具有開關電源的燈驅動器及燈的製作方法
2023-05-08 06:27:26 1
專利名稱：具有開關電源的燈驅動器及燈的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及燈驅動器領域，更具體地，本實用新型涉及具有開關電源的燈驅動器，並涉及包括該燈驅動器的燈。
背景技術：
通常，將具有紅、綠、藍色三個單色發光器的、顏色和亮度可調的燈稱為情趣燈。目前正致力於研發用於情趣燈的高效、低功耗的燈驅動器。這種驅動器通常由具有功率因數校正功能的預處理器、分別給紅、綠、藍色發光管供電的三個功率級、用於接口RF遠程控制並提供所需要的功率電平的微處理器以及為微處理器供電的轉換器構成。
為了使具有燈驅動器的情趣燈廣泛地用在使用110-120V供電電壓和使用220-240V供電電壓的國家，通常藉助具有通用有源功率因素控制的燈驅動器來覆蓋上述整個電壓範圍。但是，這意味著燈驅動器必須工作在50-60Hz的供電頻率、108V至254V的寬電壓範圍上。
同時，燈驅動器中對燈進行遙控的功能不僅包括將各色的發光器調節到所需的亮度的選項並且還包括將各發光器全部關斷的選項。能夠實現上述功能的常規燈驅動器通常具有高的功率損耗。
圖1示出了現有技術的情趣燈的驅動電路的示意圖。該驅動電路包括橋式整流器D1-D4，濾波電容器C1，基於ST.L6562的帶有升壓電感、升壓FET和升壓二極體的PFC支路，緩衝電容器C3，三個基於ST.L6574IC的功率級以及為微處理器提供5V電源的基於ST.LE50CD的轉換器。在該驅動電路的啟動過程中，用於L6562、3個L6574和LE50CD的電源電流必須由電阻器R1表示的分壓器提供。
在該驅動電路的啟動過程中，各部件典型的啟動電流分別為L656290uA，L6574250uA，LE50CD2mA。當上述5個級同時開始啟動時，由分壓器R1提供的電源電流將為0.09+3×0.25+2＝2.84mA。在啟動電壓為90V供電電壓的設計條件下，分壓電阻器R1所需具有的阻值約為32k0hm。在這種情況下，分壓電阻器R1在90V的功耗將為256mW。當如此得到的驅動電路在最高可能的254V供電電壓情況下啟動時，分壓電阻器R1的功耗將為2W。
圖3示出了現有技術的另一種燈驅動電路的示意圖，該驅動電路對於減小功耗是一種較好的情況，但對微處理器而言進行系統控制是麻煩的。該驅動電路與圖1所示驅動電路的區別在於，直到用於燈的三個功率級和PFC電路啟動後再啟動微處理器，並且LE50CD的電源電流可以由藉助圖2示出的dV/dt電源的電荷泵饋給。例如為微處理器提供電源的LE50CD支路的啟動延遲可以是非常簡單的800ms的時間延遲，800ms後全部發光器工作，同時dV/dt電源工作。在此情況下，將由分壓電阻器R1提供的總啟動電流為0.84mA。在啟動電壓為90V供電電壓的設計條件下，分壓電阻器R1的阻值為107k0hm。該分壓電阻器在90V和254V供電電壓下的功耗分別為76mW和602mW。該驅動電路與圖1所示的驅動電路相比功耗明顯降低。
通過延遲啟動而實現進一步的優化是不可能的，因為為了防止「無負載」的問題或A點處的DC電壓過低，必須同時啟動功率級和PFC。
由此可知，啟動過程中分壓電阻器的大的功耗是現有技術燈驅動電路存在的主要問題。
此外，在情趣燈工作中，還存在例如用戶通過遙控將燈關閉，即功率級被關斷的情形。在此情況下，所需的電源電流是PFC IC的「待機」電流，和用於微處理器的轉換器的電源電流，PFC IC的待機電流例如對於L6562為2.5mA，用於微處理器的轉換器的電源電流例如對於LE50CD為2mA。
圖4示出了具有這種功能的燈驅動電路。如果該待機電流必須由分壓電阻器R1提供，dV/dt電源由於功率級被關閉而不工作，則在90V供電電壓的設計條件下，電阻器R1需要具有20k0hm的阻值來提供4.5mA的電流。此時，該電阻器R1在90V供電電壓下的功耗為405mW，而在254V電源電壓下其功耗將為3.2W。實際上這種情況是不希望出現的，因為在由遙控實現關斷的情況下，驅動電路的「待機」功耗必須儘可能地低。
表1和表2對上述說明進行了歸納。
表1燈驅動電路中各功能模塊的電流值
表2以90V供電電壓為設計條件的驅動電路中電阻器的功率損耗
因此，需要提供一種能夠在各種工作狀態下具有小的功率損耗的情趣燈驅動電路。
實用新型內容當用於不同顏色的發光器的功率級被關斷時，各功率級所要求的工作電壓15V被下拉到零。此時，L6562所要求的工作電壓應保持為15V而微處理器的電壓應為5V。為了實現具有低功耗的驅動電路，可以採用單獨的開關電源用於為微處理器的轉換器和PFC供電。
電荷泵現有的元件數為每個功率級5個元件，三個功率級共計15個元件。通過在設計中增加一個電阻器和一個齊納二極體或增加兩個電阻器，用於微處理器和PFC的單獨的開關電源可以擴展用於完全低電壓電源。
通過將該開關電源用於完全低電壓電源，可以實現對所有元件的供電電流的控制。
例如當採用ST的VIPER12A IC用於開關電源時，可以在170℃實現熱關斷。當開關電源由於溫度過高而關斷時，整個系統關斷。這是根據本實用新型的具有開關電源的燈驅動器的另一個優點。
本實用新型的目的是提供一種具有開關電源的燈驅動器，該燈驅動器在各種工作狀態下具有小的功率損耗。
本實用新型的目的是提供一種具有開關電源的燈驅動器，該燈驅動器可以在開關電源由於溫度過高而關斷時，將整個系統關斷。
根據本實用新型，提供一種具有開關電源的燈驅動器，包括一個整流電路；一個功率因數校正電路；多個功率級，用於為多個發光器供電；一個微處理器，包括on/off開關，用於接口RF遙控並控制所需要的功率等級；用於為微處理器供電的轉換器；其特徵在於，該燈驅動電路進一步包括一個開關電源，其輸入端與整流電路的輸出連接，其輸出端與功率因數校正電路和微處理器的轉換器的輸入連接。
根據本實用新型，提供一種燈，該燈包括根據本實用新型的具有開關電源的燈驅動器。
圖1示出根據現有技術的情趣燈驅動電路的示意圖。
圖2示出dv/dt電源電荷泵電路的示意圖。
圖3示出根據現有技術另一種情趣燈驅動電路的示意圖。
圖4示出根據現有技術再一種情趣燈驅動電路的示意圖。
圖5示出根據本實用新型的第一實施例的驅動電路的示意圖。
圖6示出根據本實用新型的第二實施例的驅動電路的示意圖。
圖7示出根據本實用新型的第三實施例的驅動電路的示意圖。
圖8示出根據本實用新型的第四實施例的驅動電路的示意圖。
具體實施方式
圖5示出根據本實用新型的第一實施例的驅動電路100的示意圖。該驅動電路100包括一個整流電路D1-D4、緩衝電容器C1、一個開關電源、PFC電路、電阻器R4、用於三種不同顏色的發光器的三個功率級、以及用於為微處理器提供電源電壓的轉換器。開關電源是例如基於ST.Microelectronics Corporation的VIPER 12A的IC晶片，其兩個輸入端與緩衝電容器C1的兩端並聯，其輸出連接到用於PFC支路的例如L6562IC的輸入端以及例如用於微處理器的轉換器例如LE50CD的輸入端。分壓電阻器R4在緩衝電容器C3後連接在A點的DC幹線處。在該驅動電路中，待機功耗由分壓電阻器R4提供。當以200V啟動功率級時，電阻器R4的阻值為270k0hm。DC幹線穩態為400V的條件下，分壓電阻器R4的穩態功耗將為592mW。此時微處理器所需的功耗大致為5V×2mA＝10mW，工作電流為4mA的L6562的功耗大致為15V×4mA＝60mW，總計功耗約為660mW。
通過由自身功耗很低VIPER向PFC和微處理器供電，該電路的共功耗可約為660mW，電荷泵電源每個功率級為5個元件。與現有的3W的待機功耗相比該驅動電路的待機功耗有顯著降低。
圖6示出了根據本實用新型的第二實施例的驅動電路200的示意圖。該驅動電路200包括一個整流電路D1-D4、緩衝電容器C1、一個開關電源、PFC支路、電阻器R10、用於三種不同顏色的發光器的三個功率級、以及用於微處理器的轉換器。開關電源是例如基於ST的VIPER12A的IC晶片，其兩個輸入端與緩衝電容器C1的兩端並聯，其輸出連接到用於PFC電路的L6562IC的輸入端以及例如LE50CD的用於微處理器轉換器的輸入端。在該驅動電路中，PFC和微處理器直接從viper獲取電能。三個功率級藉助連接在viper的輸出和L6574IC之間的電阻器R10獲取所需的能量。可以注意到，此時的電阻器R10不是分壓電阻器。Viper的輸出電壓為15V。在R10上的最大電壓降允許為3V以保持各功率級的正常工作。每個功率級在正常工作時的電流為3mA，則R10的阻值為330Ohm。當on/off開關被激活時，電源電流將流過R10和該開關而功率級上的電源電壓為0，即各發光器被關斷。此時，流過R10的電流為15/330＝45mA，R10的功耗為681mW，其與圖5所示電路相比沒有絲毫改善。
圖7示出了根據本實用新型的第三實施例的驅動電路300的示意圖。該驅動電路300與圖6所示驅動電路200的區別在於，在電阻器R10和on/off開關的電流路徑中增加了齊納二極體Dz。根據該實施例的驅動電路可以有效地減少電阻器R10功耗。
當功率級的電源電壓下降到8V以下時，功率級將關斷。藉助例如使用7.5V的齊納二極體以小於8V的電壓激活開關時，有可能降低L6574的供電端子處的電壓。此時，流過電阻器R10的電流為(15-7.5)/330＝23mA，電阻器R10和齊納二極體的功耗分別約為175mW和173mW，共計約348mW。所述損耗加上PFC和微處理器的損耗，驅動電路的損耗將約為418mW。同時該驅動電路增加了兩個元件。與第一實施例中的驅動電路100的660mW功耗和15個元件相比，該驅動電路300藉助增加較少的元件進一步降低了功耗。
圖8示出了根據本實用新型第四實施例的驅動電路400的示意圖。該驅動電路400與圖7所示的驅動電路300的不同之處在於用另一個阻值為330Ohm的電阻器R11替換7.5V的齊納二極體。在此實施例中，流過電阻器的電流為15/660＝23mA，兩個電阻器R10的功耗約為350mW。所述損耗加上PFC和微處理器的損耗，驅動電路的損耗將約為420mW。與第一實施例中的驅動電路100的660mW功耗相比，該驅動電路400僅增加了兩個元件而降低了功耗。與使用齊納二極體的驅動電路300相比，電阻器成本更低而效果與齊納二極體效果相同，因而驅動電路400是更優選實施例。
在本實用新型的優選實施例中，將基於ST的VIPER12A IC用作開關電源，該VIPER12A IC在170℃時實現熱關閉。當開關電源由於溫度的原因被熱關閉時，整個驅動電路由於沒有電源而被熱關閉。
雖然通過上述優選實施例對本實用新型進行了說明。本領域技術人員應當理解，本實用新型不限於上述優選實施例。例如可以用Samsung的KA7526IC替換ST的L6562IC用於PFC電路。可以用Philips的2014IC替換ST的L6574IC用於各種不同顏色發光器的功率級。雖然本實用新型以紅、綠、藍三種顏色的發光器為例進行了說明，本領域技術人員可以理解，可以根據需要採用其他不同顏色、不同數量的發光器來構成情趣燈。本實用新型可用於具有微處理器和有效功率因數校正功能的燈驅動器領域。根據本實用新型的驅動電路不僅可應用於螢光燈，而且可實現在高強度放電燈(HID)和汽車照明燈應用中。
儘管前面參照具體實施例對本實用新型進行了說明，但本領域技術人員應該理解在不偏離所附權利要求的精神和範疇的情況下可以對其進行各種修改。
權利要求1.一種具有開關電源的燈驅動器，包括一個整流電路，一個功率因數校正電路，一個或多個功率級，用於為一個或多個發光器供電，一個微處理器，包括on/off開關，用於接口RF遙控並控制所需要的功率等級，用於為微處理器供電的轉換器，其特徵在於，該燈驅動電路進一步包括一個開關電源，其輸入端與整流電路的輸出連接，其輸出端與功率因數校正電路和微處理器的轉換器的輸入連接。
2.如權利要求1的具有開關電源的燈驅動器，進一步包括連接在功率因數校正電路的輸出和所述一個或多個功率級的輸入之間的電阻器。
3.如權利要求1的具有開關電源的燈驅動器，進一步包括連接在開關電源的輸出和所述一個或多個功率級的輸入之間的第一電阻器。
4.如權利要求3的具有開關電源的燈驅動器，進一步包括連接在所述第一電阻器和所述開關電路之間的齊納二極體。
5.如權利要求3的具有開關電源的燈驅動器，進一步包括連接在第一電阻器和所述開關電路之間的第二電阻器。
6.如權利要求5的具有開關電源的燈驅動器，其中所述第二電阻器與所述第一電阻器具有相同的電阻值。
7.如權利要求4的具有開關電源的燈驅動器，其中所述齊納二極體的電壓小於功率級支路的啟動電壓。
8.一種燈，其特徵在於，包括根據上述權利要求之一的具有開關電源的燈驅動器。
專利摘要本實用新型提供一種具有開關電源的燈驅動器，其包括一個整流電路；一個功率因數校正電路；多個功率級，用於為多個發光器供電；一個微處理器，包括on/off開關，用於接口RF遙控並控制所需要的功率等級；用於為微處理器供電的轉換器；其特徵在於，該燈驅動電路進一步包括一個開關電源，其輸入端與整流電路的輸出連接，其輸出端與功率因數校正電路和微處理器的轉換器的輸入連接。根據本實用新型的燈驅動電路具有顯著降低的功耗。
文檔編號H05B41/36GK2891576SQ20052010522
公開日2007年4月18日 申請日期2005年8月18日 優先權日2005年8月18日
發明者艾蒂安埃伯松 申請人:飛利浦(中國)投資有限公司