CN104756600A - 用于使电子变压器在轻负载时保持工作的电路 - Google Patents

用于使电子变压器在轻负载时保持工作的电路 Download PDF

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Abstract

一种LED光源，该LED光源包括经由端子(12,13)与电子变压器及包括至少一个LED(4)的被供电电路连接的子电路(24)。该子电路(24)包括与变压器(25)连接的子电路整流器(1a，1b，1c，1d)、以及与子电路整流器(1a、1b、1c、1d)并联连接的恒定电流调节器(7)和子电路电容器(6)。

Description

用于使电子变压器在轻负载时保持工作的电路
技术领域
本发明涉及低负载的电子电路，例如，发光二极管(LED)光源。更具体地，本发明涉及允许LED光源被电子变压器以最小的额定功率进行供电的子电路，该额定功率高于LED光源得到的功率。然而，本发明不仅限于LED光源，并且能够被广泛地使用以让电子变压器保持工作。
背景技术
为了节约能源，LED光源经常被使用以取代低电压(12V)卤素灯。但是，当LED光源取代卤素灯并且被连接至现有的电子变压器时，问题就出现了。
电子变压器包含馈送给连接负载供电的隔离变压器的高频振荡器，例如，卤素灯或LED光源。该负载需要从电子变压器得到足够的功率使得电子变压器启动以提供功率，即变压器需要被充分地装载。典型地，12V卤素灯的电子变压器被额定以20-70W的负载进行操作，以及典型地卤素灯被供给20W或50W的额定功率。然而，取代卤素灯的LED光源典型地得到远小于20W的功率，其结果是电子变压器处于轻负载(under loaded)。
如果连接负载低于最低标准，电子变压器停止提供功率。当被连接至电子变压器，LED光源首先把足够的负载送给变压器以启动变压器。然而，跟随最初的涌入功率，LED光源得到比电子变压器(也就是，呈现低负载)的最低要求更少的功率。因此，变压器关闭并停止提供功率。
根据特定的电子变压器，它可以或不可以再次启动(再次点火(re-ignite))以提供功率，其结果是要么LED没有接收到功率(也就是，完全失灵)，要么以上描述的循环被重复并且LED闪烁。
解决轻负载的变压器的问题的大多数尝试是基于后面跟着降压调节器的升压电路。这些升压电路降低了被给予至变压器的阻抗。这些电路包含电感器、开关以及与PWM生成器类似的一些逻辑电路，这使得电路既昂贵又庞大。进一步地，高切换导致有关EMI的问题。美国申请US20110115400A1公开了这样的升压电路的实例。
为了再次点火变压器，其它的解决方案试图通过将脉冲电流馈送回变压器来再次点火变压器。为了再次点火这样的变压器，这些解决方案也需要逻辑电路与庞大的电容器以便将足够高的电流馈送回变压器。由于高电流再次点火脉冲在LED灯与变压器之间流动，会出现EMI问题。美国申请US6433493公开了馈送回以再次点火变压器的实例。
本发明旨在使电子变压器在低负载的条件下保持运行以提供功率给LED光源，同时避免了诸如可见的闪烁、高成本和体积的不足。
发明内容
根据本发明提供了一种电气设备，该电气设备包括子电路，所述子电路包括被配置成将所述子电路连接到至少一个电子变压器的第一连接装置和被配置成将所述子电路连接到至少一个被供电电路的第二连接装置；其中，所述子电路包括：经由所述第一连接装置能够连接到所述电子变压器并且被配置成向所述第二连接装置供应DC的至少一个子电路整流器；被连接至所述第二连接装置的恒定电流调节器；以及与所述恒定电流调节器并联连接的子电路电容器。
所述被供电电路是意于被来自所述电子变压器的功率所驱动且可以包括LED、LED驱动器或任何其它需要功率的电路或部件的任何电路。
所述第一与第二连接装置不限于端子、连接器等，而可以是任何电气传导装置。
所述子电路可以是模拟电路，并且术语“模拟”在这里指的是不包括逻辑元件或开关元件的电子电路。
所述恒定电流调节器与子电路电容器可以被配置以使得：所述子电路电容器能够被所述恒定电流调节器以一种速率进行放电，该速率足够高使得所述放电以比视觉上能够感知的频率更高的频率发生和/或在被连接至所述第一连接装置的AC电源功率循环期间多次在低阻抗和高阻抗之间变化。
所述子电路可以形成具有被供电电路的电子电路的一部分，并且所述被供电电路可以包括至少一个LED，也就是所述子电路可以被集成到LED光源的电子电路中。
所述被供电电路可以被连接至所述第二连接装置。
所述电子电路可以包括与所述被供电电路并联连接的缓冲电容器，并且所述缓冲电容器实质上可以比所述子电路电容器更大。
所述电子电路可以包括被连接在所述子电路与所述被供电电路之间的至少一个防反向电流二极管。
所述电子电路可以包括与子电路整流器并联连接的至少一个电源电路整流器，并且一个或两个二极管可以在所述电源电路整流器与所述子电路整流器之间被共用。
所述子电路电容器可以具有小于1μF的值—优选地大约为470nF。
所述恒定电流调节器可以被配置成将电流调节至大约20mA和/或可以类型为NSI 45020。
附图说明
为了更好地理解本发明及说明本发明是如何可被实施，现通过非限制实例的方式及参考附图描述本发明，其中：
图1是根据现有技术被配置接收来自电子变压器的功率的LED光源的电路图；
图2是根据本发明的LED光源的第一实施方式的电路图；
图3是根据本发明的LED光源的第二实施方式的电路图；
图4是根据本发明的LED光源的第三实施方式的电路图；
图5分别示出了图2中示出的电路的子电路电容器与缓冲电容器的电压波形；
图6示出了根据本发明且与图2至图4中示出的LED光源的实施方式是共有的子电路；以及
图7示出了用于给图1至图4和图6中示出的LED光源的任何一者提供功率的电子变压器的图解表示。
具体实施方式
参考图1至图7，根据现有技术低电压(12V)LED光源的电路通常被附图标记20标识，并且典型地该电路包括由二极管1a，1b，1c，1d组成的桥式整流器、缓冲电容器2、LED驱动器3以及LED4—图1中示出了连接。桥式整流器1a，1b，1c，1d的端子12与13被连接至低电压AC电源，并且整流器转换功率并将DC电源提供给电路20的其余部分。图7示出了具有两个高电压输入端子16、17与两个低电压输出端子18、19的电子变压器25，其中两个低电压输出端子18、19被连接至图1中所示的电路20的桥式整流器1a，1b，1c，1d的端子12、13。
当功率最初被提供给电路20时，LED驱动器3的阻抗是高的，并且缓冲电容器2的阻抗是低的，其结果是电流被转向给缓冲电容器2充电。由于通过LED 4的电流增加，驱动器3的阻抗减少，并且由于缓冲电容器2被充电，它的阻抗增加，其结果是缓冲电容器2用来缓冲LED 4与LED驱动器3的负载。当来自变压器25与整流器的功率停止时，缓冲电容器2还用来将一些功率提供给LED驱动器3，因此相当于LED驱动器3的电源。
如果低电压AC电源是诸如图7中示出的电子变压器25，变压器上LED4与LED驱动器3的负载常常小于变压器的操作范围的下限，并且光源可以发生故障或闪烁－如这里的上文所描述的。典型地，变压器25停止电源供应，并开始尝试大约每毫秒再次点火(当使用典型的50Hz或60Hz干线AC电源供应)。
在图2中，根据本发明LED光源的第一实施方式的电路通常被附图标记21标识，然而图3与图4示出了具有更少部件的这样电路的可替换的实施方式，所述电路通常被附图标记22和23标识。图2至图4中示出的电路21，22，23每个包括图1的电路20的特征，并且附加部件以及这些电路的任意者之间所共有的部件被相同的附图标记所标识。
参考图2，两个附加的二极管5a，5b、子电路电容器6、以及恒定电流调节器7被包括在电路21中。二极管5a与5b通过共享来自图1的原始供电电路20的整流器的二极管1c和1d形成子电路全桥整流器。通过共享这些二极管，电路21的部件数被最小化。由于子电路电容器6与恒定电流调节器7被第二桥式整流器5a，5b，1c,，1d供电，子电路电容器6只能被恒定电流调节器7放电，并且不能被缓冲电容器2充电。
恒定电流调节器7连续不断地对子电路电容器6进行泄电。如果将AC功率提供给整流器的电子变压器25断开了，恒定电流源7给子电路电容器6放电，这减少了子电路电容器6上的电压。被放电的子电路电容器6对变压器25呈现为低阻抗(高负载)。因此，变压器启动。
如果变压器25闭合，来自整流器5a，5b，1c，1d的电流给子电路电容器6充电，同时恒定电流调节器7对它进行放电，从而保持了子电路电容器上的电压。因此，变压器25呈现高阻抗(低负载)。只要LED光源(例如，电路21)继续从电子变压器25得到足够的功率，变压器保持闭合。否则，电子变压器25关闭以重复以上的循环。
由于子电路电容器6上的电压下降，恒定电流调节器7的等效电阻变低。这是恒定电流调节器的特性。当与使用常规电阻的现有技术的电路(没有示出)(而不是使用恒定电流调节器7)相比较时，这是一个重要的区别。当电子变压器25提供功率且子电路电容器6上的电压被保持时，恒定电流调节器7具有高电阻。这高电阻导致恒定电流调节器7上的低功率损耗。如果使用常规电阻而不是恒定电流调节器7，需要低电阻值来实现相似的放电时间，而当变压器是闭合时，这会导致电阻器中的高功率损耗。
当变压器25停止提供功率时，随着子电路电容器6上的电压减少，恒定电流调节器7的等效电阻减小。恒定电流调节器7的等效电阻的减小导致子电路电容器6的快速放电时间。快速放电时间意味着子电路电容器6上的电压很快到达足够低的电压11(如图5所示)，其会导致变压器25再次点火。
例如，恒定电流调节器7可以是安森美半导体(ON Semiconductor)的类型为NSI 45020的器件，或类似的器件。
子电路电容器6应该具有低等效串联电阻(ESR)，优选地，比10毫欧姆(milliohm)更小，以便当子电路电容器被泄电时对电子变压器25呈现低阻抗。由于子电路电容器6在可听见的频率范围内被迅速地充电与放电，诸如钽电容器的低可听噪声电容器也可以被使用以避免可听见的噪声。
子电路电容器6的值(存储潜能)应该被保持很低(例如，小于1μF－典型地470nF)以确保这个电容器的快速充放电时间10(如图5所示)，以及因此加快了将功率提供给缓冲电容器2、LED驱动器3以及LED 4的电子变压器25的再次点火的速率。由于子电路电容器6具有足够低的值，电子变压器25的再次点火时间将在每50Hz或60Hz干线供给循环出现多次，并且该再次点火的频率的增加导致变压器断开时间的减少，并且也会减少缓冲电容器2中的纹波9(如图5所示)，其反过来可以向LED驱动器3与LED4提供更多连续的功率。这是在再次点火每50Hz或60Hz半个周期发生一次的现有技术上作出的非常实质的改进。电子变压器25的再次点火的频率的增加也减少了视觉上感知的可能性。
根据本发明电路22的可替换的(第二)实施方式在图3中被示出。在这种实施方式中，当与图2的电路21作比较，形成第二桥式整流器的二极管5a和5b已经被省去，并且附加的防反向电流二极管(anti-reverse currentdiode)8已经被增加。防反向电流二极管8执行图3中示出的电路22中的相同功能，如同图2中示出的电路21中的二极管5a和5b，用于确保子电路电容器6只能被恒定电流调节器7放电，并且不能被缓冲电容器2充电。
图3中示出的电路22具有少于图2中示出的电路21的一个部件，这使得成本节省了，但是图3中示出的电路22中会出现附加损耗，因为LED 4的全部供应电流流经防反向电流二极管8。图3中示出的结构能够有利于费用敏感的且其中电能损耗优先级较小的应用。
参考图4，根据本发明在电路23的第三实施方式中，当与图3中示出的电路22作比较，缓冲电容器2和反向二极管8已经被省去了。因此，本发明的这种实施方式比图3中示出的实施方式更加有成本效益，并且受益于变压器再次点火的频率的增加，但是不具有缓冲电容器2平稳提供给LED驱动器3的功率的好处。然而，由于电子变压器25再次点火的频率高于视觉上感知的频率，LED 4发出的光被感知为恒定的发光。
图6示出了与图2至图4中示出的电路21、22、23的每个电路所共有的模拟激活子电路24。然而，图6中示出的桥式整流器的二极管1a和1b在图2中被标记为5a和5b。在图2至图4中示出的每个实施方式中，子电路24形成LED光源的电路21、22、23的一部分，但是子电路24能够在本发明的进一步实施方式中被使用。
在本发明的第四实施方式中，子电路24的AC输入端子12，13被连接至电子变压器25的输出端子18，19以使变压器保持工作，并将功率供应给可以被连接至变压器的输出端子18，19的任何其它电路。
在本发明的第五实施方式中，子电路24被包含在单独的部件中(例如，它没有被包括在LED光源的内部电路中)。子电路24的AC输入端子12，13被连接至电子变压器25的输出端子18，19，并且输出端子14，15被连接至一个或多个LED驱动器和LED—因此，有效地形成如图4中示出的电路23的相同电路，除了子电路24从LED光源中分离。类似地，子电路24的输出端子14，15可以被连接以将功率提供给除了LED驱动器3与LED 4的被供电电路。

Claims (17)

1.一种电气设备，该电气设备包括子电路(24)，所述子电路(24)包括被配置成将所述子电路(24)连接到至少一个电子变压器(25)的第一连接装置(12，13)和被配置成将所述子电路(24)连接到至少一个被供电电路(3，4，20)的第二连接装置(14，15)；
其特征在于，所述子电路(24)包括：
至少一个子电路整流器(1a，1b，1c，1d)，所述至少一个子电路整流器(1a，1b，1c，1d)经由所述第一连接装置(12，13)能够连接到所述电子变压器(25)，并且所述至少一个子电路整流器(1a，1b，1c，1d)被配置成向所述第二连接装置(14，15)供应DC；
被连接至所述第二连接装置(14，15)的恒定电流调节器(7)；以及
与所述恒定电流调节器(7)并联连接的子电路电容器(6)。
2.根据权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述子电路(24)为模拟电路。
3.根据权利要求1或2所述的电气设备，其特征在于，所述恒定电流调节器(7)与子电路电容器(6)被配置以使得：
所述子电路电容器(6)能够被所述恒定电流调节器以一种速率进行放电，该速率足够高使得所述放电以比视觉上能够感知的频率更高的频率发生。
4.根据权利要求1或2所述的电气设备，其特征在于，当AC电源被连接至所述第一连接装置(12，13)时，所述恒定电流调节器(7)和子电路电容器(6)被配置成在所述AC电源功率循环期间多次在低阻抗和高阻抗之间变化。
5.根据前述任一项权利要求所述的电气设备，其特征在于，所述子电路(24)形成具有所述被供电电路(3，4)的电子电路(21，22，23)的一部分。
6.根据权利要求5所述的电气设备，其特征在于，所述被供电电路包括至少一个LED(4)，并且所述子电路被集成到LED光源的电子电路(21，22，23)中。
7.根据权利要求5或6所述的电气设备，其特征在于，所述被供电电路(3，4)被连接至所述第二连接装置(14，15)。
8.根据权利要求7所述的电气设备，其特征在于，所述电子电路(21，22)包括与所述被供电电路(3，4)并联连接的缓冲电容器(2)。
9.根据权利要求8所述的电气设备，其特征在于，所述缓冲电容器(2)实质上比所述子电路电容器(6)更大。
10.根据权利要求8或9所述的电气设备，其特征在于，所述电子电路(22)包括被连接在所述子电路(24)与所述被供电电路(3，4)之间的至少一个防反向电流二极管(8)。
11.根据权利要求8或9所述的电气设备，其特征在于，所述电子电路(21)包括与子电路整流器(5a，5b，1c，1d)并联连接的至少一个电源电路整流器(1a、1b、1c、1d)。
12.根据权利要求11所述的电气设备，其特征在于，至少一个二极管(1c，1d)在所述电源电路整流器(1a，1b，1c，1d)与所述子电路整流器(5a，5b，1c，1d)之间被共用。
13.根据权利要求12所述的电气设备，其特征在于，两个二极管(1c,1d)在所述电源电路整流器(1a，1b，1c，1d)与所述子电路整流器(5a，5b，1c，1d)之间被共用。
14.根据权利要求8至13中任一项权利要求所述的电气设备，其特征在于，所述子电路电容器(6)具有小于1μF的值。
15.根据权利要求14所述的电气设备，其特征在于，所述子电路电容器(6)具有大约470nF的值。
16.根据权利要求14或15所述的电气设备，其特征在于，所述恒定电流调节器(7)被配置成将电流调节至大约20mA。
17.根据权利要求16所述的电气设备，其特征在于，所述恒定电流调节器(7)类型为NSI 45020。
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