，我們通常對調光時的線性度有較高的要求，即通過LED負載的電流與可控硅切相后的電壓有效值一對一的線性度。然而，對LED等來說，在動態的調光過程中，其非線性特征不易得到良好的線性度，不僅如此，還會出現非單調功率變化和調光延遲，從而會出現LED的閃爍、跳躍和晃動等不連續的光感變化。這是急需解決的關鍵問題。

目前所有的TRIAC調光方案均只監測相角，并不監測輸出電流，在TRIAC調光器和LED兼容不理想的情況下，無法保證通過LED負載的電流與可控硅切相后的電壓有效值一對一的線性度，會出現非單調功率變化和調光延遲，甚至會出現LED的閃爍、跳躍和晃動的現象。

目前TRIAC調光方案中PWM方式中的開關信號頻率一般在100 kHz左右，是因為硅基MOSFET器件大的寄生電容導致的頻率限制。驅動頻率的低下，導致驅變換器輸入電流的非線性問題更加突出，從而影響TRIAC調光器的工作狀態。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高線性度TRIAC調光兼容LED驅動電路，將GaN HEMT器件作為功率開關管應用到LED驅動電路中，配以相應的高速電壓模式脈沖寬度調制器和驅動芯片，將驅動頻率提升到數MHz；同時采用芯片FB管腳電壓線性調節和FB管腳電壓補償，使得LED驅動控制芯片不需要特殊的調光兼容控制芯片，并實現了LED調光過程中的高線性度，確保通過LED負載的電流與輸入電壓有效值實時對應。

一種高線性度TRIAC調光兼容LED驅動電路，包括相互耦合的調光輸入模塊 、點火模塊 、橋堆和濾波模塊 、DC/DC變換器 、假負載模塊 、PWM控制模塊 、開關管驅動模塊 、MCU智能控制模塊 、FB管腳電壓線性調節模塊 和FB管腳補償模塊 ，所述DC/DC變換器 與關管驅動模塊 之間還連接有高頻開關器件Q3。

優選的，所述調光輸入模塊 包括TRIAC調光器以及交流輸入L線上串聯在TRIAC調光器之前的保險電阻RF1。

優選的，所述點火模塊 包括電容C1以及與電容C1串聯的電阻R1。

優選的，所述橋堆和濾波模塊 包括串聯的整流橋BR1和由電感L1、 感L2、電容C2、電容C3組成的π濾波電路。

優選的，所述DC/DC變換器 由電感L3,電解電容C4,二極管D4和LED負載組成，功率拓撲采用的是單級非隔離式的懸浮式升降壓電路。

優選的，所述假負載模塊 包括GaN耗盡型NMOS管Q2，NMOS管Q2處于常開狀態，NMOS管Q2上串接電阻R3。