CN101926082A - 电子驱动器电路及方法 - Google Patents

电子驱动器电路及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101926082A
CN101926082A CN2009801032844A CN200980103284A CN101926082A CN 101926082 A CN101926082 A CN 101926082A CN 2009801032844 A CN2009801032844 A CN 2009801032844A CN 200980103284 A CN200980103284 A CN 200980103284A CN 101926082 A CN101926082 A CN 101926082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
type
control
voltage step
driver circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801032844A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101926082B (zh
Inventor
U·伯克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN101926082A publication Critical patent/CN101926082A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101926082B publication Critical patent/CN101926082B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及用于向电子负载(LED1、LED2，......，LEDn)供给DC电流或电压(Vload)的电子驱动器电路和对应方法。为了实现高效率以及电子负载上的低热应力，提出的驱动器电路包括：用于接收AC输入电压(Vmains)的AC输入(L、N)；两个升降压转换器(10、20)，其交替地作为用于对所述AC输入电压(Vmains)进行整流的整流器和用于所述整流的AC输入电压的DC转换的DC/DC转换器进行操作；控制单元(11、12、13、21、22、23；40)，用于监测AC输入电压(Vmains)的零交点并且用于响应于检测到零交点来控制所述两个升降压转换器(10、20)以改变其操作模式，使得在所有周期期间一个升降压转换器作为整流器操作，而另一个升降压转换器作为DC/DC转换器操作。

Description

电子驱动器电路及方法
技术领域
本发明涉及向电子负载(尤其是若干串联耦合的LED或OLED)供给DC电流或电压为的电子驱动器电路以及对应方法。
背景技术
LED灯和照明器正逐渐渗透入荧光灯和TL-灯应用的传统市场细分。
已知LED驱动器电路包括两个或三个独立功率转换器，用以利用来自AC电源电网的DC电流来操作LED。因此，这些LED驱动器电路具有高组件数量和大约80％的中等效率。具有功率水平超过25W的应用通常包括第二DC/DC升压转换器用于满足AC电源电流谐波标准，由此进一步增加了组件数量。
低组件数量和高效率也是反向转移功率的兴趣，例如将来自太阳能电池的DC电流转移到AC电网。双升降压DC/AC逆变器可以从N.Vazquez等人的“Analysisand experimental study of the buck，boostand buck-boost inverters”，Proceedings of IEEE Power ElectronicsSpecialist Conference，1999，801-806页中进行了解。然而，此电路由于其控制原理而存在缺陷。具体地，两个经调制的DC电压具有高峰值并且存在导致低效率的高内部功率流。
单升降压DC/DC转换器的操作原理可以从Mohan、Underland、Robins的“Power Electronics：Converters，Applications and Design”，John Wiley & Sons，ISBN 0-471-50537-4，1989中进行了解。具有高达98％效率的60W升降压DC/DC转换器在W.Zhou，T.Philips的“Industry’s First 4-Switch Buck-Boost Controller Achieves HighestEfficiency Using a Single Inductor”，凌力尔特公司(Linear TechnologyCorporation)，设计注释369，2005中进行了公开。
US 2007/0058402A1公开了一种同步全桥整流器，其被控制以提供接近于单位的功率因子。该全桥整流器是晶体管，每个晶体管具有控制输入。对电路中的AC输入信号和电流进行感测并将其发送至控制器。作为响应，控制器输出控制信号以适时地打开/关闭整流MOSFET，用以形成关于AC输入信号的接近于1的功率因子。全波整流器包括N-沟道MOSFET，某些具有快速体二极管。MOSFET为整流器和功率因子电路(PFC)控制元件。结果是具有PFC的单级同步整流器。固态精密模拟差分放大器感测AC线路波形并且高频电流互感器感测电流。控制器接受放大器的输入和所感测的电流，并且输出用于导通和截止四个MOSFET的控制信号。导通/截止的定时被布置使得从AC源提取的电流是正弦曲线并且匹配正弦曲线AC源的相位。这种特殊的升压转换器电路生成的DC输出电压比输入电压高。然而此电路并不适合于给多个串联耦合的LED或OLED供电，这是因为LED或OLED具有受限的DC供电总线电压。高DC总线电压在某些串联连接的LED或OLED中会产生高电场，这可能会损坏这些设备。
发明内容
本发明的目的是提供用于向电子负载(尤其是若干串联耦合的LED或OLED)供给DC电流或电压的一种电子驱动器电路以及对应方法，从而实现高效率并且对在电子负载上施加低热应力。
在本发明的第一方面中，提供了一种电子驱动器电路，包括：
-AC输入，其用于接收AC输入电压；
-两个升降压转换器，其交替作为用于对所述AC输入电压进行整流的整流器和用于所述整流的AC输入电压的DC转换的DC/DC转换器进行操作；
-控制单元，其用于监测AC输入电压的零交点(zero crossing)并且用于响应于检测到零交点来控制所述两个升降压转换器以改变它们的操作模式，使得在所有周期期间一个升降压转换器作为整流器操作，而另一个升降压转换器作为DC/DC转换器操作。
在本发明的第二方面中，提供了一种电子驱动方法，包括如下步骤：
-接收AC输入电压；
-通过两个升降压转换器中的第一个升降压转换器对所述AC输入电压进行整流；
-通过所述两个升降压转换器中的第二个升降压转换器对所述整流的AC输入电压进行DC转换；
-监测AC输入电压的零交点；以及
-响应于检测到零交点，控制所述两个升降压转换器以改变它们的操作模式，使得在所有周期期间一个升降压转换器作为整流器操作，而另一个升降压转换器作为DC/DC转换器操作。
本发明是基于根据专用双模原理来操作两个升降压转换器的想法。这使得在单个功率转换器中集成了两个功能，即AC/DC整流和DC/DC转换。这两个功能通过两个升降压转换器交替进行操作。
根据本发明的电路和方法，由于不存在功率损耗源(例如像在电源整流器二极管桥中)因此提供了非常高的效率。具体地，可以获得比已知的双升降压转换器更高的效率，这是因为大大减少了或者没有内部功率流。此外，可以获得比已知的LED灯驱动器更高的效率，这是因为没有电源整流器二极管。此外，根据本发明从集成电子驱动器只施加低热应力于电子负载(例如，LED或OLED发光系统)上。
电子驱动器电路的优选实施方式在从属权利要求中进行了定义。应当理解，电子驱动方法具有类似的和/或同样的优选实施方式。
根据一个优选实施方式，控制单元适于监测所述AC输入电压的符号。这提供了监测AC输入电压的零交点的简单方法。
根据另一实施方式，两个升降压转换器适于交替操作为同步整流器，这使得进一步提高了效率。此外，建议这两个升降压转换器适于交替操作为升降压转换器。
在实际实现中，建议所述两个升降压转换器中的至少一个(优选两个升降压转换器)包括功率半导体(具体是MOSFET晶体管)、整流器二极管和转换器电感器。这是这种升降压转换器的简单实现，只要求较少数量的电子组件。
在另一实际实现中，建议所述两个升降压转换器中的至少一个
(优选两个升降压转换器)包括第一功率半导体(具体是第一MOSFET晶体管)、第二功率半导体(具体是第二MOSFET晶体管)和转换器电感器。因此，第二功率半导体代替整流器二极管用作同步整流器，从而减少了功率损耗并且提高了效率。
进一步的优势在于，所述两个升降压转换器中的至少一个(优选两个升降压转换器)包括用于对所述升降压转换器的输入电流进行滤波的滤波电容器。
在一个实施方式中，控制单元包括单个控制子单元，该单个控制子单元用于监测AC输入电压的零交点并且响应于检测到零交点来控制相应的升降压转换器以改变其操作模式。然而，在备选实施方式中，建议控制单元包括两个控制子单元，包括在所述两个升降压转换器之一中的每个控制子单元用于独立地监测AC输入电压的零交点并且响应于检测到零交点来控制相应的升降压转换器以改变其操作模式。
根据优选的实施方式，所述控制单元具有内部DC基准电压和两个比较器，其用于导通一个功率半导体以作为具有经调整输出的升降压转换器的功率半导体，并且导通第二功率半导体作为同步整流器。由此避免了AC电源整流器二极管的显著功率损耗并且减少了电子驱动器电路中的热应力。
根据进一步的实施方式，电子驱动器电路进一步包括用于控制给所述负载供电的DC电压的控制回路，所述控制回路包括：
-两个控制单元端，其用于监测所述DC电压；
-内部DC基准电压；
-误差放大器，其用于将所述监测的DC电压与所述DC基准电压进行比较；以及
-脉冲宽度调制器，其用于生成脉冲并将其提供至两个功率半导体之一从而生成经调整的输出电压。
由此利用由控制单元控制的稳定DC电压对负载供电，该控制单元允许具有针对DC输入电压(控制单元端a)和经调整的DC输出电压(控制单元端b)的不同电子基准电势。
在优选的实施方式中，所述控制单元包括用于控制给所述电子负载供电的DC电压的第一控制回路，以及用于控制升降压电感器中的峰值电流的第二控制回路，所述控制回路包括：
-两个输入端；
-差分放大器，其用于测量电子负载处的电压；
-监测单元，其用于监测所述两个升降压转换器中的峰值电流；以及
-处理单元，其用于将所述监测的DC电压与第二内部基准电压进行比较，其中将所述差分放大器的输出信号乘以控制输入处的整流的电源电压信号以生成用于电流控制回路的基准信号，该电流控制回路调整升降压转换器的电感器中的峰值电流。
因此，将利用稳定DC平均电流以及具有高功率因子的AC电源电流对负载供电，并且两者均由控制单元控制，该控制单元允许具有针对DC输入电压(控制单元端a)和经调整的DC输出电压(控制单元端b)的不同电子基准电势。
在更进一步的实施方式中，所述控制单元包括用于控制给所述电子负载供电的DC电流的控制回路，以及控制升降压电感器中的峰值电流的第二控制回路，所述控制回路包括：
-第一监测单元，其用于监测所述电子负载处的DC电流；
-第二监测单元，其用于监测所述两个升降压转换器中的峰值电流；以及
-处理单元，其用于将所述监测的DC电流与第二内部基准电压进行比较，其中将所述误差放大器的输出信号乘以控制输入b处的整流的电源电压信号以生成用于电流控制回路的基准信号，该电流控制回路调整升降压转换器的电感器中的峰值电流。
这提供了按照已知边界传导模式操作升降压转换器的优势，从而产生了升降压电感器中最小峰值能量存储并由此最小化电感器尺寸。
优选地，所述第一和第二监测单元包括分流电阻器。
尽管本发明可以用于向任何电子负载供应DC电流或DC电压，优选地所述电子驱动器电路适于利用DC电流或DC电压给多个LED和/或OLED供电。此外，电子驱动器电路生成具有接近于1的高功率因子的AC电源电流。
附图说明
现将参考附图对本发明进行更详细的解释，其中：
图1示出了已知的LED驱动器电路；
图2示出了已知的升降压逆变器；
图3示出了图2中示出的已知升降压逆变器的AC输出电压；
图4示出了图2中示出的已知升降压逆变器的内部功率流；
图5示出了根据本发明电子驱动器电路的第一实施方式的电路图；
图6示出了根据本发明电子驱动器电路的第二实施方式的电路图；
图7示出了两个电源周期的AC电源电压的时间函数；
图8示出了两个电源周期的电容器C1电压的时间函数；
图9示出了两个电源周期的电容器C2电压的时间函数；
图10示出了功率半导体Q1的栅源极电压的时间函数；
图11示出了功率半导体Q2的栅源极电压的时间函数；
图12示出了电感器电流IL1(t)的时间函数；
图13示出了电感器电流IL2(t)的时间函数；
图14示出了控制单元的第一实施方式的电路图；
图15示出了控制单元的第二实施方式的电路图；
图16示出了根据本发明的电子驱动器电路的第三实施方式的电路图；
图17示出了控制单元的第三实施方式的电路图；
图18示出了根据本发明的电子驱动器电路的第四实施方式的电路图；以及
图19示出了根据本发明的电子驱动器电路的第五实施方式的电路图。
具体实施方式
图1描绘了包括AC/DC电源整流器作为第一转换级和DC/DC回扫转换器作为第二功率转换级的驱动器电路。此驱动器电路利用来自AC电源电网的DC电流给一连串的LED(即，LED1、LED2、LED3)供电。然而，该驱动器电路具有高组件数量和大约80％的中等效率。
图2描绘了从N.Vazquez等人的“Analysis and experimental studyof the buck，boost and buck-boost inverters”，Proceedings of the IEEEPower Electrics Specialist Conference，1999，801-806页中了解的双升降压DC/AC逆变器的电路图。然而，此电路存在缺陷。第一，该电路生成了两个具有如图3所示超出峰值输出AC电压两倍的高峰值的经调制的DC电压Va(t)和Vb(t)。第二，负载电流与经调制的DC电压Va(t)和Vb(t)的乘积产生了如图4所示的内部功率流。此内部功率流增大了传导损耗，因此这种转换器电路与所提出的控制技术的组合不能产生高效率。
图5中描绘了根据本发明的电子驱动器电路的第一实施方式的电路图。电子驱动器电路作为组合的AC/DC和DC/DC转换器进行操作，并且将AC电源电压Vmains转换成经调整的DC电压Vload以用于给电子负载供电，此处为多个串联耦合的LED：LED1、LED2，......，LEDn，所述驱动器电路具有低组件数量并且因此具有低成本和高效率。
电子驱动器电路包括两个升降压转换器10、20，每个转换器包括控制子单元11、21；功率半导体Q1、Q2(这里是MOSFET晶体管Q 1、Q2)；整流器二极管D1、D2，其一端耦合至相应MOSFET晶体管Q 1、Q2的漏极端并且另一端耦合至+DC输出端；以及电感器L1、L2，其耦合在相应MOSFET晶体管Q1、Q2的漏极端与DC接地输出端之间。
控制子单元11、21(详细图绘见图14)具有五个控制端a、b、c、d和e。将控制子单元11的控制端a耦合至MOSFET晶体管Q1的源极端以及AC电源线路端L。将控制子单元21的控制端a耦合至MOSFET晶体管Q2的源极端以及AC电源中性线端N。
将两个控制子单元的控制端b耦合至DC接地输出端。将控制子单元11的控制端c耦合至AC电源中性线端N。将控制子单元21的控制端c耦合至AC电源线路端L。
将两个控制子单元的控制端d耦合至+DC输出端。输出滤波电容器C3耦合在DC输出端之间。
输入电容器C1、C2耦合在DC接地输出端与相应MOSFET晶体管Q1、Q2的源极端之间，用于对相应升降压转换器10、20的输入电流进行滤波。
可以通过利用功率半导体Q3、Q4(这里是MOSFET晶体管Q3、Q4，将其每个的源极端耦合至相应MOSFET晶体管Q1、Q2的漏极端)实现同步整流来减少升降压整流器二极管D1和D2的传导损耗，如图6中示出了根据本发明的电子驱动器电路的第二实施方式的电路图。两个控制子单元12和22(详细图绘见图15)要求稍微增加的投入(半桥驱动器37而不是放大器34)并且具有两个另外的控制端f和g。将控制端f耦合至相应MOSFET晶体管Q1、Q2的漏极端，并且将控制端g耦合至相应MOSFET晶体管Q3、Q4的栅极端。
电路原理上操作如下。两个升降压转换器10、20的其中之一作为同步电源整流器操作，而另一个升降压转换器作为升降压DC/DC转换器操作。在每次AC电源电压Vmains(t)的零交点之后，这两个功能进行改变。因此，电路检测AC电源电压的符号，为了此目的-在这些实施方式中-控制子单元11、21令控制输入a、b和c对此进行监测。
为了更详细地解释本发明，将考虑图7中所示的具有例如50Hz频率的正弦曲线AC电源电压Vmains。AC电源电压Vmains在前半个电源周期(0＜t＜10ms)为正，并且在第二半个电源周期(10ms＜t＜20ms)为负。
如下描述考虑具有正AC电源电压Vmains(t)＞0的电源周期0＜t＜10ms部分。在此时间周期中，MOSFET晶体管Q1的反相二极管对AC电源电压Vmains(t)进行整流，因此应用如下：
VC2(t)＝Vmains(t)。
如图14所示，控制子单元11包括差分放大器30、PI-型误差放大器31、脉冲宽度调制器32、AND门33、放大器34、比较器和基准电压单元35以及反相器36。控制子单元11测量在端b与端a之间的低电压。
Vba(t)＝VC1(t)＝Imains(t)*j2πfmainsL1+VsD(Q1)
控制子单元11进一步测量在端c与端a之间的负电压。
Vca(t)＝-VC2(t)＝-Vmains(t)
借助于比较器CO2，将电压-Vca(t)与结合于控制子单元11、21两者中的DC基准电压(例如，Vref.1＝2V)进行比较。如果负电压-Vca(t)变得比Vref.1高，那么此比较器生成逻辑高信号。此信号在控制子单元11的端e生成电压，该控制子单元利用图10中所示栅极信号导通MOSFET Q1。MOSFET Q1的导通减少了器件中的传导损耗。在AC电源电压半波的末端，负电压-Vca(t)变得比Vref.1低，因此截止MOSFET晶体管Q1。此外，比较器CO2的输出信号关闭开关S1，从而短路误差放大器31的输入。因此，控制子单元11的电压控制回路在此时间间隔不活动。
控制子单元21在AC电源周期的前半波中测量端b与端a之间的正电压。
Vba(t)＝VC2(t)＝Vmains(t)
借助于图14中所示的控制子单元11、21中的比较器CO1，也将电压Vba(t)与DC基准电压(例如，Vref.1＝2V)进行比较。如果电压Vba(t)变得比Vref.1高，那么此比较器CO1生成逻辑高信号。一旦Vba(t)高于内部DC基准电压Vref.1，控制子单元21便改变成第二操作模式以生成经调整的DC输出电压。
控制子单元21在其端e处生成如图11所示的栅极信号，该信号被传导至MOSFET Q2用以将升降压转换器电路20操作为DC/DC转换器。电流IL2(t)如图13所示倾斜上升。一旦MOSFET晶体管Q2截止，电流便从MOSFET晶体管Q2换向至整流器二极管D2(如图5中所示实施方式)，或者换向至同步整流器开关Q4(如图6中所示实施方式)用以将存储在电感器L2中的能量转移至输出滤波器电容器C3。控制子单元21的端d用于测量输出电压Vload，其作为用于调整输出电压的电压控制回路的反馈信号。
在半电源周期末端，Vba(t)＝VC2(t)(如图9所示)下降到内部基准电压电平Vref.1以下。比较器CO1将逻辑低信号发送至逻辑AND功能A，从而关闭在控制子单元21的输出e的脉冲宽度经调制的栅极信号。
在当t＝10ms时AC电源电压Vmains(t)的零交点(图7中所示)之后，两个升降压转换器10、20都改变它们的功能。在时间间隔10ms＜t＜20ms开始时，MOSFET晶体管Q2的反相二极管变得导通并且作为电源整流器二极管操作。如下所示：
VC1(t)＝-Vmains(t)
VC2(t)＝-Imains(t)*j2πfmainsL2+VsD(Q2)。
一旦控制子单元11的端电压Vba(t)＝VC1(t)(如图8中所示)高于内部DC基准电压Vref.1，升降压转换器10便开始其操作以生成经调整的DC输出电压。图12中描绘了电流IL1(t)。同时，控制子单元21检测负电压Vca(t)＝-VC1(t)，其导通MOSFET晶体管Q2以作为同步整流器，从而减少传导损耗。
通过使用MOSFET晶体管Q1和Q2的反相二极管或者通过将两个MOSFET晶体管Q1或Q2其中之一作为同步电源电流整流器进行操作，电容器C1和C2上的最大电压为电源电压振幅，该电源电压振幅比上文图2中所示已知实施方式中的低不止两倍。因此，相比于此已知实施方式中应用的控制原理，该组件电压应力和内部功率流极大地减少了。
图5和图6中描绘的电路通过电压控制回路来生成经调整的DC输出电压。可以通过向其添加峰值电流控制回路来改进此电压控制回路的稳定性。图16示出了包括峰值电流控制回路的电子驱动器电路的第三实施方式。两个控制子单元13、23都具有附加输入h用以监测电感器L1和L2中的峰值电流。图17示出了控制子单元13、23的电路图。通过将控制子单元13、23中的电压误差放大器31的输出乘以在端b测量的经整流的AC电源电压，电感器L1和L2中的峰值电流以及电子驱动器中的能量流可以根据AC电源电压的时间函数进行调整，从而产生具有类似AC时间函数和高功率因子的AC电源电流。
图5、图6和图16中描绘的电路生成经调整的平均DC输出电压Vload，并在控制子单元端b和d对其进行监测。如图18给出的电子驱动器电路的另一实施方式中所示，负载(诸如LED二极管)中经调整的平均DC电流的控制可以利用附加测量来完成，尤其是扩展的控制功能。两个控制子单元13、23通过电流分流器R3在其控制输入b和d对负载LED中的DC电流进行监测。将此信号与图17中所绘的基准信号Vref.2进行比较，并且将误差放大器的输出信号乘以控制输入b处的经整流的电源电压信号。此信号是用于导通MOSFET晶体管Q1或Q2的电流控制回路的基准信号，使得该MOSFET晶体管总能在电感器L1或L2中生成两倍于所需AC电源电流的峰值电流。该峰值电流通过分流电阻器R1和R2在控制子单元13、23的输入h处进行监测。这种控制技术得到AC电源电流的高功率因子。
图19示出了根据本发明的电子驱动器电路的又一实施方式的电路图。和图5中所示的实施方式相比，只提供了单个公共控制子单元40而不是两个分离的控制子单元11、21用以控制两个升降压转换器10、20。然而，功能和控制大体上是相同的。
本发明提出了用于利用来自AC电源的经调整的DC电流给电子负载(诸如，通用和专用发光应用中的LED和OLED)供电的电子驱动器及其控制原理，其中驱动器电路具有低组件数量和高效率。电路包括两个升降压转换器并且根据专用双模原理进行操作以在单个转换级中实现AC/DC和DC/DC转换器。如果LED或OLED系统中集成了灯驱动器，则尤其对此电路感兴趣，并且其高效率有助于系统的低热应力。
虽然在附图和上文描述中详细例证和描述了本发明，但是应当将这种例证和描述认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限制于所公开的实施方式。通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员在实践所请求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其他变体。
例如，升降压转换器10、20或控制单元和子单元的特定实现不限制于所示的实施方式。例如，控制单元或子单元可以通过软件、硬件或软件和硬件的混合来实现。功率半导体Q1至Q4和/或二极管D1、D2也可以利用其他电子组件(例如，其他晶体管或电子电路)来实现。
在权利要求中，措词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项的功能。起码的事实，将某些措施记载在相互不同的从属权利要求中不表示这些措施的组合不能加以利用。
权利要求中的任何参考标号都不应当理解为限制本范围。

Claims (11)

1.一种用于向电子负载(LED1、LED2，......，LEDn)供给DC电流或电压(Vload)的电子驱动器电路，包括：
-AC输入(L、N)，其用于接收AC输入电压(Vmains)；
-两个升降压转换器(10、20)，其交替地作为用于对所述AC输入电压(Vmains)进行整流的整流器和用于所述整流的AC输入电压的DC转换的DC/DC转换器进行操作；
-控制单元(11、12、13、21、22、23；40)，其用于监测所述AC输入电压(Vmains)的零交点并且用于响应于检测到零交点来控制所述两个升降压转换器(10、20)以改变其操作模式，使得在所有周期期间，一个升降压转换器作为整流器操作，而另一个升降压转换器作为DC/DC转换器操作。
2.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，其中所述控制单元(11、12、13、21、22、23；40)适于监测所述AC输入电压(Vmains)的符号。
3.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，其中所述两个升降压转换器(10、20)中的至少一个包括：功率半导体(Q1、Q2)，特别是MOSFET晶体管，以及整流器二极管(D1、D2)和转换器电感器(L1、L2)。
4.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，其中所述两个升降压转换器(10、20)中的至少一个包括：第一功率半导体(Q1、Q2)，特别是第一MOSFET晶体管，第二功率半导体(Q3、Q4)，特别是第二MOSFET晶体管，和转换器电感器(L1、L2)。
5.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，其中所述控制单元包括：单个控制子单元(40)，其用于监测所述AC输入电压(Vmains)的零交点以及响应于检测到零交点来控制相应的升降压转换器(10、20)以改变其操作模式。
6.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，其中所述控制单元包括两个控制子单元(11、12、13、21、22、23)，包括在所述两个升降压转换器(10、20)之一中的每个控制子单元用于独立地监测所述AC输入电压(Vmains)的零交点以及响应于监测到零交点来控制相应的升降压转换器(10、20)以改变其操作模式。
7.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，其中所述控制单元(11、12、13、21、22、23；40)具有内部DC基准电压(Vref.1)和两个比较器(CO1、CO2)，用于导通一个功率半导体(Q1、Q2)作为具有经调整的输出的升降压转换器的功率半导体，以及导通第二功率半导体作为同步整流器。
8.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，进一步包括用于控制供给所述负载(LED1、LED2，......，LEDn)的DC电压(Vload)的控制回路，所述控制回路包括：
-两个控制单元端，其用于监测所述DC电压；
-内部DC基准电压(Vref.2)；
-误差放大器，用于将所述监测的DC电压与所述DC基准电压(Vref.2)进行比较；以及
-脉冲宽度调制器(PWM)，用于生成脉冲并且将其提供至所述两个功率半导体(Q1、Q2)之一用以生成经调整的输出电压。
9.根据权利要求1所述的电子驱动器电路，
其中所述控制单元(13、23)包括用于控制供给所述电子负载(LED1、LED2，......，LEDn)的DC电压的第一控制回路，以及用于控制升降压电感器(L1、L2)中的峰值电流的第二控制回路，所述控制回路包括：
-两个输入端；
-差分放大器，其用于测量所述电子负载处的电压；
-监测单元(R1、R2)，其用于监测所述两个升降压转换器(10、20)中的峰值电流；以及
-处理单元，其用于将所述监测的DC电压与第二内部基准电压(Vref.2)进行比较，其中将所述差分放大器的输出信号乘以控制输入处的整流的电源电压信号，以生成用于电流控制回路的基准信号，所述电流控制回路调整所述升降压转换器的电感器中的峰值电流。
10.根据权利要求6所述的电子驱动器电路，其中所述控制单元(13、23)包括用于控制供给所述电子负载(LED1、LED2，......，LEDn)的DC电流的控制回路，以及用于控制升降压电感器(L1、L2)中的峰值电流的第二控制回路，所述控制回路包括：
-第一监测单元(R3)，用于监测在所述电子负载(LED1、LED2，......，LEDn)处的DC电流；
-第二监测单元(R1、R2)，用于监测所述两个升降压转换器(10、20)中的峰值电流；以及
-处理单元(13、23)，其用于将所述监测的DC电流与第二内部基准电压Vref.2进行比较，其中将误差放大器的输出信号乘以控制输入b处的整流的电源电压信号，以生成用于电流控制回路的基准信号，所述电流控制回路调整所述升降压转换器的电感器中的峰值电流。
11.一种用于向电子负载(LED1、LED2，......，LEDn)供给DC电流或电压(Vload)的电子驱动方法，包括步骤：
-接收AC输入电压(Vmains)；
-通过两个升降压转换器(10、20)中的第一个升降压转换器对所述AC输入电压(Vmains)进行整流；
-通过所述两个升降压转换器(10、20)中的第二个升降压转换器对所述整流的AC输入电压进行DC转换；
-监测所述AC输入电压(Vmains)的零交点；以及
-响应于检测到零交点来控制所述两个升降压转换器(10、20)以改变其操作模式，使得在所有周期期间一个升降压转换器作为整流器操作，而另一个升降压转换器作为DC/DC转换器操作。
CN2009801032844A 2008-01-29 2009-01-26 电子驱动器电路及方法 Expired - Fee Related CN101926082B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08101059 2008-01-29
EP08101059.7 2008-01-29
PCT/IB2009/050299 WO2009095836A2 (en) 2008-01-29 2009-01-26 Electronic driver circuit and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101926082A true CN101926082A (zh) 2010-12-22
CN101926082B CN101926082B (zh) 2013-09-04

Family

ID=40801981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801032844A Expired - Fee Related CN101926082B (zh) 2008-01-29 2009-01-26 电子驱动器电路及方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8355268B2 (zh)
EP (1) EP2248249B1 (zh)
JP (1) JP5117580B2 (zh)
KR (1) KR20100113603A (zh)
CN (1) CN101926082B (zh)
TW (1) TW200942076A (zh)
WO (1) WO2009095836A2 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522066A (zh) * 2010-10-29 2012-06-27 凹凸电子（武汉）有限公司 给光源供电的差分驱动电路及驱动系统
CN106257777A (zh) * 2015-06-22 2016-12-28 马克西姆综合产品公司 用于高速激光器二极管的驱动器
CN107546965A (zh) * 2017-09-26 2018-01-05 广东工业大学 一种交直流混合的四端口电力电子变压器

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI382626B (zh) * 2009-10-09 2013-01-11 Foxsemicon Integrated Tech Inc 放電電路
US8299730B2 (en) 2010-02-09 2012-10-30 Power Integrations, Inc. Integrated on-time extension for non-dissipative bleeding in a power supply
US8553439B2 (en) * 2010-02-09 2013-10-08 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for determining zero-crossing of an AC input voltage to a power supply
US20130307523A1 (en) * 2011-02-03 2013-11-21 Mitsubishi Electric Corporation Analog unit of sequencer system
RU2587676C2 (ru) 2011-06-10 2016-06-20 Конинклейке Филипс Н.В. Устройство драйвера и способ возбуждения для возбуждения нагрузки, в частности, блока сид
EP2721726B1 (en) 2011-06-17 2018-03-28 Philips Lighting Holding B.V. Dc-dc driver device having input and output filters, for driving a load, in particular an led unit
JP5678860B2 (ja) * 2011-10-07 2015-03-04 株式会社安川電機 交流直流変換器
KR101876455B1 (ko) 2011-11-07 2018-07-11 삼성디스플레이 주식회사 Ｄｃ-ｄｃ 컨버터 및 이를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치
CN102573235B (zh) * 2012-01-11 2013-07-24 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种高效率的led驱动电路及其驱动方法
US20130193865A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Joseph Rudy Keller Method and apparatus for driving a light emitting diode strobe
CN104321959A (zh) 2012-03-20 2015-01-28 印第安纳大学研究与技术公司 单开关无限级电力逆变器
CN103427633A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 通用电气公司 高压应用的开关模式功率转换器
US9426854B1 (en) * 2015-11-30 2016-08-23 General Electric Company Electronic driver for controlling an illumination device
US9420656B1 (en) * 2015-12-15 2016-08-16 Tong Xin Technology Co., Ltd. Light emitting diode dimmer circuit
US9825552B1 (en) * 2016-09-13 2017-11-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion apparatus
US10797660B2 (en) 2018-04-16 2020-10-06 Maxim Integrated Products, Inc. Multiphase buck-boost amplifier
GB2573318B (en) * 2018-05-03 2020-06-10 Zhong Qingchang SYNDEM converter
US11145242B2 (en) 2019-10-29 2021-10-12 Facebook Technologies, Llc Apparatus, system, and method for efficiently driving visual displays via light-emitting devices
RU2739704C1 (ru) * 2020-09-29 2020-12-28 Дмитрий Николаевич Карпенко Устройство и система модульного равномерного освещения
US11922892B2 (en) 2021-01-20 2024-03-05 Meta Platforms Technologies, Llc High-efficiency backlight driver

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2729516B1 (fr) * 1995-01-13 1997-04-18 Sextant Avionique Convertisseurs de tension bidirectionnels de type continu-continu et capteur de courant
JP2000270564A (ja) * 1999-03-15 2000-09-29 Mitsubishi Electric Corp 連系装置
US6320772B1 (en) * 1999-05-26 2001-11-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Converter circuit having control means with capability to short-circuit converter output
DE10004024A1 (de) 2000-01-31 2001-08-02 Guenther Bebenroth Schaltungsanordnung zum Betreiben von Leuchtdioden
DE60144043D1 (de) 2000-12-04 2011-03-31 Nec Tokin Corp Symmetrischer Gleichstromwandler mit Synchrongleichrichtern und Operationsverstärkern in der Treiberstufe
JP2004173421A (ja) * 2002-11-20 2004-06-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｄｃ／ｄｃコンバータ
US20060198172A1 (en) * 2003-10-01 2006-09-07 International Rectifier Corporation Bridgeless boost converter with PFC circuit
CN1906837B (zh) * 2004-03-18 2011-02-23 三井物产株式会社 直流-直流转换器
US7269038B2 (en) 2005-09-12 2007-09-11 Fairchild Semiconductor Corporation Vrms and rectified current sense full-bridge synchronous-rectification integrated with PFC
US7518895B2 (en) * 2006-06-30 2009-04-14 Fairchild Semiconductor Corporation High-efficiency power converter system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522066A (zh) * 2010-10-29 2012-06-27 凹凸电子（武汉）有限公司 给光源供电的差分驱动电路及驱动系统
CN102522066B (zh) * 2010-10-29 2013-10-23 凹凸电子（武汉）有限公司 给光源供电的差分驱动电路及驱动系统
CN106257777A (zh) * 2015-06-22 2016-12-28 马克西姆综合产品公司 用于高速激光器二极管的驱动器
US10971894B2 (en) 2015-06-22 2021-04-06 Maxim Integrated Products, Inc. Driver for high speed laser diode
CN106257777B (zh) * 2015-06-22 2021-10-29 马克西姆综合产品公司 用于高速激光器二极管的驱动器
US11791607B2 (en) 2015-06-22 2023-10-17 Maxim Integrated Products, Inc. Driver for high speed laser diode
CN107546965A (zh) * 2017-09-26 2018-01-05 广东工业大学 一种交直流混合的四端口电力电子变压器

Also Published As

Publication number Publication date
JP5117580B2 (ja) 2013-01-16
TW200942076A (en) 2009-10-01
US8355268B2 (en) 2013-01-15
JP2011511607A (ja) 2011-04-07
US20100296324A1 (en) 2010-11-25
WO2009095836A3 (en) 2009-10-15
WO2009095836A2 (en) 2009-08-06
EP2248249B1 (en) 2013-08-28
KR20100113603A (ko) 2010-10-21
CN101926082B (zh) 2013-09-04
EP2248249A2 (en) 2010-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101926082B (zh) 电子驱动器电路及方法
CN102143628B (zh) 一种电路和方法及使用该电路的灯具
Lin et al. LED backlight driver circuit with dual-mode dimming control and current-balancing design
TWI475793B (zh) 使用具整流切換開關之ｚ型轉換器將交流輸入電壓轉換為調整的直流輸出電壓的轉換器、電子裝置與方法
CN102497711B (zh) Led驱动电路及包含该驱动电路的开关电源
CN202353859U (zh) 一种可控硅调光装置及发光系统
Ye et al. Single-stage offline SEPIC converter with power factor correction to drive high brightness LEDs
CN102638169A (zh) 一种反激式变换器的控制电路、控制方法以及应用其的交流-直流功率变换电路
TW201304381A (zh) 電源電路及電源電路的控制方法
CN102946196B (zh) 高功率因数恒流驱动电路及恒流装置
US10720829B1 (en) Totem-pole bridgeless PFC conversion device and method of operating the same
CN202050563U (zh) 反激式可调光led驱动电路
CN103716965A (zh) Led驱动装置及其控制电路和输出电流检测电路
CN103269164B (zh) 原边恒流控制的准单级高功率因数电路及装置
CN103683919A (zh) 高功率因数低谐波失真恒流电路及装置
CN103269162A (zh) 一种准单级高功率因数恒流电路及装置
CN103281829A (zh) 一种led驱动电路
CN103580508B (zh) Ac/dc转换器电路
Chiu et al. Design considerations of an SEPIC PFC converter for driving multiple lighting LED lamps
CN203734885U (zh) Led驱动装置及其控制电路和输出电流检测电路
CN202713148U (zh) 变换器及包含该变换器的功率因数校正装置
CN206283411U (zh) 一种单级隔离功率因数校正电路
Yijie et al. A single-stage LED driver for the street lighting system
TW201116162A (en) A novel single-stage high-power-factor square-wave electronic ballast
CN203326879U (zh) 一种准单级高功率因数恒流电路及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130904

Termination date: 20150126

EXPY Termination of patent right or utility model