運行n個具有至少一個半導體光源的並聯支路的電路裝置製造方法

2023-12-06 11:14:51

運行n個具有至少一個半導體光源的並聯支路的電路裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於運行n個（n大於等於2）並聯的具有至少一個半導體光源的支路的電路裝置，包括用於與直流電壓源連接的輸入端；分別包括驅動器裝置和用於與至少一個具有至少一個半導體光源的支路連接的輸出端的n個半導體光源單元。n個半導體光源單元與輸入端並聯。每個驅動器裝置包括具有轉換器開關的轉換器和控制轉換器開關的PWM控制器。相應的轉換器的輸出端與相應的半導體光源單元的輸出端連接。電路裝置還包括具有n個控制輸出端的控制裝置，其中每個PWM控制器具有時鐘脈衝輸入端，其中，各一個控制輸入端與n個PWM控制器的各一個時鐘脈衝輸入端連接，其中控制裝置設計為在其n個控制輸出端提供n個彼此之間相位偏移了360°/n的時鐘脈衝信號。
【專利說明】運行η個具有至少一個半導體光源的並聯支路的電路裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於運行η個(η大於等於2)具有至少一個半導體光源的並聯支路的電路裝置，包括:與直流電壓源連接的、具有第一和第二輸入端接口的輸入端；分別包括驅動器裝置和用於與至少一個具有至少一個半導體光源的支路連接的輸出端的η個半導體光源單元，其中，所述的η個半導體光源單元並聯在第一和第二輸入端接口之間，其中，每個驅動器裝置包括具有控制輸出端的PWM (Pulsweitenmodulation (脈寬調製))控制器以及轉換器，其中每個轉換器至少包括一個轉換器電感線圈、轉換器二極體和轉換器開關，所述轉換器開關具有控制電極、工作電極和參考電極，其中，相應的PWM控制器的控制輸出端與相應的轉換器開關的控制電極連接，其中，相應的轉換器的輸出端與相應的半導體光源單元的輸出端連接，其中，相應的PWM控制器設計用於在分別能預先確定的頻率中向相應的轉換器開關的控制電極提供PWM信號；以及η個電流測量裝置，電流測量裝置設計和布置用於對分別通過η個具有至少一個半導體光源的支路的電流進行測量，其中，每個電流測量裝置與分別所屬的驅動器裝置連接。
【背景技術】
[0002]在以下實施方式中，半導體光源這一概念特別是指雷射器二極體和LED。這種電路裝置由現有技術中已知，並且例如用於運行視頻投影儀中的雷射器二極體。為了調整提供給雷射器二極體的電流，要使用電流調節的Step-Up轉換器(升壓轉換器)。通常，此時將三至五個支路中的24至40個單個雷射器二極體串聯成每組六至八個雷射器二極體。每個支路由自身的驅動器供給，其中，通過歐姆電阻對用在驅動器中的相應PWM控制器的時鐘脈衝頻率進行調節，所述歐姆電阻與PWM控制器的輸入端中的一個連接。所述的時鐘脈衝頻率確定了所屬轉換器開關的開關頻率。
[0003]然而，配備了這種電路裝置的DLP投影系統呈現出投影圖像的不受歡迎的、可見的亮度波動。
[0004]通常，將雷射器二極體支路用於實現彩色通道。因此，例如具有四個半導體光源單元的系統可以實現四通道投影系統。

【發明內容】

[0005]所以，本發明的目的在於，以這種方式改進這種電路裝置，即，降低這種可見的亮度波動的程度，優選地無法再識別出亮度波動。
[0006]這一目的通過具有權利要求1所述特徵的電路裝置來實現。
[0007]本發明基於這樣的認識，即亮度波動的原因在於，所有半導體光源的總光通量是波動的，並含有相對低頻的顫動，所述顫動由轉換器的不同開關頻率決定。相應PWM控制器的藉助於歐姆電阻調整時鐘脈衝頻率，並且所述歐姆電阻具有構件公差，由此使相應PWM控制器的時鐘脈衝頻率並且從而使相應轉換器開關的開關頻率彼此略微地偏離。所以，現有技術中的各個半導體光源單元異步地運行。這導致低頻振蕩效果:例如如果第一 PWM控制器的時鐘脈衝頻率為500kHz並且第二PWM控制器的時鐘脈衝頻率為499kHz，則得出輸出端信號中在頻差為Fl-F2=lkHz時並且在總頻率為Fl+F2=999kHz時的部分。在999kHz時的部分在亮度波動方面不重要。然而，在IkHz中的部分是決定性的，並在圖像中導致可識別的亮度波動。
[0008]所以，根據本發明，使各個驅動器裝置的開關頻率同步，並調整相位偏差，調整量為360°除以半導體光源單元的數量。
[0009]如果為了使波動性並且從而使顫動保持較小而將大電容器組與具有至少一個半導體光源的每個支路並聯，則這雖然會使亮度波動有一定量的減小，但是會因此而在額定值變化時，也就是說在由相應通道給出的額定光通量變化時，使動力變差。此外，使用電容器組會導致費用顯著地耗費成本並導致電路裝置所需的空間增大，這特別是對於移動式應用來說是不受歡迎的。儘管如此，也可以在根據本發明的電路裝置中將電容器與具有至少一個半導體光源的相應支路並聯，但是考慮到幾乎不再存在的總光通量波動性，能夠以較小的數量級減小所述電容器。根據本發明，可以在根據本發明的電路裝置中使平整消耗至少減少10倍。由此，可以明顯節省成本並在額定值變化時得出至今為止沒有達到的動力。
[0010]因此，根據本發明的電路裝置還包括具有η個控制輸出端的控制裝置，其中，每個PWM控制器具有時鐘脈衝輸入端，其中，各一個控制輸出端與η個PWM控制器的各一個時鐘脈衝輸入端連接，其中控制裝置被設計用於在其η個控制輸出端處提供η個彼此之間相位偏移了 360° /n的時鐘脈衝信號。
[0011]於是，得出在頻率和相位中的同步，這可以阻止低頻顫動。只有少量的由原理決定的剩餘波動留在相應轉換器的輸出端處，剩餘波動不再導致幹擾性的亮度波動，或者可以通過小的、與具有至少一個半導體光源的支路並聯的電容器在花費極小的情況下排除所述的剩餘波動。
[0012]轉換器優選地包括升壓轉換器或降壓轉換器，視在輸入端處提供的直流電壓源的水平而定。
[0013]優選地，相應的PWM控制器設計用於根據在其時鐘脈衝輸入端處的時鐘脈衝信號將一致的輸出信號、特別是PWM信號的上升沿或下降沿或者延遲了能預先確定的時長的沿提供給相應轉換器開關的控制電極，其中，PMW信號的佔空比由相應電流測量裝置測得的電流確定。這種調節不會對相位或頻率同步造成影響，其中，仍然可以將具有至少一個半導體光源的相應支路的電流調節至當前額定值。
[0014]優選地，與每個輸出端串聯地布置有開關，從而能接通或斷開通過具有至少一個半導體光源的相應支路的電流。通過這種方式，特別易於在運行LARP (Laser ActivatedRemote Phosphor (雷射激活遠程螢光粉))投影系統時使用所述的電路裝置。這種投影系統可以包括色輪，其中，為色輪的各個部段塗覆不同的發光物質，從而在激發時通過一個或同一個雷射源實現發出具有不同波長的光。為了避免不必要的能量消耗並從而避免成本過高的冷卻措施，將電子開關與每個輸出端串聯，並且通過這項預防措施可以在發光輪尚未處於規定狀態的時間點發射雷射射術。
[0015]控制裝置優選地是時鐘脈衝發生器，特別是作為微控制器來實現。然而，該控制裝置尤其還可以是後面具有移相器的振蕩器。
[0016]在特別優選的實施方式中，控制裝置集成在一個驅動器裝置中，特別是集成在驅動器裝置的PWM控制器中，從而使這個驅動器裝置成為主機並且其它驅動器裝置是輔機。這可以以特別具有成本效益的方式和方法實現根據本發明的電路裝置的結構。
[0017]如前所述，可以將至少一個電容器與具有至少一個半導體光源的每個支路並聯，所述電容器用於平整在可能的情況下存在的剩餘波動。
[0018]其它有利的設計方案由從屬權利要求中得出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]以下根據附圖對本發明的實施例做進一步描述。圖中示出:
[0020]圖1在示意圖中示出由現有技術中已知的這種電路裝置的不同測量的時間變化曲線；
[0021]圖2在示意圖中示出根據本發明的電路裝置的結構；和
[0022]圖3在示意圖中示出根據本發明的電路裝置的不同參量的時間變化曲線。
【具體實施方式】
[0023]在以下實施方式中，為了簡單起見，以只具有兩個半導體光源單元的電路裝置為例介紹本發明。如同對專業人員來說十分明顯的那樣，可以擴展到任意數量的半導體光源單元，特別是可以擴展到η等於3，4，5，6等。
[0024]圖1在示意圖中示出這種由現有技術中已知的電路裝置的不同測量的時間變化曲線。將由相應的驅動器裝置向具有至少一個半導體光源的相應支路提供的電流稱為Ii和12。Udi和Ud2表不在相應半導體光源單兀的相應轉換器開關的工作電極處的相對於基準電位的電壓，並因此而反映出相應開關頻率的時間變化曲線。如明確識別出的，這些開關頻率是異步的，所以，分別具有一定波動的電流Il和12也是異步的。這在總電流11+12中導致低頻顫動，從而導致留下剩餘波動，該剩餘波動可能導致投影圖像的亮度波動。
[0025]圖2在示意圖中示出根據本發明的電路裝置的結構。這種電路裝置包括具有第一和第二輸入端接口 Ε1，Ε2的輸入端，為了穩定在所述輸入端接口之間連接電容器Cl。輸入端電壓Uin是直流電壓源，所述直流電壓源例如可以為12V。第一半導體光源單元LElOl以及第二半導體光源單元LE102與輸入端並聯。每個半導體光源單元具有驅動器裝置以及輸出端，具有至少一個半導體光源、當前為至少一個雷射器二極體的支路可以連接至輸出端。
[0026]關於第一半導體光源單元LElOl設置了 PWM控制器IC101，該PWM控制器例如可以是AT90PWM316類型的。這種PWM控制器以其供電接口與輸入端接口 El連接。以虛線示出歐姆電阻R110，該歐姆電阻與IClOl的另一個輸入端連接，並在現有技術中考慮用於調整PWM控制器的開關頻率。可替換地，視所使用的PWM控制器而定，也可能需要電容器來調整PWM控制器的開關頻率。在根據本發明的電路裝置中，這種電阻Rl 10用於在電路裝置起動時或在還將加以描述的控制裝置12停止運轉時調整開關頻率。
[0027]兩個電容器ClOl和C102與供電接口連接，所述電容器用於穩定提供給PWM控制器的供電電壓。半導體光源單元LElOl包括當前被設計為升壓轉換器的轉換器WlOl和轉換器電感線圈L101、轉換器二極體DlOl以及轉換器開關Τ101。歐姆電阻R116與轉換器開關TlOl串聯，所述歐姆電阻用於測量通過轉換器電感線圈LlOl的電流。這是必要的，以便於確保電感線圈LlOl不進入飽和狀態。轉換器開關TlOl當前被設計為M0SFET，其中，將在其漏極接口處下降的電壓稱為UD1。藉助於五個並聯的電容器C103至C107對轉換器DlOl的輸出電壓進行平整。輸出電流Il流到輸出端接口 A101，其中該輸出電流事先還穿過了用於測量輸出端電流Il的分流電阻R118。在輸出端接口 AlOl和第二輸出端接口 A102之間布置了具有至少一個半導體光源SlOl的支路，所述支路優選地包括多個串聯的半導體光源。在輸出端接口 A102和基準電位之間布置有用於根據圖中未相應示出的控制信號將具有至少一個半導體光源的支路SlOl接通或斷開的電晶體T103。歐姆電阻R120布置為與開關T103串聯，其中，可以將在所述歐姆電阻R120上下降的電壓用於其它調節目的。
[0028]半導體光源單元LE102是相應於半導體光源單元LElOl設計的，其中，輸入端電晶體稱為0201，0202，？麗控制器稱為IC201，轉換器稱為W201，其中，轉換器開關包括轉換器電感線圈L201、轉換器二極體D201以及轉換器開關T201。布置為與轉換器開關T201串聯的歐姆電阻稱為R216，並且在轉換器開關T201的工作電極處下降的電壓稱為UD2。平整電容器稱為C203至C207。輸出端電流稱為12，並且用於調節輸出電流的分流電阻稱為R218。在現有技術中使用的用於調整PWM控制器的開關頻率的歐姆電阻稱為R210。半導體光源單元LE102的輸出端包括輸出端接口 A201和A202，其中，在所述輸出端接口之間連接具有至少一個半導體光源的支路S102。用於接通和斷開具有至少一個半導體光源的支路S102的開關稱為T203，其中，電阻R220布置為與開關T203串聯。
[0029]根據本發明設置了控制裝置12，該控制裝置包括第一和第二控制輸出端SA1，SA2，所述控制輸出端通過歐姆電阻R123或R223與PWM控制器IClOl或IC201的相應時鐘脈衝輸入端TElOl或TE201連接。控制裝置12設計用於在控制輸出端SAl, SA2處提供彼此之間相位偏移了 180°的時鐘脈衝信號。相應的PWM控制器IC101，IC201設計用於根據向其時鐘脈衝輸入端TElOl或TE201處的時鐘脈衝信號將PWM信號的上升沿或下降沿或時間延遲的沿提供給相應轉換器開關TlOl，T201的控制電極，其中，藉助於電流Rl 18或R218根據電流Il或12確定PWM信號的佔空比。如果要運行多個半導體光源單元，則要設置多個控制輸出端，其中，控制裝置12設計用於在其η個控制輸出端處提供η個彼此之間相位偏移了 360° /n的時鐘脈衝信號。
[0030]控制裝置12優選地實現為時鐘脈衝發生器，特別是設計為微控制器。然而，所述控制裝置也可以是具有後面的移相器的振蕩器。特別優選地，將控制裝置12集成在驅動器裝置IClOl或IC201中，從而使驅動器裝置、例如IClOl成為主機，而其它剩餘的nl個驅動器裝置、例如IC201是輔機。
[0031]圖3示出根據本發明電路裝置的漏電壓UD1，Ud2、輸出端電流II，12以及總電流11+12的與圖1相符的時間變化曲線。為了更加清晰，將時間軸放大了四倍。如在漏電壓UD1，Ud2的時間變化曲線中清晰識別出的，所述漏電壓的相位此時精確地偏移了 180°。其結果是，電流II，12同樣地是同步的，從而使總電流11+12幾乎不再具有剩餘波動。在這種總電流11+12中，無法再在包括相應的根據本發明的電路裝置的投影系統中識別出亮度波動。
【權利要求】
1.一種用於運行η個並聯的具有至少一個半導體光源的支路(S101，S201)的電路裝置，η大於等於2，所述電路裝置包括: -用於與直流電壓源(Uin)連接的、具有第一輸入端接口(El)和第二輸入端接口(Ε2)的輸入端； -分別包括驅動器裝置和輸出端(Α101，Α102 ；Α201, Α202)的η個半導體光源單元(LE101，LE102)，所述輸出端用於與至少一個所述具有至少一個半導體光源的支路(S101，S201)連接， 其中，η個所述半導體光源單元(LE101，LE102)並聯在所述第一輸入端接口(El)和所述第二輸入端接口(Ε2)之間，其中，每個所述驅動器裝置包括具有控制輸出端的PWM控制器(IC101，IC201)以及轉換器(W101，W201)，其中每個所述轉換器(W101，W201)至少包括一個轉換器電感線圈(L101 ;L201)、轉換器二極體(D101 ；D201)和轉換器開關(T101 ；T201),所述轉換器開關具有控制電極、工作電極和參考電極，其中，相應的所述PWM控制器(IC101 ；IC201)的所述控制輸出端與相應的所述轉換器開關(T101 ；T201)的控制電極連接，其中，相應的所述轉換器(W101，W201)的所述輸出端與相應的所述半導體光源單元(LE101, LE102)的所述輸出端(Α101，Α102 ；Α201, Α202)連接，其中，相應的所述PWM控制器(IC101 ；IC201)設計用於在分別能預先確定的頻率中向相應的所述轉換器開關(T101 ；T201)的所述控制電極提供PWM信號；以及 -η個電流測量裝置(R118 ;R218)，所述電流測量裝置設計和布置用於測量分別通過η個所述具有至少一個半導體光源的支路(slOl ；sl02)中的一個支路的電流，其中，每個所述電流測量裝置(R118 ；R218)與分別所屬的所述驅動器裝置連接； 其特徵在於， 所述電路裝置還包括 具有η個控制輸出端(SA1，SA2)的控制裝置(12)，其中，每個所述PWM控制器(IC101 ;IC201)具有時鐘脈衝輸入端(Τ101 ;T201 )，其中，各一個所述控制輸出端(SA1，SA2)分別與η個所述PWM控制器(IC101 ;IC201)的各一個所述時鐘脈衝輸入端(T101;T201)連接，其中所述控制裝置(12)設計用於在所述控制裝置的η個所述控制輸出端(SA1，SA2)處提供η個彼此之間相位偏移了 360° /n的時鐘脈衝信號。
2.根據權利要求1所述的電路裝置，其特徵在於，所述轉換器(W101;W201)包括升壓轉換器或降壓轉換器。
3.根據權利要求2所述的電路裝置，其特徵在於，相應的所述PWM控制器(IC101；IC201)設計用於根據在所述PWM控制器的時鐘脈衝輸入端(T101 ;T201)處的時鐘脈衝信號將一致的輸出信號、特別是PWM信號的上升沿或下降沿或者延遲了能預先確定的時長的沿提供給相應的所述轉換器開關(Τ101 ;Τ201)的所述控制電極，其中，所述PMW信號的佔空比由相應的所述電流測量裝置(R118 ；R218)測得的所述電流來確定。
4.根據前述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，每個所述輸出端(A101，A102 ；A201, A202)串聯有電子開關(T103 ;T203)，從而能接通或切斷通過相應的所述具有至少一個半導體光源(S101，S102)的支路的所述電流。
5.根據前述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，所述控制裝置(12)是時鐘脈衝發生器，特別是作為微控制器來實現。
6.根據前述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，所述控制裝置(12)是具有後續的移相器的振蕩器。
7.根據前述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，所述控制裝置(12)集成在這些所述驅動器裝置的一個驅動器裝置中，特別是集成在所述驅動器裝置的所述PWM控制器(IC101 ；IC201)中，從而使所述一個驅動器裝置是主機，並且其它的所述驅動器裝置是輔機。
8.根據前述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，每個所述具有至少一個半導體光源的支路(S101，S102)並聯有至少一個電容器(C103至C107 ；C203至C207)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的電路裝置，其特徵在於，所述半導體光源是LED或雷射器二極體 。
【文檔編號】H05B37/02GK103889107SQ201310706059
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】約瑟夫·奧斯特賴德 申請人:歐司朗有限公司