專利名稱：低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，更具體地說(shuō)，涉及用于LED燈 和其他非隔離功率電源應(yīng)用的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
LED燈市場(chǎng)正在快速地成長(zhǎng)，并且正在變得越來(lái)越重要。對(duì)于交流輸 入電源來(lái)說(shuō)，大多數(shù)的LED驅(qū)動(dòng)器使用基于反激式(flyback)拓樸結(jié)構(gòu)的 切換模式功率電源(SMPS)。反激式SMPS電路通常包括交流電源輸入、 PWM控制電路、變壓器和恒壓/恒流控制電路，并且，輸出電壓/電流控制 電路通過(guò)光耦合元件耦合到主側(cè)的PWM控制電路。當(dāng)線性電壓或者負(fù)載 發(fā)生改變時(shí)，PWM控制器電路調(diào)整切換占空周期，從而實(shí)現(xiàn)恒定的輸出電 流或者電壓。
然而，反激式SMPS電路的成本相對(duì)較高，并且正個(gè)系統(tǒng)的體積較大。 對(duì)于家用來(lái)說(shuō)，理想的狀態(tài)是LED燈驅(qū)動(dòng)器體積較小并且能夠放置在類似 微型熒光燈(CFL )的燈座中，從而使得整個(gè)LED燈系統(tǒng)的安裝變得方便。 對(duì)于微型LED燈驅(qū)動(dòng)器，如果使用塑料燈座的話，可以不另外進(jìn)行隔離。
因此，需要一種低成本的驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)方案，該方案具有較少的元件數(shù) 目，較小的印刷電路板尺寸和更好的性價(jià)比。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種低功率非隔離LED驅(qū)動(dòng)器的低成本實(shí)現(xiàn)方案，該 驅(qū)動(dòng)器具有高系統(tǒng)可靠性、很好的線性/負(fù)載狀態(tài)以及短路保護(hù)特性。 根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提出一種低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，包括 調(diào)整電路，連接到電源輸入，對(duì)電源輸入進(jìn)行調(diào)整； 濾波電路，連接到調(diào)整電路，對(duì)調(diào)整后的電源輸入進(jìn)行濾波； 轉(zhuǎn)換電路，連接到濾波電路，將電源輸入轉(zhuǎn)換成低壓輸出；PWM控制電路，連接到轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)PWM脈沖控制轉(zhuǎn)換電路； 輸出電壓/電流控制電路，連接到轉(zhuǎn)換電路以及PWM控制電路，基于
所述PWM脈沖，調(diào)整低壓輸出的電壓和電流。
本實(shí)用新型揭示了一種低電壓非隔離驅(qū)動(dòng)器，具有高系統(tǒng)可靠性、很
好的線性/負(fù)載規(guī)整以及短路保護(hù)特性。該方案具有較少的元件數(shù)目，較小
的印刷電路板尺寸和更好的性價(jià)比。


本實(shí)用新型上述的以及其他的特征，性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將在
以下結(jié)合附圖和 實(shí)施例進(jìn)一步描述，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中
圖1揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，具有近似恒定輸出電流和輸 出電壓鉗位特性的非隔離電源；
圖2揭示了 PWM控制電路的功能框圖3揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，具有近似恒定輸出電流和 輸出電壓鉗位特性的非隔離電源；
圖4揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，集成晶體管、PWM控制電 路和輸出電壓/電流控制電路的非隔離電源。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種低功率非隔離LED驅(qū)動(dòng)器的低成本實(shí)現(xiàn)方案，該 驅(qū)動(dòng)器具有高系統(tǒng)可靠性、很好的線性/負(fù)載規(guī)整以及短路保護(hù)特性。具體 而言，本實(shí)用新型提供一種具有近似恒流和恒壓特性的非隔離LED驅(qū)動(dòng) 器，上述的近似恒流和恒壓特性由PWM控制器電路實(shí)現(xiàn)。
圖1揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的 一 實(shí)施例，具有近似恒定輸出電流和輸 出電壓鉗位特性的非隔離電源。交流或者支流輸入100由第一二極管101 進(jìn)行調(diào)整，并且通過(guò)由第一電容103、第二電容104和第一電感102構(gòu)成 的濾波電路進(jìn)行濾波。之后，通過(guò)一轉(zhuǎn)換電路，將高壓輸入該轉(zhuǎn)換成低壓 輸出150，該轉(zhuǎn)換電路包括開(kāi)關(guān)108、第二二極管129、第二電感128, 低壓輸出150在輸出之前還經(jīng)過(guò)第三電容130的濾波。該開(kāi)關(guān)108可以由高壓晶體管或者M(jìn)OSFET實(shí)現(xiàn)，如果采用高壓晶體管，那么該高壓晶體管 的集電極連接到PWM控制電路109,如果采用MOSFET,那么MOSFET 的源極連接到PWM控制電路109。
圖2揭示了上述PWM控制電路109的一實(shí)施例的功能框圖。該P(yáng)WM 控制電路的主要電路功能模塊包括
鉗位比較器191,具有過(guò)壓保護(hù)功能；
帶隙信號(hào)及偏壓產(chǎn)生電路192,提供基準(zhǔn)信號(hào)；
PWM比較器193，提供PWM脈沖寬度控制，該P(yáng)WM比較器193的 負(fù)輸入端連接到所述帶隙信號(hào)及偏壓產(chǎn)生電路192;
PWM控制器194，該P(yáng)WM控制器194連接到PWM比較器193的 輸出，同時(shí)，該P(yáng)WM比較器193的整輸入端194也通過(guò)一振蕩器195連 接到該P(yáng)WM控制器194;
UVLO比較器196,提供欠壓保護(hù)功能；
短路電流比較器197,該短路電流比較器197的輸出和UVLO比較器 196的輸出以及電流源規(guī)整電路198相連，該連接到PWM控制器194;
驅(qū)動(dòng)電路199,連接到PWM控制器194，接收PWM控制器194的 輸出并提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
該P(yáng)WM控制電路109包括P1、 P2和P3三個(gè)終端。終端P1產(chǎn)生切 換脈沖，終端P1可以連接到NPN晶體管的發(fā)射極、或者是MOSFET的 源極，終端P2用于實(shí)現(xiàn)偏壓供電以及反饋控制，終端P3是該P(yáng)WM控制 電路的基準(zhǔn)接地。
參考圖1和圖2。在啟動(dòng)期間，啟動(dòng)電流通過(guò)第一電阻105對(duì)第四電 容110進(jìn)行充電，并且，同時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)108 (假設(shè)為采用晶體管)的BE 結(jié)電壓將PWM控制電路109的P1終端的電壓提升。PWM控制電路109 內(nèi)部的電流源規(guī)整電路將通過(guò)P1終端的電壓對(duì)P2終端進(jìn)行充電。當(dāng)P2 終端的電壓到達(dá)啟動(dòng)電壓時(shí)，PWM控制電路109內(nèi)部的UVLO比較器將 對(duì)電流源規(guī)整電路提供電流源。之后，PWM控制電路109開(kāi)始在P1終端 輸出PWM信號(hào)并且控制開(kāi)關(guān)108的開(kāi)或關(guān)。
當(dāng)開(kāi)關(guān)108打開(kāi)時(shí)，輸入電流通過(guò)起到調(diào)整作用的第一二極管101、開(kāi)關(guān)108、 PWM控制電路109、用作電流感應(yīng)電阻的第二電阻114以及第 二電感128到達(dá)輸出端。通過(guò)PWM控制電路109的電流由一內(nèi)部電阻進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，并且該轉(zhuǎn)換后的電壓由短路電流比較器與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較。 如果發(fā)生了輸出短路，輸出電流由PWM控制電路109限制。當(dāng)開(kāi)關(guān)108 關(guān)閉時(shí)，第二電感128的電流流過(guò)第二二極管129,第二二極管129時(shí)快 速恢復(fù)二極管，第二電感128的電流流過(guò)第二二極管129將能量傳遞到輸 出端。
輸出電壓/電流控制電路包括元件114至元件127。當(dāng)開(kāi)關(guān)108關(guān)閉時(shí)， 第三二極管127將打開(kāi)，此時(shí)第五電容126的電壓將基本上等于輸出直流 電壓。第五電容126的電壓將與由第一齊納二極管125提供的鉗位電壓進(jìn) 行比較，并且由PNP晶體管122進(jìn)行放大，該P(yáng)NP晶體管122是低電壓 小信號(hào)PNP晶體管。放大后的信號(hào)由一濾波電路進(jìn)行濾波，該濾波電路包 括第三電阻120、第六電容119、第七電容121,其中第三電阻120是一 個(gè)補(bǔ)償電阻。經(jīng)過(guò)濾波后的電壓被反饋給PWM控制電路109的P2終端。 如果直流輸出150的電壓高于一預(yù)定的參考值，PWM控制電路109的P2 終端的電壓同樣也會(huì)變高，于是，PWM控制電路109將降低轉(zhuǎn)換器的切 換占空比或者進(jìn)入跳空周期模式并且降低直流輸出150的電壓，從而實(shí)現(xiàn) 恒定的輸出電壓控制。第二電感128的電流由作為電流感應(yīng)電阻的第二電 阻114進(jìn)行感應(yīng)，由第四電阻115、第八電容116組成的濾波電路進(jìn)行濾 波，經(jīng)過(guò)濾波后的電流驅(qū)動(dòng)NPN晶體管117，該NPN晶體管117是低電 壓小信號(hào)NPN晶體管，且電流驅(qū)動(dòng)NPN晶體管117的BE結(jié)。如果第二 電阻114的電壓高于NPN晶體管117的BE結(jié)的電壓(大約是0.7V), 晶體管117將開(kāi)啟并且將PNP晶體管122的基極電壓下拉，同時(shí)降低輸 出的直流電壓。由此，輸出電流被限制并且可以實(shí)現(xiàn)基本恒定的電流控制。
當(dāng)開(kāi)關(guān)108關(guān)閉時(shí)，第二電感128的能量也可以通過(guò)第三二極管127 和第四二極管112對(duì)第四電容110進(jìn)行充電。當(dāng)PWM控制電路109開(kāi)啟 開(kāi)關(guān)108時(shí)，第四電容110將放電并且對(duì)開(kāi)關(guān)108提供能量。第四電容 110的電壓由第二齊納二極管111進(jìn)行鉗位以防止在低負(fù)載或者無(wú)負(fù)載的 情況下在第四電容110處出現(xiàn)高電壓。
8圖3揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，具有近似恒定輸出電流和 輸出電壓鉗位特性的非隔離電源。圖3所示的實(shí)施例與圖1所示的實(shí)施例 之間的差別在于輸出電壓/電流控制電路。在圖3所示的實(shí)施例中，輸出直 流電壓通過(guò)兩個(gè)感應(yīng)電阻224和225進(jìn)行感應(yīng)。圖3中其余的元件與圖1 所示的實(shí)施例對(duì)應(yīng)，采用的附圖標(biāo)記也對(duì)應(yīng)，即，圖3中201和圖1中的 101是對(duì)應(yīng)的元件。
圖4揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，集成晶體管、PWM控制電 路和輸出電壓/電流控制電路的非隔離電源。圖4中的集成電路309具有5 個(gè)終端，集成電路309的P1-P3終端的功能與圖1所示的實(shí)施例中的PWM 控制電路的P1-P3的功能相同，集成電路309的終端P4作為開(kāi)關(guān)終端、 而集成電路309的終端P5作為輸出電壓/電流控制電路的終端。圖4中其 余的元件與圖1所示的實(shí)施例對(duì)應(yīng)，采用的附圖標(biāo)記也對(duì)應(yīng)，即，圖4中 301和圖1中的101是對(duì)應(yīng)的元件。
本實(shí)用新型揭示了一種低電壓非隔離驅(qū)動(dòng)器，具有高系統(tǒng)可靠性、很 好的線性/負(fù)載規(guī)整以及短路保護(hù)特性。該方案具有較少的元件數(shù)目，較小 的印刷電路板尺寸和更好的性價(jià)比。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型 的。熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型思想的情況下， 對(duì)上述實(shí)施例作出種種修改或變化，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上 述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的技術(shù)特征的最大范圍。
權(quán)利要求1.一種低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括調(diào)整電路，連接到電源輸入，對(duì)電源輸入進(jìn)行調(diào)整；濾波電路，連接到所述調(diào)整電路，對(duì)調(diào)整后的電源輸入進(jìn)行濾波；轉(zhuǎn)換電路，連接到所述濾波電路，將電源輸入轉(zhuǎn)換成低壓輸出；PWM控制電路，連接到所述轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)PWM脈沖控制所述轉(zhuǎn)換電路；輸出電壓/電流控制電路，連接到所述轉(zhuǎn)換電路以及PWM控制電路，基于所述PWM脈沖，調(diào)整所述低壓輸出的電壓和電流。
2.如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于， 所述調(diào)整電路是一二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述濾波 電if各包4舌第一電容、第二電容和第一電感，其中第 一 電容的正端連接調(diào)整電路的輸出，第 一 電容的負(fù)端接地；第一電感串接在第一電容的正端以及第二電容的正端之間；第二電容的正端連接第一電感，第二電容的負(fù)端連接第二電感。
4.如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換 電^各包4舌開(kāi)關(guān)、第二二極管、第二電感，其中所述開(kāi)關(guān)連接在濾波電路和PWM控制電路之間，所述PWM控制電 路控制所述開(kāi)關(guān)的開(kāi)或關(guān)；第二二極管和第二電感串接后連接在所述PWM控制電路和一輸出端 之間。
5.如權(quán)利要求4所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于,所述開(kāi)關(guān)為高壓晶體管或者M(jìn)OSFET實(shí)現(xiàn),其中， 開(kāi)關(guān)為高壓晶體管，該高壓晶體管的集電極連接到所述PWM控制電.路開(kāi)關(guān)為MOSFET,該MOSFET的源極連接到所述PWM控制電路。
6.如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述P畫 控制電路包括鉗位比較器，具有過(guò)壓保護(hù)功能； 帶隙信號(hào)及偏壓產(chǎn)生電路，提供基準(zhǔn)信號(hào)；PWM比較器，提供電流限制控制，該P(yáng)WM比較器的負(fù)輸入端連接到 所述帶隙信號(hào)及偏壓產(chǎn)生電路；PWM控制器,該P(yáng)WM控制器連接到PWM比較器的輸出,同時(shí),該 PWM比較器的輸入端也通過(guò)一振蕩器連接到該P(yáng)WM控制器;UVLO比較器，提供欠壓保護(hù)功能；短路電流比較器，該短路電流比較器的輸出和UVLO比較器的輸出以 及電流源規(guī)整電路相連，該連接到PWM控制器；驅(qū)動(dòng)電路，連接到PWM控制器，接收PWM控制器的輸出并提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所迷的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于， 該P(yáng)WM控制電路包括三個(gè)終端、終端P1、終端P2和終端P3，其中 終端P1產(chǎn)生切換脈沖,終端P1可以連接到NPN晶體管的發(fā)射極、 或者是MOSFET的源極；終端P2用于實(shí)現(xiàn)偏壓供電以及反饋控制； 終端P3是該P(yáng)WM控制電路的基準(zhǔn)接地。
8.如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器,其特征在于, 所述輸出電壓/電流控制電路使用 一個(gè)感應(yīng)電阻對(duì)輸出直流電壓進(jìn)行感應(yīng)。
9. 如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于， 所述輸出電壓/電流控制電路使用兩個(gè)感應(yīng)電阻對(duì)輸出直流電壓進(jìn)行感應(yīng)。
10. 如權(quán)利要求1所述的低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述PWM控制電路和輸出電壓/電流控制電路集成在一個(gè)集成電路中。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種低功率非隔離驅(qū)動(dòng)器，包括調(diào)整電路，連接到電源輸入，對(duì)電源輸入進(jìn)行調(diào)整；濾波電路，連接到調(diào)整電路，對(duì)調(diào)整后的電源輸入進(jìn)行濾波；轉(zhuǎn)換電路，連接到濾波電路，將電源輸入轉(zhuǎn)換成低壓輸出；PWM控制電路，連接到轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)PWM脈沖控制轉(zhuǎn)換電路；輸出電壓/電流控制電路，連接到轉(zhuǎn)換電路以及PWM控制電路，基于PWM脈沖，調(diào)整低壓輸出的電壓和電流。
文檔編號(hào)H05B37/02GK201341254SQ200820130280
公開(kāi)日2009年11月4日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者孫超群, 朱士海 申請(qǐng)人:Bcd半導(dǎo)體制造有限公司