交流-直流转换器及其方法技术

本发明专利技术申请公开了一种交流-直流转换器及方法，包括：输入端口，耦合至交流电压；整流器，耦合至输入端口，将交流电压转换为周期性直流电压；输出端口，向负载提供电流和电压；输出电容，耦合至输出端口；高压开关，与输出电容串联耦合至整流器，所述高压开关具有第一状态和第二状态，用于阻止或者允许整流器向输出端口传输电荷；控制器，具有输出端、电压检测端和电流检测端，耦合至高压开关；所述控制器检测高压开关的功率端口电压决定高压开关从第一状态切换为第二状态的时刻，检测高压开关处于第二状态时通过高压开关的电荷量决定高压开关从第二状态切换为第一状态的时刻；所述交流-直流转换器输出恒定的平均电流，结构简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交流-直流转换器技术，特别地，本专利技术涉及一种驱动高压小电流发光二极管的电源技术。
技术介绍
发光二极管照明以其光效高(50～200Lm/W)，寿命长(理论值达到10万小时)，不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染等特点近年来得到广泛应用，正逐步取代传统的白炽灯和节能灯，成为新兴的绿色光源。驱动发光二极管发光需要在二极管的阳极和阴极施加大于其正向导通电压(Vf，单个二极管约为3.3V)的电压并提供额定的电流。为了增大光源的亮度，用作照明的发光二极管多以串并联阵列的形式使用。为了保证发光亮度的一致性，延长发光二极管的使用寿命，驱动发光二极管的电源重要的特征是输出恒定的电流。只要流过同一型号的发光二极管的电流相同，发光二极管的亮度就相同，因此串联使用的发光二极管的发光一致性最好。即使流过同一型号的发光二极管的电流相同，该型号发光二极管不同个体的正向导通电压仍有较大的分布，因而驱动发光二极管的恒流电源的负载电压会有较大的变化范围。因此，驱动发光二极管的电源需要工作在恒流模式，而不是工作在恒压模式。只有在出现故障(例如发光二极管开路)时，要求驱动电源的输出不能超过一个上限电压，以防止系统元件出现过应力失效等后果。因此，理想的发光二极管驱动电源需要输出恒定的电流，并在出现故障时具有限制负载电压的功能。图1是理想的发光二极管驱动电源的负载特性曲线。当负载电压低于限制电压(Vov)点时，驱动电源输出恒定的平均输出电流(ILmean)。当负载电压达到限制电压(Vov)时，减小直至不提供输出电流。随着发光二极管照明技术的不断进步，在发光二极管T管灯、灯丝灯和球泡灯光源中，串联使用的发光二极管个数逐渐，发光体的工作电流逐渐越小，工作电压越来越高。例如，一种适用于220V交流电的3.5W发光二极管灯丝需要20mA的恒流驱动，典型工作电压在150V附近，对应图1的ILmean为20mA，VL典型值为150V，Vov为200V。采用开关电源降压方式可以实现图1所要求的电流-电压特性曲线。开关电源方案输出电流精度和转换效率较高，但是对于150V/20mA的电源系统来讲，元件较多，电感体积较大，成本较高，高频开关会带来电磁兼容问题。现有技术中驱动高电压小电流发光二极管电源常常采用图2所示的阻容降压方式实现图1所要求的电流-电压特性曲线。如图2，电容22(容值为C)的作用是降压和限流。当输入交流电的频率为f时，电容22的容抗为Xc＝1/(2πf C) (1)该容抗可以起到限制输出电流、分担交流电压的作用。图2中电阻21为交流电断开后电容22上电荷的泄放提供通路，稳压二极管24起限制负载电容25上电压的作用。电容22容值的偏差，发光二极管正向压降的偏差，输入交流电压的波动都会影响输出电流IL的大小，因而图2所示的电源无法得到图1要求的恒流特性。现有技术中驱动高电压小电流发光二极管电源还常常采用图3的线性恒流方式实现图1所要求的电流-电压特性曲线。如图3所示，恒流源电路34与负载33串联后与电容32并联，使流过负载的电流保持恒定。线性恒流具有恒流精度高、系统元件少的优点，但是要求输入交流电压稳定、串联的发光二极管正向导通电压之和具有很好的一致性，才能保证理想的转换效率。当输入交流电压发生波动、发光二极管正向导通电压之和分布较大时，恒流源34消耗的功率过大、电源转换效率较低等问题，影响电源系统与光源的可靠性和寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有恒定输出电流、高转换效率、允许输入交流电压和负载电压有较大波动、具有负载开路保护功能的交流-直流转换器根据本专利技术的实施例，提出了一种交流-直流转换器，包括：输入端口，耦合至交流电压；整流器，耦合至输入端口，将交流电压转换为周期性直流电压；输出端口，向负载提供电流和电压；输出电容，耦合至输出端口；高压开关，与输出电容串联耦合至整流器；所述高压开关具有功率端口和控制端，工作在第一状态和第二状态，当高压开关处于第一状态时，所述高压开关阻止整流器向输出端口传输电荷，当高压开关处于第二状态时，所述高压开关允许整流器向输出端口传输电荷；控制器，具有输出端、独立或复用的电压检测端和电流检测端，耦合至高压开关；所述控制器通过电压检测端检测高压开关的功率端口电压决定所述高压开关从第一状态切换为第二状态的时刻，所述控制器通过电流检测端检测所述高压开关处于第二状态时通过高压开关的电荷量，决定高压开关从第二状态切换为第一状态的时刻；所述交流-直流转换器输出恒定的平均电流，结构简单，成本低廉。根据本专利技术的实施例，提出了一种交流-直流转换器，所述交流-直流转换器的控制器在所述直流电压的每一个周期内检测所述高压开关的功率端口电压，当所述高压开关功率端口电压低于第一预设电压时控制器将高压开关从第一状态切换为第二状态；当所述高压开关处于第二状态时，当通过所述高压开关的电荷量达到第一预设电荷量时所述控制器将高压开关从第二状态切换为第一状态；所述控制器使交流-直流转换器输出恒定的平均负载电流。根据本专利技术的实施例，还提出了一种交流-直流转换器，所述交流-直流转换器的控制器在直流电压的每一个周期内检测高压开关的功率端口电压，当检测到高压开关的功率端口电压大于第二预设电压之后，当所述高压开关功率端口电压低于第一预设电压时控制器将高压开关从第一状态切换为第二状态；当所述高压开关处于第二状态时，当通过所述高压开关的电荷量达到第一预设电荷量时所述控制器将高压开关从第二状态切换为第一状态；所述控制器使交流-直流转换器在负载电压低于第三预设电压的条件下输出恒定的平均负载电流，具有负载开路保护功能。根据本专利技术的实施例，还提出了一种用于控制交流-直流转换器输出电流的方法，包括：将交流电压整流为周期性的直流电压；等待一个直流电压周期开始；判断所述直流电压是否低于输出电压加预设电压，如果直流电压低于输出电压加预设电压，从直流电压向输出端口传输电荷，当传输电荷量达到预设值时，终止电荷传输，等待下一个直流电压周期开始；如果所述直流电压高于输出电压加预设电压，等待所述直流电压变低；基于本专利技术的上述交流-直流转换器及其方法，具有输出恒定的平均负载电流、允许输入交流电压和负载电压有较大波动、转换效率高、具有负载电压开路保护等特点，电路结构简单、成本低廉。附图说明图1为理想的驱动发光二极管电源的电流电压曲线图2为基于现有技术的阻容降压交流-直流转换器20的示意图；图3为基于现有技术的线性恒流交流-直流转换器30的示意图；图4为基于本专利技术一实施例的交流-直流转换器40的示意图；图5为基于本专利技术图4实施例的控制器47的电路示意图；图6为图5所需的一种上升沿单脉冲发生器的示意图；图7为基于本专利技术图4至图6所示的交流-直流转换器主要节点的波形图；图8为基于本专利技术另一实施例的交流-直流转换器50的示意图；图9为基于本专利技术图8实施例的交流-直流转换器主要节点的波形图；图10为基于本专利技术实施例的一种恒定平均输出电流的交流-直流转换器的方法流程图；具体实施方式以下详细描述本专利技术的具体实施例。实施例的示例在附图中给出。应当注意，这里描述的实例只是用来举例说明，并不用于限制本专利技术。为了便于透彻理解本专利技术，阐述了大量的特定细节。然而，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流‑直流转换器，其特征在于，所述交流‑直流转换器包括：输入端口，耦合至交流电压；整流器，耦合至输入端口，将交流电压转换为周期性直流电压；输出端口，向负载提供电流和电压；输出电容，耦合至输出端口；高压开关，与输出电容串联耦合至整流器；所述高压开关具有功率端口和控制端，工作在第一状态和第二状态，当高压开关处于第一状态时，所述高压开关阻止整流器向输出端口传输电荷，当高压开关处于第二状态时，所述高压开关允许整流器向输出端口传输电荷；控制器，具有输出端、独立或复用的电压检测端和电流检测端，耦合至高压开关；所述控制器通过电压检测端检测高压开关的功率端口电压决定所述高压开关从第一状态切换为第二状态的时刻，所述控制器通过电流检测端检测所述高压开关处于第二状态时通过高压开关的电荷量，决定高压开关从第二状态切换为第一状态的时刻；

【技术特征摘要】
1.一种交流-直流转换器，其特征在于，所述交流-直流转换器包括：输入端口，耦合至交流电压；整流器，耦合至输入端口，将交流电压转换为周期性直流电压；输出端口，向负载提供电流和电压；输出电容，耦合至输出端口；高压开关，与输出电容串联耦合至整流器；所述高压开关具有功率端口和控制端，工作在第一状态和第二状态，当高压开关处于第一状态时，所述高压开关阻止整流器向输出端口传输电荷，当高压开关处于第二状态时，所述高压开关允许整流器向输出端口传输电荷；控制器，具有输出端、独立或复用的电压检测端和电流检测端，耦合至高压开关；所述控制器通过电压检测端检测高压开关的功率端口电压决定所述高压开关从第一状态切换为第二状态的时刻，所述控制器通过电流检测端检测所述高压开关处于第二状态时通过高压开关的电荷量，决定高压开关从第二状态切换为第一状态的时刻；2.如权利要求1所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制器在所述直流电压的每一个周期内检测所述高压开关的功率端口电压，当所述高压开关功率端口电压低于第一预设电压时控制器将高压开关从第一状态切换为第二状态，当所述高压开关处于第二状态时，当通过所述高压开关的电荷量达到第一预设电荷量时所述控制器将高压开关从第二状态切换为第一状态；3.如权利要求1所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制器在所述直流电压的每一个周期内检测所述高压开关的功率端口电压，当检测到所述高压开关的功率端口电压大于第二预设电压之后，当所述高压开关功率端口电压低于第一预设电压时控制器将高压开关从第一状态切换为第二状态，当所述高压开关处于第二状态时，当通过所述高压开关的电荷量达到第一预设电荷量时所述控制器将高压开关从第二状态切换为第一状态；4.如权利要求1所述的交流-直流转换器，其特征在于，进一步包括第一分压电阻，耦合至所述高压开关功率端口，所述第一分压电阻的抽头耦合至所述控制器的电压检测端；5.如权利要求1所述的交流-直流转换器，其特征在于，进一步包括电流检测电阻，串联耦合至所述高压开关功率端口，所述电流检测电阻还耦合至所述控制器电流检测端；6.如权利要求2所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制器包括第一双稳态电路，具有第一稳态和第二稳态，对应所述高压开关的第一状态和第二状态；当所述控制器电压检测端电压低于第一参考电压时，所述第一双稳态电路从第一稳态切换至第二稳态；当第二稳态下通过所述高压开关的电荷量达到第一预设电荷量时，所述第一双稳态电路从第二稳态切换至第一稳态；在上述工作模式下，所述交流-直流转换器输出恒定的平均电流；7.如权利要求3所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制器包括第一双稳态电路，具有第一稳态和第二稳态，对应所述高压开关的第一状态和第二状态；所述控制器还包括第二双稳态电路，具有第三稳态和第四稳态；当所述控制器电压检测端电压从高到低或从低到高穿越第三参考电压时，所述第二双稳态电路从第三稳态切换至第四稳态；当所述控制器电压检测端电压低于第一参考电压而且所述第二双稳态电路处于第四稳态时，所述第一双稳态电路从第一稳态切换至第二稳态，当第二稳态下通过所述高压开关的电荷量达到第一预设电荷量时，所述第一双稳态电路从第二稳态切换至第一稳态，所述第二双稳态电路从第四稳态切换至第三稳态；在上述工作模式下，所述交流-直流转换器在输出电压低于第二预设电压的条件下输出恒定的平均电流；8.如权利要求6或权利要求7所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制器包括第一比较器，耦合至所述控制器电压检测端，当所述控制器电压检测端的电压低于第一参考电压时所述第一比较器输出电平翻转，驱动一个单脉冲发生器产生一个单脉冲信号；9.如权利要求6或权利要求7所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制器包括电压-电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亚江，
申请(专利权)人：上海芯熠微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31