专利名称：恒压可调光led驱动电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种电源用来驱动发光二极管(LED)。
背景技术：
LED在照明上的应用正在迅速地扩涨，因为与白炽灯相比，LED具有效率高寿命长的优点。与莹光灯照明系统相比，LED也有不含水银等有害物质的优点。LED基本上是直流器件，且其工作电压通常比电カ公司提供的AC供电电压低很多。由于这个原因，驱动LED通常需要ー个电源，或“驱动电源(driver)”来将AC供电转换 为适和于LED的直流电压。传统的AD-DC转换器可以用作LED的驱动电源。这类转换器已经过很多年的优化和完善，具有很高的效率并可低成本地大批量生产。但这类转换器从根本上与传统的，主要根据白炽灯的需要而设计的调光器，如TRIAC调光器，并不兼容。原因是，当输入电压和负载在大范围内变化时，传统的AC-DC转换器总是尽可能地企图维持输出电压不变。因此，当调光器将AC-DC转换器的输入电压调低吋，转换器的输出电压仍維持不变，达不到调光的效果。直到输入电压低到不能正常工作时，传统的AC-DC转换器将会突然关闭或进入不稳定状态。目前已有ー些技术用来制造与传统调光器兼容的LED驱动电源(所谓“可调光的LED驱动电源”)。这些技术的例子包括美国专利7，649，327，7，852，017，7，609，008，7，038，399 和美国专利申请 20110043129，20110037399, 20110012530, 20100295478,20100277103, 20080278092, 20100134038, 20090295300，等所公开的各种设计。然而，所有这些设计都与传统的AC-DC转换器的设计有相当大的差別，有些设计甚至复杂到必须使用微处理器的地歩。因此这些设计不能有效地利用已经成熟完善的传统的AC-DC转换器技木。其结果是目前市场上现有的可调光的LED驱动电源都比相同瓦数的传统AC-DC转换器昂贵许多。另外，目前市场上大部分可调光的LED驱动电源都是恒流型的，而恒压型的LED驱动电源则更受欢迎，特别是在LED软灯条(flexible LED strip)的应用方面。本发明的目的
本发明人注意到恒压型的LED驱动电源比恒流型的LED驱动电源更受欢迎，特别是在LED软灯条的应用方面。因为LED软灯条的规格通常以电压来区分，而如果使用恒流的驱动电源，使用者就必须小心地选择与LED软灯条相匹配的恒流电源，否则LED软灯条将可能被烧损或不够明亮。另外本发明人还注意到在很多应用中，LED软灯条经常需要剪为不同的长度，从而需要非标准的电流来驱动。这样非标准的恒流电源可能根本就无法找到。与此相反，传统的AC-DC转换器，虽然不可调光，但却只要求与LED的驱动电压相吻合，只要LED的功率不超过AC-DC转换器的最大功率即可。例如，ー个12V 100W的AC-DC转换器既可用来驱动12V IOOff的LED软灯条也可用来驱动12V 5W的LED软灯条。所以ー个12V的LED软灯条，不管剪到什么样的长度，总可以用12V的AC-DC转换器来驱动。即使LED的功率超过了 AC-DC转换器的最大功率，这类转换器通常都有过流保护功能，会自动限制电流或自动关闭。因此只要LED的电压与AC-DC转换器的电压相符，就既不可能损坏LED也不可能损坏转换器。因此，有必要创造ー种可调光的LED驱动电源，既可与传统的调光器间容，又可最大限度地利用已经成熟完善的传统AC-DC转换器的技木，还可以像传统的AC-DC转换器一样，只要求电压的吻合。这就是本发明的目的之一。
发明内容
在某一方面，本发明提供ー种用来转换ー个AC输入以驱动ー个负载的电路，其中包括ー个测量电路用来测得ー个与该AC输入的电压相关的平均度量和ー个功率转换模块用来将该AC输入转换为ー串连续的脉冲以驱动该负载，而这串连续脉冲的占空比则受控于所述测量电路所测得的与该AC输入的电压相关的平均度量。所述负载可以是至少由ー个LED组成的阵列。所述AC输入可以由ー个AC电源经过ー个调光器而产生。所述与该AC输入的电压相关的平均度量可以与该AC输入电压的绝对值的简单平 均值近似成正比。所述功率转换模块可以包括ー个AC-DC转换器和ー个开关电路用来开通或阻断该AC-DC转换器与所述负载之间的电流环路，而开通阻断的占空比则受控于所述測量电路所测得的平均度量。所述用来开通或阻断AC-DC转换器与负载之间电流环路的开关电路可以受控于一个脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器的振荡频率基本不变并高于人类对闪烁感觉的域值，而该调制器的脉冲宽度则由所述测量电路所测得的平均度量来控制。所述脉冲宽度调制器可以包括两个电压比较器或运算放大器，第一个电压比较器或运算放大器用来控制ー个电容器的充电与放电从而产生ー个上升下降交替的连续波形，第二个电压比较器或运算放大器用来把该电容器上的电压同一个代表所述测量电路测得的平均度量的电压相比较，而第二个电压比较器或运算放大器的输出则用来控制所述开关电路，以开通或阻断该AC-DC转换器与该负载之间的电流环路。所述AC-DC转换器能在较宽的输入范围内稳定地工作并产生ー个基本恒定的电压输出，当所述AC输入电压逐渐降低时，所述占空比也逐渐降低，并在AC输入电压到达AC-DC转换器稳定工作范围的低端之前，提前一点到达0%。所述AC-DC转换器可以包括ー个整流器，ー个隔离ニ极管，和ー个DC-DC转换器；该整流器的输入端连接AC输入，而该整流器的输出端则与隔离ニ极管的阳极相连，隔离ニ极管的阴极再与该DC-DC转换器的输入端相连，所述测量电路的输入则由整流器的输出端在隔离ニ极管之前取出。上述电路中还可以进ー步包括一个泄流器提供所述调光器所需的最小导通电流，该泄流器可以是不完美的泄流器，可容许导通电流的少量提前截止以及脉冲与脉冲之间的变化。
图I为实现本发明的ー种方案，只须在未经改动的传统的AC-DC转换器模块上增加少量元件便可制成。
图2为实现图I方案的ー个具体设计案例。图3为实现本发明的另ー种方案,只须对传统的AC-DC转换器模块稍加改动并加上少量元件便可制成。图4为实现图3方案的ー个具体设计案例。图5为实现图3方案的另ー个具体设计案例。图6为实现图4和图5中用到的DC-DC转换器的ー个具体设计案例。图7用ー些波形来说明脉冲宽度调制器(106)和(307)是怎样用两个电压比较器或运算放大器来实现的。
具体实施方式
图I显示怎样在未经改动的传统的AC-DC转换器模块上増加少量元件而制成ー个可调光的LED驱动电源。如图I所示，AC电源(101)经过调光器(102)输入到根据本发明所制成的可调光的LED驱动电源(100)。可调光的LED驱动电源(100)的输出则连接到LED(108)上。调光器(102)可以是任何形式的可以用于白炽灯的调光器，包括前沿位相调光器，后沿位相调光器，和VARIC (可调输出变压器)等，只要能在用户的控制下将输出的平均电压逐渐降低及可。LED (108)可以是任何形式的LED阵列，包括LED软灯条和其他形式的以ー个特定直流电压(如12V)驱动的LED照明灯具。可调光的LED驱动电源(100)可由ー个AC-DC转换器模块(104)加上ー些元件而制成。这些元件包括泄流器(103)，平均电压测量器(105)，脉冲宽度调制器(106)，和PWM开关(107)。AC-DC转换器模块(104)必须能接受较宽范围的输入电压而输出ー个与LED( 108)相匹配的恒定的或基本恒定的电压。例如所谓的“通用输入(universal input)”的稳压电源，其输入电压范围规定为85V-264V AC，就可以用作宽输入范围的AC-DC转换器(104)。可调光的LED驱动电源(100)可以用现成的，分别制造的(或买来的)AC-DC转换器(104)，加上一块装有(103)，(105)，(106)，(107)等元件的电路板而制成，也可以将AC-DC转换器模块(104)的电路设计和(103)，( 105)，( 106)，( 107)等元件按照本发明设计的电路装在同一块电路板上。(AC-DC转换器模块(104)的电路设计可以直接考贝ー个现成的已经过完善的传统的AC-DC转换器的设计而不需要任何改动。)泄流器(103)用来提供某些类型的调光器所需的最小导通电流。泄流器(103)可以是任何类型的被动泄流器，例如一个简单电阻，或任何类型的主动泄流器，例如一个只有在AC电压低于某个值时或AC-DC转换器模块(104)所吸收的电流不足以维持TRIAC调光器导通时才启动。如果调光器(102)没有最小导通电流的要求，泄流器(103)可以略去。平均电压测量器(105)用于测量调光器(102)输出端的平均电压。平均电压是在AC电源的多个周期上所取的平均值。AC电源的频率通常为50-60HZ。为方便起见，“平均电压”一词在此处以及本说明中其他地方用来表示取电压绝对值的平均值，而不管电压的正负。(否则的话，一个对称的AC信号的平均值将永远是O。)所有类型的调光器都输出ー个与调光器所调的亮度相关的平均电压。因此，平均电压測量器(105)所测到的平均电压就代表了调光器所调的亮度。平均电压测量器(105)所测到的平均电压将用来控制脉冲宽度调制器(106)。脉冲宽度调制器(106)产生ー串连续的脉冲其占空比受控于平均电压测量器(105)所测到的平均电压。脉冲宽度调制器(106)的运行频率应高于人类对闪烁感觉的域值(如2kHZ)并与AC电源(101)的频率无关。脉冲宽度调制器(106)用来控制PWM开关(107)，以接通和断开AC-DC转换器(104)与LED (108)之间的连接。这样ー来，当使用者把调光器(102)调低时，调光器输出端的平均电压也随之降低，从而使得电源与LED (108)接通的时间上的比例(也就是占空比)下降。由于LED
(108)的接通和断开的频率高于人类对闪烁感觉的域值，人们只觉得LED (108)的亮度降低了而不会感觉到任何闪烁。需要注意的是，脉冲宽度调制器(106)的设计应保证当平均AC电压降到使得AC-DC转换器(104)不能正常工作之前，占空比在能够降到0% (完全断开的状态)。例如，如果当平均电压降到20V时AC-DC转换器(104)就不能正常工作了，那么脉冲宽度调制器(106)的占空比就应该在平均电压降到20V之前降到0% (完全断开的状态)。同样地，合理的设计也应该在电压的高端留一点余地，以保证在调光器的亮度调到100%之前，占空比能够稍微提前一点达到100% (完全接通的状态)。这是因为AC供电的电压总会有一些不可避免的变化，并且有些调光器根本就不可能调到输入电压的100%。ー个适用于北美120V/60HZ供电的设计实例是，当调光器(102)输出端的AC平均电压从96V降到24V 时，脉冲宽度调制器(106)的占空比从100%降到0%。(请注意，对于正弦波平均值=(2
ね/ π ) RMS，所以96V的平均电压相当于106. 6V的RMS电压，从而在高端留有约11%的余
地。)
本发明人观察到，虽然ー个通用输入(universal input)的AC-DC转换器通常只规定能在85V到264V之间工作，但用在本发明中却可以在更低的输入电压下工作。其原因是，85V的下限是指AC-DC转换器仍然能够提供全额功率的最低输入电压。然而如果用在本发明中，当输入电压很低时，驱动LED (108)的占空比也很低，AC-DC转换器就只需要提供非常小的功率而不是全额功率。另ー个原因是，ー个典型的AC-DC转换器通常在前端有ー个桥式整流器，随后是一个低通滤波器其中带ー个很大的电容器，然后再连接ー个DC-DC转换器。在负载电流很小的情况下，这个桥式整流器和随后的大电容实际上形成了一个峰值保持器。因此，即使平均电压很低，输往DC-DC转换器的电压却实际上接近于峰值电压，可以比平均电压高很多，尤其当平均电压是通过ー个位相切割调光器而降低的。由于上述两个原因，平均电压的下限通常可以比AC-DC转换器的标称输入电压范围低很多。本发明人观察到，ー个典型的通用输入的AC-DC转换器虽然其标称输入电压的范围是85V到264V，但若用在本发明中，却在平均输入电压降到20V时，仍能正常工作。即使ー个传统的通用输入AC-DC转换器在用于本发明时，不能在很低电压下工作，通常也只需对设计稍加修改就可以使其正常工作。ー个在本领域内具有普通技能的人士会知道恰当的修改方式。图2显示实现图I方案的ー个具体设计案例的细节。虽然这个具体设计案例包括很多细节，但这些细节不应被解释为是对本发明范围的限制。ー个在本领域内具有普通技能的人士会意识到本发明可以用很多种与此设计案例不同的方法来实现。在此具体设计案例中，泄流器(103)是ー个简单的电阻R1。ー个在本领域内具有普通技能的人士会意识到泄流器(103)可以用很多种不同的方法来实现，只要能够在AC-DC转换器(104)吸收的电流不够时，維持ー个最小导通电流即可。平均电压测量器
(105)直接测量调光器(102)输出端的AC电压。调光器(102)输出端的AC电压，通过电阻R2在光隔离器VOl的输入端产生ー个AC电流,并在光隔离器VOl的输出端(光电晶体管端)产生ー个与输入AC电流成正比的DC电流。请注意，AC光隔离器如Fairchild半导体公司生的F0D814容许AC输入，因此可以直接从AC电源测量平均电压而不需要整流。VOl输出端的电流输出与调光器输出的电压成正比，并随其波动而波动。但是因为有ー个大电容Cl与电阻R3相并联，Cl可以在VOl的输出电流高于平均值的时候充电而在低于平均值的时候放电，因此流过电阻R3的电流基本上是VOl输出电流的平均值。所以，R3上的电压与调光器(102)输出端的平均电压成正比，但不能高于VCC (12V)。电阻R3上的电压可以近似地表示为(パ J/ぬO <Vac>,如果此值低于VCC的话。但如果此值高于VCC的话，则被限制为VCC(V01中光电晶体管的饱和压降通常为O. 2V-0. 5V，可以忽略不计)。其中，<Va。〉表示调光器(102)输出端的平均电压，r表示光隔离器VOl的电流传递比(current transfer ratio)。在图2所示的设计案例中，VOl的电流传递比为55%，因此，R3上的电压经计算约为调光器
(102)输出端平均电压的10%。当调光器(102)输出端平均电压从96V变到24V时，平均电压测量器(105)的输出电压从9. 6V变到2. 4V。因为光隔离器的电流传递比差别很大，R3也许需要进行调整以同光隔离器VOl相匹配。在成批生产中，也许需要把光隔离器事先筛选，按电流传递比分成不同的批用在生产中。这样，在每ー批的生产中，光隔离器就有近似 相同的电流传递比，因此R3就可以是固定的。如果平均电压测量器不使用光隔离器就不会有这种麻烦，如图5的例子所示。关于图5的例子，以下还会有更详细的说明。如图2所示，脉冲宽度调制器(106)可由两个电压比较器做成。(也可以用运算放大器来代替电压比较器，虽然运算放大器是按照线性工作的要求而优化的，而线性在此处并不需要。)一个电压比较器Ul-B用来构成ー个振荡器。它的工作原理如下当Ul-B的输出端处于高电位吋，电压比较器Ul-B的“ + ”输入端经电阻R7和R5抗拒着R4往上拉而达到约VCC的80%。此时，电容器C2通过R6冲电。当电容器C2上的电压冲到超过Ul-B的“ + ”输入端的电压(VCC的80%)吋，Ul-B的输出端就会反转而变为低电位。当Ul-B的输出端处于低电位吋，电压比较器Ul-B的“ + ”输入端经电阻R7和R4抗拒着R5往下拉而达到约VCC的20%。这时，电容器C2通过R6放电。当电容器C2上的电压放到低于Ul-B的“ + ”输入端的电压(VCC的20%)吋，Ul-B的输出端又会再次反转而变为高电位。如此反复循环，使电容器C2上的电压在VCC的20%和80%之间振荡，从而产生如图7所示的波形。这样的波形又被输入到电压比较器Ul-A的“-”端，而Ul-A的“ + ”端则与平均电压测量器(105)的输出端相连结。平均电压测量器(105)输出的电压由图7的上半部中的水平虚线来表示。当Ul-A的“ + ”端高干“-”端吋，Ul-A的输出为高，反之则为低，从而产生如图7下半部所示的波形。在此波形中，脉冲的宽度等于电容器C2上的电压低于平均电压测量器(105)输出电压的时间。这样ー来，当平均电压测量器(105)的输出电压从VCC的20% (约2. 4V)变到VCC的80% (约9. 6V)时，脉冲宽度调制器(106)输出的占空比就从0%变到100%。脉冲宽度调制器(106)的输出用来驱动PWM开关(107)。PWM开关(107)可以是ー个N-通道的MOSFET Ql，用来开通和阻断AC-DC转换器(104)与LED (108)之间的电流环路。Ql应选择能够支持较大电流并有很小导通电阻的器件。例如，Fairchild公司出产的FDP65N60在导通时的电阻小于O. 016Ω，因此在5A的电流下，Ql上的电压小于O. 08V，功率小于O. 4W,不需要散热器。在此具体设计案例中，AC-DC转换器(104)是ー个可以直接在市场上买到的稳压电源，V-Infinity制造的V0F-65-12。该电源的12V输出同时可用来满足脉冲宽度调制器(106)和部分平均电压测量器(105)的供电需求。
图3显不本发明的另ー种实施方案。该实施方案可由一个传统的AC-DC转换器经过很小的改动而制成。该实施方案的两个具体设计案例分别由图4和图5显示。如图3所示，ー个典型的宽输入范围的传统AC-DC转换器通常已经带有ー个整流器(303)和ー个宽输入范围的DC-DC转换器(305)直接连接在一起。需要改动的是，把该连接断开，在整流器(303)和DC-DC转换器(305)之间插入隔离ニ极管(304)，并加上一些元件如泄流器(302)，平均电压测量器(306)，脉冲宽度调制器(307)，和PWM开关(308)。这些改动可以在已经制造好的AC-DC转换器上切断原来的连接，并加上一块带有(302)，(304)，(306)，(307)，和(308)等元件的小电路板而制成。但更理想的是将原设计进行改动，并把经过改动的AC-DC转换器和这些增加的原件装在同一块电路板上。泻流器(302)与整流器(303)的输出端相接，用来泻掉一部分经过整流的直流电流。当然也可以用与图2中泻流器(103)类似的交流泻流器来代替泻流器(302)，或与泻流器(302)同时使用，这样的设计同样能正常工作。在图4和图5所示的具体设计实例中，泻流器(302)是ー个由电阻R1，R2，和电容器Cl所组成的被动泻流器。 本发明人观察到，图4和图5中由电阻Rl，R2，和电容器Cl所组成的被动泻流器不能绝对地防止TRIAC调光器在缺乏最低维持电流时提前关闭。当AC电压不是很低吋，Cl将通过R2冲电。这时，对Cl冲电的电流与通过Rl的电流加在一起能够提供足够的维持电流。但是，当AC电压很低吋，Cl将通过串连起来的Rl和R2放电。该放电的电流会使Rl上的电压增加，并有可能使Rl上的电压高于AC电压从而使整流器反向截止。当这种情况发生时，通过调光器的电流就会变为O而使TRIAC调光器提前阻断。其效果是AC波形的尾部被切掉了ー小点。本发明人还观察到，当调光器调到某些亮度值时，这种AC波形尾部的提前关闭还可能对每ー个周期是不一样的。对很多其他种类的可调光的LED驱动器而言，这种AC波形尾部的提前关闭和周期与周期之间的变化会产生严重的闪烁。但用在本发明中吋，这种提前关闭不会产生严重的问题。首先，传统的AC-DC转换器通常只有在AC电压的锋值附近才有电流流过整流器，因此AC波形的尾部被切掉一点对该转换器输入的功率没有影响。其次，控制脉冲宽度调制器(307)的电压是对AC电压的很多个周期进行平均以后取得的，因此周期与周期之间的变化被平均掉了，使得平均电压测量器(306 )的输出电压基本恒定。最后所剩的效应只是由于AC波形的尾部被多截去了一点儿，调光器调到的亮度值有一点移动(例如当调光器的亮度值调到标称的50%吋，实际的亮度值只有40%)。这不会产生任何严重的问题。如果按上面提到的设计方法在调光器亮度值的上方留有足够余地的话，调光器照样可以将脉冲宽度调制器(307)的占空比从0%平滑地调到100%。这个例子显示，本发明可以使用较弱的和不完美的泻流器而不会有很大问题，而这类泻流器如果用在其他类型的可调光LED驱动器上，就不能很好地工作。使用较弱的和不完美的泻流器的优点是可以减少功耗，简化设计，降低成本。下面继续讨论图3的实施方式。隔离ニ极管(304)可以是ー个简单的ニ极管，如图4和图5所示。使用隔离ニ极管的理由是，ー个典型的AC-DC转换器通常都有一个很大的电容接在DC-DC转换器之前，整流器之后(如图4和图5中的C4和图6中的Cl)。如果整流器直接接到这个电容器上，就会形成一个峰值保持器，把整流器输出端的电压保持在峰值附近，使平均电压测量器(306)不可能测到正确的平均电压。接入隔离ニ极管(304)可以使整流器(303)与这个大电容隔离开来，让整流器的输出电压随着AC电压上升下降，使平均电压测量器(306)可以测到正确的平均电压。而且隔离ニ极管同样与DC-DC转换器之前的大电容一起形成一个峰值保持器，使该转换器的工作范围延伸到平均电压很低的区域，这一点前面已经讨论过。平均电压测量器(306)，脉冲宽度调制器(307)，和PWM开关(308)与图I中的(105)，(106)，和(107)大同小异，其微小的差别在图4和图5中显示。在图4所示的具体设计实例中，平均电压测量器(306)基本上与图2中的平均电压測量器(105)相同，只不过侧量的是经过整流的信号而不是交流信号。因此，该设计使用了直流光隔离器如F0D817，而不是交流光隔离器如F0D814。图4中的脉冲宽度调制器(307)和PWM开关(308)与图2中对应的元件(106)和(107)完全相同。在图5所示的具体设计实例中，隔离的界线不在平均电压测量器(306)内部，而是在PWM开关(308)的输出端。还有，脉冲宽度调制器(307)的供电来源于DC-DC转换器产生的ー个附加电源，这个附加电源可以与该转换器的主要输出不同。在这个设计实例中，平均
电压测量器(306)的输出可按ま< Vrect>来计算，其中〈U是整流器(303)输出的 平均电压，也基本上等于调光器(102)输出端的平均AC电压。因为这里没有使用光电隔离器，R3和R4可以是固定的，而不需要与光隔离器相匹配，因此就被避免了前面讨论图2时提到的问题，而图4的例子也存在相同的问题。用上述公式以及R3=20kQ，R4=130kQ可以算出，当调光器(102 )把输出的平均电压从96V变到24V时，平均电压测量器(306 )的输出电压就会从12. 8V变到3. 2V，对应于16V附加电源的80%和20%。脉冲宽度调制器(307)基本上与图2的脉冲宽度调制器(106)相同，只不过它的供电电压是16V而不是12V。电容器C2上的电压也会有图7的上半部所示的波形，只不过是在16V的20%和80%之间(3. 2V和12. 8V之间)震荡。所以，当调光器(102)把平均电压从96V变到24V时，脉冲宽度调制器(307)输出的占空比就从100%变到0%。脉冲宽度调制器(307)的输出通过光隔离器VOl来驱动PWM开关(308)。这里电流传递比的差别不会产生任何问题。图6显示ー个典型的宽输入范围的AC-DC转换器所含的DC-DC转换器部分，可以用作图4和图5中的模块(305)。同时也显示为脉冲宽度调制器(307)供电的附加电源是怎样获得的。ー个典型的AC-DC转换器已经带有ー个附加电源，产生于反冲变压器(flybacktransformer)的ー个附加线圈，用来为控制器集成电路(如图6中的Ul)供电。这个附加电源可以用来为脉冲宽度调制器(307)供电。但必须小心的是，控制器集成电路通常需要一个很小的启动电流，而这个启动电流通常必须通过ー个电阻，如图6中的R4，从经过整流的AC电源那里直接获得。如果脉冲宽度调制器(307)的供电直接从控制器集成电路Ul的VCC那儿获得，那么也可能脉冲宽度调制器(307)吸收的额外电流会使电阻R4不足以把Ul的VCC拉到足够高的电位使之启动。所以，附加电源应该从附加线圈那里通过另ー个ニ极管D5整流获得。当然，如果R4能提供足够的电流同时供应脉冲宽度调制器(307)和启动控制器集成电路U1，那么为脉冲宽度调制器(307)供电的附加电源也可以从Ul的VCC那儿直接获得。当然，也可以把R4改为较小的值，使之能够同时供应脉冲宽度调制器(307)和启动控制器集成电路Ul所需的电流。以上这些实例说明怎样把ー个传统的AC-DC转换器的设计经过很小的修改或不加修改并加上少量元件而制成一个可调光的恒压LED驱动器。这些改动和加上去的少量元件对成本的増加和对电路板面积的要求都是很小的，并且不会改变AC-DC转换器原设计的电和热的基本特性。所有AC-DC转换器原来的过流保护，过压保护，和过热保护的机制都没有任何改变。因此，本发明能够有效地利用已经成熟完善的传统AC-DC转换器技术，来很快地制成可调光的恒压LED驱动器。虽然本发明是通过以上的几个具体实施方式
来说明的，但ー个在本领域内具有普通技能的专业人士，在读了本说明和研究了附图之后，就会明白很多种修改，变动，和重新排列都是可行的。例如，虽然以上例子中的泄流器都是被动泄流器，但在本领域内的专业人士会意识到，各种类型的主动泄流器都可以用在本发明中，包括一些只有在AC电压低于某个值时或AC-DC转换器吸收的电流不足以维持TRIAC调光器导通时才起作用的泄流器。这样的泄流器可能比被动泄流器更少地浪费功率。另外，具有功率因素校正(power factorcorrection (PFC))功能的AC-DC转换器也可以用来代替以上例子中的传统AC-DC转换器。具有功率因素校正功能的AC-DC转换器像电阻ー样在很低的电压下也会吸收电流，而不像传统AC-DC转换器那样只在电压的峰值附近才吸收电流。具有功率因素校正的AC-DC转换器在较低电压下吸收的电流也可能足以使TRIAC调光器维持导通，因此可泄流器可以是比较弱的，甚至可以完全被省去。还有，以上描述的平均电压只是AC电压的ー种度量。其他 种类的度量也是可行的。例如，平均电压测量器可以用ー个测量均方根(RMS)电压而不是平均电压的电路来代替。实际上，与调光器输出端电压相关的任何形式的平均度量用在本发明中都可以正常工作。虽然在上面描述的脉冲宽度调制器中，频率是固定的，而占空比则随着脉冲宽度的变化而变化，但不同的设计也是可行的，例如可以让脉冲宽度和频率都同时变化，只要频率保持在人类感觉闪烁的域值之上即可。平均电压测量器和脉冲宽度调制器都可以分别或同时是非线性的，以使人们感觉到更加平滑的调光曲线(人类对亮度的感觉是非线性的)。虽然在上述的设计实例中，脉冲宽度调制器的占空比可以从0%变到100%，不同的设计也可以让占空比的最高值低于100%，例如只能到50%。在这种情况下，AC-DC转换器的输出电压可以比LED的额定电压高一点，从而使通过LED的平均电流与该LED在额定电压下以100%占空比来驱动所产生的电流相同。例如，ー个12V的LED阵列在13V、50%占空比的连续脉冲的驱动下所产生的平均电流与该LED阵列在12V的直流电压下产生的电流大致相同。这样，调光器仍然可以把亮度从0%调到100%，但占空比却可以被限制在100%以下。虽然以上的描述以LED照明为主，但本发明同样可以用来驱动其他的负载，如卤素灯
(halogen light)。所有这些改动，以及这里没有--列举的各种可能的改动，对于ー个本
领域内有普通技能的专业人士而言，只要读了本说明并研究了各附图，都会变得显而易见。还有，本说明中的某些术语只是为了描述清晰的目的而使用的，并不能解释为是对本发明的限制。以上提到的各种參数的某些具体数值也只是用来举例说明而已，并不能解释为是对本发明范围的限制。一个本领域内有普通技能的专业人士可以看出，使用不同的数值也照样能使本发明正常工作。因此，所附权利要求书的目的是把所有这些修改，变动，和重新排列，等等，都全部涵盖于本发明的真正精神和范围之内。
权利要求
1.一种用来转换一个AC输入以驱动一个负载的电路包括 a)一个测量电路用来测得一个与该AC输入的电压相关的平均度量； b)一个功率转换模块用来将该AC输入转换为一串连续的脉冲以驱动该负载，而这串连续脉冲的占空比则受控于所述测量电路所测得的与该AC输入的电压相关的平均度量。
2.根据权利要求I所述的电路，所述负载为至少由一个LED组成的阵列。
3.根据权利要求I所述的电路，所述AC输入由一个AC电源经过一个调光器而产生。
4.根据权利要求I所述的电路，所述功率转换模块包括一个AC-DC转换器和一个开关电路用来开通或阻断该AC-DC转换器与所述负载之间的电流环路，而开通与阻断的占空比则受控于所述测量电路所测得的平均度量。
5.根据权利要求4所述的电路，所述用来开通或阻断AC-DC转换器与负载之间电流环 路的开关电路受控于一个脉冲宽度调制器，该脉冲宽度调制器的振荡频率基本不变并高于人类对闪烁感觉的域值，而该调制器的脉冲宽度则由所述测量电路所测得的平均度量来控制。
6.根据权利要求5所述的电路，所述脉冲宽度调制器包括两个电压比较器或运算放大器，第一个电压比较器或运算放大器用来控制一个电容器的充电与放电从而产生一个上升下降交替的连续波形，第二个电压比较器或运算放大器用来把该电容器上的电压同一个代表所述测量电路测得的平均度量的电压相比较，而第二个电压比较器或运算放大器的输出则用来控制所述开关电路，以开通或阻断该AC-DC转换器与该负载之间的电流环路。
7.根据权利要求4所述的电路，所述AC-DC转换器能在较宽的输入范围内稳定地工作并产生一个基本恒定的电压输出，当所述AC输入电压逐渐降低时，所述占空比也逐渐降低，并在AC输入电压到达AC-DC转换器稳定工作范围的低端之前，提前一点到达0%。
8.根据权利要求4所述的电路，所述AC-DC转换器包括一个整流器，一个隔离二极管，和一个DC-DC转换器；该整流器的输入端连接AC输入，而该整流器的输出端则与隔离二极管的阳极相连，隔离二极管的阴极再与该DC-DC转换器的输入端相连，所述测量电路的输入则由整流器的输出端在隔离二极管之前取出。
9.根据权利要求3所述的电路还进一步包括一个泄流器提供所述调光器所需的最小导通电流，该泄流器可以是不完美的泄流器，可容许导通电流的少量提前截止以及脉冲与脉冲之间的变化。
10.根据权利要求I所述的电路，所述与该AC输入的电压相关的平均度量与该AC输入电压的绝对值的简单平均值近似成正比。
全文摘要
本发明公开了一种可调光的恒压LED驱动电路。这种驱动电路与所有调光器兼容，包括传统的相位削减调光器(phasecutdimmer)(TRIAC)，并且与通常的恒压电源一样，只要求电压一致，不论LED负载的大小，都可与其连接。该电路产生一串连续的脉冲来驱动LED负载，并且测量一个代表AC输入电压的平均度量，用来控制这串脉冲的占空比(dutycycle)。当调光器将该平均度量降低时，驱动LED的占空比也随之下降，从而达到调光的目的。该驱动电路只需在传统宽输入电压的AC-DC转换器的基础上稍加改动或不改动并加上少量元件便可实现。
文档编号H05B37/02GK102740545SQ201210056680
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月6日 优先权日2011年4月13日
发明者刘刚 申请人:刘刚