用於使至少一個led運行的降壓變換器的製造方法

2023-07-22 14:33:41

用於使至少一個led運行的降壓變換器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於使至少一個LED（D8，D9，D10）運行的降壓變換器（10）。同時，降壓扼流圈包括第一降壓扼流圈（L1a）和第二降壓扼流圈（L1b），其中，在兩個降壓扼流圈（L1a，L1b）的耦合點（N2）和用於控制降壓開關（S1）的控制裝置（14）的電源接口（HV，VCC）之間耦合有充電泵（16）。
【專利說明】用於使至少一個LED運行的降壓變換器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於使至少一個LED運行的降壓變換器，包括:用於與直流電源電壓稱合的輸入端，其具有第一輸入接口和第二輸入接口 ；用於與至少一個LED稱合的輸出端，其具有第一輸出接口和第二輸出接口，其中第一輸入接口與降壓變換器的輸出接口耦合；降壓二極體、降壓開關以及至少一個降壓扼流圈，其中降壓二極體和降壓開關串聯，並且在形成第一串聯耦合點時該串聯電路串聯地耦合在第一輸入接口和第二輸入接口之間，其中降壓扼流圈耦合在第一耦合點和降壓變換器的第二輸出接口之間；以及具有輸出端的控制裝置，該輸出端與降壓開關耦合，其中該控制裝置還包括與兩個輸入接口之一耦合的電源接口。
【背景技術】
[0002]隨著LED在普通照明領域的廣泛應用，已經產生的需求是用於這些部件的特別簡易和價格低廉的供電電路。用於LED的進一步擴展的基本電路是電網驅動的降壓變換器，其如在圖1中示例性示出。示出的降壓變換器10具有輸入端，其具有第一輸入接口 El和第二輸入接口 E2，它們可以直接與交流電源電壓Un耦合。包括二極體Dl至D4的整流器12的輸入端GE1，GE2與輸入接口 El，E2耦合。目前，降壓變換器10是由交流電源電壓驅動的，因此存在整流器。可替代地，降壓變換器10也可以直接由直流電源電壓驅動，因此就可以取消整流器。
[0003]在整流器第一輸入接口 GAl和第二輸出接口 GA2之間耦合了一個電容器Cl，考慮到高電源功率因素，相對於降壓變換器上運行的負載，較小地確定電容器Cl的大小。包括歐姆電阻Rl和R2的分壓器與這個電容器Cl並聯。分壓器Rl，R2的抽頭被引向控制裝置14，其中，歐姆電阻和電容器C2的並聯電路用於對輸入端El，E2上施加的電壓濾波，這樣一來，在輸入端FB上存在關於輸入電壓Un的當前值的可靠信息。為了給控制裝置14供電，它同樣也與整流器輸出端GA1，GA2耦合。降壓變換器10包括降壓二極體D7以及降壓開關SI，它們與電阻器R3串聯地耦合在整流器輸出端GA1，GA2之間。電阻器R3上的電壓Uk3通過電阻R4導向控制裝置14。設計控制裝置14以通過電阻R5對開關SI的控制電極進行控制。特別是這樣實現這種控制，即在不連續的模式中使降壓變換器10工作。優選的工作頻率是在20至500kHz之間，例如65kHz。
[0004]降壓變換器10具有輸出端，其具有第一輸出接口 Al和第二輸出接口 A2，在它們之間，當前作為負載耦合有多個串聯的LED D8，D9，DlO0與輸出端Al，A2耦合的LED的數量最好是在2至20之間。
[0005]降壓扼流圈LI耦合在一方面的降壓二極體D7和降壓開關SI的耦合點NI和另一方面的輸出接口 A2之間。在降壓變換器的充電階段，在迴路GAl，Al，D8，D9，DIO, A2，LI，N1，S1，R3，GA2中有電流流動。同時，降壓扼流圈被磁化。在放電階段，降壓開關SI閉合，並且降壓扼流圈LI被消磁。因此，電流在迴路LI，D7，Al，D8，D9，DIO, A2中流動。
[0006]在圖1中示出的降壓變換器10中，控制裝置14的電流供應是通過輸入端HV實現的。該電流供應是耗散的。考慮到這種類型控制裝置的電流消耗為幾mA，這種做法在穩定運行狀態下是不期望的。相反，控制裝置14的電源應該是簡易而且損失儘可能少。
[0007]在這種情況下，已知地是，實現一個用於控制裝置14的輔助電源，即在降壓扼流圈LI上設計輔助繞組。然而，由此導致的缺點是，降壓扼流圈LI成為了專用組件，這樣一來，特定應用的實現成本就會不期望地增加。

【發明內容】

[0008]因此，本發明的目的是，這樣進一步設計這種類型的降壓轉變器，即其具有示儘可能高的效率的通用，而無需動用專用組件。
[0009]該目的是通過具有權利要求1特徵的降壓變換器實現。
[0010]本發明的認識在於，如果降壓扼流圈設計為第一和第二降壓扼流圈的串聯電路時，這個問題是可以解決的，其中，在第一和第二降壓扼流圈之間形成了第二耦合點。根據本發明要求的降壓變換器還包括充電泵，其在輸入端側與第二耦合點耦合，其在輸出端側與控制裝置的電源接口耦合。如果想將充電泵與節點NI，見圖1，耦合，則相反地會產生許多缺點，下面會對此進行更詳細地討論。
[0011]本發明的解決方式是可以將價格低廉的標準扼流圈，例如所謂的「Drum-Cores (鼓形鐵芯)」，用於降壓扼流圈中。
[0012]在任何情況下，充電泵都可以使用標準部件。通過這種方式，就可以實現用於降壓變換器的控制裝置的廉價輔助電源，其能夠產生高效率。
[0013]一個優選實施例的特徵在於，該充電泵包括至少一個電容器和全波整流器的串聯電路。
[0014]優選地，控制裝置與參考電位耦合，全波整流器也同樣與這個參考電位耦合。通過這種方式，基本上施加在第二耦合點上的全部電壓提高用於為控制裝置供電。
[0015]在根據本發明的解決方案中，處於起動階段的控制裝置首先由例如可以通過整流器從交流電源電壓中獲得的直流電源電壓進行供電，並且緊接著通過輔助電源、即與第二耦合點的耦合供電。如果第二耦合點上的電壓低於控制裝置可預定的電源電壓，則通過整流器輸出端就可以再次毫無問題地進行供電。
[0016]供電泵優選地包括第一二極體和第二二極體，其中，第一二極體耦合在第一電容器的並不與第二耦合點耦合的接口和控制裝置的電源接口之間，其中，第二二極體耦合在一方面的第一電容器和第一二極體的耦合點和另一方面的參考電位之間。
[0017]優選地，充電泵還包括耦合在第二電源接口和參考電位之間的第二電容器。為了限制通過輔助電源輸送給控制裝置的電壓，優選地設置齊納二極體，其與第二電容器串聯。
[0018]在考慮到對第一和第二降壓扼流圈耐壓強度方面要求時，特別優選地，第一降壓扼流圈的電感基本上等於，優選地等於第二降壓扼流圈的電感。
[0019]第一和第二降壓扼流圈可以纏繞在共同的磁芯上，這樣產生的優點在於，只需要一個電感部件。這樣一來，就可以減少實現根據本發明的解決方案的空間。
[0020]從屬權利要求給出了其它優選實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】[0021]現在，在下文中，通過對比附圖，對本發明的一個實施例進行了更加詳細地描述。其示出:
[0022]圖1是由現有技術已知的降壓變換器的示意圖；以及
[0023]圖2是根據本發明的降壓變換器的一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]參照圖1列出的參考編號，如果它們涉及到相同的和作用相同的部件，則可以被重複使用。為了清楚起見，這些部件未被再次引入。
[0025]圖2示出了根據本發明的降壓變換器10的一個實施例的示意圖。對照圖1，在這裡，降壓扼流圈LI被分成了第一降壓扼流圈Lla和第二降壓扼流圈Lib。兩個降壓扼流圈的耦合點用N2標記。充電泵16的輸入端與耦合點N2耦合，它的輸出端與控制裝置14的接口 VCC耦合，以便為其提供輔助電源。控制裝置14的接口 HV和VCC在內部彼此耦合，因此在以下設計中，它們也可以被看作是一個接口。
[0026]充電泵16包括電容器C3和全波整流器的串聯電路，全波整流器包括二極體D5和D6。充電泵16還包括電容器C4，其耦合在控制裝置14的接口 VCC和參考電位之間。二極體D5在陽極側與電容器C3的遠離耦合點N2的接口耦合，在陰極側與控制裝置14的接口VCC f禹合。二極體D6—方面與電容器C3和二極體D5的稱合點稱合,另一方面與參考電位耦合。
[0027]用於限制控制裝置14輸入端VCC上的電壓的齊納二極體Dll與電容器C4並聯。
[0028]第一降壓扼流圈Lla的電感與第二降壓扼流圈Llb的電感是相同的。
[0029]如果充電泵16的輸入端與節點NI而不是節點N2耦合，則電容器C3中的能量就會通過降壓開關SI向參考電位放電。接通時可能會出現電流峰值，這些電流峰值可能會造成開關SI和歐姆電阻R3的作為損耗的加熱。尤其是，在改型燈中使用這種類型的降壓變換器時，在這種情況下，部件被包封得非常緊密，則必須儘可能地放棄超過LED的輸入熱量。此外，整個降壓變換器10的功能也會受到威脅，這是因為藉助這些電流峰值，控制電路14可能會提前中斷降壓扼流圈LI的充電階段(Pin CS=Current Sense)。兩個缺點都可以通過在圖2中示出的根據本發明的解決方案得到避免。
[0030]在這個解決方案中，不會再產生任何電流峰值,這是因為電感Lla可以對電流起到限制作用。這樣一來，就可以避免開關SI以及歐姆電阻R3中的熱損耗，這樣一來，一方面可以提高降壓變換器10的效率，另一方面有利於應用在改型燈中。
[0031]此外，出於下列原因，可以更加簡易而且更加安全地確定電路的大小:控制裝置14的入口端CS用於，在達到可預定的最大值時，開關SI斷開。根據上述電流峰值，在開關SI接通時，由於電容器C3放電，在降壓變換器中，充電泵可能會耦合到節點NI上，或者會由開關SI對電流進行濾波，這會導致出現額外的電路消耗和其它損耗，或者在開關SI接通時，控制裝置可能會在一定時間內忽略信號CS(leading edge blanking)。這樣一來，降壓變換器10的靜態運行可能會變得困難。在圖2中所示的根據本發明的降壓變換器10中就不會出現這種問題。
[0032]一種用於控制裝置14的優選的集成電路例如已知為NCP1217。然而，對於專業人員來說，其它控制裝置同樣也對此適用。[0033]在整流器12和電容器Cl之間可以耦合一個用於功率因數校正的電路。
[0034]如對專業人員公開的，降壓變換器10也可以直接由一個直流電源電壓源進行操作。這樣就可以取消整流器12。
【權利要求】
1.一種用於使至少一個LED (D8，D9，DlO)運行的降壓變換器(10)，包括: -用於與直流電源電壓稱合的輸入端，所述輸入端具有第一輸入接口(GAl)和第二輸入接口(GA2)； -用於與所述至少一個LED (D8，D9，D10)耦合的輸出端，所述輸出端具有第一輸出接口(Al)和第二輸出接口(A2)，其中所述第一輸入接口(GAl)與所述降壓變換器(10)的所述第一輸出接口(Al) f禹合； -降壓二極體(D7); -降壓開關(SI); -以及至少一個降壓扼流圈(Lla, Llb), 其中，所述降壓二極體(D7)和所述降壓開關(SI)串聯，並且在形成第一耦合點(NI)的情況下，所述串聯電路串聯地耦合在所述第一輸入接口(GAl)和所述第二輸入接口(GA2)之間，其中，所述至少一個降壓扼流圈(Lla，Llb)耦合在所述第一耦合點(NI)和降壓變換器(10)的所述第二輸出接口(A2)之間；和 -具有輸出端(DRV)的控制裝置(14)，所述輸出端與所述降壓開關(SI)耦合，其中所述控制裝置(14)還包括電源接口(HV，VCC)，所述電源接口與兩個所述輸入接口(GA1，GA2)之一率禹合； 其特徵在於， 所述至少一個降壓扼流圈(Lla，Llb)包括第一降壓扼流圈(Lla)和第二降壓扼流圈(Llb)的串聯電路，其中在所述第一降壓扼流圈(Lla)和所述第二降壓扼流圈(Llb)之間形成第二耦合點(N2)； 其中所述降壓變換器(10)還包括充電泵(16)，所述充電泵在輸入端側與所述第二耦合點(N2)耦合併且在輸出端側與所述控制裝置(14)的所述電源接口(HV，VCC)耦合。
2.根據權利要求1所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述充電泵(16)包括至少一個第一電容器(C3)和全波整流器(D5，D6)的串聯電路。
3.根據權利要求2所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述控制裝置(14)與參考電位耦合，其中所述全波整流器(D5，D6)也同樣與所述參考電位耦合。
4.根據權利要求2或3中任一項所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述充電泵(16)包括第一二極體(D5)和第二二極體(D6)，其中所述第一二極體(D5)耦合在所述第一電容器(C3)的並不與所述第二耦合點(N2)耦合的接口和所述控制裝置(14)的所述電源接口(HV，VCC)之間，其中所述第二二極體(D6)耦合在一方面的所述第一電容器(C3)和所述第一二極體(D5)的所述耦合點和另一方面的所述參考電位之間。
5.根據權利要求5所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述充電泵(16)還包括耦合在所述電源接口(HV，VCC)和所述參考電位之間的第二電容器(C4)。
6.根據權利要求6所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述第二電容器(C4)串聯有齊納二極體(D11)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述第一降壓扼流圈(Lla)的電感基本上等於、優選地等於所述第二降壓扼流圈(Llb)的電感。
8.根據前述權利要求中任一項所述的降壓變換器(10)，其特徵在於，所述第一降壓扼流圈(Lla)和所述第二降壓扼流圈(Llb)纏繞在共同的磁芯上。
【文檔編號】H05B37/02GK103582246SQ201310308641
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月22日 優先權日:2012年7月23日
【發明者】貝恩德·魯道夫 申請人:歐司朗有限公司