[发明专利]用于LED的三端双向可控硅可调光电源单元

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年5月7日申请的美国临时专利申请号为61/332,485的优先权，其并入这里作为参考。

技术领域

本申请涉及用于为LED供电的装置和方法。

背景技术

图1示出了用于驱动发光二极管(“LED”)的传统功率因数校正(PFC)反激式转换器1的典型示意图。PFC驱动电路1具有的优点是元件数量少、功率因数高、对LED的平均输出电流恒定以及变压器尺寸小。在PFC驱动电路1中，输入级包括与EMI滤波器级耦合的AC电源2，其中该EMI滤波器级由电感器和两个电容器组成。输入的AC信号接着由二极管桥式整流器6全波整流，该二极管桥式整流器产生全波整流信号以输入至变压器级8。变压器级8的输出向LED输出电压电平V_out。

在这种类型的转换器中，选择小的输入电容C_IN，使得输入电压非常接近整流的正弦波。PFC控制器10用在该电路中以调整输入电流，使得根据输入电压得到平均输入电流。PFC控制器10调整LED的输出电流。功率MOSFET 12导通和关断，以控制变压器级8施加至LED的电压。

由电流和电压比较器14返回至PFC控制器10的反馈控制环具有窄的带宽，使得它不受在LED中出现的双重利用频率纹波(double-utility-frequency ripple)的影响。表1示出了典型的PFC控制器的管脚功能的描述，其中PFC控制器例如为来自STMicroelectronics公司的L6562AT。参见http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/15310.pdf，其并入这里作为参考。图2中示出了该公知芯片的内部结构。

表1.管脚描述

经常需要的是，在向发光装置供电时具有调光功能。种普通常用的调光器是公知的三端双向可控硅调光器。但是，图1中示出的传统的驱动电路具有几个问题，当传统的驱动电路和三端双向可控硅调光器结合使用以为驱动LED而提供调光功能时，这些问题出现。

三端双向可控硅调光器通过在每半个周期中，坎斩负荷电压来降低其负荷功率，其中该负荷电压用于向负荷驱动电流。图3示出了三端双向可控硅调光器的负荷电压波形，其中该负荷电压用于驱动例如图1所示的电路中使用的白炽灯负荷。三端双向可控硅开关元件对于电阻性负荷，例如白炽灯来说工作非常好，但是对于其他类型的负荷来说，它会失效。

例如，如果三端双向可控硅调光器供电的负荷是驱动LED的开关模式电源，那么急速增加的输入电压引起电流振铃的出现，并使得三端双向可控硅开关元件关断，其中输入电压急速增加出现在三端双向可控硅开关元件在每半个周期触发时，并且电流振铃在半个周期中会反向几次。接着，通过改变输入电压再次触发三端双向可控硅开关元件导通，导致LED闪烁。图4是一种波形，其示出了当三端双向可控硅调光器用于驱动例如图1所示的PFC电源时，在三端双向可控硅调光器的输出端处的电流中出现的电流振铃。在所有触发角都会出现振铃，在90度时最严重。在图4中，图中的比例在垂直方向上是0.25A/区，在水平方向上是250μs/区。

在该构造中，当调光器的三端双向可控硅开关元件没有导通时，PFC电源不牵引任何电流，负荷的输入阻抗变得很高。高输入阻抗使得三端双向可控硅调光器的内部RC定时电路不恰当工作，导致每个AC线路周期具有不同的触发角。该问题也会出现在所有触发角中。

图5示出了当由三端双向可控硅调光器驱动PFC电源时，PFC电源整流后的输入电压波形，即图1中C_IN两端的电压。如图5所示，电压波形的低电压部分一个周期与下一个周期不同。在图5中，在垂直轴上的比例是每区50V，在水平轴上的比例是每区5ms。

如图1所示，经由端子Vcc向PFC控制器10提供功率。如果三端双向可控硅调光器和驱动电路1一起使用，那么当三端双向可控硅调光器设定在调光位置时，这将导致施加给PFC控制器10的平均输入电压降低，会引起PFC控制器10启动相对较慢，或者甚至会引起PFC控制器不能启动。图6是PFC电源在启动期间Vcc电压的波形，其示出了当三端双向可控硅调光器调光时，在启动的半个周期中，提供至PFC控制器的电压的不稳定性。在图6中，在垂直轴上的比例是每区5V，在水平轴上的比例是每区500ms。

由于在三端双向可控硅调光器的给定设置时，LED的效率高于白炽灯，因此，LED总是比白炽灯更亮。