專利名稱：Led燈驅(qū)動(dòng)器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及基于LED的發(fā)光系統(tǒng)及其電源，尤其涉及用于LED燈的驅(qū)動(dòng)器 電路。
背景技術(shù)：
如今數(shù)字發(fā)光技術(shù)(即基于半導(dǎo)體光源諸如發(fā)光二極管(LED)的照明)對傳統(tǒng)的 熒光燈、HID和白熾燈提供了切實(shí)可行的備選。LED技術(shù)中的最新進(jìn)展以及其許多功能優(yōu) 勢(諸如，高能量轉(zhuǎn)換和光效率、耐用性以及較低操作成本)已經(jīng)引起高效并魯棒的全光譜 光源的發(fā)展，該全光譜光源支持各種發(fā)光效果。新的高輸出、節(jié)能和超緊湊LED光源將傳統(tǒng) LED的壽命和可靠性優(yōu)勢與更高亮度結(jié)合，從而使得它們特別適合普通照明。半導(dǎo)體光源(LED)越來越多地用于緊急發(fā)光系統(tǒng)，緊急發(fā)光系統(tǒng)因?yàn)殡娏χ袛?導(dǎo)致的普通人造發(fā)光設(shè)備中的故障而激活。用于緊急發(fā)光設(shè)備的光源可以由緊急發(fā)光電 源供電，該緊急發(fā)光電源使用來自電池、發(fā)電機(jī)組、特別保護(hù)的干線電源或其他替代能源的 能量。國家防火協(xié)會(huì)生命安全法規(guī)(NFPA 101節(jié)5-9)要求“用于疏散途徑的緊急發(fā)光設(shè) 施……萬一常規(guī)發(fā)光設(shè)備出現(xiàn)故障用于沿疏散路徑提供照明?！辈僮鱈ED的電源(這里稱作“LED燈驅(qū)動(dòng)器”)有別于用來操作氣體放電燈(諸如 熒光燈)的稱作鎮(zhèn)流器的電源。鎮(zhèn)流器服務(wù)許多功能，包括啟動(dòng)具有高壓點(diǎn)火的氣體放 電燈；由于這些燈具有負(fù)電壓-電流特性而限制燈電流；以及以適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷翰僮鳠簟?LED的操作有所不同不需要高壓點(diǎn)火，并且LED串上的總電壓比同光級(jí)熒光燈上的總電壓 低得多。然而，LED燈驅(qū)動(dòng)器還必須提供電流限制以及某種程度的電流控制。LED電流控制提出了兩個(gè)問題(1)電流限制，用于避免熱失控；以及O)電流調(diào) 節(jié)，用于將LED電流保持在特定范圍內(nèi)。由于增加的LED溫度，而可能發(fā)生熱失控。通過 LED的電流增加了 LED溫度，使得更多的電流通過LED，會(huì)進(jìn)一步增加溫度。要求電流限制 來防止由于過熱而產(chǎn)生的熱失控和LED故障。要求電流調(diào)節(jié)來計(jì)入LED特性中的變化和/ 或LED燈驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓中的變化。用于電流限制和調(diào)節(jié)的許多常規(guī)方法效率不高、復(fù)雜、不可靠和/或昂貴。一種方 法是放置無源串聯(lián)阻抗(諸如，電阻器)來與LED陣列串聯(lián)。這種方法簡單但是效率不高， 這是由于電阻器發(fā)熱耗散能量。另一種方法使用有源串聯(lián)線性通過元件(諸如，晶體管) 來與反饋結(jié)合。這種方法使用了復(fù)雜以及效率不高并且昂貴的線性電流調(diào)節(jié)器。還有另一 種方法使用開關(guān)模式調(diào)節(jié)器，該開關(guān)模式調(diào)節(jié)器可以使用反饋，并且相對高效，但是復(fù)雜、 昂貴并且不可靠。使用用于緊急發(fā)光設(shè)備的LED燈驅(qū)動(dòng)器提出了額外的問題。在緊急情況下，LED燈 驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓經(jīng)常由獨(dú)立或低壓的電源(諸如，電池或低壓緊急電源)提供。然而，即 便LED燈驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓被限制為低壓，LED燈驅(qū)動(dòng)器也必須產(chǎn)生足夠驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED串 的DC電流。該輸入電壓必須被提高到足夠驅(qū)動(dòng)LED的電壓。LED燈驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的一種方法是使用反激拓?fù)?。遺憾地是，反激拓?fù)渚哂腥舾扇?陷。第一，反激拓?fù)渲话ㄒ粋€(gè)有源開關(guān)元件，因此只能在一個(gè)象限上利用反激變壓器磁 芯。第二，反激拓?fù)溥M(jìn)行操作，使得初級(jí)繞組和次級(jí)繞組以交替的階段傳導(dǎo)電流。在階段一 期間，初級(jí)繞組傳導(dǎo)電流而次級(jí)繞組不傳導(dǎo)電流，該次級(jí)繞組在反激變壓器磁場中存儲(chǔ)能 量。在階段二期間，該存儲(chǔ)的能量經(jīng)由變壓器芯釋放到次級(jí)繞組，使得次級(jí)電流流動(dòng)而初級(jí) 中沒有電流流動(dòng)。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組不同時(shí)傳導(dǎo)電流。因此，反激拓?fù)洳荒苁亲灾C振類 型電路，但必須包括另一裝置來控制開關(guān)頻率。第三，反激拓?fù)涞拇渭?jí)繞組具有不連續(xù)的電 流，從而限制了對電流限制和調(diào)節(jié)的選擇。LED燈驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的另一方法是使用具有反饋的脈寬調(diào)制來感測LED陣列電流并 且主動(dòng)控制LED陣列電流。雖然高效，但是這種方法對于許多應(yīng)用而言比較昂貴。因此，期 望提供能夠解決至少某些上述劣勢的LED燈驅(qū)動(dòng)器及方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面總體上關(guān)注于接收低壓DC電力的LED燈驅(qū)動(dòng)器，包括推 挽變壓器電路，可操作連接用于接收低壓DC電力并產(chǎn)生變壓器AC電力，該推挽變壓器電路 具有響應(yīng)于控制信號(hào)的開關(guān)；自諧振控制電路，可操作連接到推挽變壓器電路來生成控制 信號(hào)；電流控制器，可操作連接用于接收變壓器AC電力并產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電力；以及AC/ DC轉(zhuǎn)換器，可操作連接用于接收經(jīng)控制的AC電力并產(chǎn)生高壓DC電力。本發(fā)明的另一方面總體上關(guān)注于自諧振LED燈驅(qū)動(dòng)器，包括推挽變壓器，其具有 第一初級(jí)繞組、第二初級(jí)繞組、耦合到該第一初級(jí)繞組和該第二初級(jí)繞組的反饋繞組、以及 耦合到該第一初級(jí)繞組和該第二初級(jí)繞組的次級(jí)繞組；第一開關(guān)，響應(yīng)于來自反饋繞組第 一端的第一控制信號(hào)；第二開關(guān)，響應(yīng)于來自反饋繞組第二端的第二控制信號(hào)，第一控制信 號(hào)和第二控制信號(hào)可操作連接用于交替閉合第一開關(guān)與第二開關(guān)；電流控制器，可操作連 接到次級(jí)繞組；以及AC/DC轉(zhuǎn)換器，可操作連接到該電流控制器；其中當(dāng)閉合第一開關(guān)時(shí)， 電流以第一方向流過第一初級(jí)繞組，并且當(dāng)閉合第二開關(guān)時(shí)，電流以與該第一方向相反的 方向流過第二初級(jí)繞組。本發(fā)明的另一方面關(guān)注從低壓DC電力驅(qū)動(dòng)LED燈的方法，包括提供變壓器，該變 壓器具有第一初級(jí)繞組、第二初級(jí)繞組以及耦合到該第一初級(jí)繞組和該第二初級(jí)繞組的次 級(jí)繞組；在該變壓器處接收低壓DC電力；建立自諧振控制來在第一初級(jí)繞組與第二初級(jí)繞 組之間交替開關(guān)電流，并且在次級(jí)繞組產(chǎn)生變壓器AC電力；控制變壓器AC電力來產(chǎn)生經(jīng)控 制的AC電力；以及將經(jīng)控制的AC電力轉(zhuǎn)換成高壓DC電力。通過以下當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述以及參考附圖進(jìn)行閱讀，本發(fā)明的前述和 其他特征及優(yōu)勢將變得更加明顯。該詳細(xì)描述和附圖僅用于說明本發(fā)明，而不是限制由所 附權(quán)利要求書及其等同物定義的本發(fā)明的范圍。如這里為了本公開的目的所使用的，術(shù)語“LED”應(yīng)當(dāng)理解為包括任意電致發(fā)光二 極管或者其他類型的載流子注入/基于結(jié)的系統(tǒng)，其能夠生成輻射來響應(yīng)電信號(hào)。因此，術(shù) 語LED包括但不限于響應(yīng)電流發(fā)光的各種基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光聚合物、有機(jī)發(fā)光二極 管(OLED)、電致發(fā)光條等。具體地，術(shù)語LED指的是所有類型的發(fā)光二極管(包括半導(dǎo)體 和有機(jī)發(fā)光二極管)，其可以配置用于生成紅外光譜、紫外光譜和可見光譜(通常包括波長 從大約400納米到大約700納米的輻射)各種部分的一個(gè)或多個(gè)中的輻射。LED的某些例子包括但不限于各種類型的紅外光LED、紫外光LED、紅光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和白光 LED (下面進(jìn)一步討論)。還應(yīng)當(dāng)理解，LED可以配置和/或控制用于生成具有針對給定光 譜(例如，窄帶寬、寬帶寬)的各種帶寬(例如，半極大處全寬度，或FWHM)，以及給定通用顏 色分類內(nèi)的各種主波長的輻射。例如，配置用于生成基本上白光的LED的一個(gè)實(shí)現(xiàn)(例如，白光LED)可以包括多 個(gè)管芯，該些管芯分別發(fā)出不同的電致發(fā)光光譜，組合在一起混合形成基本上白色的光。在 另一實(shí)現(xiàn)中，白光LED可以與熒光材料相關(guān)聯(lián)，該熒光材料將具有第一光譜的電致發(fā)光轉(zhuǎn) 換成不同的第二光譜。在此實(shí)現(xiàn)的一個(gè)示例中，具有相對短波長和窄帶寬光譜的電致發(fā)光 “激勵(lì)”熒光材料，該熒光材料反過來輻射具有略微更寬光譜的更長波長的輻射。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語LED不限制LED的物理和/或電封裝類型。例如，如上文所討 論，LED可以指的是具有多個(gè)配置用于分別發(fā)出不同輻射光譜(例如，可以或者可以不獨(dú)立 控制)的管芯的單個(gè)發(fā)光器件。同樣，LED可以與被認(rèn)為是該LED(例如，某些類型的白光 LED)組成部分的熒光劑相關(guān)聯(lián)。通常，術(shù)語LED可以指的是經(jīng)封裝的LED、未封裝的LED、 表面安裝的LED、板載芯片LED、T-封裝安裝LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包括某些類 型的包裝和/或光學(xué)元件(例如，漫射透鏡)的LED等。


在附圖中，貫穿不同視圖相同的附圖標(biāo)記通常指的是相同的部分。同樣，附圖沒必 要按比例繪制，而是總體上重點(diǎn)示出本發(fā)明的原理。圖1-圖2分別是根據(jù)本發(fā)明許多實(shí)施方式的LED燈驅(qū)動(dòng)器的框圖和示意圖；圖3是用于圖1-圖2中所示LED燈驅(qū)動(dòng)器的過壓保護(hù)電路的示意圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式從低壓DC電力驅(qū)動(dòng)LED燈的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，LED燈驅(qū)動(dòng)器20從DC電源22接收低壓DC電力23，并且在DC輸出32 產(chǎn)生用于LED陣列34的高壓DC電力31。如這里所定義的，低壓和高壓是針對LED燈驅(qū)動(dòng) 器20的DC電力電壓的相對術(shù)語，而不是針對電壓的絕對值DC電源22處的低壓DC電力 23的電壓低于驅(qū)動(dòng)DC輸出32處的LED陣列34所需要的高壓DC電力31的電壓。LED陣列 34要求DC電力用于操作。LED燈驅(qū)動(dòng)器20包括推挽變壓器電路對，可操作連接用于從 DC電源22接收低壓DC電力23并產(chǎn)生變壓器AC電力27 ；自諧振控制電路沈，可操作連接 到推挽變壓器電路M來生成控制信號(hào)35 ；電流控制器觀，可操作連接用于接收變壓器AC 電力27并產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電力四；以及AC/DC轉(zhuǎn)換器30，可操作連接用于接收經(jīng)控制的 AC電力四并在DC輸出32產(chǎn)生高壓DC電力31。推挽變壓器電路M包括響應(yīng)于來自自諧 振控制電路沈的控制信號(hào)35的開關(guān)25。LED燈驅(qū)動(dòng)器20還可以包括可選的過壓保護(hù)電 路36，可操作連接在DC輸出32之間。LED燈驅(qū)動(dòng)器20使用推挽變壓器電路M將來自低壓DC電源22的電壓提高到足 夠驅(qū)動(dòng)LED陣列34中的串聯(lián)LED串的水平。推挽變壓器電路M是低成本、簡單并且高效 的裝置，用來增加或提高來自低壓DC電源的電壓。這種推挽變壓器電路M還可以被稱作 轉(zhuǎn)換器或逆變器，因?yàn)樗鼘⑼仆熳儔浩麟娐稭初級(jí)側(cè)上的DC電源22的低壓DC電力23轉(zhuǎn)換成了推挽變壓器電路M次級(jí)側(cè)上的變壓器AC電力27。推挽變壓器電路M次級(jí)側(cè)上的 電壓近似等于跨電流控制器28、AC/DC轉(zhuǎn)換器30和LED陣列34的電壓的總和。電流控制器28接收變壓器AC電力27并且發(fā)送經(jīng)控制的AC電力四。在一個(gè)實(shí)施 方式中，電流控制器觀是可操作與LED陣列34串聯(lián)連接的限流電容器。通過該電容器的 電流是交流電，所以必須保持電容器安培-秒平衡(即，電容器電荷平衡)。因此，離開該電 容器的電流還是交流電。AC/DC轉(zhuǎn)換器30將經(jīng)控制的AC電力四轉(zhuǎn)換成高壓DC電力31， 該高壓DC電力31可以用于給LED陣列34供電。DC電源22可以是電池或其他低壓DC電源。DC電源22的電壓低于驅(qū)動(dòng)LED陣列 34需要的電壓，該LED陣列34包括在DC輸出32的串聯(lián)LED串。當(dāng)DC電源22是可操作連 接用于產(chǎn)生低壓DC電力23的電池并且LED陣列34可操作連接用于接收高壓DC電力31 時(shí)，LED燈驅(qū)動(dòng)器20可以用作用于緊急發(fā)光設(shè)備的獨(dú)立光源。推挽變壓器電路M包括開關(guān)25，用于轉(zhuǎn)換流過推挽變壓器電路M的電流的方向。 在一個(gè)實(shí)施方式中，推挽變壓器電路M包括兩個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)交替?zhèn)鲗?dǎo)近似50%的周期 T，該周期T是開關(guān)頻率的倒數(shù)。一個(gè)開關(guān)傳導(dǎo)電流通過推挽變壓器電路M的一個(gè)初級(jí)繞 組來引起在一個(gè)方向上的磁芯通量，然后另一開關(guān)在交替的半個(gè)周期進(jìn)行傳導(dǎo)，傳導(dǎo)電流 通過推挽變壓器電路M的第二初級(jí)繞組來引起在交替方向上的磁芯通量。推挽拓?fù)浜艽?程度上利用了可用的變壓器磁能力。推挽拓?fù)溥€促進(jìn)以自諧振模式進(jìn)行操作，因?yàn)橥仆熳?壓器電路M的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組同時(shí)傳導(dǎo)電流。以自諧振模式操作允許使用簡單、高效 和有效的自諧振控制電路26。該自諧振控制電路沈可以在推挽變壓器電路M的內(nèi)部或外 部。自諧振控制電路沈向開關(guān)25提供了控制信號(hào)來啟動(dòng)正反饋并且建立再生振蕩。 開關(guān)頻率由f= (1/(2 π V LC))給定，其中L和C分別是主要由次級(jí)電路決定的整個(gè)電路 的電感和電容，并且略微包括變壓器初級(jí)側(cè)的總電感和電容。可以選擇頻率參數(shù)來促進(jìn)對 通過一系列電池電壓向LED陣列傳遞足夠的電壓和電流所必須的電感值和大小、變壓器大 小和設(shè)計(jì)、以及電容器值和大小的選擇，并考慮效率和成本。自諧振控制電路26以及其余 LED燈驅(qū)動(dòng)器中的部件值被選定用于高頻開關(guān)，從而促進(jìn)了非常小并且高效的電感器和變 壓器的使用。高頻開關(guān)還允許小、便宜的電容器作為電流控制器觀。電流控制器觀可以使用將簡單電容器與LED陣列34串聯(lián)放置的無源串聯(lián)阻抗方 法來提供電流調(diào)節(jié)。這為緊急發(fā)光設(shè)備提供了適當(dāng)?shù)碾娏飨拗坪瓦m合的電流調(diào)節(jié)。AC/DC 轉(zhuǎn)換器30可以是整流器，諸如全波二極管橋整流器。圖2是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的LED燈驅(qū)動(dòng)器的示意圖，其中相同的元件與圖 1共享相同的附圖標(biāo)記。LED燈驅(qū)動(dòng)器使用推挽變壓器電路，即，包括以推挽拓?fù)洳僮鞯淖?壓器的電路。推挽變壓器上的反饋繞組連接到該推挽變壓器中兩個(gè)開關(guān)中的每一個(gè)開關(guān)來 向該兩個(gè)開關(guān)提供控制信號(hào)。包括反饋繞組的自諧振控制電路實(shí)現(xiàn)了正反饋(再生反饋) 功能，使得LED燈驅(qū)動(dòng)器以自諧振模式進(jìn)行操作。推挽變壓器電路M包括推挽變壓器Tl、開關(guān)晶體管Q1、開關(guān)晶體管Q2、基極驅(qū) 動(dòng)電阻器RB和饋送電感器Lfeed。在此實(shí)施方式中，推挽變壓器電路M進(jìn)一步包括可選初 級(jí)電容器CP和可選次級(jí)電容器CS。自諧振控制電路沈包括變壓器反饋繞組FB和基極驅(qū) 動(dòng)電阻器RB。電流控制元件觀為鎮(zhèn)流電容器CB。AC/DC轉(zhuǎn)換器30包括形成全波整流器的7二極管D1、D2、D3和D4，該全波整流器可以由分立的二極管裝配而成，或者可以是集成電路 (IC)封裝。輸入端子DC+和DC-連接低壓DC電源(諸如，電池或其他DC電源)的相應(yīng)+ 和-端子。LED燈驅(qū)動(dòng)器20可以可選地包括DC輸出32之間的濾波電容器Cout和/或DC 輸出32之間作為過壓保護(hù)電路36的保護(hù)二極管Dout。推挽變壓器Tl具有第一初級(jí)繞組ft~il、第二初級(jí)繞組ft~i2、耦合到該第一初級(jí)繞 組I^ril和該第二初級(jí)繞組的反饋繞組FB以及耦合到該第一初級(jí)繞組I^ril和該第二 初級(jí)繞組的次級(jí)繞組％(3。開關(guān)晶體管(開關(guān))Ql響應(yīng)于來自反饋繞組FB —端的控 制信號(hào)，并且開關(guān)晶體管(開關(guān))Q2響應(yīng)于來自反饋繞組ra另一端的另一控制信號(hào)?？刂?信號(hào)可操作連接來交替閉合一個(gè)開關(guān)晶體管(開關(guān))Q1與另一開關(guān)晶體管(開關(guān))Q2。當(dāng) 閉合一個(gè)開關(guān)晶體管(開關(guān))Q1時(shí)，電流以第一方向流過第一初級(jí)繞組ft~il，而當(dāng)閉合另 一個(gè)開關(guān)晶體管(開關(guān))Q2時(shí)，電流以與第一方向相反的方向流過第二初級(jí)繞組ft~i2。利 用第一初級(jí)繞組I^ril與第二初級(jí)繞組之間的中間分接頭ct，當(dāng)閉合開關(guān)晶體管(開 關(guān))Ql時(shí)提供了一個(gè)電路從DC輸入端子DC+到中間分接頭ct，通過第一初級(jí)繞組Pril， 通過開關(guān)晶體管(開關(guān))Q1，到達(dá)DC輸入端子DC-;當(dāng)閉合開關(guān)晶體管(開關(guān))Q2時(shí)提供了 另一電路從DC輸入端子DC+到中間分接頭ct，通過第二初級(jí)繞組Pri2，通過開關(guān)晶體管 (開關(guān))Q2，到達(dá)DC輸入端子DC-。當(dāng)電池可操作連接在DC輸入端子DC+與DC-之間來提 供低壓DC電力23并且LED陣列34可操作連接來接收高壓DC電力31時(shí)，LED燈驅(qū)動(dòng)器20 可以用作用于緊急發(fā)光設(shè)備的獨(dú)立光源。饋送電感器LfMd是將DC+輸入端子連接到第一初級(jí)繞組和第二初級(jí)繞組 Pri2的中間分接頭ct的電感器，而DC-輸入端子連接到開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2兩 者的發(fā)射極，從而提供了針對開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2的電流返回路徑。饋送電感 器Lfeed向推挽變壓器Tl的初級(jí)繞組和初級(jí)繞組提供了電流源電源。變壓器 初級(jí)繞組(繞組I^ril和繞組ft·^基本上相同并且以交替階段布置在中間分接頭ct處電 連接?？梢赃x擇饋送電感器Lfeed的電感值來向初級(jí)繞組I^ril和初級(jí)繞組提供平均 電流，使得通過初級(jí)繞組I^ril和初級(jí)繞組的峰到峰電流紋波為可接受的值。一旦電 感器中建立了電流流動(dòng)，那么平均電流便阻礙方向的突然變化。因此，針對短的開關(guān)周期T =Ι/f，饋送電感器Lfeed用作初級(jí)繞組和初級(jí)繞組恒定值的電流源。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，按照特定應(yīng)用所期望的，饋送電感器Lfrad的電感值可以是包括0在內(nèi)的任眉、ο分別將初級(jí)繞組I^ril和初級(jí)繞組電連接到開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2 的集電極。開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2是有源固態(tài)開關(guān)，交替循環(huán)傳導(dǎo)，并且使得電流 傳導(dǎo)交替循環(huán)通過相應(yīng)的初級(jí)繞組I^ril和初級(jí)繞組ft~i2。開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管 Q2響應(yīng)于來自變壓器反饋繞組FB兩端的控制信號(hào)?？蛇x初級(jí)電容器CP可以在變壓器Tl 的初級(jí)繞組I^ril和初級(jí)繞組之間為晶體管Ql和晶體管Q2提供附加噪聲過濾。初級(jí) 繞組I^ril和初級(jí)繞組的兩個(gè)半循環(huán)交替?zhèn)鲗?dǎo)階段產(chǎn)生流過變壓器次級(jí)繞組Sec的連 續(xù)全循環(huán)AC電流。變壓器反饋繞組FB連接到晶體管Ql和晶體管Q2的基極引線，并且在適當(dāng)?shù)碾A段 向晶體管Ql和晶體管Q2提供控制信號(hào)，用于啟動(dòng)正反饋并且建立再生振蕩?；鶚O驅(qū)動(dòng)電 阻器RB向開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2提供必要的基極電流，用于當(dāng)每個(gè)開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2交替?zhèn)鲗?dǎo)時(shí)，使開關(guān)晶體管Ql和開關(guān)晶體管Q2完全飽和。由于變壓器次級(jí)繞組Sec與變壓器初級(jí)繞組I^ril之間的匝數(shù)比，而在變壓器次級(jí) 繞組Sec上建立了電勢。變壓器次級(jí)繞組Sec的AC電壓還可以建立在可選電容器CS上， 該可選電容器CS為次級(jí)電容器，用于(1)在瞬變條件及開路負(fù)載條件下，過濾不需要的噪 聲信號(hào)；(2)作為附加設(shè)計(jì)參數(shù)來幫助設(shè)置諧振頻率f ；以及(3)假如操作期間LED陣列34 兩端的DC輸出32變成開路，那么通過作為變壓器次級(jí)繞組Sec的負(fù)載來防止高頻失控情 況或未預(yù)期的振蕩情況。鎮(zhèn)流電容器CB針對LED陣列34起串聯(lián)連接的電流控制元件28的作用。鎮(zhèn)流電 容器CB具有此推挽自諧振電路操作不可或缺的三個(gè)主要功能(1)提供AC電流限制來防 止LED陣列34的熱失控；(2)當(dāng)LED陣列特性變化發(fā)生時(shí)向LED陣列34提供電流調(diào)節(jié)；以 及(3)向自諧振電路的振蕩功能提供必要的主導(dǎo)電容。鎮(zhèn)流電容器CB向變壓器AC電力電流提供了阻抗，使得供給AC/DC轉(zhuǎn)換器30的經(jīng) 控制的AC電力被限制到所期望經(jīng)計(jì)算的值，從而限制供給LED陣列34的高壓DC電力?？?以選擇鎮(zhèn)流電容器CB的電容器值，使得供給LED陣列34的高壓DC電力電流被限制并且針 對低壓DC電源的恒定電壓在LED電壓中的很大變化上進(jìn)行妥善調(diào)節(jié)。鎮(zhèn)流電容器CB可以 是高質(zhì)量電容器，由于該電容器的有效串聯(lián)電阻而幾乎不耗散任何能量。高質(zhì)量電容器包 括具有高質(zhì)量電介質(zhì)(諸如薄膜或陶瓷電介質(zhì))的電容器。鎮(zhèn)流電容器CB交流耦合到包括二極管Dl、D2、D3和D4的全波整流器電路布置。 此整流器布置連接為使得二極管Dl和D3在一半AC循環(huán)上傳導(dǎo)而二極管D2和D4斷開(沒 有正向偏置)因此不傳導(dǎo)。交替地，二極管D2和D4在交替的一半AC循環(huán)上傳導(dǎo)而二極管 Dl和D3斷開(沒有正向偏置)因此不傳導(dǎo)。此動(dòng)作產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)LED陣列34的DC電流 來匹配針對LED陣列34的DC驅(qū)動(dòng)要求。濾波電容器Cout是可選濾波電容器，用于平滑DC 輸出電流并減少通過LED陣列34的AC紋波電流的量?？蛇x保護(hù)二極管Dout是過壓保護(hù)電路36 (1)保護(hù)LED陣列34免于AC/DC轉(zhuǎn)換 器30意外生成的高壓；以及⑵假如在LED陣列34上由外部電源施加高壓，那么保護(hù)二極 管Dl、D2、D3和D4免于過度高壓。在DC輸出32之間為開路、間歇連接到LED陣列34、在 LED燈驅(qū)動(dòng)器20與LED陣列34之間的開路連接、或者缺陷LED陣列34的情況下，可能存在 高壓?？蛇x保護(hù)二極管Dout可以是齊納二極管或瞬變電壓抑制器(TVQ齊納二極管。在 一個(gè)示例中，如果LED負(fù)載在緊急模式中額定操作在15伏(DC)并且其絕對最大正向電壓 為21伏(DC)，那么可以使用18伏保護(hù)二極管Dout來防止過壓情況。AC/DC轉(zhuǎn)換器30將 繼續(xù)向保護(hù)二極管Dout供應(yīng)電流，從而使得該二極管耗散功率由此生出熱量。如果LED負(fù) 載在緊急模式中額定操作在300mA (DC)并且使用的是18伏齊納二極管，那么該齊納二極管 需要額定至少5. 4瓦。齊納二極管可以使用一個(gè)或多個(gè)散熱器來耗散所生成的熱量。本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以按需要省略過壓保護(hù)電路36。DC輸出32的DC輸出端子Out+與Out-連接LED陣列34的相應(yīng)+和-端子。本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖2的電路為示例性的，并且針對特定應(yīng)用可以按需要使用不同 的電路。圖3是用于LED燈驅(qū)動(dòng)器的過壓保護(hù)電路的示意圖，其中相同的元件與圖1和 圖2共享相同的附圖標(biāo)記。在一個(gè)實(shí)施方式中，過壓保護(hù)電路使用可控硅整流器(siliconcontrolled rectifier, SCR)來限制和/或箝位過壓條件下的高壓。過壓保護(hù)電路40包 括DC輸出32之間與LED陣列34并聯(lián)連接的可控硅整流器SCRl 42。過壓保護(hù)電路40進(jìn) 一步包括連接到可控硅整流器SCRl 42柵極的SCR觸發(fā)電路44。該SCR觸發(fā)電路44具有 二極管Z1、電阻器Rz、電阻器Rg和電容器Cg?？梢允驱R納二極管、DIAC之類的二極管Zl 與電阻器Rz串聯(lián)連接，電阻器Rz與可控硅整流器SCRl 42并行。電阻器Rg從二極管Zl 與電阻器Rz之間的接點(diǎn)連接到可控硅整流器SCRl 42的柵極。電容器Cg從可控硅整流器 SCRl 42的柵極連接到可控硅整流器SCR142的陰極。在常規(guī)操作期間，電流通過LED陣列34。二極管Dout2保證電流以正確的方向流 過LED陣列34?？煽毓枵髌鱏CRl 42為斷開，僅泄漏電流通過可控硅整流器SCRl 42。除 了常規(guī)二極管的陽極和陰極，SCR還具有用于控制從陽極到陰極的電流傳導(dǎo)的閾值的柵極。 在故障條件下，SCR觸發(fā)電路44向可控硅整流器SCRl 42的柵極施加電壓來開啟可控硅整 流器SCRl 42，使得該可控硅整流器SCRl 42傳導(dǎo)。SCR觸發(fā)電路44的電阻器Rg與電容器 Cg提供達(dá)到觸發(fā)電壓的時(shí)間延遲，從而防止虛假觸動(dòng)。電流流過可控硅整流器SCRl 42而 不是LED陣列34，用于保護(hù)LED陣列；34免于過流。一旦觸發(fā)了可控硅整流器SCRl 42，只 要從陽極到陰極的電流依然在保持電流之上，電流便流過可控硅整流器SCRl 42，所以不需 要維持觸發(fā)可控硅整流器SCRl 42所要求的通過二極管Zl的電流。當(dāng)電流降到保持電流 以下時(shí)，可控硅整流器SCRl 42停止傳導(dǎo)并且重新開始常規(guī)操作。過壓保護(hù)電路40各種部件的值可以針對特定應(yīng)用按需要進(jìn)行選擇。在一個(gè)示例 中，給LED陣列34供電的DC輸出32之間的常規(guī)操作電壓為15伏(DC)并且絕對最大正向 電壓為21伏(DC)。通過LED陣列34的常規(guī)電流為300mA (DC)，所以可控硅整流器SCR142 可以是額定為500mA (DC)的SCR，使得可控硅整流器SCR142能夠處理故障電流?？梢赃x擇 二極管Zl的值，用來在達(dá)到LED陣列34的臨界電壓之前觸發(fā)可控硅整流器SCRl 42。如果 在常規(guī)操作期間給LED陣列34供電的DC輸出32額定操作在15伏(DC)并且LED陣列34 的絕對最大正向電壓為21伏(DC)，那么二極管Zl可以是具有18伏擊穿電壓的齊納二極 管。選擇電阻器Rz的值來保證在過壓條件下二極管Zl擊穿時(shí)，必要的電流流過二極管Z1。 如果過壓條件下在電阻器Rz上加壓2伏用來觸發(fā)可控硅整流器SCRl 42，并且要求20mA通 過二極管Z1，那么可以將電阻器Rz的值選為lOOOhms?？梢赃x擇SCR觸發(fā)電路44的電阻 器Rg與電容器Cg的值來提供用于觸發(fā)可控硅整流器SCRl 42所期望的時(shí)間常數(shù)，從而避 免虛假觸動(dòng)。如果將電阻器Rg的值選為IOOOOhms并且將電容器Cg的值選為0. 1微法，那 么SCR觸發(fā)電路44便具有100微秒的時(shí)間常數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以選擇二極 管Zl、電阻器Rg和電容器Cg的值來保證過壓保護(hù)電路40只在故障條件下觸動(dòng)。圖4是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式從低壓DC電力驅(qū)動(dòng)LED燈的方法的流程圖。方 法100包括提供變壓器102，其具有第一初級(jí)繞組、第二初級(jí)繞組以及耦合到該第一初級(jí) 繞組和該第二初級(jí)繞組的次級(jí)繞組；在變壓器104接收低壓DC電力；建立自諧振控制106 來在第一初級(jí)繞組與第二初級(jí)繞組之間交替開關(guān)電流，并且在次級(jí)繞組產(chǎn)生變壓器AC電 力；控制變壓器AC電力108來產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電力；以及將該經(jīng)控制的AC電力轉(zhuǎn)換成高 壓DC電力110。方法100可以進(jìn)一步包括防止高壓DC電力過壓；過濾第一初級(jí)繞組與第 二初級(jí)繞組上的噪聲，和/或過濾次級(jí)繞組上的噪聲。雖然這里描述并說明了若干發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容10易想到用于執(zhí)行所述功能和/或獲得所述結(jié)果和/或一個(gè)或多個(gè)所述優(yōu)勢的各種其他裝置 和/或結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)這種變化和/或修改被認(rèn)為是在所述本發(fā)明實(shí)施方式的范圍內(nèi)。更 通常地，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解這里描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和配置用意在于示例， 因此實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將依賴于本發(fā)明教導(dǎo)使用的特定應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，或能夠僅使用常規(guī)檢查確定，這里所描述的特定發(fā)明實(shí)施方式的許多等同 物。因此，應(yīng)當(dāng)理解前述實(shí)施方式僅以示例的方式呈現(xiàn)，并且在所附權(quán)利要求書及其等同物 的范圍內(nèi)，除了特定描述與要求之外還可以實(shí)踐發(fā)明實(shí)施方式。本公開的發(fā)明實(shí)施方式針 對這里所描述的每個(gè)獨(dú)立的特征、系統(tǒng)、制品、材料、套件和/或方法。另外，兩個(gè)或多個(gè)這 種特征、系統(tǒng)、制品、材料、套件和/或方法的任何組合，如果這種特征、系統(tǒng)、制品、材料、套 件和/或方法不相互不一致，那么包括在本公開的發(fā)明范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)理解，除非明確指示相反，在這里所要求的包括不止一個(gè)步驟或動(dòng)作的任 何方法中，方法的步驟或動(dòng)作的順序沒必要受限于所列舉方法的步驟或動(dòng)作的順序。在權(quán)利要求書中，以及在上文的說明書中，諸如“構(gòu)成”、“包括”、“承載”、“具有”、 “包含”、“涉及”、“持有”、“合成”之類的所有過渡詞語應(yīng)當(dāng)理解為開放式的，即，意味著包括 但又不進(jìn)行限制。只有過渡詞語“組成”和“主要組成”應(yīng)當(dāng)分別為封閉或半封閉的過渡詞 語。
權(quán)利要求
1.一種接收低壓DC電力的LED燈驅(qū)動(dòng)器，所述LED驅(qū)動(dòng)器包括推挽變壓器電路(M)，可操作連接用于接收所述低壓DC電力03)并產(chǎn)生變壓器AC電 力(27)，所述推挽變壓器電路04)具有響應(yīng)于控制信號(hào)(35)的開關(guān)05)；自諧振控制電路(沈)，可操作連接到所述推挽變壓器電路04)來生成所述控制信號(hào) (35)；電流控制器( )，可操作連接用于接收所述變壓器AC電力(XT)并產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電 力(29)；以及AC/DC轉(zhuǎn)換器(30)，可操作連接用于接收所述經(jīng)控制的AC電力09)并產(chǎn)生高壓DC電 力(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述高壓DC電力(31)在DC輸出(32) 處產(chǎn)生，所述LED燈驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括可操作連接在所述DC輸出(3 之間的過壓保護(hù)電 路(36)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述過壓保護(hù)電路(36)是二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述過壓保護(hù)電路(36)是可操作連接到 SCR觸發(fā)電路04)的可控硅整流器(42)，所述SCR觸發(fā)電路04)響應(yīng)于所述DC輸出(32) 之間的過壓來開啟所述可控硅整流器G2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中 所述開關(guān)05)包括第一開關(guān)和第二開關(guān)；所述控制信號(hào)(3 包括第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)；并且 所述推挽變壓器電路04)包括推挽變壓器，其具有 第一初級(jí)繞組； 第二初級(jí)繞組；反饋繞組，耦合到所述第一初級(jí)繞組和所述第二初級(jí)繞組；以及 次級(jí)繞組，耦合到所述第一初級(jí)繞組和所述第二初級(jí)繞組；所述第一開關(guān)響應(yīng)于來自 所述反饋繞組第一端的所述第一控制信號(hào)；并且所述第二開關(guān)響應(yīng)于來自所述反饋繞組第 二端的所述第二控制信號(hào)，所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)可操作連接用于交替閉 合所述第一開關(guān)與所述第二開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括電池，可操作連接用于產(chǎn)生所述低 壓DC電力03)；以及LED陣列(34)，可操作連接用于接收所述高壓DC電力(31)，所述LED 燈驅(qū)動(dòng)器是用于緊急發(fā)光設(shè)備的光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(30)是全波二極管橋 整流器。
8.—種自諧振LED燈驅(qū)動(dòng)器，包括推挽變壓器，具有第一初級(jí)繞組；第二初級(jí)繞組；耦合到所述第一初級(jí)繞組和所述第 二初級(jí)繞組的反饋繞組；以及耦合到所述第一初級(jí)繞組和所述第二初級(jí)繞組的次級(jí)繞組； 第一開關(guān)，響應(yīng)于來自所述反饋繞組第一端的第一控制信號(hào)； 第二開關(guān)，響應(yīng)于來自所述反饋繞組第二端的第二控制信號(hào)，所述第一控制信號(hào)和所 述第二控制信號(hào)可操作連接用于交替閉合所述第一開關(guān)與所述第二開關(guān)； 電流控制器(觀)，可操作連接到所述次級(jí)繞組；以及AC/DC轉(zhuǎn)換器(30)，可操作連接到所述電流控制器08)；其中當(dāng)閉合所述第一開關(guān)時(shí)，電流以第一方向流過所述第一初級(jí)繞組，并且當(dāng)閉合所 述第二開關(guān)時(shí)，電流以與所述第一方向相反的方向流過所述第二初級(jí)繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括可操作連接在所述AC/DC轉(zhuǎn)換器 (30)的DC輸出(32)之間的過壓保護(hù)電路(36)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述過壓保護(hù)電路(36)包括二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述過壓保護(hù)電路(36)包括可操作連 接到SCR觸發(fā)電路04)的可控硅整流器(42)，其中所述SCR觸發(fā)電路04)響應(yīng)于所述DC 輸出(3 之間的過壓來開啟所述可控硅整流器02)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述變壓器具有所述第一初級(jí)繞組與所 述第二初級(jí)繞組之間的中間分接頭，所述LED燈驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括當(dāng)閉合所述第一開關(guān)時(shí)的第一 DC電路，從第一 DC輸入端子到所述中間分接頭，通過所 述第一初級(jí)繞組，通過所述第一開關(guān)到所述第二 DC輸入端子；以及當(dāng)閉合所述第二開關(guān)時(shí)的第二 DC電路，從第一 DC輸入端子到所述中間分接頭，通過所 述第二初級(jí)繞組，通過所述第二開關(guān)到所述第二 DC輸入端子。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括可操作連接在所述第一DC輸入 端子與所述第一 DC電路和所述第二 DC電路中的所述中間分接頭之間的饋送電感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括可操作連接在所述第一初級(jí)繞組 與所述第二初級(jí)繞組上的噪聲濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括可操作連接在所述次級(jí)繞組上的 噪聲濾波器。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括電池，可操作連接在所述第一初 級(jí)繞組與所述第二初級(jí)繞組上，用于提供低壓DC電力(23)，以及LED陣列(34)，可操作連 接到所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(30)用于接收高壓DC電力(31)，所述LED燈驅(qū)動(dòng)器是用于緊急發(fā) 光設(shè)備的光源。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED燈驅(qū)動(dòng)器，其中所述AC/DC轉(zhuǎn)換器(30)是全波二極管 橋整流器。
18.—種從低壓DC電力驅(qū)動(dòng)LED燈的方法，所述方法包括提供變壓器，所述變壓器具有第一初級(jí)繞組；第二初級(jí)繞組；以及耦合到所述第一初 級(jí)繞組和所述第二初級(jí)繞組的次級(jí)繞組；在所述變壓器接收所述低壓DC電力；建立自諧振控制，用于在所述第一初級(jí)繞組與所述第二初級(jí)繞組之間交替開關(guān)電流， 并且在所述次級(jí)繞組產(chǎn)生變壓器AC電力；控制所述變壓器AC電力，用于產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電力；以及將所述經(jīng)控制的AC電力轉(zhuǎn)換成高壓DC電力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括過濾所述第一初級(jí)繞組和所述第二初級(jí) 繞組上的噪聲。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括過濾所述次級(jí)繞組上的噪聲。
全文摘要
一種LED燈驅(qū)動(dòng)器及方法，包括接收低壓DC電力的LED燈驅(qū)動(dòng)器，該LED驅(qū)動(dòng)器包括推挽變壓器電路(24)，可操作連接用于接收所述低壓DC電力(23)并產(chǎn)生變壓器AC電力(27)，該推挽變壓器電路(24)具有響應(yīng)于控制信號(hào)(35)的開關(guān)(25)；自諧振控制電路(26)，可操作連接到推挽變壓器電路(24)來生成控制信號(hào)(35)；電流控制器(28)，可操作連接用于接收變壓器AC電力(27)并產(chǎn)生經(jīng)控制的AC電力(29)；以及AC/DC轉(zhuǎn)換器(30)，可操作連接用于接收經(jīng)控制的AC電力(29)并產(chǎn)生高壓DC電力(31)。
文檔編號(hào)H05B33/08GK102057751SQ200980120820
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者D·克倫肖, S·德利馬 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司