CN208959336U - 用于驱动led装置的驱动器电路和led电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供用于驱动LED装置的驱动器电路和LED电路，该驱动器电路使用开关模式功率转换器(例如反激式振铃扼流转换器)，开关模式功率转换器包括主开关以及用于生成电流以用于主开关控制端子的子电路。一些示例中的子电路使用辅助绕组作为电压源，并且还包括用于从电压源生成斜坡电压的斜坡电路以及连接在电压源和主开关控制输入之间的电压跟随器(诸如控制晶体管)。通过斜升主开关的电流，由于流到主开关控制输入的电流而产生的损耗减小。一组示例使用反激式振铃扼流转换器，这使能低成本实现方式及良好的效率。通过确保功率损耗保持为低，驱动器能够接收宽范围的输入电压。特别地，通过斜升主开关的控制电流，由于电流流动而产生的损耗减小。

Description

用于驱动LED装置的驱动器电路和LED电路

技术领域

本实用新型涉及基于LED的照明。

背景技术

在家庭建筑和办公室中越来越多地使用基于LED(改装)的灯。除了其高效率，其还因为新的设计特征、不同的色温、调光能力等而吸引消费者。

为了使LED照明适应现有的市电照明器材，每个LED灯单元都使用转换器电路，用于将AC市电转换为DC驱动信号，并且还用于降低电压水平。

转换器电路通常包括整流器和开关模式功率转换器。开关模式功率转换器的一个示例是基于振铃扼流转换器(RCC)的功率转换器。基于RCC的降压转换器是典型的自振荡转换器(其中切换的周期操作是自控的)，并且被广泛用作低成本的LED驱动器。功率转换器的其他示例是基于IC的转换器。

电流驱动器通常被设计为使用特定的市电输入(通常为120V或 230V的市电输入电压)来操作。现在越来越需要可以使用不同市电电压(例如，在120至277V之间的任何AC输入电压)来操作的更灵活的系统。

为了提供可以在该输入电压范围内起作用的驱动器，设计基于具有MOSFET晶体管控制的专业IC。这导致高系统成本。

因此，需要适用于宽范围的输入市电电压、并且优选地是低成本的、例如基于诸如RCC架构的自振荡架构的较低成本的LED驱动器。

在典型的自振荡转换器中，开关由诸如电感器的振荡元件来控制。更具体地，由振荡元件向开关的控制端子提供电流/电压。

实用新型内容

在上述典型的自振荡转换器中，如果振荡元件提供过大的电流/ 电压，则驱动开关的功率损耗变得较高。当利用宽输入电压范围(诸如通用市电)来使用转换器时，该问题更经常地发生。

为了解决这些问题中的至少一个，由权利要求限定本实用新型。

根据本实用新型的一个方面，提供了用于驱动LED装置的驱动器电路，该驱动器电路包括开关模式功率转换器，该开关模式功率转换器具有电流驱动的主开关以及用于驱动主开关的子电路，子电路包括：被适配用于提供电源电压的电源；连接到电源的斜坡电路，其中所述斜坡电路包括第一电容器，第一电容器(C2)被适配用于由电源电压充电，以便具有线性增加的电压；电压跟随器，被连接到所述第一电容器，并且被适配用于当所述第一电容器由所述电源电压充电时，提供跟随所述第一电容器上线性增加电压的线性增加的驱动电压；以及所述电压跟随器和主开关的控制端子之间的电压-电流转换单元，用于向主开关的控制端子提供线性增加的驱动电流，该线性增加的驱动电流取决于在所述电容器由所述电源电压充电时的线性增加的驱动电压。

在该方面，主开关的驱动电流是线性变化的驱动电流。这意味着电流随着电压成比例地增加，因此来自电压-电流转换单元的功率损耗较小。

在一组示例中，驱动器电路包括反激式振铃扼流开关模式功率转换器。开关模式功率转换器则包括：

包括主晶体管的主开关；

与主晶体管的集电极和发射极串联的初级绕组；

形成反激式输出级的电感器的次级绕组；

并且其中用于驱动主开关的子电路被适配以生成用于主晶体管的基极电流。

驱动器电路还可以包括整流器，用于对市电输入信号进行整流，以在DC线和地线之间产生整流信号。

该驱动器利用反激式振铃扼流转换器，这使能低成本的实现方式和良好的效率。通过确保功率损耗保持为低，驱动器能够接收宽范围的输入电压。特别地，通过斜升主转换器晶体管的基极电流，由于流到主晶体管基极的电流而产生的损耗减小。

基极驱动电路可以包括：用于从辅助绕组电压生成斜坡电压的斜坡电路；以及包括控制晶体管的电压跟随器，控制晶体管被连接成使得它的集电极和发射极连接在辅助绕组和主晶体管的基极之间以及斜坡电压被施加到控制晶体管的基极。

驱动器电路例如还包括串联在控制晶体管和主晶体管的基极之间的基极电阻器。该部件是电路中功率耗散的主要原因。

电压-电流转换单元包括串联在控制晶体管的发射极和主晶体管的基极之间的基极电阻器。

驱动器电路还可以包括在从控制晶体管的发射极到主晶体管的基极的正向偏置方向上串联的基极二极管。

可以提供与基极二极管并联的基极电容器，其中该并联组合在控制晶体管和主晶体管的基极之间。

基极电容器使得主晶体管能够在启动时快速进入饱和状态，并且还使得能够快速关断主晶体管。基极二极管用于箝制基极电容器两端的电压，这从而增加主晶体管的基极电流。

斜坡电路可以包括串联的第一电阻器和第一电容器，其中第一电阻器在第一端子处连接到辅助绕组，并且在第二端子处连接到第一电容器的第一端子，其中第一电阻器的第二端子被连接到控制晶体管的基极。这限定了电容器充电电路，电容器充电电路从而将电流转换成斜坡电压。

第一电容器的第二端子可以通过第二电阻器连接到地，并通过第一二极管连接到地。该第二电阻器用作电容器放电电路，使得在斜坡被用于导通主晶体管之后，电路被重置。因为第二电阻器具有高电阻值，所以第一二极管用作针对第一电容器的充电路径，而不是第二电阻器。第一电容器可以与齐纳二极管并联，用于防止第一电容器过充电。

驱动器电路还包括第二二极管，第二二极管可以与控制晶体管和基极电阻器的串联组合并联。

该二极管在主晶体管的快速关断中起作用。主晶体管Q1的基极电荷经由基极电容器、第二二极管和辅助绕组耗尽。

驱动器电路还可以包括连接到主晶体管的基极的启动电阻器。

本实用新型还提供了LED电路，该LED电路包括：

如上所限定的驱动器电路；以及

连接到驱动器电路的LED装置。

根据本实用新型的另一方面的示例提供了驱动LED装置的方法，该方法包括：

使用DC功率线和主开关的控制输入之间的启动电阻器，并且使用子电路来生成用于主开关的控制输入的电流，来操作开关模式功率转换器的电流驱动的主开关；

其中该方法包括：在子电路内，使用斜坡电路从电源电压生成斜坡电压，斜坡电路包括被适配以由电源电压充电的第一电容器；

将斜坡电压施加到电压跟随器，以便在所述电容器由电源电压充电时，提供跟随所述第一电容器上的线性变化电压的线性变化的驱动电压；以及

将电压转换为电流，从而向主开关的控制端子提供线性变化的驱动电流，该线性变化的驱动电流取决于在所述电容器由所述电源电压充电时的线性变化的驱动电压。

该方法可以包括操作反激式振铃扼流开关模式功率转换器，其中电源电压由辅助绕组提供。

参考下文描述的实施例，本实用新型的这些方面和其他方面将是显而易见的并得以阐明。

附图说明

现在将参考附图详细描述本实用新型的示例，其中：

图1示出了基于振铃扼流转换器(“RCC”)的已知LED驱动器电路的一个示例；

图2示出了用于图示图1的电路操作的曲线图的第一集合；

图3示出了基于振铃扼流转换器(“RCC”)的修改的LED驱动器电路的一个示例；以及

图4示出了用于图示图3的电路操作的曲线图的第一集合。

具体实施方式

本实用新型提供用于驱动LED装置的驱动器电路，该驱动器电路使用开关模式功率转换器(例如，反激式振铃扼流转换器)，该开关模式功率转换器包括主开关(例如，双极晶体管)以及用于生成电流以用于主开关控制端子的子电路。一些示例中的子电路使用辅助绕组作为电压源，并且还包括用于从电压源生成斜坡电压的斜坡电路以及连接在电压源和主开关的控制输入之间的电压跟随器(诸如控制晶体管)。通过斜升供应到主开关控制输入的电流，由于流到主开关控制输入的电流而产生的损耗减小。

将参考开关模式功率转换器的一个优选类型(振铃扼流转换器 (RCC))来解释本实用新型。本实用新型可以被应用于其他自振荡开关模式功率转换器，或甚至应用于其他类型的开关模式功率转换器 (诸如脉宽调制控制的转换器)。RCC是特别有意义的，因为它提供了低成本的实现方式，但是可以更一般地应用与转换器主开关的斜坡导通作为电流减小措施相关的本实用新型底层的概念。

已知的RCC电路在图1中示出。该电路包括用于驱动被示出为 LED1的LED负载的驱动器，LED1实际上包括LED串或LED的其他网络。

该电路由市电电源10组成。通常使用具有电感器和电容器的EMI 滤波器(但在图1中未示出)。

使用二极管D1至D4的二极管桥式整流器14利用经整流的DC 输出线17提供整流。端子17可以被认为是整流器的输出。

通过变压器的主初级侧绕组L1、被实现为主晶体管Q1的主转换器开关、以及分流电阻器18，输出17被连接到地。

变压器22用作隔离元件，并且还用作开关模式转换器(其作为反激式转换器操作)的电感元件。特别地，次级绕组L3与电容器24 和二极管26一起形成开关模式转换器电路的输出级(即，反激式功率级)。电路具有用于LED负载LED1的LED输出。

电路包括启动电路，启动电路包括电阻器28，当驱动器导通时、并且在电感器电流开始斜升之前，电阻器28对主晶体管Q1的基极充电。否则，主晶体管Q1的基极由基极驱动电路30控制。

基极驱动电路30包括将电流递送到主晶体管(其是高电压双极晶体管Q1)的变压器的辅助绕组L2。由于辅助绕组L2和主初级绕组L1之间的电感耦合，辅助绕组L2两端的电压与主初级绕组L1两端的电压成比例。

在主晶体管Q1的导通时间期间，绕组L1两端的电压与市电输入电压成比例，这进而意味着流过辅助绕组L2和主晶体管Q1的基极之间的基极电阻器32的电流与(经整流的)市电电压成比例。当输出17处的电压为高的时，辅助绕组L2的非接地端子处的电压为高的，使得其通过基极电阻器32和正向偏置的基极二极管D5向基极递送电流。

基极电容器C1与基极二极管D5并联。基极电容器使得主晶体管能够在启动时快速进入饱和状态，并且还使得能够快速关断主晶体管。基极二极管D5被用于箝制基极电容器两端的电压，这从而增加主晶体管的基极电流。

第二二极管D6与基极电阻器32并联。该二极管在主晶体管的快速关断中起作用。主晶体管Q1的基极电荷经由基极电容器C1、第二二极管D6和辅助绕组被耗尽。

电路部件D5、D6和C1一起形成初级侧控制电路。

通过初级线圈的电流斜升，并且与辅助绕组L2的耦合作用于使主晶体管Q1快速导通至饱和。特别地，辅助线圈电流通过基极电阻器32和基极二极管D5向主晶体管Q1注入基极电流。

当电流达到某个水平时，主晶体管Q1离开饱和区，并且集电极- 发射极电压增加。初级绕组电压然后将减小，并且辅助绕组上的电压也将减小，使得主晶体管被关断。

因此，电路以导通和关断主晶体管的周期方式起作用。当主晶体管Q1关断时，存储在变压器中的能量被传输到次级侧，将输出电流递送到负载(和电容器24)。当主晶体管导通时，电容器24代之将输出电流递送到负载。

图1所示的电路是众所周知的，并且存在对已知电路的许多变化和附加，但是该许多变化和附加以相同的一般方式操作(即，使用隔离的反激式转换器输出级，并使用电感器对的自振荡来实现电路的周期切换)。

例如，已知可以使用反馈来影响切换周期的定时，从而提供水平控制(诸如调光控制)。

来自次级侧的反馈被称为次级侧控制，而仅使用存在于初级侧处的信号的控制被称为初级侧控制。在每种情况下，针对恒定电流控制，控制被用于调节输出电流，或针对恒定电压控制，控制被用于调节输出电压。

如果该电路仅被应用于单个市电电压，则基极驱动电路的功率损耗(特别是通过基极电阻器32的功率损耗)将是可接受的。

然而，如果将RCC驱动器应用于诸如通用市电的很大程度上可变的输入市电电压，则由于输入市电电压的范围几乎是三倍大，所以驱动电路30中存在太大的功率损耗。这意味着由于在宽电压输入范围中的L2两端的较高电压，电流会增加。

图2示出了通过基极电阻器32的电流的波形(曲线40)以及主晶体管Q1的集电极电流波形(曲线42)。示出了主晶体管Q1的导通时间期间的高电流，因为主晶体管Q1一导通，L2上的感应电压就出现并直接施加到基极电阻器32。基极电阻器32上存在近似400mW 的功率损耗，这将降低驱动器效率。

为了解决这个问题，本实用新型的实施例提出以线性方式调节施加到基极电阻器的电压，并且进而提供通过基极电阻器的线性增加/ 斜升的电流。基极电阻器上的功率损耗减小。

图3示出了根据本实用新型的电路的一个示例。

该电路与图1的电路相同，但是具有修改的驱动电路30。电路的其余部分以与图1电路相同的方式起作用，并且使用相同的附图标记。不重复对相同电路部分的描述。

该基极驱动电路包括用于从辅助绕组L2两端的辅助绕组电压生成斜坡电压的斜坡电路R1、C2。斜坡电路向控制晶体管Q2的基极施加斜坡电压，控制晶体管Q2连接在辅助绕组L2和主晶体管Q1的基极之间。特别地，控制晶体管Q2位于辅助绕组L2和基极电阻器32 之间。

第二二极管D6然后与控制晶体管Q2(即，集电极-发射极路径) 和基极电阻器32的串联组合并联。

控制晶体管用作电压跟随器，其中其发射极电压与施加到其基极的斜坡电压成固定的电压差。通过斜升控制晶体管Q2的发射极电压，流过基极电阻器32的基极电流逐渐增加。通过以这种方式斜升主晶体管的基极电流，由于流到主晶体管的基极的电流而产生的损耗减小。

基极电流的斜升(通过电路部件)被设计成匹配主晶体管Q1的集电极电流的斜升增加，以便确保主晶体管Q1的足够的基极电流。

斜坡电路包括串联的第一电阻器R1和第一电容器C2，其中第一电阻器R1在第一端子处连接到辅助绕组L2，并且在第二端子处连接到第一电容器C2的第一端子。第一电阻器R1的另一端子被连接到控制晶体管的基极。这限定了电容器充电电路，该电容器充电电路通过电阻器R1对电容器C2充电，以在它们之间的节点处生成斜坡电压。电压源来自辅助绕组L2。该节点连接到控制晶体管Q2的基极。

第一电容器C2的第二端子通过第二电阻器R2连接到地，并且通过第一二极管D7连接到地(其中该二极管处于朝向地的正向方向上)。在节点充电期间，因为第二电阻器R2具有高电阻值，所以第二二极管D7(而不是第二电阻器R2)提供导电路径。

第一电容器具有并联的齐纳二极管D8。这防止第一电容器C2过充电。

第二电阻器R2用作电容器放电电路，使得在斜坡已用于导通主晶体管之后，电路被重置。

图4示出了通过基极电阻器32的电流的波形(曲线50)以及主晶体管Q1的集电极电流波形(曲线52)。示出了在主晶体管Q1的导通时间期间减小的电流。基极电阻器32上的功率损耗减小到约 100mW，这将降低驱动器效率。

该电路实现了如下方法：通过该方法，使用DC线和主晶体管的基极之间的启动电阻器，并使用基极驱动电路生成用于主晶体管的基极电流，来操作反激式振铃扼流开关模式功率转换器。

基极驱动电路被用于从辅助绕组电压生成斜坡电压。斜坡电压被施加到连接在辅助绕组和主晶体管的基极之间的控制晶体管。

本领域技术人员在实践所要求保护的本实用新型时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解并实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实，并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种用于驱动LED装置(LED1)的驱动器电路，其特征在于，所述驱动器电路包括开关模式功率转换器，所述开关模式功率转换器具有电流驱动的主开关(Q1)以及用于驱动所述主开关的子电路，所述子电路包括：

被适配用于提供电源电压的电源；

被连接到所述电源的斜坡电路(R1、C2)，其中所述斜坡电路包括第一电容器(C2)，所述第一电容器(C2)被适配用于由所述电源电压充电，以便具有线性增加的电压；

电压跟随器(Q2)，被连接到所述第一电容器，并且被适配用于在所述第一电容器由所述电源电压充电时，提供跟随所述第一电容器上的线性增加电压的线性增加的驱动电压；以及

在所述电压跟随器和所述主开关的控制端子之间的电压-电流转换单元，用于向所述主开关的控制端子提供线性增加的驱动电流，所述线性增加的驱动电流取决于在所述电容器由所述电源电压充电时的所述线性增加的驱动电压。

2.根据权利要求1所述的用于驱动LED装置(LED1)的驱动器电路，其特征在于，所述驱动器电路包括反激式振铃扼流转换器开关模式功率转换器，所述开关模式功率转换器包括：

包括主晶体管(Q1)的所述主开关；

与所述主晶体管(Q1)的集电极和发射极串联的初级绕组(L1)；

形成反激式输出级的电感器的次级绕组(L3)；

并且其中用于驱动所述主开关的所述子电路被适配用于生成用于所述主晶体管(Q1)的基极电流。

3.根据权利要求2所述的用于驱动LED装置(LED1)的驱动器电路，其特征在于，所述基极驱动电路包括：

所述斜坡电路(R1、C2)，用于从辅助绕组(L2)的电压生成斜坡电压；以及

所述电压跟随器，所述电压跟随器包括控制晶体管(Q2)，所述控制晶体管被连接成使得它的集电极和发射极在所述辅助绕组(L2)和所述主晶体管(Q1)的基极之间以及所述斜坡电压被施加到所述控制晶体管(Q2)的基极。

4.根据权利要求3所述的驱动器电路，其特征在于，所述斜坡电路包括串联的第一电阻器(R1)和所述第一电容器(C2)，其中所述第一电阻器在第一端子处连接到所述辅助绕组(L2)，并且在第二端子处连接到所述第一电容器(C2)的第一端子，其中所述第一电阻器的所述第二端子连接到所述控制晶体管(Q2)的基极。

5.根据权利要求4所述的驱动器电路，其特征在于，所述第一电容器(C2)的第二端子通过第二电阻器(R2)连接到地。

6.根据权利要求4所述的驱动器电路，其特征在于，所述第一电容器(C2)的第二端子通过第一二极管(D7)连接到地。

7.根据权利要求3所述的驱动器电路，其特征在于，所述电压-电流转换单元包括串联在所述控制晶体管(Q2)的发射极和所述主晶体管(Q1)的基极之间的基极电阻器(32)。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，还包括第二二极管(D6)，所述第二二极管(D6)与所述控制晶体管(Q2)和所述基极电阻器(32)的串联组合并联。

9.根据权利要求3所述的驱动器电路，其特征在于，还包括连接到所述主晶体管(Q1)的基极的启动电阻器(28)。

10.根据权利要求3所述的驱动器电路，其特征在于，还包括在从所述控制晶体管(Q2)的发射极到所述主晶体管(Q1)的基极的正向偏置方向上串联的基极二极管(D5)。

11.根据权利要求10所述的驱动器电路，其特征在于，还包括与所述基极二极管(D5)并联的基极电容器(C1)。

12.根据权利要求3所述的驱动器电路，其特征在于，所述第一电容器(C2)与齐纳二极管(D8)并联。

13.一种LED电路，其特征在于，包括：

根据权利要求1至12中任一项所述的驱动器电路；以及

连接到所述驱动器电路的LED装置(LED1)。