使用逆向變換器通過降低整流ac電力網(wǎng)紋波來(lái)降低可觀測(cè)光學(xué)閃爍的led驅(qū)動(dòng)器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于對(duì)L邸照明方案提供驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)器電路。特別地，本 發(fā)明設(shè)及一種可結(jié)合如在英國(guó)專利申請(qǐng)第1210561. 5號(hào)中所描述的電流調(diào)節(jié)器（current regulator)裝置操作的AC輸入驅(qū)動(dòng)器電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 雖然發(fā)光二極管（LED)的成本和可靠性的持續(xù)改進(jìn)已經(jīng)使室內(nèi)和室外照明領(lǐng)域 更廣泛地采用L邸技術(shù)，但是還在提供用于將調(diào)節(jié)后的電流提供至L邸照明系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電 子電路上存在挑戰(zhàn)。眾所周知的是，提供給L邸負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電流的變化可不利地影響性能。 特別地，來(lái)自從電力網(wǎng)（mains)或類似電源獲取單相交流（AC)輸入的電源單元（PSU)的接 收電流的L邸對(duì)于由來(lái)源于位于PSU的輸入端或接近PSU的輸入端的整流器電路的波形的 AC分量的不完全抑制而引起的剩余"電壓紋波"的存在是敏感的，并且其AC分量采取來(lái)自 所述電力網(wǎng)或類似電源的AC電壓的頻率的兩倍的正弦電壓的形式。
[0003] 作為二極管的L邸在其操作領(lǐng)域內(nèi)呈現(xiàn)出的低差分阻抗-被定義為電壓與電流的 變化的速率。該低差分阻抗導(dǎo)致在存在電壓紋波的情況下產(chǎn)生顯著水平的LED的紋波電 流。可W很容易地證明，對(duì)于少量電壓紋波，相應(yīng)的LED電流紋波可被表示為：
[0004]
方程式（1)
[0005] 其中，AVdc/Vdc是來(lái)自PSU的峰到峰（peak-to-peak)電壓紋波，被表示為由PSU 提供的操作DC電壓的分?jǐn)?shù)，AIled/Iled是峰到峰LED電流紋波，被表示為操作LED電流 的分?jǐn)?shù)W及Zd是L邸鏈在紋波頻率下的差分阻抗。在L邸照明應(yīng)用的背景下，電壓紋波 的最重要的來(lái)源是在PSU的輸入端處發(fā)生的全波整流。該波紋W電力網(wǎng)AC頻率的兩倍發(fā) 生-因此處于100化與120化之間。在該頻率范圍內(nèi)，研究表明高比例的健康成人對(duì)于由 L邸燈閃爍的出現(xiàn)所引起的頻閃效應(yīng)是敏感的。該種閃爍由L邸照明燈具內(nèi)的電流紋波的 存在而產(chǎn)生。
[0006] 可很容易地通過參考實(shí)例示出LED電流紋波對(duì)于PSU電壓紋波的敏感度，該設(shè)及 基于LED的路燈照明組件的典型要求，其中L邸驅(qū)動(dòng)器用于將恒定DC提供給一串40個(gè)串 聯(lián)連接的白色LED。每個(gè)L邸都在正常操作溫度下在其之間具有約3. 5V的壓降，從而導(dǎo)致 整個(gè)LED串（Vdc)兩端的總電壓為140V。此外，典型的白色LEDW3. 5V進(jìn)行操作時(shí)具有 0. 50hm量級(jí)的差分阻抗。因此，在該說(shuō)明性實(shí)例中，Zd是約200hm。在該樣的應(yīng)用中使用 的典型L邸驅(qū)動(dòng)電流是350mA或700mA。
[0007] 如果，在該個(gè)說(shuō)明性實(shí)例中，源于LED驅(qū)動(dòng)器的電壓紋波低至1 %的Vdc-非常低的 值，通常是非常高品質(zhì)的L邸驅(qū)動(dòng)器-那么對(duì)于350mA操作所得到的LED電流紋波將是約 20%的lied,且對(duì)于700mA操作電流紋波將是約10%的lied。
[000引鑒于W下事實(shí)：在LED中，光輸出（光通量）直接與電流相關(guān)，該電流紋波可反過 來(lái)引起光學(xué)閃爍，該限制了L邸技術(shù)在諸如辦公照明、街道照明和工業(yè)照明的應(yīng)用中的可 接受性。事實(shí)上，最近的研究已經(jīng)顯示了即使在非常低的閃爍水平下對(duì)于由閃爍所引起的 頻閃效應(yīng)健康成人之中的敏感度。事實(shí)上，研究已經(jīng)指示了在10%的閃爍（由100化下的 約20%的電流紋波引起的）下，約75%的健康成人可檢測(cè)由閃爍引起的頻閃效應(yīng)。對(duì)于閃 爍的頻閃效應(yīng)的該種敏感度代表了對(duì)L邸照明在其中運(yùn)動(dòng)的舒適和準(zhǔn)確感知是非常重要 的應(yīng)用（特別是在被照射的場(chǎng)景包括移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)對(duì)象的情況中）中的廣泛采用的挑 戰(zhàn)。
[0009] 因此，需要降低源自用于對(duì)LED照明方案提供驅(qū)動(dòng)電流的AC輸入驅(qū)動(dòng)器電路的電 壓紋波，W便減少電流紋波和光學(xué)閃爍。
[0010] 該個(gè)問題已被預(yù)先考慮且已經(jīng)嘗試來(lái)提供L邸驅(qū)動(dòng)器電路W設(shè)法解決由于AC電 源的定期變化所引起的光學(xué)閃爍的問題。具體而言，在PSU的輸出端或其附近提供電容來(lái) 使由PSU所引起的電壓紋波平滑化，優(yōu)選地降低至如上所述的百分之幾的水平。
[0011] 然而，由于與例如成本和可靠性有關(guān)的各種原因，對(duì)于W下各項(xiàng)通常是有利的： L邸照明方案，特別是內(nèi)在街道、辦公室或工業(yè)照明裝置中采用的由長(zhǎng)串的串聯(lián)連接的LED 構(gòu)成的那些，其中各個(gè)串設(shè)置有由單個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供的恒定DC電流。因此，為了確保各個(gè)驅(qū) 動(dòng)器從正在驅(qū)動(dòng)的L邸串中產(chǎn)生足夠的光輸出，必要的是需確保其DC輸出電壓足夠高來(lái)驅(qū) 動(dòng)大量的LED(通常是幾十個(gè)）。有鑒于此，有必要使用于使源于PSU的電壓紋波平滑化的 電容器能夠承受相對(duì)較高的DC電壓，例如在高達(dá)200V或更高的區(qū)域中。該導(dǎo)致使用電解 電容器，其與其它類型的電容器相比能夠承受該樣的電壓，同時(shí)W數(shù)百微法拉的量級(jí)提供 高電容值。此外，將電壓紋波減少到最低的要求需要使用高電容。該可通過使用少量的高 值電解電容器，或大量的低值電解電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于實(shí)現(xiàn)所需的總電容的該種電容器的 數(shù)量至少部分地由各個(gè)單獨(dú)電容器的最大額定紋波電流來(lái)確定。然而，使用高值電解電容 器或幾個(gè)低值電解電容器會(huì)增加預(yù)期的電容失效的速率，該反過來(lái)會(huì)增加PSU的統(tǒng)計(jì)故障 率。PSU或事實(shí)上的任何電子組件的統(tǒng)計(jì)故障率通常通過使用其倒數(shù)來(lái)表示。該倒數(shù)（1/ 統(tǒng)計(jì)故障率）被稱為組件的平均故障間隔（MeanTimeBetweenFailures)或TBF。
[0012] 因此，可理解的是除了如先前所討論的最小化LED電流紋波和閃爍之外，還期望 考慮到提高L邸驅(qū)動(dòng)器的MTBF、設(shè)法減少在L邸驅(qū)動(dòng)器的PSU部的輸出端處所需的電解電 容器的數(shù)量和電容。優(yōu)選地，高M(jìn)TBF性能應(yīng)在不顯著損害在由L邸驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的L邸串內(nèi) 產(chǎn)生的電流紋波的情況下來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，在市場(chǎng)內(nèi)需要確保電流紋波在L邸鏈內(nèi)的峰到 峰值不超過提供給L邸鏈的DC電流的約1%，從而顯著減少并且可能消除直接和頻閃可檢 測(cè)的閃爍。
[0013] 因此，設(shè)計(jì)用于L邸驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的PSU通常-具體地在針對(duì)街道、辦公和工業(yè)照明市 場(chǎng)時(shí)特別需要-解決兩個(gè)對(duì)立的目標(biāo)。一方面，期望PSU給出低電壓紋波-從而最小化LED 電流紋波和光學(xué)閃爍。另一方面，期望PSU顯示出對(duì)應(yīng)于低預(yù)期統(tǒng)計(jì)故障率的高可靠性。該 些要求中的第一個(gè)通常指示使用PSU的輸出端處的高電容，該反過來(lái)又指示了使用幾個(gè)電 解電容器、或高值電解電容器、或該兩者。使用高值電解電容器或幾個(gè)低價(jià)值電解電容器會(huì) 增加該樣的PSU的統(tǒng)計(jì)學(xué)有意義樣品內(nèi)的電容器故障的預(yù)期速率，因此增加了PSU的統(tǒng)計(jì) 故障率。
[0014] 在英國(guó)專利申請(qǐng)第1210561. 5號(hào)中，通過引入將其全部公開并入本文中，描述了 一種用于從輸入電壓提供調(diào)節(jié)后電流的電流調(diào)節(jié)器。在英國(guó)專利申請(qǐng)第1210561. 5號(hào)中描 述的電流調(diào)節(jié)器包括電壓調(diào)節(jié)裝置，該電壓調(diào)節(jié)裝置包括并聯(lián)連接的多個(gè)齊納二極管。
[0015] 申請(qǐng)第1210561. 5號(hào)描述了一種新穎的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此通過調(diào)節(jié)器的電流在 由雙極晶體管的擊穿電壓限定的電壓限制內(nèi)隨著所施加的DC電壓的變化基本上是恒定 的，W及隨其組成部分的性質(zhì)的制造變化而基本上保持恒定的。本發(fā)明人認(rèn)為可W有利地 利用該種高差分阻抗，W便緩減由AC輸入PSU所引起的電壓紋波的出現(xiàn)。該樣的PSU應(yīng)有 利地下方式來(lái)構(gòu)造：它可W與調(diào)節(jié)器相集成，同時(shí)優(yōu)選地允許調(diào)節(jié)器W其最大效率或 接近其最大效率來(lái)操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于從AC電源將調(diào)節(jié)后的DC電流提供給負(fù) 載，該負(fù)載包括L邸照明組件，驅(qū)動(dòng)器電路包括；整流器和逆向變換器，其中，整流器在使用 中可操作為將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為整流電壓，該整流電壓被提供給逆向變換器，并且其中， 逆向變換器可操作用于將可變DC電壓提供給負(fù)載；電流調(diào)節(jié)器，形成負(fù)載的一部分，電流 調(diào)節(jié)器在使用中串聯(lián)連接到L邸照明組件；W及反饋裝置，可操作為保持電流調(diào)節(jié)器兩端 的恒定的DC電壓，其中，電流調(diào)節(jié)器包括電壓調(diào)節(jié)裝置，該電壓調(diào)節(jié)裝置包括并聯(lián)連接的 多個(gè)齊納二極管。
[0017] 優(yōu)選的整流器是全波整流器，可操作為將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為包含DC電壓的全波 整流電壓，包括其DC電壓分量的該全波整流電壓被提供給逆向變換器。
[001引由于本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)法使PSU的輸出電容的值最小化，所W有利的是允許PSU W幾伏特的量級(jí)產(chǎn)生輸出電壓紋波（峰到峰），并依靠調(diào)節(jié)器的高差分阻抗W提供由其有 利地減小了由于該P(yáng)SU電壓紋波所引起的LED串中的電流紋波的裝置。因此，本發(fā)明的實(shí) 施例有利的是，優(yōu)選地下方式構(gòu)造PSU;保持電流調(diào)節(jié)器兩端的基本恒定的電壓，使得 電流調(diào)節(jié)器的高差分阻抗用于平息（quench)否則將會(huì)由電壓紋波所引起的L邸電流紋波。
[0019] 英國(guó)專利申請(qǐng)第1210561. 5號(hào)中描述的電流調(diào)節(jié)器的主要特點(diǎn)在于齊納二極管 呈現(xiàn)出了相同的標(biāo)稱齊納電壓。根據(jù)英國(guó)專利申請(qǐng)第1210561. 5中的教導(dǎo)所構(gòu)造的電流 調(diào)節(jié)器利用了W下事實(shí)的優(yōu)點(diǎn)：在標(biāo)準(zhǔn)齊納二極管制造過程中，標(biāo)稱值左右的齊納電壓中 的標(biāo)準(zhǔn)偏差足夠小，W允許并聯(lián)組合中的齊納二極管之間的電流分配。