CN112910233A - 电流纹波减少的驱动器电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了电流纹波减少的驱动器电路，其中所述驱动器电路(1)包括具有用于将驱动器电路(1)连接到AC电源(4)的输入接触件(3)的输入部分(2)及用于提供输出功率的功率部分(5)，所述功率部分(5)包括电力变压器(TX1)和与电力变压器(TX1)的初级绕组(P1)串联连接的功率开关(Q2)；所述驱动器电路还包括具有电感(L1)和电容(C2)的纹波减少电路(9)，所述纹波减少电路(9)配置成使得，在工作时，根据功率开关(Q2)的转换状态，电感(L1)和电容(C2)可被交替充电和放电。

Description

电流纹波减少的驱动器电路
技术领域
本申请总体上涉及电驱动器电路领域，尤其涉及用于驱动DC(直流)消耗件的驱动器电路。
背景技术
用于提供DC电流例如用于驱动DC功率消耗件如LED光引擎的驱动器电路已知。此外，具有功率因数校正(PFC)电路的LED驱动器电路也已知。已知的驱动器电路通常展现电流纹波，其可导致不合需要的影响，例如使光引擎产生的光的频闪效应或不健康的闪烁加剧。为减少电流纹波，驱动器通常配备电解电容器，这使得驱动器昂贵且体积大。
发明内容
本申请的目标在于提供简单且紧凑的、电流纹波减少的驱动器电路。
根据第一方面，提供一种用于减少驱动器的电流纹波的纹波减少电路。具体地，该纹波减少电路适合具有包括用于将驱动器连接到AC电源的输入部分及用于提供输出功率的功率部分的驱动器电路的驱动器。具体地，驱动器电路的功率部分可包括电力变压器和与电力变压器的初级绕组串联连接的功率开关。纹波减少电路包括电感、电容和两个二极管。纹波减少电路配置成使得在实施在驱动器电路中时，在驱动器工作期间，根据功率开关的转换状态，电感和电容可交替充电和放电。通过交替对电感和电容充电，流过变压器的初级绕组的电流的时间相依性可被修改，使得输出电流的纹波明显减少。
纹波减少电路包括可与驱动器电路的输入部分的第一输出端子连接的第一端子、可与驱动器电路的输入部分的第二输出端子连接的第二端子、可与电力变压器的初级绕组的第一端连接的第三端子、及可与电力变压器的初级绕组的第二端连接的第四端子。通过将纹波减少电路连接在具有单一功率级的驱动器的输入部分与功率部分之间，可实现电流纹波的减少。
纹波减少电路可配置成使得电流仅能按一个方向流过电感。具体地，纹波减少电路可包括限定电流流过电感的方向的一个或多个二极管。因而，可避免因回流电流而降低驱动器效率。
根据第二方面，提供电流纹波减少的驱动器电路。该驱动器电路包括输入部分，其具有用于将驱动器电路连接到提供AC(交流)输入电流的电源尤其是AC供电网的输入接触件。该驱动器电路还包括用于向DC消耗件提供输出功率电流的功率部分。功率部分包括电力变压器和与电力变压器的初级绕组串联连接的功率开关。驱动器电路还包括具有电感和电容的纹波减少电路。纹波减少电路配置成使得，在工作时，根据功率开关的转换状态，电感和电容可被交替充电和放电。
通过交替充电和放电，即在纹波减少电路的感应元件和电容元件中累积能量和释放电能，流过变压器的初级绕组的电流的时间相依性可被修改，使得输出电流的总纹波明显减少。由于LED驱动器的电流纹波与由LED驱动器驱动的LED光引擎的光闪烁之间的通常单调的相依性，由LED光引擎产生的光的闪烁也可减少。新的驱动器电路概念因而有助于满足目前或将来的、为健康照明而减少光闪烁的严格要求。
驱动器电路的功率部分可配置为反激式转换器的功率部分。反激式拓扑结构相当简单且坚实。此外，反激式拓扑结构还提供电源与消耗件之间的流电隔离，从而使驱动器特别安全。
电感和电容可电连接到输入部分和功率部分，及纹波减少电路可配置成使得在功率开关打开时，电感被充电，及在功率开关关闭时，电容被充电。因而，不管功率开关的位置如何，流自输入部分的电流可分别对电感和电容充电。
输入部分可包括二极管桥式整流器，尤其是具有四个二极管的全波二极管整流器。输入部分还可包括输出电容。通过二极管桥整流的AC电流因而可通过输入部分的输出电容平滑和预整形。
驱动器电路可包括功率开关控制器，尤其是配置为集成电路(IC)，用于控制功率开关，使得功率开关电流与AC输入电流尤其是供电网的AC周期同步。
通过使功率开关电流与AC输入电流同步，驱动器电路的功率因数(PF)可增加。因而可提供电流纹波和功率因数校正(PFC)减少的单级驱动器电路。与多功率级驱动器或者具有电流消除器的驱动器相比，本发明驱动器电路的特点在于既效率高又简单。
功率开关控制器可配置成通过控制功率开关的断开和闭合而调整驱动器电路的输出电流水平。通过调整驱动器的输出电流，由驱动器驱动的光引擎的光通量也可得以调整。因而，可实现可变暗的、电流纹波减少的单一PFC电路。
纹波减少电路可包括第一二极管和第二二极管。第一二极管和感应元件可与变压器的初级绕组和功率开关串联连接。第二二极管可与第一二极管和变压器的初级绕组并联连接，使得在功率开关打开时，电感可经第二二极管进行充电，及在功率开关关闭时，电感可被放电，及电容器可经第一二极管进行充电。这样的仅具有四个无源元件即一个电感、一个电容和两个二极管的纹波减少电路可容易地实施在单级PFC电路中，尤其是现有的单级PFC电路中。
驱动器电路还可包括输出部分，其具有用于将驱动器电路连接到DC消耗件如LED光引擎的输出接触件。输出部分可与变压器的次级绕组连接。因而，可基于具有纹波减少电路的驱动器电路提供包括输入部分、功率部分和输出部分的完整驱动器。这样的驱动器简单、紧凑且特点在于纹波电流低。
纹波减少电路的参数尤其是电感和电容的值可选择成使得纹波电流不超过15％。通过达到这样的低纹波电流，无需实施电解电容器，即可满足LED驱动器对光闪烁的严格要求。
根据另一方面，提供一种LED灯具。该LED灯具包括用于产生光的LED光引擎及用于驱动LED光引擎的LED驱动器，其中LED驱动器包括根据第一方面的纹波减少电路。由于驱动器电路的电流纹波减少，该LED灯具的特点在于低光闪烁和频闪效应。
在一些实施例中，驱动器的电流纹波为15％或更少，及LED灯具的SVM(频闪能见度度量)为0.4或更低。因而，光源的新的严格规程，包括光闪烁，均可由该LED灯具满足。
附图说明
在下面的描述中，将提供描述本申请实施方式的细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式可在没有前述细节的情形下实施。
这些实施方式的一些部分具有类似的元件。类似的元件可具有同样的名称或者类似的元件编号。只要适当，一个元件的描述通过引用应用于另一类似元件，从而减少文本的重复，而非限制本发明。
图1示出了没有纹波减少电路的驱动器电路；
图2示出了根据一实施例的具有纹波减少电路的驱动器电路；
图3示出了没有纹波减少电路时功率部分的输入电压及根据图1的驱动器的输出电流的时间相依性；
图4示出了具有纹波减少电路时功率部分的输入电压及根据图2的驱动器电路的输出电流的时间相依性。
具体实施方式
图1示出了没有纹波减少电路的驱动器电路。该驱动器电路1包括具有用于将驱动器电路1连接到AC电源4的输入接触件3的输入部分2、具有电力变压器TX1及与电力变压器TX1的初级绕组P1串联连接的功率开关Q2的功率部分5。驱动器电路1还包括输出部分6，其具有用于将输出部分连接到功率消耗件8的输出接触件7。输出部分6与变压器TX1的次级绕组S1电连接。图1中所示的功率部分5对应于所谓的反激式拓扑结构。在该例子中，驱动器电路为LED驱动器电路，其中AC电源4为供电网，DC功率消耗件8为LED光引擎，如图1中对应的符号所示。
输入部分2包括四个二极管D1、D2、D3和D4，其配置为二极管桥式整流器。输入部分2还包括与二极管桥并联连接的输出电容C3。
驱动器电路1还包括功率开关控制器10，其电连接到功率开关Q2的控制管脚及输入电路2，尤其是电连接到输入接触件3。为简单起见，功率开关控制器10到输入部分2的电连接未在图1中示出。功率开关控制器10可配置成使得功率开关的断开和闭合与AC输入电流同步。通过使功率开关Q2电流与AC输入电流同步，可提高驱动器电路1的功率因数(PF)。功率开关控制器10还可配置成通过控制功率开关Q2在一个AC电流周期内的断开和闭合时刻而调整驱动器电路1的输出电流水平。通过调整驱动器的输出电流，由驱动器驱动的光引擎的光通量也可得以调整或变暗。具有这样的驱动器的LED灯具因而可提供可变暗或不可变暗的光，闪烁水平低及功率因数增加。
图2示出了根据一实施例的具有纹波减少电路的驱动器电路。该驱动器电路1包括具有用于将驱动器电路1连接到AC电源4的输入接触件3的输入部分2、具有电力变压器TX1及与电力变压器TX1的初级绕组P1串联连接的功率开关Q2的功率部分5。驱动器电路1还包括输出部分6，其具有用于将输出部分连接到功率消耗件8的输出接触件7。输出部分6与变压器TX1的次级绕组S1电连接。图1中所示的功率部分5对应于所谓的反激式拓扑结构。在该例子中，驱动器电路为LED驱动器电路，其中AC电源4为供电网，DC功率消耗件8为LED光引擎，如图1中对应的符号所示。
输入部分2包括四个二极管D1、D2、D3和D4，其配置为二极管桥式整流器。输入部分2还包括与二极管桥并联连接的输出电容C3。
与图1相比，图2的驱动器电路包括具有电感L1和电容C2的纹波减少电路9。纹波减少电路9包括第一二极管D5和第二二极管D6。第一二极管D5和感应元件L1与变压器TX1的初级绕组P1及功率开关Q2串联连接。第二二极管D6与第一二极管D5及变压器TX1的初级绕组P1并联连接。纹波减少电路包括与驱动器电路1的输入部分2的第一输出端子连接的第一端子A、与驱动器电路1的输入部分2的第二输出端子连接的第二端子D、与电力变压器TX1的初级绕组P1的第一端连接的第三端子B、及与功率部分连接并连接在电力变压器TX1的初级绕组P1的第二端与功率开关Q2之间的第四端子C。二极管D6的阳极连接在二极管D5的阳极与电感L1之间的点O处。
在工作时，根据功率开关Q2的转换阶段，纹波减少电路9的电感L1和电容C2交替充电和放电。具体地，当功率开关Q2打开时，即当电流流过功率开关Q2时，电感L1由流过二极管D6的电流充电，意味着电能在电感L1中累积。另一方面，当功率开关Q2关闭时，电容C2由流过电感L1和二极管D5的电流充电。
通过交替对电感L1和电容C2进行充电，流过变压器TX1的初级绕组P1的电流的时间相依性可被修改，使得输出电流的纹波明显减少。纹波减少电路的效果也可通过测量功率部分5的输入电压进行测量，具体地，相较于图1中没有纹波减少电路时电容C3处的电压，图2中具有纹波减少电路时电容C2处的电压降低。
图3示出了没有纹波减少电路时功率部分5的输入电压及根据图1的驱动器的输出电流的时间相依性。功率部分5的输入电压即输出电容器C3处的电压在图3的上半部分示出。图3的下半部分示出了流过电流消耗件8的电流I_LED(安培)。在该例子中，电流消耗件8为具有根据图1的LED链的LED光引擎。电容器C3处的峰-峰电压变化约为200V，及输出电流的纹波约为24.8％。
图4示出了具有纹波减少电路时功率部分5的输入电压及根据图2的驱动器电路的输出电流的时间相依性。
功率部分5的输入电压即纹波减少电路9的电容器C2处测得的电压V_C2(伏特)在图4的上半部分示出。图4的下半部分示出了流过电流消耗件8的电流I_LED(安培)，电流消耗件8为具有LED链的LED光引擎。
在电容C2处测得的纹波减少电路电压V_C2展现具有100Hz频率的振荡，与输入电路2的二极管桥式整流器的输出处的振荡频率对应。此外，具有纹波减少电路时功率部分5的输入电压即电容器C2处的峰-峰电压比没有纹波减少电路时功率部分5的输入电压即电容器C3处的峰-峰电压低约13.2V。相较于图1的电容C3处的峰-峰电压，图2的电容C2处的峰-峰电压的降低导致流过消耗件8即LED链的电流I_LED的纹波减少约15.2％。
通过比较图3下部所示的根据图1的驱动器电路的输出电流和图4下部所示的根据图2的驱动器电路的输出电流，可更好地看出纹波减少电路9的纹波减少效果。
如上所述的纹波减少电路9通过添加很少几个、纹波减少电路9的元件而可容易地在现有单一PFC电路中实施，藉此可保留大多数初始单一PFC电路元件。
因而，仅借助于几个另外的无源元件，即可实现简单且可靠的单级PFC驱动器电路，其具有高于0.9的功率因数、高效率且尺寸小。由于电流纹波的减少，由这样的驱动器电路驱动的光源的闪烁或频闪效应可减少，使得可实现0.4或更低的频闪能见度。
此外，上面描述的驱动器电路相较于两级LED驱动器如升压-反激或反激-降压驱动器更简单且更便宜，及包括更少的功率元件。该驱动器电路的特征在于效率高，尤其在与具有电流消除器的驱动器相比时，其中电流消除器用于减少电流纹波并可导致效率降低约3-7％。
上面描述的驱动器电路可实施在可变暗单一PFC电路内及可在整个变暗范围保持低纹波电流，包括电流消除器失败或不能适当地起作用的变暗水平。
此外，上面描述的纹波减少电路可容易地实施在现有PFC驱动器电路内，例如受IC控制的现有PFC驱动器电路，而不影响该电路的PFC的原始性能。
在至少一示例性实施方式已在前面的详细描述中呈现的同时，应意识到，存在大量变型。还应意识到，示例性的实施方式仅为例子，并不用于以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。而是，前面的详细描述将向本领域技术人员提供方便的用于实施示例性实施方式的路线图。
附图标记列表
1 驱动器电路
2 输入部分
3 输入接触件
4 电源
5 功率部分
6 输出部分
7 输出接触件
8 DC功率消耗件
9 纹波减少电路
10 功率开关控制器
C1-C3 电容
D1-D7 二极管
I_LED 电流
L1 电感
P1 初级绕组
R1,R2 电阻器
S1 次级绕组
TX1 电力变压器
V_C2 电压
Q2 功率开关

Claims (14)

1.一种用于减少具有驱动器电路的驱动器的电流纹波的纹波减少电路，所述驱动器电路包括输入部分及具有电力变压器(TX1)和与电力变压器(TX1)的初级绕组(P1)串联连接的功率开关(Q2)的功率部分，其中所述纹波减少电路(9)包括电感(L1)和电容(C2)，及其中所述纹波减少电路(9)配置成使得在实施在所述驱动器电路中时，在驱动器工作期间，根据功率开关(Q2)的转换状态，电感(L1)和电容(C2)可交替充电和放电。
2.根据权利要求1所述的纹波减少电路，其中所述纹波减少电路(9)包括可与驱动器电路(1)的输入部分(2)的第一输出端子连接的第一端子(A)、可与驱动器电路(1)的输入部分(2)的第二输出端子连接的第二端子(D)、可与电力变压器(TX1)的初级绕组(P1)的第一端连接的第三端子(B)、及可与电力变压器(TX1)的初级绕组(P1)的第二端连接的第四端子(C)。
3.根据权利要求1或2所述的纹波减少电路，其中所述纹波减少电路(9)配置成使得电流仅能按一个方向流过电感(L1)。
4.一种电流纹波减少的驱动器电路，所述驱动器电路(1)包括具有用于将驱动器电路(1)连接到AC电源(4)的输入接触件(3)的输入部分(2)及用于提供输出功率的功率部分(5)，所述功率部分(5)包括电力变压器(TX1)和与电力变压器(TX1)的初级绕组(P1)串联连接的功率开关(Q2)；所述驱动器电路还包括具有电感(L1)和电容(C2)的纹波减少电路(9)，所述纹波减少电路(9)配置成使得，在工作时，根据功率开关(Q2)的转换状态，电感(L1)和电容(C2)可被交替充电和放电。
5.根据权利要求4所述的驱动器电路，其中所述驱动器电路(1)的功率部分(5)配置为反激式转换器的功率部分。
6.根据权利要求4或5所述的驱动器电路，其中电感(L1)和电容(C2)电连接到输入部分(2)和功率部分(3)，及其中所述纹波减少电路(9)配置成使得在功率开关(Q2)打开时，电感(L1)被充电，及在功率开关(Q2)关闭时，电容(C2)被充电。
7.根据权利要求4-6任一所述的驱动器电路，其中所述驱动器电路(1)包括功率开关控制器(10)，用于控制功率开关(Q2)，使得功率开关电流与AC输入电流同步。
8.根据权利要求7所述的驱动器电路，其中所述功率开关控制器(10)配置成通过控制功率开关(Q2)的断开和闭合而调整驱动器电路(1)的输出电流水平。
9.根据权利要求4-8任一所述的驱动器电路，其中所述纹波减少电路(9)包括第一二极管(D5)和第二二极管(D6)，其中第一二极管(D5)和感应元件(L1)与所述变压器(TX1)的初级绕组(P1)和功率开关(Q2)串联连接，其中第二二极管(D6)与第一二极管(D5)和所述变压器(TX1)的初级绕组(P1)并联连接，使得在功率开关(Q2)打开时，电感(L1)经第二二极管(D6)进行充电，及在功率开关(Q2)关闭时，电感(L1)被放电及电容(C2)经第一二极管(D5)进行充电。
10.根据权利要求4-9任一所述的驱动器电路，其中所述驱动器电路还包括输出部分(6)，其具有用于将驱动器电路连接到DC消耗件(5)的输出接触件(7)，输出部分(6)与变压器(TX1)的次级绕组(S1)连接。
11.根据权利要求4-10任一所述的驱动器电路，其中所述输入部分包括二极管桥式整流器和输出电容(C3)。
12.根据权利要求11所述的驱动器电路，其中所述纹波减少电路(9)的参数选择成使得具有纹波减少电路(9)时功率部分(5)的输入电压即电容(C2)处的峰-峰电压比没有纹波减少电路(9)时功率部分(5)的输入电压即输出电容(C3)处的峰-峰电压低。
13.根据权利要求4-12任一所述的驱动器电路，其中所述纹波减少电路(9)的参数根据电流纹波要求进行选择。
14.一种LED灯具，包括用于产生光的LED光引擎及用于驱动LED光引擎的LED驱动器，其中所述LED驱动器包括根据权利要求1-3任一所述的纹波减少电路(9)或者根据权利要求4-13任一所述的驱动器电路(1)。
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