CN103580508B - Ac/dc转换器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AC/DC转换器电路。该电路包括：输入端，用于接收AC电源电压；驱动电路，适用于基于提供到驱动电路的控制端的信号来向电路的输出端提供DC驱动电流或电压；AC耦合网络，该AC耦合网络连接于所述输入端与驱动电路的控制端之间；其中所述AC耦合网络适用于从输入端接收的AC电源电压中获得信号，并将该获得的信号提供给驱动电路的控制端。

Description

AC/DC转换器电路
技术领域
本发明涉及转换器电路领域，更具体地说，涉及用于驱动固态照明等装置的AC/DC转换器电路。
背景技术
已知可采用AC/DC转换器电路来驱动和控制固态照明(SSL)设备，例如LED。随着SSL设备的大批量生产，降低AC/DC电路的成本是亟待解决的问题。
传统的AC/DC转换器电路采用与外部组件结合的简单集成电路(IC)。为了限制组件的相关成本，减少电路热设计和SSL设备的热余量是优选的，这可能需要对施加到SSL设备的驱动电路进行精确调节。
另外，为了节约能源，需要效率和功率因数(PF)良好的电路。
集成电路通过先进的算法来实现良好的PF和准确的电流是可行的，但这也是昂贵的。一些现有的已知的低成本驱动器解决方案可以满足驱动电流的精度要求，但这达不到足够的PF。
好的PF变得越来越重要，对驱动解决方案的要求也越来越严格。例如，在美国，用于住宅用途，PF必须至少为0.7，用于商业用途，PF甚至需要大于0.9。
用于驱动SSL设备的典型的AC/DC转换器电路包括降压型，抽头降压型，降压-升压型或反激型转换器，在每个开关周期，提升电感器电流到准确的预先设定的值，然后释放磁能到SSL负载。根据边界导通模式(BCM)或不连续导通模式(DCM)，BCM模式时，在感应器能量降为零时开始下一个周期，DCM模式时，仅在从单独的计时器收到控制触发并在确定的开关频率运行之后开始下一个周期。
在驱动电流精确度或调节方面(AC输入电压(如电源输入电压)，负载电压，电感值和开关频率Fsw的驱动电流的不灵敏度程度是可估计的)具有良好表现的最简单和低成本的转换器是应用于BCM中的降压型转换器，然而，其他在BCM中应用的电路可以被配置为降压-升压型或反激型转换器。
为了得到高的功率因数，开关频率Fsw和/或转换器的输入电流Ipk可以随输入电压的相位进行调节(例如电源频率通常为50或60Hz)。然而，公知的在这种方式下，调节转换器的输入电流和/或开关频率需依赖于输入电压大小，这也导致了对驱动电流的调节不利。
驱动电流的调节不利(也称线调整率)导致了需执行更复杂、更昂贵的电路。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了独立权利要求1所述的一种用于驱动固态照明装置的AC/DC转换器电路。
建议一种AC/DC转换器电路，包括用于从AC输入电压中获得信号并将该获得的信号提供给驱动电路的控制端的AC耦合网络。因此，驱动电路控制被调节为与AC输入电压同相位。
因此，实施例可以使用AC电源电压来调节开关AC/DC转换器的输入电流，同时保持DC驱动电流输出的良好的精度(即良好的调节)。因此，根据实施例的AC/DC转换器电路可以改善功率因数，同时保持对输出电流的调节。
此外，实施例也可调节输入电流，开关频率或其它控制参数，而不需要锁定相位到主电源相位的波形发生器，或复杂的算法(例如一个系统，明确地检测输入电压的大小或反馈回路)。因此，现有的SSL驱动IC只需与少量的外部元件结合应用，就可实现本发明实施例。
AC耦合网络可以简单地由连接到到被耦合信号的电容器组成(如输入AC电源电压)。在其它实施例中，AC耦合网络可以进一步包括用于按比例调节耦合信号的一个或多个电阻。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的AC/DC转换器电路的电路示意图；
图2A和2B分别示出了传统的AC/DC转换器电路和图1的电路的仿真波形，分别对应两个不同大小的AC电源电压，其中第二个AC电源电压比第一个低约20％；
图3是根据本发明的另一个实施例的AC/DC转换器电路的电路示意图；
图4是根据本发明的又一个实施例的AC/DC转换器电路的电路示意图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的实施例。
为方便起见，芯片，集成电路IC，单片器件，半导体装置和微电子装置，这些词语在本领域中也常常可以互换使用。本发明适用于所有上述词语，因为它们是本领域中普通的理解。
图1示出了根据本发明的一个实施例的AC/DC转换器电路10。电路10包括连接于输入端14和集成降压型转换器电路16之间的AC耦合网络12。
输入端14适用于接收AC电源电压，如主电源电压供电，并将接收到的AC电源电压传输到桥式整流器18，该桥式整流器18输出经整流后的所接收到的AC电源电压。
集成降压型转换器电路16适用于控制开关Q1来反复升高电感器L1中的电流达到预定的值，然后再将电感器L1储存的能量释放到连接到电路10的输出端20的负载。以这种方式，集成降压型转换器电路16适用于提供(和控制)电路10的DC输出电流。施加到集成降压型转换器电路16的控制端CTRL的信号控制集成降压型转换器电路16的操作。因此，通过调节施加到控制端CTRL的信号，集成降压型转换器电路16的操作可以被改变，从而便于改变电路10的DC输入和/或输出电流。
AC耦合网络12适用于从整流电路18的输出端(即通过输入端从整流AC电源电压接收的)获得信号，并将所获得的信号提供给集成降压型转换器电路16的控制端CTRL。
在电子技术中，AC耦合是也被称为电容性耦合，并且是依靠电路节点之间的电容在电网络中传递能量。AC或电容耦合是通过将电容器与被耦合信号串联的方式来完成的。
在这里，AC耦合网络12包括与第一电容器C1串联的第一电阻R1和第二电阻器R2。第一电容器C1是连接两个电路的耦合电容器，这样当DC被阻断时，只有从第一电路(如整流器18)的AC信号可以到达下一个电路。
此外，第三电阻器连接在控制端CTRL和集成降压型转换器电路16的电压输入端VCC之间。
第一电阻R1，第二电阻R2和第三电阻R3，用于按比例调节经整流器18整流后的AC信号达到用于控制端CTRL和集成降压型转换器电路16的电压输入端VCC的所预定的幅值。
因此，提供给集成降压型转换器电路16的控制端CTRL(控制集成降压型转换器电路16的操作)的信号是来自于整流后的AC电源电压。因此，集成降压型转换器电路16的一个或多个控制参数是随着AC电源电压的相位进行调节的，以此提高电路10的功率因数，同时保持DC输出电流的调节。
集成降压型转换器电路16的调节控制参数可以例如是电感器L1的峰值电流(Ipk)，开关频率(Fsw)，或开关周期之间的时间间隔，或它们的任意组合。
该AC耦合结构，能够使得调节几乎独立的AC电源电压变为可能，从而保持输出电流的良好调节。为了证明这一点，图2A和图2B分别示出了传统的AC/DC转换器电路和图1的电路的仿真波形，分别对应两个幅度大小的AC电源电压(Vmains)。实线波形表示AC第一幅度的电源电压(Vmains)，虚线波形表示比第一幅度低20％的第二幅度的的电源电压(Vmains)。
图2A和2B清楚的表明，在图1的电路(即根据本实施例的AC/DC转换器电路)中，在两个幅度的AC电源电压(Vmains)下，电感电流的峰值(Ipk)的波形的差异更小。换言之，由于电源电压的变化(Vmains)造成的AC电感电流的峰值(Ipk)波形的变化在图1的电路中大大降低。因此，在不同幅度的电源电压的情况下，图1的电路提供了比传统的AC/DC转换器电路更稳定的输出电流。
图3示出了根据本发明的另一个实施例的AC/DC转换器电路21。电路21包括连接在输入端24和降压-升压型转换器的驱动电路26之间的AC耦合网络22。
输入端24适用于接收AC电源电压，如主电源电压，并将接收到的AC电源电压传输到整流电路装置28，该整流电路装置28输出经整流后的所接收的AC电源电压。
该驱动器电路26适用于控制开关M1′来反复升高电感器L1′中的电流达到预定的值，然后再将电感器L1′储存的能量释放到连接到电路21的输出端30的负载。以这种方式，电路21适用于提供(和控制)电路21的DC输出电流。
驱动电路26包括SSL2109驱动器IC32，这是BCM下的传统的降压或降压-升压型驱动器IC。电感器峰值电流通过R1A和R1B被检测。第一晶体管Q1’连接在驱动器IC的第二引脚(VCC)和第四引脚(“源极”)之间，能够提供额外的电流通过串联电阻R2′，使得有效的最大峰值电流发生变化。
通过AC耦合网络22来检测整流后的AC电源电压(即从整流电路装置28输出的信号)。这里，AC耦合网络包括第三电阻R3′，第四电阻R4′，第五电阻R5′和串联在整流电路装置28和驱动器IC32的第二引脚(VCC)之间的第一电容器C1′。第一晶体管的基极连接在第一电容器C1′和第五电阻R5′之间。
连接到驱动器IC32的第四(“源极”)引脚的电压比较器检测最大峰值电流的到达。第一晶体管Q1′根据从第一晶体管Q1′的基极提供给AC耦合网络22的信号来调节峰值电流。
因此，AC耦合网络22从AC电源电压得到控制信号，该控制信号是第一晶体管Q1′用于控制驱动器IC32的。
在AC电源电压达到峰值时，第一晶体管Q1′为断开(即不导通)。在AC电源电压跨越零时的约4ms左右的时间内，第一晶体管Q1′为闭合(即导通)，从而降低了转换器的峰值电流。因此，随着AC电源电压的相位来调节控制驱动器IC32，从而提高电路21的功率因数，同时保持DC输出电流的调节。
图4示出了根据本发明的又一实施例的AC/DC转换器电路40。电路40包括连接在AC电源电压输入端44和降压-升压型转换器的驱动电路46之间的AC耦合网络42。
输入端44适用于接收主AC电压源，并将接收到的主AC电压源传输给整流电流装置48，该整流电路装置48输出整流后的所接收的主AC电压。
该驱动器电路46适用于提供(和控制)电路40的DC输出电流。在这里，驱动电路46包括SSL21151驱动器IC52，这是在DCM下的传统的反激型/降压-升压型转换器的驱动器IC。通过调节第四引脚(“检测”)，转换器的开关频率可被减少。
第一晶体管Q1”连接在驱动器IC的第四(“检测”)引脚和接地之间。
通过AC耦合网络42来检测整流后的主AC电压(即从整流电路装置48输出的信号)。这里，AC耦合网络42包括第一电阻器R1”和串联在整流电路装置48和第一晶体管Q1”的基极之间的第一电容器C1”。
第四引脚(“检测”)也被连接到电压分压器和变压器，来检测LED两端的电压，并维持独立于LED输出电压的输出电流的稳定性。
第一晶体管Q1”根据AC耦合网络42“的第一晶体管Q1”的基极提供的信号来调节转换器的频率。
换句话说，AC耦合网络42从主AC电压得到控制信号，该控制信号是第一晶体管Q1”用于控制驱动器IC52频率的。
在主AC电压达到峰值期间，第一晶体管Q1”为断开(即不导通)。在AC电源电压跨越零时的短时间内，第一晶体管Q1”为闭合(即导通)。因此，驱动器IC52的频率随着电源的AC电压的相位而调整。
虽然，上述的实施例的描述结合了特定的驱动器IC，用于给负载供提供电流的其他的驱动器IC(例如LED)也可以实现本发明的其他实施例。另外，虽然已经描述了适合驱动SSL设备的实施例，任何其他电源提供的AC/DC转换器也是可以应用在实施例中的。
本发明的实施例不需要连接到AC电源电压，可以替代地连接到任何其他合适的电源。
优选的，AC耦合网络可能会被修改，如通过改变DC设定点及改变增益来优化电路。AC耦合网络也可以修改为包含AC和DC耦合的组合。
虽然实施例中允许驱动器IC输入的调节，以提高转换器的功率因数，也可提供其他方式(例如优化所需的输出电容的大小及PF之间的折衷)。
各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (10)

1.一种AC/DC转换器电路，其特征在于，包括：
输入端，用于接收AC电源电压；
驱动电路，适用于基于提供到驱动电路的控制端的信号来向电路的输出端提供DC驱动电流或电压；
AC耦合网络，该AC耦合网络连接于所述输入端与驱动电路的控制端之间；
整流器，该整流器适用于对输入端接收的AC电源电压进行整流；
其中所述AC耦合网络适用于从输入端接收的AC电源电压中获得信号，并将该获得的信号提供给驱动电路的控制端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述AC耦合网络适用于基于输入端接收的AC电源电压的相位来获得信号。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述驱动电路是集成电路。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述集成电路是AC/DC转换驱动器。
5.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述AC耦合网络包括串联连接的电容器和电阻器。
6.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，驱动器电路的控制端适用于控制驱动器电路的至少一个参数。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述至少一个参数包括峰值电感电流、驱动电路的开关频率和脉冲间隔中的至少一个。
8.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，还包括DC耦合布置，其中所述驱动电路还适用于基于所述DC耦合布置的信号向电路的输出端提供DC驱动电流或电压。
9.一种固态照明设备，其特征在于，包括根据前述任一项权利要求所述的AC/DC转换器电路。
10.一种电力供应系统，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的AC/DC转换器电路。
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