專利名稱：作為發(fā)光二極管驅動器的逆向變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種啟動半導體光源的一種電路結構，它包括連接電壓源的輸入端，輸入濾波器，設置有感應器和開關元件的變換器，其中具有一控制電路的開關元件以周期ton定時地處于導電狀態(tài)，連接半導體光源的輸出端。
本發(fā)明還涉及一種設有這種電路結構的信號燈。
開段所述這種類型的電路結構從WO99/07188中可獲知。變換器用作半導體光源的開關式電源。在這種公知電路結構中，多諧振蕩正向/逆向變換器被用作變換器。這樣做的好處是能夠得到高的功率因數(shù)。半導體光源廣泛地應用為信號燈。在這樣一個申請中，對于常用的白熾燈來說，半導體光源的優(yōu)點是能夠顯著地延長使用壽命，極大地降低能源耗費。信號燈通常形成復雜信號系統(tǒng)，例如交通燈的交通控制系統(tǒng)的一部分。一般來說，用作光源的半導體光源的功能是由提供給半導體的電流值確定的。因此，該變換器應該用作電流源(恒流發(fā)生器)。另一方面，交通燈裝置通常是由一個三端開關電路驅動。這種三端開關電路的重要特性是如果驅動器在光源的導電相位正確地運行，最小電流就必須流過上述三端開關電路。這樣就會導致公知電路結構的變換器和控制電路構成的復雜性。因此，帶來一些缺陷。
本發(fā)明的一個目的是提供一種在開段中描述的這種類型的電路結構，其中消除了上述缺陷。根據(jù)本發(fā)明，此目的的實現(xiàn)在于開段中描述的這種類型的電路結構的特征是，根據(jù)本發(fā)明，變換器是一種逆向變換器，感應器由一變壓器形成，并且控制電路控制周期ton。
令人驚奇的發(fā)現(xiàn)是根據(jù)本發(fā)明的電路結構能夠適用于可靠地啟動作為替換信號燈中白熾燈的半導體光源，而且是在低溫情況下，上述電路結構還具有非常簡單的特性，這是它很好的優(yōu)點。以幾乎沒有發(fā)生變化的方式來控制周期ton具有非常重要優(yōu)點，即逆向變換器除了能夠實現(xiàn)從電源中提取的饋路電流的諧波失真(THD)低電位之外，還能夠實現(xiàn)良好的功率因數(shù)。該電路結構輸入端的電源通常由電源電壓電源產(chǎn)生，因此依賴一交流電壓。如果該交流電壓具有周期T，那么，在根據(jù)本發(fā)明的電路結構的最佳實施例中，該控制電路涉及一至少2.5T周期的積分。因此，相對于變化例如溫度變化，實現(xiàn)良好的功率因數(shù)能夠與快速反饋相結合。
在電源是交流電源的情況下，整流器最好是位于輸入端和變換器之間。THD的低電位通過僅將一個高頻濾波器設置在整流器和逆向變換器之間還能夠得到進一步改進。這也消除了由修剪整流電壓引起的對功率因數(shù)的不利影響。
變換器以一固定頻率通電以便電流能夠在一段時間內停止同時流過初級和次級繞組。這種工作方式通常被稱之為斷續(xù)方式。然而，變換器最好是以流經(jīng)變壓器次級繞組的電流減小為零而使開關元件通電的方式工作。這種稱之為臨界方式的工作方式使用相對簡單的方法能夠實現(xiàn)，此外它還具有峰值電流最小化和減小開關損耗的良好優(yōu)點。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點從參考下面描述的實施例中將會清楚明白和得到解釋。
附圖中

圖1是電路結構的示意圖，圖2是具有控制電路的變換器的詳細框圖，圖3是控制電路的詳細圖，圖4是輸入濾波器的詳細視圖。
在圖1中，A,B是連接電源VB，例如具有周期T的由固態(tài)繼電器提供的交流電壓電源的輸入端。輸入濾波器用Ⅰ表示，具有控制電路的變換器用Ⅲ表示，C,D是連接半導體光源LB的輸出端。輸入濾波器Ⅰ設有正極+，和負極一，它們經(jīng)過變換器Ⅲ分別與輸出端C,D相連接。該電路結構還包括一自調限流網(wǎng)絡，未圖示，它本身以公知的方式保證在變換器的斷開狀態(tài)下電源產(chǎn)生的逸流能夠在足夠程度上流動。借助于此，能夠消除輸入端電壓的增加和錯誤狀態(tài)測試。這種網(wǎng)絡例如已公開在WO99/07187上。
在圖2中，變換器和相關的控制電路被詳細地表示出。變換器是一個具有與變壓器12串聯(lián)的開關元件T1的逆向變換器，變壓器12設有初級繞組L21和次級繞組L22。該變壓器形成一感應器。初級繞組L21與二極管D1并聯(lián)，二極管D1與反向極化的穩(wěn)壓二極管Z1串聯(lián)，因此，在開關元件T1的擊穿電壓之下的電位處的變壓器L2的泄漏自感導致箝位產(chǎn)生于任何峰值電壓。一與開關元件T1串聯(lián)的電流測量電阻R3也包含在控制電路中。次級繞組L22經(jīng)過二極管D2與輸出端C相連接，經(jīng)過電流測量電阻R4與輸出端D相連接。此外，一緩沖電容器C4跨接在二極管D2和次級繞組L22串接的兩端?？刂齐娐稴C用輸出O連接于開關元件T1的控制電極g?？刂齐娐稴C的輸入端I1與電流測量電阻R3相連接，輸入I2與次級繞組L22相連接，輸入I3與電流測量電阻R4相連接?？刂齐娐愤€設有與溫度傳感元件R5，如NTC電阻相連接的輸入I4。這樣，光源溫度變化和其周圍環(huán)境能夠來補償流經(jīng)半導體光源的電流。為此，一控制電路中的校正電路IS32用于通過在輸入I4接收到的信號來實現(xiàn)輸入I3接收到的信號的校正，如圖3所示。在此方面，在由溫度決定的信號的路徑上的二極管DS33能夠保證校正僅在由溫度決定的信號下降至閥值之下時進行。該校正信號經(jīng)過電阻RS43和電容CS33的結合提供給控制集成電路IC IS31的連接管腳15a,15b。電阻RS43和電容CS33與控制集成電路IC中的運算放大器相連接能夠保證該校正信號能被積分。電阻RS43和電容CS33的大小最好選擇成積分時間至少是電源的交流電壓周期T的2.5倍?？刂萍呻娐稩C經(jīng)過連接管腳I6與輸入端I1相連接，經(jīng)過連接管腳I8與控制電路的輸出O相連接。輸入端I2與控制集成電路IC IS31的連接管腳I7相連接。控制集成電路IC最好是功率因數(shù)校正集成電路IC。
如圖4所示，濾波器包括一電阻R1，一可變電阻R2，一整流器橋DB1和一由自感L1和電容C1,C2組成的π型濾波器。
在上述實施例中，變換器以臨界方式工作。
在上述電路結構的實際實施例中，電路結構適合與在導電狀態(tài)下至少具有80v,60Hz和至多具有135v,60Hz電壓的驅動器相連接，上述電路結構還適用于啟動半導體光源，該半導體光源包括一6×3矩陣發(fā)光二極管，它由HewlettPackard制造，在25mA、環(huán)境溫度為25℃時，它的正向電壓VF介于2v和3v之間。如果啟動變換器，輸入濾波器的正極+帶有一有效值至少為80v和至多為135v的整流電壓。在許可溫度達到最大而電壓又是最小的條件下，該電路結構就具有75％的功效。在類似的條件下，根據(jù)WO99/07188的電路結構的功效只有65％。
逆向變換器具有一3NB60型的MOSFET，它與開關元件一樣由SGS-Thompson制造。變壓器包括一鐵氧體鐵芯，初級繞組為0.2mm、110匝，次級繞組為兩部分，每部分為0.355mm、15匝。該控制電路包括一L6561型功率因數(shù)校正集成電路IC，它與控制集成電路IC一樣由SGS-Thompson制造，其中連接管腳15a對應于管腳INV,15b對應于COMP,I6對應于CS,I7對應于ZCD,I8對應于OUT。校正電路IS32包括LL4148型的二極管DS33。比較器IS33是一個LM293型的雙比較器，它也由SGS-Thompson制造。電流測量電阻R3和R4被設計成分別由兩個和三個1Ω的電阻相并聯(lián)的結構。電容C4是一個具有470μF電容量的電解電容。溫敏元件R5是一個由Siemens制造的B57620C103型的NTC電阻。電容C1和C2是各具有220nF電容量的濾波電容。自感的大小為2.1mH。整流橋DB1例如由4個IN4007型的二極管組成。
該變換器能適用于環(huán)境溫度范圍從-40℃到70℃時可靠地運行發(fā)光二極管陣列。在逆向變換器的工作狀態(tài)下，該變換器向連接的LED陣列提供540mA的最小電流。然后該變換器能夠撤銷6W的最小功率，它對應于至少45mA的電流消耗。這就證明了作為形成電源部分的三端開關的保持電流是足夠的。通過用NTC電阻產(chǎn)生的溫度信號對流過LED陣列的瞬時電流的校正最好是在25℃以上的環(huán)境溫度下進行。這樣，它能夠以非常簡單的方式實現(xiàn)，一方面，整個環(huán)境溫度范圍從-40℃到+70℃，電源所需的保持電流能被去除，另一方面，LED陣列產(chǎn)生的光的數(shù)量具有最小的數(shù)量。
上述的電路結構能夠適用于運行包括由LED陣列組成光源的信號燈，其裝機功率的范圍從最小的6W到至少15W。
權利要求
1．一種運行半導體光源的電路結構，它包括連接電壓源的輸入端，輸入濾波器，設置有感應器和開關元件的變換器，其中具有一控制電路的開關元件以周期ton定時地處于導電狀態(tài)，連接半導體光源的輸出端，其特征在于該變換器是一逆向變換器，感應器由一變壓器形成，控制電路控制周期ton。
2．如權利要求1所述的一種電路結構，其特征在于在工作狀態(tài)下，該變換器以臨界方式工作。
3．如權利要求1或2所述的一種電路結構，其特征在于該電路結構能適于提供周期為T的交流電壓，該控制電路包括一至少2.5T期間的積分。
4．一種具有包括半導體光源的殼體的信號燈，其特征在于該信號燈設有和如前面任一權利要求所述的電路結構。
5．如權利要求4所述的一種信號燈，其特征在于該電路結構設有與信號燈的殼體一體形成的殼體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運行半導體光源的電路結構,它包括連接電壓源的輸入端,輸入濾波器,一設置具有一控制電路的開關元件和感應器的變換器,連接半導體光源的輸出端。開關元件以周期t
文檔編號H05B37/02GK1316174SQ00801240
公開日2001年10月3日 申請日期2000年7月3日 優(yōu)先權日1999年7月7日
發(fā)明者R·A·A·M·雅各布斯, B·J·E·洪特勒, J·E·K·G·德克萊克, M·J·M·布克斯, E·B·G·尼霍夫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司