CN103931273B - 用于可调光的固态光源的驱动器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于可调光固态光源的驱动器电路，以及诸如结合了所述驱动器电路的灯和灯具的设备，以及驱动此类源的方法。供应电压电路将供应电压提供给功率因数控制器电路，以使得供应电压被维持在功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端内。所述驱动器还可以包括开路保护电路，用于当开路发生在负载中时禁用功率因数控制器电路以及/或者保护免受电磁干扰（EMI）。

Description

用于可调光的固态光源的驱动器电路
对相关申请的交叉引用
本申请要求2011年8月31日提交的并且题为“DRIVER CIRCUIT FOR DIMMABLESOLID STATE LIGHT SOURCE（用于可调光的固态光源的驱动器电路）”的美国专利申请号13/222,465的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
技术领域
本发明涉及照明，并且更具体地涉及用于（一个或多个）固态光源的驱动器电路系统。
背景技术
诸如但不限于发光二极管（LED）的典型固态光源以与白炽光源或气体放电光源根本上不同的方式进行操作。固态光源通常需要已知为驱动器、驱动器电路或驱动器电路系统的电子电路来提供必要的功率以操作固态光源。用于固态光源的驱动器电路通常将诸如120V/60HZ线输入或来自调光器开关的输入之类的交流电（AC）输入变换成稳定的直流电（DC）电压，所述直流电（DC）电压被用于驱动固态光源。典型的驱动器电路结合用于接收AC输入的整流器和DC-DC变换器电路，所述DC-DC变换器电路从整流器接收未经调节的DC输出并将稳定的经调节的DC输出提供给固态光源。
各种DC-DC变换器配置是本领域所众所周知的。一个特定类型是转换调节器（switching regulator），并且包括但不限于降压变换器、升压变换器、降压升压变换器等。这些变换器通常包括例如晶体管的开关，其被选择性地操作以允许能量被存储在例如电感器的能量存储设备中并然后被传递到一个或多个滤波电容器。（一个或多个）滤波电容器向负载提供相对平稳的DC输出电压并且在能量存储循环之间向负载提供基本上连续的能量。
发明内容
在固态光源驱动器中建立的典型转换调节器配置遭受各种问题。一个问题是在未经调节的DC电压和经调节的DC输出电压之间可能没有保护性隔离。在一些配置中，未经调节的DC电压可以是400伏或更多。如果被不注意地施加于负载，未经调节的DC电压可能是危险的（即，破坏性的）。因此，为了提供保护性隔离，可以使用基于变压器的转换调节器，诸如已知的“回扫（flyback）”变换器。在基于变压器的转换调节器中，变压器的初级侧可以耦合到未经调节的DC电压。在变压器的次级侧处提供经调节的DC输出电压，所述变压器的次级侧与变压器的初级侧电隔离。变压器因而可以提供DC输出从未经调节的DC电压的保护性隔离。
在典型转换调节器配置情况下的另一个问题是其以导致小于最优功率因数的方式涉及从AC功率源的脉冲电流汲取（draw）。系统的功率因数被定义为流至负载的有效功率与视在功率的比，并且是在0和1之间的数（或表达为百分比，例如0.5pf=50%pf）。有效功率是由负载所汲取的实际功率。视在功率是施加于负载的电压与电流的乘积。对于具有纯粹电阻性负载的系统来说，电压和电流波形是同相的，在每个循环中的相同时刻处改变极性。此类系统具有1.0的功率因数，被称为“整功率因数（unity power factor）”。在存在电抗性负载的情况下，诸如具有包括电容器、电感器或变压器的负载，负载中的能量存储导致电流和电压波形之间的时间差。该存储的能量返回到所述源并且不可用于在负载处做功。具有电抗性负载的系统经常具有小于整功率因数。具有低功率因数的电路将比具有高功率因数的电路使用更高的电流以传递给定量的有效功率。
为了提供改善的功率因数，一些固态光源驱动器电路配置装备有功率因数控制器电路。功率因数控制器电路可以例如被用作用于控制DC-DC变换器配置（诸如，回扫变换器）中的晶体管开关的操作的控制器。在此类配置中，功率因数控制器可以监控经整流的AC电压、由负载所汲取的电流和去往负载的输出电压，并且将输出控制信号提供给晶体管以转换去往负载的电流，从而具有基本上与经整流的AC电压相匹配且与其同相的波形。
在典型转换调节器配置情况下的又一个问题是其可能以波纹（ripple）形式将谐波失真引入返回到AC功率源的电压信号上。这些波纹发生在AC线频率的谐波处。当这些波纹被反馈回到功率线中时，波纹中的一些，尤其是在AC线频率的三次谐波处的那些可以在电力公司所有的三相变压器的中性线上建立电压水平（voltage level），并可能损害电力公司所有的设备。随着固态光源被更广泛地使用，减少总谐波失真（THD）因而变得越来越重要。实际上，减少THD并增大功率因数在遵照能量解决方案LED加速器项目（LEDA）中可能是重要的，其设置对于某些基于固态光源的灯的产品合格要求。
不幸地，在包括调光控制电路的固态光源中THD能够恶化。调光控制电路可以例如从120VAC/60HZ源接收线电压并且向整流器提供经修改的输出信号以用于控制固态光源的照度级的目的。在一些配置中，调光控制电路可以是已知为“相位控制”调光器或“切相（phase-cut）”调光器的电路。在相位控制调光器中，输入电压正弦波的小部分在波形的每个周期中要么在波形的前沿要么在后沿处被切去。在当电压被切去时的切去时间间隔或“死时间（dead time）”期间，相位控制调光器的输出可以基本上为零。其中电压不同于零的残余时间间隔已知为“调光器导通时间”。调光器导通时间和死时间二者是可变的，但是输入电压波形的时间段是恒定的，例如在美国为1/60秒。如此处使用的，“调光器设置”指的是调光器导通时间与输入波形的时间段的比。相位控制调光器的调光器设置是由用户可控制的。在一些配置中，调光器设置可以从大约0.78变化至大约0.25。在处于调光器的最低调光器设置处的死时间期间，到功率因数控制器电路的供应电压可以减小到低于其标称操作范围的水平。这可能影响功率因数控制器电路的性能并可能导致THD的增长以及降低的功率因数。
因此，本发明的实施例提供一种固态光源驱动器电路以及将AC输入（诸如120V/60Hz输入）变换成用于固态光源的电流源的方法。所述驱动器电路包括具有从输出级到功率因数控制器的光学隔离反馈的过电压保护。驱动器电路可以使用单个集成电路功率因数控制器以产生由功率因数控制器以例如120赫兹进行调幅的脉冲DC输出电流。作为结果的输入功率因数可以被设置为非常接近于整数。输入端处的总谐波失真可以非常低，并且任何导通的EMI可以由可变频率转换技术以及EMI滤波器部件所减轻。供应电压电路可以为调光应用消除对于大型电解电容器或齐纳二极管的需要。所述电路因而可以在固态光源中没有闪烁的情况下提供将对调光器开关起作用的非常高的功率因数、高效率和小尺寸，所述调光器开关包括正相和反相调光器二者。
在实施例中，提供了一种用于基于发光二极管（LED）的光源的驱动器电路。所述驱动器电路包括：整流器电路，其被配置成接收AC输入电压并提供未经调节的DC电压；变压器，其具有耦合到整流器电路的初级绕组、至少一个被配置成耦合到基于LED的光源的次级绕组、以及反馈绕组；开关，所述开关被配置成闭合用于将未经调节的DC电压的一部分耦合到初级绕组两端，并且所述开关被配置成断开以将能量从初级绕组传递到次级绕组来提供DC输出电压以驱动基于LED的光源；功率因数控制器电路，其被配置成提供输出信号以控制开关；以及供应电压电路，其耦合到反馈绕组并被配置成以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来向功率因数控制器电路提供供应电压。
在相关实施例中，供应电压电路可以包括：第一能量存储电路，其耦合到整流器电路以接收未经调节的DC电压，其中第一能量存储电路可以包括耦合到功率因数控制器电路以提供供应电压的第一能量存储元件；以及第二能量存储电路，其耦合到反馈绕组，其中第二能量存储电路可以包括第二能量存储元件；其中来自未经调节的DC电压的电流可以对第一能量存储元件进行充电，并且其中通过反馈绕组的电流可以对第二能量存储元件和第一能量存储元件进行充电。
在另外的相关实施例中，第一能量存储元件可以包括第一电容器，并且第二能量存储元件可以包括第二电容器。在另外的相关实施例中，第一电容器和第二电容器可以并联耦合。
在另一个相关实施例中，所述驱动器电路此外可以包括：输出端；和开路保护电路，其耦合到次级绕组以及功率因数控制器电路，所述开路保护电路被配置成当开路发生在输出端处时禁用功率因数控制器电路。在另外的相关实施例中，开路保护电路可以将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路。在另一个另外的相关实施例中，所述开路保护电路可以包括耦合到功率因数控制器电路并光学耦合到次级绕组的光学隔离开关，所述开关被配置成当开路发生在输出端处时闭合。
在又一个相关实施例中，次级绕组可以电容性耦合到反馈绕组，电容性耦合以提供电磁干扰（EMI）滤波。
在另一个实施例中，提供了一种灯组件。所述灯组件包括：灯外壳；被布置在灯外壳内的基于LED的光源；以及被布置在灯外壳内的驱动器。所述驱动器包括：整流器电路，其被配置成接收AC输入电压并提供未经该调节的DC电压；变压器，其具有耦合到整流器电路的初级绕组、被配置成耦合到基于LED的光源的至少一个次级绕组、以及反馈绕组；开关，所述开关被配置成闭合用于将未经调节的DC电压的一部分耦合到初级绕组两端，并且所述开关被配置成断开以将能量从初级绕组传递到次级绕组来提供DC输出电压以驱动基于LED的光源；功率因数控制器电路，其被配置成提供输出信号以控制开关；以及供应电压电路，其耦合到反馈绕组并被配置成以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来向功率因数控制器电路提供供应电压。
在相关实施例中，所述供应电压电路可以包括：第一能量存储电路，其耦合到整流器电路以接收未经调节的DC电压，其中所述第一能量存储电路可以包括耦合到功率因数控制器电路以提供供应电压的第一能量存储元件；以及第二能量存储电路，其耦合到反馈绕组，其中所述第二能量存储电路可以包括第二能量存储元件；其中来自未经调节的DC电压的电流可以对第一能量存储元件进行充电，并且其中通过反馈绕组的电流可以对第二能量存储元件和第一能量存储元件进行充电。在另外的相关实施例中，所述第一能量存储元件可以包括第一电容器，并且第二能量存储元件可以包括第二电容器。在另外的相关实施例中，所述第一电容器和第二电容器可以并联耦合。
在另一个相关实施例中，所述灯组件此外可以包括：输出端；和开路保护电路，其耦合到次级绕组和功率因数控制器电路，所述开路保护电路被配置成当开路发生在输出端处时禁用功率因数控制器电路。在另外的相关实施例中，所述开路保护电路可以将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路。在另一个另外的相关实施例中，所述开路保护电路可以包括耦合到功率因数控制器电路并光学耦合到次级绕组的光学隔离开关，所述开关被配置成当开路发生在输出端处时闭合。
在又一个相关实施例中，次级绕组可以电容性耦合到反馈绕组，电容性耦合以提供电磁干扰（EMI）滤波。
在另一个实施例中，提供了一种驱动基于LED的光源的方法。所述方法包括：接收AC输入信号；将AC输入信号变换成经调节的DC输出；使用功率因数控制器电路来控制经调节的DC输出的功率因数；以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来向功率因数控制器电路提供供应电压；以及将经调节的DC输出耦合到基于LED的光源。
在相关实施例中，变换可以包括：操作开关以给变压器供能，所述变压器具有初级绕组、至少一个次级绕组和反馈绕组，其中所述初级绕组耦合到整流器电路，并且所述至少一个次级绕组被配置成耦合到基于LED的光源；并且所述控制可以包括：控制所述开关；并且所述方法此外可以包括：将开路保护电路耦合到次级绕组以及功率因数控制器电路以当基于LED的光源在断开状态中故障时禁用功率因数控制器电路。在另外的相关实施例中，耦合开路保护电路可以包括将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路。在另外的相关实施例中，所述方法此外可以包括将次级绕组电容性耦合到反馈绕组。
附图说明
从对此处公开的特定实施例的以下描述，此处公开的前述和其它目的、特征和优势将显而易见，如附图中所图示的，其中同样的参考标记贯穿不同视图指的是相同部分。附图不一定按比例，代替地重点放在图示此处公开的原理上。
图1示出根据此处公开的实施例的灯组件和调光器电路的框图。
图2是根据此处公开的实施例的固态光源驱动器电路的框图。
图3是根据此处公开的实施例的供应电压电路的框图。
图4是根据此处公开的实施例的固态光源驱动器电路的电路图。
图5和6是根据此处公开的实施例的方法的方框流程图。
具体实施方式
此处描述的实施例提供用于实施固态光源驱动器的电路和方法。所述驱动器可以与以任何类型的配置的一个或多个固态光源相组合而使用，诸如但不限于灯、灯组件、灯具（fixture）、系统等。所述固态光源可以是但不限于一个或多个发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）、聚合物发光二极管（PLED）等。尽管可以并且在一些情况下是在此处参考LED描述了实施例，但任何类型的一个固态光源和/或多个源可以在不偏离本发明的范围的情况下被使用。所述驱动器包括功率因数控制器电路和供应电压电路，所述供应电压电路被配置成向功率因数控制器电路提供供应电压以使得供应电压被维持在功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端内。以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来提供供应电压允许在供应电压电路中使用小型非电解电容器，而仍然提供充足的能量存储以允许操作与调光器电路结合的功率因数控制器电路。这可以导致减小的驱动器成本和尺寸，而仍然维持低THD和高功率因数。
如此处所述的固态光源驱动器的实施例还可以或可替换地包括用于当开路发生在负载中时禁用功率因数控制器电路的开路保护电路。开路保护电路提供对抗电路输出端处危险和潜在损害电压的保护。对抗电磁干扰（EMI）的保护也可以被提供在根据此处描述的实施例的驱动器中。
现转向图1，提供了系统100的简化框图，所述系统100包括发光二极管（LED）驱动器电路102，其用于要么直接地要么通过已知的调光器电路104来接收交流电（AC）输入ACin，以及提供经调节的直流电（DC）输出DCout用于驱动基于LED的光源106。基于LED的光源106可以包括单个LED、以串联和/或并联配置而互连的多个LED、和/或一个或多个LED与一个或多个其它固态光源（例如，（一个或多个）OLED、（一个或多个）PLED等）的组合。在一些实施例中，ACin可以直接从120VAC/60Hz线源提供。然而，要理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下可以使用任何已知类型的AC源，诸如但不限于以50-60Hz的220-240VAC。
在包括调光器电路104的实施例中，所述调光器电路104可以采取任何已知的调光器电路配置，诸如但不限于在其操作众所周知的壁开关中提供的标准正向或反向“相位控制”或“切相”调光器。如上所述，在相位控制调光器电路配置中，调光器电路104在波形的每个周期中切去输入电压正弦波ACin的小部分以将AC输入提供到具有相关联的调光器设置的驱动器电路。
LED驱动器电路102可以以高功率因数、低THD、高效率、小尺寸和保护性隔离而将AC输入电压ACin变换成经调节的DC输出电压DCout。LED驱动器电路102和基于LED的光源106因而可以被提供在根据此处所述的实施例的基于LED的灯组件110内。基于LED的灯组件110可以为被配置成给包括非基于LED的光源（例如，荧光或气体放电源）的灯供能的现有照明灯具提供方便的翻新改进（retro-fit）。根据此处描述的实施例的基于LED的灯组件110可以直接插入到此类照明灯具中以对去往其中的AC输入进行操作，并且可以用包括正相控制和反相控制调光器电路的已知调光器电路来进行操作。包括基于LED的光源106的灯与包括非基于LED的光源的那些相比可以提供长寿命和低功率消耗。
图2是概念性地图示LED驱动器电路的功能性的框图，诸如在图1中以方框形式示出的LED驱动器电路102。如所示出的，LED驱动器电路102包括可选的电磁干扰（EMI）滤波器222，整流器202，包括初级绕组206、次级绕组208和反馈绕组210的变压器204，用于将整流器202的输出耦合到变压器204的初级绕组206的开关212，耦合到变压器的次级绕组208的输出级214，功率因数控制器电路216和供应电压电路220。LED驱动器电路102还可以包括可选的开路保护电路218，其通过光学隔离耦合224耦合到功率因数控制器电路216。
一般来说，AC输入电压ACin可以要么直接地要么例如通过诸如图1中示出的调光器电路104之类的调光器电路耦合到EMI滤波器电路222或整流器电路202。EMI滤波器电路222可以被配置成降低EMI噪声并抑制与正相控制调光器关联的振铃（ringing），所述正相控制调光器诸如但不限于基于三端双向可控硅开关（triac）的调光器。在一些实施例中，EMI滤波器电路222的分量值可以被选择以调整输入电压和输入电流之间的相位角来实现较低的THD。
整流器电路202可以被配置成对ACin进行整流以提供未经调节的DC输出电压，即跟随AC输入电压中的瞬时变化的DC输出电压。各种整流器电路配置是本领域所众所周知的。在一些实施例中，例如，整流器电路202可以包括已知的桥式整流器。整流器电路202的输出可以通过在功率因数控制器电路216的控制下的开关212耦合到变压器204的初级绕组206。开关212可以是已知的晶体管开关，如通常在已知的转换调节器配置中所使用的。一般来说，当开关212是“闭合的”时，变压器204的初级绕组206耦合到整流器电路202的输出端，并且能量被存储在变压器204的绕组中。当开关是“断开的”时，存储在次级绕组208中的能量耦合到输出级214。输出级214可以包括电容器，所述电容器由来自次级绕组208的能量充电并且通过基于LED的光源106放电以驱动光源。
功率因数控制器电路216可以包括已知的功率因数控制器，其被配置成将输出提供到开关用于响应于代表通过反馈绕组210的电流的第一信号和代表通过初级绕组206的电流的第二信号来控制开关。功率因数控制器电路216还可以对由可选的开路保护电路所提供的代表次级绕组208两端的电压的信号进行响应。来自功率因数控制器的输出可以控制开关以使得去往基于LED的光源106的电流具有基本上与整流器电路202的输出相匹配并同相的波形，从而提供高功率因数。
在LED驱动器配置中有用的已知功率因数控制器，诸如本文所述的任何实施例，包括已知的集成电路功率因数校正控制器，诸如目前从加利福尼亚州森尼韦尔（Sunnyvale，CA）的ST Microelectronics可得到的型号L6561和L6562控制器。L6561和L6562控制器例如可以被采用作为回扫DC-DC变换器实现方式中的控制器。L6561控制器的该应用和相关可替换应用的详情在2003年1月由C. Adragna和G. Garravarik所做的ST Microelectronics应用注释AN1060“Flyback Converters with the L6561 PFC Controller（具有L6561 PFC控制器的回扫变换器）”，以及2003年9月由Claudio Adragna所做的ST Microelectronics应用注释AN1059“Design Equations of High-Power-Factor Flyback Converters basedon the L6561（基于L6561的高功率因数回扫变换器的设计方程）”中讨论，所述应用注释中的每一个在http://www.st.com处可得到并且通过引用被合并于此。L6561和L6562控制器之间的差别在2004年4月由Luca Salati所做的ST Microelectronics应用注释AN1757“Switching from the L6561 to the L6562（从L6561转换到L6562）”中讨论，其也在http://www.st.com处可得到并且通过引用被合并于此。为了本公开的目的，这两个控制器可以被讨论为具有类似的功能性。
在图2中示出的实施例以及一些其它实施例中，变压器204的次级绕组208未电耦合到变压器204的初级绕组206，例如，对于所述绕组没有公共的接地电通路（groundelectrical path）。然而在一些实施例中，次级绕组208可以电容性耦合到反馈绕组210以改善EMI滤波，但是从该耦合没有产生对于所述绕组的公共接地电通路。在一些实施例中，通过光学隔离耦合224从开路保护电路218向功率因数控制器电路216提供光学隔离的反馈。可选的开路保护电路218可以被配置成提供输出，用于在负载（例如，图1中示出的基于LED的光源106）中发生开路时关断或禁止功率因数控制器电路216的操作。例如，如果基于LED的光源106停止从次级绕组208导通电流，例如，如果负载未连接或误运行，则变压器204的端子上的危险过电压情况可能出现。在图示的实施例中，开路保护电路218耦合在输出级214和功率因数控制器电路216之间。在包括L6561或L6562功率因数控制器的实施例中，例如，开路保护电路218可以耦合到功率因数控制器的零电流检测（ZCD）输入端，用于如果在负载处存在开路则关断控制器。光学隔离耦合224在变压器204的初级绕组206侧（具有潜在高电压）和次级绕组208侧之间提供保护性电隔离。在一些实施例中，开路保护电路218可以提供遵照保险业者实验室（UL）类别2要求的保护。
在一些实施例中，供应电压电路220可以建立去往功率因数控制器电路216的DC供应电压Vsupply。在图示的实施例中，供应电压电路220耦合在未经调节的DC电压、反馈绕组210和功率因数控制器电路216之间。供应电压电路220可以耦合到功率因数控制器电路216的功率供应输入端（例如，在L6561或L6561中的Vcc）并且可以以功率因数控制器电路216的标称供应电压操作范围的高端来向功率因数控制器电路216提供DC供应电压Vsupply。
特别地，功率因数控制器电路216具有在标称低操作电压Vlow和标称高操作电压Vhigh之间的功率供应输入操作范围。标称低操作电压Vlow是在其之下功率因数控制器电路216停止向开关212提供脉冲输出的电压，并且标称高操作电压Vhigh是在其之上可能发生对功率因数控制器电路216的损害的电压。如本文所使用的，当指代数量时对术语“标称”或“标称地”的使用意为可以不同于实际量的所指明的或理论的量。
标称低操作电压Vlow和标称高Vhigh操作电压的值可以凭经验地确定，或者在集成电路功率因数控制器电路216的情况下通过使用制造商规范而确定。对于集成电路功率因数控制器，诸如L6561或L6562功率因数控制器，例如，制造商设置标称高操作电压Vhigh。对于集成电路功率因数控制器电路216的标称低操作电压Vlow也通常由制造业规定为以下标称电压：在所述标称电压处功率因数控制器电路216将在其已经操作之后关断或停止提供输出。在L6562功率因数控制器电路216的特定示例中，在制造商数据表单中，制造商将标称高操作电压Vhigh标识为22VDC并且标称低操作电压Vlow（控制器在所述Vlow处关断）为9.5VDC。
用于电压参考的供应电压电路220可以被配置成将电压供应输入Vsupply提供到功率因数控制器电路216的功率供应输入端，以使得Vsupply在标称高操作电压Vhigh以及标称高操作电压Vhigh和标称低Vlow操作电压的平均值之间：
。
这将Vsupply的值置于功率因数控制器电路216的标称供应电压操作范围的高端处。在具有22VDC的Vhigh和9.5VDC的Vlow的L6562功率因数控制器电路的特定示例中，Vsupply将会小于22VDC但大于或等于15.75VDC。当诸如图1中示出的调光器电路104之类的调光器与LED驱动器电路102结合使用时，供应电压电路220可以被配置成甚至在与调光器电路104的最低调光器设置相关联的死时间期间将Vsupply的值维持在功率因数控制器电路216的标称供应电压操作范围的高端处。这允许对于所有调光器设置的高功率因数和低THD。
供应电压电路220和开路保护电路218在此被被描述为结合固态光源驱动器电路是有用的，其中次级绕组208与初级绕组206电隔离，但可以电容性耦合到反馈绕组210并且反馈可以从次级绕组208光学耦合到功率因数控制器电路216。然而，本领域普通技术人员将认识到，这些电路218、220可以按各种驱动器配置来提供。例如，这些电路可以被包括在包括不同的变压器或反馈配置的驱动器配置中。
图3是概念性图示供应电压电路220的实施例的功能性的框图。如所示出的，供应电压电路220包括第一能量存储电路302和第二能量存储电路304。第一能量存储电路302耦合到对其中的第一能量存储元件310进行充电的未经调节的DC电压。第一能量存储元件310两端的电压可以耦合功率因数控制器电路216作为Vsupply输入。第二能量存储电路304耦合到变压器204的反馈绕组210。在当开关212是断开的并且能量从初级绕组206传递到次级绕组208和反馈绕组210时的时段期间，来自反馈绕组210的电流对第二能量存储电路304中的第二能量存储元件312进行充电并且还对第一能量存储元件310进行充电。第一能量存储电路302和第二能量存储电路304的该组合允许供应电压电路220将一致且稳定的DC供应输入提供到功率因数控制器电路216，所述DC供应输入甚至在与调光器（诸如但不限于图1中示出的调光器电路104）的最低调光器设置相关联的死时间期间处于功率因数控制器电路216的标称供应电压操作范围的高端处。
供应电压电路220以功率因数控制器电路216的标称供应电压操作范围的高端来提供供应电压。因而，供应电压电路220可以包括降低的电容值的电容器，而仍然维持充足的能量存储能力。这是可能的，因为电容器的能量存储与CV2成比例，其中C是电容值且V是电容器两端的电压。当系统用诸如但不限于相位控制调光器电路的调光器来实现时，此类配置可以是特别有用的，以使得供应电压电路220能够在调光期间维持去往功率因数控制器电路216的足够电压供应，并因而避免基于LED的光源106中的闪烁。缩小电容器尺寸的能力也是有利的，因为较大的电容器（例如，电解电容器）是昂贵的、易于故障并需要增加的时间来充电，这可能延迟基于LED的光源106的开启时间。供应电压电路220可以优选地在不使用齐纳二极管来调节功率因数控制器电路216的供应电压的情况下来实现，因为当齐纳二极管达到截止电压时实施例的缩小的电容器尺寸可能不具有足够的能量存储来避免基于LED的光源106中的闪烁。
图4是图示LED驱动器电路102的实施例的示意图，其包括输入电压浪涌保护电路242、EMI滤波器222a、整流器电路202、变压器204（其包括初级绕组206、次级绕组208和反馈绕组210）、用于将整流器电路202的输出耦合到变压器204的初级绕组的开关Q1 212、耦合到变压器204的次级绕组208的输出级214、功率因数控制器电路216、开路保护电路218、光学隔离耦合224，以及包括第一能量存储电路302和第二能量存储电路304的供应电压电路220。功率因数控制器电路216包括L6562集成电路功率因数控制器U1，其操作是已知的并在以上提及的ST Microelectronics应用注释AN1757中描述。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以使用其它已知的功率因数控制器来代替图4的实施例中示出的L6562控制器。
在操作中，去往电路的AC输入ACin通过浪涌保护电路242和EMI滤波器222a耦合到整流器电路202。浪涌保护电路242包括熔断器U3和金属氧化物变阻器（MOV），其保护LED驱动器电路102免受输入电压浪涌。包括电感器L1和L2的EMI滤波器222a对在电路中生成的EMI噪声进行滤波。整流器电路202包括已知的桥式整流器。整流器电路202对AC输入进行整流以提供经整流的未经调节的DC电压DCin。整流器的输出DCin耦合到EMI滤波器222b的电感器L3和电容器C1，其进一步对电路中所生成的EMI噪声进行滤波。第三EMI滤波器222c包括电容器C2，其将反馈绕组接地耦合到次级绕组接地用于附加的EMI噪声滤波。电感器L1、L2和L3以及电容器C1、C2和C7的值可以被选择以调整输入电压和输入电流之间的相位角来实现低THD。
变压器204的初级绕组206耦合在整流器电路202的输出端和开关Q1 212的漏极之间，以使得当开关Q1 212是导通的时，即开关Q1 212是闭合的，电流从整流器电路202的输出端流经初级绕组206以给初级绕组206供能，但当开关Q1 212不导通时，即开关 Q1 212是断开的，基本上没有电流流经初级绕组206。一般来说，当开关Q1 212是闭合的时，变压器204的绕组被供能，并且当开关Q1 212断开时，次级绕组208和反馈绕组210两端的电压的极性翻转以正向偏置二极管D4和D5。当二极管D4被正向偏置时，来自次级绕组208的能量对电容器C4充电，所述电容器C4被配置成当开关Q1 212断开时通过负载放电。
一般来说，功率因数控制器U1使用代表整流器电路202的输出的电压DCin作为参考来来控制功率因数控制器电路216在其处使用通过电阻器R1耦合到开关Q1 212的栅极的栅极驱动GD输出来接通和关断开关Q1 212的水平。该特征允许非常高的功率因数驱动器。由来自初级绕组206和反馈绕组210的反馈来确定开关频率。特别地，DCin电压的一部分耦合到功率因数控制器电路216的乘法器输入端MULT以将信号提供到功率因数控制器U1，代表未经调节的DC电压DCin。MULT输入耦合在电阻器R2和R3之间。对电阻器R3的值的选择允许由功率因数控制器U1所建立的输出电压DCout中功率因数校正和波纹之间的权衡。开关Q1 212的源极耦合到功率因数控制器U1的电流感测CS输入端并且通过电阻器R6耦合到接地。通过电阻器R6的电流因而将信号提供到功率因数控制器U1，代表通过初级绕组206的电流。变压器204的反馈绕组210通过电阻器R7耦合到功率因数控制器U1的ZCD输入端以将信号提供到功率因数控制器U1，代表通过反馈绕组210的电流。响应于MULT、ZCD和CS输入，功率因数控制器U1将可变频率栅极驱动GD输出提供到开关Q1 212用于以高功率因数驱动负载。
供应电压通过供应电压电路220而被供应到功率因数控制器U1供应电压输入端Vcc。当在开关Q1 212的栅极处没有启动脉冲时，没有电流从整流器电路202输出端被提供来给变压器204的绕组供能。一旦Vcc上的电压达到其最小值，功率因数控制器U1的栅极驱动输出端GD通过电阻器R1来将启动脉冲提供到开关Q1 212的栅极以闭合开关Q1 212，以使得整流器电路202的输出的至少一部分被提供到初级绕组206的两端以给变压器204的绕组供能。开关Q1 212中的漏极电流开始以由变压器204的初级电感所确定的速率而斜升。该电流产生电阻器R6两端的电压，其代表通过初级绕组206的电流。该电流被馈送到功率因数控制器U1的电流感测CS输入端中。功率因数控制器U1将该电压与由电阻器R2和R3所设置的乘法器输入端MULT上的电压以及由电阻器R4和R12所设置的反转（inverting）输入端INV上的电压进行比较以限制通过开关Q1 212的电流。当根据由功率因数控制器U1所设置的开关特性而满足电压条件时，到开关Q1 212的驱动被移除。这使得变压器204的初级绕组206和次级绕组208两端的电压翻转。在变压器204中存储的能量于是经由二极管D4被传递到输出端。电容器C4减少输出端上的电压摆动并向开路保护电路218提供噪声降低。在该相同的时间间隔期间，变压器204提供反馈绕组210上的电压，其正向偏置二极管D5以提供电流到供应电压电路220。
在图4中，如所示出的，供应电压电路220包括第一能量存储电路302和第二能量存储电路304。第一能量存储电路302包括电阻器R10、二极管D3和第一能量存储元件、电容器C6。第二能量存储电路304包括第二能量存储元件、电容器C9和电阻器R5，并且通过二极管D5被耦合到反馈绕组210。第一能量存储元件C6通过二极管D6而与第二能量存储元件C9并联耦合。在操作中，未经调节的DC电压通过电阻器R10和二极管D3来对电容器C6充电。电容器C6两端的电压耦合到去往功率因数控制器U1功率供应输入端Vcc的功率供应输入Vsupply。当二极管D5被通过反馈绕组210的电流正向偏置时，建立通过电阻器R5的电流，其对电容器C9和C6二者充电。电容器C6和C9这二者因而都向功率因数控制器U1的Vcc输入端提供供应电压。
在从变压器204移除所有能量之后，反馈绕组210上的电压降至零。功率因数控制器U1的零电流检测输入端ZCD上的该负跃迁指令其开始新循环。在若干循环之后，供应电压电路220的供应电压输出达到由电容器C6和C9上的电荷所确定的操作水平，其保持足够高以给功率因数控制器U1供电，包括当基于LED的驱动器电路102由调光器操作时的时间段，甚至在与最低调光器设置相关联的死时间期间。
开路保护电路218包括电阻器R9和R7以及齐纳二极管D7。开路保护电路218通过光学隔离耦合224而耦合到功率因数控制器U1，所述光学隔离耦合224在图4中是光学隔离开关U2。光学隔离开关U2通过电阻器R9和齐纳二极管D7光学耦合到次级绕组208，并且也耦合到功率因数控制器U1的ZCD输入端。当基于LED的驱动器电路102正驱动诸如图1中示出的基于LED的光源106之类的负载时，光学隔离的开关U2处于非导通（断开）状态。当开路发生在负载处时，例如由于处于断开状态中的基于LED的光源106的故障而引起的，输出级214的开路电压是齐纳二极管D7的击穿电压加上光学隔离的开关U2的正向电压。一旦齐纳二极管D7开始导通，光学隔离的开关U2就进入导通状态（闭合）。当光学隔离的开关U2闭合时，功率因数控制器U1的ZCD输入被夹接（clamp）到地，其关断功率因数控制器U1并断开开关Q1 212。开路保护电路218因而禁用去往变压器204的电流供应以提供对抗由于例如负载的断开或误运行而引起的发生在电路中的危险电压的保护。
根据本文所述的实施例的驱动器电路可以被配置用于基于对其各种电路部件的适当选择而以各种输入电压而进行操作。以下的表1标识在配置图4中图示的实施例用于以120V RMs/60Hz AC输入信号（电阻值以欧姆计）进行操作中有用的电路部件的一个示例：
表1
图5和6是根据本文所述的实施例的驱动基于LED的光源的方法500和600的方框流程图。所图示的方框流程图可以被示出和描述为包括特定顺序的步骤。然而，要理解的是，所述步骤的顺序仅仅提供能够如何实现本文所述的一般功能性的示例。所述步骤不必按所呈现的次序执行，除非另外指示。
在图5和6中示出的方法500和600中，接收AC输入信号，步骤501/601。AC输入信号被变换成经调节的DC输出，步骤502/602。在一些实施例中，步骤606，开关被操作以给变压器供能，所述变压器具有初级绕组、至少一个次级绕组和反馈绕组，其中所述初级绕组耦合到整流器电路，并且所述至少一个次级绕组被配置成耦合到基于LED的光源。步骤503/603，使用功率因数控制器电路来控制经调节的DC输出的功率因数。在一些实施例中，这通过控制开关来实现，步骤607。步骤504/604，以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来将供应电压提供到功率因数控制器电路。经调节的DC输出耦合到基于LED的光源，步骤505/605。在一些实施例中，开路保护电路耦合到次级绕组和功率因数控制器电路以当基于LED的光源在断开状态中故障时禁用功率因数控制器电路，步骤608，其可以附加地或可替换地包括将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路，步骤609。在一些实施例中，次级绕组可以电容性耦合到反馈绕组，步骤610。
此处所述的方法和系统不限于特定硬件或软件配置，并且可以在许多计算或处理环境中找到适用性。所述方法和系统可以以硬件或软件或者硬件和软件的组合来实现。所述方法和系统可以以一个或多个计算机程序来实现，其中计算机程序可以被理解为包括一个或多个处理器可执行的指令。（一个或多个）计算机程序可以在一个或多个可编程处理器上执行，并且可以被存储在由处理器（包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件）、一个或多个输入设备和/或一个或多个输出设备可读取的一个或多个存储介质上。所述处理器因而可以访问一个或多个输入设备以获得输入数据，并且可以访问一个或多个输出设备以传送输出数据。输入和/或输出设备可以包括下述设备中的一个或多个：随机存取存储器（RAM）、独立磁盘冗余阵列（RAID）、软盘驱动器、CD、DVD、磁盘、内部硬盘驱动器、外部硬盘驱动器、存储棒、或能够由如此处提供的处理器所访问的其它存储设备，其中此类前述示例不是穷举的，并且是为了说明而非限制。
（一个或多个）计算机程序可以使用一个或多个高级过程性或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信；然而，如果期望，（一个或多个）程序可以以汇编或机器语言来实现。所述语言可以被编译或解译。
如本文所提供的，（一个或多个）处理器因而可以被嵌入在一个或多个设备中，所述一个或多个设备可以独立地操作或在联网环境中一起操作，其中，所述网络可以包括例如局域网（LAN）、广域网（WAN）以及/或者可以包括内联网和/或因特网和/或另一个网络。（一个或多个）网络可以是有线或无线的或者是其组合，并且可以使用一个或多个通信协议来促进不同处理器之间的通信。所述处理器可以被配置成用于分布式处理，并且在一些实施例中可以按需要利用客户端-服务器模型。因此，所述方法和系统可以利用多个处理器和/或处理器设备，并且处理器指令可以被划分在此类单个或多个处理器/设备之中。
与（一个或多个）处理器集成的（一个或多个）设备或者计算机系统可以包括例如（一个或多个）个人计算机、（一个或多个）工作站（例如，Sun、HP）、（一个或多个）个人数字助手（（一个或多个）PDA）、诸如（一个或多个）蜂窝电话或（一个或多个）智能手机之类的（一个或多个）手持设备、（一个或多个）膝上型计算机、（一个或多个）手持计算机或者能够与可以如本文提供的那样操作的（一个或多个）处理器集成的（一个或多个）另外的设备。因此，本文提供的设备不是穷举的，并且被提供用于说明而非限制。
对“微处理器”和“处理器”或者“所述微处理器”和“所述处理器”的引用可以被理解为包括一个或多个微处理器，其可以在（一个或多个）分布式环境和/或独立环境中通信，并且因而可以被配置成经由有线或无线通信而与其它处理器通信，其中此类一个或多个处理器可以被配置成在可以是类似或不同设备的一个或多个处理器控制的设备上操作。此类“微处理器”或“处理器”术语的使用因而还可以被理解为包括中央处理单元、算数逻辑单元，专用集成电路（IC）和/或任务引擎，其中此类示例被提供用于说明而非限制。
此外，除非另外规定，对存储器的引用可以包括一个或多个处理器可读并可访问的存储元件和/或部件，其可以在处理器控制的设备内部、处理器控制的设备外部和/或可以使用各种通信协议经由有线或无线网络被访问，并且除非另外规定，可以被布置成包括外部和内部存储设备的组合，其中此类存储器可以基于应用而相连和/或分隔。因此，对数据库的引用可以被理解为包括一个或多个存储器关联，其中此类引用可以包括商业上可用的数据库产品（例如，SQL、Informix、Oracle）以及专有数据库，并且还可以包括用于关联存储器的其它结构，诸如链接、队列、图、树，其中此类结构被提供用于说明而非限制。
除非另外提供，对网络的引用可以包括一个或多个内联网和/或因特网。根据上文，本文对微处理器指令或微处理器可执行指令的引用可以被理解为包括可编程硬件。
除非另外声明，词语“基本上”的使用可以被解释为包括精确关系、条件、布置、定向和/或其它特性，并且其偏离如本领域普通技术人员所理解的到以下程度：此类偏离实质上不影响公开的方法和系统。
除非另外明确声明，贯穿本公开的全部，用以修饰名词的冠词“一”和/或“一个”和/或“所述”的使用可以被理解为用于方便并且包括一个、或多于一个的所修饰名词。术语“包含”、“包括”和“具有”意图为包含性的并意为可以存在除列出的元件之外的附加元件。
贯穿各图所描述和/或以别的方式描绘成与它物通信、与其关联和/或基于它物的元件、部件、模块和/或其部分可以被理解为以直接和/或间接的方式如此通信、关联、和或基于，除非本文中另外约定。
尽管已经相对于其特定实施例描述了所述方法和系统，它们不被如此限制。明显地，鉴于上述教导，许多修改和变化可以变得显而易见。由本领域技术人员可以做出对本文所描述和图示的部分的细节、材料和布置的许多附加改变。

Claims (20)

1.一种用于基于发光二极管（LED）的光源的驱动器电路，包括：
整流器电路，其被配置成接收AC输入电压并提供未经调节的DC电压；
变压器，其具有耦合到整流器电路的初级绕组、被配置成耦合到基于LED的光源的至少一个次级绕组、以及反馈绕组；
开关，所述开关被配置成闭合用于将未经调节的DC电压的一部分耦合到初级绕组两端，并且所述开关被配置成断开以将能量从初级绕组传递到次级绕组来提供DC输出电压以驱动基于LED的光源；
功率因数控制器电路，其被配置成提供输出信号以控制开关；以及
供应电压电路，其耦合到反馈绕组并被配置成以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来将供应电压提供到功率因数控制器电路，其中所述高端是指在标称高操作电压Vhigh以及标称高操作电压Vhigh和标称低操作电压Vlow的平均值之间的范围。
2.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中所述供应电压电路包括：
第一能量存储电路，其耦合到整流器电路以接收未经调节的DC电压，其中第一能量存储电路包括耦合到功率因数控制器电路以提供供应电压的第一能量存储元件；以及
第二能量存储电路，其耦合到反馈绕组，其中第二能量存储电路包括第二能量存储元件；
其中来自未经调节的DC电压的电流对第一能量存储元件充电，并且其中通过反馈绕组的电流对第二能量存储元件和第一能量存储元件充电。
3.根据权利要求2所述的驱动器电路，其中所述第一能量存储元件包括第一电容器，并且所述第二能量存储元件包括第二电容器。
4.根据权利要求3所述的驱动器电路，其中所述第一电容器和第二电容器并联耦合。
5.根据权利要求1所述的驱动器电路，此外包括：
输出端；以及
开路保护电路，其耦合到次级绕组以及功率因数控制器电路，所述开路保护电路被配置成当开路发生在输出端处时禁用功率因数控制器电路。
6.根据权利要求5所述的驱动器电路，其中所述开路保护电路将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路。
7.根据权利要求5所述的驱动器电路，其中所述开路保护电路包括耦合到功率因数控制器电路以及光学耦合到次级绕组的光学隔离的开关，所述光学隔离的开关被配置成当开路发生在输出端处时闭合。
8.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中所述次级绕组电容性耦合到反馈绕组，电容性耦合以提供电磁干扰（EMI）滤波。
9.一种灯组件，包括：
灯外壳；
被布置在灯外壳内的基于LED的光源；以及
被布置在灯外壳内的驱动器，所述驱动器包括：
整流器电路，其被配置成接收AC输入电压并提供未经调节的DC电压；
变压器，其具有耦合到整流器电路的初级绕组、被配置成耦合到基于LED的光源的至少一个次级绕组、以及反馈绕组；
开关，所述开关被配置成闭合用于将未经调节的DC电压的一部分耦合到初级绕组两端，并且所述开关被配置成断开以将能量从初级绕组传递到次级绕组来提供DC输出电压以驱动基于LED的光源；
功率因数控制器电路，其被配置成提供输出信号以控制所述开关；以及
供应电压电路，其耦合到反馈绕组并被配置成以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来将供应电压提供到功率因数控制器电路，其中所述高端是指在标称高操作电压Vhigh以及标称高操作电压Vhigh和标称低操作电压Vlow的平均值之间的范围。
10.根据权利要求9所述的灯组件，其中所述供应电压电路包括：
第一能量存储电路，其耦合到整流器电路以接收未经调节的DC电压，其中所述第一能量存储电路包括耦合到功率因数控制器电路以提供供应电压的第一能量存储元件；以及
第二能量存储电路，其耦合到反馈绕组，其中所述第二能量存储电路包括第二能量存储元件；
其中来自未经调节的DC电压的电流对第一能量存储元件充电，并且其中通过反馈绕组的电流对第二能量存储元件和第一能量存储元件充电。
11.根据权利要求10所述的灯组件，其中所述第一能量存储元件包括第一电容器，并且第二能量存储元件包括第二电容器。
12.根据权利要求11所述的灯组件，其中所述第一电容器和第二电容器并联耦合。
13.根据权利要求9所述的灯组件，此外包括：
输出端；以及
开路保护电路，其耦合到次级绕组和功率因数控制器电路，所述开路保护电路被配置成当开路发生在输出端处时禁用功率因数控制器电路。
14.根据权利要求13所述的灯组件，其中所述开路保护电路将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路。
15.根据权利要求13所述的灯组件，其中所述开路保护电路包括耦合到功率因数控制器电路并光学耦合到次级绕组的光学隔离的开关，所述光学隔离的开关被配置成当开路发生在输出端处时闭合。
16.根据权利要求9所述的灯组件，其中所述次级绕组电容性耦合到反馈绕组，电容性耦合以提供电磁干扰（EMI）滤波。
17.一种驱动基于LED的光源的方法，包括：
接收AC输入信号；
将AC输入信号变换成经调节的DC输出；
使用功率因数控制器电路来控制经调节的DC输出的功率因数；
以功率因数控制器电路的标称供应电压操作范围的高端来将供应电压提供到功率因数控制器电路，其中所述高端是指在标称高操作电压Vhigh以及标称高操作电压Vhigh和标称低操作电压Vlow的平均值之间的范围；以及
将经调节的DC输出耦合到基于LED的光源。
18.根据权利要求17所述的方法，其中变换包括：
操作开关以给变压器供能，所述变压器具有初级绕组、至少一个次级绕组和反馈绕组，其中所述初级绕组耦合到整流器电路，并且所述至少一个次级绕组被配置成耦合到基于LED的光源；
并且其中控制包括：
控制所述开关；
并且其中所述方法此外包括：
将开路保护电路耦合到次级绕组以及功率因数控制器电路以当基于LED的光源在断开状态中故障时禁用功率因数控制器电路。
19.根据权利要求18所述的方法，其中耦合开路保护电路包括
将次级绕组光学耦合到功率因数控制器电路。
20.根据权利要求19所述的方法，此外包括：
将次级绕组电容性耦合到反馈绕组。
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