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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet einer Beleuchtungsansteuerung und insbesondere auf eine Verstärkungs- bzw. Boost-Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC), eine Treiberschaltung für eine lichtemittierende Diode (LED) und auf eine auf LED basierende Beleuchtungsvorrichtung, welche mit Wechselstrom (AC) des Stromnetzes, einem konventionellen Vorschaltgerät (KVG) und einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) kompatibel sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mit dem Aufkommen und ständigen Fortschreiten der Festkörper-Beleuchtungstechnik wurde die lichtemittierende Diode in der heutigen Beleuchtungstechnik eine bevorzugte Lösung aufgrund ihrer Merkmale wie etwa einer hohen Effizienz, einer Energieeinsparung, langen Lebensdauer und Umweltverträglichkeit und wird in Beleuchtungsprodukten zunehmend verwendet. Eine signifikante Reduzierung des Energieverbrauchs und ein erzielbarer langer und zuverlässiger Betrieb sind Schlüsselfaktoren, welche die allgemeine Aufmerksamkeit auf die LED-Beleuchtungstechnik ziehen.
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In allen LED-Lampen einschließlich LED-Röhrenlampen wird eine Gleichstromansteuerung verwendet. In jedem Fall einer direkten Stromversorgung über Wechselstromnetze oder einer Stromversorgung über KVG oder EVG muss ein Stromquellenadapter, das heißt eine LED-Treiberschaltung, zwischen dem Wechselstromnetz, KVG und EVG und den LED-Lampen angeordnet werden. Die Treiberschaltung hat eine Funktion, die Stromzufuhr in für LED geeigneten Gleichstrom umzuwandeln.
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Beim Entwerfen von LED-Treiberschaltungen, insbesondere beim Entwerfen einer Hochleistungs-LED-Treiberschaltung, ist es notwendig, das Problem einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) zu berücksichtigen, um eine Reduzierung des Leistungsfaktors und Erzeugung einer Leistungsfaktorverschmutzung im Stromnetz aufgrund der Verwendung von LED-Lampen zu vermeiden. Eine aktive PFC-Schaltung ist betreibbar, indem eine Schaltwandlerschaltung (engl. switch conversion circuit) zwischen einer Eingangsgleichrichterbrücke und einem Ausgangsfilterkondensator hinzugefügt wird, welche den Eingangsstrom in eine Sinuswelle mit identischer Phase zur Eingangsspannung und ohne Verzerrung korrigiert, was den Leistungsfaktor Eins nahekommen lässt. Dem aktiven PFC-Wandler folgt das Schaltnetzteil eines DC-DC-Wandlers, um den für LED geeigneten Gleichstrom bereitzustellen.
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Nahezu alle aktiven PFC-Wandler sind vom Verstärkungs- bzw. Boost-Typ aus dem Hauptgrund, dass unter der Bedingung einer bestimmten Ausgangsleistung ein kleinerer Ausgangsstrom vorliegen kann, was es somit möglich macht, die Kapazität und das Volumen des Ausgangskondensators zu reduzieren und den Durchmesser von Wicklungsdrähten von Boost-Induktivitätselementen ebenfalls zu reduzieren.
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Gegenwärtig ist das im Handel verfügbare Angebot auf LED-Beleuchtungsvorrichtungen wie etwa LED-Röhrenlampen beschränkt, welche mit dem Wechselstromnetz und KVG kompatibel sind, und LED-Beleuchtungsvorrichtungen wie etwa LED-Röhrenlampen, welche nur eine EVG-Stromversorgung nutzen können. In dieser Situation wird mehr und mehr Augenmerk darauf gelegt, wie man mit dem Wechselstromnetz, dem KVG und den zahlreichen Arten von EVG kompatibel ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Boost-Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC) bereitgestellt, welche umfasst: einen PFC-Controller; einen PFC-Schalter, welcher durch die Ausgabe des PFC-Controllers gesteuert wird; einen variablen Ersatzwiderstand bzw. äquivalenten variablen Widerstand, der zwischen den PFC-Schalter und Masse geschaltet ist, wobei ein Anschluss zum Einspeisen eines Rückkopplungsstroms des PFC-Controllers mit einem Knoten zwischen dem PFC-Schalter und dem äquivalenten variablen Widerstand verbunden ist; wobei der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands durch die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung gesteuert wird und wobei in dem Fall, dass die PFC-Schaltung durch Wechselstrom (AC) eines Stromnetzes oder über ein konventionelles Vorschaltgerät (KVG) mit Strom versorgt bzw. gespeist wird, der Widerstandswert einen konstanten minimalen Wert hält, wohingegen in dem Fall, in dem die PFC-Schaltung über ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) gespeist wird, der Widerstandswert zunimmt, während die Spannungsabgabe der PFC-Schaltung abnimmt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die PFC-Schaltung ferner eine Abtastschaltung aufweisen, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung proportional der Ausgangsspannung der PFC-Schaltung zu erzeugen. Der äquivalente variable Widerstand umfasst einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Die durch die Abtastschaltung erzeugte Ausgangsspannung wird an das Gate des MOSFET angelegt. Der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands variiert als Antwort auf Betriebsbedingungen einer gesättigten Leitung und einer linearen Leitung des MOSFET.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der äquivalente variable Widerstand ferner einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand umfassen, wobei der erste Widerstand mit dem MOSFET in Reihe geschaltet und dann der zweite Widerstand mit der Reihenschaltung des ersten Widerstands und des MOSFET parallel geschaltet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können der MOSFET und die Abtastschaltung so eingerichtet sein, dass, wenn die PFC durch Wechselstrom (AC) des Stromnetzes oder über ein KVG gespeist wird, der MOSFET in einem Zustand einer gesättigten Leitung arbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können der MOSFET und die Abtastschaltung so eingerichtet sein, dass, wenn die PFC über ein EVG gespeist wird, der MOSFET in einem Zustand einer linearen Leitung arbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der PFC-Controller dafür eingerichtet sein, das vom Anschluss zum Einspeisen des Rückkopplungsstroms empfangene Signal mit einem spezifischen Schwellenwert, der in der PFC-Schaltung eingestellt ist, zu vergleichen und, wenn das Signal den spezifischen Schwellenwert erreicht, den PFC-Schalter auszuschalten und, wenn das Signal Null erreicht, den PFC-Schalter einzuschalten.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die spezifische Schwelle von der Eingangsspannung der PFC-Schaltung abhängen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die spezifische Schwelle von der Ausgangsspannung der PFC-Schaltung abhängen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Treiberschaltung für eine lichtemittierende Diode (LED) mit der oben beschriebenen Boost-PFC-Schaltung vorgesehen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Beleuchtungsvorrichtung basierend auf einer lichtemittierenden Diode (LED) mit der oben beschriebenen Treiberschaltung vorgesehen.
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Die Boost-PFC-Schaltung, der Treiber für eine LED einschließlich der Boost-PFC-Schaltung und die Beleuchtungsvorrichtung basierend auf einer LED, wie etwa der LED-Röhre, die den Treiber gemäß der vorliegenden Offenbarung nutzt, können mit Netzwechselstrom-, KVG- und EVG-Netzteilen kompatibel sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden beim Lesen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ersichtlicher werden. In den beiliegenden Zeichnungen bezeichnen die gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende technischen Merkmale oder Komponenten. In den Figuren sind die Größe und relativen Positionen der Einheiten nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
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1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur einer LED-Treiberschaltung im Stand der Technik veranschaulicht;
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2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur der Boost-PFC-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur des variablen Ersatzwiderstands bzw. äquivalenten variablen Widerstands gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur der LED-Treiberschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
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5(a) und 5(b) sind Wellenformen, die die Beziehung zwischen dem Vergleich eines Stromrückkopplungssignals mit einer spezifischen Schwelle und dem Gatesteuersignal einer Schaltröhre Q1 beispielhaft veranschaulichen, falls die PFC-Schaltung unter einer Netzwechselstrom-(oder KVG-)Einspeisung arbeitet bzw. falls die PFC-Schaltung unter einer EVG-Einspeisung arbeitet.
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DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es wird besonders erwähnt, dass jene Komponenten und Prozessierung, die für die vorliegende Offenbarung irrelevant oder dem Fachmann bekannt sind, aus den Figuren und der Beschreibung weggelassen sind.
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1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur einer LED-Treiberschaltung 10 im Stand der Technik veranschaulicht. Die LED-Treiberschaltung 10 enthält eine Verstärkungs- bzw. Boost-PFC-Schaltung 100.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird die Treiberschaltung 10 direkt durch Netzwechselstrom, das heißt Vac, mit Strom versorgt bzw. gespeist. Die Boost-PFC-Schaltung 100 wird mit Wechselstrom versorgt, der durch den Gleichrichter 11 wie etwa einen Brückengleichrichter gleichgerichtet worden ist. Die Boost-PFC-Schaltung 100 korrigiert die Phase ihres Eingangsstroms, so dass sich der Leistungsfaktor Eins annähern kann. Ein DC-DC-Wandler 12 ist mit dem Ausgang der PFC-Schaltung 100 verbunden, um die LED mit geeignetem Gleichstrom zu versorgen.
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Die Boost-PFC-Schaltung 100 umfasst: eine Boost-Schaltung, die eine Induktivität L1, eine Freilaufdiode (FWD) D1, eine Schaltröhre Q1 und einen Kondensator C1 umfasst, eine Spannungsteilerschaltung zum Erfassen bzw. Abtasten der Ausgangsspannung der PFC-Schaltung 100, welche Widerstände R1 und R2 umfasst, einen Widerstand Ri zum Abtasten des durch die Schaltröhre Q1 fließenden Stroms und einen PFC-Controller 101 zum Korrigieren des Leistungsfaktors, indem das Ein- und Ausschalten der Schaltröhre Q1 gesteuert werden.
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Durch die Induktivität L1 fließt ein Strom, wenn die Schaltröhre Q1 durch den PFC-Controller 101 eingeschaltet ist. Bevor die Induktivität L1 einen Sättigungszustand erreicht, nimmt der Strom linear zu, und die elektrische Energie wird in der Induktivität L1 in Form magnetischer Energie gespeichert. Zu dieser Zeit entlädt der Kondensator C1, um so die Last (die nachfolgende Schaltung, die den DC-DC-Wandler 12 und die LED umfasst) mit Leistung zu versorgen. Wenn die Schaltröhre Q1 durch den PFC-Controller 101 ausgeschaltet wird, wird eine elektromotorische Kraft der Selbstinduktivität über die Induktivität L1 erzeugt, um die Stromrichtung beizubehalten. Dadurch stellt die elektromotorische Kraft der Selbstinduktivität über die Induktivität L1 der Kapazität C1 und der Last zusammen mit der durch den Gleichrichter 11 gleichgerichteten Versorgungsspannung Leistung bereit.
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Der PFC-Controller 101 steuert das Ein- und Ausschalten der Schaltröhre Q1 gemäß einer Rückkopplungsspannung Vref und einem Stromrückkopplungssignal Iref. Die Rückkopplungsspannung Vref wird durch die den Widerstand R1 und R2 umfassende Abtastschaltung erhalten, indem die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung 100 abgetastet wird. Das Stromrückkopplungssignal Iref wird erhalten, indem mit dem Widerstand Ri der Strom Imos, der durch die Schaltröhre Q1 fließt, wenn die Schaltröhre Q1 eingeschaltet ist, abgetastet wird. Da die spezifische Steuerungslogik dem Fachmann bekannt ist, wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
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Die vorliegende Boost-PFC-Schaltung weist viele Vorteile auf. Beispielsweise ist der Eingangsstrom der vorliegenden Boost-PFC-Schaltung kontinuierlich und kann während der gesamten Periode der sinusförmigen Spannung korrigiert werden, und daher kann ein hoher Leistungsfaktor erhalten werden. Überdies ist der Induktivitätsstrom genau der Eingangsstrom der PFC-Schaltung, welcher leichter einzustellen ist; und die Kontinuität des Eingangsstroms verringert die Spitze des Stroms der Schaltröhre; daher weist die PFC-Schaltung eine hohe Anpassungsfähigkeit gegenüber der Varianz der Eingangsspannung auf.
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Die vorliegende Boost-PFC-Schaltung kann jedoch nur in dem Fall genutzt werden, in dem Leistung bzw. Strom direkt durch Netzwechselstrom oder über KVG bereitgestellt wird. Im Hinblick auf die Vielzahl von EVGs, die zunehmend verwendet werden, kann die vorliegende Boost-PFC-Schaltung wegen der verschiedenen Eigenarten des Stroms und der Spannung, die vom EVG abgegeben werden, verglichen mit jenen, die vom Netzwechselstrom und KVG abgegeben werden, nicht verwendet werden. Mit anderen Worten ist die mit Verweis auf 1 beschriebene Boost-PFC-Schaltung 100 nicht kompatibel mit dem Zustand, in welchem die Beleuchtungsvorrichtung über EVG gespeist wird.
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Diese Offenbarung zielt darauf ab, eine Boost-PFC-Schaltung, einen Treiber für eine LED und eine Beleuchtungsvorrichtung basierend auf LED zu schaffen, welche mit Netzwechselstrom, KVG und EVG kompatibel sind und einen hohen Leistungsfaktor liefern können.
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2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur der Boost-PFC-Schaltung 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Boost-PFC-Schaltung 200 umfasst einen PFC-Controller 201 und eine Schaltröhre Q1 (ein Beispiel des PFC-Schalters). Die Schaltröhre Q1 wird durch die Ausgabe des PFC-Controllers 201 gesteuert. In der Ausführungsform von 2 ist die Schaltröhre Q1 eine N-Kanal-MOS-(Metall-Oxid-Halbleiter-)Röhre. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Schaltröhre Q1 auch mit einer anderen Art einer Halbleiterschaltröhre, zum Beispiel einer P-Kanal-MOS-Röhre, ausgeführt werden kann. Der Ausgang des PFC-Controllers 201 ist mit dem Gate der Schaltröhre Q1 verbunden, um das Ein- und Ausschalten der Schaltröhre Q1 zu steuern. Der PFC-Controller 201 kann unter Verwendung einer beliebigen Art eines integrierten Schaltkreises (IC) zur PFC-Steuerung, die im Handel verfügbar ist, basierend auf der Entwurfsanforderung implementiert sein.
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Die Ausgangsspannung Vout der Boost-PFC-Schaltung ist, wenn die Boost-PFC-Schaltung über ein EVG gespeist wird, ziemlich verschieden von der Ausgangsspannung Vout, wenn die Boost-PFC-Schaltung durch Netzwechselstrom oder über ein KVG gespeist wird. Wenn die Leistung durch Netzwechselstrom oder über ein KVG bereitgestellt wird, beträgt der Wert der Ausgangsspannung Vout der Boost-PFC-Schaltung etwa 400 V, während, wenn die Leistung über ein EVG bereitgestellt wird, basierend auf den Typen des EVG der Wert der Ausgangsspannung Vout in einem Bereich von etwa 200 V bis 220 V liegt. Gemäß den Varianzen einer Rückkopplungsspannung und eines Stroms, die zum PFC-Controller 201 rückgekoppelt werden, aufgrund der Varianz der Ausgangsspannung Vout kann daher der PFC-Controller 201 den Typ der Stromversorgung der PFC-Schaltung (Netzwechselstrom, KVG oder EVG) adaptiv bestimmen und dadurch die Schaltröhre Q1 adaptiv steuern. Da es viele Arten von EVGs gibt, verglichen mit dem Bereich von 400 V bis 200 V, variiert jedoch, wenn die verschiedenen Arten von EVGs verwendet werden, die Ausgangsspannung Vout des PFC-Controllers 201 in einem engeren Bereich wie etwa von 200 V bis 300 V (sogar von 200 V bis 220 V). In einigen Ausführungsformen gemäß dieser Offenbarung werden daher zusätzliche Einstellungen am Stromrückkopplungssignal vorgenommen, um die engere Varianz der Ausgangsspannung Vout widerzuspiegeln.
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Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform enthält die Boost-PFC-Schaltung 200 einen äquivalenten variablen Widerstand Rs, der zwischen die Schaltröhre Q1 und die (in der Figur nicht dargestellte) Masse geschaltet ist. Ein Rückkopplungsstrom-Eingangsanschluss des PFC-Controllers 201 ist mit dem Verbindungsknoten zwischen der Schaltröhre Q1 und dem äquivalenten variablen Widerstand Rs verbunden. Der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands Rs wird durch die Ausgangsspannung Vout der PFC-Schaltung 200 so gesteuert, dass, falls die PFC-Schaltung 200 durch Netzwechselstrom oder über ein KVG gespeist wird, der Widerstandswert von Rs sich bei einem konstanten minimalen Wert hält, wohingegen, falls die PFC-Schaltung über ein EVG gespeist wird, der Widerstandswert von Rs zunimmt, während die Spannungsabgabe Vout der PFC-Schaltung 200 abnimmt.
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In der in 2 veranschaulichten, aber nicht beschränkend dargestellten Ausführungsform enthält die Abtastschaltung für die Ausgangsspannung Vout der PFC-Schaltung 200 Widerstände R3, R4 und R5. Die Spannung am Verbindungsknoten zwischen Widerständen R4 und R5 ist für den PFC-Controller 201 als die Rückkopplungsspannung Vref vorgesehen. Die Spannung am Verbindungsknoten zwischen Widerständen R3 und R4 wird als die Steuerspannung für den äquivalenten variablen Widerstand Rs genutzt. Diese Steuerspannung ist mit einem Verhältnis von R3/(R3 + R4 + R5) proportional der Ausgangsspannung Vout der PFC-Schaltung 200.
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Ähnlich wie die PFC-Schaltung 100 enthält die PFC-Schaltung 200 ferner die Induktivität L1, die Diode D1, den Kondensator C1 und so weiter, deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
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Der äquivalente variable Widerstand Rs kann durch eine Vielzahl dem Fachmann bekannter spannungsgesteuerter variabler Widerstände implementiert sein. Beispielsweise kann der äquivalente variable Widerstand Rs einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-Transistor) umfassen. Die durch die Abtastschaltung für die Ausgangsspannung Vout erzeugte Spannung wird an das Gate des MOS-Transistors angelegt, um den MOS-Transistor so zu steuern, dass er unter Bedingungen wie einem gesättigten Leitungszustand, einem linearen Leitungszustand oder einem Aus-Zustand arbeiten kann. Da der Widerstandswert des MOS-Transistors annähernd Null ist, wenn der MOS-Transistor im Zustand einer gesättigten Leitung arbeitet, und linear variiert, wenn der MOS-Transistor im Zustand einer linearen Leitung arbeitet, variiert der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands Rs als Reaktion auf die Betriebszustände einer gesättigten Leitung und linearen Leitung des MOS-Transistors.
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Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung vorgenommen, indem der in 3 dargestellte äquivalente variable Widerstand Rs als ein Beispiel genommen wird. 3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur des äquivalenten variablen Widerstands Rs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der äquivalente variable Widerstand Rs umfasst Widerstände R7 und R6 und einen MOS-Transistor Q2. Der Widerstand R6 ist mit dem MOS-Transistor Q2 in Reihe geschaltet, und dann ist der Widerstand R7 mit der Reihenschaltung des Widerstands R6 und des MOS-Transistors Q2 parallel geschaltet. Der Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R6 und R7 und der Verbindungsknoten zwischen dem Widerstand R7 und dem MOS-Transistor Q2 sind mit dem MOS-Transistor Q1 bzw. der Masse verbunden. Die abgetastete Spannung Vout', die durch Abtasten der Ausgangsspannung Vout der PFC-Schaltung erhalten wird, wird an das Gate des MOS-Transistors Q2 angelegt, um so die Betriebszustände des MOS-Transistors Q2 zu steuern. In der Ausführungsform von 3 ist der MOS-Transistor Q2 durch einen N-Kanal-MOS-Transistor umgesetzt. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass ein P-Kanal-MOS-Transistor ebenfalls genutzt werden kann, indem die Schaltung geeignet eingestellt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung können der MOS-Transistor Q2 und die Abtastschaltung (zum Beispiel die Widerstandswerte der Widerstände R3, R4 und R5 in 2) so eingerichtet sein, dass, falls die PFC-Schaltung durch Netzwechselstrom oder über KVG gespeist wird, der MOS-Transistor Q2 in einem Zustand einer gesättigten Leitung arbeitet. In diesem Fall ist der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands Rs konstant und bleibt bei einem minimalen Wert, das heißt (R6 + R7)/R6R7.
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Darüber hinaus können der MOS-Transistor Q2 und die Abtastschaltung so eingerichtet sein, dass, wenn die PFC-Schaltung über EVG gespeist wird (worin im Wesentlichen die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung im Bereich von 200 V bis 300 V liegt), der MOS-Transistor Q2 in einem Zustand einer linearen Leitung arbeitet. Daher variiert der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands Rs, während der Widerstandswert des MOS-Transistors Q2 linear variiert.
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4 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsstruktur der LED-Treiberschaltung 40 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die LED-Treiberschaltung 40 enthält eine Boost-PFC-Schaltung 400 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung, einen Gleichrichter 11, einen DC-DC-Wandler 12 und so weiter.
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Die LED-Treiberschaltung 40 kann nicht nur durch Netzwechselstrom gespeist werden, sondern kann auch über KVG oder eine beliebige Art von EVG gespeist werden. Der Boost-PFC-Schaltung 400 wird Strom bereitgestellt, nachdem er durch den Gleichrichter 11, wie etwa einen Brückengleichrichter, gleichgerichtet ist. Die Boost-PFC-Schaltung 400 korrigiert die Phase des Eingangsstroms, so dass der Leistungsfaktor 1 nahekommt. Der DC-DC-Wandler 12 ist mit dem Ausgang der PFC-Schaltung 400 verbunden, um geeigneten Gleichstrom an die LED zu liefern.
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Die Boost-PFC-Schaltung 400 umfasst: eine Boost-Schaltung, die eine Induktivität L1, eine Freilaufdiode D1, eine Schaltröhre Q1 und einen Kondensator C1 umfasst; einen PFC-Controller 401 zum Korrigieren des Leistungsfaktors, indem das Ein- und Ausschalten der Schaltröhre Q1 gesteuert werden; einen äquivalenten variablen Widerstand Rs, der die Widerstände R6, R7 und den MOS-Transistor Q2 umfasst, um den durch die Schaltröhre Q1 fließenden Strom abzutasten; und eine Spannungsteilerschaltung zum Abtasten der Ausgangsspannung der PFC-Schaltung 400, welche Widerstände R3, R4 und R5 umfasst. Bezüglich der Spannungsteilerschaltung kann die abgetastete Spannung zwischen den Widerständen R3 und R4 genutzt werden, um das Ein- und Ausschalten des MOS-Transistors Q2 zu steuern, und die abgetastete Spannung zwischen den Widerständen R4 und R5 kann als Rückkopplungsspannung Vref zum PFC-Controller 401 rückgekoppelt werden.
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In einer Ausführungsform dieser Offenbarung kann der PFC-Controller 401 ein Stromrückkopplungssignal Iref (Iref = Rs·Imos), das durch den Rückkopplungsstrom-Eingangsanschluss des PFC-Controllers 401 empfangen wird, mit einem in der PFC-Schaltung eingestellten spezifischen Schwellenwert Th vergleichen, und schaltet, wenn der Wert des Signals Iref den spezifischen Schwellenwert Th erreicht, die Schaltröhre Q1 aus; wenn der Wert des Signals Iref Null erreicht, schaltet er die Schaltröhre wieder ein.
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5(a) und 5(b) sind Wellenformen, die die Beziehung zwischen dem Vergleich eines Stromrückkopplungssignals Iref mit einer spezifischen Schwelle Th und dem Gatesteuersignal einer Schaltröhre Q1 beispielhaft veranschaulichen, falls die PFC-Schaltung unter einer Netzwechselstrom-(oder KVG-)Einspeisung arbeitet bzw. falls die PFC-Schaltung unter einer EVG-Einspeisung arbeitet.
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Die Wellenform in 5(a) stellt beispielhaft die Beziehung zwischen dem Vergleich des Stromrückkopplungssignals Iref mit der spezifischen Schwelle Th und dem Gatesteuersignal der Schaltröhre Q1 dar (das heißt Ein- oder Ausschalten der Schaltröhre Q1), falls die PFC-Schaltung unter der Netzwechselstrom- oder KVG-Einspeisung arbeitet. In dem Fall, in dem die PFC-Schaltung unter der Netzwechselstrom- oder KVG-Einspeisung arbeitet, ist der äquivalente variable Widerstand Rs auf den minimalen Wert abgestimmt. In dem Beispiel wie in 4 gezeigt ist der MOS-Transistor Q2 beispielsweise im Zustand einer gesättigten Leitung.
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In einigen Ausführungsformen kann die spezifische Schwelle Th von der Eingangsspannung Vin der PFC-Schaltung abhängen. Beispielsweise gilt Th = k·Vin, wobei k eine Konstante sein oder k von der Ausgangsspannung der PFC-Schaltung abhängen kann. Zum Beispiel kann der Wert von k bestimmt werden, indem Operationen eines Vergleichs, einer Addition, einer Subtraktion und so weiter bezüglich des Spannungsrückkopplungssignals Vref, einer voreingestellten Vergleichsspannung und/oder des Stromrückkopplungssignals Iref durchgeführt werden.
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Falls die PFC-Schaltung unter der Netzwechselstrom- oder KVG-Einspeisung arbeitet, kann der PFC-Controller die Arbeitsfrequenz der Schaltröhre Q1 basierend auf dem Stromrückkopplungssignal Iref und dem Spannungsrückkopplungssignal Vref steuern, wodurch eine geeignete Leistung aus der Wechselstrom- oder KVG-Einspeisung erhalten wird, um einen optimalen Leistungsfaktor zu erzielen.
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Aus 5(a) kann man zum Beispiel ersehen, dass die Schaltröhre Q1 bei einer variablen Arbeitsfrequenz arbeitet. Wenn der Wert des Signals Iref die spezifische Schwelle Th (k·Vin) erreicht, wird die Schaltröhre Q1 ausgeschaltet; und wenn der Wert des Signals Iref auf Null fällt, wird die Schaltröhre Q1 wieder eingeschaltet.
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Die Wellenform in 5(b) veranschaulicht beispielhaft die Beziehung zwischen dem Vergleich des Stromrückkopplungssignals Iref mit der spezifischen Schwelle Th und dem Gatesteuersignal der Schaltröhre Q1 (das heißt Ein- und Ausschalten der Schaltröhre Q1), falls die PFC-Schaltung unter der EVG-Einspeisung arbeitet. Falls die PFC-Schaltung unter der EVG-Einspeisung arbeitet, ändert sich der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands Rs linear und nimmt zu, während die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung abnimmt. In dem Beispiel wie in 4 gezeigt arbeitet der MOS-Transistor Q2 beispielsweise im Zustand einer linearen Leitung in Abhängigkeit von der Änderung seiner Gatespannung. Mit anderen Worten ändert sich der Widerstandswert des äquivalenten variablen Widerstands Rs in Abhängigkeit von verschiedenen EVG-Typen (verschiedenen Ausgangsspannungen).
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Aus 5(b) kann man ersehen, dass, wenn der Wert (Rs·Imos) des Signals Iref die spezifische Schwelle Th (k·Vin) erreicht, die Schaltröhre Q1 abgeschaltet wird; und wenn der Wert des Signals Iref auf Null fällt, die Schaltröhre Q1 wieder eingeschaltet wird. Daher ist es möglich, eine geeignete Leistung von der EVG-Einspeisung zu erhalten, um einen optimalen Leistungsfaktor zu erzielen.
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Da ein (in der Figur nicht dargestellter) Filterkondensator an der Ausgangsseite des Gleichrichters gewöhnlich parallel geschaltet ist, kann der Filterkondensator Sinuswellen höherer Frequenz (zum Beispiel 40 kHz) aus der EVG-Ausgabe herausfiltern, und folglich ist im Fall einer Verwendung der EVG-Stromversorgung die Einspeisung der Boost-PFC-Schaltung 400 eine Spannung von nahezu konstantem Wert. Wie in 5(b) gezeigt ist, ist, falls k eine Konstante ist, die Schwelle Th = k·Vin ebenfalls ein konstanter Wert. Daher kann die Schaltröhre Q1 bei einer festen Frequenz (zum Beispiel 50 kHz) ein- und ausgeschaltet werden.
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Es sollte besonders erwähnt werden, dass im Fall der EVG-Stromversorgung, obgleich die Spitzenstrom-Steuerfunktion des PFC-Controllers (zum Beispiel verschiedene PFC-Steuerchips) immer einen mittels Trigger freigegebenen Zustand hält, es möglich ist, die PFC-Funktion des PFC-Controllers aus dem Grund zu sperren, dass die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung nur von etwa 200 V bis etwa 300 V, statt etwa 400 V im Fall einer Netzwechselstrom- oder KVG-Stromversorgung reicht.
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Kompatibilität mit einer direkten Stromversorgung über ein Wechselstromnetz, eine KVG-Stromversorgung und verschiedene EVG-Stromversorgungen kann durch die Boost-PFC-Schaltung, den LED-Treiber, der die Boost-PFC-Schaltung enthält, und die LED-Beleuchtungsvorrichtung wie etwa eine LED-Röhrenlampe, welche den Treiber nutzt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erreicht werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde in der obigen Beschreibung mit Verweis auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
