高功率因子初級(jí)調(diào)節(jié)離線led驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】提出一種高功率因子初級(jí)調(diào)節(jié)離線LED驅(qū)動(dòng)器。一種反激型開關(guān)電流調(diào)節(jié)器包括被耦合用于接收從AC信號(hào)獲得的整流的DC信號(hào)的初級(jí)變壓器繞組。功率晶體管的漏極耦合到初級(jí)繞組，而功率晶體管的源極耦合到比較電路的輸入和初級(jí)變壓器繞組感測(cè)電阻器。功率晶體管的控制端子耦合到比較電路的輸出。電容器存儲(chǔ)用于在第一電容器端子處向差分電路的另一輸入應(yīng)用的可變參考信號(hào)。通過(guò)將電路比較可變參考信號(hào)與感測(cè)電阻器生成的繞組電流信號(hào)進(jìn)行比較。注入電路向電容器的第二端子施加從整流的DC信號(hào)獲得的AC信號(hào)以便調(diào)制存儲(chǔ)的可變參考信號(hào)。調(diào)節(jié)器被耦合用于驅(qū)動(dòng)IED。
【專利說(shuō)明】高功率因子初級(jí)調(diào)節(jié)離線LED驅(qū)動(dòng)器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離線恒定電流驅(qū)動(dòng)器電路、比如用以在照明應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)的離線恒定電流驅(qū)動(dòng)器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明較白熾、鹵素、熒光和氣體/電弧燈而言提供了許多潛在益處，因?yàn)橹辽龠@樣的照明具有更長(zhǎng)使用期限、無(wú)汞以及效率的快速進(jìn)化改進(jìn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員注意到全世界轉(zhuǎn)向禁止或者限制使用白熾燈。LED照明視為可行的替代。然而對(duì)尤其在低功率燈泡中利用LED照明的主要挑戰(zhàn)是必須包括在每個(gè)燈泡中的驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的尺寸和成本。
[0003]用于離線LED驅(qū)動(dòng)器的最常用拓?fù)涫欠醇ね負(fù)洹Ｔ诔跫?jí)側(cè)上，控制器和分立功率設(shè)備是功率轉(zhuǎn)換所必需的。為了具有準(zhǔn)確和恒定LED電流，驅(qū)動(dòng)器電路通常利用次級(jí)LED電流反饋。也需要光耦合器以從次級(jí)側(cè)經(jīng)過(guò)隔離屏障向初級(jí)側(cè)控制器傳送感測(cè)的信號(hào)。對(duì)于低瓦特?zé)襞?，這次級(jí)側(cè)和反饋部件可能是個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵跓襞葜杏泻苌倏捎每臻g用于包括必需電路部件。
[0004]對(duì)這一問(wèn)題的解決方案是使用初級(jí)控制。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解初級(jí)控制拓?fù)湔{(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)初級(jí)側(cè)的LED電流。一種用于實(shí)施初級(jí)控制的容易方式是在反激中提供恒定功率控制。用于恒定功率控制的這一解決方案的缺點(diǎn)是LED電流可能在LED正向電壓變化時(shí)不恒定。另一方式是通過(guò)模擬電路或者數(shù)字電路感測(cè)初級(jí)峰電流和占空比來(lái)估計(jì)次級(jí)輸出電流反饋。例如可以通過(guò)對(duì)初級(jí)電流的峰值進(jìn)行采樣并且檢測(cè)次級(jí)二極管導(dǎo)通時(shí)段來(lái)計(jì)算LED電流。這一問(wèn)題有兩個(gè)主要顧慮。首先需要高速采樣和保持電路以測(cè)量初級(jí)電流的峰值。其次在采樣和保持到實(shí)際切換之間存在時(shí)間延遲，這在電流測(cè)量中引入誤差。在用于初級(jí)控制的又一方式中，初級(jí)電流參考直接用于控制輸出電流。有利地，這消除對(duì)采樣和保持電路的需要，并且通 過(guò)集成高電壓耐雪崩功率MOSFET與控制器電路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的總尺寸和成本減少。遺憾的是，這一解決方案僅可用于DC電壓輸入。
[0005]在本領(lǐng)域中需要借助高度地集成的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備實(shí)施成本有效功率因子校正功能以便最小化外部部件數(shù)目并且提供緊湊和成本有效解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，一種電路包括:包括初級(jí)繞組的變壓器，初級(jí)繞組具有被配置用于接收從AC信號(hào)獲得的整流DC信號(hào)的第一端子并且具有第二端子；具有第一輸入、第二輸入和輸出的差分電路；功率晶體管，具有耦合到初級(jí)繞組的第二端子的第一導(dǎo)通端子并且具有耦合到差分電路的第一輸入的第二導(dǎo)通端子，并且還具有耦合到差分電路的輸出的控制端子；電容器，具有耦合到差分電路的第二輸入的第一端子并且具有第二端子；以及注入電路，被配置用于向電容器的第二端子施加從整流DC信號(hào)獲得的AC信號(hào)。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，一種電路包括:第一繞組，被耦合用于接收從AC信號(hào)獲得的整流DC信號(hào)；電流感測(cè)電阻器，與第一繞組串聯(lián)耦合并且被配置用于生成指示第一繞組中的感測(cè)的電流的第一信號(hào)；比較電路，被配置用于比較第一信號(hào)與呈現(xiàn)可變參考值的第二信號(hào)；電容器，被配置用于存儲(chǔ)可變參考值，電容器具有耦合到比較電路的第一端子并且具有第二端子；以及注入電路，被配置用于向存儲(chǔ)可變參考值的電容器的第二端子施加從整流DC信號(hào)獲得的AC信號(hào)。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括:感測(cè)第一繞組中的電流，第一繞組被耦合用于接收從AC信號(hào)獲得的整流DC信號(hào)；在電容器上存儲(chǔ)可變參考信號(hào)；比較第一繞組中的感測(cè)的電流與可變參考信號(hào)；響應(yīng)于比較來(lái)控制第一繞組中的電流流動(dòng)；并且注入從整流DC獲得的AC信號(hào)以調(diào)制存儲(chǔ)的可變參考信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更好地理解實(shí)施例，現(xiàn)在僅通過(guò)示例參照附圖，在附圖中:
[0010]圖1圖示具有初級(jí)控制電路系統(tǒng)的LED燈；
[0011]圖2A和2B圖示用于初級(jí)控制電路系統(tǒng)的電路圖；
[0012]圖3示出用于圖1的初級(jí)控制電路系統(tǒng)的開關(guān)周期的定時(shí)；
[0013]圖4圖示輸入電流波形；
[0014]圖5圖示具有初級(jí)控制電路系統(tǒng)和功率因子校正的LED燈；
[0015]圖6-8圖示用于圖5的LED燈的操作波形；
[0016]圖9A-9C圖示在AC市電電壓電平范圍內(nèi)的操作波形；
[0017]圖10是功率因子比對(duì)線路電壓的圖形；
[0018]圖11是總諧波失真比對(duì)線路電壓的圖形；
[0019]圖12圖示驅(qū)動(dòng)器電路的備選配置；并且
[0020]圖13圖示驅(qū)動(dòng)器電路的備選配置。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 現(xiàn)在參照?qǐng)D示LED燈10的圖1，該LED燈10具有輸入功率端子12和14以及初級(jí)控制電路系統(tǒng)。虛線代表燈封裝的范圍，理解封裝可以具有適合于期望的照明應(yīng)用或者裝置的任何形狀和配置，還理解封裝可以采用燈泡的形式。LED燈10包括被配置用于連接到電源、比如AC市電的功率端子12和14(這一點(diǎn)的示例在燈泡型封裝的形式中將包括適合于燈座連接的端子)。用于初級(jí)控制電路系統(tǒng)的內(nèi)部電源11耦合到端子12和14，并且被配置用于使用圖2A和2B所示類型的如下電路在正供電端子12’和負(fù)供電端子14’處產(chǎn)生(從在AC市電處的AC信號(hào)獲得的)整流DC供電輸入Vin，該電路支持與AC市電的連接并且包括熔斷器、橋整流器和濾波電路系統(tǒng)(使用電容器和電感器)。
[0022]燈10的初級(jí)控制電路系統(tǒng)包括連接到電源11的照明電路13。照明電路13包括以下主要部件:驅(qū)動(dòng)器電路20、變壓器22、二極管24、第一電容器26、多個(gè)LED28、第一電阻器30、第二電容器32、第二電阻器34和第三電阻器36。將理解也可以存在、但是未圖示的其它部件。
[0023]驅(qū)動(dòng)器電路20為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)初級(jí)控制配置。電路20包括漏極端子40、源極端子42、去磁感測(cè)端子44和電流參考端子46。驅(qū)動(dòng)器電路20還包括未明確示出的電源和接地端子。驅(qū)動(dòng)器電路還可以包括附加端子，這些附加端子與其它特征的提供結(jié)合支持外部電路系統(tǒng)的連接。驅(qū)動(dòng)器電路20的圖示和這里提供的操作描述提供用于理解描述的實(shí)施例和特征而必需的關(guān)于電路的基本操作的信息。
[0024]優(yōu)選地實(shí)施驅(qū)動(dòng)器電路20為一個(gè)或者多個(gè)集成電路設(shè)備。這樣的實(shí)現(xiàn)方式的示例是STMicroelectronics提供的HVLEDxxx集成電路芯片系列。在本領(lǐng)域中已知相似設(shè)計(jì)和操作的其它驅(qū)動(dòng)器電路。
[0025]驅(qū)動(dòng)器電路20包括η溝道功率M0SFET50，該η溝道功率MOSFET具有連接到漏極端子40的漏極和連接到源極端子42的源極。M0SFET50的柵極耦合到比較電路、比如配置為電流比較器電路的比較器52的輸出。比較器52的正輸入端子連接到M0SFET50的源極(該連接可能包括反饋電阻器-未明示，見(jiàn)圖12)。比較器52的負(fù)輸入端子(在節(jié)點(diǎn)FB)被連接用于接收可變參考電壓Vc(其中這一參考電壓也稱為恒定電流調(diào)節(jié)回路參考電壓，該恒定電流調(diào)節(jié)回路參考電壓在恒定電流調(diào)節(jié)期間用于功率MOSFET的峰漏極電流的參考)。第一電阻器30在負(fù)供電端子14’處連接于M0SFET50的源極與參考供電節(jié)點(diǎn)之間。這一電路配置中的M0SFET50、比較器52和第一電阻器30的組合形成調(diào)節(jié)器電路，該調(diào)節(jié)器電路的操作為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。第一電阻器30作為電流感測(cè)電阻器來(lái)工作以感測(cè)流過(guò)變壓器22的電流(并且具體感測(cè)流過(guò)初級(jí)繞組22ρ的電流)。
[0026]在優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，在公共集成電路封裝內(nèi)提供用于功率M0SFET50的集成電路和用于驅(qū)動(dòng)器電路20的剩余電路系統(tǒng)的集成電路(例如使用堆疊或者相鄰裝配的集成電路裸片)。將理解可以使用本領(lǐng)域已知的其它封裝配置、包括提供用于功率MOSFET的封裝和用于驅(qū)動(dòng)器電路20的剩余電路系統(tǒng)的單獨(dú)封裝(這提供功率MOSFET作為片外部件)。在備選實(shí)現(xiàn)方式中，驅(qū)動(dòng)器電路的剩余電路系統(tǒng)不需要被實(shí)施為集成的解決方案、而是被提供為使用各種電路部件的組裝電路。
[0027]電流源60耦合于電路20的正供電節(jié)點(diǎn)與比較器52的負(fù)輸入端子之間。比較器52的負(fù)輸入端子還連接到電流參考端子46，并且第二電容器32在負(fù)供電端子14’處連接于電流參考端子46與參考供電節(jié)點(diǎn)之間?？绲诙娙萜?2存儲(chǔ)在比較器52的負(fù)輸入端子處的參考電壓Vc。電流源60作用為提供電流以跨第二電容器對(duì)電壓Vc充電。
[0028]驅(qū)動(dòng)器電路20還包括η溝道開關(guān)M0SFET64，該η溝道開關(guān)MOSFET具有經(jīng)過(guò)電阻器66耦合到比較器52的負(fù)輸入端子的漏極。在這一配置中，電阻器66的第一端子連接到M0SFET64的漏極，并且電阻器66的第二端子連接到比較器52的負(fù)輸入端子。M0SFET64的源極連接到電路20的負(fù)供電節(jié)點(diǎn)。
[0029]M0SFET64的柵極耦合到觸發(fā)器68的輸出。觸發(fā)器68的“設(shè)置”輸入連接到去磁感測(cè)端子44。觸發(fā)器68的“重置”輸入連接到去磁邏輯電路70的輸出。去磁邏輯電路70的輸入連接到去磁感測(cè)端子44。
[0030]響應(yīng)于從觸發(fā)器68輸出的邏輯高，M0SFET64導(dǎo)通，并且從比較器52的負(fù)輸入端子排放電流。這導(dǎo)致跨第二電容器32存儲(chǔ)的并且在比較器52的負(fù)輸入端子施加的可變參考電壓Vc減少。反言之，響應(yīng)于從觸發(fā)器68輸出的邏輯低，M0SFET64關(guān)斷，并且電流源60向比較器52的負(fù)輸入端子提供電流。這導(dǎo)致跨第二電容器32存儲(chǔ)的并且在比較器52的負(fù)輸入端子處施加的可變參考電壓Vc增加。
[0031]變壓器22包括初級(jí)繞組22ρ，該初級(jí)繞組具有在正供電端子12’處連接到參考供電節(jié)點(diǎn)的第一端子和連接到驅(qū)動(dòng)器電路20的漏極端子40的第二端子。變壓器22還具有次級(jí)繞組22s，該次級(jí)繞組具有連接到二極管24的正極的第一端子。多個(gè)LED28相互串聯(lián)連接，而串聯(lián)中的第一 LED的正極耦合到二極管24的陰極，并且串聯(lián)中的最后LED的陰極耦合到次級(jí)繞組22s的第二端子。電容器26與多個(gè)LED28并聯(lián)耦合，從而電容器26的第一端子耦合到串聯(lián)中的第一 LED的陽(yáng)極，并且電容器的第二端子耦合到串聯(lián)中的最后LED的陰極。變壓器還具有輔助繞組22a，該輔助繞組具有在負(fù)供電端子14’處連接到參考供電節(jié)點(diǎn)的第一端子以及經(jīng)過(guò)第二電阻器34耦合到去磁感測(cè)端子44的第二端子。在這一配置中，第二電阻器34的第一端子連接到輔助繞組22a的第二端子，并且電阻器的第二端子連接到去磁感測(cè)端子44。第三電阻器36在負(fù)供電端子14’處連接于去磁感測(cè)端子44與參考供電節(jié)點(diǎn)之間。繞組22p、22s和22a共享公共芯并且因此相互磁耦合。
[0032]輔助繞組22a作用為可操作用于感測(cè)二極管24的導(dǎo)通角度的感測(cè)電路。輔助繞組22a生成的感測(cè)的信號(hào)被施加到去磁感測(cè)端子44，并且由觸發(fā)器68和去磁邏輯電路70用來(lái)生成被施加用于控制開關(guān)M0SFET64的操作的控制信號(hào)。與M0SFET64串聯(lián)的電阻器66控制在M0SFET64導(dǎo)通時(shí)從比較器52的負(fù)輸入端子吸收的電流Vc/R，其中Vc是跨電容器32 (具有電容Cref)形成的電壓。
[0033]在功率M0SFET50關(guān)斷時(shí)，在變壓器22的次級(jí)側(cè)上的二極管24將導(dǎo)通電流。在去磁感測(cè)端子44的信號(hào)Z⑶將為高。觸發(fā)器68通過(guò)生成用于向M0SFET64的柵極施加的邏輯高輸出信號(hào)對(duì)在“設(shè)置”輸入處的這一高信號(hào)做出響應(yīng)。響應(yīng)于此，M0SFET64導(dǎo)通以允許電流Vc/R的吸收和電容器32的放電。去磁邏輯電路70然后重置觸發(fā)器68，并且在周期的其余部分內(nèi)M0SFET64關(guān)斷。去除吸收電流，并且電容器32將由電流源60用電流IREF充電。在穩(wěn)態(tài)中，在電容器32上的參考電壓將保持恒定(假如充分大的電容可用)。
[0034]可以表達(dá)次級(jí)側(cè)上的平均輸出電流1ut為:
【權(quán)利要求】
1.一種電路,包括: 包括初級(jí)繞組的變壓器，所述初級(jí)繞組具有第一端子和第二端子，所述第一端子被配置用于接收從AC信號(hào)獲得的經(jīng)整流的DC信號(hào)； 具有第一輸入、第二輸入和輸出的比較電路； 功率晶體管，具有耦合到所述初級(jí)繞組的所述第二端子的第一導(dǎo)通端子，并且具有耦合到差分電路的第一輸入的第二導(dǎo)通端子，并且還具有耦合到所述比較器電路的所述輸出的控制端子； 電容器，具有耦合到所述比較電路的所述第二輸入的第一端子，并且具有第二端子；以及 注入電路，被配置用于向所述電容器的所述第二端子施加從所述經(jīng)整流的DC信號(hào)獲得的AC信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括在所述比較電路的所述輸出與所述功率晶體管的所述控制端子之間耦合的PWM邏輯電路。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括: 電流供應(yīng)電路，耦合到所述比較電路的所述第二輸入；以及 電流吸收電路，耦合到所述比較電路的所述第二輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，還包括被配置用于有選擇地啟動(dòng)所述電流吸收電路的控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述變壓器還包括次級(jí)繞組，并且其中所述電路還包括被配置用于感測(cè)由所述次級(jí)繞組向負(fù)載輸送的電流的感測(cè)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述感測(cè)電路包括所述變壓器上的輔助繞組。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述控制電路通過(guò)啟動(dòng)所述電流吸收電路對(duì)感測(cè)電路感測(cè)由所述次級(jí)繞組到所述負(fù)載的電流輸送做出響應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述控制電路通過(guò)停用所述電流吸收電路對(duì)所述感測(cè)電路未感測(cè)到由所述次級(jí)繞組到所述負(fù)載的電流輸送做出響應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括在所述功率晶體管的所述第二導(dǎo)通端子與所述比較電路的所述第一輸入之間耦合的反饋電阻器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述比較電路包括比較器。
11.一種電路,包括: 第一繞組，被耦合用于接收從AC信號(hào)獲得的經(jīng)整流的DC信號(hào)； 電流感測(cè)電阻器，與所述第一繞組串聯(lián)耦合并且被配置用于生成指示所述第一繞組中的感測(cè)的電流的第一信號(hào)； 比較電路，被配置用于比較所述第一信號(hào)與呈現(xiàn)可變參考值的第二信號(hào)； 電容器，被配置用于存儲(chǔ)所述可變參考值，所述電容器具有耦合到所述比較電路的第一端子并且具有第二端子；以及 注入電路，被配置用于向存儲(chǔ)所述可變參考值的所述電容器的所述第二端子施加從所述經(jīng)整流的DC信號(hào)獲得的AC信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，還包括與所述第一繞組和電流感測(cè)電阻器串聯(lián)耦合的開關(guān)電路，其中響應(yīng)于來(lái)自所述比較電路的信號(hào)輸出控制所述開關(guān)電路的激活。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，還包括: 電流供應(yīng)電路，耦合到所述電容器的所述第一端子；以及 電流吸收電路，耦合到所述電容器的所述第一端子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，還包括被配置用于有選擇地啟動(dòng)所述電流吸收電路的控制電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，還包括磁耦合到所述第一繞組的第二繞組，并且其中所述電路還包括被配置用于感測(cè)由所述第二繞組向負(fù)載輸送的電流的感測(cè)電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中所述感測(cè)電路包括磁耦合到所述第一繞組的第三繞組。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中所述控制電路通過(guò)啟動(dòng)所述電流吸收電路對(duì)感測(cè)電路感測(cè)由所述第二繞組到所述負(fù)載的電流輸送做出響應(yīng)。
18.一種方法，包括: 感測(cè)第一繞組中的電流，所述第一繞組被耦合用于接收從AC信號(hào)獲得的經(jīng)整流的DC信號(hào); 在電容器上存儲(chǔ)可變參考信號(hào)； 比較所述第一繞組中的所述感測(cè)的電流與所述可變參考信號(hào)； 響應(yīng)于所述比較來(lái)控制所述第一繞組中的電流流動(dòng)；并且 注入從所述經(jīng)整流的DC信號(hào)獲·得的AC信號(hào)以調(diào)制所述存儲(chǔ)的可變參考信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中控制包括響應(yīng)于所述比較有選擇地啟動(dòng)與所述第一繞組串聯(lián)耦合的晶體管。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 向所述電容器中供應(yīng)電流；并且 有選擇地從所述電容器吸收電流。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括感測(cè)由第二繞組向負(fù)載輸送的電流，其中所述第二繞組磁耦合到所述第一繞組。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中有選擇地吸收包括響應(yīng)于感測(cè)向所述負(fù)載輸送的電流來(lái)有選擇地吸收。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中感測(cè)包括借助磁耦合到所述第一繞組和第二繞組的第三繞組感測(cè)。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103857145SQ201310447055
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月6日
【發(fā)明者】T·斯塔姆 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體公司