CN201898641U - 自适应电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型描述了一种用于从整流的较高电压AC电源(3)驱动较低电压DC负载(2)的自适应电路(1，1′)，所述自适应电路(1，1′)包括：电荷存储电路(21，21′)，该电荷存储电路(21，21′)包括基本上串联连接的第一电容器(C1)和第二电容器(C2)，其中第二电容器(C2)至少与负载(2)并联连接；以及被实现为受控电流源(22，22′)的有源开关(22，22′)，其用于控制通过负载(2)的负载电流(I_load)，使得在闭合开关状态下，负载电流(I_load)基本上从电荷存储电路(21，21′)的第一电容器(C1)汲取，并且在断开开关状态期间，负载电流(I_load)基本上从第二电容器(C2)汲取。本实用新型还描述了一种LED改进灯(4)，该灯包括：连接装置(40)，其用于将灯(4)连接到较高电压市电电源信号(U_PS)；LED设备(2)，其额定用于较低电压电源；以及这种自适应电路(1，1′)，其用于将较高电压市电电源信号(U_PS)调适到低电压信号(U_C2)以便驱动较低电压LED设备(2)。

Description

自适应电路

技术领域

本实用新型描述了一种用于从较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的自适应电路。本实用新型还描述了一种LED改进灯和一种从较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的方法。

背景技术

LED(发光二极管)技术的进步已经导致具有令人满意的高光输出的LED的开发，使得其成为白炽灯或荧光灯的令人感兴趣的可替换方案。LED照明设备可以容易地被设计成超过100lm/W的效能。此外，LED比常规灯更高效、更可靠并且具有更长的寿命。因此，使用LED替换常规灯有助于降低能耗和来自发电厂的排放。包含串联连接的LED结(以形成具有高正向电压的LED串)的封装或芯片适合于低成本普通照明应用，并且用于直接运行于AC市电电源的LED设备——称为ACLED或者市电兼容LED(MCLED)——在目前是可用的。然而，存在与直接市电驱动有关的一些缺陷。首先，与平均值相比，提供给ACLED的电流波形具有高的峰值。因此，由于“下垂(droop)”的原因，ACLED以降低的效率而被驱动。其次，仅当瞬时市电电压高于ACLED封装的LED串的正向电压时，电流流经ACLED封装才是可能的。因此，在相对“长”的时段期间，没有光发射。这被感知为令人厌烦的“闪烁”，从而这样的灯对于诸如室内照明之类的应用是不可接受的。

使用整流器和电容器可以解决闪烁问题，但是仍然需要高电压LED串，因为LED的工作电压必须与得到的整流的市电电压匹配。通常，LED芯片包括串联连接的一个或多个LED结，使得正向电压之和与电源电压匹配。显然，串联连接以充当LED负载的给定尺寸的结越多，则LED负载的功耗越高。如技术人员所已知的，为了获得具有高正向电压和低功耗的LED负载，将需要小的结尺寸。然而，非常小的结制造起来是昂贵的，并且由于较小的有源区的原因，这种设备可获得的总 体效率是令人不满意的。因此，不能经济地实现且操作工作于230V市电电源的低功率LED封装。为了操作更经济的可用设备，例如额定110V市电的设备，诸如变压器或电容性电源之类的附加电路系统必须用来将高输入电压转换成必要的低输出电压。这样的电路是有损耗的、昂贵的、庞大的且笨重的，并且与小于0.5的不可接受低功率因数相关联。

然而，0.5是用于LED灯的一些能量标签所规定的最小功率因数。但是即使没有这个要求，也希望实现高的功率因数，同时最小化实现这样的高功率因数所需的损耗和成本。希望较高功率因数的一个原因在于，在固定实际功耗和低功率因数下，负载的输入电流(以及因而还有一些部件的电流应力)典型地为高。为了实现至少希望的最小功率因数，已知的电路需要部件的非常精确的匹配。然而，即使对于相同的LED封装，由于不可避免的部件公差以及电压(电压元(bin))的变化的原因，使得这非常困难。因此，使用已知的方法，设计使用不同的LED电压元大量制造的具有可接受功率因数的灯实际上是不可行的。在一种可替换的方法中，JP5709736描述了电容性分裂电路的使用，其具有两个或更多开关以便获得降压。然而，在所描述的电路中，至少其中一个开关在市电电压瞬变期间易遭受极端电压应力，使得除非向开关提供附加的过电压保护，否则开关可能最终失效。此外，至少两个开关是必要的，并且这些开关必须与输入信号精确同步。

因此，本实用新型的目的是提供避免上面提到的问题的改进的自适应电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过提供一种自适应电路、一种低功率LED改进灯以及通过提供一种从整流的较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的方法来实现的。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于从整流的较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的自适应电路，它可以包括：-电荷存储电路，该电荷存储电路包括基本上串联连接的第一电容器和第二电容器，其中第二电容器基本上与负载并联连接；以及-被实现为受控电流源的有源开关，其用于控制通过负载的负载电流，使得在闭合开关状态下，负载电流至少从电荷存储电路的第一电容器汲取，并且在断开开关状态期 间，负载电流基本上从第二电容器汲取。

根据本实用新型的一个可选实施例，该自适应电路包括单个有源开关。

根据本实用新型的一个可选实施例，该自适应电路基本上连续地从第二电容器驱动负载，并且其中周期性地激励有源开关以便利用由第一电容器提供的电流增大负载电流。

根据本实用新型的一个可选实施例，有源开关包括晶体管和电压源。

根据本实用新型的一个可选实施例，有源开关包括开关控制器，其被实现为在特定输入电压下和/或在特定时刻闭合有源开关。

根据本实用新型的一个可选实施例，该自适应电路包括用于对AC电源信号进行整流的二极管桥整流器。

根据本实用新型的一个可选实施例，该自适应电路被实现为将来自230V市电电源的输入电压调适到范围50-160V内的输出电压。

根据本实用新型的一个可选实施例，该自适应电路被实现为将来自230V市电电源的输入电压调适到范围80-140V内的输出电压。

根据本实用新型的一个可选实施例，该自适应电路被实现为将来自230V市电电源的输入电压调适到90-130V内的输出电压。

根据本实用新型的另一方面，提供一种LED改进灯，包括：-连接装置，其用于将灯连接到较高电压市电电源信号；-LED设备，其额定用于较低电压电源；以及上述自适应电路，其用于将较高电压市电电源信号调适到较低电压信号以便驱动较低电压LED设备。

根据本实用新型的一个可选实施例，低功率LED设备包括2W LED设备并且自适应电路被实现为从230V市电电源驱动LED设备。

依照本实用新型，用于从整流的较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的自适应电路包括：电荷存储电路，该电荷存储电路包括基本上串联连接的第一电容器和第二电容器，其中第二电容器基本上与负载并联连接；以及被实现为受控电流源的有源开关，其用于控制负载电流，使得在闭合开关状态下，负载电流至少从电荷存储电路的第一电容器汲取，并且在断开开关状态期间，负载电流基本上从第二电容器汲取。

在这里以及在下文中，术语“较高电压”应当被理解为指称具有基 本上正弦形状的任何AC电压，例如任何家庭可用的市电电压，例如欧洲的230V，美国的110V等等。在下文中，为了简单起见但是绝没有限制本实用新型地，AC电源可以简单地称为“市电电源”或者“市电”。术语“较低电压”应当被理解为设备的远低于所述(相对)较高电压AC电源的额定电压。例如，对于“较高电压”230V市电电源电压而言，“较低电压”设备可以是事实上被设计成运行于110V市电电源的设备。另一方面，对于“较高电压”110V市电电源而言，“较低电压”负载可以是60V设备。

依照本实用新型的自适应电路的明显优点在于，它允许从较高电压AC电源高效地操作较低电压LED设备(在下文中也称为“低功率设备”)(例如，从230V市电操作100V设备)，同时与解决该问题的现有技术电路相比，为非常鲁棒的电路。在这里，术语“较低电压负载”应当被理解为需要DC电源电压的负载，其具有低得多的额定电压，典型地大约为AC电源电压的仅仅一半。

由于有源开关被实现为受控电流源，因而与常规“硬”开关相比，可以有利地限制第一和第二电容器之间出现的均衡电流。通过这种方式，所述开关不遭受由于开关时的电压和电流浪涌而引起的潜在地有损害的应力。再者，由于只有相对较低的电流流经开关，因而这可以利用相对较小的面积和以相应地较低的成本来实现。此外，由于其中将电流提供给负载的受控方式的原因，用于第二电容器的相对较低的值就足以获得负载电压波形上的低纹波。

与典型地和低功率因数关联的现有电容性电源电路形成对照的是，依照本实用新型的自适应电路可以实现至少0.6的非常有利的功率因数。

依照本实用新型的LED改进灯包括用于将灯连接到较高电压市电电源信号的连接装置、额定用于较低电压电源的LED设备以及这种用于调适较高电压市电电源信号的电压以便驱动较低电压LED设备的自适应电路。

这样的改进灯可以有利地用来替换出于环境的原因而逐渐淘汰的现有白炽灯并且可以以诸如欧洲230V市电电源之类的高市电电压驱动。通过包括依照本实用新型的自适应电路，低瓦特白炽灯(例如5W-25W灯)可以更经济地由低瓦特、低正向电压LED封装(例如额定用于110V市电的封装)替换，而不是必须使用额定用于230V市电电压的具有较高正向电压(以及典型地也具有较高功耗)的LED封装。

依照本实用新型，从整流的较高电压AC电源驱动较低电压DC负载的方法包括步骤：将电荷存储到电荷存储电路中，所述电荷存储电路包括基本上串联连接的第一电容器和第二电容器，其中第二电容器基本上与负载并联连接；以及激励有源开关，该有源开关被实现为受控电流源以便控制通过负载的负载电流，使得在闭合开关状态下，负载电流至少从电荷存储电路的第一电容器汲取，并且在断开开关状态期间，负载电流基本上从第二电容器汲取。

下面的描述公开了本实用新型的特别有利的实施例和特征。这些实施例的特征可以适当地加以组合。

依照本实用新型的自适应电路可以与任何适当的电源一起使用。然而，由于可以在住宅或家居环境下找到有关这种电源适应的许多应用，因而下文中对于整流的AC电源的任何引用都应当被理解为全波整流的AC市电电源信号，但这绝没有限制本实用新型。

所述有源开关可以使用任何适当类型的开关电路系统来实现，并且可以依照任何希望的预定义条件来开关。在本实用新型的一个特别优选的实施例中，自适应电路仅包括单个有源开关。该单个开关足以实现电荷存储电路的充电和放电状态之间的切换并且向负载提供令人满意的稳定输出电压。当有源开关“断开”时，只有最小的电流(例如泄漏电流或者驱动开关的控制输入端所需的辅助电源电流)在这种状态下流经开关。当有源开关“闭合”时，高达预定义的最大值的电流可以流经该开关。

所述电荷存储电路优选地实现为“电容性裂口(capacitive split)”，即该电荷存储电路优选地包括两个串联连接的电容器，并且负载跨这些电容器之一而连接。自适应电路(以及因而同样地电荷存储电路)的输入电压施加在第一输入电压节点与下文中也称为“地节点”的第二输入电压节点之间。负载和第二电容器并联连接在中间节点与地节点之间。由于这种类型的电路实际上“分裂”或划分输入电压并且在负载两端仅提供一小部分输入电压，因而它充当分压器或“分裂器”。

在依照本实用新型的主动控制的自适应电路中，优选地基本上连续地从第二电容器驱动负载，同时周期性地激励有源开关以便利用由第一电容器放电时提供的电流增大负载电流。自适应电路的包括与负载并联连接的第二电容器的部分因而可以被认为是一种类型的用于稳定负载电压的“缓冲器”，而自适应电路的包括第一电容器和有源开关的部分可以被认为是可以用来对第二电容器充电的附加电流源。

基本上跨第一电容器连接的有源开关优选地被实现为在电荷存储电路充电状态期间，即当第一和第二电容器充电时(当跨自适应电路输入端的瞬时电压高得足以对所述两个电容器的串联连接充电时)，将负载与第一电容器(以及因而也与输入电源)去耦，并且在电荷存储电路的放电状态期间(当跨自适应电路输入端的电压降低时)向负载提供来自第二电容器的电流。通过这种方式，有源开关可以控制或限制流经负载的电流，并且可以确保向负载供应足够的电流，而不管电容性分裂电路的充电状态如何。

有源开关可以通过使用任何适当的电子部件来实现。在本实用新型的一个优选的实施例中，有源开关包括晶体管，例如双极结晶体管(BJT)、场效应晶体管(例如MOSFET)、达林顿对(Darlington pair)等等，其与中间节点和晶体管的控制输入端(例如基极或栅极)之间连接的电压源结合。优选地，在晶体管负载电流和负载驱动信号共享的路径上包含电阻器。实际上，控制输入电压减去跨晶体管的电压降(基极-发射极电压或者栅极-源极电压)决定了该电阻器两端的最大可能的电压降以及因而还有通过有源开关的最大可能的电流。电压源可以是能够提供基本上恒定的电压而不管流经它的电流如何的任何适当的部件或电路。各种不同的可能性对于技术人员是已知的。例如，电压源可以包括齐纳二极管(Zener diode)。在其中开关的闭合依赖于电压(基极或栅极电压)的这样的实现中，有源开关表现为从属的或受控的电流源。

有源开关依照晶体管的基极或栅极处的电压而断开或闭合。通过控制该电压，也可以控制晶体管断开或闭合的时刻。因此，在本实用新型的一个特别优选的实施例中，有源开关也包括开关控制器，其被实现为在特定输入电压范围内闭合有源开关。在这样的实现中，例如，开关控制器可以包括其基极或栅极电压由具有适当的膝电压的齐纳二极管控制的晶体管，所述齐纳二极管连接在栅极与跨输入电压节点连接的分压器的输出端之间。无论何时输入电压上升到一定电压之上，齐纳二极管 击穿，开关控制器晶体管导通，因而降低有源开关的控制输入端处的电压，并且有源开关断开，即几乎不允许任何电流从第一电容器流到LED与第二电容器的并联连接。

在本实用新型的另一优选的实施例中，开关控制器可以被实现为在特定时间闭合有源开关。在这样的实现中，开关控制器可以包括被编程为依照预定义的开关方案提供适当的开关激励信号的微控制器。于是，可以准确地“调谐”包括这样的开关控制器的灯，使得它的有源开关仅在相对于输入电压形状的特定预定义时刻断开或闭合。典型地，在这样的定时实施例中的开关方案将与AC输入电压同步。组合的电压控制和时间控制的开关也是可能的。举例而言，有源开关可以在市电电压下降到特定第一阈值之下的一定时间闭合，并且市电电压一上升到(可能不同的)第二阈值之上时就断开。用于有源开关的控制电路系统优选地适于AC输入信号的电压和频率，即不同的阈值和不同的定时可以用于具有不同特性的系统，所述特性例如50Hz或60Hz的市电频率；100V或230V的市电电源电压，等等。

如上所示，自适应电路使用较高电压的整流的AC信号产生用于驱动负载的较低电压输出。因此，自适应电路可以结合任何适当的整流电路系统使用，可以利用适当的连接装置来实现，并且可以从任何适当的AC信号驱动。因此，在本实用新型的一个特别优选的实施例中，自适应电路包括这样的整流装置，其可以例如包括用于对例如来自AC市电电源的AC信号进行全波整流的二极管桥整流器。为了改善该电路响应瞬态量的行为，自适应电路还可以包括用于阻尼电压或电流浪涌的涌流电阻器(inrush resistor)。

自适应电路的部件优选地被选择成使得自适应电路特别适用于将来自230V市电电源的输入电压调适到具有80V-140V范围的输出电压。

当被实现用于利用诸如欧洲市电电源之类的市电电源操作时，依照本实用新型的LED改进灯的低功率LED设备优选地包括2W LED设备并且自适应电路被实现为通过如上所示的部件的适当选择从230V市电电源驱动LED设备。当然，任何其他适当的LED封装都可以用在本实用新型的LED改进灯中，并且这里提到的实施例应当被理解为示例性的。

有源开关可以在任何时间断开或闭合。然而，由于电容器的充电和 放电行为直接与市电电压形状有关，因而第一输入电压节点和中间节点处的电压形状也与市电电压形状关联。因此，可以通过在适当的时刻闭合或断开开关来最佳地驱动负载。因此，在依照本实用新型的方法的一个优选实施例中，与AC市电电源的电压同步地激励有源开关，即在与沿着输入电压形状的特定“点”对应的时刻断开或闭合开关。

断开或闭合有源开关的实际时刻可以以多种方式影响所述电路。只要开关断开，那么输入电流只能在电容器充电的同时从市电汲取。在依照本实用新型的方法中，通过在特定阶段闭合开关，即通过影响电荷存储电路的行为，可以为输入电流流量提供附加的“路径”。因此，在依照本实用新型的方法的另一优选实施例中，有源开关的激励时刻依照自适应电路的希望的表观电抗(即从输入终端“看到”的电抗)来选择。通过在输入电压形状的特定“片段(section)”期间将有源开关切换成闭合，从市电电源的角度来看，可以看到负载表现为电容性负载或者电感性负载。通过这种方式，可以将灯“调谐”成充当电容性或电感性负载。对于具有许多这样的改进LED灯的照明应用而言，特定的比例可以实现为充当电感性负载，并且另一比例可以实现为充当电容性负载。通过这种方式，负载的总电抗既不是过分电容性的，也不是过分电感性的。控制相对于电荷存储电路的充电峰值的电流流量的另一优点在于，可以影响输入电流波形的谐波。通常，希望减少从市电汲取的电流中较高次谐波的数量，因为较高次谐波减损电路的总功率因数。使用有利地选择的开关方案，可以将输入电流调节成具有显著的基波以及仅仅少量的较高次谐波。自适应电路也可以被实现为遵照照明应用的另外的规定要求。对于一些国家而言，不仅规定了功率因数和谐波，而且规定了从市电流入负载的输入电流的起始点、峰值点和终止点。当规定了这些参数时，对于较高次谐波的要求通常不那么严格。自适应电路可以被实现为例如通过更多地利用有源开关随着时间的连续可控性而提供所需的输入电流波形以便满足这样的要求。在迄今所描述的大多数实例中，第一电容器通过有源开关的放电是在输入电压低于该电容器中存储的电压时被执行的。在这些情况下，放电电流在自适应电路的输入电源终端上不可察觉。当在其中输入电压的瞬时值低于电容器中存储的电压的时间段期间激活(即闭合开关)时，开关电流的一部分直接从输入终端汲取。因此，在这些时段期间，可以对主动控制的输入电流编程。在一个 简单的实例中，具有优化的效率和谐波含量的预定义电流波形可以事先确定并且存储在自适应电路的存储器中。然后，在与输入频率同步之后，依照预先确定的波形控制有源开关的电流以便产生希望的输入电流。为此目的，自适应电路可以包括非易失性存储器和波形回放单元。优选地，自适应电路包括能够运行适当的程序或算法的微控制器。

在本实用新型的一个优选实施例中，输送给负载的总功率量由提供给有源开关的控制信号确定。通过相对于输入侧信号的开关的适当定时，输送给负载的电流以及因而还有功率，可以根据需要进行控制。

在本实用新型的另一优选实施例中，由于希望允许电容器在允许其再次放电之前完全充电，因而有源开关从断开切换到闭合以便启动电荷存储电路的放电状态。换言之，所述开关仅在输入电压达到峰值之后闭合，因为在该时间之后，跨所述电容器的电荷已经达到其最大值并且不再进一步增大。

当使用晶体管实现有源开关时，每当基极或栅极电压超过一定水平时，该开关就会闭合，即导通，并且该开关利用可以通过使用适当的齐纳二极管而产生的离散驱动信号来有效地控制。然而，所述有源开关可以通过使用上面描述的分立齐纳电压源的替换方案来实现。因此，在本实用新型的另一优选实施例中，有源开关由连续驱动信号激励。例如，利用用于测量电源电压的晶体管与有源开关控制输入端之间的适当电路系统，有源开关电流可以缓慢地减小和增大，使得有源开关在至少部分时间内接收连续驱动信号。在另一实施例中，微控制器可以产生这样的连续驱动信号(例如，使用基于定时器的脉宽调制发生器和低通滤波器，或者使用数模转换器)并且可以被实现为不仅控制有源开关断开或闭合，而且主动地控制任何时间点的允许的电流量。

附图说明

图1示出了现有技术自适应电路；

图2示出了依照本实用新型第一实施例的自适应电路的电路图；

图3说明了图2的电路的工作原理；

图4示出了依照本实用新型第二实施例的自适应电路的电路图；

图5示出了图4的自适应电路的电流和电压的曲线图；

图6示出了图4的自适应电路的电流和电压的另一组曲线图；

图7示出了依照本实用新型实施例的改进LED灯的示意性透视图。

在附图中，相同的附图标记始终表示相同的对象。附图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了JP5709736中所描述类型的现有技术自适应电路10，其用于降低跨输入终端170、171施加的输入电压，以便获得用于跨输出终端180、181连接的负载的较低电压。这种类型的电路适用于小型设备应用，例如手持设备，其中变压器将由于其尺寸和重量的原因而不适用。输入电压可以是DC电压或者整流的AC电压。第一开关11、第一电容器13、二极管16和第二电容器14串联连接。第二二极管15与第一二极管16和第二电容器并联连接。第二开关12跨第一电容器13和第一二极管16连接。为了降低输入电压，交替地开关第一和第二开关11、12。当第一开关11闭合(并且第二开关12断开)时，串联连接的电容器13、14充电，并且负载由第一二极管16与第二电容器14之间累积的电压驱动。然后，第二开关12闭合并且第一开关11断开。这时，电容器13、14放电，从而负载由这两个电容器13、14驱动。在该现有技术电路中，电容器13、14的值应当相等，以便获得为输入电压一半的输出电压。通过扩展该降压电路以包括N个串联的电容器，可以获得1/N分压。

然而，这种类型的电路10具有若干缺点。例如，如果该电路以市电驱动，那么两个开关必须以特定的时间关系与市电电压信号精确同步。需要最少两个开关，以便能够使用全波市电输入。再者，由于在闭合开关12时刻所述两个电容器之间的电流流量可以达到大的值，因而这些部件必须额定用于这样的高峰值应力，从而使得它们与不需要经受这样的峰值电流的部件相比必然更大且更昂贵。此外，当开关11断开时，输入终端170、171上存在的任何电压瞬变值(例如起源于这些输入终端所连接的市电电压上的电涌)不受限制或箝位，并且将导致开关11两端的电压应力。在开关11的闭合状态下，电涌将引起高电流通过开关11。简而言之，当由被电涌失真的实际市电电压操作时，开关11暴露于高应力下。此外，只有固定的1/N分压比是可能的，从而应用受到限制。

图2示出了依照本实用新型第一实施例的用来从较高电压输入驱动较低电压负载2的自适应电路1。在该实例中，所述较高电压输入通过使用二极管桥整流器20对230V AC市电电源3进行全波整流而得到。电阻器R1可以位于整流器20之前。要由自适应电路1驱动的负载包括2W 110V LED封装2。自适应电路1包括电荷存储电路21，其由串联连接的第一电容器C1和第二电容器C2组成，两个二极管D1、D2处于可以称为“修改的谷填充电路”的装置21中。自适应电路1还包括充当受控电流源22的有源开关22，其通过使用电压源V2、晶体管Q1和限流电阻器R2、R3来构造。示图中给出了电路部件的实例值。

可以在有源开关22与第二电容器C2之间的路径上插入附加的可选电阻性电路元件24，以便限制电流在任何一个时间流经该路径。这种电阻性电路元件24的有效值可能依赖于电流流经它的方向。为此目的，该电阻性电路元件24可以通过电阻器和/或二极管的适当布置来实现。

图3说明了该电路1的三态工作原理。二极管桥20提供基本上包括一系列正的正弦半波的全波整流的信号。在示图的上部，在“充电状态”S-I下，开关22断开，同时电容器C1、C2从上升输入电压信号充电。由于开关22是断开的，因而电路的该部分可以忽略，如点线所示。在这个时间期间，负载2在第二电容器C2正在充电的同时仅由该第二电容器C2供电。在图3中，为了清楚起见，每种状态下只有相关的部件由其附图标记表示。

一旦电容器C1、C2已经充电，没有电流从市电3汲取。因此，在随后的“过渡状态”S-II下，电路的电源侧可以忽略，如示图的第二部分中的点线所示。所述开关仍然是断开的，因而这也可以忽略，如点线所示。负载2再次仅由第二电容器C2驱动。

随着输入电压更进一步下降，两个电容器C1、C2可以再次放电，如示图的下部中的第三状态S-III所示。开关22闭合，使得电流流经晶体管Q1。在该“放电状态”或“平衡状态”S-III下，主要通过对第一电容器C1放电来向负载2提供电流。在该状态下，负载2也可以从第二电容器C2汲取电流，如图所示。同样地，第二电容器C2可以通过从有源开关22转移的电流再次充电。通过这些电路元件的实际电流分布将大体上依赖于各个不同的节点处任何一个时刻的电压。由于输入电压在下降，因而电容器C1、C2不从电路的电源侧汲取电流，从而这可 以忽略，如点线所示。

在这三种状态S-I、S-II、S-III期间施加给负载2的电压不可能超过节点N1处的电压，其实际上受限于半输入峰值电压的最大值，从而确保可以安全地驱动较低电压负载2。第二电容器C2两端可以累积的最高电压由针对第一和第二电容器的部件选择以及这些部件是否匹配支配。

图4示出了依照另一实施例的自适应电路1′的实现。同样地，自适应电路1′包括对来自市电电源3的市电输入电压进行全波整流的二极管桥整流器20。电荷存储电路21′包括一对串联连接的电容器C1、C2以及两个二极管D1、D2。负载2连接到第二电容器C2的两端。在该实现中，有源开关22′包括达林顿对Q1、Q2，其基极信号通过电阻器R2释放，基极电压由第一齐纳二极管Z1限制。第一齐纳二极管Z1两端的电压反过来由开关控制器220支配，该开关控制器包括分压器R4、R5、第二齐纳二极管Z2以及晶体管Q3。在图4中，部件R4、R5、Z2、R6、Q3、Z1结合电阻器R2描绘了图2和图3中所描述的电压源V2的一个可能的实施例。去耦二极管D3被包括以允许由开关控制器220精确地测量输入电压。

尽管开关22′和开关控制器220在该示图中被示为整个电路的单独的部分，但是技术人员应当清楚的是，开关22和开关控制器220联合操作并且因而可以被认为是单个“实体”或单个有源开关。

同样地，图中示出了部件值。第一和第二齐纳二极管Z1、Z2可以具有10V齐纳电压，晶体管Q1、Q2优选地额定用于大于半峰值输入电压的电压，而晶体管Q3可以是低电压晶体管类型，例如BC337。在该实施例中，无论何时分压器R4、R5的输出端的电压达到第二齐纳二极管Z2的齐纳电压，那么晶体管Q3导通，反过来使通过电阻器R2输送的电流转移，从而关断进入达林顿对Q1、Q2的基极电流，使得有源开关22′实际上是断开的。在输入电压的瞬时值太低而不能激活Q3的情况下，晶体管对Q1、Q2通过R2接收基极电流，并且依照齐纳二极管Z1预先设定的值、发射极电阻R3和达林顿对Q1、Q2的有效基极-发射极电压允许电流流动。在这里所给的实例中，所允许的电流将近似为齐纳二极管电压和达林顿对的基极-发射极电压之差除以发射极电阻R3。使用示出的部件，这给出大约(10V-1.4V)/300Ω＝28.6mA的电流。

对于该自适应电路1′，使用所示的部件，输入功率为2.72W，而LED功率为2.12W，因而电路的效率等于78％。该自适应电路1′的功率因数测得为0.61，其有利地超过最小值0.5。分析LED负载2发射的光中的光学闪烁的量，并且确定闪烁指数0.14。由于该电路的大部分光学闪烁处于200Hz下，因而其实际上不能被人眼感知，使得自适应电路1′特别适合用在改进灯应用中。示出了可选的电容性镇流器C_B，其可以用来提供AC输入电压与LED负载电压之间的进一步匹配，并且甚至对于未与大约半AC输入电压匹配的LED负载电压也维持较高的效率。这反过来可以甚至更多地改善效率，同时保持所述有利地较高的功率因数几乎不变，从而可以以0.6的功率因数实现87％的效率。所述电路可以依照要求来修改。例如，代替使用双极达林顿晶体管或者达林顿配置的晶体管对Q1、Q2的是，可以改为使用FET。

图5示出了通过图4电路的特定元件的电流的一系列曲线图。只要电荷存储电路21′的电容器C1、C2在充电，那么就从AC源3汲取电源电流I_ps。通过负载2的负载电流I_load被示为在大约20mA与34mA之间波动。通过电容器C1的第一电容器电流I_C1在充电期间迅速增大到峰值，并且然后当电容器C1完全充电时再次下降到零。只要开关保持断开，那么没有电流流经完全充电的第一电容器C1。接着，当有源开关22′闭合时，在第一电容器电流I_C1中存在负放电电流，其水平由有源开关控制。当开关断开时，第一电容器电流I_C1降回到零。通过达林顿对Q1、Q2的开关电流I_sw在0A(有源开关断开，对应于图3中的状态S-I和S-II)与-44mA(有源开关闭合且导通，对应于图3中的状态S-III)之间来回切换。

从第二电容器C2汲取的第二电容器电流I_C2为输入电流充电峰值、LED负载驱动电流以及通过有源开关输送的电流的合成。在该实施例中，从第一电容器C1通过有源开关22′输送的电流高于LED负载2的实际电流消耗，因此该电流的一部分作为充电电流流入第二电容器C2。第二电容器电流I_C2在电荷存储电路21′的充电状态期间达到大约40mA的最大值，而第一电容器C1中的峰值充电电流近似为70mA。这些电流的差值为提供给LED负载2的电流I_load。由于负载2基本上与第二电容器C2并联地放置，因而负载2被连续驱动。

在示图的底部，分别示出了第一和第二电容器C1、C2的电压U_C1、 U_C2。第一电容器电压U_C1可以达到峰值输入电压的大约一半，而第二电容器C2两端的电压U_C2(以及因而同样地负载2两端的电压)围绕120V振荡。当然，该电压水平依赖于较低电压LED负载2的正向电压。

图6示出了市电电压U_PS、市电电流I_PS、第一电容器电压U_C1和负载电压U_C2的另一组曲线图。该曲线图更清楚地示出了市电电压U_PS与负载电压U_C2之间的关系，并且负载电压振荡，因为在充电时负载2由第二电容器C2供电，接着负载2从充电的第二电容器C2汲取(同时有源开关断开)，并且然后负载由两个电容器C1、C2供电(同时有源开关22′闭合)。更重要的是，图6示出了有源开关的激励并不在自适应电路的市电输入侧引起伪差(artefact)。有源开关在一定的时段内闭合，在该时段中，市电电压如此低，以致几乎不存在任何可能的从市电进入自适应电路的电流流量。因此，在开关闭合的时刻，在市电侧仅出现非常小的电流尖峰60。经过适当的调节，甚至可以抑制这个小的尖峰60。例如，可以缩短有源开关的激活时段以抑制尖峰60。同样地，可以将有源开关的激活时段移向更早的时刻，这也会导致小的尖峰60被抑制。

在一个可替换的实施例中，如上面已经表示的，可以将有源开关的激活时段延长或者移向市电时段的更早或更晚部分以便特意从市电汲取附加的电流并且因而主动地影响从输入终端看到的自适应电路的表观电容性或电感性行为。

图7示出了依照本实用新型的改进LED灯4，其实现为具有用于将灯拧入相应插座以便替换相同类型的白炽灯的适当连接器40的“蜡烛状物”。代替灯丝的是，该改进灯包括额定用于诸如110V市电之类的较低电压电源的DCLED或ACLED封装2以及上述类型的用于将较高电压市电电源信号调适到适合于驱动LED封装2的较低电压的自适应电路1、1′。

尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本实用新型，但是应当理解的是，在不脱离本实用新型范围的情况下可以对其做出许多附加的修改和变化。有源开关的损耗、高频开关伪差以及负载的输入波形的低频谐波之间的折衷可以根据需要进行调节。例如，通过利用幅度可变的连续驱动信号控制有源开关，可以避免高频伪差。依照预期使用所述自适应电路的应用，可以采取技术人员已知的其他细调步骤来改善该电 路的行为。

为了清楚起见，应当理解的是，在整个本申请中“一”或“一个”的使用并没有排除复数，并且“包括/包含”并没有排除其他的步骤或元件。除非另有说明，“单元”可以包括多个单元。

Claims (11)

1.一种用于从整流的较高电压AC电源(3)驱动较低电压DC负载(2)的自适应电路(1，1′)，其特征在于包括：

-电荷存储电路(21，21′)，该电荷存储电路(21，21′)包括基本上串联连接的第一电容器(C1)和第二电容器(C2)，其中第二电容器(C2)基本上与负载(2)并联连接；以及

-被实现为受控电流源(22，22′)的有源开关(22，22′)，其用于控制通过负载(2)的负载电流(I_load)，使得在闭合开关状态下，负载电流(I_load)至少从电荷存储电路(21，21′)的第一电容器(C1)汲取，并且在断开开关状态期间，负载电流(I_load)基本上从第二电容器(C2)汲取。

2.依照权利要求1的自适应电路，其特征在于包括单个有源开关(22，22′)。

3.依照权利要求1或2的自适应电路，其特征在于基本上连续地从第二电容器(C2)驱动负载(2)，并且其中周期性地激励有源开关(22，22′)以便利用由第一电容器(C1)提供的电流增大负载电流。

4.依照权利要求1或2的自适应电路，其特征在于有源开关(22，22′)包括晶体管(Q1，Q2，Q3)和电压源(R4，R5，Z2，R6，Q3，Z1)。

5.依照权利要求1或2的自适应电路，其特征在于有源开关(22′)包括开关控制器(220)，其被实现为在特定输入电压下和/或在特定时刻闭合有源开关(22′)。

6.依照权利要求1或2的自适应电路，其特征在于包括用于对AC电源信号(U_PS)进行整流的二极管桥整流器(20)。

7.依照权利要求1或2的自适应电路，其特征在于被实现为将来自230V市电电源(3)的输入电压(U_PS)调适到范围50-160V内的输出电压(U_C2)。

8.依照权利要求7的自适应电路，其特征在于被实现为将来自230V市电电源(3)的输入电压(U_PS)调适到范围80-140V内的输出电压(U_C2)。

9.依照权利要求8的自适应电路，其特征在于被实现为将来自 230V市电电源(3)的输入电压(U_PS)调适到90-130V内的输出电压(U_C2)。

10.一种LED改进灯(4)，其特征在于包括

-连接装置(40)，其用于将灯(4)连接到较高电压市电电源信号(U_PS)；

-LED设备(2)，其额定用于较低电压电源；以及

-依照权利要求1-7中任何一项的自适应电路(1，1′)，其用于将较高电压市电电源信号(U_PS)调适到较低电压信号(U_C2)以便驱动较低电压LED设备(2)。

11.依照权利要求10的LED改进灯(4)，其特征在于低功率LED设备(2)包括2W LED设备(2)并且自适应电路(1，1′)被实现为从230V市电电源(3)驱动LED设备(2)。 

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