專(zhuān)利名稱(chēng)：作為發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器的逆向變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種啟動(dòng)半導(dǎo)體光源的一種電路結(jié)構(gòu)，它包括連接電壓源的輸入端，輸入濾波器，設(shè)置有感應(yīng)器和開(kāi)關(guān)元件的變換器，其中具有一控制電路的開(kāi)關(guān)元件以周期ton定時(shí)地處于導(dǎo)電狀態(tài)，連接半導(dǎo)體光源的輸出端。
本發(fā)明還涉及一種設(shè)有這種電路結(jié)構(gòu)的信號(hào)燈。
開(kāi)段所述這種類(lèi)型的電路結(jié)構(gòu)從WO99/07188中可獲知。變換器用作半導(dǎo)體光源的開(kāi)關(guān)式電源。在這種公知電路結(jié)構(gòu)中，多諧振蕩正向/逆向變換器被用作變換器。這樣做的好處是能夠得到高的功率因數(shù)。半導(dǎo)體光源廣泛地應(yīng)用為信號(hào)燈。在這樣一個(gè)申請(qǐng)中，對(duì)于常用的白熾燈來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體光源的優(yōu)點(diǎn)是能夠顯著地延長(zhǎng)使用壽命，極大地降低能源耗費(fèi)。信號(hào)燈通常形成復(fù)雜信號(hào)系統(tǒng)，例如交通燈的交通控制系統(tǒng)的一部分。一般來(lái)說(shuō)，用作光源的半導(dǎo)體光源的功能是由提供給半導(dǎo)體的電流值確定的。因此，該變換器應(yīng)該用作電流源(恒流發(fā)生器)。另一方面，交通燈裝置通常是由一個(gè)三端開(kāi)關(guān)電路驅(qū)動(dòng)。這種三端開(kāi)關(guān)電路的重要特性是如果驅(qū)動(dòng)器在光源的導(dǎo)電相位正確地運(yùn)行，最小電流就必須流過(guò)上述三端開(kāi)關(guān)電路。這樣就會(huì)導(dǎo)致公知電路結(jié)構(gòu)的變換器和控制電路構(gòu)成的復(fù)雜性。因此，帶來(lái)一些缺陷。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在開(kāi)段中描述的這種類(lèi)型的電路結(jié)構(gòu)，其中消除了上述缺陷。根據(jù)本發(fā)明，此目的的實(shí)現(xiàn)在于開(kāi)段中描述的這種類(lèi)型的電路結(jié)構(gòu)的特征是，根據(jù)本發(fā)明，變換器是一種逆向變換器，感應(yīng)器由一變壓器形成，并且控制電路控制周期ton。
令人驚奇的發(fā)現(xiàn)是根據(jù)本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)能夠適用于可靠地啟動(dòng)作為替換信號(hào)燈中白熾燈的半導(dǎo)體光源，而且是在低溫情況下，上述電路結(jié)構(gòu)還具有非常簡(jiǎn)單的特性，這是它很好的優(yōu)點(diǎn)。以幾乎沒(méi)有發(fā)生變化的方式來(lái)控制周期ton具有非常重要優(yōu)點(diǎn)，即逆向變換器除了能夠?qū)崿F(xiàn)從電源中提取的饋路電流的諧波失真(THD)低電位之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)良好的功率因數(shù)。該電路結(jié)構(gòu)輸入端的電源通常由電源電壓電源產(chǎn)生，因此依賴(lài)一交流電壓。如果該交流電壓具有周期T，那么，在根據(jù)本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)的最佳實(shí)施例中，該控制電路涉及一至少2.5T周期的積分。因此，相對(duì)于變化例如溫度變化，實(shí)現(xiàn)良好的功率因數(shù)能夠與快速反饋相結(jié)合。
在電源是交流電源的情況下，整流器最好是位于輸入端和變換器之間。THD的低電位通過(guò)僅將一個(gè)高頻濾波器設(shè)置在整流器和逆向變換器之間還能夠得到進(jìn)一步改進(jìn)。這也消除了由修剪整流電壓引起的對(duì)功率因數(shù)的不利影響。
變換器以一固定頻率通電以便電流能夠在一段時(shí)間內(nèi)停止同時(shí)流過(guò)初級(jí)和次級(jí)繞組。這種工作方式通常被稱(chēng)之為斷續(xù)方式。然而，變換器最好是以流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組的電流減小為零而使開(kāi)關(guān)元件通電的方式工作。這種稱(chēng)之為臨界方式的工作方式使用相對(duì)簡(jiǎn)單的方法能夠?qū)崿F(xiàn)，此外它還具有峰值電流最小化和減小開(kāi)關(guān)損耗的良好優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)從參考下面描述的實(shí)施例中將會(huì)清楚明白和得到解釋。
附圖中

圖1是電路結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是具有控制電路的變換器的詳細(xì)框圖，圖3是控制電路的詳細(xì)圖，圖4是輸入濾波器的詳細(xì)視圖。
在圖1中，A,B是連接電源VB，例如具有周期T的由固態(tài)繼電器提供的交流電壓電源的輸入端。輸入濾波器用Ⅰ表示，具有控制電路的變換器用Ⅲ表示，C,D是連接半導(dǎo)體光源LB的輸出端。輸入濾波器Ⅰ設(shè)有正極+，和負(fù)極一，它們經(jīng)過(guò)變換器Ⅲ分別與輸出端C,D相連接。該電路結(jié)構(gòu)還包括一自調(diào)限流網(wǎng)絡(luò)，未圖示，它本身以公知的方式保證在變換器的斷開(kāi)狀態(tài)下電源產(chǎn)生的逸流能夠在足夠程度上流動(dòng)。借助于此，能夠消除輸入端電壓的增加和錯(cuò)誤狀態(tài)測(cè)試。這種網(wǎng)絡(luò)例如已公開(kāi)在WO99/07187上。
在圖2中，變換器和相關(guān)的控制電路被詳細(xì)地表示出。變換器是一個(gè)具有與變壓器12串聯(lián)的開(kāi)關(guān)元件T1的逆向變換器，變壓器12設(shè)有初級(jí)繞組L21和次級(jí)繞組L22。該變壓器形成一感應(yīng)器。初級(jí)繞組L21與二極管D1并聯(lián)，二極管D1與反向極化的穩(wěn)壓二極管Z1串聯(lián)，因此，在開(kāi)關(guān)元件T1的擊穿電壓之下的電位處的變壓器L2的泄漏自感導(dǎo)致箝位產(chǎn)生于任何峰值電壓。一與開(kāi)關(guān)元件T1串聯(lián)的電流測(cè)量電阻R3也包含在控制電路中。次級(jí)繞組L22經(jīng)過(guò)二極管D2與輸出端C相連接，經(jīng)過(guò)電流測(cè)量電阻R4與輸出端D相連接。此外，一緩沖電容器C4跨接在二極管D2和次級(jí)繞組L22串接的兩端?？刂齐娐稴C用輸出O連接于開(kāi)關(guān)元件T1的控制電極g?？刂齐娐稴C的輸入端I1與電流測(cè)量電阻R3相連接，輸入I2與次級(jí)繞組L22相連接，輸入I3與電流測(cè)量電阻R4相連接?？刂齐娐愤€設(shè)有與溫度傳感元件R5，如NTC電阻相連接的輸入I4。這樣，光源溫度變化和其周?chē)h(huán)境能夠來(lái)補(bǔ)償流經(jīng)半導(dǎo)體光源的電流。為此，一控制電路中的校正電路IS32用于通過(guò)在輸入I4接收到的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入I3接收到的信號(hào)的校正，如圖3所示。在此方面，在由溫度決定的信號(hào)的路徑上的二極管DS33能夠保證校正僅在由溫度決定的信號(hào)下降至閥值之下時(shí)進(jìn)行。該校正信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻RS43和電容CS33的結(jié)合提供給控制集成電路IC IS31的連接管腳15a,15b。電阻RS43和電容CS33與控制集成電路IC中的運(yùn)算放大器相連接能夠保證該校正信號(hào)能被積分。電阻RS43和電容CS33的大小最好選擇成積分時(shí)間至少是電源的交流電壓周期T的2.5倍?？刂萍呻娐稩C經(jīng)過(guò)連接管腳I6與輸入端I1相連接，經(jīng)過(guò)連接管腳I8與控制電路的輸出O相連接。輸入端I2與控制集成電路IC IS31的連接管腳I7相連接?？刂萍呻娐稩C最好是功率因數(shù)校正集成電路IC。
如圖4所示，濾波器包括一電阻R1，一可變電阻R2，一整流器橋DB1和一由自感L1和電容C1,C2組成的π型濾波器。
在上述實(shí)施例中，變換器以臨界方式工作。
在上述電路結(jié)構(gòu)的實(shí)際實(shí)施例中，電路結(jié)構(gòu)適合與在導(dǎo)電狀態(tài)下至少具有80v,60Hz和至多具有135v,60Hz電壓的驅(qū)動(dòng)器相連接，上述電路結(jié)構(gòu)還適用于啟動(dòng)半導(dǎo)體光源，該半導(dǎo)體光源包括一6×3矩陣發(fā)光二極管，它由HewlettPackard制造，在25mA、環(huán)境溫度為25℃時(shí)，它的正向電壓VF介于2v和3v之間。如果啟動(dòng)變換器，輸入濾波器的正極+帶有一有效值至少為80v和至多為135v的整流電壓。在許可溫度達(dá)到最大而電壓又是最小的條件下，該電路結(jié)構(gòu)就具有75％的功效。在類(lèi)似的條件下，根據(jù)WO99/07188的電路結(jié)構(gòu)的功效只有65％。
逆向變換器具有一3NB60型的MOSFET，它與開(kāi)關(guān)元件一樣由SGS-Thompson制造。變壓器包括一鐵氧體鐵芯，初級(jí)繞組為0.2mm、110匝，次級(jí)繞組為兩部分，每部分為0.355mm、15匝。該控制電路包括一L6561型功率因數(shù)校正集成電路IC，它與控制集成電路IC一樣由SGS-Thompson制造，其中連接管腳15a對(duì)應(yīng)于管腳INV,15b對(duì)應(yīng)于COMP,I6對(duì)應(yīng)于CS,I7對(duì)應(yīng)于ZCD,I8對(duì)應(yīng)于OUT。校正電路IS32包括LL4148型的二極管DS33。比較器IS33是一個(gè)LM293型的雙比較器，它也由SGS-Thompson制造。電流測(cè)量電阻R3和R4被設(shè)計(jì)成分別由兩個(gè)和三個(gè)1Ω的電阻相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。電容C4是一個(gè)具有470μF電容量的電解電容。溫敏元件R5是一個(gè)由Siemens制造的B57620C103型的NTC電阻。電容C1和C2是各具有220nF電容量的濾波電容。自感的大小為2.1mH。整流橋DB1例如由4個(gè)IN4007型的二極管組成。
該變換器能適用于環(huán)境溫度范圍從-40℃到70℃時(shí)可靠地運(yùn)行發(fā)光二極管陣列。在逆向變換器的工作狀態(tài)下，該變換器向連接的LED陣列提供540mA的最小電流。然后該變換器能夠撤銷(xiāo)6W的最小功率，它對(duì)應(yīng)于至少45mA的電流消耗。這就證明了作為形成電源部分的三端開(kāi)關(guān)的保持電流是足夠的。通過(guò)用NTC電阻產(chǎn)生的溫度信號(hào)對(duì)流過(guò)LED陣列的瞬時(shí)電流的校正最好是在25℃以上的環(huán)境溫度下進(jìn)行。這樣，它能夠以非常簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)，一方面，整個(gè)環(huán)境溫度范圍從-40℃到+70℃，電源所需的保持電流能被去除，另一方面，LED陣列產(chǎn)生的光的數(shù)量具有最小的數(shù)量。
上述的電路結(jié)構(gòu)能夠適用于運(yùn)行包括由LED陣列組成光源的信號(hào)燈，其裝機(jī)功率的范圍從最小的6W到至少15W。
權(quán)利要求
1．一種運(yùn)行半導(dǎo)體光源的電路結(jié)構(gòu)，它包括連接電壓源的輸入端，輸入濾波器，設(shè)置有感應(yīng)器和開(kāi)關(guān)元件的變換器，其中具有一控制電路的開(kāi)關(guān)元件以周期ton定時(shí)地處于導(dǎo)電狀態(tài)，連接半導(dǎo)體光源的輸出端，其特征在于該變換器是一逆向變換器，感應(yīng)器由一變壓器形成，控制電路控制周期ton。
2．如權(quán)利要求1所述的一種電路結(jié)構(gòu)，其特征在于在工作狀態(tài)下，該變換器以臨界方式工作。
3．如權(quán)利要求1或2所述的一種電路結(jié)構(gòu)，其特征在于該電路結(jié)構(gòu)能適于提供周期為T(mén)的交流電壓，該控制電路包括一至少2.5T期間的積分。
4．一種具有包括半導(dǎo)體光源的殼體的信號(hào)燈，其特征在于該信號(hào)燈設(shè)有和如前面任一權(quán)利要求所述的電路結(jié)構(gòu)。
5．如權(quán)利要求4所述的一種信號(hào)燈，其特征在于該電路結(jié)構(gòu)設(shè)有與信號(hào)燈的殼體一體形成的殼體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)行半導(dǎo)體光源的電路結(jié)構(gòu),它包括連接電壓源的輸入端,輸入濾波器,一設(shè)置具有一控制電路的開(kāi)關(guān)元件和感應(yīng)器的變換器,連接半導(dǎo)體光源的輸出端。開(kāi)關(guān)元件以周期t
文檔編號(hào)H05B37/02GK1316174SQ00801240
公開(kāi)日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月7日
發(fā)明者R·A·A·M·雅各布斯, B·J·E·洪特勒, J·E·K·G·德克萊克, M·J·M·布克斯, E·B·G·尼霍夫 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司