具有用于emi濾波器的峰值電流限制器的照明電源電路的制作方法
【專利摘要】提供光源電源電路及其EMI濾波器，其中耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管與在輸入整流器之后的EMI濾波器電容器串聯(lián)連接，以便允許EMI的濾波，以及當(dāng)通過舍相調(diào)光器電路供電時(shí)限制三端雙向可控硅開關(guān)切換期間的電容電流。
【專利說明】具有用于EMI濾波器的峰值電流限制器的照明電源電路
【背景技術(shù)】
[0001]用于照明系統(tǒng)的常規(guī)電子電源電路常常采用濾波器電路，其中具有正DC分支中的電感器以及跨輸入整流器的DC輸出端子連接的電容器，以便作為低通濾波器進(jìn)行操作。這種濾波器電路阻止功率變換切換所引起的高頻電磁干擾(EMI)到達(dá)電力線。這些裝置可結(jié)合與電子鎮(zhèn)流器或LED驅(qū)動(dòng)器同線連接的配備三端雙向可控硅開關(guān)的壁式或臺(tái)式調(diào)光器電路來使用。這類調(diào)光器提供所謂的“舍相(Phase cut)”調(diào)光能力，其中線路AC波形的一部分在每個(gè)AC周期中基本上去除，以便降低光輸出。
[0002]諸如緊湊型熒光設(shè)計(jì)(CFL)和LED燈之類的整體式電子燈能夠在設(shè)計(jì)用于白熾燈泡的常規(guī)燈中使用，并且可包括允許光輸出通過舍相調(diào)光(三端雙向可控硅開關(guān)控制)來調(diào)整的調(diào)光電路。但是，這類調(diào)光器控制的三端雙向可控硅開關(guān)操作施加跨EMI濾波器電容器的電壓的快速階躍變化，從而導(dǎo)致電容器中和電力線中的電流尖峰。這能夠引起EMI濾波器電容器的退化，并且還能夠損壞調(diào)光器三端雙向可控硅開關(guān)。
[0003]限制這類電流尖峰的先前嘗試涉及電阻與EMI濾波器電容器的串聯(lián)連接。但是，在一些安裝中，從公共(共享)壁式調(diào)光器來操作多個(gè)這類電子驅(qū)動(dòng)器或鎮(zhèn)流器。在這類情況下，甚至通過整體式限流電阻器，由單獨(dú)照明裝置所生成的峰值電流在一些情況下也能夠高達(dá)3-8 A，并且它們?cè)谡{(diào)光器是附加的，因而潛在地導(dǎo)致三端雙向可控硅開關(guān)損壞或退化。因此，仍然需要用于照明系統(tǒng)的改進(jìn)EMI濾波器電路，其提供非調(diào)光應(yīng)用中的所需濾波，并且能夠在具有舍相調(diào)光器的電路中操作而沒有使調(diào)光器三端雙向可控硅開關(guān)損壞或退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開提供照明系統(tǒng)電源電路，其中輸入整流器經(jīng)由DC輸出端子向EMI濾波器電路提供經(jīng)整流的DC功率。在某些實(shí)施例中，該電路形成LED驅(qū)動(dòng)器電路，其中功率變換器電路可操作以提供驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)LED光源的DC輸出。在其它實(shí)施例中，提供電子鎮(zhèn)流器，其中功率變換器電路包括逆變器，逆變器從DC至DC變換器接收DC輸出并且提供AC輸出以向熒光燈供電。該濾波器具有連接到具有至少一個(gè)DC至DC變換器的功率變換器電路的輸出端子，其中該功率變換器電路向一個(gè)或多個(gè)光源直接或間接提供功率。EMI濾波器電路包括具有與第一整流器DC輸出端子耦合的第一端子的濾波器電容以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和電感。電感I禹合在第一整流器DC輸出端子與第一濾波器輸出端子之間。晶體管包括控制柵和兩個(gè)源/漏端子，其中第一源/漏端子與濾波器電容的第二端子耦合。柵端子和第二源/漏極與第二整流器DC輸出端子耦合。
[0005]在某些實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管是耗盡型裝置，其中控制柵和第二源/漏極共同連接在整流器的第二 DC輸出端子。在某些實(shí)施例中使用N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中濾波器電容器端子與正整流器DC輸出端子并且與第二源/漏端子耦合，以及柵端子與負(fù)整流器端子耦合。其它實(shí)施例提供P溝道耗盡型晶體管，其中電容器端子與負(fù)整流器輸出、與第二源/漏極耦合，以及柵極與正整流器輸出耦合。[0006]在某些實(shí)施例中，提供一種增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中偏置電路耦合到場(chǎng)效應(yīng)晶體管以向柵端子提供偏壓。在一些實(shí)施例中，N溝道裝置與耦合到正整流器輸出的第一電容器端子配合使用，其中第二晶體管源/漏極與負(fù)DC整流器端子直接或間接耦合。在一些實(shí)施例中，偏置電路包括耦合在晶體管柵極與正供給電壓之間的第一電阻器以及耦合在柵極與負(fù)整流器輸出之間的第二電阻器。在某些實(shí)施例中，第三電阻器耦合在第二源/漏極與負(fù)整流器DC輸出端子之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在以下詳細(xì)描述和附圖中提出一個(gè)或多個(gè)示范實(shí)施例，其中:
圖1是按照本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的示出具有EMI濾波器級(jí)的示范LED驅(qū)動(dòng)器的示意圖，其中EMI濾波器級(jí)具有與濾波器電容器串聯(lián)耦合的N溝道耗盡型FET ；
圖2是示出用于向一個(gè)或多個(gè)熒光燈供電的示范電子鎮(zhèn)流器的示意圖，其中包括與EMI濾波器電容器串聯(lián)耦合的N溝道耗盡型FET ；
圖3是示出圖1或圖2的驅(qū)動(dòng)器或鎮(zhèn)流器與用于調(diào)光操作的舍相調(diào)光器的連接的示意
圖；
圖4是示出作為圖1和圖2中的N溝道耗盡型FET的柵-源電壓的函數(shù)的若干示范漏-源電流曲線的圖表；
圖5是示出能夠在圖1或圖2的電源電路中使用的另一個(gè)示范EMI濾波器電路的示意圖，其中包括與EMI濾波器電容器串聯(lián)連接的P溝道耗盡型FET ;以及
圖6是按照本公開的示出另一個(gè)EMI濾波器實(shí)施例的示意圖，其中包括具有電阻偏置電路的N溝道耗盡型FET。
【具體實(shí)施方式】
[0008]現(xiàn)在參照附圖，相似參考標(biāo)號(hào)通篇用于表示相似元件，并且各種特征不一定按比例繪制。圖1和圖2示出用于向照明裝置供電的兩個(gè)示范電子電路100。這些電源電路100各包括從外部源接收信號(hào)或多相AC輸入功率的輸入整流器101以及耦合到整流器101的DC側(cè)的EMI濾波器102。在某些實(shí)施例中，整流器電路101是全波整流器類型，其中包括形成為用于單相輸入的橋接電路的四個(gè)二極管整流器或者用于多相輸入的6個(gè)或更多整流器。在其它實(shí)施例中，整流器電路101能夠是半波整流器或者單個(gè)二極管。
[0009]圖1和圖2的電路100還包括功率變換器電路110，功率變換器電路110包括用于向至少一個(gè)光源108直接或間接供電的一個(gè)或多個(gè)DC至DC變換器。在圖1的示例中，電路100是具有功率變換器110的LED驅(qū)動(dòng)器，其中功率變換器110包括升壓式DC-DC變換器級(jí)104，之后接著提供用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)LED照明裝置108的DC輸出的降壓DC-DC變換器106。DC-DC變換器的其它形式可用于第二電路106、例如具有隔離變壓器的逆向變換器、降壓-升壓變換器等。在其它可能的LED驅(qū)動(dòng)器配置中，升壓變換器1004向逆變器(未示出)提供DC，逆變器又驅(qū)動(dòng)隔離變壓器初級(jí)線圈，其二次繞組驅(qū)動(dòng)連接到LED陣列的輸出整流器。圖2的電路100形成電子鎮(zhèn)流器，并且包括從升壓變換器104接收DC輸出并且提供向一個(gè)或多個(gè)熒光燈108供電的AC輸出的逆變器107。在某些實(shí)施例中，可省略DC-DC變換器級(jí)之一，以及在一些實(shí)施例中，初始DC-DC變換器級(jí)104進(jìn)行操作以提供功率因數(shù)校正功能。此外，變換器級(jí)104、106、107中的一個(gè)或多個(gè)可提供調(diào)光控制，以便基于調(diào)光輸入(未示出)來修改施加到一個(gè)或多個(gè)光源108的輸出功率。
[0010]另外，如上所述并且如在圖3中看到，驅(qū)動(dòng)器或鎮(zhèn)流器100可從單相AC源來供電且具有經(jīng)由與AC源和驅(qū)動(dòng)器100串聯(lián)耦合的舍相調(diào)光器200的調(diào)光控制。調(diào)光器控制200包括三端雙向可控硅開關(guān)T201，三端雙向可控硅開關(guān)T201有選擇地切斷或中斷AC源101的各周期的部分中的電流(舍相)，以便按照用戶可調(diào)電阻R201來對(duì)光輸出進(jìn)行調(diào)光。在某些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器或鎮(zhèn)流器電路100可包含在具有帶AC輸入端子的愛迪生燈座的結(jié)構(gòu)中。
[0011]如在圖1和圖2中看到，整流器電路101具有AC輸入端子供連接到外部源以接收AC輸入功率，以及分別在第一和第二 DC輸出端子IOla和IOlb提供經(jīng)整流的DC輸出。這個(gè)整流器輸出IOlaUOlb耦合到EMI濾波器電路102的第一和第二輸入端子。濾波器電路102又包括經(jīng)耦合以向初始(例如升壓)DC-DC變換器104提供DC輸入的輸出端子102a和102b。升壓變換器104的輸出在降壓變換器106的輸入提供DC功率，并且其輸出用于直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)LED光源108 (例如圖1)或者升壓變換器輸出用于經(jīng)由逆變器向一個(gè)或多個(gè)熒光燈180間接供電(圖2)。
[0012]圖1和圖2中的EMI濾波器電路102包括耦合在上(正)DC分支中的電感器LI以及與分別在上與下整流器輸出端子IOla和IOlb之間延伸的電路分支中的N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Ql串聯(lián)連接的電容器Cl。在圖1和圖2的實(shí)施例中，濾波器電容Cl具有與正DC整流器輸出端子耦合的第一端子以及連接到FET Ql的第一源/漏端子SDl的第二端子，其中電感器LI在正DC整流器輸出IOla與上濾波器輸出端子102a之間延伸。Ql的另一源/漏端子SD2連接到整流器電路101的負(fù)DC輸出端子101b，如FET柵端子G那樣。
[0013]在操作中，濾波器電路102與施加全正弦AC輸入功率配合操作地給整流器101提供EMI濾波。在某些示范實(shí)施例中，電感器LI具有大約25 mH的電感，該電感足夠大以使得在大約150 KHz的EMI電流比較小(例如大約為10-20 ma的EMI電流)，以及EMI濾波器電容器大約為15 nF，其中EMI濾 波理想地提供大約150 KHz或以上的干擾頻率的低通濾波。在這方面，增加Cl的電容將有利地改進(jìn)電路102的EMI濾波能力。但是，在驅(qū)動(dòng)器或鎮(zhèn)流器100通過舍相調(diào)光器200(例如圖3)連接到電力線的情況下，在沒有提供本公開所提出的措施時(shí)，Cl的較大電容擴(kuò)大因調(diào)光三端雙向可控硅開關(guān)T201的周期中間激發(fā)(firing)而產(chǎn)生的電流尖峰的幅值。
[0014]又參照?qǐng)D4的圖表400，為了在提供預(yù)期濾波能力的同時(shí)解決這些電流尖峰，圖1和圖2的濾波器電路102經(jīng)由與濾波器電容器Cl串聯(lián)的FET Ql來提供阻抗。耗盡型裝置Ql對(duì)于非舍相操作通常接通(導(dǎo)通漏-源溝道條件)，以及串聯(lián)漏至源電阻RDSw在圖表400中例示，圖表400示出作為Ql的柵-源電壓Vffi的函數(shù)的漏-源電流曲線(Ids)。由于圖1和圖2的實(shí)施例中的FET是耗盡型裝置，所以Ql具有負(fù)閾值電壓VT，以及非零電流(在一個(gè)示例中為大約300-400 ma)在柵極和源極短接在一起時(shí)傳導(dǎo)。如在圖4中看到，較高值對(duì)應(yīng)于較大溝道電流電平IDS。此外，對(duì)于零Vffi值，漏-源溝道的阻抗實(shí)際上隨增加的溝道電壓Vds電平而增加。在一個(gè)實(shí)施例中，Ql選擇成在電容器的電抗(1/?C)的大約1/3至1/2的零Vffi下耗盡模式中具有大約2-10 Q的RDSw，其中《相對(duì)功率變換器級(jí)110的切換頻率為150 KHz0這提供將使與三端雙向可控硅開關(guān)激發(fā)關(guān)聯(lián)的潛在損壞電流尖峰衰減的阻抗，同時(shí)提供相對(duì)功率變換器110的EMI的適當(dāng)濾波。在圖1和圖2的所示示例中，當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)T201激發(fā)時(shí)，Ql將把尖峰電流限制到大約300-400 ma。因此，即使多個(gè)電路100連接到共享或公共調(diào)光器200，調(diào)光器電流也比沒有本公開的EMI濾波器102的情況下(例如來自各鎮(zhèn)流器的3-6 A尖峰，其尖峰電流在三端雙向可控硅開關(guān)T201是附加的)要小許多。
[0015]因此，當(dāng)耗盡型FET Ql處于EMI濾波模式操作時(shí)，電路102進(jìn)行濾波，以及當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)T201激發(fā)時(shí)，F(xiàn)ET Ql脫離飽和并且將尖峰電流限制到幾百ma。因此，圖1和圖2的設(shè)計(jì)不是電容器電路中的固定電阻器，而是提供鉗制最大電流的可變阻抗。在一個(gè)示例中，使用具有250伏特額定值的N溝道耗盡型FET Ql，并且能夠使用大約5 Q的額定RDSm。要注意，可變阻抗FET Ql的使用能夠促進(jìn)增加Cl的電容以促進(jìn)改進(jìn)EMI濾波，其中FET Ql提供限流以減輕電容器或三端雙向可控硅開關(guān)退化。
[0016]圖5示出能夠在驅(qū)動(dòng)器或鎮(zhèn)流器類型電路(例如以上圖1或圖2)中使用的EMI濾波器電路102的另一個(gè)實(shí)施例。在這種情況下，使用P溝道耗盡型FET Q1，其中第一源/漏SDl連接到Cl的上電容器端子并且另一源/漏SD2連接到上(正)整流器DC輸出端子IOla0在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，柵極也連接到上DC干線(rail)，以及裝置Ql提供用于濾波和電流尖峰保護(hù)的接通狀態(tài)電阻RDSm (例如大約2-10 Q )。
[0017]又參照?qǐng)D6，在其它實(shí)施例中，能夠使用增強(qiáng)型FET Q1，例如圖中所示的N溝道裝置。提供偏置電路以設(shè)置柵電壓，在這種情況下包括連接在柵極G與正Dc電壓VCC(例如一個(gè)示例中為15伏特)之間的第一電阻器R1，其中第二電阻器R2從柵極G連接到下(負(fù))DC整流器輸出。在一個(gè)示例中，對(duì)于大約3伏特的Ql閾值電壓Vt，柵電壓由電路Rl、R2偏置成大約4伏特。如同上述實(shí)施例一樣，增強(qiáng)型裝置與電容器Cl的這種串聯(lián)連接提供RDSm(例如大約2-10 Q )供濾波，并且當(dāng)Vds增加時(shí)實(shí)現(xiàn)電流尖峰保護(hù)。在一些實(shí)施例中，第三電阻器R3能夠設(shè)置在下源極/漏極SDl與下DC端子IOlb之間，例如一個(gè)示例中的2 Q電阻器，以便允許電容器Cl中的大約500 ma的電流。當(dāng)激發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)T201時(shí)，超出這個(gè)值的任何電流尖峰引起Ves的減小，以及裝置Ql具有相應(yīng)減小電流。在其它實(shí)施例中，齊納二極管能夠用于偏置電路(例如在FET柵極與接地之間具有大約4 V的齊納電壓Vz的裝置)中。
[0018]上述示例只是說明本公開的各個(gè)方面的若干可能實(shí)施例，其中等效變更和/或修改將是本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀和理解本說明書及附圖時(shí)將會(huì)想到的。具體關(guān)于由上述組件(部件、裝置、系統(tǒng)、電路等)所執(zhí)行的各種功能，除非另加說明，否則用于描述這類組件的術(shù)語(包括提到“部件”)預(yù)計(jì)對(duì)應(yīng)于執(zhí)行所述組件的指定功能的諸如硬件、處理器運(yùn)行軟件之類的任何組件或者它們的組合(即，是功能等效的)，即使與執(zhí)行本公開的所示實(shí)現(xiàn)的功能的所公開結(jié)構(gòu)不是結(jié)構(gòu)等效的。雖然可能僅針對(duì)若干實(shí)現(xiàn)其中之一示出和/或描述了本公開的具體特征，但是，這種特征可與對(duì)于任何給定或特定應(yīng)用可能是預(yù)期或有利的其它實(shí)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)其它特征相結(jié)合。此外，除非另加說明，否則提到單數(shù)組件或項(xiàng)預(yù)計(jì)包含兩個(gè)或更多這類組件或項(xiàng)。另外，在術(shù)語“包括著”、“包括”、“具有著”、“具有”、“帶有”或者其變體用于詳細(xì)描述和/或權(quán)利要求書的方面，這類術(shù)語預(yù)計(jì)以與術(shù)語“包含”相似的方式包含在內(nèi)。參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。顯而易見，通過閱讀和理解前面的詳細(xì)描述，修改和變更將是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)想到的。預(yù)計(jì)本發(fā)明被理解為包括所有這類修改和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種用于向至少一個(gè)光源供電的電路，包括: 整流器電路，其具有接收AC輸入功率的AC輸入端子以及提供經(jīng)整流的DC功率的第一和第二 DC輸出端子； EMI濾波器電路，其具有與所述整流器電路的DC輸出端子耦合的第一和第二濾波器輸入端子以及第一和第二濾波器輸出端子，所述EMI濾波器電路包括: 濾波器電容，其中第一端子與所述整流器電路的第一 DC輸出端子耦合， 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括: 第一源/漏端子，其與所述濾波器電容的第二端子耦合， 第二源/漏端子，其與所述整流器電路的第二 DC輸出端子耦合，以及 柵端子，其與所述整流器電路的第二 DC輸出端子耦合，以及 電感，其具有與所述整流器電路的第一 DC輸出端子耦合的第一端子和與所述第一濾波器輸出端子耦合的第二端子；以及 功率變換器電路，其包括具有與所述濾波器輸出端子(102a，102)耦合的DC輸入端子的至少一個(gè)DC至DC變換器電路，所述功率變換器電路可操作以向至少一個(gè)光源直接或間接提供功率。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述功率變換器電路可操作以提供驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)LED光源的DC輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的電路`，其中，所述功率變換器電路包括從所述至少一個(gè)DC至DC變換器電路接收DC輸出并且提供向至少一個(gè)熒光燈供電的AC輸出的逆變器。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是耗盡型N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述濾波器電容的第一端子與所述整流器電路的正DC輸出端子耦合，并且其中所述第二源/漏端子和所述柵端子與所述整流器電路的負(fù)DC輸出端子耦合。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其中，所述功率變換器電路可操作以提供驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)LED光源的DC輸出。
7.如權(quán)利要求5所述的電路，其中，所述功率變換器電路包括從所述至少一個(gè)DC至DC變換器電路接收DC輸出并且提供向至少一個(gè)熒光燈供電的AC輸出的逆變器。
8.如權(quán)利要求4所述的電路，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是耗盡型P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述濾波器電容的第一端子與所述整流器電路的負(fù)DC輸出端子耦合，并且其中所述第二源/漏端子和所述柵端子與所述整流器電路的正DC輸出端子耦合。
9.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述EMI濾波器電路包括耦合到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管以向所述柵端子提供偏壓的偏置電路。
11.如權(quán)利要求10所述的電路，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管是N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述濾波器電容的第一端子與所述整流器電路的正DC輸出端子耦合，其中所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二源/漏端子與所述整流器電路的負(fù)DC輸出端子耦合，并且其中所述偏置電路包括: 第一電阻器，其耦合在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵端子與正供給電壓之間，以及 第二電阻器，其耦合在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵端子與所述整流器電路的負(fù)DC輸出端子之間。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述EMI濾波器電路包括耦合在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二源/漏端子與所述整流器電路的負(fù)DC輸出端子之間的第三電阻器。
13.如權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述功率變換器電路可操作以提供驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)LED光源的DC輸出。
14.如權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述功率變換器電路包括從所述至少一個(gè)DC至DC變換器電路接收DC輸出并 且提供向至少一個(gè)熒光燈供電的AC輸出的逆變器。
【文檔編號(hào)】H05B41/392GK103493348SQ201280013208
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月15日
【發(fā)明者】L.R.內(nèi)羅涅 申請(qǐng)人:通用電氣公司