CN102752909A - 供电装置 - Google Patents

Abstract

一种供电装置包括：降压斩波器单元，其用于将来自DC电源的DC电压降压到点亮所需的电压；以及调光控制单元，其通过交替地重复接通时间段和关断时间段来对光源进行调光，在接通时间段期间，具有比调光信号的频率高的频率的驱动信号被供应到开关元件，而在关断时间段期间，停止向开关元件供应驱动信号。此外，该供电装置包括用于当DC电源接通时防止涌入电流出现的涌入电流防止单元以及在关断时间段期间将驱动电压施加到晶闸管的补偿单元。

Description

供电装置

技术领域

本发明涉及向具有发光二极管的负载供应点亮电力的供电装置。

背景技术

常规地，如在例如日本专利申请公布号No.2001-178137中公开的，DC供电装置用作各种电子设备的DC电源是已知的。如图8所示的公开的DC供电装置主要包括AC电源100、用于整流AC电源的全波整流器101、以及用于将全波整流器101整流的电压进行升压的升压斩波器电路102。此外，将电容器103设置在全波整流器101与升压斩波器电路102之间，由此去除噪声。

升压斩波器电路102包括作为主要部件的扼流线圈102A、二极管102B、开关元件102C、用于控制开关元件102C的接通/关断间隔的控制电路102D以及用于对输出进行平滑的电解电容器102E。此外，在图8所示的DC供电装置中，通过全波整流器101整流AC电压而获得的DC电压被升压斩波器电路102升压到预定的电压。

在常规的示例中，还设置了用于在AC电源100被开启时限制涌入电流出现的涌入电流防止电路104。使用在全波整流器101的输出侧处并联连接的电阻器104A和晶闸管104B的电路作为涌入电流防止电路104。此外，来自包括在升压斩波器电路102中的扼流线圈102A的一个绕组的正电压被施加在晶闸管104B的门极和阴极之间。

如下操作涌入电流防止电路104。首先，开启AC电源100以操作DC供电装置。此时，因为没有驱动电压被施加在晶闸管104B的门极和阴极之间，所以流入涌入电流防止电路104中的所有电流经由电阻器104A供应到升压斩波器电路102。

此外，当电压施加到升压斩波器电路102时，开关元件102C被控制电路102D接通，并且能量开始积聚在扼流线圈102A中。此时，晶闸管104B开始工作，并且流经涌入电流防止电路104的电流的路径被从经过电阻器104A的路径切换到经过晶闸管104B的路径。

此外，在通过使用上述常规的示例中描述的DC供电装置将电压施加到包括发光二极管的光源的情况下，需要用于在供应该电压之前降低该DC供电装置的输出电压的降压斩波器电路。降压斩波器电路通常包括开关元件，以便通过该开关元件的接通/关断来降压该DC供电装置的输出电压。

在该情况下，当在该开关元件中出现短路故障时，过电流流入该光源。此外，如果光源由于过电流而被毁坏，则即使DC供电装置的输出电压连续不断地施加在该光源的两端也没有问题。然而，如果光源未被毁坏，则过电流连续不断地流经该光源。因此，光源产生热，并且布置在光源周围的部件或类似物的温度升高，由此引起诸如该部件融化之类的不利影响。

在使用由例如发光二极管构成的光源的LED筒灯中，反射板被放置在该光源周围。该反射板由多种材料制成。如果反射板由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)制成，则其熔化温度大约是230℃。如上所述，如果光源产生热并且其周围的温度达到该熔化温度，则反射板熔化并且变形，这可能导致故障，例如无法获得期望的光分布特性。

发明内容

鉴于上述内容，本发明提供了当降压斩波器单元的开关元件中发生短路故障时能够防止过电流流经光源的供电装置。

根据本发明的方面，提供了一种供电装置，该供电装置包括：降压斩波器单元，其包括扼流线圈和开关元件以通过该开关元件的接通/关断来降压来自DC电源的DC电压，使得点亮所需的电压被施加到光源；调光控制单元，其基于调光信号来控制对该开关元件的驱动，并通过交替地重复接通时间段和关断时间段来对该光源进行调光，在接通时间段期间，向该开关元件供应具有比调光信号的频率高的频率的驱动信号，而在关断时间段期间，停止向该开关元件供应该驱动信号；涌入电流防止单元，其包括热敏电阻器与晶闸管的并联电路，该热敏电阻器具有正温度系数，该晶闸管使用该扼流线圈的次级绕组的感应电压作为驱动电压，并且涌入电流防止单元防止当该DC电源被开启时涌入电流出现；以及补偿单元，其在关断时间段期间将驱动电压施加到该晶闸管。

补偿单元可以用作备用电源，该备用电源在接通时间段内被充电。

此外，在接通时间段期间，补偿单元可以停止将该驱动电压施加到晶闸管，并且可以将扼流线圈的次级绕组中感应的电压作为该驱动电压施加到该晶闸管。

该供电装置还可以包括用于检测该开关元件的短路的短路检测单元，其中，如果由短路检测单元检测到该开关元件的短路，则补偿单元停止向晶闸管施加该驱动电压。

发明效果

利用本发明，当在该供电装置中的降压斩波器单元的开关元件中发生短路故障时可以防止过电流流经光源。

附图说明

通过结合附图给出的对实施例的以下描述，本发明的目的和特征将变得清楚，在附图中：

图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的供电装置的电路图；

图2是根据本发明的第一实施例的供电装置中的工作波形图；

图3是当未设置补偿单元时的供电装置中的工作波形图；

图4是示意性示出根据本发明的第二实施例的供电装置的电路图；

图5是根据本发明的第二实施例的供电装置中的工作波形图；

图6是示意性示出根据本发明的第三实施例的供电装置的电路图；

图7是根据本发明的第三实施例的供电装置中的工作波形图；以及

图8是示意性示出常规的DC供电装置的电路图。

具体实施方式

在下文中，将参考形成本发明的实施例的一部分的附图来更详细地描述本发明的实施例。在全部附图中，相同的部件将被给予相同的附图标记。

(第一实施例)

将参考附图描述根据本发明的第一实施例的供电装置。如图1所示，本实施例的供电装置包括输入滤波器单元1、整流器单元2、降压斩波器单元3、包括发光二极管(未示出)的光源4、涌入电流防止单元5、补偿单元6和PWM信号生成单元7。

输入滤波器单元1从交流(AC)电压中去除噪声，该交流电压从交流电源AC1输出。

整流器单元2包括例如二极管桥，并且对来自交流电源AC1经由输入滤波器单元1供应的AC电压的全波进行整流以输出纹波电压。平滑电容器C1并联连接到整流器单元2的输出端子，并且将从整流器单元2输出的纹波电压进行平滑以输出直流(DC)电压VD1(例如，大约400V)。因此，在本实施例中，DC电源由AC电源AC1、整流器单元2和平滑电容器C1构成。

降压斩波器单元3对平滑电容器C1两端的DC电压VD1进行降压以输出降压后的电压。降压斩波器单元3包括二极管D1与开关元件Q1的串联电路以及电解电容器C2与扼流线圈T1的初级绕组T10的串联电路，电解电容器C2与扼流线圈T1的初级绕组T10的串联电路与二极管D1并联连接。光源4并联连接在电解电容器C2的两端之间。在本实施例中，MOSFET用作开关元件Q1。

此外，降压斩波器单元3包括调光控制单元30，调光控制单元30对接收到具有从例如几十Hz到几百Hz范围的频率的PWM信号进行响应来控制开关元件Q1的驱动，该PWM信号是由PWM信号生成单元7供应的调光信号。如图2所示，调光控制单元30在PWM信号具有低电平期间所在的时间段向开关元件Q1的门极端子供应具有从例如几kHz到几十kHz范围的高频率的驱动信号，使得开关元件Q1以高频率振荡。在下文中，在PWM信号具有低电平期间所在的时间段被称为“接通时间段”。

对于PWM信号具有高电平期间所在的时间段，调光控制单元30停止向开关元件Q1的门极端子供应驱动信号。相应地，开关元件Q1停止高频振荡。在下文中，PWM信号具有高电平期间所在的时间段被称为“关断时间段”。

在接通时间段内，因为DC电压VD1通过平滑电容器C1施加到光源4，所以流经光源4的输出电流I1随着时间的流逝而增大(参见图2)。另一方面，在关断时间段内，因为仅有电解电容器C2两端的电压被施加到光源4，所以流经光源4的输出电流I1随着时间的流逝而减小(参见图2)。此外，输出电流I1的增大量或减小量取决于电解电容器C2的电容。通过交替地重复接通时间段和关断时间段，光源4维持点亮状态。

在此，如果PWM信号的占空比增大，则接通时间段减小，由此减小输出电流I1。相反地，如果PWM信号的占空比减小，则接通时间段增大，由此增大输出电流I1。因此，通过适当地改变PWM信号的占空比，可以增大或减小供应到光源4的输出电流I1，由此将光源4调光到期望的光输出水平处。

涌入电流防止单元5包括晶闸管TH1与具有正温度系数的正类型热敏电阻器PTH1的并联电路。该并联电路连接在整流器单元2与平滑电容器C1之间。由电阻器R1和R2以及电容器C3组成的积分电路的输出电压输入到晶闸管TH1的门极端子。

降压斩波器单元3中的扼流线圈T1的次级绕组T11通过二极管D2连接到该积分电路的输入端子。次级绕组T11的感应电压经由该积分电路输入到晶闸管TH1的门极端子。因此，次级绕组T11的感应电压经由二极管D2输入到该积分电路来用作晶闸管TH1的驱动电压V2。

在下文中，将参考附图描述本实施例的操作。首先，当AC电源AC1开始供应时，因为晶闸管TH1此时没有被驱动，所以电流流经热敏电阻器PTH1。此外，因为电流流经热敏电阻器PTH1，所以对平滑电容器C1的充电被抑制，从而防止在供电装置被开启时出现涌入电流。

接着，当控制电源(未示出)被输入到调光控制单元30时，调光控制单元30基于来自PWM信号生成单元7的PWM信号来控制开关元件Q1的驱动，并且降压斩波器单元3开始工作。因此，点亮所需的电压被施加到光源4，并且光源4被开启。

在接通时间段内，驱动信号被供应给开关元件Q1，并且降压斩波器单元3执行切换操作。相应地，如图2所示，脉冲形状的初级电压V1被施加给扼流线圈T1的初级绕组T10。此外，当开关元件Q1被接通时，初级电压V1变成DC电压VD1与被施加到光源4的负载电压VL1之间的差VD1-VL1。另一方面，当开关元件Q1被关断时，在初级绕组T10中产生反电动势，并且初级电压V1变得基本上等于-VL1。

在该情况下，根据初级绕组T10的匝数与次级绕组的匝数的比值在扼流线圈T1的次级绕组T11中产生感应电压，并且该感应电压经由二极管D2输入到补偿单元6(补偿单元的操作将稍后描述)和涌入电流防止单元5。此时，仅当如图2所示的光源4的正常点亮状态期间开关元件Q1处于关断状态时，驱动电压V2才被施加给晶闸管TH1。在接通时间段内，因为使用次级绕组T11的感应电压作为驱动电压来导通晶闸管TH1，所以电流不流经热敏电阻器PTH1。

接着，将描述当开关元件Q1中发生短路故障时的操作。如果开关元件Q1的漏极和源极之间发生短路故障，则无论来自调光控制单元30的驱动信号是什么，开关元件Q1都保持在接通状态，并且降压斩波器单元3停止切换操作。因此，因为没有电压被施加给初级绕组T10，所以初级电压V1几乎变为零。相应地，次级绕组T11中没有感应出电压，并且驱动电压V2也几乎变为零。因此，晶闸管TH1变成非导通状态。因此，电流流经热敏电阻器PTH1。

当电流连续不断地流经热敏电阻器PTH1时，热敏电阻器PTH1的温度升高，并且其电阻值明显增大。相应地，因为由整流器单元2对AC电压进行全波整流所获得的纹波电压的大部分都被施加到热敏电阻器PTH1，所以降压斩波器单元3的输出电压减小，并且不能向光源4施加点亮所需的电压。因此，因为光源4的状态被切换到非点亮状态，所以可以防止过电流流经光源4，由此防止热产生。

如上所述，如果未设置补偿单元6，也具有防止在开关元件Q1的短路故障期间过电流流经光源4的效果，但是下面的问题可能出现。即，驱动信号在关断时间段内未被供应给开关元件Q1，并且降压斩波器单元3不执行切换操作。相应地，如图3所示，没有电压被施加到初级绕组T10，并且次级绕组T11中未感应出电压。此外，驱动电压V2几乎变为零，使得晶闸管TH1变成非导通状态。

接着，因为电流流经晶闸管PTH1，热敏电阻器PTH1的电阻值增大并且功耗也增大。相应地，电路效率降低了。此外，因为热敏电阻器PTH1的电阻值增大，所以施加到热敏电阻器PTH1的电压也增大。作为结果，因为降压斩波器单元3的输出电压减小，所以光源4的状态可能被切换到非点亮状态。

因此，在本实施例中，设置补偿单元6以解决上述的问题。如图1所示，补偿单元6是包括电阻器R3和电容器C4的积分电路。此外，补偿单元6被设置在次级绕组T11和涌入电流防止单元5之间。设定该积分电路的时间常数以使驱动电压V2在关断时间段内被维持为等于或大于预定值。

在下文中，将描述补偿单元6的操作。首先，在接通时间段内，由次级绕组T11的感应电压对补偿单元6的电容器C4进行充电。在该情况下，电容器C4的充电电压等于或大于驱动晶闸管TH1所需的电压。相应地，晶闸管TH1被导通，并且电流不流经热敏电阻器PTH1。

但如图2所示，在关断时间段内，没有在次级绕组T11中感应出电压，电容器C4的充电电压被作为驱动电压V2施加给晶闸管TH1，使得晶闸管TH1维持导通状态。即，补偿单元6在接通时间段内被充电，并且在关断时间段内用作向晶闸管供应驱动电压V2的备用电源。

如上所述，通过设置补偿单元6，可以在接通时间段和关断时间段的任意时间段内维持晶闸管TH1的导通状态。相应地，与未设置补偿单元6的情况不同，因为没有电流在关断时间段内流经热敏电阻器PTH1，所以可以解决诸如功耗增大或光源4被切换到非点亮状态之类的问题。

利用本实施例，通过使用在降压斩波器单元3的扼流线圈T1的次级绕组T11中感应的电压，可以在降压斩波器单元3的开关元件Q1短路故障期间防止过电流流经光源4。此外，通过设置补偿单元6，甚至在关断时间段内也可以维持涌入电流防止单元5的晶闸管TH1的导通状态。

在本发明中，涌入电流防止单元5还包括由电阻器R1和电阻器R2以及电容器C3组成的积分电路，而由电阻器R1和电阻器R2分压的电压(低至大约1V)被施加到晶闸管TH1。因此，涌入电流防止单元5基本上无法用作备用电源。

另一方面，补偿单元6有效地用作备用电源，这是因为补偿单元6的电容器C4由次级绕组T11的感应电压(即，没有被电阻器R1和R2分压的电压)进行充电，并且在关断时间段内电容器C4的充电电压被保持为等于或大于预定值。

(第二实施例)

在下文中，将参考附图描述根据本发明的第二实施例的供电装置。该实施例的基本配置与第一实施例的基本配置相同，相同的附图标记被分配给相同的部件，并且相同部件的描述将被省略。

在该实施例中，如图4所示，用于提高功率因数的功率因数校正(PFC)单元8连接在涌入电流防止单元5和平滑电容器C1之间。此外，提供补偿单元9来代替补偿单元6，补偿单元9由来自PWM信号生成单元7的PWM信号进行驱动。此外，因为PFC单元8通常是公知的，其描述将被省略。

补偿单元9包括光电耦合器PC1，光电耦合器PC1具有在其初级侧的发光二极管和在其次级侧的光电晶体管。来自PWM信号生成单元7的PWM信号经由电阻器R4输入到光电耦合器PC1的发光二极管，并且电阻器R5和二极管D5的串联电路连接到光电耦合器PC1的光电晶体管。在次级侧的光电晶体管中，集电极端子连接到平滑电容器C1的高电压侧端子，并且发射极端子连接到二极管D5的阳极。

接着，将参考附图描述补偿单元9的操作。首先，在关断时间段内，如图5所示，因为PWM信号具有高电平，所以光电耦合器PC1的初级侧的发光二极管被导通以发射光。通过接收该光，在次级侧的光电晶体管的集电极和发射极之间导通，使得DC电压VD1经由二极管D5和电阻器R5施加到涌入电流防止单元5的积分电路。因此，在关断时间段内，补偿单元9被驱动，并且驱动电压V2施加到晶闸管TH1，由此将晶闸管TH1维持在导通状态。

此外，在接通时间段内，因为次级绕组T11的感应电压被作为驱动电压V2施加到晶闸管TH1，所以晶闸管TH1维持导通状态。在该情况下，因为如图5所示，PWM信号具有低电平，所以光电耦合器PC1的初级侧的发光二极管未被导通，并且补偿单元9未被驱动。

利用该实施例，在关断时间段内，通过使用补偿单元9将驱动电压V2施加到涌入电流防止单元5的晶闸管TH1。因此，即使在关断时间段内也可以维持晶闸管TH1的导通状态。

此外，在该实施例中，当开关元件Q1中出现短路故障时，在PWM信号的高电平时间段内，从补偿单元9将驱动电压V2施加到晶闸管TH1，但是在PWM信号的低电平时间段内不驱动补偿单元9驱动。相应地，在PWM信号的高电平时间段内，电流不流经热敏电阻器PTH1，而在PWM信号的低电平时间段内，电流流经热敏电阻器PTH1。因此，能够实现防止过电流流经光源4的效果。

此外，在该实施例中，虽然来自PWM信号生成单元7的PWM信号被用作补偿单元9的驱动电压，但是可以单独设置与PWM信号同步的电源以使该电源的电压被用作补偿单元9的驱动电压。

(第三实施例)

在下文中，将参考附图描述根据本发明的第三实施例的供电装置。该实施例的基本配置与第二实施例的基本配置相同，相同的附图标记被分配给相同的部件，并且相同部件的描述将被省略。在该实施例中，如图6所示，设置短路检测单元10来检测降压斩波器单元3的开关元件Q1的短路。

短路检测单元10包括比较器COM1并且具有输入电压，该输入电压是降压斩波器单元3的扼流线圈T1的三级绕组(tertiary winding)T12中感应的检测电压V3。二极管D4以及包括电阻器R6和电阻器R7和电容器C5的积分电路连接到比较器COM1的非反相输入端子。电容器C5两端的电压被输入到比较器COM1的非反相输入端子，并且将电容器C5两端的电压与输入到比较器COM1的反相输入端子的参考电压VR1进行比较。

比较器COM1的输出端子经由电阻器R8连接到开关元件Q2的基极端子，该开关元件Q2是NPN型晶体管。电压源Vcc通过电阻器R9连接到开关元件Q2的集电极端子。此外，开关元件Q3的基极端子通过电阻器R10连接到开关元件Q2的集电极端子，该开关元件Q3是NPN型晶体管。开关元件Q3的集电极端子连接到电阻器R4与补偿单元9中的光电晶体管PC1的初级侧的发光二极管之间的接点。

接着，将参考附图描述短路检测单元10的操作。首先，在接通时间段内，驱动信号被供应给开关元件Q1，并且降压斩波器单元3执行切换操作。相应地，如图7所示，在扼流线圈T1的三级绕组T12中感应出具有脉冲形状的检测电压V3。检测电压V3经由短路检测单元10中的二极管D4输入到包括电阻器R6和电阻器R7和电容器C5的积分电路。然后，检测电压V3被平滑并且被输入到比较器COM1的非反相输入端子。

此外，当电容器C5的充电电压超过参考电压VR1时，比较器COM1的输出信号变成高电平。相应地，因为开关元件Q2被接通并且开关元件Q3被关断，所以来自PWM信号生成单元7的PWM信号被供应给补偿单元9的光电耦合器PC1的初级侧的二极管。

此外，在关断时间段内，因为驱动信号未被供应到降压斩波器单元3的开关元件Q1，降压斩波器单元3的切换操作停止。因此，如图7所示，因为没有电压被施加到初级绕组T10，所以三级绕组T12中没有感应出电压，并且检测电压V3几乎变为零。

在该情况下，设置短路检测单元10中的包括电阻器R6和电阻器R7和电容器C5的积分电路使得在接通时间段期间被充电的电容器C5的充电电压超过下一个关断时间段内的参考电压VR1。相应地，即使在关断时间段内，电容器C5的充电电压也超过参考电压VR1，并且比较器COM1的输出信号变为高电平。因此，如上所述，来自PWM信号生成单元7的PWM信号被供应给补偿单元9中的光电耦合器PC1的初级侧的二极管。

换言之，因为当光源4处于正常点亮状态时以与第二实施例中的相同的方式驱动补偿单元9，所以甚至在关断时间段期间也可以维持涌入电流防止单元5的晶闸管TH1的导通状态。

同时，如果开关元件Q1中出现短路故障，则无论来自调光控制单元30的驱动信号是什么，开关元件Q1都保持在接通状态，并且降压斩波器单元3停止切换操作。因此，因为没有电压被供应到初级绕组T10，所以初级电压V1几乎变为零。相应地，因为三级绕组T12中没有感应出电压，所以检测电压V3也几乎变为零。

如果开关元件Q1维持短路状态大于预定时间，则电容器C5被放电并且其充电电压低于参考电压VR1。相应地，比较器COM1的输出信号变为低电平。此外，开关元件Q2被关断，并且开关元件Q3被接通。作为结果，PWM信号向补偿单元9的光电耦合器PC1的初级侧的二极管的供应被切断。因此，驱动电压V2不再被从补偿单元9施加到晶闸管TH1。

此时，因为次级绕组T11中也未感应出驱动电压V2，所以晶闸管TH1变为非导通状态，并且电流流经热敏电阻器PTH1。当电流连续不断地流经热敏电阻器PTH1时，热敏电阻器PTH1的温度升高，并且其电阻值显著增大。相应地，因为通过整流器单元2对AC电压进行全波整流所获得的纹波电压的大部分都被施加到热敏电阻器PTH1，所以降压斩波器单元3的输出电压减小，并且无法将点亮所需的输出电压施加到光源4。因此，因为光源4的状态被切换到非点亮状态，所以可以防止过电流流经光源4，由此防止热产生。

如上所述，在该实施例中，在关断时间段内通过使用补偿单元9来将驱动电压V2施加到涌入电流防止单元5的晶闸管TH1。因此，甚至在关断时间段期间也可以维持晶闸管TH1的导通状态。此外，在该实施例中，可以由短路检测单元10检测降压斩波器单元3的开关元件Q1的短路，以由此停止补偿单元9的驱动。作为结果，可以防止在PWM信号的高电平时间段驱动电压V2被从补偿单元9施加到晶闸管TH1。因此，与第二实施例相比，可以进一步增强防止过电流流经光源4的效果。

虽然已经针对实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，可以进行各种改变和修改，而不偏离所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (4)

1.一种供电装置，包括：

降压斩波器单元，其包括扼流线圈和开关元件以通过所述开关元件的接通/关断来降压来自DC电源的DC电压，使得点亮所需的电压被施加到光源；

调光控制单元，其基于调光信号来控制对所述开关元件的驱动，并且通过交替地重复接通时间段和关断时间段来对所述光源进行调光，在所述接通时间段期间，具有比所述调光信号的频率高的频率的驱动信号被供应到所述开关元件，而在所述关断时间段期间，停止将所述驱动信号供应到所述开关元件；

涌入电流防止单元，其包括热敏电阻器与晶闸管的并联电路，所述热敏电阻器具有正温度系数，所述晶闸管使用所述扼流线圈的次级绕组的感应电压作为驱动电压，并且所述涌入电流防止单元防止当所述DC电源被开启时出现涌入电流；以及

补偿单元，其在所述关断时间段内将驱动电压施加到所述晶闸管。

2.如权利要求1所述的供电装置，其中，所述补偿单元用作备用电源，所述补偿单元在所述接通时间段内被充电。

3.如权利要求1所述的供电装置，其中，在所述接通时间段期间，所述补偿单元停止将所述驱动电压施加到所述晶闸管，并且所述扼流线圈的次级绕组中感应的电压被作为所述驱动电压施加到所述晶闸管。

4.如权利要求1到3中的任意一项所述的供电装置，还包括用于检测所述开关元件的短路的短路检测单元，其中，如果所述短路检测单元检测到所述开关元件的短路，则所述补偿单元停止向所述晶闸管施加所述驱动电压。

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