兼容可控硅调光的AC/DC电源电路及其控制方法与供电方法技术领域
本发明涉及一种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路及其控制方法与供电方法。
背景技术
近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在广泛应
用。LED不能直接连接到交流电，需要配置相应的限流驱动电源，当前LED驱动使用的方案以
传统的高频开关电源为主，电路复杂，成本高，使得众多厂商转用线性电源方案。
传统线性电源电路的缺点为：a.当市电电压偏高时，限流功率器件功耗非常大，限
流功率器件温升偏高，这限制了线性驱动电源的应用功率范围；b.如果没有储能电容或者
容量很小，输出纹波大，LED利用率低；c.当输入电压有效值比较低时，限流功率器件无法达
到恒流的目的，使得线性调整率低；d.如果有较大的储能电容存在，因为整流桥的导通角比
较小，该线性电源电路功率因数较低。
另外，可控硅调光是目前广泛应用的调光方法。通过改变可控硅导通角的大小，可
调节调光器的输出电压，从而改变LED的亮度。现有线性电源方案要实现可控硅调光，往往
性能不佳。问题可以表现为闪烁、光照不均匀，或在调整光亮度时出现闪烁。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路及其控制方法与供电
方法，从根本上避免了上述线性电源的危害。尤其是显著提高了驱动电源的效率，扩大了驱
动电源的应用功率范围，满足对功率因素的要求，并具有很好的可控硅调光的兼容性。
一种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路，包括：
一交流电源，提供交流电；
一可控硅调光电路，通过改变导通角的大小实现其输出电压的调节；
一整流电路，将交流电源提供交流电转换为直流电；
一限流-恒流电路，控制开关器件，从而控制中间储能电路的充电或放电电流的幅
值或放电时间，实现限流或输出恒流；
一负载电路，串联在整流电路与限流-恒流电路之间，将交流电源与限流-恒流电
路提供的电能转换为输出能量；
一调光信号产生电路，检测整流电路输出的直流电压生成调光信号，该输出信号
作为控制器的一个输入信号，提供电流给定信号；
一电流检测电路，检测被控电流，即限流-恒流电路的输出电流，其输出信号作为
控制器的另一个输入，提供电流反馈信号；
一控制器，根据电流给定信号与电流反馈信号的差异生成限流-恒流电路中开关
器件的控制信号，使被控电流根据整流电路输出的直流电压的变化而相应变化，实现可控
硅调光，并提供该控制信号给驱动电路；
一驱动电路，根据接收到的控制信号，产生控制限流-恒流电路中开关器件的工作
状态的驱动信号。
进一步地，限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管
D5、二极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端连接二极管
D5的正极，二极管D5的负极通过中间储能电路连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过
负载连接整流电路的负极输出端；
开关器件M1的一端连接在二极管D5的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M1
的另一端连接在二极管D6的负极与负载的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关
器件M2的一端连接在二极管D5的正极与整流电路的正极输出端的交汇处，开关器件M2的另
一端连接在中间储能电路与二极管D6的正极的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。
进一步地，限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管
D5、二极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端通过负载连
接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过中间储能电路连接二极管D5的正极，二极管D5的
负极连接整流电路的负极输出端；
开关器件M1的一端连接在二极管D6的正极与负载的交汇处，开关器件M1的另一端
连接在中间储能电路与二极管D5的正极的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关
器件M2的一端连接在二极管D6的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M2的另一端连接
在二极管D5的负极与整流电路的负极输出端的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。
进一步地，负载电路还包括输出滤波电容C2，输出滤波电容C2与负载并联。
进一步地，中间储能电路采用中间储能电容C1或中间储能电路采用储能电容网
络，储能电容网络在充电期间等效为两个或两个以上电容串联，在放电期间等效为两个或
多个电容并联。
进一步地，开关器件M1采用场效应管M1，场效应管M1的漏极连接在二极管D5的负
极与中间储能电路的交汇处，场效应管M1的源极连接在二极管D6的负极与负载的交汇处，
场效应管M1的栅极外接控制信号。
进一步地，开关器件M2采用场效应管M2，场效应管M2的漏极连接在二极管D5的正
极与整流电路的正极输出端的交汇处，场效应管M2的源极连接在中间储能电路与二极管D6
的正极的交汇处，场效应管M2的栅极外接控制信号。
进一步地，开关器件M1采用场效应管M1，场效应管M1的漏极连接在二极管D6的正
极与负载的交汇处，场效应管M1的源极连接在二极管D5的正极与中间储能电路的交汇处，
场效应管M1的栅极外接控制信号。
进一步地，开关器件M2采用场效应管M2，场效应管M2的漏极连接在二极管D6的负
极与中间储能电路的交汇处，场效应管M2的源极连接在整流电路负极输出端与二极管D5的
负极极的交汇处，场效应管M2的栅极外接控制信号。
一种上述任一项所述兼容可控硅调光的AC/DC电源电路的控制方法，电流反馈信
号低于电流给定信号时，控制器产生的控制信号经由驱动电路控制开关器件M1和/或开关
器件M2的工作状态，从而增加C1充放电能量或是输入电源经由路径二极管D5-开关器件M1
或是开关器件M2-二极管D6所提供能量，使得被控电流增大，趋于与电流给定一致；电流反
馈信号高于电流给定信号时，控制器产生的控制信号经由驱动电路控制开关器件M1或开关
器件M2工作状态，从而减小C1充放电能量或是输入电源经由路径二极管D5-开关器件M1或
是开关器件M2-二极管D6所提供能量，使得被控电流减小，并趋于与电流给定一致。
进一步地，开关器件M1和开关器件M2被分别控制工作在线性状态或开关状态。
进一步地，控制开关器件M2工作在开关状态，并只在交流电源电压幅值低于负载
电压时，开关器件M2导通，其余时间关断开关器件M2；
控制开关器件M1工作在开关状态，在交流电源电压幅值低于负载电压和中间储能
电路电压之差期间的某一时间开通开关器件M1，根据需求控制开关器件M1的关断时间进而
控制传递到输出端的能量；在交流电源电压幅值高于负载电压时强制关断开关器件M1。
一种上述兼容可控硅调光的AC/DC电源电路的供电方法，交流电源通过中间储能
电路给负载提供能量：
供电方式一：交流电源经由可控硅调光电路、整流电路、二极管D5、中间储能电路
及二极管D6向负载提供能量，中间储能电路充电；
供电方式二：交流电源经由可控硅调光电路、整流电路、开关器件M2、中间储能电
路及开关器件M1向负载提供能量，中间储能电路放电。
进一步地，交流电源还可分时或同时进行供电方式三：交流电源经由可控硅调光
电路、整流电路、二极管D5、开关器件M1或是交流电源经由可控硅调光电路、整流电路、开关
器件M2、二极管D6，向负载提供能量。
进一步地，交流电源电压幅值高于中间储能电路电压和负载电压之和时，进入供
电方式一；
交流电源电压幅值低于中间储能电路电压和负载电压之和且高于负载电压与中
间储能电路电压之差时，进入供电方式二；
交流电源电压幅值高于负载电压期间，可进入供电方式三。
进一步地，供电方式一、供电方式二、供电方式三外的其他时间段，整流电路、二极
管D5、二极管D6、开关器件M1、开关器件M2均不工作，只有输出滤波电容C2放电给负载提供
能量；若无输出滤波电容C2，则负载电流断续。
本发明的有益效果是：该种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路及其控制方法与供
电方法，功率器件损耗极低，转换效率极高，轻松扩大驱动电源的功率应用范围；增加了整
流桥的导通角，从而使电源电路的功率因数高于传统整流电路；输出电压及电流纹波小；有
较好的抗击雷击浪涌的能力；具有良好的可控硅调光兼容性；易于集成。该种兼容可控硅调
光的AC/DC电源电路，通过直接或间接检测可控硅导通角，相应地控制开关器件的工作状
态，从而调节中间储能电路的充放电能量高低，或是调节输入电源经由路径D5-M1或是M2-
D6所提供能量的高低，最终调整输出电流大小，实现LED亮度调节。
附图说明
图1是本发明实施例兼容可控硅调光的AC/DC电源电路的连接示意图。
图2是实施例中限流-恒流电路的连接示意图。
图3是实施例中限流-恒流电路的中间储能电容C1的充电过程示意图，其中(a)为
交流电源的正半周，(b)是交流电源的负半周。
图4是实施例中限流-恒流电路的中间储能电容C1的放电过程示意图，其中(a)为
交流电源的正半周，(b)是交流电源的负半周。
图5是实施例兼容可控硅调光的AC/DC电源电路的控制方法的流程示意图。
图6是实施例中限流-恒流电路的另一种连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路，如图1，包括：
一交流电源，提供交流电；
一可控硅调光电路，通过改变导通角的大小实现其输出电压的调节；
一整流电路，将交流电源提供交流电转换为直流电；
一限流-恒流电路，控制开关器件，从而控制中间储能电路的充电或放电电流的幅
值或放电时间，实现限流或输出恒流；
一负载电路，串联在整流电路与限流-恒流电路之间，将交流电源与限流-恒流电
路提供的电能转换为输出能量；
一调光信号产生电路，检测整流电路输出的直流电压生成调光信号，该输出信号
作为控制器的一个输入信号，提供电流给定信号；
一电流检测电路，检测被控电流，即限流-恒流电路的输出电流，其输出信号作为
控制器的另一个输入，提供电流反馈信号；
一控制器，根据电流给定信号与电流反馈信号的差异生成限流-恒流电路中开关
器件的控制信号，使被控电流根据整流电路输出的直流电压的变化而相应变化，实现可控
硅调光，并提供该控制信号给驱动电路；
一驱动电路，根据接收到的控制信号，产生控制限流-恒流电路中开关器件的工作
状态的驱动信号。
如图2，限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管D5、二
极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端连接二极管D5的
正极，二极管D5的负极通过中间储能电路连接二极管D6的正极，二极管D6的负极通过负载
连接整流电路的负极输出端。
开关器件M1的一端连接在二极管D5的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M1
的另一端连接在二极管D6的负极与负载的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关
器件M2的一端连接在二极管D5的正极与整流电路的正极输出端的交汇处，开关器件M2的另
一端连接在中间储能电路与二极管D6的正极的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。
如图5，限流-恒流电路包括中间储能电路、开关器件M1、开关器件M2、二极管D5、二
极管D6，整流电路的输入端分别与交流电源相连，整流电路的正极输出端通过负载连接二
极管D6的正极，二极管D6的负极通过中间储能电路连接二极管D5的正极，二极管D5的负极
连接整流电路的负极输出端。
开关器件M1的一端连接在二极管D6的正极与负载的交汇处，开关器件M1的另一端
连接在中间储能电路与二极管D5的正极的交汇处，开关器件M1的控制端接控制信号；开关
器件M2的一端连接在二极管D6的负极与中间储能电路的交汇处，开关器件M2的另一端连接
在二极管D5的负极与整流电路的负极输出端的交汇处，开关器件M2的控制端接控制信号。
该种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路，功率器件损耗极低，转换效率极高，轻松
扩大驱动电源的功率应用范围。本发明增加了整流桥的导通角，从而使电源电路的功率因
数高于传统整流电路。且本发明的输出电压及电流纹波小，并有较好的抗击雷击浪涌的能
力。
负载R_load可以是阻性负载，也可以是其它类型的负载，包括但不限于LED负载、
开关电源负载或线性电源负载。还可包括输出滤波电容C2，输出滤波电容C2与负载并联。输
出滤波电容C2的容值可根据性能要求选取。输出滤波电容C2是一个可选器件，由输出电流
纹波要求决定。没有输出滤波电容C2，电路也能正常工作。
二极管D5、二极管D6为中间储能电容C1提供充电回路。开关器件M1、开关器件M2为
功率器件，其功能为：给中间储能电容C1提供放电路径并根据负载R_load需求控制传递到
输出能量的多少。不同的控制策略下，开关器件M1、开关器件M2可以分别工作在开关状态或
线性状态。二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4为输入整流桥。中间储能电容C1、输出
滤波电容C2的容量可根据实际性能要求选取。
中间储能电路采用中间储能电容C1或中间储能电路采用储能电容网络，储能电容
网络的特征在于：在充电期间等效为两个或两个以上电容串联，在放电期间等效为两个或
多个电容并联。图6为一种储能电容网络实施方案，储能电容网络包括电容C3、电容C4、电容
C5，电容C3的一端连接在二极管D7的负极与二级管D8的正极的交汇处，电容C3的另一端连
接二极管D9的负极与二极管D12的负极的交汇处，电容C4一端连接在二极管D8的负极与二
级管D9的正极的交汇处，电容C4的另一端连接在二极管D10的负极与二级管D11的正极的交
汇处，电容C5的一端连接在二极管D11的负极与二级管D12的正极的交汇处，电容C5的另一
端连接在二极管D10的正极与二极管D7的正极的交汇处。
如图2所示，开关器件M1可采用场效应管M1，场效应管M1的漏极连接在二极管D5的
负极与中间储能电路的交汇处，场效应管M1的源极连接在二极管D6的负极与负载的交汇
处，场效应管M1的栅极外接控制信号。
如图2所示，开关器件M2可采用场效应管M2，场效应管M2的漏极连接在二极管D5的
正极与整流电路的正极输出端的交汇处，场效应管M2的源极连接在中间储能电路与二极管
D6的正极的交汇处，场效应管M2的栅极外接控制信号。
如图6所示，开关器件M1可采用场效应管M1，场效应管M1的漏极连接在二极管D6的
正极与负载的交汇处，场效应管M1的源极连接在二极管D5的正极与中间储能电路的交汇
处，场效应管M1的栅极外接控制信号。
如图6所示，开关器件M2可采用场效应管M2，场效应管M2的漏极连接在二极管D6的
负极与中间储能电路的交汇处，场效应管M2的源极连接在整流电路负极输出端与二极管D5
的负极极的交汇处，场效应管M2的栅极外接控制信号。
该种兼容可控硅调光的AC/DC电源电路，具有良好的可控硅调光兼容性。通过直接
或间接检测可控硅导通角，相应地控制开关器件M1和/或开关器件M2的工作状态，从而调节
中间储能电容C1的充放电能量高低，或是调节输入电源经由路径D5-M1或是M2-D6所提供能
量的高低，最终调整输出电流大小，实现LED亮度调节。
一种上述兼容可控硅调光的AC/DC电源电路的控制方法，如图5，调光信号产生电
路通过检测整流输出直流电压生成调光信号，其输出信号作为控制器的一个输入信号，提
供电流给定信号。电流检测电路检测被控电流，例如输出电流，其输出信号作为控制器的另
一个输入，提供电流反馈信号。控制器可以为一比较电路或运放电路，根据电流给定信号与
电流反馈信号的差异生成控制信号，并提供该控制信号给驱动电路。电流反馈信号低于电
流给定信号时，产生的控制信号经由驱动电路控制开关器件M1和/或开关器件M2工作状态，
从而增加中间储能电容C1充放电能量或是输入电源经由路径二极管D5-开关器件M1或是开
关器件M2-二极管D6所提供能量，使得被控电流增大，趋于与电流给定一致；电流反馈信号
高于电流给定信号时，产生的控制信号经由驱动电路控制开关器件M1和/或开关器件M2工
作状态，从而减小中间储能电容C1充放电能量或是输入电源经由路径二极管D5-开关器件
M1或是开关器件M2-二极管D6所提供能量，使得被控电流减小，并趋于与电流给定一致。驱
动电路根据接收到的控制信号，产生驱动信号，从而控制开关器件M1、开关器件M2的工作状
态，调节C1充放电能量或是输入电源经由路径二极管D5-开关器件M1或是开关器件M2-二极
管D6所提供能量的高低，使得被控电流根据整流输出直流电压的变化而相应变化，从而实
现可控硅调光。这里，驱动电路可以同步驱动开关器件M1、开关器件M2，也可驱动其中某一
只功率器件，而另一只功率器件则单独控制。
实现兼容可控硅调光的控制方案很多，在此无法穷举。任何控制策略，凡是通过调
节中间储能电容C1的充放电能量高低，或是调节输入电源经由路径D5-M1或M2-D6所提供能
量的高低，最终调整输出电流大小，实现LED亮度调节，均视为此专利保护之列。
图2、图6中所示的限流-恒流电路还可采用以下控制方法，包括：
a)控制开关器件M2工作在开关状态，并只在交流电源电压幅值低于输出滤波电容
C2电压，即|Vac|<V_C2时导通，其余时间关断。可开环控制。
b)控制开关器件M1工作在开关状态，在交流电源电压幅值低于输出滤波电容C2和
中间储能电容C1的电压差，即|Vac|<V_C2-V_C1期间的某一时间开通。关断时间可控，从而
根据需求控制传递到输出能量的多少。在输入电源电压瞬时值大于输出滤波电容C2电压，
即|Vac|>V_C2时强制关断。
该种控制方法，开关器件M1与开关器件M2都工作在开关状态，施加在开关器件两
端之间的压差很低，大幅降低了损耗。
该种控制方法，交流电源总是经由中间储能电容C1给输出滤波电容C2和负载R_
load提供能量，不经由路径二极管D5-开关器件M1或是开关器件M2-二极管D6向输出滤波电
容C2和负载R_load提供能量。
该种控制方法，中间储能电容C1通过输入电源放电，有效增加了整流桥的导通角，
从而提高功率因素。在中间储能电容C1放电期间，电源电压上升，中间储能电容C1电压下
降，Vrec+V_C1幅值变化极小，有效限制了放电电流，降低了输出电压及电流纹波。
除上述典型控制方案，本电源电路还适用多种控制策略。开关器件M1、开关器件M2
根据需要可分别工作在开关状态或是线性状态。输入电源可经由中间储能电容C1向输出滤
波电容C2和负载R_load提供能量，也可经由路径二极管D5-开关器件M1或是开关器件M2-二
极管D6向输出滤波电容C2和负载R-road提供能量。这两种提供能量的方式可以分时进行，
也可同时进行。
一种上述兼容可控硅调光的AC/DC电源电路的供电方法，交流电源通过中间储能
电路给负载提供能量：
供电方式一：开关器件M1关断且开关器件M2关断时，交流电源经由可控硅调光电
路、整流电路、二极管D5、中间储能电路及二极管D6向负载提供能量，中间储能电路充电；
供电方式二：开关器件M1导通且开关器件M2导通时，交流电源经由可控硅调光电
路、整流电路、开关器件M2、中间储能电路及开关器件M1向负载提供能量，中间储能电路放
电。
交流电源还可分时或同时进行供电方式三：开关器件M1导通且开关器件M2关断
时，交流电源经由可控硅调光电路、整流电路、二极管D5、开关器件M1；或是开关器件M1关断
且开关器件M2导通时，交流电源经由可控硅调光电路、整流电路、开关器件M2、二极管D6，向
负载提供能量。
图2、图6中所示的限流-恒流电路还可采用以下供电方法：
当输入电源电压幅值高于中间储能电容C1的电压V_C1和输出滤波电容C2的电压
V_C2之和时，输入电源通过整流桥(二极管D1和二极管D4或二极管D2和二极管D3)、二极管
D5及二极管D6对中间储能电容C1和输出滤波电容C2充电，如图3(a)、图3(b)实线所示。中间
储能电容C1起限流作用。
当输入电源电压幅值低于中间储能电容C1和输出滤波电容C2电压和且大于输出
滤波电容C2和中间储能电容C1电压差时，适当控制开关器件M1和开关器件M2，使得中间储
能电容C1通过输入电源、整流桥、开关器件M2及开关器件M1对输出放电，储存在中间储能电
容C1中的能量释放到输出端。如图4(a)、图4(b)所示。中间储能电容C1与输入电源共同向输
出提供能量。开关器件M1和开关器件M2可根据需要分别工作在线性状态或是开关状态。
在输入电源电压幅值高于输出滤波电容C2电压期间，即|Vac|>V_C2期间，也可适
当控制开关器件M1或开关器件M2，使得输入电源通过整流桥-二极管D5-开关器件M1或是整
流桥-开关器件M2-二极管D6给输出滤波电容C2充电。其原理与传统线性电源电路相同。同
时可伴随中间储能电容C1的充电或放电。
除上述三种工作模式的其他时间段，整流桥、二极管D5、二极管D6、开关器件M1、开
关器件M2均不工作，只有输出滤波电容C2放电给负载R_load提供能量。若无输出滤波电容
C2，则负载电流断续。