本公開一般涉及用于為負(fù)載供電的驅(qū)動(dòng)器電路，尤其是有改進(jìn)的功率因數(shù)(pf)的驅(qū)動(dòng)器電路，該驅(qū)動(dòng)器電路包含反饋電路，用于維持電壓母線濾波器上的電荷。

背景技術(shù)：

基于發(fā)光二極管(led)的照明系統(tǒng)，比其他類型照明系統(tǒng)，諸如白熾或熒光照明，可以給出若干能量和可靠性優(yōu)點(diǎn)。因此，基于led的照明系統(tǒng)，可以是取代其他已有照明技術(shù)的、有吸引力的候選者。

歷史上，白熾燈泡已經(jīng)有近乎完美的功率因數(shù)(pf)。換句話說，白熾燈泡通常有約1的pf。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)容易意識(shí)到，有相對(duì)低pf的電學(xué)裝置需要來自公用設(shè)施的額外功率，該公用設(shè)施亦稱電網(wǎng)。因此，高功率因數(shù)的解決方案，對(duì)基于led的照明系統(tǒng)是所希望的。尤其是，為了獲得美國政府頒布的特定類型的能量證書(如energy證書(證書))，基于led的照明燈具有至少0.7的pf可能是特別希望的。這是因?yàn)?，一些照明產(chǎn)品的潛在消費(fèi)者，可以根據(jù)某種led照明燈具是否已經(jīng)獲得一種或多種特定類型的能量證書，來做出購買決定。此外，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員也會(huì)意識(shí)到，對(duì)用于led照明燈具的相對(duì)低成本的、可靠的驅(qū)動(dòng)器，在本領(lǐng)域也還存在持續(xù)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于為負(fù)載供電的驅(qū)動(dòng)器電路被公開。該驅(qū)動(dòng)器電路包含連接到ac功率源用于接收的輸入端，以及用于把來自該輸入端的ac功率變換成dc功率的整流器。該驅(qū)動(dòng)器電路還包含：電壓母線濾波器、用于產(chǎn)生高頻ac信號(hào)的高頻振蕩器、諧振驅(qū)動(dòng)器、反饋電路和高頻dc整流器。該電壓母線濾波器平滑來自整流器的dc功率，并包含至少一個(gè)電容器。該諧振驅(qū)動(dòng)器與該高頻振蕩器電聯(lián)通，并限制該高頻ac信號(hào)的電流，以及基于該高頻ac信號(hào)，產(chǎn)生受限制的輸出電壓。該反饋電路與該諧振驅(qū)動(dòng)器及該電壓母線濾波器電聯(lián)通，并維持電壓母線濾波器的電容器上的電荷。該高頻dc整流器與該諧振驅(qū)動(dòng)器電聯(lián)通，并把該受限制的輸出電壓整流成包含基本上恒定電流的dc輸出電壓，用于為負(fù)載供電。

在另一個(gè)實(shí)施例中，一種為保明(non-dimming)應(yīng)用中至少一個(gè)發(fā)光二極管(led)供電的驅(qū)動(dòng)器電路被公開。該驅(qū)動(dòng)器電路包含連接到ac功率源用于接收的輸入端，以及用于把來自該輸入端的ac功率變換成dc功率的整流器。該驅(qū)動(dòng)器電路還包含：電壓母線濾波器、用于產(chǎn)生高頻ac信號(hào)的高頻振蕩器、諧振驅(qū)動(dòng)器、反饋電路和高頻dc整流器。該電壓母線濾波器平滑來自該整流器的dc功率，并包含至少一個(gè)電容器。該諧振驅(qū)動(dòng)器與該高頻振蕩器電聯(lián)通，并限制該高頻ac信號(hào)的電流，以及基于該高頻ac信號(hào)，產(chǎn)生受限制的輸出電壓。該反饋電路與該諧振驅(qū)動(dòng)器和該電壓母線濾波器電聯(lián)通。該反饋電路包括充當(dāng)電荷泵的電容器，該電荷泵維持電壓母線濾波器的至少一個(gè)電容器上的電荷。該高頻dc整流器與諧振驅(qū)動(dòng)器電聯(lián)通，并把該受限制的輸出電壓整流成包含基本上恒定電流的dc輸出電壓，用于為led供電。

附圖說明

圖1是用于為負(fù)載提供dc電流、具有改進(jìn)的功率因數(shù)(pf)的電路的示例性方框圖；

圖2是圖1所示電路的示例性電路圖，其中整流器包含快速恢復(fù)二極管；

圖3是在圖1和2所示電路輸入端上的示例性ac波形以及在該電路的電壓母線濾波器上測量的整流后的輸入電壓的說明圖；

圖4是圖1和2所示諧振驅(qū)動(dòng)器的諧振曲線和工作點(diǎn)的說明圖；

圖5是圖2所示電路圖的另外實(shí)施例，其中整流器不包含快速恢復(fù)二極管；以及

圖6是圖5所示電路圖的另一個(gè)實(shí)施例，其中隔直電容器的位置被修改。

具體實(shí)施方式

下面的詳細(xì)描述將說明本發(fā)明的一般原理，附圖中另外示出本發(fā)明的例子。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指相同的或功能上類似的元件。

圖1是用于為負(fù)載18提供dc電流的電路10的示例性方框圖。驅(qū)動(dòng)器電路10可以包含一對(duì)功率輸入線20，用于連接到ac功率源(未示出)，諸如，舉例說，標(biāo)稱120伏ac的電源線。驅(qū)動(dòng)器電路10還可以包含電阻器r1(圖2中示出)、電磁干擾(emi)濾波器24、整流器26、電壓母線濾波器27、起動(dòng)電路28、開關(guān)30、變壓器32、開關(guān)34、反饋電路35、諧振驅(qū)動(dòng)器電路36、高頻dc整流器40、以及隔直電容器46。如在下面更詳細(xì)的解釋，電路10為負(fù)載18提供基本上恒定的dc電流，同時(shí)維持相對(duì)高的功率因數(shù)(pf)。在一個(gè)實(shí)施例中，電路10可以包含至少0.7的pf。

參考圖1-2，驅(qū)動(dòng)器電路10的輸入線20可以與emi濾波器24電聯(lián)通。在一個(gè)非限制性的實(shí)施例中，該emi濾波器24可以包含電感器l1和電容器c1及c2(圖2中示出)。整流器26可以與emi濾波器24電聯(lián)通，并被配置成把來自emi濾波器24的輸入ac功率變換成脈沖dc功率。在圖2所示的實(shí)施例中，整流器26是高頻橋式整流器，包含四個(gè)快速恢復(fù)二極管d1、d2、d3、d4。在一個(gè)實(shí)施例中，快速恢復(fù)二極管d1-d4可以有小于約150ns的響應(yīng)時(shí)間，然而，應(yīng)當(dāng)理解，這一參數(shù)實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，而其他類型的快速恢復(fù)二極管也同樣可以被使用。

整流器26的輸出端可以與電壓母線濾波器27電聯(lián)通。在圖2所示的示例性實(shí)施例中，電壓母線濾波器27可以包含電容器c3。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易明白，電容器c3可以是充當(dāng)平滑電容器的電解電容器。具體地說，電容器c3可以被用于平滑或減少由整流器26提供的dc功率中的波紋量，以便使相對(duì)穩(wěn)定的dc功率可以被提供給電路10內(nèi)的其余部件(即，起動(dòng)電路28、開關(guān)30、變壓器32、開關(guān)34、諧振驅(qū)動(dòng)器電路36、以及高頻dc整流器40)。如在下面更詳細(xì)的解釋，反饋電路35可以被用于建立電容器c3上的電荷。維持該電容器c3上的電荷進(jìn)一步平滑由整流器26提供的dc功率，而平滑的dc功率又改進(jìn)電路10的pf。

繼續(xù)參考圖1和2二者，電壓母線濾波器27可以與起動(dòng)電路28電聯(lián)通。起動(dòng)電路28可以包含電阻r2和r3、二極管d6、二端交流開關(guān)元件(diac)d7、以及電容器c6。二端交流開關(guān)元件d7是一種二極管，它只在已經(jīng)達(dá)到導(dǎo)通(breakover)電壓vbo之后才傳導(dǎo)電流。在電路10最初起動(dòng)期間，電容器c6可以被充電，直到二端交流開關(guān)元件d7達(dá)到導(dǎo)通電壓vbo。導(dǎo)通電壓一旦已達(dá)到，二端交流開關(guān)元件d7可以開始傳導(dǎo)電流。具體地說，二端交流開關(guān)元件d7可以連接到開關(guān)30并向開關(guān)30發(fā)送電流。一旦二端交流開關(guān)元件d7達(dá)到導(dǎo)通電壓vbo，二極管d6可以被用于放電電容器c6，并阻止二端交流開關(guān)元件d7再次導(dǎo)通。

如在圖2所見，電路10可以包含按級(jí)聯(lián)排列而連接的下部開關(guān)30(被標(biāo)記q2)和上部開關(guān)34(被標(biāo)記q1)。參考圖1和2二者，電阻器r3可以被用于為下部開關(guān)元件q2提供偏置。在圖2所示實(shí)施例中，開關(guān)元件q2是雙極結(jié)型晶體管(bjt)。雖然bjt可以是用于開關(guān)的相對(duì)節(jié)儉且有成本效益的部件，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，其他類型的開關(guān)元件也可以被使用。二極管d10可以被提供用于限制開關(guān)元件q2的基極b和發(fā)射極e之間的負(fù)電壓，這又增加效率。

開關(guān)30可以被連接到變壓器32。如在圖2中所見，在實(shí)施例中，變壓器32包含三個(gè)繞組t1a、t1b和t1c。當(dāng)與繞組t1b比較時(shí)，繞組t1a可以包含相反的極性。這樣確保如果開關(guān)元件q2被接通，另一個(gè)開關(guān)元件q1將在同一時(shí)間不接通。

參考圖1-2，兩個(gè)開關(guān)30、34；二極管d9、d10；電阻器r5和r6；以及該變壓器32，定義高頻振蕩器50。該高頻振蕩器50產(chǎn)生高頻ac信號(hào)vin(圖1中示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，該高頻ac信號(hào)vin可以是有至少約40千赫(khz)頻率的ac信號(hào)。高頻振蕩器50的輸出端42(圖1中示出)可以與諧振驅(qū)動(dòng)器電路36電聯(lián)通。

參考圖2，上部開關(guān)元件q1也可以是bjt。二極管d9可以被提供用于限制上部開關(guān)元件q1的基極b和發(fā)射極e之間的負(fù)電壓，這又增加效率。開關(guān)34可以被用于把高頻振蕩器50電連接到諧振驅(qū)動(dòng)器電路36。在圖2所示實(shí)施例中，諧振驅(qū)動(dòng)器電路36可以包含與變壓器32的繞組t1c串聯(lián)連接的電容器c7。諧振驅(qū)動(dòng)器電路36也可以包含電感器l2。該諧振驅(qū)動(dòng)器電路36可以被用于限制從高頻振蕩器50接收的高頻ac信號(hào)vin的電流。該諧振驅(qū)動(dòng)器電路36也基于該高頻ac信號(hào)vin產(chǎn)生受限制的輸出電壓vlimited(在圖1中示出)。

諧振驅(qū)動(dòng)器電路36可以與高頻dc整流器40電聯(lián)通。由諧振驅(qū)動(dòng)器36建立的受限制的輸出電壓vlimited，可以被發(fā)送到高頻dc整流器40，并被整流成為dc輸出電壓vdc(圖1中示出)。dc輸出電壓vdc包含被供應(yīng)給負(fù)載18的基本上恒定的電流。在如圖2所示實(shí)施例中，高頻dc整流器40是包含四個(gè)二極管d11-d14和濾波電容器c8的全波整流器。該全波整流器可以與濾波電容器c8并聯(lián)連接。在一個(gè)實(shí)施例中，二極管d11-d14可以是低電壓二極管。應(yīng)當(dāng)理解，全波整流器40使來自諧振電路36的被限制的輸出電壓vlimited的頻率加倍，因而濾波電容器c8大小可以相對(duì)地小。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，濾波電容器c8可以是小于1微法。

繼續(xù)參考1-2，隔直電容器46可以包含電容器c4。電容器c4與整流器26、電壓母線濾波器27以及高頻dc整流器40電聯(lián)通。電容器c4可以被用于阻抗匹配和阻隔dc電流。具體地說，電容器c4允許由高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻ac信號(hào)vin(圖1中示出)傳遞到高頻dc整流器40。電容器c4還阻隔由位于電路10右側(cè)的高頻dc整流器40產(chǎn)生的dc輸出電壓vdc傳回到整流器26。在圖2所示實(shí)施例中，隔直電容器c4位于整流器26和高頻dc整流器40之間。然而，在另外的實(shí)施例中，隔直電容器46可以被連接到開關(guān)30的發(fā)射極e。

反饋電路35可以在emi濾波器24和整流器26之間被連接到電路10。反饋電路35也可以被連接到高頻dc整流器40。反饋電路35包含電容器c5，該電容器c5充當(dāng)電荷泵，維持電壓母線濾波器27的電容器c3上的電荷，這又增加電路10的pf。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，示出由電路10的輸入端20所接收的ac波形a的示例性說明圖。圖3還示出電路10的已整流的輸入電壓vrec，該電壓vrec是在整流器24后面的電壓母線濾波器27的電容器c3上測量的。已整流的輸入電壓vrec是基于由電路10的輸入端20所接收的ac波形。

參考圖2和3二者，已整流的輸入電壓vrec包含波紋r。應(yīng)當(dāng)理解，由于反饋電路35維持電壓母線濾波器27的電容器c3上的電荷，已整流的輸入電壓vrec的波紋r的幅度可以被降低。換句話說，維持電容器c3上的電荷，又會(huì)進(jìn)一步平滑或降低通過電路10輸入端20上的ac波形a的每半周期的已整流的輸入電壓vrec中的波紋量(ac波形a的半周期已標(biāo)記在圖3中)。此外，維持電容器c3上的電荷還會(huì)導(dǎo)致在電路10的輸入端20上電流的增加傳導(dǎo)時(shí)間。因此，反饋電路35可以改進(jìn)電路10的總pf。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電路10的總pf可以是至少0.7。

回到圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載18可以是一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(led)。例如，在如圖2-6所示的實(shí)施例中，電路10可以包含與led(未示出)連接的一對(duì)輸出端子44。如在各圖描述和示出的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器電路10被用在保明(non-dimmable)led應(yīng)用中。雖然led被描述，但應(yīng)當(dāng)理解，負(fù)載18可以是在工作期間要求基本上恒定電流的任何類型的裝置。例如，在另外的實(shí)施例中，負(fù)載18可以是加熱元件。

圖4是圖2所示諧振驅(qū)動(dòng)器電路36的示例性諧振曲線的說明圖。該諧振曲線可以包含工作點(diǎn)o和諧振臨界頻率fo。該臨界頻率fo被定位于諧振曲線的峰處，而該工作點(diǎn)o被定位于臨界頻率fo的左側(cè)。參考圖2和4二者，增加諧振驅(qū)動(dòng)器36的電容器c7的電容或電感器l2的電感，可以向左移動(dòng)臨界頻率fo，而降低電容器c7的電容或電感器l2的電感，可以向右移動(dòng)臨界頻率fo。諧振曲線的振蕩頻率可以由變壓器32的繞組t1c、電阻器r5及r6、上部開關(guān)元件q1以及下部開關(guān)元件q2確定。尤其是，諧振曲線的振蕩頻率可以是基于變壓器32的繞組t1c的匝數(shù)，和上部開關(guān)元件q1及下部開關(guān)元件q2的存儲(chǔ)時(shí)間(storagetimes)。

電感器l2的電感以及電容器c4和c7的電容在維持電路10的可接受的線路調(diào)節(jié)中是關(guān)鍵因素。具體地說，隨著線路電壓的增加，電路10的工作頻率下降。此外，隨著工作頻率的下降，電感器l2的阻抗可能下降，從而引起提供給負(fù)載18(圖1)的電流的增加。因此，電感器l2的電感以及電容器c7和電容器c4的電容可以被這樣選擇，使得電路10的總增益隨著工作頻率的下降而下降。這又可以隨著線路電壓的增加，實(shí)際上降低或最小化提供給負(fù)載18的電流的任何增加。

圖5是另外的電路100的說明圖。電路100包含如圖2所示電路10類似的部件。然而，電路100還包含兩個(gè)附加的二極管d15和d16，位于整流器26后面。在圖5所示實(shí)施例中，二極管d15、d16是快速恢復(fù)二極管。二極管d15可以被定位于整流器26與二極管d16之間。二極管d16可以被定位于二極管d15與高頻dc整流器40之間。因?yàn)殡娐?00包含快速恢復(fù)二極管d15和d16，所以整流器26的二極管d1-d4也就不必是快速恢復(fù)二極管。換句話說，整流器26是標(biāo)準(zhǔn)的橋式整流器。所以，當(dāng)與圖1所示電路10比較時(shí)，圖5所示電路100可以導(dǎo)致快速恢復(fù)二極管的數(shù)量減少。

圖6是電路200的又另一個(gè)實(shí)施例。電路200包含如圖5所示電路100類似的部件。然而，隔直電容器c4的位置已經(jīng)被修改。具體地說，隔直電容器c4現(xiàn)在被連接在二極管d15和諧振驅(qū)動(dòng)器電路36之間。還有，反饋電路35的電容器c5的位置也已經(jīng)被修改。具體地說，電容器c5現(xiàn)在被定位成與二極管d16并聯(lián)。但是，電容器c5依然充當(dāng)電荷泵，以便維持電壓母線濾波器27的電容器c3上的電荷。附加電容器c11已經(jīng)被添加于電路200，并與電壓母線濾波器27的電容器c3并聯(lián)。電容器c11充當(dāng)分配器。

如圖1-6所示和以上所描述的被公開的電路提供一種用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的相對(duì)低成本和有效的方案，而在同時(shí)提供相對(duì)高的pf(即，0.7以上)。尤其是，被公開的電路提供相對(duì)高的pf而無需有源電路，有源電路給led照明燈具增加成本和復(fù)雜性。此外，被公開的電路還提供相對(duì)低成本和有效的方案，也用于向負(fù)載提供基本上恒定的電流。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員容易意識(shí)到，當(dāng)與今天市場上目前可購得的一些類型的led驅(qū)動(dòng)器比較時(shí)，被公開的電路導(dǎo)致更少部件和更簡單設(shè)計(jì)。

雖然這里描述的設(shè)備和方法的形式構(gòu)成本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些設(shè)備和方法的精確形式，并且在不偏離本發(fā)明的范圍下，可以在其中做出改變。