一种线性能量回收电路、回收方法和电气装置与流程

本发明涉及集成电路技术领域，特别地，涉及一种线性能量回收电路和回收方法，以及采用了该线性能量回收电路或回收方法的电气装置。

背景技术：

现有的线性智能控制电路100包括输入电压源110、线性驱动模块130和智能控制模块150，还包括供电模块140给智能控制模块150供电。

图1为现有的线性智能控制系统100，输入电压源110(通常包括整流器，滤波电路等)输出一个不控直流母线电压vbus，vbus电压通过线性驱动电路给负载120(通常为led)提供所需的电流。vbus电压还同时通过供电模块140，给智能控制模块150供电，智能控制模块150输出智能控制信号pwm控制线性驱动模块130，实现对负载120的智能控制，比如调亮度和/或调色温。由于智能控制模块150的需要低压大电流供电，比如蓝牙模块需要3.3v/30ma的供电电源，供电模块140只能从母线电压vbus(通常为220vac电压，整流以后的vbus电压为310v)取电，电压转换效率非常低，同时也降低了系统整体的效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种线性能量回收电路和回收方法，以及采用了该线性能量回收电路或回收方法的电气装置，通过对线性驱动模块的能量回收，可以有效利用资源，提升效率。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，具有一输入电压源，还包括至少一线性驱动模块，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述输入电压源电耦接，接收所述输入电压源输出的供电电压；一能量回收模块，具有输入端和输出端，其中输入端电耦接至所述线性驱动模块的输出端，回收所述线性驱动模块的能量，输出端输出一能量回收电压；一智能控制模块，具有输入端和输出端，其中输入端电耦接至所述能量回收模块，接收所述能量回收电压，输出端输出一智能控制信号，所述智能控制模块输出端与所述线性驱动模块的控制端电耦接，所述智能控制信号可控制所述线性驱动模块中的负载电流。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述能量回收模块包括：一能量回收切换电路，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输入端与所述线性驱动模块输出端电耦接，接收所述线性驱动模块的能量，第一输出端与地电耦接；一储能电容，具有第一端和第二端，其中第一端与所述能量回收切换电路第二输出端电耦接，第二端与地电耦接，所述储能电容上的电压即为所述能量回收模块输出端输出的能量回收电压；一能量回收控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述储能电容第一端电耦接，接收所述能量回收电压，第二输入端与第一基准电压电耦接，输出端与所述能量回收切换电路第二输入端电耦接，所述能量回收控制电路输出端输出一切换控制信号，当所述切换控制信号为高电平时，将所述能量回收切换电路第一输入端切换到第一输出端与地电耦接；当所述切换控制信号为低电平时，将所述能量回收切换电路第一输入端切换到第二输出端与所述储能电容电耦接。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述能量回收控制电路包括：第一比例采样电路，具有输入端和输出端，其中输入端与所述储能电容第一端电耦接，接收所述能量回收电压，输出端输出第一能量回收比例缩小电压；一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述第一比例采样电路输出端电耦接，接收所述第一能量回收比例缩小电压，第二输入端与所述第一基准电压电耦接，输出端输出一切换控制信号。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述能量回收切换电路包括：第一二极管，具有阴极和阳极，其中阴极与所述储能电容第一端电耦接，阳极与所述线性驱动模块输出端电耦接；第一开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述线性驱动模块输出端电耦接，输出端与地电耦接，控制端与所述切换控制信号电耦接。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述能量回收切换电路包括：第二开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述线性驱动模块输出端电耦接，输出端与地电耦接，控制端与所述切换控制信号电耦接；第三开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述线性驱动模块输出端电耦接，输出端与所述储能电容电耦接，控制端与一反相器输出端电耦接，所述反相器的输入端与所述切换控制信号电耦接。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述线性驱动模块包括：一负载，具有输入端和输出端，其中输入端与所述输入电压源电耦接，接收所述输入电压源输出的供电电压；一线性驱动电路，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述负载输出端电耦接，输出端与所述能量回收模块输入端电耦接，控制端与所述智能控制模块输出端电耦接，所述线性驱动电路可设置流过所述负载的电流，控制端信号可控制流过所述负载的电流。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述线性驱动电路包括：第一调整功率管，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述负载的输出端电耦接；第一误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与第三基准电压电耦接，第二输入端与所述第一调整功率管输出端电耦接，输出端与所述第一调整功率管控制端电耦接；一电流设置电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一调整功率管输出端电耦接，第二端与所述能量回收模块输入端电耦接，所述第三基准电压和所述电流设置电阻一起设置了流过所述负载的电流；一反相器，具有输入端和输出端，其中输入端与所述智能控制模块输出端电耦接，接收所述智能控制信号；第四开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述第一调整功率管控制端电耦接，控制端与所述反相器输出端电耦接，输出端与地电耦接，所述智能控制信号通过所述第四开关控制流过所述负载的电流。

根据本发明一实施例的一种线性能量回收电路，所述线性能量回收电路还包括：一辅助供电模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述输入电压源电耦接，接收所述输入电压源输出的供电电压，输出端与所述能量回收模块输出端电耦接，所述辅助供电模块的功能是在所述能量回收模块不能提供足够所述智能控制模块所需的电压时，实现辅助供电，维持所述智能控制模块正常工作。

根据本发明一实施例的一种能量回收方法，包括：用储能电容回收线性驱动模块的能量，产生能量回收电压；用能量回收电压对智能控制模块供电，产生智能控制信号；用智能控制信号控制线性驱动模块负载电流，实现智能控制。

根据本发明一实施例的一种电气装置，采用了所述的线性能量回收电路，或所述的能量回收方法。

通过回收利用线性驱动的能量给系统供电，节约了能源，降低了成本，提升了效率。

附图说明

图1所示为现有线性智能控制电路示意图；

图2a所示为本发明一实施例的线性能量回收电路示意图；

图2b所示为本发明一实施例的能量回收模块示意图；

图2c所示为本发明一实施例的能量回收控制电路示意图；

图2d所示为本发明一实施例的能量回收切换电路示意图；

图2e所示为本发明另一实施例的能量回收切换电路示意图；

图3为根据本发明一实施例的能量回收方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图2a为根据本发明一实施例的线性能量回收电路200的示意图，具有一输入电压源201，包括至少一线性驱动模块230，所述线性驱动模块230具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述输入电压源210电耦接，接收所述输入电压源210输出的供电电压vbus；一能量回收模块240，具有输入端和输出端，其中输入端电耦接至所述线性驱动模块230的输出端vd2，回收所述线性驱动模块230的能量，输出端输出一能量回收电压vcc；一智能控制模块250，具有输入端和输出端，其中输入端电耦接至所述能量回收模块240，接收所述能量回收电压vcc，输出端输出一智能控制信号pwm，所述智能控制模块250输出端与所述线性驱动模块230的控制端电耦接，所述智能控制信号pwm可控制所述线性驱动模块230中的负载电流。

在一种实施例中，所述能量回收模块240回收所述线性驱动模块230的能量是指回收所述线性驱动模块中的电流。

在一种实施例中，所述线性能量回收电路200同时包括多个线性驱动模块，所述多个线性驱动模块具有相同的输入端与所述输入电压源210电耦接，具有相同的输出端与所述能量回收模块240的输入端电耦接，所述智能控制模块输出多个智能控制信号分别与所述多个线性驱动模块并联连接，分别控制多个线性驱动模块中的负载电流。

在一种实施例中，如图2b所示，所述能量回收模块240包括一能量回收切换电路241，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输入端与所述线性驱动模块230输出端vd2电耦接，接收所述线性驱动模块230的能量，第一输出端与地电耦接；一储能电容243，具有第一端和第二端，其中第一端与所述能量回收切换电路241第二输出端电耦接，第二端与地电耦接，所述储能电容243上的电压vcc即为所述能量回收模块240输出端输出的能量回收电压vcc；一能量回收控制电路242，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述储能电容243第一端电耦接，接收所述能量回收电压vcc，第二输入端与第一基准电压vref1电耦接，输出端与所述能量回收切换电路241第二输入端电耦接，所述能量回收控制电路242输出端输出一切换控制信号g1，当所述切换控制信号g1为高电平时，将所述能量回收切换电路241第一输入端切换到第一输出端与地电耦接；当所述切换控制信号g1为低电平时，将所述能量回收切换电路241第一输入端切换到第二输出端与所述储能电容243电耦接。

在一种实施例中，如图2c所示，所述能量回收控制电路242包括第一比例采样电路242b，具有输入端和输出端，其中输入端与所述储能电容243第一端电耦接，接收所述能量回收电压vcc，输出端输出第一能量回收比例缩小电压k1*vcc；一比较器242a，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述第一比例采样电路242b输出端电耦接，接收所述第一能量回收比例缩小电压k1*vcc，第二输入端与所述第一基准电压vref1电耦接，输出端输出一切换控制信号g1。

在一种实施例中，如图2d所示，所述能量回收切换电路241包括第一二极管241a，具有阴极和阳极，其中阴极与所述储能电容243第一端电耦接，阳极与所述线性驱动模块230输出端电耦接；第一开关241b，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述线性驱动模块230输出端电耦接，输出端与地电耦接，控制端与所述切换控制信号g1电耦接。

在一种实施例中，如图2e所示，所述能量回收切换电路241包括第二开关241c，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述线性驱动模块230输出端电耦接，输出端与地电耦接，控制端与所述切换控制信号g1电耦接；第三开关241d，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述线性驱动模块230输出端电耦接，输出端与所述储能电容243电耦接，控制端与一反相器241e输出端电耦接，所述反相器241e的输入端与所述切换控制信号g1电耦接。

在一种实施例中，所述第一比例采样电路242b为电阻分压电路，通过电阻分压取样所述能量回收vcc，在第一比例采样电路242b的输出端得到第一能量回收比例缩小电压k1*vcc和第一基准电压vref1进行比较，当第一能量回收比例缩小电压k1*vcc大于等于第一基准电压vref1时，表示此时的能量回收电容243上的能量回收电压vcc已经高于设定值，比较器242a输出的切换控制信号g1变成高电平，因此第一开关241b或是第二开关241c会导通，将所述线性驱动模块230输出端vd2的电位下拉到零，同时二极管241a或第三开关241d会截止，断开储能电容243的反向放电通路，此时储能电容243上存储的能量对智能控制模块供电；当第一能量回收比例缩小电压k1*vcc小于第一基准电压vref1时，表示此时的能量回收电容243上的能量回收电压vcc已经低于设定值，比较器242a输出的切换控制信号g1变成低电平，因此第一开关241b或是第二开关241c会截止，所述线性驱动模块230输出端vd2的电位会升高，同时二极管241a或第三开关241d会导通，线性驱动模块230流出的电流将对储能电容243进行充电，此时储能电容243上存储的能量会增加，因此所述能量回收电压vcc可以通过第一基准电压vref1和第一比例采样电路242b的采样系数k1来近似决定，因此由k1*vcc＝vref1,得到vcc＝vref1/k1。

在一种实施例中，如图2a所示，所述线性驱动模块230包括一负载220，具有输入端和输出端，其中输入端与所述输入电压源210电耦接，接收所述输入电压源210输出的供电电压vbus；一线性驱动电路270，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述负载220输出端电耦接，输出端与所述能量回收模块240输入端电耦接，控制端与所述智能控制模块250输出端电耦接，所述线性驱动电路270可设置流过所述负载220的电流，控制端接收的智能控制信号pwm可控制流过所述负载220的电流。

在一种实施例中，如图2a所示，所述线性驱动电路270包括第一调整功率管232，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述负载220的输出端电耦接；第一误差放大器233，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与第三基准电压vref3电耦接，第二输入端与所述第一调整功率管232输出端电耦接，输出端与所述第一调整功率管232控制端电耦接；一电流设置电阻231，具有第一端和第二端，其中第一端与所述第一调整功率管232输出端电耦接，第二端与所述能量回收模块240输入端电耦接，所述第一误差放大器233和所述第一调整功率管232形成了一个负反馈环路，在稳定工作时，第一误差放大器233的第一输入端的第三基准电压将等于第二输入端的电压，因此所述第三基准电压vref3和所述电流设置电阻231一起设置了流过所述负载220的电流，iled＝vref3/rcs；一反相器235，具有输入端和输出端，其中输入端与所述智能控制模块250输出端电耦接，接收所述智能控制信号pwm；第四开关234，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述第一调整功率管232控制端电耦接，控制端与所述反相器235输出端电耦接，输出端与地电耦接，所述智能控制信号pwm通过所述第四开关234控制流过所述负载220的电流。

在一种实施例中，如图2a所示，所述线性能量回收电路200还包括一辅助供电模块260，具有输入端和输出端，其中输入端与所述输入电压源210电耦接，接收所述输入电压源210输出的供电电压vbus，输出端与所述能量回收模块240输出端电耦接，所述辅助供电模块260的功能是在所述能量回收模块240不能提供足够所述智能控制模块250所需的电压时，实现辅助供电，维持所述智能控制模块250正常工作。

在一种实施例中，当所述智能控制模块250输出的智能控制信号pwm的占空比比较小时，所述线性驱动模块230会有更长的时间是在停止工作，因此能量回收模块240从所述线性驱动模块230处回收的能量(负载电流)会比较少，回收的能量有可能满足不了所述智能控制模块250消耗的能量，因此储能电容243上面的能量回收电压vcc会降低，有可能会导致所述智能控制模块250不能正常工作，因此辅助供电模块260可以在能量回收电压vcc降低时，提供辅助供电来维持智能控制模块250正常工作。

根据本发明一实施例的一种能量回收方法的流程图，如图3所示，包括步骤301～303。

在步骤301，用储能电容回收线性驱动模块的能量，产生能量回收电压；

在步骤302，用能量回收电压对智能控制模块供电，产生智能控制信号；

在步骤303，用智能控制信号控制线性驱动模块负载电流，实现智能控制。

根据本发明一实施例的一种电气装置，采用了所述的线性能量回收电路，或所述的能量回收方法。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。