专利名称：Power factor correction and driver circuits的制作方法
技术领域：
本公开总体涉及功率因数校正和驱动电路。更具体而言，本公开涉及利用用于功 率调节的辅助电感绕组的功率因数校正电路并且还涉及被配置成用于诸如串联布置的发 光二极管(“LED")的电负载的高压驱动电路。
背景技术：
功率因数是实际功率与视在功率的比率。在美国，提供频率为大约60赫兹的大约 120伏的AC功率。在欧洲及其它地区，提供频率为大约50赫兹的大约240伏的AC功率。功率因数校正(PFC)是对产生小于1的功率因数的电负载的特征进行调节的处 理。通过电力传输部门来施加功率因数校正以改善传输网络的稳定性和效率。或者，可由 各个电气客户来安装功率因数校正以降低他们的电气供应商向他们收取的费用。在传输系 统中高功率因数(即，接近于一或"1")通常是期望的以降低传输损失并且提高负载上的 电压调节。耗用交流电功率的电负载消耗用于进行有用功或能进行有用功的实际功率以及 下述无功功率，该无功功率在负载中不消耗能量并且在每个交流电周期回到源。实际功率 与无功功率的矢量和是视在功率。实际功率与视在功率的比率是在0与1之间，并且包括 0与1的数字的功率因数。无功功率的存在会引起实际功率小于视在功率，并且因此，电负 载具有小于一的功率因数。无功功率可使在电源与负载之间流动的电流增大，这使通过传输和配电线的功率 损耗增大了。这导致电力公司的额外费用。因此，电力公司需要它们的客户，尤其是具有大 负载的那些客户保持他们的功率因数在规定量(通常是0. 90或更高)之上或者需要缴纳 额外的费用。电力部门对高需求客户所使用的无功功率进行测量并且因此收取更高费用。 一些客户在他们的工厂安装功率因数校正方案以减少这些较高费用。涉及电功率的产生、传输、分配、以及消耗的电气工程师对负载的功率因数感兴 趣，因为功率因数会影响电力企业和客户的效率和费用。除了操作费用增加之外，无功功率 需要利用载流量较高的线路、开关、断路器、变压器、以及传输线路。通过提供符号相反的无功功率，添加分别作用于消除负载的电感性或电容性效应 的电容器或电感器，功率因数校正使AC功率电路的功率因数接近1。例如，通过局部连接的 电容器来抵消电动机负载的电感效应。有时，当由于电容性负载而使功率因数超前时，电感 器用于对功率因数进行校正。在电力企业中，电感器被认为消耗无功功率并且电容器被认 为提供无功功率，即使无功功率实际上仅仅是在每个AC周期之间来回移动。代替利用电容器，可使用无载同步电动机。同步电动机所汲取的无功功率是其场 激励的函数。将这称为同步调相器。启动这种调相器并且使其与电网相连。它以完全超前 功率因数进行操作并且必要时向网络提供无功功率(通常称为无功伏安或"VAR")以支 持系统的电压或者保持系统功率因数在指定水平。调相器的安装和操作与大电动机相同。 其主要优点是易于对校正量进行调节，因为它具有与电可变电容器一样的性质。
除了初始AC电流之外，非线性负载还产生了谐波电流。添加诸如电容器和电感器 这样的线性部件无法消除这些谐波电流，因此需要诸如滤波器或有功功率因数校正这样的 其他方法来对在交流电的每个周期上的电流需要进行平滑并且因此降低所产生的谐波电流。典型的开关模式电源首先对AC电流进行整流，利用桥式整流器或相似电路形成 DC总线(或DC波纹电流)。然后从该DC总线得到输出电压。与此相关的问题是整流器是 非线性设备，因此输入电流高度非线性。这意味着输入电流在电压频率的谐波上具有能量。这表现出了电力公司的特定问题，因为它们无法与对线性负载所汲取的无功功率 进行补偿一样来通过添加简单的电容器或电感器来对谐波电流进行补偿。许多管辖区开始 合法地需要对处于某个功率级之上的所有电源进行功率因数校正。图1示出了功率因数校正(PFC)被设计成根据现有技术来校正的电子设备的电流 和电压波形。如图所示，电压波形的形状是正弦曲线并且电流波形的特征为电流值稳定的 波形，其中电流波形幅值中的大尖峰随同谐波的高分量一起。电流波形中的大尖峰是由于 开关电源以及其使用整流器电桥/平滑电容器电路引起的。从效率的角度来看，典型的未 校正的开关式电源具有0.6的功率因数，其可以使从AC插座中获得的电流从大约13安培 有效地降低为大约7. 8安培。功率因数校正的解决方案是调节设备的输入负载功率以便它利用有功PFC技术 而纯粹呈现为电阻性。普通PFC设计在传统的电压调节级之前采用升压预转换器，该升压 预转换器与交换式电源有效地级联。升压预转换器使全波整流的未滤波的AC线路上升到 略高于整流AC线路级别的DC输入轨，并且大约是375至400伏DC。通过在整个AC线路周 期汲取电流，升压预转换器迫使负载汲取与AC线电压同相的电流，这可消除谐波发射。控制谐波电流的最简单方式是使用滤波器作为无源功率因数校正技术。可设计仅 使线路频率(例如50或60Hz)的电流通过的滤波器。该滤波器降低谐波电流，这意味着非 线性设备现在看来像线性负载。就此必要时利用电容器或电感器可使功率因数接近一。该 滤波器需要大值高电流电感器，然而，其是庞大的且昂贵的。这是通过利用电容器组来对负 载的非线性进行校正的简单方式。它不是与有源PFC—样有效。将电容器切换到电路中或 者电路之外会引起谐波，这就是为什么有源PFC或同步电动机是优选的原因。还可执行有功功率因数校正。为此，通常将升压转换器插入到桥式整流器与主输 入电容器之间。升压转换器试图在其输出上保持恒定DC总线电压，同时汲取总是与线电 压同相的且相同频率的电流。电源内部的另一开关式转换器从DC总线产生期望的输出电 压。该方法需要额外的半导体开关和电子控制器件，但是允许较便宜的且较小的无源部件。 由于它们非常广的输入电压范围，因此具有有功PFC的许多电源可自动调节以对从大约 100V(日本)至240V(UK)的AC功率进行操作。有功功率因数校正器(有功PFC)是下述功率电子系统，该功率电子系统对负载所 汲取的功率量进行控制以便获得尽可能靠近一的功率因数值。在大多数应用中，有功PFC 对负载的输入电流进行控制以便电流波形与电源电压波形(正弦波)成正比。一些类型的 有功PFC是(i)升压、(ii)降压、并且(iii)降压一升压。有功功率因数校正器可以是单 级或多级。有功PFC可产生0.99 (99% )的PFC。利用整流器电桥/平滑电容器电路的电源汲取非正弦电流，因为AC线路的瞬时电压超过了存储电容器的电压。没有功率因数校正的电子产生器必须在正弦波的顶部/峰值 提供能量而不是在整个周期提供能量，这可使正弦波在其峰值附近陷落。图2示出了根据现有技术的具有升压预转换器的功率因数校正电路。全波电桥整 流器200接收AC输入电压并且产生全波整流电压。该升压预转换器205接收全波整流电压 并且迫使负载汲取与电压同相的电流。通过与输出和控制电路220相耦合的开关设备215 来确定电流波形的形状。控制电路220将输入提供给开关设备215并且接收来自输出的信 号作为输入信号并接收来自整流器/升压节点225的信号。该电路可解决由于使电流波形 成形为酷似电压波形并且使电流波形与电压波形同相所引起的问题。对于包括有提供相对高电压的功率的一些应用而言，先前所描述的PFC技术由于 非一的PFC值而可呈现出或可使效率不期望的损失。越来越多地，许多工业、民用、以及公共基础设施应用已使用发光二极管来照明。 与诸如白炽或荧光照明这样的先前照明技术相比，LED可提供宽的色谱、大小紧凑、能效增 大、不需要汞和相关环境考虑、使用寿命增加、弱光输出的能力、不需要红外或紫外光谱分 量(当期望时)、以及低电压(基于每个LED)。LED是固有地低压设备并且根据颜色和电 流，LED的正向电压在不到2至4. 5V变化。另外，LED必须由恒定电流来驱动以确保期望的 强度和颜色。就诸如包括LED的各类照明这样的电子部件的驱动器级而言，调节器用于功 率调节和功率因数校正。然而，已显示出这种调节器和PFC具有小于最佳的电流控制。由 于附属部件寿命降低以及热管理问题，这又会导致电流传送过程中的不能接受的变化。因此，当前缺乏的是用于在各种类型的操作条件以及相对高电压之下提供较接近 一的功率因数校正值的技术。进一步缺乏的是用于利用增大的且更均勻的功率调节向电子 部件提供相对高的电压的技术，尤其是用于包括LED应用的照明应用，其中外加功率的变 化可产生引人注目的视觉效果。
发明内容
本公开涉及并且包括这样的技术和系统，该技术和系统包括用于在各种操作条件 以及例如大约400V或之上这样的相对高电压之下提供接近一的功率因数校正值的电子线 路。在本公开中包括所描述的电子线路的技术和系统可利用增大的且更均勻的功率和电流 调节而向电子部件提供相对高的电压。示例性实施例可用于或实现对LED的配置的操作和控制，例如对期望数量的适当 LED的串联配置的操作和控制。本公开的一个方面包括其包括提供功率因数校正的电路、电子线路、和/或级的 技术和系统。更具体而言，本公开的一方面涉及并且能够提供使用辅助电感绕组进行功率 调节和电流相位(例如零点)检测的功率因数校正电路。本公开的另一方面涉及并且能够提供用于诸如串联布置的LED的电负载的高压 驱动电路。这种驱动级或电路的示例性实施例可实现比较器和/或电压调节器，以允许改 善高电压应用以及诸如串联配置的LED的负载的输出电流均勻性。PFC级/电路以及驱动器级/电路的示例性实施例是以组合电路进行配置和布置。 这种实施例可用作电源并且将其配置在或配置有公共电路板，例如配置在公共电路板的相 对侧上。
当结合附图阅读时，可从以下描述显而易见的得知本公开的其它方面、实施例、以 及细节。
当结合附图阅读时，从以下描述可更完全清楚本公开的方面和实施例，这些附图 被认为实质上是示意性的而不是作为限制。附图不必按比例绘制，而是将重点放置突出本 公开的原理。在附图中图1示出了用于现有PFC技术的电子设备的电流和电压波形；图2描述了现有PFC控制电路；图3描述了根据本公开的示例性实施例的PFC电路的电路图；图4描述了根据本公开的示例性实施例的驱动电路的电路图；图5描述了根据该公开的另一实施例的PFC电路的电路图；以及图6描述了根据本公开的另一实施例的驱动电路的电路图。虽然在附图中对某些实施例进行了描述，但是所描述的实施例是示意性的，并且 在本公开的范围之内可预见到并实施所示的那些的变化以及在这里所描述的其它实施例。另外，本领域技术人员还应意识到虽然在附图中示出了某些部件值和/或部分/ 型号，但是在本公开的范围之内可使用具有其它适当值的其它适当部分/部件。
具体实施例方式本公开的方面和实施例提供了用于功率因数校正和/或电子设备/部件驱动功能 的电路/级。该级或电路能够用于增大功率因数校正和/或功率调节，并且提高例如串联 配置的LED的电负载以及相关部件的使用寿命，以及降低与此相关的热损耗和成本。本公开的其他方面涉及用于诸如串联布置的发光二极管的电负载的高压驱动电 路。驱动电路的示例性实施例能够实现比较器和/或电压调节器，以允许改善高压应用以 及诸如串联配置的LED的负载的输出电流均勻性。当结合附图阅读时可从这里的描述更完全清楚本公开的方面和实施例，附图被认 为实质上是示例性的而不是限制性的。在附图中，所述电路实施例的突出特征具有参考标 记(例如图3中的电容器336)并且在相关描述中调用，同时其它不突出特征在附图中不 具有这种特征标记或者不在该描述中调用；然而，在该详细说明中所描述的附图中，为便于 理解，除了代表性额定值、管脚数、和/或值(例如图3所示的，电解电容器Cl具有额定为 450V的68uF的标称电容)之外，所述电路的功能部件还具有代表性所施加的电压输入和接 地符号以及电路元件符号和字母(根据传统标准)。本领域技术人员应意识到虽然在附图 中示出了某些部件值和/或部分/型号，但是在本公开范围之内可使用具有其它适当值的 其它适当部分/部件。本公开的一个方面涉及使用辅助电感绕组进行功率调节和/或电流相位(例如零 点)检测的PFC电路。图3示出了这种PFC电路的一个示例。图3描述了根据本公开的示例性实施例的PFC电路或级300的电路图。如图3所示，功率因数校正级300能够包括与EMI滤波器部分320连接的升压电 路310 (例如配置在升压预转换器拓扑或电路部分中)。如图所示，可将EMI滤波器320配置成接收AC功率，例如利用火线、中线、以及接地由典型的120伏AC电源所提供的。升压 电路310能够包括有功功率因数校正控制器312。级300还能够包括功率调节电路330和 整流器340。在示例性应用和实现中，能够将PFC级300配置成在临界导电模式(CRM)下进 行操作。升压电路310还能够包括具有辅助绕组316的升压或PFC线圈314。电压调节电 路或调节器330可以包含在PFC级300中，以便将来自辅助绕组316的电压调节到供功率 因数控制器310和/或例如图4所描述的驱动控制器的其它电路/部件所用的期望电压。 整流器340可以包含在PFC级300中并且如所示地进行配置和布置，以接收来自EMI滤波 电路320的AC，从而有助于/产生用于升压电路310的整流电压和电流。在示例性实施例 中，可以将NCP1606B控制器用于功率因数控制器310。对于某些应用而言，可以将施加到 NCP1606控制器的任何管脚的最大电压限制为20V或更小。在示例性实施例中，升压线圈 314可以是购买自Coilcraft公司的FA2890-ALPFC升压电感器。继续参考图3，如图所示，EMI滤波器电路310可以包括变阻器322、保险丝 324、多个电容器326(1)-326(4)，以及用于EMI屏蔽/滤波的一个或多个线圈/电感器 328(1)-328 (2)。PFC控制器312 (例如如图3所示配置的NCP1606控制器)通过对电感器电压进行 感测来确定校正断开时间。当电感器电流下降至零时，晶体管开关317的漏极电压(示例性 实施例所示的为购买自Fairchild半导体公司的Q1550V N-沟道增强型MOSFET FDPF7N50) 实质上是浮置的并且可以开始下降。如果此刻导通开关317，那么将实现CRM操作。直接 对升压电感器上的高压进行测量通常是不经济的或不实际的。相反地，使较小的辅助绕组 316离开升压电感器314。该绕组316可作为零电流检测器(ZOT)绕组(例如如图所示与 控制器312的管脚8相连)进行操作，并且尤其可给出供PFC控制器312使用的缩小型电 感器314输出。如所描述的，PFC级300的辅助线圈绕组316的主要作用是使得PFC控制器(例 如，在示例性实施例中的NCP1606 1C)能够确定PFC电感器314的电流何时达到特定相位 点，例如，确定何时在PFC电感器314中出现电流过零。对于CRM操作，虽然AC周期上的导 通时间是恒定的，但是CRM操作中的截止时间随瞬时输入电压而变。除了零电流检测之外，辅助线圈绕组316还可以提供要使例如NCP1606控制器的 PFC控制器312和/或例如诸如图4所示且描述的Supertex HV9910的驱动控制器的相关 /相连部件和电子线路运行所需的功率。在PFC级300的操作中，当第一次对电路300供电时，PFC控制器312 (例如， NCP1606)是不运行的。一旦供电，很小的电流开始流过电阻器313(1)和313(2)，对于该示 例性实施例而言该电阻器313(1)和313 (2)具有如图3中的R24和R23所示的270千欧姆 的电阻值。所产生的电流对电容器315进行充电，该电容器315例如是如图3中的C13所 示的在25V具有IOuF的值的电解电容器。当电容器315上的电压达到PFC控制器312的 导通电压Vcc (on)时，PFC控制器312可以启动并且导通晶体管开关317 (针对示例性实施 例所示的购买自Fairchild半导体公司的Ql 550VN-沟道MOSFET FDPF7N50)。这可使PFC 电感器314 (针对示例性实施例所示的购买自Coilcraft公司的L2部件号FA2890-AL)和 辅助绕组316中的电流向上陡冲(ramp)。
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PFC级300的电压调节电路(或调节器)330可以包括例如通过二极管339和电 荷泵318而与线圈314的辅助绕组316连接的共发射极放大器332、齐纳二极管334、存储 电容器336、以及局部电容器338。如所示的，共发射极放大器332可以包括NPN型晶体管。 在示例性实施例中，如图3所示，NPN型晶体管可以是额定为SOVcemax的BCP56型号晶体管， 存储电容器336可以是额定为53V的47uF电解电容器，并且局部电容器338可以是额定为 25V的IOuF电容器。PFC级300的电压调节器330可以进行操作以将辅助绕组316的电压调节为期望 水平，例如从辅助绕组所提供的40v调节降至功率因数校正控制器312所需的12v。这种调 节对许多应用是期望的，因为电容器336上的电压(例如如所示的，在示例性实施例中C9 上的40V)对于例如LM7812调节器这样的便宜现成的线性调节器的应用而言是太大电压， 否则太接近这种调节器的最大额定值以满足足够的或期望的安全系数。在级300的操作过程中，在PFC控制器的恒定导通时间到期之后(例如在CRM操 作期间)，断开开关317并且通过二极管311将聚集在PFC电感器314中的能量传送到例如 图3中描述为Cl、对于400V输出350而言最高电压为450V的68uF的电解电容器的电容器 319。当PFC电感器电流陡降至零(在辅助绕组316检测到)时，PFC控制器312在恒定导 通时间导通开关317 (例如晶体管开关Ql)并且该处理再次开始。恒定导通时间是指如果 输入电压更高，那么PFC电感器314中的电流将达到更高值，并且如果输入电压更低，那么 PFC电感器314中的电流更低。因此输入电流脉冲被束缚到输入电压并且PFC级300所提 供的功率因数很高(趋于一)。如先前所述的，可以将辅助绕组316用来供电，以便操作PFC控制器312 (例如， NCP1606)和/或相连的部件(例如图4的驱动控制器412)。在该作用中，优选地将辅助绕 组316的AC (或AC分量)输出转换成DC并且使其平滑。电荷泵318 (例如，包括如图3所 示的R21、C22以及D6)可以连接至PFC电感器314的辅助绕组316。存储电容器336的电 压是二极管压降到辅助绕组316所提供的电压之下的一个。例如，假定通过电感器314和 10 1绕组比的标称电压是400V，则辅助绕组316具有40V的电压(在电阻器与电荷泵 318的电容器两端的压降之前)。继续对调节电路330进行描述，更高电压(与现有技术相比)以及能够将存储电 容器336设计成具有例如68uF、47uF、39uF等等的期望电容的事实能够在由于输出上的过 压情况而关闭PFC开关时使所存储的足够的能量可用于对PFC控制器312和/或其它电子 线路部件(例如图4所示且所描述的控制器412)馈电。在不存在从电容器336所提供的/ 可从电容器336获得的能量的情况下，如果电容器336中的能量不足以在PFC断开时间对 部分/负载(LED串)馈电，那么可向用户通知过压情况，例如当电负载是LED串时闪光。除了 PFC电路之外，本公开呈现了其它方面，其包括被配置和布置成向电负载提 供例如400V DC这样的相对高电压以及高均勻性的电流的驱动电路或级。图4描述了根据 本公开的示例性实施例的一个这种驱动电路或级400的电路图。参考图4，驱动器级400可以包括驱动控制拓扑或电路410、比较电路420、以及电 压参考/调节电路430。可以将驱动器级400配置和布置成对在应用于电负载460的输入 端450所接收的功率进行调节。输入端450处的电压是例如400V DC或之上的较高电压， 或者在例如从大约400V DC至大约500V DC等等的电压范围内。在示例性实施例中，可以将驱动器级400耦合至包括诸如图4中所示的串联配置的LED的电负载。如图所示，驱动 器级400还可以包括电容器组470。驱动控制电路410可以包括驱动器集成电路(“IC")或控制器412。比较电路 420可以包括适当的比较器422。调节电路430可以包括如所示的调节器配置的适当调节 器(或分路调节器)432。驱动电路400的应用可利用控制器412的PWM高效LED驱动控 制IC。在示例性实施例中，可以将购买在Supertex公司的HV9910BNG-G LED驱动器IC用 于驱动控制器412。在示例性实施例中，可以将购买在得克萨斯仪器公司的TL331IDBV单差 分比较器可用于比较器422。并且，在示例性实施例中，可以将购买在得克萨斯仪器公司的 TL431CDBZ分路调节器(或等效物)用于调节电路430中的调节器432。继续参考图4，驱动器级400可以包括例如如所示的配置在输入端450与开关456 的漏极之间的二极管或回扫二极管452，其可以是配置为开关的M0SFET。回扫二极管452 可以在开关(例如M0SFET)断开时间期间为负载/电感器电流(通过负载和/或电感器的 电流)提供返回路径。当控制器412导通MOSFET 456时，电流流过LED负载460和电感器 454。当控制器412截止MOSFET 456时，在导通时间期间存储在电感器454中的能量可使电 流继续在负载460和电感器454中流动。该电流使闭合回路的回扫二极管452正向偏压。 在示例性实施例中，二极管452可以是例如可购买自Cree公司的CSD01060A这样的碳化硅 (SiC)肖特基二极管。这种配置有助于延长构成驱动器400的负载的设备/部件的寿命。在示例性实施例中，将级400配置成接收由例如图3的PFC级300所提供的大约 400V DC的输入电压，并且可用于向期望的电负载提供已调节的功率。在示例性实施例中， 级400可以0. 425安培IOOKHz进行操作。在示例性实施例中，驱动器级400可以用于将电 流提供给串联布置的LED。级400可操作以提供例如350mA的具有士3_4%的期望电流额 定值的电流。与此相反，现有技术以仅士20%的精确度将相似电压的电流提供给电负载。继续参考图4，在操作中，驱动控制器412 (例如，图4中表明为Ul的HV9910IC)可 以通过导通晶体管开关452 (例如可购买自Fairchild半导体公司的器件号550V N-沟道 增强型MOSFET FDPF7N50的晶体管Q2)开始脉宽调制(〃 PWM")。就此，PFC电源450 (例 如供电400V DC)所提供的电流接着流过负载460 (例如LED)并且此后穿过电感器454、开 关456、以及电阻器458至地。因此电流向上陡冲以直至在比较器输出变高时比较器422的 +输入高于-输入并且从而驱动控制器(CS)输入，使得控制器412截止开关456。在截止 时间(由与管脚14相连的标明为的R7的值所确定的)之后，然后重复该循环。继续参考图4，相对于表现出或生成各个应用不可接受的很高的板与板输出电流 变化的现有技术驱动器，驱动电路400可提供电流调节改善。就例如225至275mv这样的 下述电流感应式的吸合(pull-in)阈值电压Vcs (hi)而言，驱动电路400可克服的很宽范 围的板与板(或者单元与单元)的电流变化是由于例如HV9910的现有技术驱动控制器的 相当差的性能引起的，所述电流感应式的吸合阈值电压可对350mA的标称设计电流生成 314mA与384mA之间的相应电流变化并且允许控制器数据表中的全范围。如先前所述的，对于例如串联配置的高效LED的许多负载应用而言，传送电流的 宽范围是不可接受的或者不希望的。与现有技术相比，包含/添加外部比较器420和参考 /调节器430提供了更好地精确度，比较器420的偏移电压(例如TL331)是5mV或者大约 5mV，并且参考/调节器(例如TL431)的精度是2%或者大约2%。因此，其中，使用驱动电
11路400可以提供电流变化性从现有技术的士20%降低到士3-4%，例如在标称值的2%之内 的精确度。为了延长寿命，对于包括诸如LED的照明元件的电负载而言，特别是例如400V 或更大的相对高电压处这种电流的均勻性尤其是合乎需要的。图5描述了根据本公开另一实施例的PFC级500的电路图。PFC级500通常与图 3所描述的PFC级300相似，并且可以包括与EMI滤波器部分520连接的升压电路510 (例 如，配置在升压预转换器拓扑或电路部分)。如所示的，可以将EMI滤波器520配置成利用 火线、中线、以及接地接收诸如典型的120伏AC电源所提供的AC功率。升压电路510包括 有功功率因数校正控制器512。级500还可以包括功率调节电路530和整流器540。在示 例性应用和实现中，将PFC级500配置成以临界导电模式(CRM)进行操作。升压电路510还可以包括具有辅助绕组516的升压线圈514。电压调整电路或者 调节器530可以包含在PFC级500中，以便将来自辅助绕组516的电压调节为供例如下文 对图6所描述的驱动控制器612的功率因数控制器512和/或其它电子线路/部件使用的 期望电压。在示例性实施例中，PFC线圈514可以是购买自Coilcraft公司的Z9264-B回 扫变压器。继续参考图5，整流器540可以包含在PFC级500中，并且如图所示地进行配置和 布置以接收来自EMI滤波电路520的AC，从而有助于/生成用于升压电路510的整流电压 和电流。在示例性实施例中，可购买自ON半导体的NCP1606B控制器可以用于功率因数校 正控制器512。对于某些应用而言，施加在NCP 1606控制器的任何管脚上的最大电压可被 限制在20V或者更低。如图5所示，EMI滤波电路520包括变阻器522、保险丝524、多个电容器 526(1)-526 (4)、以及用于对线路功率进行遮蔽/滤波的一个或多个线圈/电感器528。同样如图5所示，电压调节电路(或者调节器)530可以包括共发射极放大器532、 齐纳二极管534、存储电容器536、以及局部电容器538，该局部电容器538例如通过二极管 539和电荷泵518与PFC线圈514的辅助绕组516相连。如图所示，共发射极放大器532可 以包括NPN型晶体管。在示例性实施例中，NPN型晶体管可以是额定为SOVcemax的BCP56型 号晶体管，存储电容器536可以是额定为63V的39uF电解电容器，并且局部电容器338可 以是额定为25V的IOuF电容器。图6描述了根据本公开的实施例的驱动器级600的电路图。驱动器级600可以包 括驱动控制拓扑或电路610。对于对电负载660的应用而言，将驱动器级600配置和布置成 对在输入端650所接收的功率进行调节。输入端450的电压可以是例如400V DC或以上的 相对高电压，或者在例如从大约400V DC至大约500V DC等等的电压范围内。在示例性实 施例中，驱动器级600可以耦合至包括诸如图6中所示的串联配置的LED的电负载。如图 所示，驱动器级600还可以包括电容器组670。能够将电路600配置成由PFC电源650 (例 如提供400V DC)所提供的电流流过负载660(例如LED串)并且接着穿过电感器654、开关 656、以及电阻器658而至地。驱动控制电路610可以包括驱动器IC或者控制器612。驱动电路600的应用可利 用控制器612的通用LED驱动器控制IC。在示例性实施例中，可以将购买自Melexis微电 子集成系统的MLX10803LED驱动器IC用于驱动控制器612。配置和布置驱动控制器以控 制晶体管开关656。在该示例性实施例中，开关656是可购买自Fairchild半导体公司的550V N-沟道增强型 MOSFET FDPF7N50。继续参考图6，驱动器级400可以包括例如如所示的配置在输入端650与MOSFET 开关656的漏极之间的回扫二极管652。当控制器612导通MOSFET 656时，电流流过LED 负载660和电感器654。当控制器612截止MOSFET 656时，在导通时间期间存储在电感器 654中的能量使电流继续在负载660和电感器654中流动。该电流使闭合环路的回扫二极管 652正向偏压。在示例性实施例中，二极管452可以是例如可购买自Cree公司的CSD01060A 的碳化硅(SiC)肖特基二极管。这种配置能够有助于延长形成驱动器600的负载的设备/ 部件的寿命。在示例性实施例中，级600被配置成接收例如由图5的PFC级500所提供的大约 400V DC的输入电压并且可用于将所调节的功率提供给期望的电负载。在示例性实施例中， 级600以0. 425安培IOOKHz操作。在示例性实施例中，驱动器级600可以用于将电流提供 给串联配置的LED。另外，在示例性实施例中，驱动器级600可以与PFC级500或者PFC级 300 (或者相似的PFC级)一起实施。这种组合的配置可代表或者提供适于例如包括但并 不限于串联配置的LED的目标/企图电负载的电源；示例性实施例可以包括下述PFC级，该 PFC级与公共电路板上的驱动器级一起实施，例如与电路板的相对侧上的驱动器级一起实 施。如先前所述的，根据本公开的实施例可以用于将相对高的电压(例如400+V DC) 功率应用到在许多企业以及许多应用中所使用的串联配置的LED (或者其它光源)上。这种 LED通常需要2.5与4. 5V之间的外加电压。LED可以具有任何类型、颜色(例如根据想要 的照明布置需要而发射出任何颜色或白光或者彩色与白光的混合)、亮度能力、或者强度， 优选地在可见光谱中。LED可以包括生成一个颜色或多个颜色的期望阵列的任何半导体配 置和材料或者组合(合金)。LED可以具有嵌入有LED或者放置在LED上的折射光学仪器 或者不具有折射光学仪器，并且可替代地，或者还具有使低角度和中间角度LED光向外重 新定向的周围反射器。在示例性实施例中，根据本公开的PFC级(例如，如图3所示和所述)和驱动器级 (例如，如图4所示和所述)可以结合在一起用作一个或多个照明元件的电源。还可以将这 种组合电源与一个或多个照明元件实现用于形成照明装置或设备。在示例性实施例中，将一个或多个LED配置和布置在可以包括板上驱动器(例如， 如图4所示和所述)和/或PFC电路(例如，如图3所示和所述)的印刷电路板(“PCB “) 上，以便使例如LED的光源以期望电流工作。例如，可以使用适于LED的电流。例如，代表性 的电流范围可以包括但并不限于大约250mA至大约800mA ；—个示例性电流大约为350mA。 这种电路板可以具有从一端至另一端的例如24V DC总线的总线。其它电压当然可用于总 线。在灯带板上可设置任何适当数目的适当LED。在一个说明性示例中，可以采用具有本公 开的驱动器和/或PFC电路/级的可在最小80流明操作的一个或多个的五个(5) LED配置 (可购买自飞利浦Lumileds照明公司的LUXEON Rebel LEDs)。可在本公开的范围内 使用其它适当的LED或者替换光源和输出值。因此，根据本公开的电路实施例可以用于提供具有PFC值改善的例如是400V DC 或之上的相对高的DC电压。另外，本公开的实施例可以提供用于向高压的电负载提供改善 的电流调节的驱动电路。与现有技术相比，根据本公开的技术和实施例可以降低耗损、热疲
13劳性、输出变化性、功耗、以及成本。如先前所描述的，本公开的实施例尤其很好地适于向串 联配置的LED或者LED串提供功率。虽然在这里已对某些实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应明白的是在 不脱离其精神的情况下可将本公开的方法、系统、以及装置体现为其它特定形式。例如，虽 然在这里已在某些输入和输出电压和电流的上下文中对方面和实施例进行了描述，但是当 然在本公开的范围之内可实现并使用其它的。另外，虽然已在将电源提供给由串联配置的 LED所组成的电负载的上下文中对该公开的实施例进行了描述，但是将电负载描述为LED 仅仅是通过示例，并且本公开的范围并不局限于此。应意识到的是本公开实际上可供任何 类型的电负载使用。因此，应认为在这里所描述的以及在所附权利要求中所要求的实施例在本公开中 的所有方面是说明性的而并非限制性的。
权利要求
一种照明装置和功率因数校正(PFC)电路，包括EMI滤波器，配置和布置所述EMI滤波器以接收来自AC电源的AC输入；连接所述EMI滤波器的整流器，配置和布置所述整流器以接收来自所述EMI滤波器的AC功率并且产生整流电流；升压电路，所述升压电路连接至所述整流器并且包括PFC控制器和具有辅助绕组的PFC线圈，配置和布置所述升压电路以接收所述整流电流并且产生具有比所述AC电源的所述AC输入更高的电压的功率因数校正输出；以及电压调节器，所述电压调节器连接至所述辅助线圈并且包括共发射极放大器部分，所述共发射极放大器部分包括连接至所述辅助绕组的共发射极放大器，其中，配置和布置所述电压调节器以将由所述辅助绕组提供的电压调节到用于施加到所述功率因数校正控制器的期望电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述升压部分包括电荷泵。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，以临界导电模式拓扑来配置和布置所述升压部分。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电压调节器还包括连接至所述共发射极放 大器晶体管的基极和发射极的齐纳二极管。
5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电压调节器还包括串联耦合在所述辅助线 圈和所述共发射极放大器之间的二极管。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述电压调节器还包括耦合在所述二极管和地 之间的存储电容器。
7.根据权利要求1所述的电路，其中，配置和布置所述EMI滤波器以接收120VAC输 入，并且配置和布置所述升压电路以产生大约400V DC的输出。
8.根据权利要求1所述的电路，其中，所述PFC控制器是NCP1606控制器。
9.一种照明装置驱动电路，包括 包括驱动控制器的驱动控制电路；包括比较器的比较电路，其中所述比较器连接至所述驱动控制电路；以及 连接至所述比较电路的电压调节器；其中，配置和布置所述驱动电路以将提供给电负载的所述电流调节到标称电流加或减 大约2%。
10.根据权利要求9所述的驱动电路，其中，所述电压调节器包括分路调节器。
11.根据权利要求9所述的驱动电路，其中，所述比较器包括单差分比较器。
12.根据权利要求9所述的驱动电路，还包括二极管，配置和布置所述二极管以在晶体 管开关截止时间期间为负载/电感器电流提供返回路径。
13.根据权利要求12所述的驱动电路，其中，所述二极管包括碳化硅肖特基二极管。
14.根据权利要求9所述的驱动电路，还包括被配置和布置成接收电压为大约400V的 功率的输入端。
15.根据权利要求14所述的驱动电路，还包括配置在所述输入端与地之间的电容器组。
16.根据权利要求9所述的驱动电路，其中，所述比较器连接至所述驱动控制器的电流感测输入端。
17.根据权利要求16所述的驱动电路，其中，所述驱动控制器是HV9910控制器。
18.一种照明电源，包括 (i) PFC级，所述PFC级包括EMI滤波器，配置和布置所述EMI滤波器以接收来自AC电源的AC输入； 连接所述EMI滤波器部分的整流器，配置和布置所述整流器以接收来自所述EMI滤波 器的AC功率并且产生整流电流；升压电路，所述升压电路连接至所述整流器并且包括PFC控制器和具有辅助绕组的 PFC线圈，配置和布置所述升压电路以接收所述整流电流并且产生具有比所述AC电源的所 述AC输入更高的电压的功率因数校正输出；以及电压调节器，所述电压调节器连接至所述辅助线圈并且包括共发射极放大器部分，所 述共发射极放大器部分包括连接至所述辅助绕组的共发射极放大器，其中，配置和布置所 述电压调节器以将由所述辅助绕组提供的电压调节到用于施加到所述功率因数校正控制 器的期望电压；以及( )驱动器级，配置和布置所述驱动器级以接收来自所述PFC级的输出并且将其作为 输出功率提供给电负载，所述驱动器级包括驱动控制器。
19.根据权利要求18所述的电源，其中，所述驱动器级包括 包括驱动控制器的驱动控制电路；包括比较器的比较电路，其中，所述比较器连接至所述驱动控制电路；以及 连接至所述比较电路的电压调节器；其中，配置和布置所述驱动电路以将提供给电负载的所述电流调节到标称电流加或减 大约2%。
20.根据权利要求19所述的电源，其中，所述电压调节器包括分路调节器。
21.根据权利要求19所述的电源，其中，所述比较器包括单差分比较器。
22.根据权利要求19所述的电源，还包括二极管，配置和布置所述二极管以在晶体管 开关截止时间期间为负载/电感器电流提供返回路径。
23.根据权利要求22所述的电源，其中，所述二极管包括碳化硅肖特基二极管。
24.根据权利要求19所述的电源，还包括被配置和布置成接收电压为大约400V的功率 的输入端。
25.根据权利要求24所述的电源，还包括配置在所述输入端与地之间的电容器组。
26.根据权利要求19所述的电源，其中，所述比较器连接至所述驱动控制器的电流感 测输入端。
27.根据权利要求26所述的电源，其中，所述驱动控制器是HV9910控制器。
28.根据权利要求19所述的电源，其中，将所述PFC级和所述驱动器级配置和布置在公 用电路板上。
29.根据权利要求19所述的电源，其中，所述升压部分包括电荷泵。
30.根据权利要求19所述的电源，其中，以临界导电模式拓扑来配置和布置所述升压 部分。
31.根据权利要求19所述的电源，其中，所述电压调节器还包括连接至所述共发射极放大器晶体管的基极和发射极的齐纳二极管。
32.根据权利要求19所述的电源，其中，所述电压调节器还包括串联耦合在所述辅助 线圈和所述共发射极放大器之间的二极管。
33.根据权利要求32所述的电源，其中，所述电压调节器还包括耦合在所述二极管与 地之间的存储电容器。
34.根据权利要求19所述的电源，其中，配置和布置所述EMI滤波器以接收120VAC输 入，并且配置和布置所述升压电路以产生大约400V DC的输出。
35.根据权利要求19所述的电源，其中，所述PFC控制器是NCP1606控制器。
36.一种照明装置，包括 (i) PFC级，所述PFC级包括EMI滤波器，配置和布置所述EMI滤波器以接收来自AC电源的AC输入； 连接所述EMI滤波器部分的整流器，配置和布置所述整流器以接收来自所述EMI滤波 器的AC功率并且产生整流电流；升压电路，所述升压电路连接至所述整流器并且包括PFC控制器和具有辅助绕组的 PFC线圈，配置和布置所述升压电路以接收所述整流电流并且产生具有比所述AC电源的所 述AC输入更高的电压的功率因数校正输出；以及电压调节器，所述电压调节器连接至所述辅助线圈并且包括共发射极放大器部分，所 述共发射极放大器部分包括连接至所述辅助绕组的共发射极放大器，其中，配置和布置所 述电压调节器以将由所述辅助绕组提供的电压调节到用于施加到所述功率因数校正控制 器的期望电压；以及( )包括驱动器级的驱动电路，配置和布置所述驱动器级以接收来自所述PFC级的输 出并且将其作为输出功率提供给电负载，所述驱动器级包括驱动控制器；以及(iii) 一个或多个发光元件，配置和布置所述一个或多个发光元件以接收来自所述驱 动电路的功率。
37.根据权利要求36所述的照明装置，其中，所述驱动器级包括 包括驱动控制器的驱动控制电路；包括比较器的比较电路，其中，所述比较器连接至所述驱动控制电路；以及 连接至所述比较电路的电压调节器；其中，配置和布置所述驱动电路以将提供给电负载的所述电流调节到标称电流加或减 大约2%。
38.根据权利要求36所述的照明装置，其中，所述一个或多个发光元件包括一个或多 个 LED。
39.根据权利要求38所述的照明装置，其中，所述一个或多个LED包括按照串联配置相 连的多个LED。
全文摘要
文档编号H05B33/08GK101953228SQ20098000035
公开日2011年1月19日 申请日期2009年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者Kelly Kevin Allan 申请人:Lsi Industries Inc