驱动器电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种驱动器电路。反激型开关电流调节器包括被耦合用于接收从AC信号获得的整流的DC信号的初级变压器绕组。功率晶体管的漏极耦合到初级绕组，而功率晶体管的源极耦合到比较电路的输入和初级变压器绕组感测电阻器。功率晶体管的控制端子耦合到比较电路的输出。电容器存储用于在第一电容器端子处向差分电路的另一输入应用的可变参考信号。通过将电路比较可变参考信号与感测电阻器生成的绕组电流信号进行比较。注入电路向电容器的第二端子施加从整流的DC信号获得的AC信号以便调制存储的可变参考信号。调节器被耦合用于驱动LED。
【专利说明】驱动器电路【技术领域】
[0001]本实用新型涉及离线恒定电流驱动器电路、比如用以在照明应用中驱动发光二极管(LED)的离线恒定电流驱动器电路。
【背景技术】
[0002]LED照明较白炽、卤素、荧光和气体/电弧灯而言提供了许多潜在益处，因为至少这样的照明具有更长使用期限、无汞以及效率的快速进化改进。本领域技术人员注意到全世界转向禁止或者限制使用白炽灯。LED照明视为可行的替代。然而对尤其在低功率灯泡中利用LED照明的主要挑战是必须包括在每个灯泡中的驱动器电路系统的尺寸和成本。
[0003]用于离线LED驱动器的最常用拓扑是反激拓扑。在初级侧上，控制器和分立功率设备是功率转换所必需的。为了具有准确和恒定LED电流，驱动器电路通常利用次级LED电流反馈。也需要光耦合器以从次级侧经过隔离屏障向初级侧控制器传送感测的信号。对于低瓦特灯泡，这次级侧和反馈部件可能是个问题，因为在灯泡中有很少可用空间用于包括必需电路部件。
[0004]对这一问题的解决方案是使用初级控制。本领域技术人员理解初级控制拓扑调节经过初级侧的LED电流。一种用于实施初级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这一解决方案的缺点是LED电流可能在LED正向电压变化时不恒定。另一方式是通过模拟电路或者数字电路感测初级峰电流和占空比来估计次级输出电流反馈。例如可以通过对初级电流的峰值进行采样并且检测次级二极管导通时段来计算LED电流。这一问题有两个主要顾虑。首先需要高速采样和保持电路以测量初级电流的峰值。其次在采样和保持到实际切换之间存在时间延迟，这在电流测量中引入误差。在用于初级控制的又一方式中，初级电流参考直接用于控制输出电流。有利地，这消除对采样和保持电路的需要，并且通过集成高电压耐雪崩功率MOSFET与控制器电路系统来实现电路的总尺寸和成本减少。遗憾的是 ，这一解决方案仅可用于DC电压输入。
[0005]在本领域中需要借助高度地集成的驱动器设备实施成本有效功率因子校正功能以便最小化外部部件数目并且提供紧凑和成本有效解决方案。
实用新型内容
[0006]根据上述提出的技术问题，提出一种高功率因子初级调节离线LED驱动器电路。
[0007]在一个实施例中，一种驱动器电路包括:包括初级绕组的变压器，初级绕组具有被配置用于接收从AC信号获得的整流DC信号的第一端子并且具有第二端子；具有第一输入、第二输入和输出的差分电路；功率晶体管，具有耦合到初级绕组的第二端子的第一导通端子并且具有耦合到差分电路的第一输入的第二导通端子，并且还具有耦合到差分电路的输出的控制端子；电容器，具有耦合到差分电路的第二输入的第一端子并且具有第二端子；以及注入电路，被配置用于向电容器的第二端子施加从整流DC信号获得的AC信号。
[0008]在一个实施例中，该驱动器电路还包括在所述比较电路的所述输出与所述功率晶体管的所述控制端子之间耦合的PWM逻辑电路。
[0009]在一个实施例中，该驱动器电路还包括:电流供应电路，耦合到所述比较电路的所述第二输入；以及电流吸收电路，耦合到所述比较电路的所述第二输入。
[0010]在一个实施例中，该驱动器电路还包括被配置用于有选择地启动所述电流吸收电路的控制电路。
[0011 ] 在一个实施例中，该驱动器电路中所述变压器还包括次级绕组，并且其中所述电路还包括被配置用于感测由所述次级绕组向负载输送的电流的感测电路。
[0012]在一个实施例中，该驱动器电路中所述感测电路包括所述变压器上的辅助绕组。
[0013]在一个实施例中，该驱动器电路中所述控制电路通过启动所述电流吸收电路对感测电路感测由所述次级绕组到所述负载的电流输送做出响应。
[0014]在一个实施例中，该驱动器电路中所述控制电路通过停用所述电流吸收电路对所述感测电路未感测到由所述次级绕组到所述负载的电流输送做出响应。
[0015]在一个实施例中，该驱动器电路还包括在所述功率晶体管的所述第二导通端子与所述比较电路的所述第一输入之间耦合的反馈电阻器。
[0016]在一个实施例中，该驱动器电路中所述比较电路包括比较器。
[0017]在另一个实施例中，一种驱动器电路包括:第一绕组，被耦合用于接收从AC信号获得的整流DC信号；电流感测电阻器，与第一绕组串联耦合并且被配置用于生成指示第一绕组中的感测的电流的第一信号；比较电路，被配置用于比较第一信号与呈现可变参考值的第二信号；电容器，被配置用于存储可变参考值，电容器具有耦合到比较电路的第一端子并且具有第二端子；以及注入电路，被配置用于向存储可变参考值的电容器的第二端子施加从整流DC信号获得的AC信号。
[0018]在一个实施例中，该驱动器电路还包括与所述第一绕组和电流感测电阻器串联耦合的开关电路，其中响应于来自所述比较电路的信号输出控制所述开关电路的激活。
[0019]在一个实施例中，该驱动器电路还包括:电流供应电路，耦合到所述电容器的所述第一端子；以及电流吸收电路，耦合到所述电容器的所述第一端子。
[0020]在一个实施例中，该驱动器电路还包括被配置用于有选择地启动所述电流吸收电路的控制电路。
[0021]在一个实施例中，该驱动器电路还包括磁耦合到所述第一绕组的第二绕组，并且其中所述电路还包括被配置用于感测由所述第二绕组向负载输送的电流的感测电路。
[0022]在一个实施例中，该驱动器电路中所述感测电路包括磁耦合到所述第一绕组的第
三绕组。
[0023]在一个实施例中，该驱动器电路中所述控制电路通过启动所述电流吸收电路对感测电路感测由所述第二绕组到所述负载的电流输送做出响应。
[0024]本实用新型的有益效果为:最小化外部部件数目并且提供紧凑的以及具有成本效益的解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更好地理解实施例，现在仅通过示例参照附图，在附图中:
[0026]图1图示具有初级控制电路系统的LED灯；[0027]图2A和2B图示用于初级控制电路系统的电路图；
[0028]图3示出用于图1的初级控制电路系统的开关周期的定时；
[0029]图4图示输入电流波形；
[0030]图5图示具有初级控制电路系统和功率因子校正的LED灯；
[0031 ]图6-8图示用于图5的LED灯的操作波形；
[0032]图9A-9C图示在AC市电电压电平范围内的操作波形；
[0033]图10是功率因子比对线路电压的图形；
[0034]图11是总谐波失真比对线路电压的图形；
[0035]图12图示驱动器电路的备选配置；并且
[0036]图13图示驱动器电路的备选配置。
【具体实施方式】
[0037]现在参照图示LED灯10的图1，该LED灯10具有输入功率端子12和14以及初级控制电路系统。虚线代表灯封装的范围，理解封装可以具有适合于期望的照明应用或者装置的任何形状和配置，还理解封装可以采用灯泡的形式。LED灯10包括被配置用于连接到电源、比如AC市电的功率端子12和14(这一点的示例在灯泡型封装的形式中将包括适合于灯座连接的端子)。用于初级控制电路系统的内部电源11耦合到端子12和14，并且被配置用于使用图2A和2B所示类型的如下电路在正供电端子12’和负供电端子14’处产生(从在AC市电处的AC信号获得的)整流DC供电输入Vin，该电路支持与AC市电的连接并且包括熔断器、桥整流器和滤波电路系统(使用电容器和电感器)。
[0038]灯10的初级控制电路系统包括连接到电源11的照明电路13。照明电路13包括以下主要部件:驱动器电路20、变压器22、二极管24、第一电容器26、多个LED28、第一电阻器30、第二电容器32、第二电阻器34和第三电阻器36。将理解也可以存在、但是未图示的其它部件。
[0039]驱动器电路20为本领域技术人员已知的常规初级控制配置。电路20包括漏极端子40、源极端子42、去磁感测端子44和电流参考端子46。驱动器电路20还包括未明确示出的电源和接地端子。驱动器电路还可以包括附加端子，这些附加端子与其它特征的提供结合支持外部电路系统的连接。驱动器电路20的图示和这里提供的操作描述提供用于理解描述的实施例和特征而必需的关于电路的基本操作的信息。
[0040]优选地实施驱动器电路20为一个或者多个集成电路设备。这样的实现方式的示例是STMicroelectronics提供的HVLEDxxx集成电路芯片系列。在本领域中已知相似设计和操作的其它驱动器电路。
[0041]驱动器电路20包括η沟道功率M0SFET50，该η沟道功率MOSFET具有连接到漏极端子40的漏极和连接到源极端子42的源极。M0SFET50的栅极耦合到比较电路、比如配置为电流比较器电路的比较器52的输出。比较器52的正输入端子连接到M0SFET50的源极(该连接可能包括反馈电阻器-未明示，见图12)。比较器52的负输入端子(在节点FB)被连接用于接收可变参考电压Vc (其中这一参考电压也称为恒定电流调节回路参考电压，该恒定电流调节回路参考电压在恒定电流调节期间用于功率MOSFET的峰漏极电流的参考)。第一电阻器30在负供电端子14’处连接于M0SFET50的源极与参考供电节点之间。这一电路配置中的M0SFET50、比较器52和第一电阻器30的组合形成调节器电路，该调节器电路的操作为本领域技术人员所熟知。第一电阻器30作为电流感测电阻器来工作以感测流过变压器22的电流(并且具体感测流过初级绕组22p的电流)。
[0042]在优选实现方式中，在公共集成电路封装内提供用于功率M0SFET50的集成电路和用于驱动器电路20的剩余电路系统的集成电路(例如使用堆叠或者相邻装配的集成电路裸片)。将理解可以使用本领域已知的其它封装配置、包括提供用于功率MOSFET的封装和用于驱动器电路20的剩余电路系统的单独封装(这提供功率MOSFET作为片外部件)。在备选实现方式中，驱动器电路的剩余电路系统不需要被实施为集成的解决方案、而是被提供为使用各种电路部件的组装电路。
[0043]电流源60耦合于电路20的正供电节点与比较器52的负输入端子之间。比较器52的负输入端子还连接到电流参考端子46，并且第二电容器32在负供电端子14’处连接于电流参考端子46与参考供电节点之间。跨第二电容器32存储在比较器52的负输入端子处的参考电压Vc。电流源60作用为提供电流以跨第二电容器对电压Vc充电。
[0044]驱动器电路20还包括η沟道开关M0SFET64，该η沟道开关MOSFET具有经过电阻器66耦合到比较器52的负输入端子的漏极。在这一配置中，电阻器66的第一端子连接到M0SFET64的漏极，并且电阻器66的第二端子连接到比较器52的负输入端子。M0SFET64的源极连接到电路20的负供电节点。
[0045]M0SFET64的栅极耦合到触发器68的输出。触发器68的“设置”输入连接到去磁感测端子44。触发器68的“重置”输入连接到去磁逻辑电路70的输出。去磁逻辑电路70的输入连接到去磁感测端子44。
[0046]响应于从触发器68输出的逻辑高，M0SFET64导通，并且从比较器52的负输入端子排放电流。这导致跨第二电容器32存储的并且在比较器52的负输入端子施加的可变参考电压Vc减少。反言之，响应于从触发器68输出的逻辑低，M0SFET64关断，并且电流源60向比较器52的负输入端子提供电流。这导致跨第二电容器32存储的并且在比较器52的负输入端子处施加的可变参考电压Vc增加。
[0047]变压器22包括初级绕组22ρ，该初级绕组具有在正供电端子12’处连接到参考供电节点的第一端子和连接到驱动器电路20的漏极端子40的第二端子。变压器22还具有次级绕组22s，该次级绕组具有连接到二极管24的正极的第一端子。多个LED28相互串联连接，而串联中的第一 LED的正极耦合到二极管24的阴极，并且串联中的最后LED的阴极耦合到次级绕组22s的第二端子。电容器26与多个LED28并联耦合，从而电容器26的第一端子耦合到串联中的第一 LED的阳极，并且电容器的第二端子耦合到串联中的最后LED的阴极。变压器还具有辅助绕组22a，该辅助绕组具有在负供电端子14’处连接到参考供电节点的第一端子以及经过第二电阻器34耦合到去磁感测端子44的第二端子。在这一配置中，第二电阻器34的第一端子连接到辅助绕组22a的第二端子，并且电阻器的第二端子连接到去磁感测端子44。第三电阻器36在负供电端子14’处连接于去磁感测端子44与参考供电节点之间。绕组22p、22s和22a共享公共芯并且因此相互磁耦合。
[0048]辅助绕组22a作用为可操作用于感测二极管24的导通角度的感测电路。辅助绕组22a生成的感测的信号被施加到去磁感测端子44，并且由触发器68和去磁逻辑电路70用来生成被施加用于控制开关M0SFET64的操作的控制信号。与M0SFET64串联的电阻器66控制在M0SFET64导通时从比较器52的负输入端子吸收的电流Vc / R，其中Vc是跨电容器32 (具有电容Cref)形成的电压。
[0049]在功率M0SFET50关断时，在变压器22的次级侧上的二极管24将导通电流。在去磁感测端子44的信号Z⑶将为高。触发器68通过生成用于向M0SFET64的栅极施加的逻辑高输出信号对在“设置”输入处的这一高信号做出响应。响应于此，M0SFET64导通以允许电流Vc / R的吸收和电容器32的放电。去磁逻辑电路70然后重置触发器68，并且在周期的其余部分内M0SFET64关断。去除吸收电流，并且电容器32将由电流源60用电流IREF充电。在稳态中，在电容器32上的参考电压将保持恒定(假如充分大的电容可用)。
[0050]可以表达次级侧上的平均输出电流1ut为:
【权利要求】
1.一种驱动器电路，其特征在于，包括: 包括初级绕组的变压器，所述初级绕组具有第一端子和第二端子，所述第一端子被配置用于接收从AC信号获得的整流的DC信号； 具有第一输入、第二输入和输出的比较电路；
功率晶体管，具有耦合到所述初级绕组的所述第二端子的第一导通端子，并且具有耦合到差分电路的第一输入的第二导通端子，并且还具有耦合到所述比较器电路的所述输出的控制端子； 电容器，具有耦合到所述比较电路的所述第二输入的第一端子，并且具有第二端子；以及 注入电路，被配置用于向所述电容器的所述第二端子施加从所述整流的DC信号获得的AC信号。
2.根据权利要求1所述的驱动器电路，其特征在于，还包括在所述比较电路的所述输出与所述功率晶体管的所述控制端子之间耦合的PWM逻辑电路。
3.根据权利要求1所述的驱动器电路，其特征在于，还包括: 电流供应电路，耦合到所述比较电路的所述第二输入；以及 电流吸收电路，耦合到所述比较电路的所述第二输入。
4.根据权利要求3所述的驱动器电路，其特征在于，还包括被配置用于有选择地启动所述电流吸收电路的控制电路。
5.根据权利要求4所述的驱动器电路，其特征在于，所述变压器还包括次级绕组，并且其中所述电路还包括被配置用于感测由所述次级绕组向负载输送的电流的感测电路。
6.根据权利要求5所述的驱动器电路，其特征在于，所述感测电路包括所述变压器上的辅助绕组。
7.根据权利要求5所述的驱动器电路，其特征在于，所述控制电路通过启动所述电流吸收电路对感测电路感测由所述次级绕组到所述负载的电流输送做出响应。
8.根据权利要求7所述的驱动器电路，其特征在于，所述控制电路通过停用所述电流吸收电路对所述感测电路未感测到由所述次级绕组到所述负载的电流输送做出响应。
9.根据权利要求1所述的驱动器电路，其特征在于，还包括在所述功率晶体管的所述第二导通端子与所述比较电路的所述第一输入之间耦合的反馈电阻器。
10.根据权利要求1所述的驱动器电路，其特征在于，所述比较电路包括比较器。
11.一种驱动器电路，其特征在于，包括: 第一绕组，被耦合用于接收从AC信号获得的整流的DC信号； 电流感测电阻器，与所述第一绕组串联耦合并且被配置用于生成指示所述第一绕组中的感测的电流的第一信号； 比较电路，被配置用于比较所述第一信号与呈现可变参考值的第二信号； 电容器，被配置用于存储所述可变参考值，所述电容器具有耦合到所述比较电路的第一端子并且具有第二端子；以及 注入电路，被配置用于向存储所述可变参考值的所述电容器的所述第二端子施加从所述整流的DC信号获得的AC信号。
12.根据权利要求11所述的驱动器电路，其特征在于，还包括与所述第一绕组和电流感测电阻器串联耦合的开关电路，其中响应于来自所述比较电路的信号输出控制所述开关电路的激活。
13.根据权利要求11所述的驱动器电路，其特征在于，还包括: 电流供应电路，耦合到所述电容器的所述第一端子；以及 电流吸收电路，耦合到所述电容器的所述第一端子。
14.根据权利要求13所述的驱动器电路，其特征在于，还包括被配置用于有选择地启动所述电流吸收电路的控制电路。
15.根据权利要求14所述的驱动器电路，其特征在于，还包括磁耦合到所述第一绕组的第二绕组，并且其中所述电路还包括被配置用于感测由所述第二绕组向负载输送的电流的感测电路。
16.根据权利要求15所述的驱动器电路，其特征在于，所述感测电路包括磁耦合到所述第一绕组的第三绕组。
17.根据权利要求15所述的驱动器电路，其特征在于，所述控制电路通过启动所述电流吸收电路对感测电路感测由所述第二绕组到所述负载的电流输送做出响应。
【文档编号】H05B37/02GK203554735SQ201320598989
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】T·斯塔姆 申请人:意法半导体公司