轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】轉(zhuǎn)換裝置(1)，帶有電壓轉(zhuǎn)換器(2)和用于為至少兩個不同的耗能設(shè)備(5.i)、例如LED或LED組提供不同的電流或電壓的裝置(4)，其中作為電壓轉(zhuǎn)換器(2)設(shè)置帶有諧振回路(16)的初級轉(zhuǎn)換器(2)，該初級轉(zhuǎn)換器在輸出端(6)上輸出可變的電壓(U6)，該電壓從<0V變化到至少在該轉(zhuǎn)換裝置中為輸出電流所需要的最高電壓，而且用于提供不同電流或電壓的裝置(4)由至少兩個次級轉(zhuǎn)換器(7.i)形成，次級轉(zhuǎn)換器具有輸出存儲器(9)以及用于受控地將次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器(9)連接在初級轉(zhuǎn)換器(2)的輸出端上的開關(guān)裝置。
【專利說明】轉(zhuǎn)換裝置
[0001]本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換裝置，帶有電壓轉(zhuǎn)換器和用于為至少兩個不同的耗能設(shè)備一例如LED或LED組——提供不同的電流或電壓的裝置。
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中往往存在這樣的情況，即通過匹配的控制電子電路向多個耗能設(shè)備供給電能。這里，例如尤其帶有LED (LED-發(fā)光二極管)的照明裝置日益重要:首先機動車照明日益頻繁地用LED實現(xiàn)，于是特別在車輛結(jié)構(gòu)中存在必須采用控制電子電路運行多個帶有不同電參量，亦即電壓或電流的不同照明器的問題，其中使情況惡化的是電壓源(車載電壓)一般不是特別穩(wěn)定。此外要注意，例如在車輛前燈或尾燈中要在最狹窄的空間上并排地給出不同的照明功能。因此值得企望的是，還由于位置的原因用單個節(jié)省位置的電子電路就足夠。
[0003]若涉及用LED照明器實現(xiàn)照明，則眾所周知待施加在LED照明器上的電壓通過待調(diào)整的電流得到；該電流除了確定亮度以外還確定光顏色；顯而易見該電壓還取決于是存在一個LED還是多個LED先后串聯(lián)起來。因此，最后在這里電壓只是待調(diào)整的參量的結(jié)果。
[0004]在實踐中常見的是，對于每個照明功能都使用自己的轉(zhuǎn)換電路，該轉(zhuǎn)換電路從不穩(wěn)定的供電網(wǎng)中為LED產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。但這費事和昂貴，其中此外除在這種電子電路中相對較高的損耗以外還需要相對較大的位置。在這方面，已經(jīng)有個別的實踐，即借助于電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生集中而穩(wěn)定的電壓，然后從該電壓中為多個LED照明器產(chǎn)生對應(yīng)的電流。這里為多個輸出端只設(shè)置一個轉(zhuǎn)換級，于是在該轉(zhuǎn)換級中將電流分配到多個通道；為此通過時間偏移設(shè)置控制，使得總是只可以將一個照明器接通短的持續(xù)時間(在微秒范圍)，或在電路中出現(xiàn)重大的損耗。這個已知的原理只能用于小的電流，其中由于電流強度低而損耗小。
[0005]現(xiàn)在本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種正如前言說明的轉(zhuǎn)換裝置，它使以盡可能小的電路技術(shù)耗費在節(jié)省位置的實現(xiàn)的同時用期望的不同的電流或電壓供應(yīng)多個不同的耗電設(shè)備成為可能。另外，這里任務(wù)是，把該轉(zhuǎn)換裝置中的開關(guān)損耗最小化并總體上提供一種特別有效的轉(zhuǎn)換裝置。
[0006]為了解決所提出的任務(wù)，本發(fā)明設(shè)置正如前言講述的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，作為電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)置帶有諧振回路的初級轉(zhuǎn)換器，該初級轉(zhuǎn)換器在輸出端上輸出可變的電壓，該電壓從〈0V變化到至少該轉(zhuǎn)換裝置中為了輸出電流所要求的最高電壓，而且用來提供不同電流或電壓的裝置由至少兩個次級轉(zhuǎn)換器形成，次級轉(zhuǎn)換器具有輸出存儲器以及用于受控地將次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器連接到初級轉(zhuǎn)換器的輸出端上的開關(guān)裝置。
[0007]因此，在當(dāng)前的轉(zhuǎn)換裝置中，設(shè)置“諧振轉(zhuǎn)換器”，即帶有諧振回路的初級轉(zhuǎn)換器，該初級轉(zhuǎn)換器在其振蕩回路上產(chǎn)生交流電壓。該交流電壓經(jīng)歷例如次級轉(zhuǎn)換器的電壓值，在適當(dāng)?shù)臅r刻分別把所屬次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器連接到初級轉(zhuǎn)換器的輸出端。顯而易見，要對應(yīng)地確定初級轉(zhuǎn)換器的規(guī)格，以此從其輸入端取得足夠的能量，并且次級轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)提供OV直至最大電壓，而且可以從這樣的交流電壓中抽取從OV直至最大電壓的所有要求的電壓；對于被設(shè)置為用于提供不同電流或電壓的裝置的次級轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)在設(shè)置用于各個所要求的電壓值的抽取點，亦即，在其輸出端上到達各自足夠的能量的開關(guān)裝置。因為每個交流電壓周期只能抽取電壓一次，所以為每個次級轉(zhuǎn)換器設(shè)置一個輸出存儲器，該輸出存儲器在充電之后將需要的能量提供給耗能設(shè)備。然而，不同于其他轉(zhuǎn)換器，為此可以沒有問題地采用適當(dāng)?shù)碾娙萜鳌?br> [0008]在輸出存儲器或電容器上的當(dāng)前電壓下，通過把交流電壓接通到電容器(或者一般地說輸出存儲器)可以避免補償電流，并據(jù)此特別有利的是，當(dāng)初級轉(zhuǎn)換器輸出端的可變電壓等于相應(yīng)的次級轉(zhuǎn)換器輸出電壓時，相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器的開關(guān)裝置將該次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器連接在初級轉(zhuǎn)換器輸出端上。另一方面優(yōu)選規(guī)定，當(dāng)相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器已經(jīng)為下一個周期持續(xù)時間儲存了足夠的能量時，相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器的開關(guān)裝置將該輸出存儲器從初級轉(zhuǎn)換器輸出端斷開。
[0009]諧振轉(zhuǎn)換器所傳輸?shù)墓β嗜Q于其頻率。因為每個周期輸出端只可以被充電一次，所以為了在次級轉(zhuǎn)換器輸出端上獲得最優(yōu)電流/電壓變化，必須遵守最低頻率；這意味
著，傳輸最小能量。
[0010]該初級轉(zhuǎn)換器優(yōu)選是升壓轉(zhuǎn)換器，以便在其輸出端上提供比輸入端上存在的更高的電壓。如上所述，對本發(fā)明的一個特殊要求是提高經(jīng)濟性。在常規(guī)的產(chǎn)生交流電壓的轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造中，使用變壓器或使用至少兩個開關(guān)元件。在這兩個變型方案中都出現(xiàn)附加的電損耗并得到部件的更多耗費。在本諧振初級轉(zhuǎn)換器中優(yōu)選使用帶有獨有的諧振電感的獨有的(并聯(lián))諧振回路，其中需要諧振電感，因為沒有如下變壓器存在:該變壓器的漏電感可供諧振使用。當(dāng)希望采取升壓拓?fù)鋾r，該電壓轉(zhuǎn)換器尤其可以由輸入電感和縱向分支中的開關(guān)裝置或阻擋裝置和(在連接于它們之間的橫向分支中的)的帶有開關(guān)裝置的諧振回路構(gòu)建。作為開關(guān)裝置例如可以設(shè)置開關(guān)晶體管，而優(yōu)選向這個開關(guān)裝置或這個開關(guān)晶體管分配調(diào)節(jié)器，即初級調(diào)節(jié)器。
[0011]在這種拓樸中傳輸?shù)哪芰咳缟纤鋈Q于接通和斷開該開關(guān)晶體管或者一般地說開關(guān)裝置時的頻率；最高頻率與由諧振電感和諧振電容定義的諧振頻率對應(yīng)，而且該初級調(diào)節(jié)器必須為此而設(shè)計。以最低頻率在次級轉(zhuǎn)換器的輸入端上向該次級轉(zhuǎn)換器供電，以便在其輸出端上達到要求的準(zhǔn)確度(例如，電流紋波小)。
[0012]據(jù)此，本轉(zhuǎn)換裝置的一個有利實施方式的特征在于，初級轉(zhuǎn)換器輸出端由輸入電感和設(shè)置在該輸入電感和儲能器之間的選擇性阻擋裝置(例如二極管)之間的電路點形成。另外，有利的是初級轉(zhuǎn)換器具有控制橫向分支中的開關(guān)裝置(例如晶體管)的初級調(diào)節(jié)器。
[0013]此外為了使損耗保持盡可能小，在這里有利的是當(dāng)流過該開關(guān)裝置的電流具有最小值時，但優(yōu)選只在流過該開關(guān)裝置的電流為正時，初級調(diào)節(jié)器斷開開關(guān)裝置。
[0014]另一方面有利的還有，當(dāng)流過該開關(guān)裝置的電流經(jīng)歷正的過零點時，該初級調(diào)節(jié)器斷開開關(guān)裝置。反之，當(dāng)電流變化是從正到負(fù)時，優(yōu)選不進行開關(guān)，因為流過該開關(guān)晶體管的寄生二極管的負(fù)電流以較高的損耗流動。在最先提到的情況下，當(dāng)電流為正時，在電流最低值時進行開關(guān)同樣可以維持小的損耗。實踐中，當(dāng)諧振電流由于重疊的輸入電流和這兩個電流在振幅方面不能排除的短時間的不成比例而沒有達到過零點時，這樣一種情況例如可能在運行中得到。該最小電流可以通過開關(guān)裝置或晶體管上的電壓降或者通過電流測量裝置(例如分流電阻)檢測，和由初級調(diào)節(jié)器通過測量信號確定。然而大多更有利的是，為此考慮初級輸出電壓的正的過零點，因為這個電壓更大并因此測量起來更簡單。
[0015]當(dāng)只產(chǎn)生低于電源電壓的電壓時，可以規(guī)定，初級轉(zhuǎn)換器的儲能器與初級轉(zhuǎn)換器輸入端連接。為此，設(shè)置從儲能器到初級轉(zhuǎn)換器的輸入端的可開關(guān)的連接是適宜的，以便由此導(dǎo)致降壓轉(zhuǎn)換器特性，其中也就是還只有當(dāng)在該連接中的開關(guān)接通時才短暫地設(shè)置該功倉泛。
[0016]如上所述，當(dāng)相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器的輸入端和輸出端(實際上是輸出存儲器)上的電壓相等時，在該次級轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)裝置閉合。然后，通過進一步提升輸入端上的電壓，該輸出存儲器被一直充電到輸出存儲器中存在足夠能量為止。為此例如優(yōu)選在每個次級轉(zhuǎn)換器中使用次級調(diào)節(jié)器，該次級調(diào)節(jié)器通過其調(diào)節(jié)算法確定能量足夠的狀態(tài)。為此，例如可以考慮把次級轉(zhuǎn)換器輸出端上的電壓(通過眾所周知的電壓測量裝置)作為調(diào)節(jié)參量，但還可以設(shè)想為.比采用從輸出存儲器流入該輸出端的電流。例如，該電流可以借助于分流電阻或者電感式電流傳送器——一般地說電流傳感裝置——檢測。當(dāng)該次級調(diào)節(jié)器確定要斷開該開關(guān)元件時，該電流達到其最大值。最后，還可以設(shè)想功率調(diào)節(jié)，其中于是不僅提供輸出電壓，而且提供電流供次級調(diào)節(jié)器使用。在所有上述情況下通過對應(yīng)的調(diào)整裝置，例如本身已經(jīng)存在的微控制器或者其他適當(dāng)?shù)碾娐?，向次級調(diào)節(jié)器預(yù)先給定額定值。
[0017]為了對次級轉(zhuǎn)換器的輸出端進行短時間的接通和斷開不必總使輸出存儲器放電，有利的還有該次級轉(zhuǎn)換器具有分離裝置，例如開關(guān)晶體管，用來使次級轉(zhuǎn)換器輸出端與輸出存儲器分離。對于這個用分離裝置使次級轉(zhuǎn)換器輸出端與輸出存儲器分離的實施方式，有利地還有，即使該次級轉(zhuǎn)換器輸出端斷開，仍能保持次級轉(zhuǎn)換器輸出端的調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0018]本轉(zhuǎn)換裝置的特征是，它只用一個(主)電感就行，并且尤其是該次級轉(zhuǎn)換器沒有(存儲)電感。
[0019]下面將根據(jù)不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明的優(yōu)選實施例和參照附圖進一步闡述本發(fā)明。附圖中具體地示出:
[0020]圖1是帶有電壓轉(zhuǎn)換器和為多個耗能設(shè)備(例如LED照明器)提供電流或電壓的裝置的轉(zhuǎn)換裝置的完全示意的電路圖；
[0021]圖2是按照本發(fā)明的這樣一種轉(zhuǎn)換裝置的實施方式的線路框圖，帶有初級轉(zhuǎn)換器和多個次級轉(zhuǎn)換器，每個次級轉(zhuǎn)換器用于一個耗能設(shè)備；
[0022]圖3和4是該轉(zhuǎn)換裝置的初級轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的示意圖，用以闡明根據(jù)圖2的轉(zhuǎn)換裝置的作用方式；
[0023]圖5是根據(jù)圖2的轉(zhuǎn)換裝置的初級轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)電路圖；
[0024]圖6以曲線圖表示流過根據(jù)圖5的初級轉(zhuǎn)換器的輸入電感的電流的變化；
[0025]圖7A以頻譜曲線圖表示流過根據(jù)圖5的初級轉(zhuǎn)換器的輸入電感的電流的諧波，其中可以清楚看到，二次和三次諧波恰好仍舊可見，但更高次的諧波不再可測量；
[0026]圖7B作為比較顯示常規(guī)的帶有輸入濾波器的轉(zhuǎn)換器中輸入電流的頻譜，其中存在明顯更多的(更高次的)諧波；
[0027]圖8A和SB是兩個電流-電壓曲線圖，用來闡明初級轉(zhuǎn)換器中開關(guān)裝置的開關(guān)時亥IJ，以便盡可能避免損耗；
[0028]圖9示例性地示出根據(jù)圖2的次級轉(zhuǎn)換器之一的更詳細(xì)的電路圖；
[0029]圖9A和9B是次級轉(zhuǎn)換器的開關(guān)裝置的兩個示例；以及
[0030]圖10以電流電壓曲線圖表示在次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器接通和斷開時的關(guān)系。
[0031]在圖1中闡明如通過本發(fā)明所涉及的轉(zhuǎn)換裝置I的原理。電壓轉(zhuǎn)換器2用其輸入端3連接在未更詳細(xì)闡明的電源電壓Uin上，例如車輛的電壓源系統(tǒng)。另外，設(shè)置裝置4是為了向不同的耗能設(shè)備5.1...5.η提供不同的電流和/或電壓。這些耗能設(shè)備，簡寫為
5.1，其中i=l，..n(其中，η在極端情況下也可以等于2)例如是機動車的LED照明器，其中眾所周知是不同的LED照明器(例如，剎車燈、后燈等)可以組合在一個照明單元中。在此，流過LED的電流負(fù)責(zé)亮度和顏色。耗能設(shè)備5.1本身可以是各個LED或者LED組，尤其是LED的串聯(lián)電路，其中各個耗能設(shè)備的LED數(shù)目可以不同。與此相應(yīng)地，在該裝置4的輸出端上一般需要不同的電壓，但還需要不同的電流。
[0032]根據(jù)圖2，轉(zhuǎn)換裝置I具有電壓轉(zhuǎn)換器、以下稱為初級轉(zhuǎn)換器2，如后面根據(jù)圖5仍將更詳細(xì)說明的，該初級轉(zhuǎn)換器是諧振轉(zhuǎn)換器并且在其輸出端6上連接多個次級轉(zhuǎn)換器7.1，..7.n，下文中又簡寫為7.1，其中i=l..n。對于圖2中未示出的每個耗能設(shè)備5.1都設(shè)置次級轉(zhuǎn)換器7.1，其中根據(jù)圖1的相應(yīng)耗能設(shè)備5.1連接在相應(yīng)的輸出端8.1 (或8.1.....和8.η)上。設(shè)置這樣的單獨的次級轉(zhuǎn)換器7.1，是因為對于每個耗能設(shè)備(例如LED照明器)視LED數(shù)目而定，作為電流和LED數(shù)目的乘積，需要不同的電壓或提供匹配的電流以供使用。為此，從初級轉(zhuǎn)換器2的輸入端3上不穩(wěn)定的電壓源Uin中產(chǎn)生在初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端6上的交流電壓U6，該交流電壓在一個周期中經(jīng)歷LED照明器、也就是耗能設(shè)備5.1所要求的所有電壓。因此，在初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端6上存在交流電壓U6，并當(dāng)這個從輸入電壓Uin導(dǎo)出的交流電壓U6達到次級轉(zhuǎn)換器7.1的相應(yīng)輸出電壓的數(shù)值，例如U1，U2或者Un時，接通那里存在的如圖2所示在次級轉(zhuǎn)換器7.1中說明的輸出存儲器9 ;此后該輸出存儲器被充以電能，直至相應(yīng)周期所要求的能量在次級轉(zhuǎn)換器輸出端8.1上可供使用為止，其中然后電壓U6再次從輸出存儲器9斷開。
[0033]據(jù)此，初級轉(zhuǎn)換器2負(fù)責(zé)從輸入端3取得足夠的能量，其中該能量分配給η個次級轉(zhuǎn)換器7.1,由此在次級轉(zhuǎn)換器的輸出端8.1上達到足夠的能量。
[0034]抽取各個要求的電壓Ul等的這個原理僅完全示意地在圖3中闡明，其中那里還示出作為初級轉(zhuǎn)換器的輸出電壓U6的理想化的交流電壓U6。這個輸出電壓U6變化到最大值Umax，并且在O至Umax的范圍內(nèi)，視次級轉(zhuǎn)換器7.1的要求而定抽取電壓，例如次級轉(zhuǎn)換器
7.1的電壓Ul，次級轉(zhuǎn)換器7.2的U2或者次級轉(zhuǎn)換器7.η的Un，而且總是當(dāng)電壓U6達到相應(yīng)輸出存儲器9的電壓數(shù)值時抽取。
[0035]輸出存儲器9優(yōu)選是電容器。在當(dāng)前電容器電壓下把交流電壓連接在該電容器上時避免補償電流。
[0036]為完整起見，圖4闡明在第一次級轉(zhuǎn)換器7.1的電容器或一般地說輸出存儲器9上的數(shù)值Ul下周期地接通交流電壓W。
[0037]當(dāng)耗能設(shè)備5.1在輸出端8.1上要求的電壓可能高于輸入電壓U3時，初級轉(zhuǎn)換器2必須具有一種使該電壓提升成為可能的拓樸。因此，在所有情況下，初級轉(zhuǎn)換器2優(yōu)選是升壓轉(zhuǎn)換器。
[0038]每個次級轉(zhuǎn)換器7.1都具有下列特性:如上所述，當(dāng)初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端6上的電壓U6剛好經(jīng)過施加在次級轉(zhuǎn)換器的輸出端8.1或輸出存儲器9上的點時，該次級轉(zhuǎn)換器將其輸出存儲器9接通到初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端6，參見圖3和4。另外，當(dāng)輸出存儲器9在下一個周期的持續(xù)時間里對于該次級轉(zhuǎn)換器的輸出端8.1有足夠的能量時，該次級轉(zhuǎn)換器必須將其輸出存儲器9從初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端6斷開，參見圖4中的周期。[0039]正如后面根據(jù)圖9仍將更詳細(xì)說明的，次級轉(zhuǎn)換器7.1可以用幾個開關(guān)元件和次級調(diào)節(jié)器來構(gòu)建，其中該次級調(diào)節(jié)器操作這些開關(guān)元件。因此，對于輸出端原則上不需要其他電感，唯一的主要電感或主電感位于初級轉(zhuǎn)換器2中，正如現(xiàn)將根據(jù)圖5更詳細(xì)地說明的。
[0040]根據(jù)圖5初級轉(zhuǎn)換器2具有輸入電感或線圈10以及與此串聯(lián)的選擇性開關(guān)裝置或阻擋裝置11，由于成本的原因優(yōu)選采取二極管形式，其中在該開關(guān)裝置或阻擋裝置上連接儲能器12。在電感10和阻擋裝置11之間設(shè)有開關(guān)裝置13，優(yōu)選采取開關(guān)晶體管，尤其場效應(yīng)晶體管的形式。就這方面來說，該初級轉(zhuǎn)換器2在其結(jié)構(gòu)上對應(yīng)于本身已知的升壓轉(zhuǎn)換器。此外，在與開關(guān)裝置13橫向的分支中設(shè)置諧振電感14，該諧振電感和與其并聯(lián)的諧振電容器15—起形成諧振回路16。就此而言，該電壓轉(zhuǎn)換器(升壓轉(zhuǎn)換器)被構(gòu)造為諧振轉(zhuǎn)換器2。在此，輸出端6處于輸入電感10、諧振電感14、諧振電容器15和開關(guān)裝置或阻擋裝置11之間的連接點上，因此在通過阻擋裝置11 “整流”之前，而不是如常見的那樣在此之后，也就是在輸出存儲器12上。
[0041]組件10，11和12可以如在常規(guī)的轉(zhuǎn)換器中那樣確定規(guī)格，其中輸入電感10例如可以具有3μΗ的數(shù)值，和其中對于開關(guān)晶體管13可以接上20Π1Ω的電阻。作為阻擋裝置11可以使用例如具有5Α至8Α電流承載能力的肖特基二極管，而作為輸出存儲器12可以使用具有50 μ F的電容器。
[0042]諧振回路16的組件規(guī)格確定得明顯更小，其中諧振線圈14可以例如具有330ηΗ的電感，而諧振電容器可以具有150nF的電容。
[0043]有利的是，由于該諧振回路16而在來自輸入端3的電流中幾乎不出現(xiàn)諧波，使得實際上省去輸入電感10的諧波負(fù)擔(dān)。在圖6中示例性闡明流過輸入電感10的電流110，其中存在或多或少良好的正弦形。因此，在本初級轉(zhuǎn)換器2中可以省去否則需要的輸入濾波器，盡管有可以將規(guī)格確定得非常小的諧振回路部件，但仍帶來節(jié)省。
[0044]在圖7A中示例性闡明流過輸入電感10的電流IlO的頻譜，其中得到:二次和三次諧波恰好仍舊可見，但更高次的諧波不再可測量。
[0045]與此相比，在圖7B中示出用于帶有輸入濾波器的常規(guī)轉(zhuǎn)換器的輸入電流Iin的頻譜，其中例如九次諧波仍舊清晰可見。(在圖7A和7B中用“I”至“3”或“I”至“9”表示諧波，其中圖7B中由于位置原因省略“8”)。
[0046]對于兩個圖解，圖7A以及7B，考慮從IOOkHz至3MHz的頻率范圍。
[0047]因此，與常規(guī)的解決方案相比，在本構(gòu)造中電感10中來自諧波的損耗份額明顯更小，其中電感10對于諧波的阻抗遠(yuǎn)高于對基波的阻抗。
[0048]根據(jù)圖5的初級轉(zhuǎn)換器2的功能由初級調(diào)節(jié)器17控制。該初級調(diào)節(jié)器17必須考慮，在本初級轉(zhuǎn)換器2中傳輸?shù)哪芰咳Q于開關(guān)晶體管13接通和斷開時的頻率，其中最高頻率對應(yīng)于諧振回路16的諧振頻率。在此，對于次級轉(zhuǎn)換器7.1，在其輸入端上、也就是初級轉(zhuǎn)換器的輸出端6上需要最低頻率，以便在相應(yīng)的輸出端8.1上達到期望的準(zhǔn)確度(“紋波”最大尺寸)。
[0049]初級調(diào)節(jié)器17以其輸出端與開關(guān)晶體管13連接，以便如上所述使該開關(guān)晶體管接通和斷開。初級調(diào)節(jié)器17以兩個輸入端18，19連接在開關(guān)晶體管13的漏電極和源電極上，其中此外還可以設(shè)置電阻20作為電流測量電阻。[0050]當(dāng)開關(guān)晶體管13中出現(xiàn)最小損耗時，初級轉(zhuǎn)換器2盡可能有效地工作。這可以用以下方式達到，即當(dāng)電流從負(fù)上升為正并具有一個過零點時初級調(diào)節(jié)器17斷開開關(guān)晶體管13，其中在過零點時進行開關(guān)，見圖8A中的箭頭:在圖8A中闡明初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端上的電壓U6，流過輸入電感的電流110以及流過開關(guān)晶體管13的電流113。另一個過零點，也就是從正到負(fù)優(yōu)選應(yīng)該不被選擇用于開關(guān)，因為于是負(fù)電流流過開關(guān)晶體管13的(在圖5未示出的)寄生二極管，這意味著對應(yīng)的損耗。
[0051]可能有這樣的狀況，其中不存在這種電流過零點，參見圖SB，例如在負(fù)載或電壓跳變時或者在轉(zhuǎn)換裝置啟動(Hochfahren)時。在這種特殊情況下在電流最小值時進行開關(guān)是適宜的，參見圖8B，其中這里還可以把開關(guān)損耗減到最小。
[0052]該電流最小值雖然同樣可以通過晶體管13上的電壓降(見端子18，19)或者借助于電流測量電阻，也就是電阻20由初級調(diào)節(jié)器17檢測，但更有利的這里不如此，而是考慮初級轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓U6的同時正過零點，因為與電流相比，輸出電壓U6的規(guī)格更大，并因此測量起來可以更簡單。該測量具體見于圖5，由于看得很清楚，故不再贅述，但是本身是常規(guī)的，并且在初級調(diào)節(jié)器17上示意地闡明用于所測量的輸出電壓U6的輸入端W。
[0053]當(dāng)不需要電壓提升時，更確切地當(dāng)只產(chǎn)生低于電源電壓的輸出電壓U6，在初級轉(zhuǎn)換器2中的儲能器12可以和輸入端3連接在一起，見圖5的連接21。但這里為了靈活地應(yīng)對其他可能的運行狀況，在該連接21中優(yōu)選布置開關(guān)元件22。
[0054]在圖9中闡明次級轉(zhuǎn)換器的示例性實施，這里為了簡單起見用7，不加附點i表示該次級轉(zhuǎn)換器，該次級轉(zhuǎn)換器的輸出端8也是如此。次級轉(zhuǎn)換器7的輸入端與根據(jù)圖5的初級轉(zhuǎn)換器2的輸出端6連接。另外，在圖9中可以清楚看出，輸出存儲器9，即規(guī)格對應(yīng)地確定的電容器，不直接與輸出端8連接，而是在其之間存在下文將要更詳細(xì)說明的組件。
[0055]在輸入端6和輸出存儲器9之間存在由次級調(diào)節(jié)器24操作的開關(guān)元件23。
[0056]在次級轉(zhuǎn)換器7中也力求獲得盡可能小的損耗，這尤其是通過避免補償電流達至IJ。如前所述，為此首先力求，當(dāng)輸入電壓U6等于輸出存儲器9上的輸出電壓或電壓U9 (見圖10)時，使輸出存儲器或電容器9充電，亦即連接在輸入電壓U6上，其中如上所述輸入電壓U6在接通時刻應(yīng)該處于上升中。
[0057]開關(guān)元件23根據(jù)圖9A優(yōu)選由二極管24和開關(guān)晶體管25組成，或必要時根據(jù)圖9B在損耗功率的觀點方面由兩個串聯(lián)布置的極性相反的晶體管26，27組成，如從寄生二極管的方向可以識別的。
[0058]因為次級調(diào)節(jié)器7的任務(wù)在于在輸出端8上壓入電流，因此在輸出存儲器9和輸出端8之間設(shè)置電流傳感裝置28，其中次級調(diào)節(jié)器24獲得對應(yīng)的電流測量信號“128”的輸送，以便獲得有關(guān)從儲能器9流入輸出端8的電流的信息。
[0059]作為這種電流傳感裝置28(以及圖5中的20)的示例，除分流電阻外還可以列舉電感式探頭，霍爾效應(yīng)傳感器等傳感裝置。
[0060]當(dāng)輸入端6上的電壓等于輸出端8上或?qū)嶋H儲能器9上的電壓時，如上所述，次級調(diào)節(jié)器24使開關(guān)元件23閉合。然后通過輸入端6上的上升的電壓U6 —直對儲能器，亦即電容器9充電，直至次級調(diào)節(jié)器24在其調(diào)節(jié)算法的關(guān)聯(lián)中確定在電容器9中已存儲足夠的能量為止。為了該確定，例如可以使用從存儲器-電容器9流到輸出端8的電流128。當(dāng)次級調(diào)節(jié)器7確定應(yīng)該斷開開關(guān)元件23時，借助于電流傳感裝置28檢測的電流128達到最大值，其中以此禁止能量從輸入端6流動到輸出存儲器，亦即電容器9。為此圖9示意地示出比較器29,輸入端6或輸出端8上的電壓被輸送給該比較器，而該比較器的輸出施加在開關(guān)信號元件30上，以便在相等時引起接通信號，通過乘法器或與門31將該接通信號施加在開關(guān)元件23上。另一方面，向另一個比較器32輸送電流傳感裝置28的信號。該電流信號與從額定值發(fā)生器33輸送的額定值信號34比較，然后在相等時產(chǎn)生斷開開關(guān)信號并斷開開關(guān)元件23，還參見圖10。
[0061]當(dāng)應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)到電壓時，可以直接考慮輸出端8上的電壓用來調(diào)節(jié)，如這同樣在比較器32的上輸入端上作為替代方案所表不的。
[0062]另一個可能性在于，當(dāng)規(guī)定要對次級調(diào)節(jié)器24進行功率調(diào)節(jié)時，檢測電流128和電壓U8的乘積，亦即輸出功率P=I28xU8。在上述兩個情況下，對應(yīng)地設(shè)置額定值發(fā)生器或調(diào)節(jié)裝置33，例如微控制器或其他適當(dāng)?shù)碾娐?，以便提供期望的額定值。
[0063]在圖10中以曲線圖示出與輸入電壓U6、輸出電壓U9或U8以及比較器32的另一輸入端上的實際值35 (也就是由傳感裝置28測量的電流值128、或者輸出電壓U8或U9，或者電流與電壓的乘積P)的變化關(guān)聯(lián)的開關(guān)元件23的接通和斷開。另外，用箭頭表示針對開關(guān)元件23的開關(guān)信號“閉合”和“斷開”。
[0064]正如在圖9另外闡明的，還規(guī)定，通過控制信號36使短時間的接通和斷開成為可能，該控制信號由控制元件37——例如微控制器，開關(guān)或者其他任何信號發(fā)生器——輸出；為了在此無需對輸出存儲器9放電，設(shè)置適當(dāng)?shù)拈_關(guān)，例如開關(guān)晶體管用作輸出端8上的分離裝置38。在這種利用開關(guān)38的實施中有利的是，即使輸出端8斷開，仍能保持針對輸出端8的調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0065]盡管以上根據(jù)特別優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)的說明，但顯而易見在本發(fā)明的范圍內(nèi)其他變換和修改是可能的。由此作為電流傳感裝置20或28不僅可以設(shè)置分流電阻、電感式電流傳送器或者霍爾效應(yīng)傳感器，而且可以設(shè)置其他元件，諸如PTC或者NTC電阻等，它們可以通過熱效應(yīng)或者通過電機械或熱機械效應(yīng)推斷出電流強度。作為開關(guān)裝置或阻擋裝置11，除如前所述除了二極管或肖特基二極管外還可以使用諸如開關(guān)晶體管的開關(guān)。另外，當(dāng)一開始就確信從不需要與輸入端3上的輸入電壓(也就是電源電壓)相比更高的輸出電壓時，初級轉(zhuǎn)換器2不一定需要如所示地配置為升壓轉(zhuǎn)換器。
【權(quán)利要求】
1.轉(zhuǎn)換裝置(I)，帶有電壓轉(zhuǎn)換器(2)和用于為至少兩個不同的耗能設(shè)備(5.1)、例如LED或LED組提供不同的電流或電壓的裝置(4)，其特征在于，作為電壓轉(zhuǎn)換器(2)設(shè)置帶有諧振回路(16)的初級轉(zhuǎn)換器(2)，該初級轉(zhuǎn)換器在輸出端(6)上輸出可變的電壓(U6)，該電壓從〈0V變化到至少在該轉(zhuǎn)換裝置中為輸出電流所需要的最高電壓，而且用于提供不同電流或電壓的裝置(4)由至少兩個次級轉(zhuǎn)換器(7.1)形成，次級轉(zhuǎn)換器具有輸出存儲器(9)以及用于受控地將次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器(9)連接在初級轉(zhuǎn)換器(2)的輸出端上的開關(guān)裝置。
2.按照權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，當(dāng)初級轉(zhuǎn)換器輸出端的可變電壓(U6)等于相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器輸出電壓時，相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器(7.1)的開關(guān)裝置(23)將該次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器(9)連接在初級轉(zhuǎn)換器輸出端(6)上。
3.按照權(quán)利要求1或2的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，當(dāng)相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器的輸出存儲器(9)為下一個周期持續(xù)時間存儲了足夠的能量時，相應(yīng)次級轉(zhuǎn)換器(7.1)的開關(guān)裝置(23)將該輸出存儲器(9)從初級轉(zhuǎn)換器輸出端(6)斷開。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該初級轉(zhuǎn)換器(2)是升壓調(diào)節(jié)器，優(yōu)選升壓轉(zhuǎn)換器。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該初級轉(zhuǎn)換器輸出端(6)由輸入電感(10)和設(shè)置在輸入電感(10)和儲能器之間的選擇性阻擋裝置(11)之間的電路點形成，該阻擋裝置例如是二極管。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，初級轉(zhuǎn)換器(2)具有控制橫向分支中的開關(guān)裝置(13)、例如晶體管的初級調(diào)節(jié)器(17)。
7.按照權(quán)利要求6的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，當(dāng)流過開關(guān)裝置(13)的電流具有最小值時，但優(yōu)選只有當(dāng)流過開關(guān)裝置(13)的電流為正時，初級調(diào)節(jié)器(2)斷開開關(guān)裝置(13)。
8.按照權(quán)利要求6的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，當(dāng)流過開關(guān)裝置(13)的電流經(jīng)歷正的過零點時，初級調(diào)節(jié)器(2)斷開開關(guān)裝置(13)。
9.按照權(quán)利要求4至8中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于從初級轉(zhuǎn)換器(2)的儲能器(12)到該初級轉(zhuǎn)換器的輸入端(3)的可接通的連接，以便導(dǎo)致次級轉(zhuǎn)換器(7.1)的降壓轉(zhuǎn)換器特性。
10.按照權(quán)利要求1至9中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，每個次級轉(zhuǎn)換器(7.1)都具有次級調(diào)節(jié)器(24)，向該次級調(diào)節(jié)器分配次級轉(zhuǎn)換器輸出端(8)或輸出存儲器(9)上的電壓作為調(diào)節(jié)參量。
11.按照權(quán)利要求1至10中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，每個次級轉(zhuǎn)換器(7.1)都具有電流傳感裝置(28)，例如分流電阻或者電感式電流傳送器，用以檢測從輸出存儲器(9)到次級轉(zhuǎn)換器輸出端(8)的電流(128)，其中所檢測的電流作為調(diào)節(jié)參量被輸送給次級轉(zhuǎn)換器(7.1)的次級調(diào)節(jié)器(30)。
12.按照權(quán)利要求10至11的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該次級調(diào)節(jié)器(7.1)把電壓(U8)和電流(128)的乘積用作用于在輸出次級轉(zhuǎn)換器輸出端(8)上輸出的功率的調(diào)節(jié)參量。
13.按照權(quán)利要求1至12中任一項的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該次級轉(zhuǎn)換器(7.1)具有分離裝置(28)，例如開關(guān)晶體管，用來將次級轉(zhuǎn)換器輸出端(8)與輸出存儲器(9)分離。
【文檔編號】H05B33/08GK103583081SQ201280018143
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】C·施特格 申請人:大陸汽車有限公司