與功率適配器有關(guān)的改進(jìn)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】與功率適配器有關(guān)的改進(jìn)
[00011 本發(fā)明申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年10月8日的、申請(qǐng)?zhí)枮?00980150153.1 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)?為PCT/GB2009/051334)以及發(fā)明名稱(chēng)為"與功率適配器有關(guān)的改進(jìn)"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分 案申請(qǐng)。
[0002] 本發(fā)明涉及功率適配器，尤其涉及適合于提供功率適配器輸出與輸入之間有效電 壓的改變的功率適配器。
[0003] 在民用應(yīng)用中，從干線(xiàn)供給可得到的電壓通常是頻率50或60Hz的120V-240V AC。 在功率適配器用于驅(qū)動(dòng)低壓負(fù)載(諸，IOV負(fù)載)的情況下，供給處可得到的電壓與驅(qū)動(dòng)負(fù)載 需要的電壓之間的比率在10與20之間。在這種大比率的情況下，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)以具有很短的導(dǎo) 通時(shí)間的小占空比以及對(duì)平均比率峰值高的電流波形工作，所以用來(lái)驅(qū)動(dòng)低壓負(fù)載的傳統(tǒng) 開(kāi)關(guān)模式功率適配器變得很沒(méi)有效率。
[0004] 因此在現(xiàn)有技術(shù)中普遍的是，功率適配器包括匝數(shù)比適合于創(chuàng)建電壓中的下降和 電流中的相應(yīng)上升的磁變壓器。在一些傳統(tǒng)功率供給中，在向功率適配器的輸入處提供該 磁變壓器，使得整個(gè)功率適配器在較低電壓工作。在這種情形中，磁變壓器在供電頻率(50 或60Hz)工作，且相對(duì)較笨重和昂貴。在其它情形中，將磁變壓器整合成開(kāi)關(guān)電路的一部分， 以允許它在功率適配器中電子部件的開(kāi)關(guān)頻率工作。這種電路因此具有可以使得磁變壓器 較小的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 不過(guò)，這些現(xiàn)有技術(shù)布置中的所有布置均需要相當(dāng)笨重和沒(méi)有效率的磁變壓器。
[0006] 現(xiàn)在設(shè)計(jì)了這樣的改進(jìn)的功率適配器:克服或基本上減輕與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的以 上提到的和/或其它缺點(diǎn)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種功率適配器，包括：用于連接到AC電源的輸入，以及提供 適合于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的輸出、耦合到輸入的諧振電路，其中，選擇諧振電路的電容和電感，以在 功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定改變以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定改變。
[0008] 因?yàn)楣β蔬m配器在對(duì)磁變壓器沒(méi)有任何需要的情況下在功率適配器的輸入與輸 出之間提供有效電壓的預(yù)定改變、以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定改變，所以根據(jù)本發(fā)明的電源 主要地是有利的。功率適配器因此可以用于在不需要磁變壓器，且不需要在小占空比（相對(duì) 于開(kāi)關(guān)周期而言接通時(shí)間短)工作并具有對(duì)平均比率峰值高的電流波形的電子開(kāi)關(guān)電路的 情況下，從較高AC干線(xiàn)供給驅(qū)動(dòng)低壓負(fù)載。特別地，功率適配器可以用于連接到高壓AC干線(xiàn) 供給（例如，頻率50Hz或60Hz的IIOV或230V AC)，并提供適合于驅(qū)動(dòng)低壓固態(tài)光源的輸出 (例如，10 - 20V)。
[0009] 可以選擇諧振電路的電容和電感以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電 壓的預(yù)定減小，以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定增加?？商孢x地，可以選擇諧振電路的電容和電感 以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定增加，以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定減 小。
[0010] 在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，選擇諧振電路的電容和電感以提供功率適配器的輸入處 的有效電壓與功率適配器的輸出處的有效電壓之間的預(yù)定比率，以及功率適配器的輸入處 的有效電流與功率適配器的輸出處的有效電流之間的預(yù)定比率。
[0011] 將諧振電路優(yōu)選地配置為提供有效電流相對(duì)于通過(guò)諧振電感器的有效電流而言 增加或減小的輸出，使得輸出的有效電壓相對(duì)于電源的有效電壓而言相應(yīng)減小或增加。輸 出的有效電流優(yōu)選地相對(duì)于通過(guò)諧振電感器的電流而言增加到至少2倍或至少減小到1/2 倍，以及更優(yōu)選地，增加到至少5倍或減小到至少1/5倍。另外，輸出相對(duì)于AC電源而言的有 效電壓的增加或減小優(yōu)選地增加到至少2倍或至少減小到1/2倍，更優(yōu)選地，增加到至少5倍 或至少減小到1/5倍。
[0012] 優(yōu)選地在沒(méi)有來(lái)自磁變壓器的協(xié)助的情況下實(shí)現(xiàn)功率適配器的輸入與輸出之間 有效電壓和有效電流的預(yù)定改變。的確，功率適配器可以沒(méi)有任何磁變壓器，除了功率適配 器中會(huì)存在的信號(hào)或電源變壓器以外。
[0013] 可以在沒(méi)有來(lái)自變壓器的協(xié)助的情況下實(shí)現(xiàn)功率適配器的輸入與輸出之間有效 電壓和有效電流的預(yù)定改變。然而，可以為功率適配器提供將功率適配器的輸出與輸入隔 離的壓電變壓器。在該布置中，壓電變壓器可以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效 電壓的進(jìn)一步預(yù)定改變，以及有效電流的進(jìn)一步預(yù)定改變。
[0014] 在為功率適配器提供壓電變壓器的情況下，可以將壓電變壓器布置成提供諧振 電路的電容的至少一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，壓電變壓器提供諧振電路的所有電容。包括壓 電變壓器因此在結(jié)合到具有諧振電路的功率適配器中時(shí)提供數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因而，根據(jù)本發(fā)明 進(jìn)一步的方面，提供了功率適配器，其包括:用于連接到AC電源的輸入，耦合到該輸入、提供 適合于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的輸出的諧振電路，以及將輸出與功率適配器的輸入隔離的壓電變壓器。
[0015] 輸出優(yōu)選地適合于驅(qū)動(dòng)恒流負(fù)載，諸如固態(tài)光源。諧振電路因此優(yōu)選被配置為提 供具有基本上恒定的電壓的輸出，該基本上恒定的電壓是針對(duì)AC電源的特定有效電壓預(yù)先 確定的。特別地，諧振電路優(yōu)選被配置為提升（即升高）或者減低（即降低)功率適配器的輸 入處接收的實(shí)際電壓，以在輸入AC周期的大部分時(shí)間提供基本上恒定的電壓，該基本上恒 定的電壓是針對(duì)AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的。
[0016] 本發(fā)明的該布置因此使得在較之磁變壓器提供的而言更大比例的輸入AC周期上， 輸出能夠具有針對(duì)AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的基本上恒定的電壓。該布置因此使得 功率適配器能夠具有較之采用磁變壓器提供有效電壓預(yù)定改變的功率適配器而言更低的 大容量?jī)?chǔ)存電容。
[0017] 本發(fā)明的該布置適合于驅(qū)動(dòng)固定負(fù)載。然而，功率適配器也可以被配置為驅(qū)動(dòng)可 變負(fù)載。特別地，功率適配器可以被配置為在功率適配器提供的輸出不足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)關(guān) 斷該輸出，然后在功率適配器提供的輸出足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)接通輸出。
[0018] 在用于提供適合于驅(qū)動(dòng)恒流負(fù)載的輸出的特別優(yōu)選的布置中，諧振電路是LCL 串一并聯(lián)諧振電路。
[0019] "LCL串一并聯(lián)諧振電路"意思是包括串聯(lián)的第一電容器和第一電感器，以及包括 第二電感器的并聯(lián)負(fù)載引腳的諧振電路。第一電感器和第一電容器優(yōu)選地串聯(lián)連接在諧振 電路的兩個(gè)輸入端子之間，且諧振電路優(yōu)選地包括并聯(lián)在第一電容器上的負(fù)載引腳，其中， 負(fù)載引腳包括串聯(lián)連接的用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的輸出以及第二電感器。特別地，LCL諧振電路優(yōu)選 地具有輸入端子和輸出端子和第一電感器Ll和電容器Cl，第一電感器Ll從第一輸入端子通 過(guò)與第二電感器L2的公共點(diǎn)連接到第一輸出端子，第二輸入端子直接連接到第二輸出端 子，電容器Cl連接在兩個(gè)電感器之間的公共點(diǎn)與輸入和輸出的兩個(gè)端子之間的直接連接之 間。輸入端子優(yōu)選地被配置為從高頻逆變器驅(qū)動(dòng)。第一電感器、第一電容器和第二電感器 中的任何一個(gè)均可以包括單個(gè)感性或容性部件或者這種部件的組合。
[0020] 諧振電路優(yōu)選地配置為使得在其諧振頻率之一，功率適配器在給定有效輸入電壓 提供恒定電流輸出，并且優(yōu)選地在該諧振頻率或其次諧波、或者足夠接近該諧振頻率或其 次諧波驅(qū)動(dòng)諧振電路，以便功率適配器適合用于恒流負(fù)載，諸如固態(tài)光源。特別地，優(yōu)選地 選擇第一和第二電感器，使得第一電感器的電抗Xu和第二電感器的電抗Xl 2在大小上基本 上相等，并且在大小上與第一電容器的電抗Xc1基本上相等。特別地，在目前優(yōu)選的實(shí)施例 中，Xli * Xl2 * -Xci 〇
[0021] 當(dāng)選取的部件滿(mǎn)足這些條件時(shí)，在給定輸入電壓，傳遞給負(fù)載的電流將會(huì)恒定，與 連接到功率適配器的負(fù)載無(wú)關(guān)。此外，輸入電壓的變化將會(huì)直接控制傳遞給負(fù)載的恒定電 流的大小。因此，當(dāng)驅(qū)動(dòng)恒壓負(fù)載(諸如LED)時(shí)，在不需要任何前饋或反饋控制的情況下，傳 遞給負(fù)載的功率將會(huì)與輸入電壓成正比。
[0022] 其中，LCL串一并聯(lián)諧振電路被配置為提供恒定電流輸出，將LCL串一并聯(lián)諧振電 路的電容優(yōu)選地選擇成具有與諧振電路的所需相對(duì)較高的輸入電阻R in以及所需負(fù)載電阻 Rl匹配的電抗Xq。優(yōu)選地使用以下公式選擇第一電容器：
[0023] , = V ? (1)
[0024] 其中，Xq是第一電容器的電抗。第一電容器的電抗因此優(yōu)選地等于諧振電路的所 需輸入電阻Rin以及所需負(fù)載電阻Rl的乘積的平方根。
[0025] 功率適配器的輸出因此優(yōu)選地被配置為連接到視在阻抗Rl的負(fù)載，選取第一和第 二電感器LI、L2、以及第一電容器Cl的值，使得在至少一個(gè)頻率處，LI、L2和Cl的電抗在大小 上大致相似，并且在至少一個(gè)頻率處，LCL諧振電路將在輸入端子R in處所見(jiàn)的視在阻抗變換 成大致等于電容器的電抗Xq的平方除以負(fù)載的視在阻抗Rl。
[0026] 諧振電路電容和電感的該選擇因此提供功率適配器的輸入與輸出之間有效電壓 的預(yù)定改變。
[0027] 在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的功率適配器包括用于連接到AC干線(xiàn)供給連 接的輸入，且諧振電路提供適合于驅(qū)動(dòng)固態(tài)光源的輸出。如以上所討論的，諧振電路優(yōu)選地 是LCL串一并聯(lián)諧振電路。
[0028] LCL串一并聯(lián)諧振電路的使用在功率適配器被配置為提供適合于驅(qū)動(dòng)固態(tài)光源的 輸出時(shí)特別有益。特別地，LCL串一并聯(lián)諧振電路可以被配置為提供適合于驅(qū)動(dòng)固態(tài)光源的 恒定電流輸出，這不取決于負(fù)載，并不需要任何形式的反饋或復(fù)雜控