專(zhuān)利名稱(chēng)：用于向光源提供脈沖功率的轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于向光源提供脈沖功率的轉(zhuǎn)換器，并且還涉及一種包括轉(zhuǎn)換器的設(shè)備和一種方法。這種光源的實(shí)例是激光(LASER)源和發(fā)光二極管(LED)源。這種設(shè)備的實(shí)例是消費(fèi)型產(chǎn)品和諸如工業(yè)產(chǎn)品之類(lèi)的非消費(fèi)型產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
US2007/0297199公開(kāi)了一種多諧振轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器具有交替受控的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中，在抽運(yùn)功率(drawn power)的上界中頻率被控制，而在抽運(yùn)功率的下界中占空比被控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改進(jìn)性能的轉(zhuǎn)換器、設(shè)備和方法。本發(fā)明的第一方面涉及用于向光源提供脈沖功率的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括開(kāi)關(guān)部分和用于控制開(kāi)關(guān)部分的控制部分，該控制部分被設(shè)置用于調(diào)適開(kāi)關(guān)部分的開(kāi)關(guān)參數(shù)以改進(jìn)轉(zhuǎn)換器的性能。通過(guò)調(diào)適開(kāi)關(guān)部分的開(kāi)關(guān)參數(shù)，可以改進(jìn)轉(zhuǎn)換器的性能。開(kāi)關(guān)參數(shù)例如是例如定義時(shí)間間隔或時(shí)刻的定時(shí)參數(shù)。—個(gè)實(shí)施例定義了 開(kāi)關(guān)部分，包括第一和第二開(kāi)關(guān)，在循環(huán)的第一時(shí)間間隔期間第一開(kāi)關(guān)處于第一模式且第二開(kāi)關(guān)處于第二模式，在循環(huán)的第二時(shí)間間隔期間第一開(kāi)關(guān)處于第二模式且第二開(kāi)關(guān)處于第一模式，一組循環(huán)導(dǎo)致脈沖功率的脈沖。第一和第二開(kāi)關(guān)可以包括諸如晶體管或晶閘管等之類(lèi)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，并且可以包括諸如繼電器等之類(lèi)的機(jī)械開(kāi)關(guān)。第一模式可以包括諸如導(dǎo)電模式等之類(lèi)的激活模式，并且第二模式可以包括諸如不導(dǎo)電模式等之類(lèi)的去活(de-activation)模式，而不排除其他示范性模式。每個(gè)循環(huán)包括第一和第二時(shí)間間隔。在第一時(shí)間間隔期間，開(kāi)關(guān)部分提供第一輸出值，而在第二時(shí)間間隔期間，開(kāi)關(guān)部分提供不同于第一輸出值的第二輸出值。在第一時(shí)間間隔之前，在第一和第二時(shí)間間隔之間，以及在第二時(shí)間間隔之后，(每個(gè)循環(huán))可以存在或不存在一個(gè)或多個(gè)其他時(shí)間間隔。一個(gè)實(shí)施例定義了 開(kāi)關(guān)參數(shù)，包括所述循環(huán)組的第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔，并且所述調(diào)適(adapting)包括縮短第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔。縮短的第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔導(dǎo)致脈沖功率的脈沖具有減少的過(guò)沖。一個(gè)實(shí)施例定義了 開(kāi)關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步包括所述循環(huán)組的第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔，并且所述調(diào)適進(jìn)一步包括縮短或延長(zhǎng)第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔?？s短或延長(zhǎng)的第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔可以進(jìn)一步改進(jìn)脈沖性能并且延長(zhǎng)的第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔可以導(dǎo)致第一循環(huán)具有與所述循環(huán)組的其他循環(huán)相同的持續(xù)時(shí)間。一個(gè)實(shí)施例定義了 開(kāi)關(guān)參數(shù)，包括所述循環(huán)組的最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔，并且所述調(diào)適進(jìn)一步包括延長(zhǎng)或縮短最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔。延長(zhǎng)或縮短的最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔導(dǎo)致脈沖功率的脈沖具有減少的過(guò)沖。一個(gè)實(shí)施例定義了 轉(zhuǎn)換器在最后一個(gè)循環(huán)之后的第三時(shí)間間隔期間產(chǎn)生峰值信號(hào)，第三時(shí)間間隔比縮短的第一時(shí)間間隔更短。在短于縮短的第一時(shí)間間隔的第三時(shí)間間隔期間，在最后一個(gè)循環(huán)之后的峰值信號(hào)由轉(zhuǎn)換器中的諧振電流產(chǎn)生。一個(gè)實(shí)施例定義了 第一開(kāi)關(guān)包括耦合到轉(zhuǎn)換器的第一輸入端子的第一主電極， 第二開(kāi)關(guān)包括耦合到第一開(kāi)關(guān)的第二主電極的第一主電極，第二開(kāi)關(guān)包括耦合到轉(zhuǎn)換器的第二輸入端子的第二主電極，第一和第二開(kāi)關(guān)的控制電極耦合到控制部分，所述開(kāi)關(guān)之一的第一和第二主電極耦合到變壓器的初級(jí)繞組的第一和第二端子，變壓器的次級(jí)繞組的第一端子耦合到轉(zhuǎn)換器的第一輸出端子，次級(jí)繞組的第二端子耦合到轉(zhuǎn)換器的第二輸出端子，變壓器的另一個(gè)次級(jí)繞組的第一端子耦合到第二輸出端子，以及所述另一個(gè)次級(jí)繞組的第二端子耦合到第一輸出端子。所述開(kāi)關(guān)之一的主電極中至少一個(gè)經(jīng)由至少一個(gè)電容器 (也被稱(chēng)為諧振電容器)耦合到變壓器的初級(jí)繞組的至少一個(gè)端子。一個(gè)實(shí)施例定義了 轉(zhuǎn)換器，包括耦合到轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端子的濾波器。該轉(zhuǎn)換器具有改進(jìn)的瞬態(tài)特性(陡脈沖邊緣)。一個(gè)實(shí)施例定義了 開(kāi)關(guān)部分進(jìn)一步包括用于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的第一和第二輸出端子中至少一個(gè)的第三開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)參數(shù)包括第一時(shí)刻，第三開(kāi)關(guān)在第一時(shí)刻進(jìn)入第一模式，該第一時(shí)刻位于從第一循環(huán)開(kāi)始起的第一延遲處，開(kāi)關(guān)參數(shù)進(jìn)一步包括第二時(shí)刻，第三開(kāi)關(guān)在第二時(shí)刻進(jìn)入第二模式，該第二時(shí)刻位于從所述循環(huán)組的最后一個(gè)循環(huán)結(jié)束起的第二延遲處。第三開(kāi)關(guān)在第一循環(huán)開(kāi)始之后的某個(gè)時(shí)間(第一延遲)被激活，并且在最后一個(gè)循環(huán)結(jié)束之后的某個(gè)時(shí)間(第二延遲)被去活。該轉(zhuǎn)換器具有極大改進(jìn)的瞬態(tài)特性(陡脈沖邊緣)。一個(gè)實(shí)施例定義了 控制部分，包括用于控制第一和第二和第三開(kāi)關(guān)的控制器。 在該轉(zhuǎn)換器中，從初級(jí)側(cè)控制第一和第二和第三開(kāi)關(guān)。一個(gè)實(shí)施例定義了 控制部分，包括用于響應(yīng)于對(duì)轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)的檢測(cè)來(lái)控制第三開(kāi)關(guān)的檢測(cè)器。在該轉(zhuǎn)換器中，從初級(jí)側(cè)控制第一和第二開(kāi)關(guān)，且從次級(jí)側(cè)控制第三開(kāi)關(guān)。一個(gè)實(shí)施例定義了 控制部分，經(jīng)由在轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)處獲得的間接測(cè)量，通過(guò)用于測(cè)量電流的所謂的“充電模式控制”和/或通過(guò)在初級(jí)側(cè)處的分流電阻器和/或通過(guò)之前已經(jīng)獲取的測(cè)量，來(lái)提供恒定功率輸出。一個(gè)實(shí)施例定義了 控制部分，其經(jīng)過(guò)通過(guò)測(cè)量接近零的輸入功率而進(jìn)行的短路檢測(cè)和/或經(jīng)過(guò)通過(guò)測(cè)量位于依賴(lài)于從查找表或其他方式取得的轉(zhuǎn)換器輸入電壓與實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率的預(yù)期范圍之外的輸入功率而得到的太高或太低的負(fù)載電壓形式的負(fù)載錯(cuò)誤的間接測(cè)量而提供錯(cuò)誤條件檢測(cè)和保護(hù)。本發(fā)明的第二方面涉及一種包括轉(zhuǎn)換器并進(jìn)一步包括光源的設(shè)備。本發(fā)明的第三方面涉及一種用于經(jīng)由包括開(kāi)關(guān)部分和用于控制開(kāi)關(guān)部分的控制部分的轉(zhuǎn)換器向光源提供脈沖功率的方法，該方法包括步驟經(jīng)由控制部分，調(diào)適開(kāi)關(guān)部分的開(kāi)關(guān)參數(shù)以改進(jìn)轉(zhuǎn)換器的性能。設(shè)備的實(shí)施例和方法的實(shí)施例與轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例對(duì)應(yīng)。在US2007/(^97199中，一種開(kāi)關(guān)參數(shù)用于控制轉(zhuǎn)換器的輸出功率。根據(jù)本發(fā)明， 開(kāi)關(guān)參數(shù)被調(diào)試適用于改進(jìn)轉(zhuǎn)換器的性能，其中，每脈沖的輸出功率應(yīng)當(dāng)相對(duì)恒定。
一種認(rèn)識(shí)可以是轉(zhuǎn)換器的性能可以通過(guò)最小化過(guò)沖和/或最優(yōu)化瞬態(tài)特性來(lái)改進(jìn)。過(guò)沖減少了壽命并且緩慢的瞬態(tài)特性降低了效率，例如對(duì)于LASER/LED源?；舅枷肟梢允牵D(zhuǎn)換器的性能將通過(guò)調(diào)適開(kāi)關(guān)參數(shù)而被改進(jìn)。提供具有改進(jìn)性能的轉(zhuǎn)換器的問(wèn)題已被解決。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)換器的性能以低成本被改進(jìn)。本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)下文所描述的實(shí)施例而清楚明白并且將參照這些實(shí)施例而被闡明。


在圖中
圖1示出包括轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，該轉(zhuǎn)換器包括開(kāi)關(guān)部分和控制部分，
圖2示出開(kāi)關(guān)部分的輸入部分，
圖3示出開(kāi)關(guān)部分的變換部分，
圖4示出開(kāi)關(guān)部分的輸出部分，
圖5示出第一轉(zhuǎn)換器信號(hào)，
圖6示出測(cè)量結(jié)果，
圖7示出第二轉(zhuǎn)換器信號(hào)，
圖8示出第三轉(zhuǎn)換器信號(hào)，
圖9示出第四轉(zhuǎn)換器信號(hào)，
圖10示出開(kāi)關(guān)部分的另一個(gè)輸入部分，
圖11示出開(kāi)關(guān)部分的另一個(gè)變換部分，
圖12示出開(kāi)關(guān)部分的另一個(gè)輸出部分，
圖13示出第五轉(zhuǎn)換器信號(hào)，
圖14示出第六轉(zhuǎn)換器信號(hào)，
圖15示出另一個(gè)轉(zhuǎn)換器，該另一個(gè)轉(zhuǎn)換器包括預(yù)處理部分、開(kāi)關(guān)部分和控制部分， 圖16更詳細(xì)地示出預(yù)處理部分， 圖17示出垂直腔表面發(fā)射LASER陣列的數(shù)據(jù)， 圖18示出垂直腔表面發(fā)射LASER陣列， 圖19示出驅(qū)動(dòng)器，以及圖20示出發(fā)光二極管陣列。
具體實(shí)施例方式在圖1中，示出包括轉(zhuǎn)換器1的設(shè)備9。轉(zhuǎn)換器1包括開(kāi)關(guān)部分2和控制部分3。 開(kāi)關(guān)部分2包括耦合到源7的輸入部分4、耦合到輸入部分4的變換部分5以及耦合到變換部分5并耦合到光源8的輸出部分6。光源8包括例如一個(gè)或多個(gè)激光(LASER)源和/或一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)源。在圖2中，更詳細(xì)地示出了輸入部分4。輸入部分4包括耦合在源7的正端子與第一開(kāi)關(guān)41的第一主電極和電容器43、二極管45以及電容器47—側(cè)之間的電感器71。第一開(kāi)關(guān)41的第二主電極耦合到第二開(kāi)關(guān)42的第一主電極并且耦合到電容器43和二極管45的另一側(cè)以及耦合到電容器44、二極管46和電容器48的一側(cè)。輸入部分4進(jìn)一步包括耦合在源7的負(fù)端子與第二開(kāi)關(guān)42的第二主電極和電容器44以及二極管46的另一側(cè)和電容器49的一側(cè)之間的電阻器72。電容器47的另一側(cè)耦合到電容器49的另一側(cè)，并且電容器48和49的另一側(cè)耦合到變換部分5。電感器71連同電容器47和49構(gòu)建了高頻濾波器以使電流平滑。當(dāng)開(kāi)關(guān)41和42打開(kāi)時(shí)，電容器43和44限制了電壓換向的速度。有時(shí)，如果開(kāi)關(guān)41和42的內(nèi)部電容足夠，則這些電容器43和44可以被省略。在開(kāi)關(guān)41和 42是MOSFET的情況下，二極管45和46形成這些M0SFFET的一部分。電阻器72可以在不需要電流測(cè)量的情況下或在電流測(cè)量由充電模式執(zhí)行的情況下被省去。在圖3中，更詳細(xì)地示出變換部分5。變換部分5包括具有初級(jí)繞組50的變壓器。 初級(jí)繞組50的一個(gè)端子耦合到電容器49的另一側(cè)并且另一個(gè)端子經(jīng)由電感器53耦合到電容器48的另一側(cè)。變壓器的次級(jí)繞組51的一個(gè)端子經(jīng)由電感器M耦合到二極管56和電容器57的一側(cè)，并且另一個(gè)端子耦合到電容器57的另一側(cè)。變壓器的另一個(gè)次級(jí)繞組 52的一個(gè)端子經(jīng)由電感器55耦合到電容器57的另一側(cè)并且耦合到電容器58的一側(cè)，并且另一個(gè)端子耦合到電容器58的另一側(cè)和二極管59的一側(cè)。二極管56和59的另一側(cè)彼此耦合，并且這些另一側(cè)連同次級(jí)繞組51的另一個(gè)端子將耦合到輸出部分6。電容器64存在于這些另一側(cè)與次級(jí)繞組51的另一個(gè)端子之間。電感器53-55和電容器57-58可以形成或不形成變壓器的一部分。在圖4中，更詳細(xì)地示出輸出部分6。輸出部分包括由電感器60和電容器61的并聯(lián)電路構(gòu)成的陷波濾波器。并聯(lián)電路的一側(cè)耦合到二極管56和59的另一側(cè)，并且并聯(lián)電路的另一側(cè)耦合到電容器62和電感器63的串聯(lián)電路的一側(cè)。串聯(lián)電路的另一側(cè)耦合到次級(jí)繞組51的另一個(gè)端子。兩個(gè)電路的另一側(cè)形成轉(zhuǎn)換器1的輸出端子并且將被耦合到光源8。在圖5中，示出在使用陷波濾波器時(shí)的第一轉(zhuǎn)換器信號(hào)。在上圖中，示出了脈沖功率的脈沖的輸出電壓。在下圖中，較大的正弦與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電流對(duì)應(yīng)，較小的正弦與諧振電容器電壓對(duì)應(yīng)，并且相對(duì)矩形的信號(hào)與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電壓對(duì)應(yīng)。在循環(huán)的第一時(shí)間間隔期間，第一開(kāi)關(guān)41處于第一模式并且第二開(kāi)關(guān)42處于第二模式，在此情況下，相對(duì)矩形的信號(hào)將是“邏輯一”(更高的電壓或較高的(upper)輸入節(jié)點(diǎn)電壓)。在循環(huán)的第二時(shí)間間隔期間，第一開(kāi)關(guān)41處于第二模式且第二開(kāi)關(guān)42處于第一模式，在此情況下，相對(duì)矩形的信號(hào)將是“邏輯零”(更低的電壓或更低的輸入節(jié)點(diǎn)電壓)。一組循環(huán)導(dǎo)致脈沖功率的脈沖， 如圖5上圖所示。電容器48被稱(chēng)為諧振電容器。在圖6中，示出針對(duì)垂直腔表面發(fā)射LASER陣列的測(cè)量結(jié)果。水平軸定義了電流值。左縱軸定義光功率，且更右邊的圖示出單位電流值的光功率。右縱軸定義效率，且更左邊的圖示出單位電流值的效率。在圖7中，示出被最優(yōu)化用于平滑設(shè)置(settling)的第二轉(zhuǎn)換器信號(hào)。在上圖中， 示出脈沖功率的脈沖的輸出電壓(稍大的信號(hào))和該脈沖的輸出功率(稍小的信號(hào))。在下圖中，較大的正弦與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電流對(duì)應(yīng)，較小的正弦與諧振電容器電壓對(duì)應(yīng)，并且相對(duì)矩形的信號(hào)與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電壓對(duì)應(yīng)。在圖8中，示出被最優(yōu)化用于快速上升時(shí)間的第三轉(zhuǎn)換器信號(hào)。在上圖中，示出脈沖功率的脈沖的輸出電壓(稍大的信號(hào))和該脈沖的輸出功率(稍小的信號(hào))。在下圖中，較
7大的正弦與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電流對(duì)應(yīng)，較小的正弦與諧振電容器電壓對(duì)應(yīng)，并且相對(duì)矩形的信號(hào)與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電壓對(duì)應(yīng)。在圖9中，示出第四轉(zhuǎn)換器信號(hào)，三個(gè)功率脈沖的序列。在上圖中，示出脈沖功率的脈沖的輸出電壓(稍大的信號(hào))和該脈沖的輸出功率(稍小的信號(hào))。在下圖中，較大的正弦與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電流對(duì)應(yīng)，較小的正弦與諧振電容器電壓對(duì)應(yīng)，并且相對(duì)矩形的信號(hào)與初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換器電壓對(duì)應(yīng)。諧振轉(zhuǎn)換器(轉(zhuǎn)換器1)是LLCC-V類(lèi)型的。但是也可以使用大多數(shù)其他諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該特定的LLCC-V類(lèi)型包括變壓器，其具有耦合到串聯(lián)諧振電容器(電容器48)的初級(jí)繞組和兩個(gè)彼此耦合的次級(jí)繞組。該諧振轉(zhuǎn)換器被供給有從DC電壓源(源7)產(chǎn)生、通過(guò)包括開(kāi)關(guān)41和42的半橋電路的方波電壓。在次級(jí)側(cè)，AC電壓經(jīng)由包括二極管56和59的整流器而被整流并且經(jīng)由電容器(電容器64)而被濾波。該整流且濾波的輸出電壓可以被直接提供給光源8。濾波電容器中存儲(chǔ)的能量是有限的脈沖瞬時(shí)速度的主要原因，特別是在脈沖結(jié)束處。因此該濾波電容器的值應(yīng)當(dāng)被最小化?？梢酝ㄟ^(guò)接受更高的輸出脈動(dòng)(ripple)(參見(jiàn)圖7-9)或通過(guò)引入下述具有更高階(order)的濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)減小。更高階或諧振輸出濾波器可被設(shè)計(jì)成獲得具有最小存儲(chǔ)能量的可接受脈動(dòng)(ripple)。該設(shè)計(jì)可以是更加臨界的 (critical)，但是以一些過(guò)沖和較不規(guī)則的脈動(dòng)為代價(jià)實(shí)現(xiàn)非?？斓纳仙龝r(shí)間(參見(jiàn)圖5)。在將利用諧振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生脈沖的情況下，可能需要在每個(gè)脈沖中存在多個(gè)完整的循環(huán)。隨后，不太可能直接使用常規(guī)的PWM方案，其中功率脈沖的持續(xù)時(shí)間被任意修改。與此相反，斷開(kāi)周期可以具有任意持續(xù)時(shí)間。為此原因，首先，當(dāng)然可能具有固定的脈沖長(zhǎng)度和應(yīng)用PFM調(diào)制。但是對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，脈沖頻率必須在一定范圍內(nèi)，或者至少大于某個(gè)最小值。由于形成(make)比所需更多的脈沖是無(wú)用的，所以最佳方式是將選擇下一個(gè)最佳擬合脈沖持續(xù)時(shí)間和通過(guò)調(diào)適斷開(kāi)周期精細(xì)調(diào)諧到正確的接通/斷開(kāi)比率組合起來(lái)，由此保持脈沖頻率接近所需的頻率。根據(jù)包括一個(gè)或多個(gè)第一循環(huán)的前饋修改以用于最優(yōu)化脈沖流逝(roll on)的實(shí)施例，前兩個(gè)或三個(gè)開(kāi)關(guān)的定時(shí)修改被引入以允許成形轉(zhuǎn)換器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的方式。經(jīng)由這些修改，可以設(shè)置諧振操作的快速設(shè)置和輸出電壓的快速上升。第一時(shí)間間隔可被縮短到這樣的程度以使得諧振電容器中的電壓立即調(diào)整到它的穩(wěn)定峰值。下面的時(shí)間間隔可以稍微延長(zhǎng)以最優(yōu)化電流幅度使之接近它的正確值。利用這種設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換器操作是最優(yōu)的，但是脈沖上升時(shí)間可能有點(diǎn)慢。通過(guò)僅僅引入稍微減少的第一時(shí)間間隔，諧振轉(zhuǎn)換器電流被驅(qū)動(dòng)到更高峰值并且更高諧振電容電壓被允許。以此方式，可以以較不平滑的設(shè)置(setting)和更高的峰值電流為代價(jià)而增加輸出的正斜率。下面的一個(gè)或兩個(gè)開(kāi)關(guān)可能需要被調(diào)整以調(diào)節(jié)輸出脈沖過(guò)沖。換言之，根據(jù)該實(shí)施例，控制部分3可以縮短所述循環(huán)組的第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔并且可以延長(zhǎng)第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔。根據(jù)包括修改最后一個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)(前饋或條件)以返回到初始狀態(tài)的實(shí)施例，修改最后一個(gè)活動(dòng)地受控的時(shí)間間隔。通過(guò)延長(zhǎng)或縮短該時(shí)間間隔，可以實(shí)現(xiàn)返回到初始條件， 這與現(xiàn)有技術(shù)的以下情況相反諧振轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)被停止并且所有開(kāi)關(guān)被置于打開(kāi)狀態(tài)， 使得電流下降到零并且諧振電容器中的電荷保持在不確定的水平。該水平應(yīng)當(dāng)被良好地定義用于下一個(gè)脈沖的良好的開(kāi)始轉(zhuǎn)變。如果轉(zhuǎn)換器僅被停止，則這一點(diǎn)不被確保。圖9示出三個(gè)脈沖，在它們之間具有返回到接近零的電容器電壓。根據(jù)負(fù)載和脈沖規(guī)范，也可能有用的是，修改最后兩個(gè)時(shí)間間隔。換言之，根據(jù)該實(shí)施例，控制部分3可以延長(zhǎng)或縮短最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔。在最后一個(gè)活動(dòng)地受控的時(shí)間間隔之后，可能存在到較高(upper) 電壓水平的另一個(gè)換向，這是由轉(zhuǎn)換器中的諧振電流驅(qū)動(dòng)的。換言之，轉(zhuǎn)換器可以在最后一個(gè)循環(huán)之后的第三時(shí)間間隔期間產(chǎn)生峰值信號(hào)，第三時(shí)間間隔比縮短的第一時(shí)間間隔更短。在圖10中，更詳細(xì)地示出另一個(gè)輸入部分。源7的正端子耦合到第一開(kāi)關(guān)41的第一主電極和電容器43、二極管45和電阻器83的一側(cè)。第一開(kāi)關(guān)41的第二主電極耦合到第二開(kāi)關(guān)42的第一主電極并且耦合到電容器43、二極管45和電阻器83的另一側(cè)以及耦合到電容器44、二極管46、電阻器85和電容器84的一側(cè)。該輸入部分4進(jìn)一步包括電阻器80，其并聯(lián)連接到電阻器81和電容器82的串聯(lián)電路并且耦合在源7的負(fù)端子與第二開(kāi)關(guān)42的第二主電極和電容器44、二極管46和電阻器85的另一側(cè)之間。電容器84和電阻器85的另一側(cè)將被耦合到變換部分5。電阻器81和電容器82的串聯(lián)電路過(guò)濾高頻噪聲， 并且可以通過(guò)使用電容器82兩端的電壓測(cè)量電流。在圖11中，更詳細(xì)地示出另一個(gè)轉(zhuǎn)變部分。該變換部分5與圖3中所示的變換部分的不同之處僅在于二極管56并聯(lián)連接到電阻器86，二極管59并聯(lián)連接到電阻器87，以及電容器64已被省去。電阻器86和87可被省去或者其中每一個(gè)可以由電容器或電阻器和電容器的串聯(lián)電路代替。在圖12中，更詳細(xì)地示出另一個(gè)輸出部分。該輸出部分6包括并聯(lián)耦合到變換部分5的電容器90和并聯(lián)耦合到電容器90的電感器91和電容器92的串聯(lián)電路。電容器92 的一側(cè)將被耦合到光源8并且電容器92的另一側(cè)將被經(jīng)由用于開(kāi)關(guān)光源8的開(kāi)關(guān)93而耦合到光源8。根據(jù)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施例，在圖10-12中，開(kāi)關(guān)41、42和93可以是M0SFET，其中，元件 43-46和80-83和85-87和91-92可以被省去。在圖13中，示出第五轉(zhuǎn)換器信號(hào)，其中，一個(gè)功率脈沖包括五個(gè)循環(huán)。在圖14中，示出第六轉(zhuǎn)換器信號(hào)，其與第五轉(zhuǎn)換器信號(hào)對(duì)應(yīng)但是更詳細(xì)。當(dāng)比較一方面的圖5+圖7-9與另一方面的圖13-14時(shí)，顯然，瞬態(tài)響應(yīng)已經(jīng)得到改進(jìn)。此外，開(kāi)關(guān)部分2已經(jīng)設(shè)有用于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器1的第一和第二輸出端子中至少一個(gè)的開(kāi)關(guān)93。控制部分3控制該開(kāi)關(guān)93，以使得開(kāi)關(guān)93在第一時(shí)刻進(jìn)入第一模式(激活模式， 比如導(dǎo)電模式)，第一時(shí)刻位于從第一循環(huán)的開(kāi)始起的第一延遲處。第一延遲例如稍小于或等于或稍大于第一時(shí)間間隔并且可以小于或不小于循環(huán)的持續(xù)時(shí)間?？刂撇糠?進(jìn)一步控制該開(kāi)關(guān)93以使得開(kāi)關(guān)93在第二時(shí)刻進(jìn)入第二模式(去活模式，比如不導(dǎo)電模式)，第二時(shí)刻位于從所述循環(huán)組的最后一個(gè)循環(huán)的結(jié)束起的第二延遲處。該第二延遲例如稍小于或等于或稍大于第一時(shí)間間隔并且通常小于循環(huán)的持續(xù)時(shí)間?？刂撇糠?可以包括用于控制開(kāi)關(guān)41、42和93的控制器。可替代地，控制部分3 可以包括用于響應(yīng)于對(duì)轉(zhuǎn)換器1的電壓信號(hào)的檢測(cè)來(lái)控制開(kāi)關(guān)93的檢測(cè)器。該電壓信號(hào)可以例如在電容器92兩端檢測(cè)，或者在電容器92被省去的情況下在電容器90兩端檢測(cè)(所有都在圖12中示出)或者在圖3所示的電容器64兩端檢測(cè)等等。在圖15中，示出另一個(gè)轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器1與圖1所示的轉(zhuǎn)換器的不同之處僅在于預(yù)處理部分10被插入在源7與開(kāi)關(guān)部分3之間。在圖16中，更詳細(xì)地示出預(yù)處理部分10。該預(yù)處理部分10從左到右包括用于過(guò)濾高頻和/或共模電流的濾波器94、整流器95、功率因數(shù)控制器96、存儲(chǔ)單元97和用于過(guò)濾高頻的濾波器98。在圖17中，示出垂直腔表面發(fā)射LASER陣列的數(shù)據(jù)。水平軸定義了電流值。左縱軸定義光功率，且大部分下圖示出單位電流值的光功率。右縱軸定義電壓值，且大部分上圖示出單位電流值的電壓值。在圖18中，示出垂直腔表面發(fā)射LASER陣列。輸出功率為600W。該陣列被設(shè)計(jì)成具有75個(gè)單元串聯(lián)的串(復(fù)數(shù))，其中8個(gè)串并聯(lián)連接。在圖19中，示出驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)例如LASER負(fù)載或LED負(fù)載。在圖20中，示出發(fā)光二極管陣列。該LED陣列使用5個(gè)并聯(lián)的串(string)，每個(gè)串串聯(lián)M個(gè)LED，其可以在沒(méi)有其他電流控制電阻器或電路的情況下操作。在圖3和11中，二極管56和59可以每一個(gè)或一起用例如包括整流器電橋的整流電路代替。關(guān)于圖15-20，應(yīng)當(dāng)注意LED/LASER的串聯(lián)連接可以用于實(shí)現(xiàn)100…400V的操作電壓水平，并且若干串聯(lián)連接或串的并聯(lián)連接可以用于獲得正確的功率水平。LED/LASER可以交織在冷卻接口上以避免均流(current share)中的差異。在沒(méi)有附加的均流組件的情況下可以引入并聯(lián)連接。串聯(lián)/并聯(lián)連接的LED/LASER的電源(supply)可以通過(guò)諧振類(lèi)型的功率轉(zhuǎn)換器 (例如LC、LCC、LLC、LLCC等)實(shí)現(xiàn)。該轉(zhuǎn)換器輸出可以直接連接到LED/LASER負(fù)載(沒(méi)有電流感測(cè)或電流控制)。功率轉(zhuǎn)換器控制可以用于恒定功率輸出，這通過(guò)初級(jí)側(cè)上獲得的間接測(cè)量實(shí)現(xiàn)。 所謂的“充電模式控制”可以用于獲得電流的測(cè)量，和/或可以使用初級(jí)側(cè)上的分流電阻器，和/或可以使用在功率轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)階段(例如在預(yù)處理器中)中已經(jīng)獲取的測(cè)量。錯(cuò)誤條件檢測(cè)和保護(hù)可以從間接測(cè)量導(dǎo)出，比如通過(guò)檢測(cè)測(cè)量的輸入功率變得接近零的短路檢測(cè)，和/或從要通過(guò)測(cè)量位于預(yù)期范圍(預(yù)期范圍可以依賴(lài)于例如從查找表中取得的轉(zhuǎn)換器輸入電壓和實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率，)之外的輸入功率而檢測(cè)的負(fù)載錯(cuò)誤(太高或太低的負(fù)載電壓)導(dǎo)出。總之，用于向光源8提供脈沖功率的轉(zhuǎn)換器1包括開(kāi)關(guān)部分2和用于調(diào)適 (adapting)開(kāi)關(guān)電路2的開(kāi)關(guān)參數(shù)以改進(jìn)性能的控制部分3。開(kāi)關(guān)部分2可以包括第一 / 第二開(kāi)關(guān)41、42，其在循環(huán)的第一時(shí)間間隔期間處于第一 /第二模式且在循環(huán)的第二時(shí)間間隔期間反之亦然。一組循環(huán)導(dǎo)致脈沖功率的脈沖。諸如第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔之類(lèi)的開(kāi)關(guān)參數(shù)可以被縮短以減少過(guò)沖。諸如第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔之類(lèi)的開(kāi)關(guān)參數(shù)可被縮短或延長(zhǎng)。諸如最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔之類(lèi)的開(kāi)關(guān)參數(shù)可被延長(zhǎng)或縮短以減少過(guò)沖。 用于開(kāi)關(guān)光源8的第三開(kāi)關(guān)93被延時(shí)地激活和去活以改進(jìn)瞬態(tài)特性。盡管已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述被認(rèn)為是說(shuō)明性的或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。例如可能的是，在其中不同的公開(kāi)實(shí)施例的不同部分被組合成新的實(shí)施例的實(shí)施例中操作本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)通過(guò)研究附圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變形。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，且不定冠詞“一”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的若干項(xiàng)目的功能。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的起碼事實(shí)并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求中任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于向光源(8)提供脈沖功率的轉(zhuǎn)換器(1)，該轉(zhuǎn)換器(1)包括開(kāi)關(guān)部分(2)和用于控制開(kāi)關(guān)部分(2)的控制部分(3)，該控制部分(3)被設(shè)置用于調(diào)適開(kāi)關(guān)部分(2)的開(kāi)關(guān)參數(shù)以改進(jìn)轉(zhuǎn)換器(1)的性能。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(1)，開(kāi)關(guān)部分(2)包括第一和第二開(kāi)關(guān)(41，42)，在循環(huán)的第一時(shí)間間隔期間，第一開(kāi)關(guān)(41)處于第一模式且第二開(kāi)關(guān)(42)處于第二模式，在循環(huán)的第二時(shí)間間隔期間，第一開(kāi)關(guān)(41)處于第二模式且第二開(kāi)關(guān)(42)處于第一模式，一組循環(huán)導(dǎo)致脈沖功率的脈沖。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(1)，開(kāi)關(guān)參數(shù)包括所述循環(huán)組的第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔，并且所述調(diào)適包括縮短第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器(1)，開(kāi)關(guān)參數(shù)進(jìn)一步包括所述循環(huán)組的第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔，并且所述調(diào)適進(jìn)一步包括縮短或延長(zhǎng)第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔。
5.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(1)，開(kāi)關(guān)參數(shù)包括所述循環(huán)組的最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔，并且所述調(diào)適進(jìn)一步包括延長(zhǎng)或縮短最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器(1)，轉(zhuǎn)換器(1)在最后一個(gè)循環(huán)之后的第三時(shí)間間隔期間產(chǎn)生峰值信號(hào)，第三時(shí)間間隔比縮短的第一時(shí)間間隔更短。
7.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(1)，第一開(kāi)關(guān)(41)包括耦合到轉(zhuǎn)換器(1)的第一輸入端子的第一主電極，第二開(kāi)關(guān)(42)包括耦合到第一開(kāi)關(guān)(41)的第二主電極的第一主電極，第二開(kāi)關(guān)(42)包括耦合到轉(zhuǎn)換器(1)的第二輸入端子的第二主電極，第一和第二開(kāi)關(guān) (41,42)的控制電極耦合到控制部分(3)，所述開(kāi)關(guān)(41，42)之一的第一和第二主電極耦合到變壓器的初級(jí)繞組(50)的第一和第二端子，變壓器的次級(jí)繞組(51)的第一端子耦合到轉(zhuǎn)換器(1)的第一輸出端子，次級(jí)繞組(51)的第二端子耦合到轉(zhuǎn)換器(1)的第二輸出端子， 變壓器的另一個(gè)次級(jí)繞組(52)的第一端子耦合到第二輸出端子，以及所述另一個(gè)次級(jí)繞組 (52)的第二端子耦合到第一輸出端子。
8.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(1)，轉(zhuǎn)換器(1)包括耦合到轉(zhuǎn)換器(1)的第一和第二輸出端子的濾波器(60-63)。
9.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器(1)，開(kāi)關(guān)部分(2)進(jìn)一步包括用于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器(1)的第一和第二輸出端子中至少一個(gè)的第三開(kāi)關(guān)(93)，開(kāi)關(guān)參數(shù)包括第一時(shí)刻，第三開(kāi)關(guān)(93)在第一時(shí)刻進(jìn)入第一模式，該第一時(shí)刻位于從第一循環(huán)的開(kāi)始起的第一延遲處，開(kāi)關(guān)參數(shù)進(jìn)一步包括第二時(shí)刻，第三開(kāi)關(guān)(93)在第二時(shí)刻進(jìn)入第二模式，該第二時(shí)刻位于從所述循環(huán)組的最后一個(gè)循環(huán)的結(jié)束起的第二延遲處。
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器(1)，控制部分(3)包括用于控制第一和第二和第三開(kāi)關(guān)(41，42，93)的控制器。
11.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器(1)，控制部分(3)包括用于響應(yīng)于對(duì)轉(zhuǎn)換器(1)的電壓信號(hào)的檢測(cè)來(lái)控制第三開(kāi)關(guān)(93)的檢測(cè)器。
12.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(1)，控制部分(3)經(jīng)由在轉(zhuǎn)換器(1)的初級(jí)側(cè)處獲得的間接測(cè)量、通過(guò)用于測(cè)量電流的所謂的“充電模式控制”和/或通過(guò)在初級(jí)側(cè)處的分流電阻器和/或通過(guò)之前已經(jīng)獲取的測(cè)量來(lái)提供恒定功率輸出。
13.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(1)，控制部分(3)經(jīng)過(guò)通過(guò)測(cè)量接近零的輸入功率而進(jìn)行的短路檢測(cè)和/或經(jīng)過(guò)通過(guò)測(cè)量位于依賴(lài)于從查找表或其他方式取得的轉(zhuǎn)換器輸入電壓與實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率的預(yù)期范圍之外的輸入功率而得到的太高或太低的負(fù)載電壓形式的負(fù)載錯(cuò)誤的間接測(cè)量而提供錯(cuò)誤條件檢測(cè)和保護(hù)。
14.一種包括如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器(1)并進(jìn)一步包括光源(8)的設(shè)備(9)。
15.一種用于經(jīng)由包括開(kāi)關(guān)部分(2)和用于控制開(kāi)關(guān)部分(2)的控制部分(3)的轉(zhuǎn)換器(1)向光源(8)提供脈沖功率的方法，該方法包括步驟經(jīng)由控制部分(3)，調(diào)適開(kāi)關(guān)部分 (2)的開(kāi)關(guān)參數(shù)以改進(jìn)轉(zhuǎn)換器(1)的性能。
全文摘要
用于向光源(8)提供脈沖功率的轉(zhuǎn)換器(1),包括開(kāi)關(guān)部分(2)和用于調(diào)適開(kāi)關(guān)部分(2)的開(kāi)關(guān)參數(shù)以改進(jìn)性能的控制部分(3)。開(kāi)關(guān)部分(2)可以包括第一/第二開(kāi)關(guān)(41,42)，其在循環(huán)的第一時(shí)間間隔期間處于第一/第二模式并且在循環(huán)的第二時(shí)間間隔期間反之亦然。一組循環(huán)導(dǎo)致脈沖功率的脈沖。諸如第一循環(huán)的第一時(shí)間間隔之類(lèi)的開(kāi)關(guān)參數(shù)可被縮短以減少過(guò)沖。諸如第一循環(huán)的第二時(shí)間間隔之類(lèi)的開(kāi)關(guān)參數(shù)可被縮短或延長(zhǎng)。諸如最后一個(gè)循環(huán)的第二時(shí)間間隔之類(lèi)的開(kāi)關(guān)參數(shù)可被延長(zhǎng)或縮短以減少過(guò)沖。用于開(kāi)關(guān)光源(8)的第三開(kāi)關(guān)(93)被延時(shí)地激活和去活以改進(jìn)瞬態(tài)特性。
文檔編號(hào)H05B33/08GK102334272SQ201080009512
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
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