專利名稱:降壓轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器電路和發(fā)光二極管燈的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種包括加速關(guān)斷電路的降壓轉(zhuǎn)換器、包括所述降壓轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)器電路和發(fā)光二極管燈。所述加速關(guān)斷電路包括第一電容器，所述第一電容器連接在儲(chǔ)能元件的電流流出端與控制電路之間，用于在功率開關(guān)開始關(guān)斷時(shí)向所述控制電路提供突發(fā)電流以加速所述功率開關(guān)的關(guān)斷。
【專利說明】
降壓轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器電路和發(fā)光二極管燈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種降壓轉(zhuǎn)換器、包括這種降壓轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)器電路以及一種發(fā)光二極管燈。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的照明領(lǐng)域中，發(fā)光二極管(Light Emitting D1de , LED)照明器由于其節(jié)能、響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)而已然成為了照明領(lǐng)域的生力軍。但是，由于LED照明成本高等因素，其發(fā)展也在一定程度上受到了制約。因此，如何降低LED照明的成本受到越來越多的關(guān)注。目前來看，LED總體價(jià)格呈下降趨勢(shì)，但是用于LED照明的驅(qū)動(dòng)器電路的成本所占LED照明設(shè)備的比重卻越來越重。在這種情況下，降低用于LED照明的驅(qū)動(dòng)器電路的成本就成為了一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。在這種背景下，振蕩阻塞變換器(Ringing Choke Converter，RCC)電路由于其成本低廉、尺寸緊湊等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被應(yīng)用到LED照明領(lǐng)域，充當(dāng)LED照明器的驅(qū)動(dòng)器電路。相比于復(fù)雜的集成電路(Integrated Circuit，IC)控制而言，RCC電路用最少的分離元件來搭建電路，因而能夠顯著地降低成本。
[0003]通常從LED照明器的成本方面考慮，RCC電路一般使用三極管來作為主開關(guān)元件。三極管的開關(guān)速度對(duì)于RCC電路的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，其將影響系統(tǒng)的頻率和效率。因而，在本領(lǐng)域中存在對(duì)加速RCC電路中的三極管的關(guān)斷的持續(xù)不間斷的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種降壓轉(zhuǎn)換器，包括:輸入端，用于接入輸入功率;負(fù)載端、儲(chǔ)能元件和功率開關(guān)，當(dāng)所述功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述負(fù)載端、儲(chǔ)能元件和功率開關(guān)串聯(lián)于所述輸入端;續(xù)流回路，在所述功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，與所述負(fù)載端和所述儲(chǔ)能元件串聯(lián)以便為所述負(fù)載端提供續(xù)流;控制電路，用于控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。所述降壓轉(zhuǎn)換器還包括加速關(guān)斷電路，包括第一電容器，所述第一電容器連接在所述儲(chǔ)能元件的電流流出端與所述控制電路之間，用于在所述功率開關(guān)開始關(guān)斷時(shí)向所述控制電路提供突發(fā)電流以加速所述功率開關(guān)的關(guān)斷。
[0005]該方面的優(yōu)點(diǎn)在于，利用儲(chǔ)能元件在功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)來加速功率開關(guān)的關(guān)斷，從而提高了降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷速度和工作頻率。
[0006]可選地，所述加速關(guān)斷電路還可以包括第一二極管，所述第一二極管從輸入端的參考接地端向控制電路正向偏置。
[0007]可選地，所述控制電路可以包括功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路，所述加速關(guān)斷電路還包括連接在第一電容器與所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路之間的第一電阻器，用于限制所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路上的電壓電平。
[0008]可選地，所述加速關(guān)斷電路還可以包括第二二極管，所述第二二極管從第一電容器向所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路正向偏置。
[0009]可選地，所述功率開關(guān)是NPN型三極管，所述NPN型三極管的基極與控制電路連接，所述NPN型三極管的集電極與續(xù)流回路連接，所述NPN型三極管的發(fā)射極通過第二電阻器(R5)連接到參考接地端。
[0010]可選地，所述儲(chǔ)能元件可以是主電感，所述控制電路還包括輔助電感，所述輔助電感連接到所述功率開關(guān)并且與所述主電感正向磁耦合。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)器電路，包括上述降壓轉(zhuǎn)換器。
[0012]可選地，所述驅(qū)動(dòng)器電路可以用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的又一方面，提供了一種發(fā)光二極管燈，包括發(fā)光二極管，以及上述驅(qū)動(dòng)器電路，所述發(fā)光二極管連接到所述驅(qū)動(dòng)器電路的所述負(fù)載端，并且由所述驅(qū)動(dòng)器電路所驅(qū)動(dòng)。
[0014]在本實(shí)用新型所提供的降壓轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器電路和發(fā)光二極管燈中，通過加速關(guān)斷電路提供的突發(fā)電流，功率開關(guān)可以更加快速地關(guān)斷，從而有助于提高驅(qū)動(dòng)器電路的效率。這意味著驅(qū)動(dòng)器電路的開關(guān)頻率可以增加而同時(shí)減小驅(qū)動(dòng)器電路的大小。此外，所提供的加速關(guān)斷電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可以容易地適配于各種現(xiàn)有電路。因而，本實(shí)用新型所提出的加速關(guān)斷電路實(shí)際上可以應(yīng)用于提高任何功率開關(guān)的關(guān)斷速度，進(jìn)而改進(jìn)包括功率開關(guān)的任何系統(tǒng)的效率。
[0015]根據(jù)下文描述的實(shí)施例，本實(shí)用新型的這些和其它方面將是清楚的，并將參照這些實(shí)施例而得以闡述。
【附圖說明】

[0016]下面通過參考附圖來示例性地說明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，該說明并不以任何方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制。在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同或類似的組件。在這些附圖中:
[0017]圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型降壓式(BUCK)拓?fù)涞腞CC驅(qū)動(dòng)器電路的電路圖；
[0018]圖2圖示了如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)RCC驅(qū)動(dòng)器電路的信號(hào)波形圖；
[0019]圖3圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的降壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的RCC驅(qū)動(dòng)器電路的電路圖；
[0021]圖5圖示了如圖4所示的RCC驅(qū)動(dòng)器電路的信號(hào)波形圖；以及
[0022]圖6圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的RCC驅(qū)動(dòng)器電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，其示例在附圖中進(jìn)行闡述。
[0024]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:提供下述說明是為了舉例說明的目的而非限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白本實(shí)用新型可以以脫離這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)現(xiàn)方式來實(shí)現(xiàn)。而且為了不模糊本實(shí)用新型，在當(dāng)前的說明中省略了已知的功能和結(jié)構(gòu)的并非必要的細(xì)節(jié)。
[0025]圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型降壓式(BUCK)拓?fù)涞腞CC驅(qū)動(dòng)器電路的電路圖。如圖1所示，該電路的工作過程如下。上電后，輸入的交流電經(jīng)過橋式整流器的整流之后，在電容器C5兩端成為直流電。該直流電依次流經(jīng)電阻器R9、R4、電容器C3、電阻器R2，并且經(jīng)由電感L2以及二極管D3、電阻器Rl和電容器Cl的串聯(lián)到地，在這個(gè)過程中對(duì)電容器C3進(jìn)行充電。隨著電容器C3電壓的上升，節(jié)點(diǎn)a處的電壓上升，使得功率開關(guān)Q3的基極電壓達(dá)到閾值電壓，功率開關(guān)Q3導(dǎo)通。此時(shí)主功率電路開始工作，直流電依次流經(jīng)LED負(fù)載LEDl、主電感L1、功率開關(guān)Q3和電阻器R5到地，LED負(fù)載LEDl發(fā)光。此時(shí)，流過主電感LI的電流線性上升，從而在輔助電感L2上產(chǎn)生感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流流經(jīng)電阻器R2和電容器C3，從而加速功率開關(guān)Q3的導(dǎo)通。
[0026]與此同時(shí)，由于電容器C3的充電，節(jié)點(diǎn)VCC的電壓逐漸上升，從而使三極管Ql的基極電壓逐漸上升。當(dāng)三極管Ql的基極電壓上升至三極管Ql和Q5的閾值電壓之和后，三極管Ql和Q5導(dǎo)通，從而將功率開關(guān)Q3的基極電壓拉低至其閾值電壓以下，功率開關(guān)Q3關(guān)斷。當(dāng)功率開關(guān)Q3關(guān)斷后，流過主電感LI的電流開始流向二極管D5和LED負(fù)載LEDl，從而形成續(xù)流回路，LED負(fù)載LEDl繼續(xù)發(fā)光，但是流經(jīng)LED負(fù)載LEDl的電流開始線性下降。
[0027]另一方面，三極管Ql和Q5在導(dǎo)通后將節(jié)點(diǎn)VCC處的電壓拉低，三極管Ql和Q5關(guān)斷。當(dāng)三極管Ql和Q5關(guān)斷后，電感LI與三級(jí)管Q3的寄生電容產(chǎn)生諧振。在諧振過程中電感LI上的電壓會(huì)反轉(zhuǎn)，與電感LI電磁耦合的電感L2上會(huì)感生出電壓，該電壓將節(jié)點(diǎn)a處的電壓再次被拉高，從而使功率開關(guān)Q3再次導(dǎo)通，這時(shí)主功率電路再次開始工作，周而復(fù)始，以此循環(huán)。圖2圖示了如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)RCC驅(qū)動(dòng)器電路的主要信號(hào)波形圖。
[0028]在如圖1所示的典型RCC驅(qū)動(dòng)器電路中，存在以下問題。由于充當(dāng)功率開關(guān)的三極管(S卩，圖1中所示的Q3)—般工作在深飽和區(qū)，因而當(dāng)三極管Q3的基極電壓降至其閾值電壓以下時(shí)，三極管Q3并非立即關(guān)斷，而是存在三極管從深飽和區(qū)轉(zhuǎn)變到關(guān)斷狀態(tài)的關(guān)斷延遲。關(guān)斷延遲的時(shí)間越長(zhǎng)，電路的功率損失越高并且操作頻率越低。因此，如果能夠縮短三極管的關(guān)斷延遲，則可以顯著提高RCC驅(qū)動(dòng)器電路的性能。
[0029]為此目的，本實(shí)用新型提出了一種改進(jìn)的RCC驅(qū)動(dòng)器電路。圖3圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的降壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。該降壓轉(zhuǎn)換器包括輸入端，用于接入輸入功率;負(fù)載端、儲(chǔ)能元件和功率開關(guān)，當(dāng)所述功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述負(fù)載端、儲(chǔ)能元件和功率開關(guān)串聯(lián)于所述輸入端;續(xù)流回路，在所述功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，與所述負(fù)載端和所述儲(chǔ)能元件串聯(lián)以便為所述負(fù)載端提供續(xù)流;控制電路，用于控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。降壓轉(zhuǎn)換器還包括加速關(guān)斷電路，用于在所述功率開關(guān)開始關(guān)斷時(shí)向所述控制電路提供突發(fā)電流以加速所述功率開關(guān)的關(guān)斷。
[0030]具體地，圖4圖示了包括所提出的降壓轉(zhuǎn)換電器的根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的RCC驅(qū)動(dòng)器電路。與圖1所示的RCC驅(qū)動(dòng)器電路類似地，圖4所示的降壓轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)是NPN型三極管Q3，其基極與控制電路連接，集電極與續(xù)流回路連接，并且發(fā)射極通過電阻器R5連接到參考接地端。降壓轉(zhuǎn)換器的儲(chǔ)能元件包括主電感LI，以及可選地，連接到功率開關(guān)Q3并且與主電感LI正向地磁耦合的輔助電感L2。降壓轉(zhuǎn)換器的控制電路包括由三極管Ql和Q5組成的功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路。
[0031]相比于圖1，該RCC驅(qū)動(dòng)器電路還額外地包括串聯(lián)在功率開關(guān)Q3的集電極與地之間的電容器C6和二極管D10，以及可選地，連接在電容器C6與二極管DlO之間的節(jié)點(diǎn)b和三極管Ql的基極之間的電阻器R12。二極管DlO作為整流二極管而與電容器C6—起形成“電荷栗”，而電阻器R12用于限制三極管Ql基極上的電壓。電容器C6充當(dāng)電荷栗的充電電容，當(dāng)電路中的功率開關(guān)Q3在作高頻切換時(shí)，功率開關(guān)Q3的集電極上的電壓為高頻方波，特別是當(dāng)功率開關(guān)Q3關(guān)斷時(shí)，LI的下端會(huì)感應(yīng)上升沿及高電位，該高頻方波的上升沿(dv/dt)與電容器C6的電容形成恒流源(i=C*dv/dt)。所述恒流源的電流流入三極管Ql的基極，相對(duì)于如圖1所示的典型RCC驅(qū)動(dòng)器電路而言，該額外加入的電流會(huì)將三極管Ql的基極電壓瞬間抬高，即向三極管Ql的基極添加額外的偏置電壓(如圖5中的圓圈部分所示)，或者說向三級(jí)管Ql的基極注入額外的驅(qū)動(dòng)電流，從而加速三極管Ql的導(dǎo)通，由于三級(jí)管Ql具有一定增益，使得三級(jí)管Ql的發(fā)射極向三級(jí)管Q5提供成倍增大的額外的驅(qū)動(dòng)電流，三級(jí)管Q5的增益使得三級(jí)管Q5更加從功率開關(guān)Q3的基極抽取電流到地，進(jìn)而加快功率開關(guān)Q3的關(guān)斷。
[0032]在如圖4所示的RCC驅(qū)動(dòng)器電路中，提出使用由電容器C6和二極管DlO形成的電荷栗來向功率開關(guān)Q3的控制電路提供額外的能量以便加速關(guān)斷功率開關(guān)Q3。
[0033]圖6圖示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的RCC驅(qū)動(dòng)器電路的電路圖。與圖4相比，圖6所示的RCC驅(qū)動(dòng)器電路還附加地包括與電阻器R12串聯(lián)在節(jié)點(diǎn)b與三極管Ql的基極之間的二極管Dl I。二極管Dl I的加入使得電容器C6、二極管DlO和二極管Dl I構(gòu)成了全周期的電荷栗，相比于如圖4所示的電荷栗僅僅工作在功率開關(guān)Q3的集電極上的方波的上升沿，該電荷栗在功率開關(guān)Q3的集電極上的方波的上升沿和下降沿均工作，從而可以利用整個(gè)周期的能量。相對(duì)于單一二極管而言，二極管Dll的加入使得能量的利用率得到提高。
[0034]應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管以作為功率開關(guān)的NPN型三極管為例說明了本實(shí)用新型，但是功率開關(guān)還可以是其它類型的功率開關(guān)，例如PNP型三極管、晶體管等。另外，本實(shí)用新型所提出的驅(qū)動(dòng)器電路可以用于驅(qū)動(dòng)除發(fā)光二極管以外的其它照明器，并且本實(shí)用新型所提出的降壓轉(zhuǎn)換器可以用于任何包括功率開關(guān)的裝置中，例如手機(jī)充電器、電源適配器等。
[0035]本實(shí)用新型還提供了一種發(fā)光二極管燈，其包括發(fā)光二極管，以及上述驅(qū)動(dòng)器電路，所述發(fā)光二極管連接到所述驅(qū)動(dòng)器電路的所述負(fù)載端，并且由所述驅(qū)動(dòng)器電路所驅(qū)動(dòng)。
[0036]最后，需要說明的是，應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型權(quán)利要求書中的措辭“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)，其僅僅旨在敘述的方便，不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。
[0037]除非另有限定，用在本說明書中的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本實(shí)用新型所屬的領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所通常理解的意義相同的意義。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施例所述。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本實(shí)用新型后，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)不經(jīng)過創(chuàng)造性思考所構(gòu)思出的變形或等同均涵蓋在本實(shí)用新型所主張的權(quán)利要求書中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括 -輸入端，用于接入輸入功率； -負(fù)載端(a、k)、儲(chǔ)能元件(LI)和功率開關(guān)(Q3)，當(dāng)所述功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述負(fù)載端、儲(chǔ)能元件和功率開關(guān)串聯(lián)于所述輸入端； -續(xù)流回路(D5)，在所述功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，與所述負(fù)載端和所述儲(chǔ)能元件串聯(lián)以便為所述負(fù)載端提供續(xù)流； -控制電路，用于控制所述功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷； 其特征在于，還包括 -加速關(guān)斷電路，包括第一電容器(C6)，所述第一電容器連接在所述儲(chǔ)能元件的電流流出端與所述控制電路之間，用于在所述功率開關(guān)開始關(guān)斷時(shí)向所述控制電路提供突發(fā)電流以加速所述功率開關(guān)的關(guān)斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述加速關(guān)斷電路還包括第一二極管(DlO)，所述第一二極管從輸入端的參考接地端向控制電路正向偏置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制電路包括功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路(Q1，Q5)，所述加速關(guān)斷電路還包括連接在第一電容器(C6)與所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路(Q1，Q5)之間的第一電阻器(R12)，用于限制所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路上的電壓電平。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述加速關(guān)斷電路還包括第二二極管(Dll)，所述第二二極管從第一電容器(C6)向所述功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路(Q1，Q5)正向偏置。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述功率開關(guān)是NPN型三極管(Q3)，所述NPN型三極管的基極與控制電路連接，所述NPN型三極管的集電極與續(xù)流回路連接，所述NPN型三極管的發(fā)射極通過第二電阻器(R5)連接到參考接地端。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的降壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述儲(chǔ)能元件(LI)是主電感，所述控制電路還包括輔助電感(L2)，所述輔助電感連接到所述功率開關(guān)并且與所述主電感正向磁親合。7.—種驅(qū)動(dòng)器電路，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的降壓轉(zhuǎn)換器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的驅(qū)動(dòng)器電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器電路用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。9.一種發(fā)光二極管燈，包括發(fā)光二極管，其特征在于，所述發(fā)光二極管燈還包括根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的驅(qū)動(dòng)器電路，所述發(fā)光二極管連接到所述驅(qū)動(dòng)器電路的所述負(fù)載端，由根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的驅(qū)動(dòng)器電路所驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H02M7/217GK205725490SQ201620162091
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年3月3日
【發(fā)明人】龍火軍, 文天祥
【申請(qǐng)人】飛利浦照明（中國(guó)）投資有限公司