一种LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口及其派生电路
阅读：100发布：2023-03-09
专利汇可以提供一种LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口及其派生电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的是提供一种在不需要拆除原有 灯具 、也不需要对原设备的 电路 进行改装的情况下，将LED用于 荧光 灯 电子 镇流器 和电感镇流器 支架 的通用 接口 ，采用三相 整流桥 或四相整流桥接入支架，整流桥的直流侧Out连接CRF电路或CTRF电路输入端，CRF电路或CTRF电路的输出端做为直流电源为LED及其驱动/滤波电路供电，包括多种派生电路；优点是，CTRF或CRF电路确保镇流器的正常启动，提高了接口电路的兼容性，而且CTRF能保证LED直流驱动正常工作于镇流器上，能基本通用于 电子镇流器 支架和电感镇流器支架，用于替换 荧光灯 ，更加节能。，下面是一种LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口及其派生电路专利的具体信息内容。
1.一种LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口，其特征在于：采用三相整流桥或四相整流桥接入镇流器支架，三相、四相整流桥、2+3相整流桥电路或2x2+4相整流桥电路的直流侧连接CRF电路或CTRF电路输入端Out，CRF电路或CTRF电路的输出端做为直流电源为LED及其驱动/滤波电路供电，包括多种派生电路：派生的串联、并联型检测电路；CTRF电路，其主要特征是，输入端跨接直流电容C，将开关与电阻R1串联后与直流电容C并联；CRF电路，其主要特征是，输入端跨接直流电容C，将电阻R与直流电容C并联。
2.一种用于LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口的CTRF电路，其特征在于，位于LED滤波或驱动电路前一级，在输入端跨接直流电容C，将开关与电阻R1串联后与直流电容C并联，电容C正极串联二极管Fr后作为LED滤波电路或直流驱动的电源正极，电容C负极作为LED滤波电路或直流驱动的电源负极。
3.一种用于LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口的CRF电路，其特征在于，位于LED滤波或驱动电路前一级，在输入端跨接直流电容C，将电阻R与直流电容C并联，电容C正极串联二极管Fr后作为LED滤波电路或直流驱动的电源正极，电容C负极作为LED滤波电路或直流驱动的电源负极。
4.一种将LED用于荧光灯电子镇流器和电感镇流器灯座的通用接口的串联型检测电路，其特征在于：采用由电容、电感或电阻组成的网络作为检测电路串联接入三相整流桥和四相整流桥的一相或多相，检测电路中的一个或多个元件的端电压或电流信号引出作为测量信号。
5.一种将LED用于荧光灯电子镇流器和电感镇流器灯座的通用接口的并联型检测电路，其特征在于：或直接将阻抗作为检测电路跨接在整流桥和四相整流桥任意两相间，或将整流桥和四相整流桥任意两相间的电压信号进行缩放后，将信号施加在阻抗两端，阻抗中的一个或多个元件的端电压或电流信号引出作为测量信号；所述阻抗是指由电容、电感或电阻组成的网络。
一种LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口及其派生电路
技术领域
背景技术
[0002] LED与荧光灯镇流器兼容的接口电路及其LED灯(申请号：201320613209.6，尚未公布)提供了一种电子镇流器与LED兼容的接口电路。由于能用于高频的电子镇流器，必定能用于低频的电感镇流器，但是在试验过程中发现，虽能在电感镇流器的支架上工作，但是直流侧电流纹波过大，这是因为其滤波电路是针对于约30kHz的高频设计，对低频无效，考虑到纹波对LED的寿命的影响，故提出一种更加通用的接口电路以基本适用于电子、电感镇流器。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种在不需要拆除原有灯具、也不需要对原设备的电路进行改装的情况下，将LED用于荧光灯电子镇流器和电感镇流器灯座的通用接口，其特征在于：采用三相整流桥、四相整流桥、2+3相整流桥电路或2x2+4相整流桥电路接入支架，三相或四相整流桥的直流侧连接CRF电路或CTRF电路输入端Out，CRF电路或CTRF电路的输出端做为直流电源为LED及其驱动/滤波电路供电，包括多种派生电路；2+3相整流桥电路或
2x2+4相整流桥电路中，全桥整流电路直流侧连接CRF电路或CTRF电路输入端Out，三相或四相整流桥的直流侧不必连接CRF或CTRF电路；所述全桥整流电路是指由两个二极管 串联作为一个桥臂，二极管的连接点作为桥臂的一相，两个桥臂并联作为直流侧，具有两相的整流电路。CTRF电路主要特征是，输入端Out跨接直流电容C，将开关与电阻R1串联后与直流电容并联；CRF电路主要特征是，输入端跨接直流电容C，并在直流电容上并联电阻R。
优点是，CTRF或CRF电路确保镇流器的正常启动，提高了接口电路的兼容性，而且CTRF能保证LED直流驱动正常工作于镇流器上，能基本通用于电子镇流器支架和电感镇流器支架；
所述驱动/滤波电路是指，直流驱动电路或低通滤波电路。
2x2+4相整流桥电路中，全桥整流电路直流侧连接CRF电路或CTRF电路输入端Out，三相或四相整流桥的直流侧不必连接CRF或CTRF电路；所述全桥整流电路是指由两个二极管 串联作为一个桥臂，二极管的连接点作为桥臂的一相，两个桥臂并联作为直流侧，具有两相的整流电路。CTRF电路主要特征是，输入端Out跨接直流电容C，将开关与电阻R1串联后与直流电容并联；CRF电路主要特征是，输入端跨接直流电容C，并在直流电容上并联电阻R。
优点是，CTRF或CRF电路确保镇流器的正常启动，提高了接口电路的兼容性，而且CTRF能保证LED直流驱动正常工作于镇流器上，能基本通用于电子镇流器支架和电感镇流器支架；
所述驱动/滤波电路是指，直流驱动电路或低通滤波电路。
[0004] 2+3相整流桥电路或2x2+4相整流桥电路，2+3相整流桥电路是指在三相整流桥电路的基础上，在阴极A、a两端连接全桥整流电路，2x2+4相整流桥电路是指在四相整流桥电路的基础上，在阴极A、a两端连接全桥整流电路，在阴极B、b两端连接另一个全桥整流电路。
[0005] 一种用于LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口的CTRF电路，其特征在于，位于LED滤波或驱动电路前一级，在输入端跨接直流电容C，将开关与电阻R1串联后与直流电容C并联，电容C正极串联二极管Fr后作为LED滤波电路或直流驱动的电源正极，电容C负极作为LED滤波电路或直流驱动的电源负极。
[0006] 一种用于LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口的CRF电路，其特征在于，位于LED滤波或驱动电路前一级，在输入端跨接直流电容C，将电阻R与直流电容C并联，电容C正极串联二极管Fr后作为LED滤波电路或直流驱动的电源正极，电容C负极作为LED滤波电路或直流驱动的电源负极。
[0007] 本发明的目的是提供一种将LED用于荧光灯电子镇流器和电感镇流器灯座的通用接口的检测派生电路，包括串联型和并联型，串联型是指：采用由电容、电感或电阻组成的网络作为检测电路串联接入三相整流桥和四相整流桥的一相 或多相，检测电路中的一个或多个元件的端电压或电流信号引出作为测量信号。并联型是指：或直接将阻抗作为检测电路跨接在整流桥和四相整流桥任意两相间，或将整流桥和四相整流桥任意两相间的电压信号进行缩放后，将信号施加在阻抗两端，阻抗中的一个或多个元件的端电压或电流信号引出作为测量信号；所述阻抗是指由电容、电感或电阻组成的网络。优点是，通过检测无源网络中元件的端电压变化就能判断工作于电子镇流器还是电感镇流器，从而其驱动切换工作模式以适应工作状况。
[0009] 图1是四相整流桥电路图。
[0010] 图2是三相整流桥电路图。
[0011] 图3是2+3相整流桥电路图。
[0012] 图4是CRF的电路图。
[0013] 图5是CTRF的电路图之一。
[0014] 图6是CTRF的电路图之二。
[0015] 图7是CTRF电路的定时控制信号电路图。
[0016] 图8是串联型测量电路的三相整流桥电路图。
[0017] 图9是并联型测量电路的三相整流桥电路图。
[0018] 图10是用于串联型测量电路的磁控制式驱动切换电路图。
[0019] 图11是光控制式片选电路图。
[0020] 图12是PWM2信号生成电路图。
具体实施方式
[0021] 本发明提供一种LED与荧光灯镇流器兼容的通用接口及其派生电路，包括 三相或四相整流桥接入电路、CRF电路或CTRF电路、串联型测量电路、并联型测量电路。
[0022] 实施例1CRF电路和CTRF电路
[0023] CRF电路和CTRF电路连接在三相或四相整流桥电路的直流侧，旨在保证接口电路的通用性。
[0024] 图1是四相整流桥电路图，图1中，es为镇流器的等效交流电源，直管型荧光灯支架或环型荧光灯的四个阴极触头是A、a、B、b；Fr1与Fr2串联成为一个桥臂，Fr1与Fr2的连接点作为整流桥臂的一相，类似地，由八个快恢复二极管Fr1至Fr8两两串联组成四个整流桥臂，四个桥臂的直流侧并联在一起作为直流输出端Out1，四个整流桥臂的四相引出后分别连接到四个阴极触头A、a、B、b。
[0025] 图2是三相整流桥电路图，图2中，es为镇流器的等效交流电源，直管型荧光灯支架或环型荧光灯的四个阴极触头是A、a、B、b，A、a在支架的一端，B、b在支架的另一端，环型荧光灯两端靠的很近；阴极触头B、b短接作为阴极的第一相，触头A作为第二相，触头a作为第三相；Fr1与Fr2串联成为一个桥臂，Fr1与Fr2的连接点作为整流桥臂的一相，类似地，由六个快恢复二极管Fr1、Fr2、Fr3、Fr4、Fr7、Fr8两两串联组成三个整流桥臂，三个桥臂的直流侧并联在一起作为直流输出端Out1，三相整流桥的三相引出后分别连接到阴极的三相。此外还可以采用2+3相整流桥电路或2x2+4相整流桥电路，2+3相是指 在图2中三相整流桥电路的基础上，在阴极A、a两端连接全桥整流电路，2x2+4相整流桥电路是指在图1中四相整流桥电路的基础上，在阴极A、a两端连接全桥整流电路，在阴极B、b两端连接另一个全桥整流电路。
[0026] 图3是2+3相整流桥电路图。图3中，二极管Fr9-Fr12组成了两相的全桥整流电路，全桥整流电路的两相分别与阴极A、a连接，全桥整流电路的直流侧不与三相整流桥电路的直流侧连接。
[0027] 同理，2x2+4相整流桥电路具有两个全桥整流电路，一个全桥电路两相分别与阴极A、a连接，另一个全桥电路两相分别与阴极B、b连接，两个全桥镇流电路的直流侧可以并联在一起。全桥镇流电路的直流侧可以为直流电路供电。
[0028] 图4是CRF的电路图。图4中，直流输入端Out是图1或图2的直流输出端Out1(可以理解为图1或图2的直流输出端Out1连接到CRF的输入端Out)，CRF是指由电容C、电阻R、二极管Fr组成的电路：由电容C与电阻R并联作为输入端Out，Out端的正极“+”串联快恢复二极管Fr后作为直流电源的正极，Out端的负极“-”作为直流电源的负极，直流电源为LED的直流驱动或滤波电路供电。
[0029] 图5是CTRF的电路图之一。图5中，直流输入端Out是图1或图2的直流输出端Out1(可以理解为图1或图2的直流输出端Out1连接到CTRF的输入端Out)，CTRF是指：电阻R1与开关T1(电力电子开关或机械开关)串联为一组，该组与电容C和电阻R并联后作为输入端Out，Out端的正极“+”串联快恢复二极管Fr后做为直流电源的正极，Out端的负极“-”作为直流电源的负极，直流电源为LED的直流驱动或滤波电路供电。增加开关T1是为了控制电阻R1的投切，初始时，Out端电压Uout上升到阀值，立即投入R1，以配合电 子镇流器的启动过程，启动结束且直流驱动/滤波电路正常工作后，切除R1。R1的投切时间可以通过一个简单的定时电路控制。
[0030] 图6是CTRF的电路图之二。图6中，直流输入端Out是图1或图2的直流输出端Out1(可以理解为图1或图2的直流输出端Out1连接到CTRF的输入端Out)，CTRF是指：电阻R1与开关T1(常闭机械开关)串联为一组，该组与电容C并联后作为输入端Out，Out端的正极“+”串联快恢复二极管Fr后做为直流电源的正极，Out端的负极“-”作为直流电源的负极，直流电源为LED的直流驱动或滤波电路供电。初始时，开关T1常闭，R1投入，当直流驱动/滤波电路正常工作后，电感L流过较大电流，产生足够的磁场吸附开关T1，将R1切除，此外R1的投切时间还可以通过一个简单的定时电路控制。
[0031] 图7是CTRF电路的定时控制信号电路。图7中，PWM1是图5的CTRF电路中开关T1的驱动信号，信号Uout是图5的直流输入端Out的直流电压值信号电阻R0与C0组成delay延时电路，delay延时电路与异或门XOR和与门And组成上升沿检测电路，当信号Uout的上升沿到来时，与门And输出一个矩形脉冲作为PWM1信号，其宽度由delay电路的C0与R0乘积w决定，w＝C0×R0，w越大宽度越宽；当PWM1矩形波脉冲到来时，图5中开关T1合上，电阻R1投入，当PWM1矩形波脉冲结束时，图5中开关T1断开，电阻R1退出；所以调节w可以调节图5中电阻R1的投入时间。与门And可以不要，当不使用与门And时，为边沿检测电路，此时图5中电阻R可以取较大值或者去掉。
[0032] 实施例2通用于电子和电感镇流器的接口电路
[0033] 实施例1所述CRF电路和CTRF电路提高了接口电路的兼容性，但是要通用于电子和电感镇流器还需要特定的滤波电路或者驱动电路，若采用的是驱动电路，则还需要适当的控制方法和控制电路以保证其稳定高效工作，固在此提及。
[0034] 图4、图5或图6中，直流驱动/滤波电路为滤波电路，仅保留电容C1，C1容量为1000uF时，工作在40W电感镇流器支架上，其纹波小于±6％，工作于电子镇流器支架，其纹波远小于±1％。
[0035] 图4、图5或图6中，直流驱动/滤波电路为直流驱动，直流输入端Out的直流电压值为Uout，Uout减去设定的阀值Uth得到dU，dU经过低通滤波并按一定的比例系数进行缩放[比如：采用PI(proportional integral controller比例调节或积分调节)控制器，其积分调节可实现低通滤波，其比例调节可进行缩放]，得到直流分量电压值dUdc，dUdc中工频及其谐波分量得到很大抑制，几乎为0；dUdc与三角波比较生成PWM信号，即PWM2信号，控制开关T2；dUdc与PWM信号占空比成正比，与流过LED的电流成正比，则直流驱动的输出功率与dUdc成正比。这样做的目的是保证Uout的直流分量电压的稳定，从而保证在镇流器上稳定工作：当Uout高于Uth时，dU大于0，比例调节后，直流驱动输出功率上升的程度大于镇流器支架随Uout的输出，dU趋向于非零的正数(这是个正数是反馈控制中的静态误差)，Uout趋向于Uth，Uout低于Uth时，PWM脉冲占空比为0，开关不工作，接口不消耗能量，Uout电压上升，如此，电压稳定在Uth附近，则镇流器稳定地向接口电路注入功率，接口电路稳定地向驱动电路输送功率。
[0036] 以上仅为示例，保证LED电路稳定高效工作的方法和电路不少，但其前提基础是本发明提供的三相整流桥或四相镇流桥与CRF电路或CTRF电路组成的接口电路。
[0037] 实施例3带测量电路的通用于镇流器的接口电路
[0038] 图8是串联型测量电路的三相整流桥电路，图8中，es为镇流器的等效交流电源，直管型荧光灯支架或环型荧光灯的四个阴极触头是A、a、B、b，A、a在支架的一端，B、b在支架的另一端，环型荧光灯两端靠的很近；阴极触头B、b短接作为阴极的第一相，触头A作为第二相，触头a作为第三相；Fr1与Fr2串联成为一个桥臂，Fr1与Fr2的连接点作为整流桥臂的一相，由六个快恢复二极管Fr1-Fr6两两串联组成三个整流桥臂，三个桥臂的直流侧并联在一起作为直流输出端Out1，三相整流桥的一相串联测量电容Ct后连接到阴极的第一相，三相整流桥其余的两相分别连接到阴极的其余两相。
[0039] 图9是并联型测量电路的三相整流桥电路，图9中，es为镇流器的等效交流电源，直管型荧光灯支架或环型荧光灯的四个阴极触头是A、a、B、b，A、a在支架的一端，B、b在支架的另一端，环型荧光灯两端靠的很近；阴极触头B、b短接作为阴极的第一相，触头A作为第二相，触头a作为第三相；电容Ct与电阻Rt串联后作为测量电路1，跨接在阴极第一相与第二相两端，同理，测量电路2跨接在阴极第一相与第三相两端。
[0040] 图10是用于串联型测量电路的磁控制式驱动切换电路，图10中，直流电源Out1是图8中直流输出端Out1，直流电源Out2是图2中直流输出端Out1；LED由两个驱动电路驱动，第一个驱动(即直流驱动/滤波)电路的直流电源是Out1，第二个驱动电路(即非隔离/隔离驱动)电路的直流电源是Out2；Ts-是图8中测量电路的测量电容Ct负端TS-，Ts+是图8中测量电路的测量电容Ct正端Ts+；电磁继电器/开关与驱动串联后接入电源Out2，电磁继电器/开关控制着第 二个驱动的投切。
[0041] 其工作过程是：当工作在电子镇流器时，为高频，测量电路的电容Ct阻抗极小，端电压几乎为0，电磁继电器/开关断开，第二个驱动不工作，第一个驱 动正常工作，LED由第一个驱动电路驱动；当工作在工频50Hz时，为低频，电容Ct阻抗大，端电压高，电磁继电器/开关合上，第二个驱动工作，第一个驱动几乎不工作，LED由第二个驱动电路驱动；如此做法，利用电容元件在不同频率的阻抗变化实现LED控制电路的切换，达到基本通用于电子、电感整流器的目的。
[0042] 图11是光控制式片选电路，图11中，Ts1+是图9所示测量电路的Ts1+，Ts1-是图9所示测量电路的Ts1-，Ts2+、Ts2-同理；光耦隔离器1和2分别对Ts1和Ts2整流滤波后，将其转换为信号量，对信号量进行逻辑或OR，逻辑或OR输出作为片选信号CS。
[0043] 图12是PWM2信号生成电路。图12中，CS是图11中所述片选信号CS，PWM2是图4或图5中直流驱动的驱动信号PWM2；PWM信号是恒流控制产生的PWM信号，CS经过反向器后与PWM信号进行逻辑或，产生PWM2信号；当用于高频的电子镇流器支架时，CS信号为低电平，PWM信号被屏蔽，PWM2信号始终为高电平，当用于低频的电感镇流器时，CS信号为高电平，PWM信号即是PWM信号。
[0044] 总的工作过程是，电容元件在高频和低频的阻抗变化极大，通过检测电容元件的端电压得到工作状况的信息，当电容端电压几乎为0时，表明工作在高频，片选信号CS低电平，无论PWM信号如何，PWM2始终输出高电平，图4或图5所述直流驱动的开关始终开通，利用电容和电感进行滤波后驱动LED； 当电容端电压几乎为交流电源es电压时，PWM2即为PWM信号，此时为低频，纹波难以滤除，切换为采用直流驱动模式进行恒流控制。
[0045] 以上仅为示例，根据工作状况进行模式切换的驱动方法法和电路不少，类 似地，采用模拟电路对被测量信号进行缩放，将该信号通过电容、电感或电阻组成的无源网络，测量网络中一个或多个元件的电压电流信号，将该信号进行简单的比较或逻辑即可得到工作状况；此外采用数字电路进行采样分析也能得到工作状况，但其前提基础是本发明提供的接口电路。
[0046] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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