[發(fā)明專利]開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路和方法

在審

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• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN106717116A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李朵;D·J·A·克萊森斯;張輝;江泓
• 申請（專利權(quán)）人: 飛利浦照明控股有限公司
• 主分類號: H05B33/08
• 分類號: H05B33/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所11256
• 代理人: 鄭立柱,鄭振

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及用于基于發(fā)光二極管的照明的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路和方法，并且特別地與基于可變輸入電壓的照明技術(shù)兼容。這種概念不僅用于LED照明，而且還用于諸如工業(yè)電源、消費性電子產(chǎn)品等的其他應(yīng)用。

背景技術(shù)

在本說明書和權(quán)利要求中，術(shù)語“LED”將用于表示有機和無機發(fā)光二極管(LED)，并且本發(fā)明可以應(yīng)用于這兩種類別。LED是電流驅(qū)動照明單元。它們使用將期望電流傳輸至LED的LED驅(qū)動器來進行驅(qū)動。

被提供的要求電流針對不同的照明單元以及針對照明單元的不同配置而變化。最新的LED驅(qū)動器被設(shè)計為具有足夠的靈活性來使它們可用于大范圍的不同照明單元以及用于一系列的許多照明單元。

諸如降壓轉(zhuǎn)換器電路的開關(guān)模式電源電路由于其低成本而被廣泛用作發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動器電路和充電器。開關(guān)模式電源電路采用功率或控制開關(guān)來設(shè)置或?qū)崿F(xiàn)能量存儲電感器被充電或放電。功率或控制開關(guān)通常通過MOSFET或類似技術(shù)的晶體管來實施。然而，已知與MOSFET晶體管驅(qū)動器電路相比，雙極晶體管并由此的雙極晶體管驅(qū)動器電路通常實施起來更便宜。對于低成本開關(guān)模式電源電路來說，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)將可控開關(guān)實施為雙極晶體管可以是一種改進。然而，已知雙極晶體管開關(guān)在開關(guān)頻率和效果頻率(effect frequency)方面具有限制。這些限制是晶體管開關(guān)的操作‘區(qū)域’的結(jié)果。在飽和‘區(qū)域’中，當(dāng)雙極晶體管完全導(dǎo)通時，雙極晶體管的基極具有‘過量電荷’，這需要在可以執(zhí)行晶體管的關(guān)閉之前被去除。這種過量電荷去除周期創(chuàng)建了‘存儲時間’，這限制了電路的開關(guān)頻率和效果效率。

典型地，要求附加電路來控制雙極晶體管的基極電流以加速其關(guān)閉。參照圖1示出了這種示例，圖1示出了發(fā)射極驅(qū)動器雙極晶體管配置。發(fā)射極驅(qū)動器電路包括高壓雙極晶體管Q1。高壓雙極晶體管Q1在晶體管Q1基極端子處經(jīng)由電阻器Rb耦合至電位或電源電壓Vb的第一端子。發(fā)射極電路還包括低壓功率MOSFET M1。MOSFET M1級聯(lián)耦合至雙極晶體管Q1。MOSFET還通過柵極G端子輸入來控制。在圖1所示示例中，MOSFET M1耦合至雙極晶體管Q1的發(fā)射極和電源電壓Vb的第二端子。

該電路的開關(guān)通過MOSFET M1來控制。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，雙極晶體管也導(dǎo)通，因為雙極晶體管的基極上的電壓源傳輸基極電流。當(dāng)MOSFET關(guān)閉時，由于發(fā)射極電流的中斷，雙極晶體管關(guān)閉。在雙極晶體管的關(guān)閉期間，雙極晶體管的基極中的額外少數(shù)載流子快速地疏散或清掃至雙極晶體管的集電極。少數(shù)載流子的這種疏散或清掃引起改進的關(guān)閉處理并允許較高的開關(guān)頻率。

盡管圖1中未示出，但這種配置還要求電路在雙極晶體管的基極處產(chǎn)生穩(wěn)定電壓，并且還要求電路產(chǎn)生用于MOSFET晶體管的驅(qū)動器信號。換句話說，諸如圖1所示的發(fā)射極驅(qū)動器雙極晶體管配置相對于簡單的雙極開關(guān)要求相當(dāng)數(shù)量的附加部件。

WO 9811659A1公開了一種電路，其是自振蕩比例驅(qū)動轉(zhuǎn)換器。其包括連接至主開關(guān)的基極的繞組來提供與主開關(guān)電流成比例的驅(qū)動電流，并且包括與主開關(guān)串聯(lián)的感測電阻器，該主開關(guān)激活鎖存電路以從主開關(guān)的基極汲取電流來使其關(guān)閉。

發(fā)明內(nèi)容

盡管改進了雙極驅(qū)動器電路的性能，但諸如上述的驅(qū)動器電路的類型在成本敏感應(yīng)用方面存在問題，因為其要求附加部件或者集成電路面積。此外，由于雙極晶體管和MOSFET被用于這種驅(qū)動器電路，所以可論證地：成本將不會太少，并且可能大于已知的MOSFET驅(qū)動器電路。

上述問題通過如權(quán)利要求所限定的發(fā)明來解決。本發(fā)明的實施例的非常基礎(chǔ)的想法是將與電源路徑中的初級繞組磁性耦合的輔助或AUX繞組連接至功率開關(guān)的電流輸出端子。當(dāng)轉(zhuǎn)換器激活或?qū)ㄇ页跫壚@組上的電壓改變時，AUX繞組向功率開關(guān)的電流輸出端子施加感應(yīng)電壓作為饋給，由此加速功率開關(guān)激活或?qū)ā?/p>

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器電路，包括：能量存儲電感器，耦合至電源，并且通過所述電源充電或者進行放電來對負(fù)載供電；功率開關(guān)，適于導(dǎo)通和關(guān)閉以設(shè)置所述能量存儲電感器充電或放電；另一電感器，耦合在功率開關(guān)的電流輸出端子與接地端子之間，另一電感器與能量存儲電感器磁性耦合，其中，另一電感器被配置為隨著能量存儲電感器開始充電來向功率開關(guān)施加正饋給，從而加速功率開關(guān)的導(dǎo)通；感測電阻器，在功率開關(guān)的電流輸出端子與接地端子之間與另一電感器串聯(lián)耦合；以及電容器，耦合在功率開關(guān)的控制端子和接地端子之間，并且在電源與接地端子之間。