CN103731953A - 带有热补偿的驱动电路的升压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电路。所述电路用于对用来驱动发光二极管(LED)的驱动电路提供热补偿。所述驱动电路可包括：整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压。所述驱动电路可进一步包括升压电路，所述升压电路配置用于提高所述DC源电压，以便提供用于驱动所述发光二极管的驱动电压。所述升压电路可包括开关元件，所述开关元件至少部分基于具有感测晶体管的电流感测电路进行控制。热跟踪晶体管作为所述感测电路的参考的一部分提供。

Description

带有热补偿的驱动电路的升压转换器
技术领域
本发明涉及一种用于驱动发光二极管的驱动电路，并且更为确切地说，涉及对用于驱动LED的驱动电路提供热补偿。
背景技术
发光二极管可以用于各种照明应用，包括住宅、商业以及工业照明系统。在典型LED照明系统中，LED阵列串联连接以便产生所需要的发光输出。在住宅LED照明系统中，典型120VAC电源需转换成DC电力以便驱动LED阵列。在常规LED照明系统中，驱动电路包括用于将AC电力转换成DC电压的整流器和将所转换的DC电压增加到更高DC电压的升压转换器。该升压转换器可以包括由电流感测电路驱动的开关元件。然而，在电流检测电路中检测到的电流易受因驱动电路中的热力变化以及周围热力变化产生的漂移影响。
已经使用热敏电阻(thermistor)来解决驱动电路中的热补偿。具体地说，热敏电阻可以结合电流感测电路结合用以补偿电流漂移过程中的变化。然而，使用热敏电跟踪电流漂移过程中的变化在较宽温度范围上因为若干因素而并不准确，所述因素包括电路元件材料。另外，使用热敏电阻相对昂贵。
因此，存在对改进LED驱动电路的需要。一种对LED驱动器中所使用的电流感测电路提供改进热补偿的系统和方法将会尤其有用。
发明内容
本发明的方面涉及对用于驱动发光二极管的驱动电路提供热补偿。本发明的实施方案提供相对于现有系统和方法的一个或多个缺点和／或优点。例如，本发明的方面涉及将p-n结集成为电流感测电路的参考中用于控制驱动LED的升压电路。具体地说，热跟踪晶体管被提供为所参考的用于所述感测电路的感测晶体管的一部分，以便随着温度变化使所述热跟踪晶体管的p-n结中的变化补偿所述感测晶体管的基极-发射极结中的变化。因此，比起用于LED驱动电路的已知热补偿系统，可在复杂程度降低并且成本减小的情况下对所述电流感测电路提供极佳热跟踪。
作为优选，所述热跟踪晶体管补偿因所述电流感测晶体管处的温度变化而产生的电流漂移。
作为优选，所述热跟踪晶体管补偿因所述电流感测晶体管的基极-发射极结处的温度变化产生的电流漂移。
作为优选，将所述热跟踪晶体管的基极和集电极短接在一起。
作为优选，所述热跟踪晶体管的所述基极和所述集电极连接到所述至少一个感测电阻上并且所述热跟踪晶体管的发射极连接到所述感测晶体管的基极上。
作为优选，所述感测晶体管和所述热跟踪晶体管是npn双极结晶体管。
作为优选，所述感测晶体管是npn双极结晶体管并且所述热跟踪晶体管是pnp双极结晶体管。
作为优选，所述感测晶体管和所述热跟踪晶体管设置在单个表面安装装置中。
作为优选，所述电流感测电路通过锁存电路和缓冲电路连接到所述升压电路的所述开关元件上。
例如，本发明的一个示例方面涉及一种驱动电路，所述驱动电路用于LED组件。所述驱动电路包括：整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压。所述驱动电路进一步地包括升压电路，所述升压电路配置用于升压所述DC源电压到用于所述LED组件的驱动电压。所述驱动电路进一步地包括电流感测电路，所述电流感测电路配置用于对所述升压电路的开关元件进行驱动。所述电流感测电路包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关进行控制的感测晶体管。所述感测电路包括连接到所述感测晶体管上的热跟踪晶体管。
本发明的另一示例方面涉及一种驱动电路，所述驱动电路用于光源。所述驱动电路包括：整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压。所述驱动电路进一步地包括滤波器和升压电路，所述升压电路配置用于升压所述DC源电压到用于所述光源的驱动电压。所述升压电路包括开关元件、感应元件(例如，变压器绕组)以及二极管。所述驱动电路进一步地包括电流感测电路，所述电流感测电路配置用于对所述升压电路的所述开关元件进行驱动。所述电流感测电路包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关进行控制的感测晶体管。所述感测晶体管具有连接到所述感测晶体管的基极的参考输入端。所述参考输入端包括所述参考电阻和热跟踪晶体管。所述热跟踪晶体管配置用于补偿因所述感测晶体管的基极-发射极结中的温度产生的电流漂移。
作为优选，将所述热跟踪晶体管的基极和集电极短接在一起。
作为优选，所述热跟踪晶体管的所述基极和所述集电极连接到所述至少一个感测电阻上并且所述热跟踪晶体管的发射极连接到所述感测晶体管的基极上。
作为优选，所述开关元件包括场效应晶体管。
作为优选，所述电流感测电路配置用于驱动所述场效应晶体管的栅极。
作为优选，所述电流感测电路通过锁存电路和缓冲电路连接到所述场效应晶体管的所述栅极上。
作为优选，所述光源包括多个发光二极管。
本发明的又一示例方面涉及一种发光二极管组件。所述组件包括LED阵列，所述LED阵列具有多个LED，所述多个LED串联连接以便提供照明。所述组件进一步地包括驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述LED阵列。所述驱动电路包括：整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压。所述驱动电路进一步地包括：滤波器，所述滤波器配置用于对所述DC源电压进行滤波；以及升压电路，所述升压电路配置用于升压所述DC源电压到用于所述LED阵列的驱动电压。所述驱动电路进一步地包括电流感测电路，所述电流感测电路配置用于对所述升压电路的开关元件进行驱动。所述电流感测电路包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关进行控制的感测晶体管。所述感测电路包括连接到所述感测晶体管的参考输入端上的热跟踪晶体管。
作为优选，将所述参考输入端提供到所述感测晶体管的基极。
作为优选，所述热跟踪晶体管配置用于补偿因所述电流感测晶体管的基极-发射极结中的温度产生的电流漂移。
作为优选，将所述热跟踪晶体管的基极和集电极短接在一起。
通过参考以下描述和所附权利要求书吗，将更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面以及优点。附图被并入本说明书中并且构成其一部分，其中示出本发明的各个实施方案且与具体描述一起用以解释本发明的原理。
附图说明
现在简单参考附图，其中：
图1描绘根据本发明的示例实施方案的示例照明系统的简化框图；
图2描绘根据本发明的示例实施方案的示例照明系统的框图；
图3描绘根据本发明的示例实施方案的由驱动电路驱动的示例LED阵列；以及
图4提供根据本发明的示例实施方案的示例驱动电路的示意图。
具体实施方式
大体来说，这个发明涉及对用来驱动发光二极管的驱动电路提供热补偿。所述驱动电路可以包括：整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压。所述驱动电路可以进一步地包括升压电路，所述升压电路配置用于升压所述DC源电压，以便提供用于驱动所述发光二极管的驱动电压。所述升压电路可以包括开关元件，所述开关元件至少部分基于电流感测电路进行控制。具体地说，所述电流感测电路可以包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关(例如，工作周期)进行控制的感测晶体管。
根据本发明的方面，热跟踪晶体管被提供为所参考的感测电路的一部分，以便随着温度变化使所述热跟踪晶体管的p-n结的特性变化补偿所述感测晶体管的基极-发射极结中的变化。通过这种方式，本发明的主题以减小成本对驱动电路中使用的感测电路提供极佳热跟踪。
现将详细参考本发明的实施例方案，其一个或多个实例在附图中示出。每个实例通过解释本发明的方式提供，而非对本发明进行限制。实际来说，所属领域的技术人员将清楚，在不背离本发明的范围或者精神的情况下可以对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于其他实施方案，从而得到另一实施方案。因此，那么本发明则意图覆盖在所附权利要求书和其等效物的范围内的此类修改和变化。
图1描绘示出照明系统的主要部件的简化框图，其中包括LED驱动电路100，所述LED驱动电路用于驱动LED照明阵列90。主要来说，驱动电路100将会包括整流电路20，所述整流电路用于整流从AC电力供源10接收的AC源，如120VAC住宅供电。驱动电路100进一步地包括滤波器30，该滤波器配置用于对电磁干扰进行滤波和／或减少驱动电路100的总谐波失真。驱动电路100包括升压部件40，所述升压部件配置用于升压经整流且经滤波的电力，以向LED阵列90提供恒定电流。
图2描绘根据本发明的示例实施方案的驱动电路100的升压部件40的简化框图。升压部件40包括升压电路104，所述升压电路用于升压经整流且经滤波的DC电力102并且用于控制到LED阵列90的输出电流。如下文所详细讨论，升压电路104可以包括开关元件(例如，场效应晶体管或者其他合适开关元件)，所述开关元件经控制以提供所需电流输出，用以驱动LED阵列90。开关元件可以接通和断开以对如变压器绕组的感应元件可交替地充电并且放电。接通升压电路104的开关元件时，可对感应元件进行充电。断开升压电路104的开关元件时，感应元件可以放电到LED阵列中，同时使得提供给LED阵列90的负载电压升压。
升压电路104基于至少一个感测电阻126上的电压而经由锁存(latching)以及缓冲电路112来通过感测电路120驱动。电流感测电路120包括至少一个感测电阻126上的电压为参考输入端的一部分，其可指示升压电路104所提供的电流。当至少一个感测电阻126上的电压小于阈值时，该感测晶体管122可以经由锁存以及缓冲电路112提供合适驱动信号，以便接通该升压电路的开关元件。当至少一个感测电阻126上的电压大超过阈值时，该感测晶体管122可以将信号提供给开关元件，以便断开该升压电路的开关元件。
根据本发明的方面，热跟踪晶体管124被提供为电流感测电路120的一部分，以便提供对感测晶体管122的热补偿。具体地说，热跟踪晶体管被提供在感测晶体管122的参考输入端中，以使因热跟踪晶体管124的p-n结中的温度产生的变化补偿感测晶体管122的基极-发射极结中的变化。在一方面，热跟踪晶体管124和感测晶体管122可为同一类型的晶体管(例如，npn双极结晶体管)并且可以实现在同一表面安装装置上。通过这种方式，即可因操作特性类似并且暴露于热跟踪晶体管124的p-n结和感测晶体管122的基极-发射极结的温度下而来提供对感测晶体管122的改进热补偿。
可以针对升压电路104所提供的滤波波纹电流来提供输出滤波器106。升压电路40可以包括图2中未示出的其他部件。例如，升压电路40可以包括用来提高与调光电路的兼容性、提供输出保护、减小总谐波失真并且提供其他所需功能的电路和／或部件。
图3描绘根据本发明的示例实施方案的示例LED组件的图解。示例LED组件包括LED驱动电路100用以驱动LED阵列90，所述LED阵列具有：多个LED91、92、…、93，所述多个LED连接在一个串联串中；以及另外多个LED91′、92′、…、93′，所述另外多个LED连接在另一串联串中，其中LED的多个此类串联串被示出为并联连接。
每个串联串中可以提供各种数量的LED，具体根据LED驱动器电路100的输出电压并且还根据LED上的压降而定。例如，在每个LED上的压降为约3V并且驱动电路100的输出为约200V的情况下，串联串可具有约66个LED。可以并联连接任何数量的LED串，具体根据所需总光输出而定。以并联方式连接的每个另外的串使得驱动电路100所必需提供的电流以整数倍的量增大，从而增大驱动电路100和其部件所要求的电力容量。
图4提供根据本发明的示例实施方案的LED驱动电路100的示意图。驱动电路100可以通过保险丝F1接收AC电力(例如，120VAC电力)并且将AC电力转换成适合用来经由输出端子O1和O2驱动LED阵列或其他光源的DC电力。整流器是由桥式整流器提供BR1。输入滤波器是由电容C1、电阻R1、感应器L1提供。如图所示，该滤波器可以包括场效应晶体管M1及其驱动电路(包括双极结晶体管Q4)，以便对滤波器浪涌电流进行限制，从而提供与双向可控硅调光器的改进兼容程度。
升压电路由变压器绕组T1A、开关元件(场效应晶体管)M2及二极管D1提供。在具体定实施方案中，场效应晶体管M1和M2可以提供在同一表面安装装置上。场效应晶体管M2通过电流感测电路进行控制，所述电流感测电路经由锁存电路和缓冲电路来将信号提供到所述场效应晶体管M2的栅极。锁存电路由双极结晶体管Q2A和Q2B提供并伴随有电阻R12、R8、R9以及R11。双极结晶体管Q2A和Q2B可以提供在同一表面安装装置上。缓冲电路由双极结晶体管Q3A和Q3B提供。所述双极结晶体管Q3A和Q3B也可提供在同一表面安装装置上。
基本来说，电流感测电路基于在感测电阻R2和R2A上检测到的电压来驱动场效应晶体管M2接通并且断开。变压器绕组T1A在M2接通时进行充电，然而在M2断开时放电到连接到输出端子O1和O2的LED阵列中，从而使得提供给LED阵列的负载电压升压。锁存以及缓冲电路可以防止M2在开关过程中吸收过多电流。
感测电路包括感测晶体管Q1A和感测电阻R2、R2A。该感测晶体管Q1A可为双极结晶体管，如npn双极结晶体管，这种双极结晶体管具有基极、集极及发射极。电阻R13连接到感测晶体管Q1A的基极上。感测晶体管Q1A的基极通过电阻R16接收AC输入分量并且通过电阻R6、R15接收DC输入分量。对升压电路的滞后控制可以由通过电阻R17到Q1A的基极的反馈来提供。
感测晶体管Q1A还包括提供到感测晶体管Q1A的基极上的参考输入端。该参考输入端可以连接到感测电阻R2、R2A上。二极管VR1以并联方式与感测电阻R2和R2A连接，以便提供浪涌保护。
根据本发明的方面，一种热跟踪晶体管Q1B被提供为所参考的感测晶体管Q1A的一部分。热跟踪晶体管Q1B可为双极结晶体管，具有基极、集电极及发射极。热跟踪晶体管Q1B的基极和集电极被短接在一起。因此，将基极-发射极p-n结提供在所参考的感应晶体管Q1A中。
热跟踪晶体管Q1B的基极-发射极p-n结对感测晶体管Q1A提供了热补偿。具体地说，引起感测晶体管Q1A的基极-发射极的操作特性发生变化(例如，基极-发射极电流漂移)的温度变化还会引起热跟踪晶体管Q1B所提供的p-n结发生变化。所参考的感测晶体管Q1A的p-n结中的这种变化对感测晶体管Q1A提供了改进热跟踪，从而减小驱动电路100中的电流漂移。
热跟踪晶体管Q1B在图4中被示出为pnp双极结晶体管。在替代实施方案中，热跟踪晶体管Q1B也可以是npn双极结晶体管。npn双极结晶体管将会配置用于具有连接到感测电阻上的发射极，其中集电极与基极短接在一起并且连接到R15上。针对感测晶体管Q1A和热跟踪晶体管Q1B两者使用类似npn晶体管允许在共同封装时使晶体管极紧密地匹配，因为它们是在同一时间制造出的。这也使两个装置的初始基极-发射极电压几乎相同，从而使感测到的电流的初始误差减小。感测晶体管Q1A和热跟踪晶体管Q1B可以提供在同一表面安装装置上，以使热跟踪晶体管Q1B的p-n结与感测晶体管Q1A的基极-发射极结之间的热跟踪得到改进。
驱动电路100包括其他部件／装置用以针对驱动电路100提供各种功能。例如，包括二极管D2和D3来为驱动电路提供过电压保护。在不背离本发明的范围的情况下，可以包括其他合适部件。
本说明书使用各种实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也使所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或系统，而且实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围是由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例的结构要素与权利要求书的字面意思相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意思无实质差别，那么此类实例也在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1. 一种用于发光二极管的驱动电路，其包括：
整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压；
升压电路，所述升压电路配置用于将所述DC源电压升压到用于所述LED组件的驱动电压；
电流感测电路，所述电流感测电路配置用于对所述升压电路的开关元件进行驱动，所述电流感测电路包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关进行控制的感测晶体管；
其中所述感测电路包括连接到所述感测晶体管上的热跟踪晶体管。
2. 如权利要求1所述的驱动电路，其中所述热跟踪晶体管补偿因所述电流感测晶体管处的温度变化而产生的电流漂移。
3. 如权利要求2所述的驱动电路，其中所述热跟踪晶体管补偿因所述电流感测晶体管的基极-发射极结处的温度变化产生的电流漂移。
4. 如权利要求1所述的驱动电路，其中将所述热跟踪晶体管的基极和集电极短接在一起。
5. 如权利要求4所述的驱动电路，其中所述热跟踪晶体管的所述基极和所述集电极连接到所述至少一个感测电阻上并且所述热跟踪晶体管的发射极连接到所述感测晶体管的基极上。
6. 如权利要求1所述的驱动电路，其中所述感测晶体管和所述热跟踪晶体管是npn双极结晶体管。
7. 如权利要求1所述的驱动电路，其中所述感测晶体管是npn双极结晶体管并且所述热跟踪晶体管是pnp双极结晶体管。
8. 如权利要求1所述的驱动电路，其中所述感测晶体管和所述热跟踪晶体管设置在单个表面安装装置中。
9. 如权利要求1所述的驱动电路，其中所述电流感测电路通过锁存电路和缓冲电路连接到所述升压电路的所述开关元件上。
10. 一种用于驱动光源的驱动电路，所述驱动电路包括：
整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压；
滤波器，所述滤波器配置用于对所述DC源电压进行滤波；
升压电路，所述升压电路配置用于将所述DC源电压升压到用于所述光源的驱动电压，所述升压电路包括开关元件、感应元件及二极管；
电流感测电路，所述电流感测电路配置用于对所述升压电路的所述开关元件进行驱动，所述电流感测电路包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关进行控制的感测晶体管；
其中所述感测晶体管具有连接到所述感测晶体管的基极的参考输入端，所述参考输入端包括所述感测电阻和热跟踪晶体管，所述热跟踪晶体管配置用于补偿所述感测晶体管的基极-发射极结中的电流漂移。
11. 如权利要求10所述的驱动电路，其中将所述热跟踪晶体管的基极和集电极短接在一起。
12. 如权利要求11所述的驱动电路，其中所述热跟踪晶体管的所述基极和所述集电极连接到所述至少一个感测电阻上并且所述热跟踪晶体管的发射极连接到所述感测晶体管的基极上。
13. 如权利要求10所述的驱动电路，其中所述开关元件包括场效应晶体管。
14. 如权利要求13所述的驱动电路，其中所述电流感测电路配置用于驱动所述场效应晶体管的栅极。
15. 如权利要求14所述的驱动电路，其中所述电流感测电路通过锁存电路和缓冲电路连接到所述场效应晶体管的所述栅极上。
16. 如权利要求10所述的驱动电路，其中所述光源包括多个发光二极管。
17. 一种发光二极管组件，其包括：
LED阵列，所述LED阵列包括多个LED，所述多个LED串联连接以便提供照明；以及
驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述LED阵列，所述驱动电路包括：
整流电路，所述整流电路配置用于将AC电源整流成DC电源，从而提供DC源电压；
滤波器，所述滤波器配置用于对所述DC源电压进行滤波；
升压电路，所述升压电路配置用于将所述DC源电压升压到用于所述LED阵列的驱动电压；
电流感测电路，所述电流感测电路配置用于对所述升压电路的开关元件进行驱动，所述电流感测电路包括配置用于基于至少一个感测电阻上的电压对所述开关元件的开关进行控制的感测晶体管，所述感测电路包括连接到所述感测晶体管的基极上的热跟踪晶体管。
18. 如权利要求17所述的LED组件，其中将所述参考输入端提供到所述感测晶体管的基极。
19. 如权利要求17所述的LED组件，其中所述热跟踪晶体管配置用于补偿因所述电流感测晶体管的基极-发射极结中的温度产生的电流漂移。
20. 如权利要求17所述的LED组件，其中将所述热跟踪晶体管的基极和集电极短接在一起。
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