用于發(fā)光元件的變換器、led轉(zhuǎn)換器和變換器操作方法
【專利摘要】一種用于給發(fā)光元件(5)供電的電隔離的變換器(59)，其包括初級側(cè)電路(60)，該初級側(cè)電路包括具有兩個交替時鐘控制開關(guān)(21,22)的半橋電路和LLC諧振電路(25-27)。該變換器(59)還包括次級側(cè)電路(30)，其具有用于給該發(fā)光元件(5)供應(yīng)電能的輸出端(35)。控制裝置(14)設(shè)計(jì)用于根據(jù)在初級側(cè)電路(60)中獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)來控制所述半橋電路，以將由該次級側(cè)電路(30)提供給該發(fā)光元件(5)的電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)到期望值。
【專利說明】用于發(fā)光元件的變換器、LED轉(zhuǎn)換器和變換器操作方法
[0001]本發(fā)明涉及為發(fā)光元件供電的變換器、LED轉(zhuǎn)換器和變換器操作方法。本發(fā)明尤其涉及這樣的裝置和方法，其中，利用所謂的SELV( “安全特低壓”或“安全特低電壓”)裝置為一個尤其是包含一個或多個發(fā)光二極管的發(fā)光元件供應(yīng)電能。本發(fā)明還涉及允許發(fā)光元件調(diào)光的裝置和方法。
[0002]具有電位隔離功能的變換器用于從輸入側(cè)向輸出側(cè)電分離式地傳輸電能。這樣的變換器被用在各種應(yīng)用場合以用于供應(yīng)電流或供應(yīng)電壓，例如像用在時鐘開關(guān)網(wǎng)絡(luò)部中那樣。在時鐘變換器中，采用了可以呈功率開關(guān)形式的可控開關(guān)并被時鐘操作，以將電能傳輸?shù)捷敵鰝?cè)。電隔離式的能量傳輸可以通過使用變換器或者其它傳輸件來實(shí)現(xiàn)。要求這樣的電流隔斷或者電位隔離是出于安全考慮，為了通過所謂的電位勢壘或SELV勢壘使ELV(特低壓)區(qū)與具有較高供應(yīng)電壓且尤其是電網(wǎng)電壓的區(qū)域隔離。
[0003]為了操作發(fā)光元件可以采用變換器，它呈具有諧振電路的所謂共振變換器的形式構(gòu)成。該諧振電路可以是串聯(lián)諧振電路或者并聯(lián)諧振電路。在設(shè)計(jì)變換器時有著保持低損耗的目標(biāo)。對于應(yīng)該適用于操作可調(diào)光的發(fā)光元件尤其是操作發(fā)光二極管(LED)如無機(jī)二極管或有機(jī)二極管(OLED)的變換器來說，逐漸存在以下要求，即，實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)光能力。
[0004]調(diào)節(jié)在操作裝置的ELV側(cè)的輸出電流或輸出電壓的可能性在于，在ELV側(cè)獲取并處理一個調(diào)節(jié)參數(shù)。調(diào)節(jié)步驟可完全在ELV側(cè)進(jìn)行，在這里，根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)來操作例如在ELV側(cè)的一個開關(guān)?；蛘?，調(diào)節(jié)步驟也可以在以較高的供應(yīng)電壓來操作的變換器輸入側(cè)進(jìn)行。但這迄今要求在次級側(cè)獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)通過隔離器被回饋至輸入側(cè)。SELV勢壘的橋接要求相應(yīng)的組成部件，其增大操作裝置的結(jié)構(gòu)空間和/或成本。US2012/0033453A1描述了一個用于共振變換器的例子，其包括一個半橋和一個LLC電路并設(shè)有隔離器用于將輸出側(cè)測得的參數(shù)反饋至輸入側(cè)。US2012/0033453A1描述了一個用于共振變換器的例子，其中根據(jù)在次級側(cè)獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)在變換器的低壓范圍內(nèi)操作開關(guān)。
[0005]人們需要一種裝置和一種方法，其在上述目的方面帶來了改進(jìn)。尤其是人們需要一種裝置和一種方法，在此可以減輕或者避免與SELV勢壘橋接相關(guān)聯(lián)的電路技術(shù)的復(fù)雜性和/或成本。人們也需要這樣的裝置和方法，其允許高效能量傳輸和大范圍調(diào)光能力。根據(jù)本發(fā)明，提供具有如獨(dú)立權(quán)利要求所述的特征的變換器、LED轉(zhuǎn)換器和方法。從屬權(quán)利要求限定多個實(shí)施方式。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如此操作具有時鐘操作的初級側(cè)半橋電路和LLC諧振電路的變換器，即，與初級側(cè)電路電隔離的次級側(cè)電路的輸出電流強(qiáng)度根據(jù)在初級側(cè)電路中獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)被調(diào)節(jié)。根據(jù)實(shí)施例的變換器和方法此時利用了流過與半橋電路的開關(guān)串聯(lián)的分流電阻的初級側(cè)電路中的電流如峰值電流，其與在輸出側(cè)提供的電流強(qiáng)度的關(guān)系是已知的。輸出電流強(qiáng)度可基于初級側(cè)獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)來調(diào)節(jié)，無須為此在次級側(cè)獲取輸出電流強(qiáng)度和/或通過單獨(dú)的隔離器經(jīng)SELV勢壘反饋。調(diào)節(jié)參數(shù)可在初級側(cè)與參考值比較。為此例如可采用相應(yīng)的比較器。通過采用形成有LLC諧振電路的共振變換器和半橋控制裝置，可以獲取高效的能量傳輸和調(diào)光能力。為了調(diào)光或者說為了實(shí)現(xiàn)亮度指令，可以調(diào)整用于與調(diào)節(jié)參數(shù)比較的參考值。輸出電流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)可以在無須為此設(shè)置在次級側(cè)相應(yīng)的邏輯電路和/或開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。
[0007]根據(jù)一個實(shí)施例，提供一種具有電位隔離功能的變換器，被設(shè)置用于給發(fā)光元件供電。變換器包括具有半橋電路的初級側(cè)電路，半橋電路具有兩個交替時鐘控制開關(guān)，初級側(cè)電路還具有諧振電路，諧振電路與所述兩個開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)連接。諧振電路包括LLC諧振電路并尤其可以是串聯(lián)LLC諧振電路。變換器包括具有用于發(fā)光元件供電的輸出端的次級側(cè)電路?？刂蒲b置被設(shè)置用于根據(jù)在初級側(cè)電路獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)控制半橋電路，以將由次級側(cè)電路供給發(fā)光元件的電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)到額定值。這樣的變換器允許調(diào)節(jié)輸出電流強(qiáng)度，無須在次級側(cè)獲取輸出電流強(qiáng)度和/或經(jīng)SELV勢壘反饋輸出電流強(qiáng)度。
[0008]變換器可呈恒定電流源或FCC裝置形式構(gòu)成。變換器能以在SELV區(qū)和非SELV區(qū)之間具有電隔離作用的裝置的形式構(gòu)成。
[0009]該控制裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)所獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)來調(diào)節(jié)用以使半橋電路的兩個開關(guān)通斷的頻率，以便將由次級側(cè)電路提供給發(fā)光元件的電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)到額定值?？刂蒲b置能調(diào)整用以通斷所述兩個開關(guān)中的每個開關(guān)的頻率。
[0010]該控制裝置可被設(shè)置用于根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)與參考值的比較來控制半橋電路。這允許簡單且低成本地實(shí)現(xiàn)輸出電流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。
[0011]該變換器可以包括與該控制裝置連接的用于將調(diào)節(jié)參數(shù)與參考值相比較的比較器。該參考值可以是模擬的參考信號，其可由控制裝置提供給比較器。
[0012]初級側(cè)電路可被設(shè)置用于將關(guān)于初級側(cè)電路的供應(yīng)電壓的信息提供給控制裝置?？刂蒲b置可被設(shè)置用于根據(jù)關(guān)于供應(yīng)電壓的信息來改變所述參考值。供應(yīng)電壓可以是由整流電路或者功率因數(shù)修正電路(PFC電路)提供的總線電壓。控制裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)供應(yīng)電壓的脈動來改變所述參考值?？刂蒲b置可以被設(shè)置用于根據(jù)隨著對應(yīng)于供應(yīng)電壓脈動周期的周期時間的供電電壓脈動來改變所述參考值。
[0013]該控制裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)調(diào)光指令來改變參考值。變換器以定時驅(qū)動的共振變換器形式構(gòu)成容許大范圍調(diào)光的能力。
[0014]該控制裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)在初級側(cè)電路中獲取的測量參數(shù)來確定關(guān)于與次級側(cè)電路輸出端連接的負(fù)載的信息。因此，也可以發(fā)現(xiàn)所述負(fù)載，而無須為此橋接SELV勢壘。測量參數(shù)可以不同于調(diào)節(jié)參數(shù)。該控制裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)測量參數(shù)來檢測與次級側(cè)電路輸出端連接的LED數(shù)量的變化。該控制裝置可以被設(shè)置用于根據(jù)與次級側(cè)電路的輸出端連接的負(fù)載來改變所述參考值，為此不需要通過隔離器由次級側(cè)電路反饋的信號。該控制裝置可被設(shè)置用于如此改變所述參考值，即，由負(fù)載變化引起的輸出電流變化通過參考值調(diào)整來減小。該控制裝置可被設(shè)置用于如此改變所述參考值，即，對于由變換器供電的不同數(shù)量的LED，通過該變換器提供一致的電流強(qiáng)度?？蓪⒂韶?fù)載變化引起的波動保持小于閾值。依據(jù)負(fù)載的補(bǔ)償可通過該控制裝置來計(jì)算實(shí)現(xiàn)和/或在使用補(bǔ)償用存儲數(shù)據(jù)的情況下例如根據(jù)特征曲線來實(shí)現(xiàn)。
[0015]作為替代或補(bǔ)充，該控制裝置可被設(shè)置用于根據(jù)測量參數(shù)來啟動一個限制所發(fā)出的功率的程序。
[0016]作為替代或補(bǔ)充，該控制裝置可被設(shè)置用于根據(jù)測量參數(shù)來執(zhí)行故障檢測并在發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)時啟動故障工作狀態(tài)。由控制裝置發(fā)現(xiàn)的故障的例子包含在變換器輸出端的短路和/或斷路。故障工作狀態(tài)可如此實(shí)現(xiàn)，即，控制裝置發(fā)出表示故障的信號，啟動安全斷路和/或啟動阻止不允許的變換器工作狀態(tài)的其它措施。
[0017]作為替代或補(bǔ)充，該控制裝置可被設(shè)置用于根據(jù)測量參數(shù)發(fā)出一信號，該信號包含關(guān)于所發(fā)現(xiàn)的負(fù)載的信息。這樣的信號例如可以是根據(jù)DALI(數(shù)字可尋址照明接口)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的信號例如數(shù)據(jù)電報(bào)。該信號能作為對相應(yīng)的DALI問詢的應(yīng)答而產(chǎn)生。
[0018]該調(diào)節(jié)參數(shù)可以與在初級側(cè)電路中的電流的峰值成比例，該測量參數(shù)可以與在初級側(cè)電路中的同一電流的平均值成比例。初級側(cè)電路可以包括一個分流電阻，其與半橋電路的所述開關(guān)串聯(lián)。該調(diào)節(jié)參數(shù)可以與流過分流電阻的峰值電流成比例，測量參數(shù)可以與流過分流電阻的電流的平均值成比例。
[0019]諧振電路可以包括一個電感元件和一個電容元件，它們與變壓器的初級線圈串聯(lián)。諧振電路可以包括串聯(lián)的兩個電感器和一個電容。
[0020]次級側(cè)電路可以包括與輸出端連接的其它電感元件。次級側(cè)電路可以是整流器并包括接設(shè)在整流器輸出端之后的電感器。
[0021]根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種LED轉(zhuǎn)換器，它包括根據(jù)實(shí)施例的所述變換器。
[0022]根據(jù)另一個實(shí)施例，給出一種照明系統(tǒng)，它包括所述LED轉(zhuǎn)換器和與之連接的發(fā)光元件。該發(fā)光元件可以包括一個或多個發(fā)光二極管(LED)。所述二極管可以包括無機(jī)二極管和/或有機(jī)二極管。所述二極管可以被集成到一個LED模塊中，該LED模塊與LED轉(zhuǎn)換器分開構(gòu)成。該照明系統(tǒng)還可以包括中央控制裝置，其被設(shè)置用于將調(diào)光指令傳輸給LED轉(zhuǎn)換器。
[0023]根據(jù)另一個實(shí)施例，給出一種用于發(fā)光元件的變換器的操作方法。變換器包括初級側(cè)電路和與之電隔離的次級側(cè)電路。初級側(cè)電路包括具有兩個交替時鐘控制開關(guān)的半橋電路和與所述兩個開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)連接的諧振電路，其中該諧振電路包括LLC諧振電路。在此方法中，半橋電路根據(jù)在初級側(cè)電路內(nèi)獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)來如此控制，即，由次級側(cè)電路交付給發(fā)光元件的電流強(qiáng)度被調(diào)節(jié)到額定值。
[0024]根據(jù)有利的或優(yōu)選的實(shí)施例的方法實(shí)施方式以及分別借此獲取的作用對應(yīng)于參照變換器和LED轉(zhuǎn)換器所描述的實(shí)施方式。
[0025]以下將參照附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例來詳述本發(fā)明。
[0026]圖1示出了包括根據(jù)一個實(shí)施例的LED轉(zhuǎn)換器的照明系統(tǒng)的示意圖。
[0027]圖2示出了根據(jù)一個實(shí)施例的變換器的電路圖。
[0028]圖3示出了由變換器控制裝置產(chǎn)生的用于半橋控制的控制指令。
[0029]圖4示出了根據(jù)一個實(shí)施例的方法的流程圖。
[0030]圖5示出了根據(jù)另一個實(shí)施例的變換器的電路圖。
[0031]圖6示出了根據(jù)一個實(shí)施例的方法的流程圖。
[0032]圖7示出了根據(jù)總線電壓的脈動來調(diào)整參考值以進(jìn)一步說明根據(jù)實(shí)施例的變換器和方法的工作方式。
[0033]圖8示出了根據(jù)負(fù)載來調(diào)整參考值以進(jìn)一步說明根據(jù)實(shí)施例的方法和變換器的工作方式。
[0034]圖9示出了根據(jù)另一個實(shí)施例的變換器的電路圖。
[0035]圖10示出了根據(jù)另一個實(shí)施例的變換器的電路圖。
[0036]以下所述的各個不同實(shí)施例的特征能夠相互組合，只要在以下說明中沒有明確排除這樣的組合。
[0037]圖1示出了照明系統(tǒng)I，在該照明系統(tǒng)中，根據(jù)一個實(shí)施例的操作裝置2給LED3供電。操作裝置2能以LED轉(zhuǎn)換器的形式構(gòu)成。LED轉(zhuǎn)換器2能以恒定電流源的形式構(gòu)成。LED轉(zhuǎn)換器2可如此構(gòu)成，LED3的亮度可通過例如經(jīng)由總線4傳輸或無線傳輸?shù)闹噶顏碚{(diào)節(jié)。LED轉(zhuǎn)換器2可以包括用于與中央控制器通訊的相應(yīng)接口并被設(shè)置成用于經(jīng)由該接口接收調(diào)光指令以及通過該接口輸出關(guān)于LED轉(zhuǎn)換器2和/或LED3的工作狀態(tài)的信息。
[0038]LED轉(zhuǎn)換器2能以SELV裝置的形式構(gòu)成，其中，初級側(cè)電路(例如非SELV側(cè))和次級側(cè)電路(例如SELV側(cè))是電隔離的。LED轉(zhuǎn)換器2可以包括AC/DC變換器10。AC/DC變換器10可被設(shè)置用于在輸入側(cè)與電網(wǎng)電壓相連接。AC/DC變換器10可以呈所謂的整流電路或功率因數(shù)修正電路(PFC)形式。AC/DC變換器10向具有輸入側(cè)電路或者說初級側(cè)電路11和與之電隔離的輸出側(cè)電路或者說次級側(cè)電路13的變換器提供一個總線電壓Vbus。電隔離將由變壓器12或其它變換裝置來實(shí)現(xiàn)。
[0039]LED轉(zhuǎn)換器2如此構(gòu)成，由LED轉(zhuǎn)換器2提供給LED的電流強(qiáng)度被調(diào)節(jié)到一個額定值。這種調(diào)節(jié)此時基于在初級側(cè)電路11獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)來進(jìn)行，該調(diào)節(jié)參數(shù)可以尤其是流過電阻的峰值電流或者與峰值電流成比例的參數(shù)。除輸出電流外，也可以調(diào)節(jié)輸出功率。為了根據(jù)在初級側(cè)電路中獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)來調(diào)節(jié)輸出電流，控制裝置14相應(yīng)地與初級側(cè)電路11連接，以接收調(diào)節(jié)參數(shù)或者關(guān)于調(diào)節(jié)參數(shù)與一個參考值比較的信息?？刂蒲b置14根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)與該參考值的比較來控制初級側(cè)電路11的半橋電路?？刂蒲b置14尤其可以根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)與該參考值的比較來改變用以使半橋電路的兩個開關(guān)通斷的頻率?？刂蒲b置14可以附加滿足其它功能，像根據(jù)調(diào)光指令調(diào)整該參考值，識別與LED轉(zhuǎn)換器2連接的負(fù)載，尤其是識別LED數(shù)量或者輸出功率和/或識別故障狀態(tài)。這樣的功能和實(shí)施方式將參照圖2-10來詳述。控制裝置14也可以與AC/DC變換器連接以調(diào)整例如總線電壓。
[0040]如圖1示意所示，在LED轉(zhuǎn)換器2中調(diào)節(jié)被供給LED3的輸出電流，無須為此在SELV側(cè)進(jìn)行測量和/或無須通過SELV勢壘反饋相應(yīng)的測量結(jié)果?？刂蒲b置14如此被設(shè)置，它根據(jù)在初級側(cè)測量的峰值電流控制初級側(cè)電路11的至少一個組成部件，以將由操作裝置提供給LED3的輸出電流調(diào)節(jié)到期望值。
[0041 ] 圖2是根據(jù)一個實(shí)施例的變換器19的電路圖。變換器19包括初級側(cè)電路20和次級側(cè)電路30。在初級側(cè)電路20和次級側(cè)電路30之間存在電位隔離。為了隔離，設(shè)有具有初級線圈28和次級線圈29的變壓器。該變壓器具有主電感器，其也能作為LLC諧振電路的其中一個電感器。這在圖2中象征性地作為第二電感器26被示出。變換器19可以在LED轉(zhuǎn)換器2或者其它操作裝置中被用于操作LED，以完成如圖1所示的初級側(cè)電路11、電隔離12和次級側(cè)電路13的功能。變換器19用作DC/DC變換器。初級側(cè)電路20可以是非SELV區(qū)，次級側(cè)電路30可以是SELV區(qū)，它們通過SELV勢壘39隔離開。
[0042]初級側(cè)電路20包括LLC諧振電路，其呈串聯(lián)諧振電路形式。LLC諧振電路具有串聯(lián)的第一電感器25、第二電感器26和一個電容27。第二電感器26如上所述是初級線圈28的漏電感器。第二電感元件26如上所述表示變壓器初級線圈28的主電感器。第二電感元件26可以是諧振電路的主電感器,其電感大于第一電感器25。第一電感器25也可以被集成到變壓器中并且例如是漏電感器?；蛘?，也可以除了變壓器的初級線圈28之外設(shè)置附加電感器，其也作為LLC諧振電路的兩個電感器中的一個電感器。LLC諧振電路的其它實(shí)施方式也是可行的。例如可以在第一電感器25和第二電感器26之間布設(shè)電容27。
[0043]初級側(cè)電路20包括半橋電路，其具有可以是功率開關(guān)的第一開關(guān)21和可以是功率開關(guān)的第二開關(guān)22。第一開關(guān)21和第二開關(guān)22可以相同并且半橋電路能以對稱半橋電路形式構(gòu)成。一分流電阻23與第一開關(guān)21和第二開關(guān)22串聯(lián)。諧振電路與第一開關(guān)21和第二開關(guān)22之間節(jié)點(diǎn)連接。諧振電路與在兩個開關(guān)21、22之間的半橋電路中點(diǎn)連接。諧振電路的第一電感器25的第一接線端可與半橋電路的第一開關(guān)21和第二開關(guān)22之間的節(jié)點(diǎn)連接。第一電感器25的另一接線端可與該諧振電路的第二電感器26的第一接線端連接。該諧振電路的第二電感器26的第二接線端26可與電容27的第一接線端連接。
[0044]在變換器19工作中，控制裝置14控制第一開關(guān)21和第二開關(guān)22。此時，每個所述開關(guān)可以分別以相同設(shè)定的頻率來通斷。控制裝置14如此控制第一開關(guān)21和第二開關(guān)22，即，總是只有其中一個開關(guān)是接通的。第一開關(guān)21和第二開關(guān)22被控制裝置14交替定時通斷驅(qū)動。在一個開關(guān)的斷開和另一個開關(guān)的接通之間的無用時間可以短，尤其比開關(guān)頻率的倒數(shù)小許多。
[0045]圖3以曲線41和曲線42示意性示出了如由控制裝置14所調(diào)節(jié)出的第一開關(guān)21的狀態(tài)和第二開關(guān)22的狀態(tài)。由控制裝置14加在開關(guān)上的柵電壓的兩個升沿之間的時間間隔40取決于一般可匹配協(xié)調(diào)于LLC振蕩電路的共振頻率的開關(guān)頻率。用以通斷第一開關(guān)21和第二開關(guān)22的頻率可以由控制裝置14改變，以將在變換器輸出端35提供給負(fù)載5的電流調(diào)節(jié)到某個額定值。控制裝置14可如此被設(shè)置，用以通斷第一開關(guān)21和第二開關(guān)22的頻率根據(jù)流過分流電阻23的峰值電流來調(diào)節(jié)，如還將詳述的那樣。如圖2所示，次級側(cè)電路30具有接設(shè)在次級線圈29之后的整流器，整流器例如可以由第一二極管31和第二二極管32構(gòu)成。次級線圈29的中點(diǎn)可以與次級側(cè)電路輸出端連接。次級線圈29的兩端可以通過二極管31、32與輸出端35連接。為了整流該輸出電流，可以設(shè)有一個電感元件33如線圈，經(jīng)此給輸出端35提供電流。一電容器34可設(shè)置在整流器的輸出端之間。電容器34可以具有較小的電容。通過將次級側(cè)電路30設(shè)計(jì)成具有電感元件33，變換器19能作為恒定電流源或FCC裝置來操作。與輸出端35連接的負(fù)載5可以包括一個LED、多個LED的LED段或者多個LED段。所述LED可以被集成到一個LED模塊中。
[0046]在變換器19的輸出端35的輸出電流的調(diào)節(jié)根據(jù)初級側(cè)測量的峰值電流并通過控制半橋電路的初級側(cè)開關(guān)來進(jìn)行。為了將輸出電流調(diào)節(jié)到額定值，不需要在次級側(cè)電路30中設(shè)置用于調(diào)節(jié)步驟的開關(guān)和/或分析邏輯電路。如圖2所示，可以如此構(gòu)成次級側(cè)電路30，它不包含用于調(diào)節(jié)步驟的分析邏輯電路。另外，無需隔離器來通過SELV區(qū)傳輸調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0047]作為調(diào)節(jié)參數(shù)，可以采用流過分流電阻23的峰值電流。流過分流電阻23的峰值電流在變換器19中處于與在變換器輸出端35的輸出電流的已知的關(guān)系中。相應(yīng)地，可在初級側(cè)測定的流過分流電阻23的峰值電流可被用于調(diào)節(jié)變換器19的輸出電流并作為FCC裝置操作該變換器19。根據(jù)在初級側(cè)測定的調(diào)節(jié)參數(shù)，可以相應(yīng)控制半橋以調(diào)節(jié)輸出電流。不需要為了調(diào)節(jié)該輸出電流而設(shè)置次級側(cè)的開關(guān)。
[0048]變換器19可如此被設(shè)置，流過分流電阻23的峰值電流ipeak與一個參考值ref比較。為此可以設(shè)置一個比較器24。給比較器24的第一輸入端提供一個信號，該信號與流過分流電阻的電流成比例。給比較器的第二輸入端提供該參考值。參考值ref例如可以由控制裝置14產(chǎn)生。比較器24的輸出信號ipeak_cmp可以指明流過分流電阻23的峰值電流是否超過參考值ref。根據(jù)流過分流電阻的峰值電流是否超過參考值ref，控制裝置14可以調(diào)整用以通斷第一開關(guān)21和第二開關(guān)22的頻率。變換器19的輸出電流的調(diào)節(jié)根據(jù)初級側(cè)獲取的峰值電流ipeak并通過控制初級側(cè)電路中的半橋電路來實(shí)現(xiàn)。初級側(cè)獲取的峰值電流ipeak和參考值ref之間的比較能以不太復(fù)雜的電路技術(shù)采用比較器24來執(zhí)行。
[0049]用以通斷第一開關(guān)21和第二開關(guān)22的頻率的調(diào)整可以由控制裝置14通過使用預(yù)定的頻率增量或時間增量和/或基于特性曲線族來實(shí)現(xiàn)?？刂蒲b置14能以集成半橋電路形式構(gòu)成，其可以是專用特殊電路?？刂蒲b置14尤其能以ASIC(專用集成電路)形式構(gòu)成。控制裝置14也能以可編程電路形式構(gòu)成，其通過固件或軟件被如此編程，即，它根據(jù)流過分流電阻23的峰值電流來調(diào)整半橋電路控制。在變換器9的一個實(shí)施方式中，控制裝置14能根據(jù)初級側(cè)獲取的峰值電流與預(yù)定的固定參考值的比較來控制半橋電路。在其它實(shí)施例中，控制裝置14可改變參考值以完成附加功能，例如減小輸出電流脈動，轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)光指令和/或補(bǔ)償依據(jù)負(fù)載的輸出電流變化。
[0050]圖4是可由控制裝置14執(zhí)行以控制變換器的方法50的流程圖。變換器能以根據(jù)一個實(shí)施例的變換器形式構(gòu)成。該變換器具有初級側(cè)電路和與之電隔離的次級側(cè)電路。初級側(cè)電路例如可以是變換器的非SELV區(qū)，并且次級側(cè)電路可以是變換器的SELV區(qū)。
[0051]在步驟51中，獲取初級側(cè)電路中的峰值電流。該峰值電流可以是流過分流電阻的峰值電流，該分流電阻與一半橋電路的開關(guān)串聯(lián)。在步驟52中，將該峰值電流與參考值比較。此時可以確定峰值電流是否超過參考值。在步驟53中，該半橋電路基于比較結(jié)果被控制。此時，用以定時通斷半橋電路的頻率可以根據(jù)該峰值電流是否超過參考值被有選擇地調(diào)整。步驟51至53可被重復(fù)。
[0052]當(dāng)經(jīng)過了包括步驟51至53的一個或多個調(diào)節(jié)周期時，可以在步驟54中檢查是否滿足用于參考值變化的一個標(biāo)準(zhǔn)?？梢圆捎迷S多標(biāo)準(zhǔn)，在所述標(biāo)準(zhǔn)中分別改變所述參考值。例如可以根據(jù)被供給初級側(cè)電路的總線電壓來改變該參考值。參考值尤其可以根據(jù)總線電壓脈動來改變，以減小輸出電流脈動。作為替代或補(bǔ)充，參考值可以根據(jù)控制裝置14所接收的調(diào)光指令來改變，以將輸出電流調(diào)節(jié)到新的固定值，因而改變通電的LED的亮度。作為替代或補(bǔ)充，可以至少在某些工作狀態(tài)下例如在變換器啟動時根據(jù)初級側(cè)獲取的測量參數(shù)來確定與變換器輸出端連接的負(fù)載。該參考值可以根據(jù)負(fù)載而變以減小依據(jù)負(fù)載的輸出電流變化。如果在步驟54中確定參考值不應(yīng)改變，則該方法返回步驟51?？梢灾匦陆?jīng)歷一個調(diào)節(jié)周期或者多個調(diào)節(jié)周期。如果在步驟54中確定參考值應(yīng)改變，則在步驟55中相應(yīng)改變該參考值。該參考值可以例如根據(jù)所接收的調(diào)光指令來改變。為此，控制裝置14利用特性曲線族如查找表和/或以其它方式計(jì)算地將所收到的亮度值換算成用于參考值的新值。該方法返回步驟51，在這里，在下個調(diào)節(jié)周期中比較該參考值的新值。
[0053]為了執(zhí)行根據(jù)總線電壓和/或根據(jù)與變換器輸出端連接的負(fù)載的參考值調(diào)整，變換器的初級側(cè)電路獲取相應(yīng)參數(shù)并將其提供給控制裝置14。
[0054]圖5是根據(jù)另一實(shí)施例的變換器59的電路圖。在設(shè)計(jì)和功能上對應(yīng)于已參照圖1至圖4所描述的元件和裝置的元件和裝置用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示。
[0055]變換器59具有初級側(cè)電路60，其包括定時驅(qū)動的半橋電路和LLC諧振電路。如此構(gòu)成控制裝置14，它根據(jù)初級側(cè)所獲取的峰值電流來執(zhí)行半橋電路的控制，以調(diào)整變換器29的輸出電流。該參考值此時可以根據(jù)總線電壓Vbus和/或根據(jù)與變換器輸出端連接的負(fù)載來調(diào)節(jié)。
[0056]總線電壓Vbus的值vbus通過DC/AC變換器62被供給控制裝置14。總線電壓高頻噪聲可以通過電容器61或例如通過作為深通濾波器的RC組成部分(電阻和電容)被整流。如此選擇電容器61的電容，其沒有通過電容器61濾掉總線電壓的以例如10Hz頻率振蕩的波形(也稱為電壓“波紋”)，并且在信號vbus中被提供給控制裝置14，即相應(yīng)的深通濾波器的極限頻率高于被加印在供應(yīng)電壓上的電壓波紋的頻率。控制裝置14可以大于總線電壓脈動頻率的頻率問詢總線電壓的值vbus。控制裝置14可隨時間而變地尤其隨總線電壓脈動周期改變該參考值，以減小輸出電流脈動。被供給比較器的且與峰值電流相比較的參考值的調(diào)整以也大于總線電壓脈動頻率的頻率進(jìn)行。代表流過分流電阻23的平均電流的一個值iavg通過另一個DC/AC變換器65被供給控制裝置14。流過分流電阻23的電流的平均值例如可以通過電阻63和具有電容器64的深通濾波器來掌握。流過分流電阻23的電流的平均值可以在不同于根據(jù)流過分流電阻23的峰值電流的信號的另一個接線端被供給控制裝置14。流過分流電阻23的平均電流取決于輸出的功率和與變換器輸出端35連接的負(fù)載。負(fù)載變化如通電的LED的數(shù)量變化在規(guī)定的總線電壓Vbus下導(dǎo)致其與輸出端上的負(fù)載關(guān)系是已知的流過分流電阻23的電流的變化。這允許在初級側(cè)也發(fā)現(xiàn)負(fù)載或負(fù)載變化。被供給比較器24的且與峰值電流比較的參考值可以根據(jù)負(fù)載來調(diào)整。為此，例如可以采用根據(jù)負(fù)載表示輸出電流變化的線性化模型和/或表格調(diào)用，以確定需要哪種參考值調(diào)整以減小依據(jù)負(fù)載的輸出電流變化。在沒有補(bǔ)償情況下例如根據(jù)通電的LED的數(shù)量會引起的依據(jù)負(fù)載的輸出電流變化是已知的并且在理論上為人理解。在無補(bǔ)償情況下的輸出電流與負(fù)載的功能關(guān)系可被用于作為負(fù)載函數(shù)來限定參考值的相應(yīng)變化，其與未補(bǔ)償?shù)那闆r相比減小了依據(jù)負(fù)載的輸出電流變化?？刂蒲b置14也可以將與流過分流電阻23的平均電流成比例的值iavg用于其它功能。例如控制裝置14可以將關(guān)于負(fù)載的信息如在平均電流iavg中檢測負(fù)載傳輸給中央控制器。作為替代或補(bǔ)充，控制裝置14可根據(jù)平均電流iavg發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)。該故障狀態(tài)例如可以是對應(yīng)于在變換器輸出端的短路或者斷路?？刂蒲b置14可以啟動相應(yīng)的故障工作狀態(tài)，例如通過發(fā)出故障信號和/或啟動安全模式和/或斷路。
[0057]除了代表總線電壓和負(fù)載的值外，控制裝置14還可以獲取亮度指令并且根據(jù)亮度指令來調(diào)整與峰值電流比較的參考值。圖6是可由控制裝置14執(zhí)行的方法70的流程圖。如參照圖6所述的那樣，可以實(shí)現(xiàn)依據(jù)不同的時間平面或時間水平線的參考值調(diào)整。依據(jù)負(fù)載的參考值變化例如只適用于總是在用變換器啟動該操作裝置時執(zhí)行。根據(jù)調(diào)光指令的參考值調(diào)整可以總是在收到調(diào)光指令時進(jìn)行。以大于用于變換器初級側(cè)的供應(yīng)電壓的脈動頻率的頻率，可以調(diào)整該參考值適應(yīng)供應(yīng)電壓的脈動。
[0058]在步驟71中，調(diào)整參考值以適應(yīng)與變換器輸出端連接的負(fù)載。該負(fù)載例如可以在用變換器啟動操作裝置時根據(jù)流過分流電阻的平均電流iavg來識別。步驟71能以較長的時間間隔來重復(fù)。由此一來，例如可以識別并補(bǔ)償LED故障。
[0059]在步驟72中，根據(jù)調(diào)光指令來調(diào)整該參考值。步驟72能在收到新調(diào)光指令時總是被重復(fù)。
[0060]在步驟73中，該參考值根據(jù)初級側(cè)的供應(yīng)電壓的瞬時值來調(diào)整。由此一來，可以利用正向修正來事先修正由供應(yīng)電壓脈動造成的輸出電流脈動。步驟73能以大于在供應(yīng)電壓中的電壓波紋的頻率例如大于10Hz的頻率來執(zhí)行。
[0061]在步驟74中，可以進(jìn)行一個調(diào)節(jié)步驟或者多個調(diào)節(jié)步驟。此時分別根據(jù)初級側(cè)峰值電流與參考值的比較來調(diào)整半橋控制。例如，當(dāng)峰值電流超過參考值時，可以改變用以通斷半橋開關(guān)的頻率。
[0062]在步驟75中檢查是否收到新的調(diào)光指令。如果收到新的調(diào)光指令，則該方法返回至步驟72。否則，該方法返回至步驟73。
[0063]圖7是用于說明電壓波紋或者說供應(yīng)電壓脈動的修正的示意圖，能以所述修正來減小輸出電流脈動。
[0064]如圖7的左側(cè)所示，初級側(cè)供應(yīng)電壓具有脈動81。該電壓能以時間周期80波動。頻率例如可以等于100Hz。這樣的脈動能被加在由圖1的操作裝置2的AC/DC變換器10提供的總線電壓。如果參考值ref保持恒定，則變換器初級側(cè)的供應(yīng)電壓的脈動導(dǎo)致輸出電流82的脈動。
[0065]如果如圖7的右側(cè)所示該參考值85根據(jù)供應(yīng)電壓脈動而隨時間被調(diào)整，則變換器的輸出電流84具有其振幅小于參考值恒定時的振幅的脈動波形。為了相應(yīng)地隨時間調(diào)整該參考值，該參考值可以分別在一段時間之后被改變，這段時間比供應(yīng)電壓脈動的周期持續(xù)時間80短。供應(yīng)電壓可以連續(xù)或近似連續(xù)地被監(jiān)測，并且參考值總是可以被相應(yīng)調(diào)整。
[0066]圖8是用于說明依據(jù)負(fù)載的輸出電流變化的補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D。圖8以百分比示出了針對不同數(shù)量的LED按時間求平均的輸出電流lout_mean，其根據(jù)額定值來標(biāo)定，所述LED是不同的輸出功率或者用變換器供電的負(fù)載的一個例子。
[0067]圖8的左側(cè)示出了這樣的情況，此時沒有采取依據(jù)負(fù)載的補(bǔ)償。如果基于具有十六個LED的照明系統(tǒng)來減小LED數(shù)量，則這導(dǎo)致用以給LED供電的變換器的平均輸出電流的變化。所述相應(yīng)的變化具有函數(shù)關(guān)系87。在所示情況下可能觀察到達(dá)到4%的平均輸出電流的波動。
[0068]圖8的右側(cè)示出了這樣的情況，此時該控制裝置在初級側(cè)識別負(fù)載，例如由流過分流電阻的平均電流，并且執(zhí)行依據(jù)負(fù)載的補(bǔ)償。對于在圖8的右側(cè)示出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于線性化模型的補(bǔ)償。該參考值能根據(jù)流過分流電阻的平均電流被增大或減小一個值，該值取決于流過分流電阻的平均電流。除了此時參考值變化與流過分流電阻的平均電流線性相關(guān)的線性化模型外，也可以采用至少一個特性曲線族用于進(jìn)一步減小依據(jù)負(fù)載的輸出電流影響。如圖8的右側(cè)所示，基于線性化模型的補(bǔ)償已經(jīng)導(dǎo)致輸出電流中的依據(jù)負(fù)載的影響的減弱。
[0069]變換器和方法的其它變型可以在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。例如，參照圖9和圖10來描述根據(jù)實(shí)施例的另外兩個變換器，在這里，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和功能上對應(yīng)于已參照圖1至圖8所述的元件用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示。
[0070]圖9示出了根據(jù)另一實(shí)施例的變換器89，它具有初級側(cè)電路90和次級側(cè)電路30。在變換器89中，指示流過分流電阻23的峰值電流的信號未與模擬的參考信號比較。關(guān)于流過分流電阻23的電流強(qiáng)度的信息通過A/D-變換器91被供應(yīng)給控制裝置14?？刂蒲b置14可以計(jì)算檢查流過分流電阻23的峰值電流是否超過參考值。參考值此時是由控制裝置14控制的數(shù)字參考值。不同于在圖2和圖5的變換器中的情況，不必產(chǎn)生模擬的參考信號。
[0071]參考值的調(diào)整和/或改變可以由控制裝置14如參照圖1至圖8所述地執(zhí)行。
[0072]圖10示出了根據(jù)另一實(shí)施例的變換器99，它具有初級側(cè)電路100和次級側(cè)電路30。在變換器99中，初級側(cè)電路100具有包括被時鐘操作的多個開關(guān)21、22的半橋電路。在變換器99的LLC諧振電路中，變壓器的初級線圈28同時用作LLC諧振電路的電感器中的較大電感器。
[0073]雖然已經(jīng)參照附圖描述了多個實(shí)施例，但可以實(shí)現(xiàn)在其它實(shí)施例中的改變。例如，呈FCC裝置形式的變換器的輸出電流的調(diào)節(jié)也可以根據(jù)在初級側(cè)獲取的其它調(diào)節(jié)參數(shù)來執(zhí)行。雖然采用流過分流電阻的峰值電流作為調(diào)節(jié)參數(shù)能以較低的電路技術(shù)成本來實(shí)現(xiàn)，但例如也可以采用例如被集成到該半橋電路中的一個單獨(dú)的其它電阻。流過所述其它電阻的峰值電流能被用作調(diào)節(jié)參數(shù)，以將變換器的輸出電流調(diào)節(jié)到額定值。
[0074]雖然描述了負(fù)載識別根據(jù)流過分流電阻的電流的平均值來進(jìn)行的多個實(shí)施例，但負(fù)載識別也可以根據(jù)其它的尤其是初級側(cè)獲取的參數(shù)來執(zhí)行。
[0075]雖然描述了控制裝置能根據(jù)不同的參數(shù)如總線電壓脈動和所識別的負(fù)載并依據(jù)不同的時間水平線調(diào)整參考值多個實(shí)施例，但例如也可以只進(jìn)行根據(jù)供應(yīng)電壓脈動的參考值調(diào)整或者只進(jìn)行根據(jù)所識別的負(fù)載的參考值調(diào)整。
[0076]電感器和電容能分別由相應(yīng)的電感元件或電容元件構(gòu)成。但也可能的是，較小的電感器如LLC諧振電路的較小電感器以漏電感形式構(gòu)成。
[0077]根據(jù)實(shí)施例的變換器和方法尤其可被用于LED的供電。
【權(quán)利要求】
1.一種具有電位隔離功能的變換器，其被設(shè)置用于給發(fā)光元件(3 ；5)供電，包括: 初級側(cè)電路(20 ;60 ；90 ;100)，該初級側(cè)電路包括具有兩個交替時鐘控制開關(guān)(21，22)的半橋電路和與所述兩個開關(guān)(21，22)之間的節(jié)點(diǎn)連接的諧振電路(25，26，27 ;25，26，28)，其中所述諧振電路(25，26，27 ;25，26，28)包括LLC諧振電路(25，26，27 ；25，26，28)， 次級側(cè)電路(30)，其具有用于給所述發(fā)光元件(3 ；5)供應(yīng)電能的輸出端(35)， 控制裝置(14)，其被設(shè)置用于根據(jù)在該初級側(cè)電路(20 ；60 ；90 ；100)中獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)來控制所述半橋電路，以將由所述次級側(cè)電路(30)提供給所述發(fā)光元件(3 ；5)的電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)到額定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其中，該控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)所獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)來調(diào)節(jié)用以通斷所述半橋電路的兩個開關(guān)(21，22)的頻率，以便將由該次級側(cè)電路(30)提供給該發(fā)光元件(3 ；5)的電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)到額定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變換器，其中，所述控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)所述調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)與參考值(ref)的比較來控制所述半橋電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變換器，其中，所述變換器包括與所述控制裝置(14)連接的用于將所述調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)與所述參考值(ref)比較的比較器(24)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的變換器，其中，所述初級側(cè)電路(20;60 ；90 ；100)被設(shè)置用于將關(guān)于所述初級側(cè)電路(20 ;60 ；90 ；100)的供應(yīng)電壓(Vbus ；83)的信息(vbus)提供給所述控制裝置(14)，其中所述控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)關(guān)于所述供應(yīng)電壓的信息(vbus ；83)來改變所述參考值(ref ；85)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器，其中，所述控制裝置(14)被設(shè)置用于依據(jù)所述供應(yīng)電壓(Vbus ；83)的脈動根據(jù)時間尤其是周期性地改變所述參考值(ref ;85)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的變換器，其中，所述控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)調(diào)光指令來改變所述參考值(ref)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的變換器，其中，所述控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)在所述初級側(cè)電路(20 ;60 ；90 ；100)中獲取的測量參數(shù)(iavg)求出關(guān)于與所述次級側(cè)電路(30)的輸出端(35)連接的負(fù)載(3 ；5)的信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變換器，其中，所述控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)所述測量參數(shù)(iavg)檢測與所述次級側(cè)電路(30)的輸出端連接的LED數(shù)量的變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的變換器，其中，所述控制裝置(14)被設(shè)置用于根據(jù)所述測量參數(shù)(iavg)執(zhí)行以下動作中的至少一個動作: -根據(jù)所述測量參數(shù)(iavg)調(diào)節(jié)所述參考值(ref)以補(bǔ)償根據(jù)負(fù)載的亮度變化； -功率限制； -故障檢測以啟動故障模式； -根據(jù)所述測量參數(shù)(iavg)產(chǎn)生信號并將所述信號輸出給信號總線(4)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的變換器，其中，所述調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)與所述初級側(cè)電路(20 ；60 ；90 ；100)內(nèi)的電流的峰值成比例,所述測量參數(shù)與所述初級側(cè)電路(20 ；60 ；90 ；100)的同一電流的平均值成比例。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的變換器，其中，所述初級側(cè)電路(20；60 ；90 ；100)包括分流電阻(23)，所述分流電阻與所述半橋電路的所述開關(guān)(21，22)串聯(lián)，其中所述調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)與流過所述分流電阻(23)的峰值電流成比例，所述測量參數(shù)(iavg)與流過所述分流電阻(23)的電流平均值成比例。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變換器，其中，所述諧振電路(25，26，27;25，26，28)包括電感元件(25)和電容元件(27)，它們與變壓器的初級線圈(28)串聯(lián)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變換器，其中，所述次級側(cè)電路(30)包括與所述輸出端(35)連接的另一電感元件(33)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變換器，它呈恒定電流源形式構(gòu)成。
16.一種LED轉(zhuǎn)換器，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的變換器(19 ；59 ；89 ；99)。
17.一種操作用于發(fā)光元件(3 ；5)的變換器(19 ；59 ；89 ；99)的方法，其中該變換器(19 ；59 ；89 ；99)具有初級側(cè)電路(20 ；60 ；90 ；100)和與之電隔離的次級側(cè)電路(30)，所述初級側(cè)電路(20 ；60 ；90 ；100)包括具有兩個交替時鐘控制開關(guān)(21，22)的半橋電路和與所述兩個開關(guān)(21，22)之間的節(jié)點(diǎn)連接的諧振電路(25，26，27 ;25，26，28)，其中所述諧振電路(25，26，27 ;25，26，28)包括 LLC 諧振電路(25，26，27 ;25，26，28)，該方法包括: 根據(jù)在所述初級側(cè)電路(20 ;60 ；90 ；100)內(nèi)獲取的調(diào)節(jié)參數(shù)(ipeak)如此控制所述半橋電路，即，由所述次級側(cè)電路(30)發(fā)出給所述發(fā)光元件(3 ；5)的電流強(qiáng)度被調(diào)節(jié)到額定值。
【文檔編號】H05B33/08GK104247563SQ201380019748
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月13日
【發(fā)明者】C·瓦納切, 愛德華多·佩雷拉 申請人:赤多尼科兩合股份有限公司