СХЕМА ОБРАТНОХОДОВОГО ДРАЙВЕРА БЫСТРОГО ПУСКА И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ
DIAGRAM OF FLYBACK QUICK START DRIVER AND METHOD OF EXCITATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к технологии возбуждения пуска под нагрузкой и, в частности, относится к схеме обратноходового драйвера быстрого пуска и к способу возбуждения.
Предпосылки для создания изобретения
Схема драйвера для возбуждения мощной нагрузки (такой как светодиодная трубка, служащая в качестве подсветки в жидкокристаллическом дисплее) должна соответствовать требованиям высокого коэффициента мощности, постоянного выходного тока, электрической изоляции, быстрого пуска, низкого потребления энергии и т.д. В настоящее время схема обратноходового драйвера быстрого пуска широко используется для возбуждения вышеупомянутой мощной нагрузки из-за своих преимуществ, заключающихся в простоте, хороших характеристик регулирования напряжения, повышенной нагрузочной способности и повышенной стойкости к помехам. На Фиг. 1 показана принципиальная схема одного обратноходового драйвера быстрого пуска, известного из уровня техники, в которой вход схемы драйвера является входом схемы мостового двухполупериодного выпрямителя-фильтра 10, выход двухполупериодного мостового выпрямителя-фильтра 10 электрически соединен с первым выводом первичной обмотки 21 трансформатора 20, второй вывод первичной обмотки 21 трансформатора 20 электрически соединен с первым выводом переключающего транзистора T11, второй вывод переключающего транзистора T11 электрически заземлен через резистор деления R11, и управляющий вывод переключающего транзистора Т11 электрически соединен с ИС возбуждения 30 для приема сигналов возбуждения от ИС возбуждения 30. Два последовательно соединенных нагрузочных резистора R12 и R13 электрически подсоединены между выходом двухполупериодного мостового выпрямителя-фильтра 10 и первым электродом конденсатора С11, при этом второй электрод конденсатора С11 электрически заземлен, и первый электрод конденсатора С11 электрически соединен с портом электропитания ИС возбуждения 30. Первый вывод вспомогательной обмотки 22 трансформатора 20 электрически заземлен, второй вывод вспомогательной обмотки 22 расположен рядом с вторым выводом первичной обмотки 21 и служит в качестве ее точечной клеммы, при этом резистор детектирования R14 электрически соединен с анодом диода D11, и катод диода D11 в свою очередь электрически соединен с портом электропитания ИС возбуждения 30. Более того, первый вывод вторичной обмотки 23 трансформатора 20 электрически соединен с анодом диода D12, и два электрода фильтрующего конденсатора С12 электрически соединены с катодом диода D12 и вторым выводом вторичной обмотки 23 трансформатора 20, соответственно. На стадии пуска вышеупомянутой ИС возбуждения напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока модулем двухполупериодного мостового выпрямителя 101, чтобы зарядить конденсатор С11 через два нагрузочных резистора R12 и R13. После того как напряжение на первом электроде конденсатора С11 поднимется до пускового напряжения Vcc, необходимого для работы ИС возбуждения 30, ИС работает в нормальном режиме и, таким образом, стабильно. При том условии, что два нагрузочных резистора R12 и R13 имеют большие значения электрического сопротивления, такие как на уровне мегаомов, зарядка конденсатора С11 происходит относительно медленно, в результате чего пуск ИС отнимает много времени. При том условии, что два нагрузочных резистора R12 и R13 имеют низкие значения электрического сопротивления, такие как на уровне килоомов, пуск ИС может быть ускорен, но за счет большого потребления электроэнергии в режиме ожидания ИС. Соответственно, трудно сбалансировать эффекты между временем пуска и потреблением электроэнергии в режиме ожидания схемы обратноходового драйвера быстрого пуска в известном уровне техники.
Раскрытие изобретения
С целью решения вышеуказанных задач настоящее изобретение предлагает схему обратноходового драйвера быстрого пуска и способ возбуждения. Пуск схемы драйвера, работающей в способе возбуждения, может быть ускорен и, в то же время, ее потребление электроэнергии снижено.
Настоящее изобретение предлагает схему обратноходового драйвера быстрого пуска, включающую:
устройство ввода напряжения для подачи напряжения постоянного тока;
трансформатор, включающий первичную обмотку и вторичную обмотку, которые взаимодействуют на разных сторонах трансформатора, и вспомогательную обмотку, взаимодействующую с первичной обмоткой на той же стороне трансформатора, при этом первый вывод первичной обмотки электрически соединен с устройством ввода напряжения для получения напряжения постоянного тока;
нагрузочное устройство, вход которого электрически соединен с устройством ввода напряжения для получения напряжения постоянного тока, которое используется для выполнения процесса зарядки, чтобы позволить довести выходное напряжение до пускового значения;
устройство возбуждения, порт электропитания которого электрически соединен с нагрузочным устройством для получения выходного напряжения и выход которого электрически соединен со   вторым выводом первичной обмотки трансформатора, при этом, когда напряжения на порте электропитания увеличится до пускового значения, устройство запускается и возбуждает первичную обмотку трансформатора;
устройство управления с обратной связью, вход которого электрически соединен с вспомогательной обмоткой трансформатора, чтобы получать напряжение вспомогательной обмотки, и выход которого электрически соединен с управляющим выводом нагрузочного устройства, чтобы выводить управляющий сигнал на основании напряжения вспомогательной обмотки и определять, заряжать ли нагрузочное устройство или нет; и, когда нагрузочное устройство не заряжается, устройство управления с обратной связью также подает напряжение вспомогательной обмотки на устройство возбуждения для поддержания его в рабочем состоянии.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, нагрузочное устройство включает резистор деления напряжения и два последовательно соединенных нагрузочных резистора, при этом первый вывод резистора деления напряжения и первый вывод одного нагрузочного резистора действуют как вход нагрузочного устройства и соединены с устройством ввода напряжения, второй вывод резистора деления напряжения и второй вывод другого нагрузочного резистора электрически соединены с первым выводом и управляющим выводом переключающего транзистора, соответственно, при этом управляющий вывод переключающего транзистора действует как управляющий вывод нагрузочного устройства и электрически соединен с выходом устройства управления с обратной связью, второй вывод переключающего транзистора электрически соединен с анодом диода, катод диода электрически соединен с первым электродом конденсатора, второй электрод конденсатора электрически заземлен, при этом первый электрод конденсатора также действует как выход нагрузочного устройства и электрически соединен с портом электропитания устройства возбуждения.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, устройство возбуждения включает ИС возбуждения, при этом порт электропитания ИС возбуждения действует как порт электропитания устройства возбуждения и электрически соединен с выходом нагрузочного устройства, контакт вывода управляющего сигнала ИС возбуждения электрически соединен с управляющим выводом переключающего транзистора. Первый вывод переключающего транзистора действует как выход устройства возбуждения и электрически соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора, и второй вывод переключающего транзистора электрически заземлен через резистор деления.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, устройство управления с обратной связью включает резистор детектирования, первый вывод которого действует в качестве входного контакта устройства управления с обратной связью и электрически соединен с вспомогательной обмоткой трансформатора, и второй вывод которого электрически соединен с анодом диода. Катод диода электрически заземлен через два последовательно соединенных резистора деления напряжения. Напряжение на одном из двух резисторов деления напряжения подается обратно на один вход компаратора, а заданное опорное напряжение подается на другой вход компаратора. Выход компаратора электрически соединен с управляющим выводом переключающего транзистора, при этом первый вывод переключающего транзистора электрически заземлен, и второй вывод переключающего транзистора действует как выход устройства управления с обратной связью и электрически соединен с управляющим выводом нагрузочного устройства. Более того, катод диода также электрически соединен с портом электропитания устройства возбуждения.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, устройство ввода напряжения включает схему двухполупериодного мостового выпрямителя-фильтра.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, вышеописанная схема может кроме того включать:
устройство вывода напряжения, расположенное между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой, для стабилизации и изоляции напряжения.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, в описанном выше трансформаторе первый вывод вспомогательной обмотки электрически заземлен, второй вывод вспомогательной обмотки расположен рядом со вторым выводом первичной обмотки и служит в качестве ее точечной клеммы, при этом второй вывод вспомогательной обмотки также электрически соединен с входом устройства управления с обратной связью.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, в описанном выше нагрузочном устройстве резистор деления напряжения имеет значение на уровне килоомов, и два нагрузочных резистора имеют значение на уровне мегаомов.
Более того, настоящее изобретение также предлагает способ возбуждения схемы обратноходового драйвера быстрого пуска, включающий:
доведение напряжения на порте электропитания устройства возбуждения до пускового напряжения путем зарядки, чтобы перевести устройство возбуждения в рабочее состояние;
возбуждение первичной обмотки трансформатора до рабочего состояния устройством возбуждения, чтобы генерировать напряжение вспомогательной обмотки на вспомогательной обмотке трансформатора; и
детектирование напряжения вспомогательной обмотки и определение, прекратить ли зарядку или нет на основании величины напряжения вспомогательной обмотки, если зарядка прекращается, то устройство возбуждения поддерживается в рабочем состоянии напряжением вспомогательной обмотки.
Далее, если напряжение вспомогательной обмотки больше чем заданное опорное напряжение, зарядка прекращается.
По сравнению с известным уровнем техники схема обратноходового драйвера быстрого пуска, предложенная в настоящем изобретении, имеет преимущества, заключающиеся в быстром пуске и низком потреблении электроэнергии. На стадии пуска схемы напряжение, требуемое для пуска, быстро повышается до пускового напряжения путем зарядки. На стадии стабилизации схемы напряжение вспомогательной обмотки трансформатора контролируется. Устройство возбуждения продолжает работать, даже если процесс зарядки прекращается, так что схема переходит в режим ожидания с низким потреблением электроэнергии. Настоящее изобретение, в частности, подходит для возбуждения мощной нагрузки, которая требует быстрого пуска, такой как подсветка панели жидкокристаллического дисплея.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи представлены для более полного понимания настоящего изобретения и, как часть описания, используются для иллюстрации настоящего изобретения вместе с вариантами осуществления настоящего изобретения, а не для ограничения настоящего изобретения. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1 - принципиальная схема обратноходового драйвера быстрого пуска в известном уровне техники.
Фиг. 2 - блок-схема обратноходового драйвера быстрого пуска согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - принципиальная схема одного конкретного варианта осуществления схемы обратноходового драйвера быстрого пуска, показанной на Фиг. 2.
Подробное описание вариантов осуществления
На Фиг. 2 показана блок-схема обратноходового драйвера быстрого пуска согласно настоящему изобретению. Схема включает устройство ввода напряжения 100, трансформатор 200, нагрузочное устройство 300, устройство возбуждения 400 и устройство управления с обратной связью 500, при этом устройство ввода напряжения 100 подает напряжение постоянного тока.
Трансформатор 200 включает первичную обмотку 201 и вторичную обмотку 202, взаимодействующие на разных сторонах трансформатора, и вспомогательную обмотку 203, взаимодействующую с первичной обмоткой 201 на той же стороне трансформатора, при этом первый вывод первичной обмотки 201 электрически соединен с устройством ввода напряжения 100 для получения напряжения постоянного тока.
Вход нагрузочного устройства 300 электрически соединен с устройством ввода напряжения 100 для получения напряжения постоянного тока, и выход электрически соединен с портом электропитания устройства возбуждения 400 для осуществления процесса зарядки на основании напряжения постоянного тока, чтобы быстро довести напряжение, подаваемое портом электропитания устройства возбуждения 400 до пускового напряжения Vcc.
Выход устройства возбуждения 400 электрически соединен с вторым выводом первичной обмотки 201 трансформатора 200, и после того, как напряжение на порте электропитания увеличится до пускового значения Vcc, устройство возбуждения 400 начинает работать и выводит сигнал возбуждения на первичную обмотку 201 трансформатора 200.
Вход устройства управления с обратной связью 500 электрически соединен с вспомогательной обмоткой 203 трансформатора 200 для детектирования напряжения вспомогательной обмотки, и его выход электрически соединен с управляющим выводом нагрузочного устройства 300, чтобы определять, выводить ли управляющий сигнал или нет, на основании величины напряжения вспомогательной обмотки. Управляющий сигнал используется для определения, заряжать ли нагрузочное устройство 300 или нет. Когда нагрузочное устройство 300 прекратит процесс зарядки, устройство управления с обратной связью 500 также подает напряжение вспомогательной обмотки обратно на устройство возбуждения 400, чтобы позволить ему продолжать работать.
Конечно, исходя из практической ситуации, вышеупомянутая схема обратноходового драйвера быстрого пуска может, кроме того, включать другие функциональные модули, такие как модуль вывода напряжения 600, расположенный между вторичной обмоткой 202 трансформатора 200 и нагрузкой, для стабилизации и изоляции напряжения.
Способ возбуждения схемы обратноходового драйвера быстрого пуска включает следующие этапы:
доведение напряжения на порте электропитания устройства возбуждения до пускового напряжения путем зарядки, чтобы перевести устройство возбуждения в рабочее состояние;
возбуждение первичной обмотки трансформатора до рабочего состояния устройством возбуждения, чтобы генерировать напряжение вспомогательной обмотки на вспомогательной обмотке трансформатора; и
детектирование напряжения вспомогательной обмотки и определение, прекратить ли зарядку или нет на основании величины напряжения вспомогательной обмотки, если зарядка прекращается, то устройство возбуждения поддерживается в рабочем состоянии напряжением вспомогательной обмотки.
Для более глубокого понимания целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения оно будет более подробно описано ниже в связи с конкретными вариантами осуществления.
Как показано на Фиг. 3, которая представляет принципиальную схему одного конкретного варианта осуществления вышеупомянутой схемы обратноходового драйвера быстрого пуска, схема используется для возбуждения светодиодной подсветки панели жидкокристаллического дисплея, при этом устройство ввода напряжения 100 включает двухполупериодный мостовой выпрямитель-фильтр 101, который преобразует полученное напряжение переменного тока в постоянное напряжение постоянного тока и затем выводит такое напряжение.
Первый вывод первичной обмотки 201 трансформатора 200 электрически соединен с устройством ввода напряжения 100 для получения напряжения постоянного тока. Первый вывод вспомогательной обмотки 203 трансформатора 200 электрически заземлен, и второй ее вывод расположен рядом со вторым выводом первичной обмотки 201 и служит в качестве ее точечной клеммы.
Нагрузочное устройство 300 включает резистор деления напряжения R1 и два последовательно соединенных нагрузочных резистора R2 и R3, при этом первый вывод резистора деления напряжения R1 и первый вывод нагрузочного резистора R2 действуют как вход нагрузочного устройства 300 и соединены с выходом устройства ввода напряжения 100 для получения напряжения постоянного тока. Второй вывод резистора деления напряжения R1 и второй вывод нагрузочного резистора R3 электрически соединены с первым выводом и управляющим выводом переключающего транзистора Т1, соответственно. Управляющий вывод переключающего транзистора Т1 также действует как управляющий вывод нагрузочного устройства 300, и второй вывод переключающего транзистора Т1 электрически соединен с анодом диода D1. Катод диода D1 электрически соединен с первым электродом конденсатора С1. Второй электрод конденсатора C1 электрически заземлен, при этом его первый электрод также действует как выход нагрузочного устройства 300 и электрически соединен с портом электропитания устройства возбуждения 400. В данном варианте осуществления, предпочтительно, нагрузочные резисторы R2 и R3 имеют значения на уровне мегаомов, и резистор деления напряжения R1 имеет относительно малое электрическое сопротивление, на уровне килоомов, так что напряжение на первом электроде конденсатора С1 быстро доводится до пускового напряжения Vcc.
Устройство возбуждения 400 включает ИС возбуждения, обозначенную как "Drive IC". В данном варианте осуществления ИС возбуждения применена в модуле подсветки панели жидкокристаллического дисплея. Для вывода соответствующего управляющего сигнала необходимо, чтобы ИС работала под пусковым напряжением Vcc. Порт электропитания ИС возбуждения действует как порт электропитания устройства возбуждения 400 и электрически соединен с выходом нагрузочного устройства 300. Управляющий сигнал, выводимый ИС возбуждения, подается на управляющий вывод переключающего транзистора Т2. Первый вывод транзистора Т2 действует как выход устройства возбуждения 400 и электрически соединен со вторым выводом первичной обмотки 201 трансформатора 200. Второй вывод переключающего транзистора Т2 электрически заземлен через резистор деления R4. Под управлением управляющего сигнала от ИС возбуждения переключающий транзистор Т2 включается или отключается, чтобы обеспечить соединение с заземлением или отсоединение от заземления второго вывода первичной обмотки 201 трансформатора 200.
Устройство управления с обратной связью 500 включает резистор детектирования R5. Первый вывод резистора детектирования R5 действует как вход устройства управления с обратной связью 500 и электрически соединен со вторым выводом вспомогательной обмотки 201 трансформатора 200, чтобы детектировать напряжение вспомогательной обмотки. Второй вывод резистора детектирования R5 электрически соединен с анодом диода D2, и катод диода D2 в свою очередь электрически соединен с портом электропитания устройства возбуждения 400 (т.е. портом электропитания ИС возбуждения) и также электрически заземлен через два последовательно соединенных резистора деления напряжения R6 и R7. Резисторы деления напряжения R6 и R7 используются для деления напряжения вспомогательной обмотки. Напряжение на двух резисторах деления напряжения R6 и R7 подается обратно на один вход компаратора, обозначенного как "Comp". На другой вход компаратора Comp подается заданное опорное напряжение, и выход компаратора Comp электрически соединен с управляющим выводом переключающего транзистора Т3. Первый вывод переключающего транзистора Т3 электрически заземлен, и второй вывод переключающего транзистора Т3 действует как выход устройства управления с обратной связью 500 и электрически соединен с управляющим выводом нагрузочного устройства 300 (т.е. управляющим выводом переключающего транзистора Т1 нагрузочного устройства 300). В данном варианте осуществления, когда напряжение обратной связи больше чем заданное опорное напряжение, управляющий сигнал от компаратора Comp обеспечивает включение переключающего транзистора Т3, так что напряжение на управляющем выводе переключающего транзистора Т1 нагрузочного устройства 300 доводится до нулевого уровня, и затем переключающий транзистор Т1 отключается. В данном случае цепь зарядки конденсатора С1 в нагрузочном устройстве 300 разомкнута.
Более конкретно, принцип действия схемы обратноходового драйвера быстрого пуска, показанной на Фиг. 3, можно описать следующим образом.
На стадии пуска схемы нагрузочное устройство 300 получает напряжение постоянного тока от устройства ввода напряжения 100. Переключающий транзистор Т1 включается посредством нагрузочных резисторов R2 и R3, и затем цепь зарядки конденсатора С1 замыкается. При этом, из-за относительно низкого электрического сопротивления резистора деления напряжения R1, зарядный ток конденсатора С1 относительно большой, и, таким образом, напряжение на первом электроде конденсатора С1 быстро увеличится до пускового значения Vcc, этим обеспечивая быстрый пуск ИС возбуждения.
Когда напряжение на первом электроде конденсатора С1 увеличится до пускового значения Vcc, соответственное напряжение на порте электропитания ИС возбуждения также увеличится до пускового значения Vcc. Таким образом, ИС возбуждения Drive IC начинает работать и выводит управляющий сигнал на переключающий транзистор Т2. Переключающий транзистор Т2 включается под управлением управляющего сигнала, так что устройство ввода напряжения 100, первичная обмотка 201 трансформатора 200, резистор деления напряжения R4 и заземление образуют замкнутую цепь. В данном случае первичная обмотка 201 трансформатора 200 начинает работать и подает напряжение первичной обмотки.
На стадии стабилизации схемы вспомогательная обмотка 203 трансформатора 200 генерирует соответствующее напряжение вспомогательной обмотки в ответ на напряжение первичной обмотки 201. Напряжение вспомогательной обмотки делится посредством резисторов деления напряжения R6 и R7. Напряжение на одном резисторе деления напряжения затем подается обратно на компаратор Comp для сравнения с заданным опорным напряжением. Если напряжение вспомогательной обмотки больше чем опорное напряжение, то компаратор Comp выводит соответствующий управляющий сигнал для включения переключающего транзистора Т3, так что напряжение на управляющем выводе переключающего транзистора Т1 доводится до нулевого уровня. В данном случае переключающий транзистор Т1 отключается, и, таким образом, цепь зарядки конденсатора С1 в нагрузочном устройстве 300 размыкается. Хотя нагрузочное устройство 300 прекращает заряжать конденсатор С1, напряжение вспомогательной обмотки подается обратно на порт электропитания ИС возбуждения Drive IC через резистор детектирования R5 и диод D2 устройством управления с обратной связью 500, и, таким образом, ИС возбуждения Drive IC может продолжать работать под напряжением вспомогательной обмотки, не влияя на работу схемы.
Конечно, если напряжение вспомогательной обмотки уменьшится так, что соответствующее напряжение обратной связи станет меньше или равно опорному напряжению, то компаратор Comp выводит соответствующий управляющий сигнал для отключения переключающего транзистора Т3. В данном случае переключающий транзистор Т1 включается снова, нагрузочное устройство 300 возобновляет процесс зарядки конденсатора С1, и процесс зарядки в этот момент соответствует процессу зарядки на стадии пуска схемы.
Как сказано в разделе "Предпосылки для создания изобретения", трудно добиться эффекта хорошего компромисса между временем пуска и потреблением электроэнергии в режиме ожидания схемы обратноходового драйвера быстрого пуска в известном уровне техники. В настоящем изобретении схема обратноходового драйвера быстрого пуска имеет преимущества, заключающиеся в быстром пуске и низком потреблении электроэнергии в режиме ожидания, поэтому она обеспечивает высокий КПД и значительный прогресс.
Следует сказать, что настоящее изобретение также может быть применено для возбуждения нагрузки других типов помимо светодиодной трубки, служащей для подсветки в устройстве жидкокристаллического дисплея. Любые параметры компонентов схемы могут быть выбраны и заданы, исходя из конкретных требований нагрузки.
Хотя выше описаны некоторые варианты осуществления, они представляют собой просто варианты осуществления для облегчения понимания настоящего изобретения, а не для ограничения настоящего изобретения. Любые изменения или альтернативы, очевидные для специалистов в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием, будут подпадать под объем настоящего изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.