具有用于emi滤波器的峰值电流限制器的照明电源电路的制作方法
【专利摘要】提供光源电源电路及其EMI滤波器，其中耗尽型场效应晶体管与在输入整流器之后的EMI滤波器电容器串联连接，以便允许EMI的滤波，以及当通过舍相调光器电路供电时限制三端双向可控硅开关切换期间的电容电流。
【专利说明】具有用于EMI滤波器的峰值电流限制器的照明电源电路
【背景技术】
[0001]用于照明系统的常规电子电源电路常常采用滤波器电路，其中具有正DC分支中的电感器以及跨输入整流器的DC输出端子连接的电容器，以便作为低通滤波器进行操作。这种滤波器电路阻止功率变换切换所引起的高频电磁干扰(EMI)到达电力线。这些装置可结合与电子镇流器或LED驱动器同线连接的配备三端双向可控硅开关的壁式或台式调光器电路来使用。这类调光器提供所谓的“舍相(Phase cut)”调光能力，其中线路AC波形的一部分在每个AC周期中基本上去除，以便降低光输出。
[0002]诸如紧凑型荧光设计(CFL)和LED灯之类的整体式电子灯能够在设计用于白炽灯泡的常规灯中使用，并且可包括允许光输出通过舍相调光(三端双向可控硅开关控制)来调整的调光电路。但是，这类调光器控制的三端双向可控硅开关操作施加跨EMI滤波器电容器的电压的快速阶跃变化，从而导致电容器中和电力线中的电流尖峰。这能够引起EMI滤波器电容器的退化，并且还能够损坏调光器三端双向可控硅开关。
[0003]限制这类电流尖峰的先前尝试涉及电阻与EMI滤波器电容器的串联连接。但是，在一些安装中，从公共(共享)壁式调光器来操作多个这类电子驱动器或镇流器。在这类情况下，甚至通过整体式限流电阻器，由单独照明装置所生成的峰值电流在一些情况下也能够高达3-8 A，并且它们在调光器是附加的，因而潜在地导致三端双向可控硅开关损坏或退化。因此，仍然需要用于照明系统的改进EMI滤波器电路，其提供非调光应用中的所需滤波，并且能够在具有舍相调光器的电路中操作而没有使调光器三端双向可控硅开关损坏或退化。
【发明内容】
[0004]本公开提供照明系统电源电路，其中输入整流器经由DC输出端子向EMI滤波器电路提供经整流的DC功率。在某些实施例中，该电路形成LED驱动器电路，其中功率变换器电路可操作以提供驱动至少一个LED光源的DC输出。在其它实施例中，提供电子镇流器，其中功率变换器电路包括逆变器，逆变器从DC至DC变换器接收DC输出并且提供AC输出以向荧光灯供电。该滤波器具有连接到具有至少一个DC至DC变换器的功率变换器电路的输出端子，其中该功率变换器电路向一个或多个光源直接或间接提供功率。EMI滤波器电路包括具有与第一整流器DC输出端子耦合的第一端子的滤波器电容以及场效应晶体管(FET)和电感。电感I禹合在第一整流器DC输出端子与第一滤波器输出端子之间。晶体管包括控制栅和两个源/漏端子，其中第一源/漏端子与滤波器电容的第二端子耦合。栅端子和第二源/漏极与第二整流器DC输出端子耦合。
[0005]在某些实施例中，场效应晶体管是耗尽型装置，其中控制栅和第二源/漏极共同连接在整流器的第二 DC输出端子。在某些实施例中使用N沟道场效应晶体管，其中滤波器电容器端子与正整流器DC输出端子并且与第二源/漏端子耦合，以及栅端子与负整流器端子耦合。其它实施例提供P沟道耗尽型晶体管，其中电容器端子与负整流器输出、与第二源/漏极耦合，以及栅极与正整流器输出耦合。[0006]在某些实施例中，提供一种增强型场效应晶体管，其中偏置电路耦合到场效应晶体管以向栅端子提供偏压。在一些实施例中，N沟道装置与耦合到正整流器输出的第一电容器端子配合使用，其中第二晶体管源/漏极与负DC整流器端子直接或间接耦合。在一些实施例中，偏置电路包括耦合在晶体管栅极与正供给电压之间的第一电阻器以及耦合在栅极与负整流器输出之间的第二电阻器。在某些实施例中，第三电阻器耦合在第二源/漏极与负整流器DC输出端子之间。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]在以下详细描述和附图中提出一个或多个示范实施例，其中:
图1是按照本公开的一个或多个方面的示出具有EMI滤波器级的示范LED驱动器的示意图，其中EMI滤波器级具有与滤波器电容器串联耦合的N沟道耗尽型FET ；
图2是示出用于向一个或多个荧光灯供电的示范电子镇流器的示意图，其中包括与EMI滤波器电容器串联耦合的N沟道耗尽型FET ；
图3是示出图1或图2的驱动器或镇流器与用于调光操作的舍相调光器的连接的示意
图；
图4是示出作为图1和图2中的N沟道耗尽型FET的栅-源电压的函数的若干示范漏-源电流曲线的图表；
图5是示出能够在图1或图2的电源电路中使用的另一个示范EMI滤波器电路的示意图，其中包括与EMI滤波器电容器串联连接的P沟道耗尽型FET ;以及
图6是按照本公开的示出另一个EMI滤波器实施例的示意图，其中包括具有电阻偏置电路的N沟道耗尽型FET。
【具体实施方式】
[0008]现在参照附图，相似参考标号通篇用于表示相似元件，并且各种特征不一定按比例绘制。图1和图2示出用于向照明装置供电的两个示范电子电路100。这些电源电路100各包括从外部源接收信号或多相AC输入功率的输入整流器101以及耦合到整流器101的DC侧的EMI滤波器102。在某些实施例中，整流器电路101是全波整流器类型，其中包括形成为用于单相输入的桥接电路的四个二极管整流器或者用于多相输入的6个或更多整流器。在其它实施例中，整流器电路101能够是半波整流器或者单个二极管。
[0009]图1和图2的电路100还包括功率变换器电路110，功率变换器电路110包括用于向至少一个光源108直接或间接供电的一个或多个DC至DC变换器。在图1的示例中，电路100是具有功率变换器110的LED驱动器，其中功率变换器110包括升压式DC-DC变换器级104，之后接着提供用于驱动一个或多个LED照明装置108的DC输出的降压DC-DC变换器106。DC-DC变换器的其它形式可用于第二电路106、例如具有隔离变压器的逆向变换器、降压-升压变换器等。在其它可能的LED驱动器配置中，升压变换器1004向逆变器(未示出)提供DC，逆变器又驱动隔离变压器初级线圈，其二次绕组驱动连接到LED阵列的输出整流器。图2的电路100形成电子镇流器，并且包括从升压变换器104接收DC输出并且提供向一个或多个荧光灯108供电的AC输出的逆变器107。在某些实施例中，可省略DC-DC变换器级之一，以及在一些实施例中，初始DC-DC变换器级104进行操作以提供功率因数校正功能。此外，变换器级104、106、107中的一个或多个可提供调光控制，以便基于调光输入(未示出)来修改施加到一个或多个光源108的输出功率。
[0010]另外，如上所述并且如在图3中看到，驱动器或镇流器100可从单相AC源来供电且具有经由与AC源和驱动器100串联耦合的舍相调光器200的调光控制。调光器控制200包括三端双向可控硅开关T201，三端双向可控硅开关T201有选择地切断或中断AC源101的各周期的部分中的电流(舍相)，以便按照用户可调电阻R201来对光输出进行调光。在某些实施例中，驱动器或镇流器电路100可包含在具有带AC输入端子的爱迪生灯座的结构中。
[0011]如在图1和图2中看到，整流器电路101具有AC输入端子供连接到外部源以接收AC输入功率，以及分别在第一和第二 DC输出端子IOla和IOlb提供经整流的DC输出。这个整流器输出IOlaUOlb耦合到EMI滤波器电路102的第一和第二输入端子。滤波器电路102又包括经耦合以向初始(例如升压)DC-DC变换器104提供DC输入的输出端子102a和102b。升压变换器104的输出在降压变换器106的输入提供DC功率，并且其输出用于直接驱动一个或多个LED光源108 (例如图1)或者升压变换器输出用于经由逆变器向一个或多个荧光灯180间接供电(图2)。
[0012]图1和图2中的EMI滤波器电路102包括耦合在上(正)DC分支中的电感器LI以及与分别在上与下整流器输出端子IOla和IOlb之间延伸的电路分支中的N沟道耗尽型场效应晶体管(FET)Ql串联连接的电容器Cl。在图1和图2的实施例中，滤波器电容Cl具有与正DC整流器输出端子耦合的第一端子以及连接到FET Ql的第一源/漏端子SDl的第二端子，其中电感器LI在正DC整流器输出IOla与上滤波器输出端子102a之间延伸。Ql的另一源/漏端子SD2连接到整流器电路101的负DC输出端子101b，如FET栅端子G那样。
[0013]在操作中，滤波器电路102与施加全正弦AC输入功率配合操作地给整流器101提供EMI滤波。在某些示范实施例中，电感器LI具有大约25 mH的电感，该电感足够大以使得在大约150 KHz的EMI电流比较小(例如大约为10-20 ma的EMI电流)，以及EMI滤波器电容器大约为15 nF，其中EMI滤 波理想地提供大约150 KHz或以上的干扰频率的低通滤波。在这方面，增加Cl的电容将有利地改进电路102的EMI滤波能力。但是，在驱动器或镇流器100通过舍相调光器200(例如图3)连接到电力线的情况下，在没有提供本公开所提出的措施时，Cl的较大电容扩大因调光三端双向可控硅开关T201的周期中间激发(firing)而产生的电流尖峰的幅值。
[0014]又参照图4的图表400，为了在提供预期滤波能力的同时解决这些电流尖峰，图1和图2的滤波器电路102经由与滤波器电容器Cl串联的FET Ql来提供阻抗。耗尽型装置Ql对于非舍相操作通常接通(导通漏-源沟道条件)，以及串联漏至源电阻RDSw在图表400中例示，图表400示出作为Ql的栅-源电压Vffi的函数的漏-源电流曲线(Ids)。由于图1和图2的实施例中的FET是耗尽型装置，所以Ql具有负阈值电压VT，以及非零电流(在一个示例中为大约300-400 ma)在栅极和源极短接在一起时传导。如在图4中看到，较高值对应于较大沟道电流电平IDS。此外，对于零Vffi值，漏-源沟道的阻抗实际上随增加的沟道电压Vds电平而增加。在一个实施例中，Ql选择成在电容器的电抗(1/?C)的大约1/3至1/2的零Vffi下耗尽模式中具有大约2-10 Q的RDSw，其中《相对功率变换器级110的切换频率为150 KHz0这提供将使与三端双向可控硅开关激发关联的潜在损坏电流尖峰衰减的阻抗，同时提供相对功率变换器110的EMI的适当滤波。在图1和图2的所示示例中，当三端双向可控硅开关T201激发时，Ql将把尖峰电流限制到大约300-400 ma。因此，即使多个电路100连接到共享或公共调光器200，调光器电流也比没有本公开的EMI滤波器102的情况下(例如来自各镇流器的3-6 A尖峰，其尖峰电流在三端双向可控硅开关T201是附加的)要小许多。
[0015]因此，当耗尽型FET Ql处于EMI滤波模式操作时，电路102进行滤波，以及当三端双向可控硅开关T201激发时，FET Ql脱离饱和并且将尖峰电流限制到几百ma。因此，图1和图2的设计不是电容器电路中的固定电阻器，而是提供钳制最大电流的可变阻抗。在一个示例中，使用具有250伏特额定值的N沟道耗尽型FET Ql，并且能够使用大约5 Q的额定RDSm。要注意，可变阻抗FET Ql的使用能够促进增加Cl的电容以促进改进EMI滤波，其中FET Ql提供限流以减轻电容器或三端双向可控硅开关退化。
[0016]图5示出能够在驱动器或镇流器类型电路(例如以上图1或图2)中使用的EMI滤波器电路102的另一个实施例。在这种情况下，使用P沟道耗尽型FET Q1，其中第一源/漏SDl连接到Cl的上电容器端子并且另一源/漏SD2连接到上(正)整流器DC输出端子IOla0在这个实现中，栅极也连接到上DC干线(rail)，以及装置Ql提供用于滤波和电流尖峰保护的接通状态电阻RDSm (例如大约2-10 Q )。
[0017]又参照图6，在其它实施例中，能够使用增强型FET Q1，例如图中所示的N沟道装置。提供偏置电路以设置栅电压，在这种情况下包括连接在栅极G与正Dc电压VCC(例如一个示例中为15伏特)之间的第一电阻器R1，其中第二电阻器R2从栅极G连接到下(负)DC整流器输出。在一个示例中，对于大约3伏特的Ql阈值电压Vt，栅电压由电路Rl、R2偏置成大约4伏特。如同上述实施例一样，增强型装置与电容器Cl的这种串联连接提供RDSm(例如大约2-10 Q )供滤波，并且当Vds增加时实现电流尖峰保护。在一些实施例中，第三电阻器R3能够设置在下源极/漏极SDl与下DC端子IOlb之间，例如一个示例中的2 Q电阻器，以便允许电容器Cl中的大约500 ma的电流。当激发三端双向可控硅开关T201时，超出这个值的任何电流尖峰引起Ves的减小，以及装置Ql具有相应减小电流。在其它实施例中，齐纳二极管能够用于偏置电路(例如在FET栅极与接地之间具有大约4 V的齐纳电压Vz的装置)中。
[0018]上述示例只是说明本公开的各个方面的若干可能实施例，其中等效变更和/或修改将是本领域的技术人员在阅读和理解本说明书及附图时将会想到的。具体关于由上述组件(部件、装置、系统、电路等)所执行的各种功能，除非另加说明，否则用于描述这类组件的术语(包括提到“部件”)预计对应于执行所述组件的指定功能的诸如硬件、处理器运行软件之类的任何组件或者它们的组合(即，是功能等效的)，即使与执行本公开的所示实现的功能的所公开结构不是结构等效的。虽然可能仅针对若干实现其中之一示出和/或描述了本公开的具体特征，但是，这种特征可与对于任何给定或特定应用可能是预期或有利的其它实现的一个或多个其它特征相结合。此外，除非另加说明，否则提到单数组件或项预计包含两个或更多这类组件或项。另外，在术语“包括着”、“包括”、“具有着”、“具有”、“带有”或者其变体用于详细描述和/或权利要求书的方面，这类术语预计以与术语“包含”相似的方式包含在内。参照优选实施例描述了本发明。显而易见，通过阅读和理解前面的详细描述，修改和变更将是本领域的技术人员会想到的。预计本发明被理解为包括所有这类修改和变更。
【权利要求】
1.一种用于向至少一个光源供电的电路，包括: 整流器电路，其具有接收AC输入功率的AC输入端子以及提供经整流的DC功率的第一和第二 DC输出端子； EMI滤波器电路，其具有与所述整流器电路的DC输出端子耦合的第一和第二滤波器输入端子以及第一和第二滤波器输出端子，所述EMI滤波器电路包括: 滤波器电容，其中第一端子与所述整流器电路的第一 DC输出端子耦合， 场效应晶体管，包括: 第一源/漏端子，其与所述滤波器电容的第二端子耦合， 第二源/漏端子，其与所述整流器电路的第二 DC输出端子耦合，以及 栅端子，其与所述整流器电路的第二 DC输出端子耦合，以及 电感，其具有与所述整流器电路的第一 DC输出端子耦合的第一端子和与所述第一滤波器输出端子耦合的第二端子；以及 功率变换器电路，其包括具有与所述滤波器输出端子(102a，102)耦合的DC输入端子的至少一个DC至DC变换器电路，所述功率变换器电路可操作以向至少一个光源直接或间接提供功率。
2.如权利要求1所述的电路，其中，所述功率变换器电路可操作以提供驱动至少一个LED光源的DC输出。
3.如权利要求1所述的电路`，其中，所述功率变换器电路包括从所述至少一个DC至DC变换器电路接收DC输出并且提供向至少一个荧光灯供电的AC输出的逆变器。
4.如权利要求1所述的电路，其中，所述场效应晶体管是耗尽型场效应晶体管。
5.如权利要求4所述的电路，其中，所述场效应晶体管是耗尽型N沟道场效应晶体管，其中所述滤波器电容的第一端子与所述整流器电路的正DC输出端子耦合，并且其中所述第二源/漏端子和所述栅端子与所述整流器电路的负DC输出端子耦合。
6.如权利要求5所述的电路，其中，所述功率变换器电路可操作以提供驱动至少一个LED光源的DC输出。
7.如权利要求5所述的电路，其中，所述功率变换器电路包括从所述至少一个DC至DC变换器电路接收DC输出并且提供向至少一个荧光灯供电的AC输出的逆变器。
8.如权利要求4所述的电路，其中，所述场效应晶体管是耗尽型P沟道场效应晶体管，其中所述滤波器电容的第一端子与所述整流器电路的负DC输出端子耦合，并且其中所述第二源/漏端子和所述栅端子与所述整流器电路的正DC输出端子耦合。
9.如权利要求1所述的电路，其中，所述场效应晶体管是增强型场效应晶体管。
10.如权利要求9所述的电路，其中，所述EMI滤波器电路包括耦合到所述场效应晶体管以向所述栅端子提供偏压的偏置电路。
11.如权利要求10所述的电路，其中，所述场效应晶体管是N沟道增强型场效应晶体管，其中所述滤波器电容的第一端子与所述整流器电路的正DC输出端子耦合，其中所述场效应晶体管的第二源/漏端子与所述整流器电路的负DC输出端子耦合，并且其中所述偏置电路包括: 第一电阻器，其耦合在所述场效应晶体管的栅端子与正供给电压之间，以及 第二电阻器，其耦合在所述场效应晶体管的栅端子与所述整流器电路的负DC输出端子之间。
12.如权利要求11所述的电路，其中，所述EMI滤波器电路包括耦合在所述场效应晶体管的第二源/漏端子与所述整流器电路的负DC输出端子之间的第三电阻器。
13.如权利要求9所述的电路，其中，所述功率变换器电路可操作以提供驱动至少一个LED光源的DC输出。
14.如权利要求9所述的电路，其中，所述功率变换器电路包括从所述至少一个DC至DC变换器电路接收DC输出并 且提供向至少一个荧光灯供电的AC输出的逆变器。
【文档编号】H05B41/392GK103493348SQ201280013208
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月24日 优先权日:2011年3月15日
【发明者】L.R.內罗涅 申请人:通用电气公司