專利名稱：Led驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
LED驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與相關(guān)申請(qǐng)相互參照本發(fā)明包含了美國專利申請(qǐng)?zhí)?1/565，507的全部內(nèi)容，上述美國專利的申請(qǐng)時(shí)間為2011年12月1，發(fā)明名稱為“LED驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路”。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及LED照明驅(qū)動(dòng)電路，尤其涉及LED照明驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)方面。一種LED照明驅(qū)動(dòng)電路利用功率因數(shù)校正(PFC)控制器，例如以轉(zhuǎn)換模式工作的電流型PFC控制器，和向LED提供隔離供電的反激變換器。人們希望采用PFC控制器的LED驅(qū)動(dòng)電路具有各種電路保護(hù)特征，同時(shí)又不需要增加價(jià)格昂貴的電路元件或使之復(fù)雜化，以避免使實(shí)施現(xiàn)有技術(shù)中所揭示的典型的電路保護(hù)方案的費(fèi)用增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明可包含所附權(quán)利要求中所論述的一項(xiàng)或多項(xiàng)功能特性、和/或包含以下所列功能特性中的一種或多種及這些功能特性的一種或多種組合?！N示范性的LED驅(qū)動(dòng)電路基于采用反激式拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換模式功率因數(shù)校正控制器(PFC)集成電路。該LED驅(qū)動(dòng)電路采用具有各種故障和沖擊保護(hù)特性、輸出電路開路負(fù)載和短路保護(hù)特性、以及主變壓器超溫保護(hù)特性的通用輸入電路。通過以下對(duì)所述實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明所揭示的其它特點(diǎn)將會(huì)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。

本發(fā)明的詳細(xì)說明特別參照附圖，其中:圖1A和IB是本發(fā)明所述的LED驅(qū)動(dòng)電路的示意圖；圖1A示出了輸入電路，圖1B示出了隔離輸出電路；圖2是圖1A和IB所示的LED驅(qū)動(dòng)電路的電源線輸入和抗電磁干擾(EMI)部分；圖3是圖1A和IB所示的LED驅(qū)動(dòng)電路的示范性IC U4引腳布置圖；圖4是圖1A和IB所示的IC U4的示意性電壓調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)控制曲線圖；圖5是圖1A和IB所示的LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出電路部分的第一實(shí)施例示意圖；以及圖6是圖1A和IB所示的LED驅(qū)動(dòng)電路的具有超溫保護(hù)特性的輸出電路部分的第
二實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
為了闡述和理解本發(fā)明的原理，下文中將參照附圖中所示的一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例并用專用語言來說明本發(fā)明。[0017]具有反激變壓器的LED驅(qū)動(dòng)電路的概述參照?qǐng)D1A和1B，其中示出了 LED照明驅(qū)動(dòng)電路的一種示范性實(shí)施例。圖1A所示的驅(qū)動(dòng)電路的PFC輸入電路部分基于轉(zhuǎn)換模式PFC控制器IC Ul，例如L656x系列IC (例如位于美國德克薩斯州科佩爾市和瑞士日內(nèi)瓦市的STMicroelectronics公司提供的L6562A)。該驅(qū)動(dòng)電路采用反激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并能夠適應(yīng)從120Vac至277Vac的電源線輸入電壓。參照?qǐng)D1A，升壓變換器連接到整流橋二極管Dla、Dlb、Dlc、Dld的輸出。反激開關(guān)包括MOSFET Q1，并由IC Ul驅(qū)動(dòng)。升壓變壓器Tl實(shí)現(xiàn)一次繞組Np和二次繞組Ns之間的耦合(圖1B)。在Ql關(guān)斷時(shí)，二極管D3和R32/C32電路鉗住峰值漏感電壓尖峰。在起動(dòng)時(shí)，IC Ul由連接在電容C6兩端的回路供電電壓VCC供電，電容C6由線路整流直流電壓VDC通過電阻Rl、R2a和R2b充電。在正常工作時(shí)，變壓器Tl的輔助繞組Na和配套元件可用于為IC Ul產(chǎn)生15V VCC0電阻R3也與輔助繞組Na連接，為IC Ul的L656x測流(ZCD)引腳提供變壓器信號(hào)，在每個(gè)開關(guān)操作循環(huán)中接通MOSFET Ql0電阻R34感知流入變壓器一次側(cè)的電流。當(dāng)測流引腳Z⑶上的信號(hào)達(dá)到通過L656x的內(nèi)部倍增器設(shè)定的水平時(shí)，MOSFET Ql關(guān)斷。由電阻R7/R8/R9和R5構(gòu)成的分壓器為IC Ul的倍增器(MULT)引腳提供瞬時(shí)電壓信息，該信息用于調(diào)節(jié)流入變壓器Tl的一次側(cè)的電流。IC U2a/b是一個(gè)光耦合器。輸入端U2a在電路的PFC/輸入電路部分中(圖1A)，輸出端U2b在LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出電路部分中(圖1B)。光耦合器U2從LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出電路部分向LED驅(qū)動(dòng)電路的PFC/輸入電路部分傳送控制信號(hào)，例如向IC Ul的誤差放大器的反相輸入INV引腳傳送控制信號(hào)，該信號(hào)也倍增，作為開/關(guān)控制輸入。反激LED驅(qū)動(dòng)控制電路概述參照?qǐng)D1B，耦合到升壓變壓器Tl的二次繞組Ns的輸出整流二極管D5是快速恢復(fù)型二極管。電容C24跨輸出耦合，以濾除高頻脈動(dòng)。輸出電壓脈動(dòng)頻率是輸入的兩倍，實(shí)測為120HZ。最終，LED燈上的電壓脈動(dòng)小于3.0%，通過LED燈的電流的電流脈動(dòng)為20%左右。IC Ul PFC的輸出電壓和電流反饋由光耦合器U2a/b提供。光耦合器輸入U(xiǎn)2b由IC U4的控制輸出OUT引腳5驅(qū)動(dòng)(圖3)，恒壓恒流二次控制器集成電路U4可為由位于美國得克薩斯州科佩爾市和瑞士日內(nèi)瓦市的STMicroelectronics公司提供的SEA05。IC U4包含用于進(jìn)行電流調(diào)控和電壓調(diào)控(CC和CV)的雙控制回路。IC U4集成有參考電壓、兩個(gè)運(yùn)算放大器和一條低壓側(cè)測流電路。OUT引腳5的控制輸出是兩個(gè)內(nèi)部運(yùn)算放大器的公共開路漏極輸出，Vcc引腳6是IC U4的電壓源。輸出電壓感測通過電阻R21和R20/R20b實(shí)現(xiàn)，它們構(gòu)成一條分壓器電路，該分壓器電路的中點(diǎn)耦合到IC U4的Vctrl輸入(對(duì)于SEA05為引腳3)，用于感測現(xiàn)有輸出電壓，以驅(qū)動(dòng)LED燈。Vctr是IC U4的運(yùn)算放大器電壓回路的反相輸入。輸出電流感測通過耦合到IC U4Ictrl輸入(對(duì)于SEA05為引腳4)的電阻網(wǎng)絡(luò)R25、R25bl、R25b2實(shí)現(xiàn)，用于低壓側(cè)電流感測。IC U4引腳I的Isense是運(yùn)算放大器電流回路的反相輸入，IC U4的引腳2接地，作為設(shè)備的偏置電流的回流線路，為所有電壓值提供OV參考。電路的輸入保護(hù)特性參照?qǐng)D2，其中示出了 LED驅(qū)動(dòng)電路的電源線輸入和抗電磁干擾部分。電源輸入回路包括熔斷器F1、EMI濾波電感LI和配套的電容、可變電阻V1、涌流限制器R2、以及采用二極管Dla, Dlb, Dlc和Dld的整流橋。輸入電路提供各種故障和沖擊保護(hù)功能。熔斷器Fl與輸入電源線串聯(lián)，從而防止因驅(qū)動(dòng)電路中發(fā)生短路故障而導(dǎo)致輸入電源線短接?？勺冸娮鑆l電耦合在電源線輸入和中性線輸入之間，防止電路受到電壓沖擊的影響。為了支持通用電源線輸入特性，可使用電壓額定值為320V的可變電阻。涌流限制器R2可為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。例如，在向驅(qū)動(dòng)電路通電之前，NTC熱敏電阻的溫度約為室溫，并且電阻值較高；因此，在首次通電和驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻會(huì)限制電源線的電流。在起動(dòng)后，NTC熱敏電阻R2的溫度上升，其電阻值降低；因此，由NTC熱敏電阻R2導(dǎo)致的功率損失降低。所以，在驅(qū)動(dòng)電路首次起動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻R2能夠減少電源線的涌流。電路的輸出保護(hù)特性參照?qǐng)D5，該圖顯示了 LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出部分的第一個(gè)示范性實(shí)施例，輸出電壓和電流反饋提供到光耦合器U2的輸入，由IC U4的OUT引腳5驅(qū)動(dòng)。IC U4的電壓調(diào)節(jié)功能用于在開路時(shí)限制輸出電壓。IC U4的電流調(diào)節(jié)功能用于為連接到驅(qū)動(dòng)電路的LED燈提供恒定電流。當(dāng)?shù)刃ж?fù)載電阻增加到高于某個(gè)值時(shí)，從驅(qū)動(dòng)電路向LED燈輸送的電流會(huì)減小。圖4顯示了正常條件下I⑶4的恒流CC和恒壓CV控制曲線。當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載(輸出LED+和LED-)開路時(shí)，輸出電壓可限制為預(yù)定值，以保證安全。例如，在圖5所示的示范性實(shí)施例中，典型LED燈的額定值為36V和720mA。電阻R20和R21之間的接點(diǎn)連接到IC U4的Vctrl，用于感知輸出電壓，因此由驅(qū)動(dòng)電路提供的輸出電壓取決于由電阻R20和R21構(gòu)成的分壓器電路?；诔Ｒ?guī)的LED燈額定值，可為電阻R20和R21選擇適當(dāng)?shù)闹担沟卯?dāng)輸出為開路時(shí)提供45Vdc最高輸出電壓，從而不提供負(fù)載。圖5所示的驅(qū)動(dòng)電路輸出部分還向LED燈提供受控的恒定電流。測流電阻R25與提供給LED燈的負(fù)極LED輸出串聯(lián)。在此示范性實(shí)施例中，電阻R25的值為0.10歐姆(1%)0為了精確感測驅(qū)動(dòng)電路輸出電流，選用與測流電阻R25并聯(lián)、由電阻R25bl和R25b2構(gòu)成的分流電路，以提供所需的輸出電流。此示范性的IC U4采用50mV進(jìn)行電流感測。因此，額定電流為720mA的燈的感測電阻確定為50mV/0.72A = 69.4毫歐。由于難以找到電阻值如此并且精確的感測電阻，因此把兩個(gè)電阻R25bl和R25b2與測流電阻R25并聯(lián)，以提供所需的電阻值，使得當(dāng)通過電阻R25的電流為720mA時(shí)能提供50mV電壓值。例如，電阻R25bl+R25b2的總值可為電阻R25的電阻值的100倍左右。IC U4還提供輸出短路保護(hù)。LED負(fù)載短路可能發(fā)生在驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)不同時(shí)段:輸出在驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)前短路、以及輸出在驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)后短路。雖然15歐姆電阻RlOO能夠?yàn)镮C U4提供一定程度的保護(hù)，但是需要更多的短路保護(hù)。若驅(qū)動(dòng)電路輸出端(LED+和LED-)的負(fù)載在LED驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)前短路，則在圖5所示的輸出電路中，不會(huì)向IC U4的Vcc引腳提供正確工作所需的供電。為了解決此問題，可以向IC U4的Vcc引腳提供附加電源或備用電源，如圖1B的下半部分所示。具體而言，當(dāng)不能從圖1A所示的輸入電路獲得供電時(shí)，變壓器輸出Na2和配套的元件向IC U4提供直流供電，從而在輸入電路起動(dòng)時(shí)IC U4能夠工作，這樣，在LED驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)時(shí)，能夠提供輸出短路保護(hù)。若驅(qū)動(dòng)電路輸出端(LED+和LED-)的負(fù)載在驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)后短路，則電容C12會(huì)快速放電，導(dǎo)致過高電流，造成危險(xiǎn)。增加圖5所示的NTC熱敏電阻R26b能夠防范這種危險(xiǎn)。為了使驅(qū)動(dòng)電路在起動(dòng)后穩(wěn)定工作，電解輸出電容C12(1000uF，50V)通常充電到36Vdc左右。若在驅(qū)動(dòng)電路正常起動(dòng)后發(fā)生輸出短路，則從電容C12接收電荷的正常電路總電阻為0.2歐姆左右，因此，初始短路電流可為180A左右。這種過高電流可能導(dǎo)致閃弧擊穿。增加一個(gè)與輸出LED串聯(lián)的NTC熱敏電阻R26b能夠顯著降低閃弧電流。例如，采用I歐姆NTC熱敏電阻時(shí)，初始短路電流可降低為36V/1.2ohm = 30A，約為原值的17%。為了驅(qū)動(dòng)電路能夠正常工作，在電路起動(dòng)后連續(xù)工作時(shí)，NTC熱敏電阻R26b的溫度會(huì)提高，熱敏電阻R26b導(dǎo)致的功率損失會(huì)顯著減小。圖6顯示了結(jié)合有超溫保護(hù)(OTP)功能的第二個(gè)示范性輸出電路實(shí)施例，該OTP功能是由對(duì)變壓器Tl的溫度升高有反應(yīng)的元件實(shí)現(xiàn)的。分壓器電阻R21、R20、電阻R20a和R20b、以及PTC熱敏電阻R4和R4b提供OTP功能。若沒有提供OTP功能的熱敏電阻，則該輸出電路相當(dāng)于短接在電阻R20b的兩端。如上所述，電阻R20和R21提供電壓反饋分壓器，并用于提供45Vdc最高輸出電壓。熱敏電阻R4和R4b可與變壓器Tl熱耦合。若發(fā)生超溫情況，隨著變壓器Tl的溫度升高，熱敏電阻R4和R4b的電阻值會(huì)升高。在正常(室溫)工作溫度時(shí)，熱敏電阻R4和R4b的電阻值在數(shù)百歐姆范圍之內(nèi)，或者更小。隨著熱敏電阻的溫度升高，熱敏電阻R4和R4b的電阻值可能升高到數(shù)百千歐。假定電阻R20a = 0歐，電阻R20b開路，PTC熱敏電阻R4和R4b在低溫時(shí)提供分流電路，并且PTC熱敏電阻的電阻值在低溫足夠低，不會(huì)影響分流電路。因此，在此低溫/正常溫度條件下，電路的電壓輸出被限制到45Vdc ;但是，隨著溫度升高并達(dá)到某個(gè)水平時(shí)，R20+R4的電阻會(huì)增大，導(dǎo)致LED輸出電壓降低，因此電流和功率輸出也降低。隨著提供給LED燈的輸出功率降低，LED燈和驅(qū)動(dòng)電路都會(huì)發(fā)生降溫。例如，熱敏電阻R4可為通孔型，安裝在主變壓器TI附近，而熱敏電阻R4b可為SMD型，安裝在主變壓器Tl下的PCB上。熱敏電阻R4和R4b在驅(qū)動(dòng)電路中提供冗余能力，避免可能的故障方式。有利的是，由于熱敏電阻R4和R4b可為離散值，因此電阻網(wǎng)絡(luò)(R20、R20a、R20b、R4和R4b)的電阻值在各件產(chǎn)品之間的差異很小，在批量生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品能夠保證較高的熱學(xué)性能。雖然本發(fā)明是按上述附圖和說明來示例和闡述的，但這些附圖和說明僅是示意性的，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制。應(yīng)理解的是，其中所示和所述的實(shí)施例僅是示意性的，在本發(fā)明的原理和范圍之內(nèi)所做的所有變化和修改應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和發(fā)明內(nèi)容限定的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種LED驅(qū)動(dòng)電路，包括: 具有輸入電路和輸出電路的反激變換器； 與輸入電路結(jié)合并具有控制輸入的功率因數(shù)校正(PFC)控制器；以及 與輸出電路結(jié)合的恒壓和恒流二次控制器，該二次控制器的輸出向所述PFC控制器的控制輸入提供控制信號(hào)； 其特征在于，輸出電路的輸出電流調(diào)控和電壓調(diào)控由PFC控制器和二次控制器的操作實(shí)現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括光耦合器，所述光耦合器把二次控制器的輸出與PFC控制器的控制輸入耦合，從而實(shí)現(xiàn)輸入電路和輸出電路之間的隔離。
3.如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，當(dāng)輸出電路的輸出處于開路時(shí)，所述二次控制器還在輸出端提供選定的最高輸出電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括耦合于輸出電路的輸出端的電阻性分壓器，該分壓器的中間節(jié)點(diǎn)耦合到二次控制器的電壓控制輸入，為電阻性分壓器選擇的值提供所述選定的最高輸出電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，在超溫狀況下，所述二次控制器還能降低輸出電路的輸出功率。
6.如權(quán)利要求5所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括耦合在電阻性分壓器和接地點(diǎn)之間的至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻；其特征在于，溫度升高會(huì)使電阻增大，并使二次控制器感測的分壓器電壓升高，因而會(huì)指令降低輸出電壓并減小輸出功率。
7.如權(quán)利要求6所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述反激變換器進(jìn)一步包括變壓器，所述至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻與該變壓器熱耦合。
8.如權(quán)利要求6所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻包括至少兩個(gè)并聯(lián)電偶的正溫度系數(shù)熱敏電阻，從而提供冗余溫度保護(hù)能力。
9.如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于: 所述輸出電路進(jìn)一步包括為二次控制器供電的供壓電路；以及 在驅(qū)動(dòng)電路的輸入部分起動(dòng)之前和起動(dòng)過程中，所述二次控制器得電，并提供輸出電流短路限流保護(hù)。
10.如權(quán)利要求9所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括與輸出電路的輸出串聯(lián)耦合的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該熱敏電阻提供附加電阻，在輸出電路的輸出發(fā)生短路時(shí)可限制輸出電流。
11.如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述功率因數(shù)校正控制器采用電流模式控制。
12.如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述輸入電路進(jìn)一步包括短路保護(hù)、沖擊保護(hù)、以及起動(dòng)涌流限流保護(hù)。
專利摘要一種示范性的LED驅(qū)動(dòng)電路，它基于采用反激式拓?fù)涞霓D(zhuǎn)換模式功率因數(shù)校正集成電路。該LED驅(qū)動(dòng)電路采用具有各種故障和沖擊保護(hù)特性、輸出電路開路負(fù)載和短路保護(hù)特性、以及主變壓器超溫保護(hù)特性的通用輸入電路。
文檔編號(hào)H05B37/02GK203072197SQ20122066662
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者吳銘良 申請(qǐng)人:Rab照明設(shè)備公司