基于反饋電壓調(diào)節(jié)器的用于電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本公開涉及基于反饋電壓調(diào)節(jié)器的用于電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路。其中提供了一種用于電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，具有配置用于接收a.c.輸入電壓的輸入以及適于提供d.c.輸出電壓的輸出，包括：電壓調(diào)節(jié)器設(shè)備，其具有反饋輸入端子，配置用于接收作為流經(jīng)電負(fù)載的電源電流的函數(shù)的感測(cè)電壓并且基于所接收到的所述感測(cè)電壓來調(diào)節(jié)所述電源電流；電阻性的感測(cè)元件，可操作地耦合到反饋輸入，配置用于接收電源電流并且生成作為所述電源電流的函數(shù)的感測(cè)電壓；耦合到反饋輸入的電阻器；以及輔助偏置電路，適于接收所述a.c.輸入電壓并且通過所述電阻器注入與輸入電壓成反比地變化的a.c.輔助偏置電流。
【專利說明】
基于反饋電壓調(diào)節(jié)器的用于電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開設(shè)及一種基于特別是切換模式功率電源(SMPS)的反饋電壓調(diào)節(jié)器的用于 電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖IA示出了用于發(fā)光二級(jí)管化邸)的驅(qū)動(dòng)電路，其由參考標(biāo)號(hào)1來指代并且特別地 包括具有SiffS類型的配置用于作為恒定電流源進(jìn)行操作并且適于對(duì)L邸串2(在圖IA中所描 述的僅為一個(gè)1602，禪合在輸出電源管腳￥1￡〇+和￥1￡〇^之間)進(jìn)行供能的電壓調(diào)節(jié)器5。511^設(shè) 備5具有本身已知的類型，例如在2014年九月的名稱為"LED5000-具有調(diào)光能力的單片步降 電流源"的由意法半導(dǎo)體制造的產(chǎn)品"LED5000"的數(shù)據(jù)表中所描述的。
[0003] SMPS設(shè)備5可操作地禪合到輸入電源端子Vin+和Vin^出現(xiàn)在其間的是電壓Vin,例如 由電子變壓器(未示出）所生成。
[0004] 依據(jù)已知的方式，SMI^設(shè)備5具有多個(gè)操作端子，并且特別地：電源端子la,適于接 收具有例如在5.5V和48V之間的值的輸入電壓Vin;參考端子Ib,其形成參考電壓端子;反饋 輸入端子Ic,其禪合到感測(cè)電阻器4并且構(gòu)成SMPS設(shè)備5內(nèi)部的誤差放大器的反相輸入(調(diào) 節(jié)端子）；端子IcU其提供了用于內(nèi)部仿真電路的功率電源連接;端子Ie,其連同參考端子化 W及誤差放大器形成SMPS設(shè)備5內(nèi)部的調(diào)節(jié)環(huán)路的輸出；W及端子If,其實(shí)施了用于切換 SMI^設(shè)備5的輸出端子并且經(jīng)由電容器8禪合到端子Id。
[000引如在圖IB中更為詳細(xì)地描述的，SMPS設(shè)備5內(nèi)部的調(diào)節(jié)環(huán)路包括電壓誤差放大器 3,其實(shí)施了調(diào)節(jié)環(huán)路的第一級(jí)。特別地，電壓誤差放大器3為跨導(dǎo)可操作的放大器，其非反 相輸入連接到SMPA設(shè)備5內(nèi)部的電壓參考Vref(其變化典型地在194mV和206mV之間;特別地， 隨后考慮在閉合環(huán)路中的典型值200mV)，而反相輸入端子連接到感測(cè)電阻器4。電壓誤差放 大器3的反相輸入端子形成了 SMI^設(shè)備5的反饋輸入端子1C。在端子Ie上，電壓誤差放大器3 生成了控制信號(hào)VCONTROL，提供到PWM比較器7的非反相輸入，而其反過來在端子If上驅(qū)動(dòng)DC-DC轉(zhuǎn)換器9'的高側(cè)化S)切換器。電流探測(cè)器9"探測(cè)到在高側(cè)化S)切換器上循環(huán)的電流并且 將所探測(cè)(換能巧Ij的值提供到PWM比較器的反相輸入。
[0006] DC-DC轉(zhuǎn)換器9 '在輸出生成具有占空比的調(diào)節(jié)信號(hào)Vsw從而適當(dāng)?shù)貙?duì)電源電流 (Iled)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0007] 換句話說，在端子Ia和端子If之間出現(xiàn)的是SMPS轉(zhuǎn)換器，其中誤差放大器的非反 相輸出在端子Ic上進(jìn)行作用，并且放大器的輸出在端子Ie上進(jìn)行作用。
[000引由此，參照?qǐng)D1A，SMPA調(diào)節(jié)器5、電感器6 W及二極管11形成例如升壓類型的DC-DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0009]從SMPA設(shè)備5提供在輸出上的調(diào)節(jié)后的電流水平由此基于流經(jīng)感測(cè)電阻器4的電 流而被設(shè)置或者調(diào)節(jié)，根據(jù)已經(jīng)陳述的，注意到跨越感測(cè)電阻器4有等于200mV的參考Vref的 電壓降。感測(cè)電阻器4的電阻值Rs因此由Rs =(200mV)/Iled給出，其中Iled為流經(jīng)L抓串2的電 流。在作為示例提供的示例中，其中Iled = IA,我們得到Rs = 0.2Q。
[0010]另外存在禪合到SMPS設(shè)備5的端子Ic的電阻器26,其具有接近IOkQ的電阻值Ri。 可選地，有可能平行于電阻器26插入齊納二極管(未示出）W便電阻器26W及齊納二極管實(shí) 施免于過電壓的保護(hù)。由于在輸入到端子Ic的電流基本上為零，因此電阻器26的影響可W 忽略(最多為數(shù)十毫微安）。
[0011] 進(jìn)一步，禪合到端子Ie的是電阻器13和電容器15,串聯(lián)連接在一起，其具有實(shí)施針 對(duì)調(diào)節(jié)環(huán)路的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的功能。作為示例，電阻器13具有2化Q的電阻值并且電容器15具有 IOnF的電容值。
[0012] 很明顯的是SMI^設(shè)備5可W包括進(jìn)一步的輸入/輸出端子，用于實(shí)施所需要的進(jìn)一 步的功能。
[0013] 禪合到SMI^設(shè)備5的各個(gè)電源輸入的輸入電容器10配置為耐受最大操作輸入電壓 和電流的最大均方值。適于運(yùn)個(gè)目的且對(duì)于寬范圍電流的使用可獲得的電容器例如為電解 電容器、陶瓷電容器、粗電容器。
[0014] 禪合在輸入Vin+和參考端子化之間的輸出電容器12具有對(duì)二極管11的電流紋波進(jìn) 行濾波的功能，其在給定的特定應(yīng)用和輸出電流的情況下依賴于電感器6的電感值。大體 上，如果A Il為電感器6的電流紋波并且Il為流經(jīng)電感器的平均電流，電感L的值按照（A Il/ IlKo. 5來進(jìn)行選擇。
[0015] 驅(qū)動(dòng)電路1可W如所陳述地禪合到電子變壓器，其生成輸入電壓ViN。具有已知類型 的電子變壓器典型地基于自振蕩電路并且為了正確地操作需要電阻類型的負(fù)載。換句話 說，驅(qū)動(dòng)電路1必須在禪合到輸入Vin+和Vin^的電子變壓器看來是電阻性的負(fù)載。然而，已知 的是SMPS設(shè)備，例如具有圖IA所描述的類型并且參照該圖進(jìn)行了描述的，在缺乏進(jìn)一步布 置時(shí)是被視為具有負(fù)阻抗并且因此并不是被禪合到需要電阻性負(fù)載用于其正確操作的電 子變壓器的輸出的優(yōu)選。
[0016] 為了克服運(yùn)個(gè)缺陷，現(xiàn)有技術(shù)已知的是利用輸入信號(hào)的電流控制。例如參見美信 集成產(chǎn)品公司（Maxim Integrated Products)由Suresh 化riharan于2013年3月27所做的 申請(qǐng)標(biāo)注5372，"MR1化抓驅(qū)動(dòng)器使得MR16L抓燈與電子變壓器相兼容"。相似的解決方案在 由美信集成產(chǎn)品公司制造的產(chǎn)品MAX16840的數(shù)據(jù)表中所討論的，"具有集成MOSFET的用于 MR16W及其他12V AC輸入燈的L邸驅(qū)動(dòng)器"。
[0017] 在運(yùn)個(gè)由圖2示意性地表示的技術(shù)方案中，采用SMPS設(shè)備5的外部參考電路18,在 感測(cè)電阻器4上的電壓在每個(gè)切換周期被調(diào)節(jié)，適于將電壓信號(hào)Vrefi提供到SMPS設(shè)備5的又 一個(gè)輸入端子Ig,目的在于通過適當(dāng)?shù)乜刂贫俗覫c上的電壓而設(shè)置輸入電流水平。換句話 說，當(dāng)出現(xiàn)在端子Ig上的電壓Vrefi降落到特定的闊值W下，輸入電流(在電阻器4上的電壓） 按照在端子Ig上的電壓Vrefi所采取的值而成比例地被調(diào)節(jié)。相反，當(dāng)出現(xiàn)在端子Ig上的電 壓Vrefi超過了闊值，則輸入電流(在電阻器4上的電壓)被設(shè)置在預(yù)定的固定值。在感測(cè)電阻 器4上的電壓由此被調(diào)節(jié)為在端子Ig的輸入處接收到的電壓Vrefi的函數(shù)，其反過來又是輸 入電壓Vin的函數(shù)。在端子Ic上的運(yùn)種類型的電壓調(diào)制允許了由禪合到圖2的驅(qū)動(dòng)電路1的輸 入的電子變壓器看起來的電阻性負(fù)載的仿真。然而，運(yùn)種實(shí)施需要明確地專用于此目的的 設(shè)備5的端子(端子Ig)、設(shè)備5內(nèi)部的適于將端子Ic上的電壓調(diào)節(jié)為端子Ig上的參考的函數(shù) 的電路、W及同時(shí)需要用于生成將被提供到端子Ig的參考信號(hào)的外部電路。換句話說，運(yùn)種 解決方案并不能應(yīng)用到任何通用的SMI^設(shè)備，而后者需要?？诘貥?gòu)建。
[0018] 其他已知的解決方案要求提供專用的雙級(jí)轉(zhuǎn)換器，具有作為結(jié)果的雙電感組件的 實(shí)施，其增加了成本和尺寸。
[0019] 因此就需要提供一種用于例如SMPS類型的電壓調(diào)節(jié)器的驅(qū)動(dòng)電路，其當(dāng)從輸入端 子Vin+和Vm看過去時(shí)適于仿真電阻性負(fù)載，從而W較低的制造成本和降低的占用空間來增 加功率因數(shù)，并且能夠與任何通用的電壓調(diào)節(jié)器共同操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本公開的一個(gè)目的在于提供一種偏壓和驅(qū)動(dòng)電路，其基于電壓調(diào)節(jié)器設(shè)備并用于 電負(fù)載，克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題并且可W獲得前述的優(yōu)勢(shì)。
[0021] 根據(jù)本公開所提供的是一種基于SMI^設(shè)備的電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，用于電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路具有適于接收a.C.輸入電壓的輸 入端子W及適于提供d.c.輸出電壓到電負(fù)載的輸出端子。具有反饋環(huán)路的電壓調(diào)節(jié)器具有 反饋輸入端子，其配置用于接收取決于流經(jīng)電負(fù)載的電源電流的感測(cè)電壓并且其基于感測(cè) 電壓調(diào)節(jié)電源電流。電阻性的感測(cè)元件可操作地禪合到反饋輸入并且配置為接收電源電流 并且生成取決于電源電流的感測(cè)電壓。具有電阻類型的電流換能器禪合到反饋輸入。輔助 偏置電路適于接收a. C.輸入電壓并且通過電流換能器注入與a. C.輸入電壓成反比地變化 的a. C.輔助偏置電流。
【附圖說明】
[0023] 為了更好地理解本公開，現(xiàn)在僅通過非限制性的示例并且參照附圖來描述其一些 實(shí)施例，其中：
[0024] 圖IA描述了根據(jù)已知類型的實(shí)施例的用于L邸串的偏置和驅(qū)動(dòng)電路；
[0025] 圖IB描述了形成圖IA的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的部分的SMI^設(shè)備內(nèi)部的調(diào)節(jié)環(huán)路；
[0026] 圖2描述了根據(jù)已知類型的另一個(gè)實(shí)施例的用于L邸串的偏置和驅(qū)動(dòng)電路；
[0027] 圖3描述了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的用于LED串的偏置和驅(qū)動(dòng)電路；
[0028] 圖3a描述了根據(jù)本公開另一個(gè)實(shí)施例的具有用于改進(jìn)圖3的電路性能的附加偏置 電路的圖3的電路；
[0029] 圖4描述了根據(jù)本公開實(shí)施例的圖3的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的電路實(shí)施；
[0030] 圖4a描述了根據(jù)本公開實(shí)施例的圖3a的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的電路實(shí)施；
[0031] 圖5A-圖5H示出了在圖4和圖4a的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的操作步驟期間的電信號(hào)；
[0032] 圖6描述了根據(jù)本公開又一個(gè)實(shí)施例的圖3的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的又一個(gè)電路實(shí)施；
[0033] 圖6a描述了根據(jù)本公開又一個(gè)實(shí)施例的圖3a的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的又一個(gè)電路實(shí) 施；
[0034] 圖化描述了了根據(jù)本公開另一個(gè)實(shí)施例的圖3a的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的另外一個(gè)電 路實(shí)施；W及
[0035] 圖7更為詳細(xì)地描述了圖6的偏置和驅(qū)動(dòng)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 圖3示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的一種用于Lm)串的偏置和驅(qū)動(dòng)電路20,其包括切換 模式功率電源(SMPS)設(shè)備5,配置用于操作為恒定電流源并且適于提供L抓串2(在圖3中作 為示例描述的僅為一個(gè)LED2)。驅(qū)動(dòng)電路20中與圖IA的驅(qū)動(dòng)電路1共同的元件由相同的參考 標(biāo)號(hào)來指代并且不再進(jìn)一步描述。
[0037] 驅(qū)動(dòng)電路20進(jìn)一步包括電流生成器22,可操作地禪合到SMI^設(shè)備5的端子Ic,配置 為在SMI^設(shè)備5的端子Ic上提供具有交流電流(a.C.)類型，特別是正弦信號(hào)的電流信號(hào)II。 根據(jù)本公開的一個(gè)方面，如在圖IB中描述的，SMI^設(shè)備5的內(nèi)部的調(diào)節(jié)環(huán)路的帶寬大于電流 信號(hào)Ii的最大頻率，例如在量級(jí)上大一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，圖IB的調(diào)節(jié)環(huán)路的帶寬為 10曲Z，并且電流信號(hào)Ii(例如，正弦信號(hào)）的頻率為lOOHz。
[0038] 具有其值接近為IOkQ的電阻值Rl的電阻器26適于接收電流信號(hào)Ii，在感測(cè)電阻 器4上調(diào)制電壓降。電流生成器Ii的輸出端子禪合在端子Ic和電阻器26之間，并且電流生成 器的參考端子代之W禪合到輸入端子ViN+。端子Ic為高阻抗端子，并且結(jié)果是電流信號(hào)Ii (大致上，to a first approximation)完全流經(jīng)電阻器26并且不朝向端子Ic。
[0039] 流經(jīng)感測(cè)電阻器4的電流Ile過此由下述給出：
[0040]
[0041] 其中Vfb為在閉合環(huán)路中出現(xiàn)在端子Ic上的反饋電壓(在之前所考慮的示例中，等 于200mV)并且Ii ? Ri是在存在由生成器22提供的電流信號(hào)Ii的情況下由電阻器26生成的電 壓貢獻(xiàn)(Ri在此作為示例選擇為等于IOkQ )。換句話說，? Ri)是跨越感測(cè)電阻器4的 電壓。
[0042] 從前述的等式中，很明顯的是在缺少電流信號(hào)Ii(即，Ii = OA)的情況下，循環(huán)在LED 串2W及感測(cè)電阻器4中的電流Iled = Vfb/Rs僅由內(nèi)部參考Vref(在SMPS調(diào)節(jié)器5的反饋端子Ic 上的誤差放大器的參考)來決定。相反，在存在電流信號(hào)Ii的情況下，在LED 2中循環(huán)的電流 取決于跨越電阻器26的電壓降。特別地，例如具有Ii = 20]iA，即Ii ? Ri = 200mV，循環(huán)在LED串 2和感測(cè)電阻器4中的電流Iled=(Vfb-(Ii ? Ri))/Rs為零。
[0043] 在電阻器4上的作為電流信號(hào)Ii的結(jié)果的電壓降被考慮為可忽略。
[0044] 通過已經(jīng)在此陳述的，可W注意到的是在缺少電流信號(hào)Ii的情況下，電流Iled具有 基本上恒定的值，并且從電子變壓器看過去的負(fù)載在運(yùn)些條件下具有負(fù)阻抗。
[0045] 相反，在存在電流信號(hào)Ii的情況下，循環(huán)在LED2中橫越感測(cè)電阻4的電流W運(yùn)樣的 方式進(jìn)行調(diào)制，即由電子變壓器看過去的負(fù)載類似于電阻性負(fù)載。
[0046] 本
【申請(qǐng)人】已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了仿效電阻性負(fù)載，對(duì)于電流信號(hào)Ii來說適宜的是采用與輸 入信號(hào)Vin所采用的相應(yīng)值成反比的值。換句話說，電流信號(hào)Ii具有相對(duì)于輸入電壓信號(hào)Vin 的時(shí)隙來說相位偏移了 180°的時(shí)隙。
[0047] 實(shí)施了上面所描述過的電流信號(hào)Ii由圖4中描述的信號(hào)生成電路來生成。
[0048] 在圖3a中，示出了名為電流保持器電路(CH)的附加的偏置電路。當(dāng)來自電流生成 器22的電流Ii高于特定值時(shí)，運(yùn)個(gè)電路CH連接在端子VIN+和VIN-之間的電阻器Rcurrjko，從 而提供了電壓Vin的電子變壓器同樣在由電壓調(diào)節(jié)器5所請(qǐng)求的電流非常低（即，當(dāng)整流后的 輸入電壓VIN_R(參見圖4)處于其最小值并且電流Ii處于其最高值)時(shí)被加載。本
【申請(qǐng)人】發(fā) 現(xiàn)電流保持器電路CH進(jìn)一步改進(jìn)了電阻性負(fù)載的仿真，由于其在電流信號(hào)Ii處于其最大值 時(shí)，即當(dāng)SMI^類型的電壓調(diào)節(jié)器5從電子變壓器吸收零電流時(shí)，對(duì)提供了電壓Vin的電子變壓 器加載W足夠的電阻器。此外，電流保持器電路CH在輕負(fù)載相位期間維持了電子變壓器切 換活動(dòng)，從而電流生成器22在每個(gè)功率線周期的開始被正確地偏置。
[0049] 參照?qǐng)D4,生成器22包括整流器輸入級(jí)30,例如通過二極管橋31-34而獲得，配置為 在其自己的輸入端子30a和30b上接收輸入電壓ViN(a.c.信號(hào)），并且在其自己的輸出端子 30c和30d上生成整流后的輸入電壓ViN_R(即，直流電流(d.c.)信號(hào)）。
[0050] 此外，生成器22包括分壓器級(jí)42,其禪合在整流器30的輸出端子30c、30d之間并且 配置為獲取整流后的輸入電壓ViN_R并且生成第一中間操作電壓Vpi,其為整流后的輸入電壓 ViN_R的函數(shù)但是具有降低的最大幅度，特別地具有將第一晶體管56(對(duì)其操作在后面進(jìn)行 更為充分地描述巧區(qū)動(dòng)到導(dǎo)通狀態(tài)的值。為了運(yùn)個(gè)目的，分壓級(jí)42包括由共同串聯(lián)連接在整 流器30的輸出端子30c、30d之間的電阻器36、38形成的電阻性分壓器，W及與電阻器38平行 電氣禪合并且具有提供用于去除高頻(例如，高于SOkHz-IOOkHz的頻率)的濾波器的功能的 電容器40。將第一晶體管56的控制端子(柵極)偏置的第一中間操作電壓Vpi在電阻器36和電 阻器38的節(jié)點(diǎn)37處被拾取。
[0051 ] 作為示例，電阻器36具有IOk Q的電阻值，電阻器38具有2.4k Q的電阻值，并且電 容器40具有68nF的電容值。
[0052] 生成器22進(jìn)一步包括積分級(jí)50,配置用于接收第一中間操作電壓Vpi并且生成第二 中間操作電壓Vp2,其為第一中間操作電壓Vpi的積分。第二中間操作電壓Vp2用于對(duì)第二晶體 管58(對(duì)其操作在后面進(jìn)行更為充分地描述）的控制端子(基極)進(jìn)行偏置。出于運(yùn)個(gè)目的， 積分級(jí)50包括：電阻器44,電禪合在節(jié)點(diǎn)37和第二晶體管58的控制端子之間（即，經(jīng)由電阻 器36電氣禪合到整流器30的輸出端子30d); W及電氣禪合在第二晶體管58的控制端子和整 流器30的輸出端子30 c之間的電容器48。
[0053] 作為示例，電阻器44具有IOOkQ的電阻值，并且電容器48具有UiF的電容值。
[0054] 晶體管56和58特別地為具有PNP類型的BJT，其彼此相同并且實(shí)施具有本身為已知 類型的差分對(duì)。晶體管56的發(fā)射極端子W及晶體管58的發(fā)射極端子二者通過具有例如43k Q的電阻值的尾電阻器59而電禪合到整流器30的輸出端子30c。此外，每個(gè)晶體管56、58具 有禪合在其自身的發(fā)射極端子和尾電阻器59之間的相應(yīng)的負(fù)反饋電阻器(degeneration resistor)60、62。該負(fù)反饋電阻器60、62具有例如為30kQ的相同的電阻值。
[0055] 晶體管56的集電極端子例如電禪合到整流器30的輸出端子30d，而晶體管58的集 電極端子電禪合在SMPS設(shè)備5的反饋輸入端子Ic和電阻器26之間（在由參考標(biāo)號(hào)70所指代 的節(jié)點(diǎn)上）。齊納二極管（未示出）可W類似地平行于電阻器26而禪合用于提供免于過電壓 的保護(hù)。
[0056] 圖5A-圖祀利用相同的時(shí)標(biāo)示出了到圖4的生成器22的輸入處W及由生成器22生 成的電壓/電流信號(hào)。
[0057] 圖5A作為示例描述了由電子變壓器生成的輸入信號(hào)Vin的包絡(luò)，而圖5B作為示例描 述了在整流器30的輸出上出現(xiàn)的參照節(jié)點(diǎn)30c的整流后輸入信號(hào)ViN_R的包絡(luò)。
[0058] 圖5C描述了晶體管56和58參照節(jié)點(diǎn)30c的控制信號(hào)。特別地，可W注意到跟隨著具 有峰值的整流后輸入信號(hào)VIN_R的包絡(luò)的曲線圖的第一中間操作電壓Vpi的曲線圖在模量上 低于整流后輸入信號(hào)ViN_R(在運(yùn)個(gè)示例中，其范圍在將近OV和-3V之間）。如已經(jīng)陳述過的， 第二中間操作電壓VP2是第一中間操作電壓Vpi的積分并且在運(yùn)個(gè)示例中采用了接近-2V的 值。
[0059] 通過參照?qǐng)D5C，可W注意到差分對(duì)的兩個(gè)操作條件。在第一種操作條件下，其中整 流后輸入電壓ViO具有模量上的最大值，差分級(jí)沒有將電流注入節(jié)點(diǎn)70;相反，當(dāng)整流后輸 入電壓VIN_R具有模量上的最小值時(shí)，差分級(jí)將流經(jīng)晶體管58的電流注入節(jié)點(diǎn)70。根據(jù)一個(gè) 實(shí)施例，運(yùn)個(gè)電流是之前標(biāo)識(shí)過的電流Ii，具有模量上接近20yA的值。
[0060] 圖加描述了經(jīng)過晶體管56(中間電流信號(hào)Iim) W及經(jīng)過晶體管58(對(duì)應(yīng)于圖3的 電流信號(hào)Il的中間電流信號(hào)IlNT2)的電流的曲線圖。IlNTl和IlNT2之和等于在晶體管59中循環(huán) 的電流(信號(hào)IINT3)。如可能注意到的，當(dāng)整流后輸入電壓VlO具有最大值(模量上），電流信 號(hào)Il = IlNT2為最小并且接近于0A。相反，當(dāng)整流后輸入電壓VlN_R具有最小值(模量上），晶體 管56關(guān)閉(Vpi = OV),并且晶體管58如同生成接近等于-20iiA的電流Ii的電流生成器，將模量 上接近等于20iiA的電流Ii注入節(jié)點(diǎn)70,并且由此在電阻器26上存在200mV的電壓降。
[0061] 明顯的是在整流后輸入電壓ViN_R在最大值和最小值之間的轉(zhuǎn)變中，注入節(jié)點(diǎn)70的 電流Ii采用(ass皿e) 了中間值，但是永遠(yuǎn)與整流后輸入電壓ViN_R所采用的值成反比。
[0062] 圖5E描述了與電流Ii所采用的值成正比的電阻器26上的電壓降。假設(shè)在節(jié)點(diǎn)Ic上 由SMPS轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)環(huán)路所設(shè)置的電壓為固定的，明顯的是在感測(cè)電阻器4中流動(dòng)的電流 W直接正比的方式跟隨著輸入電壓Vin的變化。
[0063] 圖4a示出了包括圖4的相同生成器22并附加有圖3a的電流保持器電路CH的可能實(shí) 施的本公開的進(jìn)一步的實(shí)施例，所述圖3a的電流保持器電路CH在圖4a的實(shí)施例中由CH4A來 指代。運(yùn)個(gè)電路CH4A包括電阻器Rc 1、電阻器Rc2、電阻器Rc3、電阻器Rc4、具有NPN極性的BJT Ql、二極管DlW及具有N極性的MOS陽T Ml和電阻器Rcurrjko。
[0064] 作為示例，電阻器Rcl具有IOOk Q的電阻值，電阻器Rc2具有10 Q的電阻值，電阻器 Rc3具有101^〇的電阻值，電阻器1?。4具有331^〇的電阻值并且電阻器1?(：抓1?_11化0具有5.1〇 的電阻值。
[006引具體地，在差分對(duì)56、58的當(dāng)56關(guān)閉（即，ViN_R處于其最小值）的操作條件下，BJT Ql沒有注入其基極中的電流并且因此沒有電流在Ql的集電極W及電阻器Rc3中流動(dòng)。因此， MOSFET 11^柵極等于￥10來工作并且^低阻抗將亂的漏極連接到￥10。在電阻器30]尺尺_(dá) 冊(cè)LD中流動(dòng)的電流可W根據(jù)下述等式來計(jì)算：
[0066]
[0067] 此外，在差分對(duì)56、58的當(dāng)56打開（即，ViN_R處于其最大值）的操作條件下，Ql的基 極由在56中流動(dòng)的電流偏置。在電阻器Rc3中流動(dòng)的電流通過(Ql的集電極)關(guān)閉Ml。因此， 在電阻器RCURR_H0LD中流動(dòng)的電流等于零。
[0068] 參照?qǐng)D4a描述的電流生成器22和電流保持器電路CH4A的性能可W在圖5F-圖甜中 看出。
[0069] 當(dāng)VP2高于VPl，晶體管Ql的基極被正向偏置，從而在RC3中有電流流動(dòng)，故而Ml的 VGS變得低于晶體管闊值電壓，由此將RCURR_H0LD與電子變壓器斷開。在運(yùn)種情況下，由于 SMPS5從電子變壓器中吸收顯著的電流，因此不需要電阻性負(fù)載。否則，當(dāng)VP2低于VPl時(shí)，電 流IINTl降低到Ql的基極不再正向偏置的條件。在運(yùn)一點(diǎn)上，晶體管Ml的柵極到源極電壓變 得高于晶體管闊值電壓，由此連接在電子變壓器的兩個(gè)輸出端子之間的電阻器RCURR_ 冊(cè)LD。因此，在運(yùn)個(gè)階段期間，從電子變壓器吸收正弦電流。
[0070] 當(dāng)電流IINT2處于其最大值（即，當(dāng)處于其最小值時(shí)）時(shí)，上文描述的電流保持器電 路CH4A向電子變壓器添加了電阻性負(fù)載。在運(yùn)種偏置條件下，SMPS沒有從電子變壓器吸收 任何電流，并且因此運(yùn)種電阻器的連接改善了電路22的電阻性仿真。此外，電流保持器在每 個(gè)功率線周期的開始維持了電子變壓器的切換活動(dòng)，從而電流生成器22在每個(gè)功率線周期 正確地工作。
[0071] 圖6示出了本公開的又一個(gè)實(shí)施例。圖6中與圖4中出現(xiàn)的元件相同的并且參照該 圖進(jìn)行了描述的元件由相同的參考標(biāo)號(hào)來指代并且不再進(jìn)行任描述。
[0072] 根據(jù)圖6的實(shí)施例，生成器22進(jìn)一步包括用于對(duì)差分級(jí)的尾電阻器59進(jìn)行偏置的 級(jí)。例如，所述偏置通過可操作地禪合到電子變壓器用于接收輸入信號(hào)Vin的充電累75來獲 得。該充電累75于是接收輸入信號(hào)Vin并且在輸入提供偏置信號(hào)ViN_p到尾電阻器59,并且類 似地經(jīng)由電容器83(例如，具有22化F的電容值)禪合到節(jié)點(diǎn)30c。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，差分級(jí)的 尾電阻器59通過具有模量接近W(在運(yùn)個(gè)示例中，Vin_p = -5V)的值的電壓ViN_p來進(jìn)行偏置。
[0073] 圖6的實(shí)施例具有在輸入信號(hào)變化時(shí)保持在電阻器59中循環(huán)的電流的恒定并且由 此電流生成器22的響應(yīng)的線性增加的優(yōu)勢(shì)。因此，由SMPS 5吸收的電流的電阻性仿真被改 善，并且在電子變壓器和SMI^之間的兼容性得到提高。
[0074] 圖6a描述了根據(jù)本公開又一個(gè)實(shí)施例的、包括圖6的電流生成器22W及在圖6a中 由CH6A來指代的圖3a的電流保持器電路CH的另一個(gè)實(shí)施例的圖3a的偏置和驅(qū)動(dòng)電路的又 一個(gè)電路實(shí)施。電流保持器電路CH6A的結(jié)構(gòu)與圖4A的電流保持器電路CH4A的結(jié)構(gòu)相似，除 了電阻器RC3禪合到充電累75來接收偏置信號(hào)ViN_p。電流保持器電路CH6A的操作同樣類似 于圖4A的電流保持器電路CH4A的操作，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員在查看了上文電路CH4A的描 述之后可W理解。簡(jiǎn)言之，當(dāng)差分對(duì)56、58的晶體管56被關(guān)斷OFF,其發(fā)生在整流輸入電壓 ViO處于其最小值時(shí)，則晶體管Ql沒有注入到其基極的電流并且因此通過運(yùn)個(gè)晶體管的集 電極的電流W及因此通過電阻器RC3的電流可W忽略。因此，晶體管Ml在其柵極處接收接近 于電壓ViN_R，使晶體管導(dǎo)通ON并且由此跨越整流輸入電壓ViN_R連接電阻器RCURRJTOLD (即， 跨越端子30c和30d連接電阻器RCURRJOLD)。通過電阻器RCURR_H0LD的電流Ircurrjtold再次 由上述等式給出。相反地，當(dāng)整流輸入電壓ViO具有其最大值，來自晶體管56的電流使得晶 體管Ql導(dǎo)通0N，其反過來又驅(qū)動(dòng)施加到晶體管Ml的柵極的電壓到使得晶體管Ml關(guān)斷OFF的 電壓水平。在運(yùn)種情況下，由于電阻器RCURR_HOLD通過去活的晶體管Ml而有效地與整流后 輸入電壓ViN_R隔離開，因此沒有具有意義的電流流經(jīng)電阻器RCURRJTOLD。
[0075] 圖6b描述了根據(jù)本公開又一個(gè)實(shí)施例的圖3a的偏置和驅(qū)動(dòng)電路20的進(jìn)一步的電 路實(shí)施。在運(yùn)個(gè)實(shí)施例中，由電荷累75生成的累激電壓VIN_P提供用W僅僅對(duì)電流保持器電 路CH6A進(jìn)行偏置。運(yùn)與圖6的實(shí)施例形成了對(duì)比，其中累激電壓VIN_P被施加 W僅對(duì)電流生 成器22進(jìn)行偏置，并且圖6a的實(shí)施例其中累激電壓VIN_P被施加從而對(duì)電流生成器22和電 流保持器電路CH6A二者進(jìn)行偏置。使用累激電壓￥抑_?具有增加 Ml柵極的電壓偏置的益處， 因此其有助于當(dāng)電壓￥抑_3處于其最低值時(shí)，即在每個(gè)功率線周期的開始時(shí)，在電子變壓器 的輸出處連接電阻負(fù)載。
[0076] 圖7示出了圖6的電荷累75的電路實(shí)施例。圖7的電路中與圖6電路中的元件共同的 元件由相同的參考標(biāo)號(hào)來指代并且不再進(jìn)一步進(jìn)行描述。電荷累75包括一起串聯(lián)連接在處 于電壓Vin^接地參考GND)的輸入端子和中間節(jié)點(diǎn)79之間的二極管76和電阻器78(例如，具 有IkQ的電阻值）；特別地，二極管76的陽極禪合到Vin^并且其陰極禪合到電阻器78。此外， 電荷累75包括在中間節(jié)點(diǎn)79和處于電壓Vin+的輸入端子之間的彼此相平行禪合的電容器80 (例如，具有22化F的電容值）W及齊納二極管81;具體地，齊納二極管81的陽極禪合到Vin+并 且其陰極禪合到中間節(jié)點(diǎn)79。陽極禪合到中間節(jié)點(diǎn)79的二極管82設(shè)置在電荷累75的輸出 上，用于在輸出處提供信號(hào)VlN_P。
[OOW]從前面的描述清楚可見所獲得的優(yōu)勢(shì)。
[0078] 具體地，所描述的偏置和驅(qū)動(dòng)電路可W用于任何通用的SMPS，使得所述通用SMPS 與需要在電子變壓器的輸出處為電阻性負(fù)載的通用電子變壓器的可操作的禪合。因此，增 加了功率因數(shù)。
[0079] 所描述的偏置和驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)一步支持具有電流模式和電壓模式內(nèi)部架構(gòu)的SMPS。
[0080] 可W對(duì)在此所描述的設(shè)備和方法進(jìn)行修改和變形，而不會(huì)背離如在所附權(quán)利要求 中所限定的本公開的范圍。
[0081] 具體地，本公開應(yīng)用于任何通用反饋電壓調(diào)節(jié)器(無論是否為SMPS切換類型或者 線性類型）。
[0082] 此外，被驅(qū)動(dòng)的電子負(fù)載可W是通用電負(fù)載，并不限于L邸串。
[0083] 上面所描述的各種實(shí)施例可W進(jìn)行合并從而提供進(jìn)一步的實(shí)施例。在本說明書中 所參考的W及/或列舉在申請(qǐng)數(shù)據(jù)表中的所有美國(guó)專利、美國(guó)專利申請(qǐng)公開、美國(guó)專利申 請(qǐng)、外國(guó)專利、外國(guó)專利申請(qǐng)W及非專利公開在此通過引用全體并入。如果需要可W對(duì)實(shí)施 例的方面進(jìn)行修改從而采用各個(gè)專利、申請(qǐng)W及公開的概念從而提供進(jìn)一步的實(shí)施例。
[0084] 鑒于上面詳述的描述可W對(duì)實(shí)施例進(jìn)行運(yùn)些W及其他的改變。大體上，在后面的 權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)當(dāng)被解釋為將權(quán)利要求限制于在說明書中和權(quán)利要求中所 公開的特定實(shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)被解釋為包括所有符合權(quán)利要求所被賦予的全部等同范圍的 可能的實(shí)施例。相應(yīng)地，權(quán)利要求不限于公開。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電負(fù)載的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，具有配置用于接收a.c.輸入電壓的輸入端子以 及配置用于提供d.c.輸出電壓到所述電負(fù)載的輸出端子，包括： 具有反饋環(huán)路的電壓調(diào)節(jié)器，其具有反饋輸入，配置用于接收取決于流經(jīng)電負(fù)載的電 源電流的感測(cè)電壓并且基于接收到的所述感測(cè)電壓來調(diào)節(jié)所述電源電流；以及 電阻性感測(cè)元件，可操作地耦合到所述反饋輸入，配置用于接收所述電源電流并且生 成取決于接收到的所述電源電流的所述感測(cè)電壓； 電阻性類型的電流換能器，耦合到所述反饋輸入；以及 輔助偏置電路，配置用于接收所述a. c.輸入電壓并且通過所述電流換能器注入與所述 a. c.輸入電壓成反比地變化的a. c.輔助偏置電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，其中所述輔助偏置電路包括： 整流器，配置用于接收所述a. c.輸入電壓，對(duì)所述a. c.輸入電壓進(jìn)行整流，并且在輸出 處提供整流電壓； 差分級(jí)，具有耦合到所述反饋輸入的第一輸出，用于提供所述a. c.輔助偏置電流； 分壓器單元，配置用于接收所述整流電壓并且將作為所述整流電壓的一部分而獲得的 第一操作電壓提供到所述差分級(jí)的第一輸入;以及 積分器單元，配置用于接收所分壓的電壓并且將作為所述第一操作電壓的積分而獲得 的第二操作電壓提供到所述差分級(jí)的第二輸入。3. 根據(jù)權(quán)利要求2的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，其中所述差分級(jí)包括第一晶體管和第二晶體管， 分別由所述第一操作電壓和所述第二操作電壓驅(qū)動(dòng)，輸出所述a. c.輔助偏置電流，當(dāng)所述 整流電壓具有模量上的最大值時(shí)所述a. c.輔助偏置電流具有第一操作值；以及當(dāng)所述整流 電壓具有模量上的最小值時(shí)所述a. c.輔助偏置電流具有高于所述第一操作值的第二操作 值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，其中所述反饋環(huán)路的帶寬高于所述a. c.輔助偏 置電流的最大頻率。5. 根據(jù)權(quán)利要求4的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，其中所述電壓調(diào)節(jié)器為SMPS類型的調(diào)節(jié)器，所述 反饋環(huán)路包括耦合到所述反饋輸入的誤差放大器，具有配置用于接收所述感測(cè)電壓的第一 輸入、配置用于接收反饋參考電壓的第二輸入以及用于提供控制信號(hào)的輸出， 所述第一操作值為基本上等于零的電流值，并且所述第二操作值為使得所述電流換能 器將所述反饋輸入偏置在等于所述誤差放大器的所述反饋電壓參考的電壓值處的電流值。6. 根據(jù)權(quán)利要求2的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括電荷栗，配置用于接收所述a.c.輸入 電壓并且生成配置用于對(duì)所述差分級(jí)進(jìn)行偏置的偏置電壓。7. 根據(jù)權(quán)利要求1的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，其中所述電負(fù)載包括發(fā)光設(shè)備串。8. 根據(jù)權(quán)利要求1的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括電流保持器電路，配置為響應(yīng)于所述 a. c.輔助偏置電流大于閾值而將電阻性元件耦合在所述輸入端子之間。9. 根據(jù)權(quán)利要求2的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括電流保持器電路，包括： 可控切換元件，與跨越所述整流器的輸出的電阻性元件串聯(lián)耦合；以及 其中所述差分級(jí)包括第二輸出，所述第二輸出控制所述可控切換元件跨越所述整流器 的輸出耦合所述電阻性元件或者將所述電阻性元件與所述整流器的輸出隔離。10. 根據(jù)權(quán)利要求6的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括： 第一可控切換元件，跨越所述整流器的輸出與第一電阻性元件串聯(lián)耦合； 第二可控切換元件，在所述整流器的輸出的一側(cè)和所述電荷栗之間與第二電阻性元件 串聯(lián)耦合從而接收所述偏置電壓，在所述第二可控切換元件和所述第二電阻性元件的互連 處限定節(jié)點(diǎn)并且所述節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一可控切換元件;并且 其中所述差分級(jí)包括第二輸出，其控制所述第二可控切換元件有選擇地激活所述第一 可控切換元件，以跨越所述整流器的輸出耦合所述第一電阻性元件或者將所述電阻性元件 與所述整流器的輸出隔離。11. 根據(jù)權(quán)利要求1的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，其中所述a.c.輸入電壓為正弦信號(hào)并且所述輔 助偏置電流為具有相對(duì)于所述a.c.輸入電壓的約180度的相位偏移的正弦信號(hào)。12. 根據(jù)權(quán)利要求2的偏置和驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)一步包括： 電荷栗，配置用于接收所述a. c.輸入電壓并且生成偏置電壓； 第一可控切換元件，跨越所述整流器的輸出與第一電阻性元件串聯(lián)耦合并且耦合到所 述電荷栗，從而接收所述偏置電壓以對(duì)所述第一可控切換元件進(jìn)行偏置;以及 第二可控切換元件，在所述整流器的輸出的一側(cè)和所述電荷栗之間與第二電阻性元件 串聯(lián)耦合從而接收所述偏置電壓，在所述第二可控切換元件和所述第二電阻性元件的互連 處限定節(jié)點(diǎn)并且所述節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一可控切換元件。13. -種電子系統(tǒng)，包括： 電負(fù)載； 具有反饋環(huán)路的反饋電壓調(diào)節(jié)器電路，其包括反饋輸入端子，配置用于接收取決于流 經(jīng)電負(fù)載的電源電流的感測(cè)電壓，并且所述反饋電壓調(diào)節(jié)器配置為基于所述感測(cè)電壓來調(diào) 節(jié)所述電源電流； 電阻性感測(cè)元件，可操作地耦合到所述反饋輸入端子，配置用于接收所述電源電流并 且生成取決于所述電源電流的所述感測(cè)電壓； 電流換能器，耦合到所述反饋輸入端子；以及 輔助偏置電路，配置用于接收a. c.輸入電壓并且通過所述電流換能器提供與所述a. c. 輸入電壓成反比的a. c.輔助偏置電流。14. 根據(jù)權(quán)利要求13的電子系統(tǒng)，其中所述反饋電壓調(diào)節(jié)器電路包括切換模式功率電 源(SMPS)和線性功率電源中的一個(gè)。15. 根據(jù)權(quán)利要求13的電子系統(tǒng)，其中所述電負(fù)載包括至少一個(gè)發(fā)光二級(jí)管。16. 根據(jù)權(quán)利要求13的電子系統(tǒng)，其中所述輔助偏置電路位于包括所述反饋電壓調(diào)節(jié) 器電路的集成電路外。17. -種控制反饋電壓調(diào)節(jié)器電路的方法，所述方法包括： 生成取決于通過耦合到反饋電壓調(diào)節(jié)器電路的電負(fù)載的電源電流的感測(cè)電壓； 將所述感測(cè)電壓耦合到所述反饋電壓調(diào)節(jié)器電路的反饋輸入，以在所述反饋輸入上生 成反饋電壓； 生成與a. c.輸入電壓成反比的a. c.輔助偏置電流； 將所述a. c.輔助偏置電流提供到所述反饋輸入，從而控制在所述反饋輸入上的所述反 饋電壓的值。18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括： 對(duì)所述a. c.輸入電壓進(jìn)行整流;并且 將所整流的a.c.輸入電壓提供到所述反饋電壓調(diào)節(jié)器電路的電源輸入。19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括利用晶體管的差分對(duì)來生成提供到所述反饋 輸入的所述a. c.輔助偏置電流。20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括： 從所述a. c.輸入電壓生成栗激電壓;并且 提供所述栗激電壓以對(duì)晶體管的差分對(duì)進(jìn)行偏置。21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述a. c.輔助偏置電流大于閾值而跨 越所整流的a.c.輸入電壓耦合電阻性元件。
【文檔編號(hào)】H05B33/08GK105848328SQ201510862534
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日
【發(fā)明人】F·O·利索尼, D·阿塔內(nèi)塞, S·西尼奧里亞
【申請(qǐng)人】意法半導(dǎo)體股份有限公司