用於提供用於至少一個照明裝置的操作電流的驅動電路和方法與流程
2023-05-14 06:22:16
本發明涉及用於通過隔離轉換器的一次側控制來向至少一個照明裝置提供操作電流的電路。
對於諸如發光二極體(led)這樣的現代照明裝置，需要控制穿過這種照明裝置的電流，以調節發光特性。具體地，led需要直流電流，因此，需要進行測量以在普通電力系統中操作led。這種電力系統提供交流電壓，在被供應給led之前需要整流。但單獨整流不足以以期望的輸出來操作led。由此，在交流電壓的整流之後，需要控制被供應給led的平均電流。通過這樣做，可以控制發射光譜和光強度。
為了提供這種受控電流，已經進行不同提議。為了調節穿過led的電流，已知使用開關轉換器，如例如在wo2011/076898中描述的。這裡，描述了向led提供電力，具體以對led調光。被供應給led的平均電流依賴於開關隔離轉換器的接通時間。由於在這種隔離轉換器中，無法對穿過led的電流進行直接測量，所以轉換器一次側的測量值用於確定接通時間，由此結合整流後的輸入電壓來確定穿過led的有效電流。但已知用於確定開關轉換器的接通時間的解決方案是基於電路中使用的元件具有理想特性的假定。當然，實際元件不具有這種理想特性，而是例如呈現出寄生電容。這種寄生電容對測量具有負面影響，因為在轉換器的開關關斷之後的切換過程比在理想情況中慢。因此，存在於二次側上且由此流到led的電流比期望的大。不僅如此，寄生電容的影響還依賴於負載並且例如還在led調光時變化。因此，控制電路無法正確調節輸出側上的期望電流。
由此，本發明的目的是提供用於向至少一個照明裝置的操作電流的改進的驅動電路和相應的方法。問題由根據權利要求1的驅動電路和根據權利要求5的方法來解決。從屬權利要求中要求保護有利的實施方式和特徵。
根據發明的驅動電路，使用隔離開關轉換器來控制二次側上的要輸出到連接到二次側的負載(比如例如led模塊)的電流。轉換器的一次側和轉換器的二次側由用於從一次側向二次側傳送電力的一次側扼流圈和二次側扼流圈耦合。在串聯連接到一次側扼流圈的開關的接通時間段ton期間一次側扼流圈被充電且在關斷時間段toff期間被放電。開關的切換由控制電路t控制。該控制電路生成被供應給開關的控制信號，並且基於該控制信號，開關在其接通時間期間被設置為其導通狀態，並且在其關斷時間期間被設置為其非導通狀態。為了確定接通時間ton，以已知方式測量一次側上的電流和電壓。電路包括用於監測穿過一次側扼流圈的電流的第一確定裝置。
電路包括用於確定關斷時間段的開始的確定裝置。該確定裝置包括耦合到二次側扼流圈的輔助繞組，並且該確定裝置被配置為監測跨該輔助繞組的電壓，以確定關斷時間。
該確定裝置可以包括檢測關斷時間段的開始的裝置，優選地通過檢測跨該輔助繞組的電壓何時超過第一閾值電壓來檢測。
確定裝置可以包括檢測關斷時間的結束的裝置，優選地通過檢測跨該輔助繞組的電壓何時降落到低於第二閾值電壓來檢測。
該控制電路可以被配置為在開關已關斷後的時間段內檢測關斷時間的開始。
根據本發明的一個方面，在電路中，提供了一種用於確定關斷時間的第一確定裝置。可以提供用於確定用於將來切換周期的修正值的第二確定裝置。本發明具有的優點在於因為在每個切換周期中，修正值被確定且可以用於下一切換周期，所以可以逐周期地執行修正。由此，可以立即將由於負載的變化而引起的變化考慮在內，因此可以實現高質量的修正。因此，接通時間ton不再包括由於寄生效應引起的誤差，並且可以對於高動態範圍保證小間隔內的負載調整。特別有利的是，修正自動適應對寄生電容效應具有強影響的不同負載。比如，轉換器的開關和二極體可能具有寄生電容，例如，開關的漏極-源極電容，其會電路行為。
根據有利的實施方式，輔助扼流圈耦合到二次側扼流圈，以確定修正值。憑藉這種輔助扼流圈，可以測量二次側扼流圈上的電壓，並且例如通過比較測量到的電壓，可以確定穿過二次側的電流在哪個時間點流動。然後，可以使用該時間點來計算修正值，該修正值用於修正基於一次側上的測量結果計算出的所計算的接通時間ton。所以測量二次側扼流圈處的電壓提供了針對寄生電容的影響的測量，因為與一次側測量結果toff的差給出了關於由於寄生電容引起的在切換中的延遲的直接信息。
如上面指示的時間的測量可以在微控制器或asic等中容易地執行。由此，感測值被供應給這種asic或微控制器，然後在內部用於計算開關的切換時間。切換信號然後輸出並因此饋送到開關。對於下一周期的接通時間ton的計算，在一次側上測量的關斷時間toff因此由關斷時間toff與在第二確定裝置的幫助下測量的時間的差來修正。
本發明特別旨在與作為反激轉換器的隔離轉換器一起使用。
現在將關於附圖說明本發明的優點和細節。
圖1示出根據本發明的驅動電路的示意圖；並且
圖2示出寄生電容的效應和經修正的接通時間ton的確定的說明。
圖1示出了根據本發明的驅動電路的隔離轉換器的簡化框圖。歐洲常用的比如230v、50hz的交流電壓被供應給ac/dc轉換器1，在該ac/dc轉換器中，對交流電壓進行整流。整流後的電壓然後作為輸入電壓供應給反激轉換器2。要注意，雖然簡化圖示出了ac/dc轉換器1與反激轉換器2之間的直接連接，但可以的是，存在諸如例如有功功率因數修正單元這樣的另外單元。還可以的是，反激轉換器2直接(即，沒有ac/dc轉換器)連接到整流橋，該整流橋耦合到主電源電壓，例如，比如230v、50hz的交流電壓。為了附圖的簡單起見，省略了這種可選的另外單元。此外，雖然對於反激轉換器給出以下說明，但本發明可以與在其一次側上進行切換的任意種類的隔離轉換器一起使用。
對於反激轉換器2的所公開的結構，還要注意的是，本領域中已知反激轉換器的一般結構。由此，下文中將僅例示且說明對於理解本發明必要的部分和元件。反激轉換器2包括一次側扼流圈3和串聯連接到一次側扼流圈3的開關4。由此，通過將開關在它的導通和非導通狀態之間切換，穿過扼流圈3的電流被接通和關斷。
在二次側上，輸出單元5耦合到反激轉換器2。輸出單元5包括耦合到反激轉換器2的一次側扼流圈3的二次側扼流圈6。再次，為了簡單起見，附圖中未示出被包括在輸出單元5中的另外元件，諸如用於平滑並過濾饋送到連接於輸出單元5的負載的電流和電壓的電容，但這種元件當然可以存在。除了二次側扼流圈，還示出了串聯連接到二次側扼流圈6的二極體7。藉助於輸出單元5中的二次側扼流圈3感生的電壓和電流在例如led元件所連接到的端子8、9處提供。
為了向連接到端子8、9的led模塊提供預定電流和電壓，將從一次側扼流圈3向二次側扼流圈6傳輸電力。這通過接通和關斷開關4來實現。在開關4的接通時間ton期間，一次側扼流圈3被充電，並且在開關4的關斷時間toff期間，一次側扼流圈3被放電。因此，隨著電壓一超過由輸出單元5的電路中的元件限定的閾值，就在二次側扼流圈6中感生出電流，電流開始流過二極體7。
開關4的切換由經由開關4的端子g供應還是不供應控制信號來引起。該開關例如可以為mosfet。控制信號由不僅確定用於切換周期的時間段而且確定接通時間ton的控制電路10來生成。在一次側上，由第一確定裝置13測量穿過一次側扼流圈3的電流，以確定接通時間ton。第一確定單元13可以由設置成與開關4串聯並且由此也與一次繞組3串聯的電流感測分流電阻器形成。
但根據本發明，另外，存在用於確定正確的關斷時間toff並且有利地確定修正值的第二確定裝置11。第二確定裝置11包括耦合到二次側扼流圈6並且由此耦合到一次繞組3的輔助繞組12。由此，藉助於測量跨輔助繞組12的電壓，可以獲得關於從開關4被切換到其關斷狀態的時間點起與二極體7開始導通之間的延遲的信息。輔助繞組12與由兩個電阻器14、15組成的分壓器串聯連接。由此，通過由電阻器15上的電壓降來測量穿過輔助繞組的電流的存在。信號由電容16來濾波，該電容還連接到從其取得測量信號的、分壓器的中心點。進一步地，可以經由另外的電阻器17供應偏置電壓。
與固定修正值相反，使用如所說明的測量具有的優點在於在任意時間點，對連接到端子8、9的當前負載執行修正，由此對於各切換周期可以執行準確的修正。由此，為了生成被供應開關4的柵極g的控制信號，控制單元10接收從開關的接通階段期間穿過開關4的電流獲得的關於關斷時間的信息。該信息通過使用與開關4串聯連接的電阻器13(形成確定裝置13)來獲得。此外，使用包括耦合到二次側扼流圈6和一次側扼流圈3的輔助繞組12的第二確定裝置11，以確定關斷時間toff的結束，優選地通過檢測跨輔助繞組12的電壓何時降落到低於第二閾值電壓vtoff_end來確定。另外，控制單元10接收第二確定裝置11的關於二極體7實際開始導通的時間點的信息。第二確定裝置11包括用於檢測關斷時間的開始的裝置，優選地通過檢測跨輔助繞組12的電壓何時超過第一閾值電壓vtoff_start來檢測。
控制電路10可以依賴於所確定的關斷時間來確定用於將來切換周期的修正值。
圖2示出了用於說明寄生電容的效應的示意圖。在附圖最上面的部分中，示出了在開關4的柵極g處提供的控制信號。在用模式i指示的時間段期間，使開關4進入其導通狀態。其後，控制信號被阻礙以使得在用模式ii和模式iii指示的時間段期間，開關4處於其非導通狀態。
下面的圖示出了通過如上面已經說明的使用測量電阻器測量的、穿過一次側扼流圈3的所感測的電流。可以看到，只要開關4處於其導通狀態，則電流isns就線性增大。電路包括用於監測穿過一次側扼流圈3的電流的第一確定裝置13。在穿過一次側扼流圈3的電流達到預設電流限量ipeak的事件中，開關4將被關斷。預設電流限量ipeak可以依賴於應供應led模塊的預定電流或電壓的期望水平來選擇。當使開關4進入其非導通狀態時，可以看到，所測量的電流isns在理想情況下會立即降為零。實際上，與在柵極g處的控制信號被切換為低水平(這啟動開關4的關斷)時的事件的時刻相比，開關4的關斷和穿過開關4的電流的中斷會被延遲。開關4的關斷會由於寄生電容而延遲，並且由此接通時間ton和流過開關4和第一確定裝置13的最大電流會超過預設限量ipeak的實際期望值。穿過開關4的電流的延遲的中斷會引起不期望的延長，其可能需要被考慮且優選地被修正的。
在該圖下方，示出了用idiode指示的、穿過二極體7的電流。可以看到，在開關4關斷與二極體7開始導通之間存在延遲。該延遲也如上面說明的由於開關4和二極體7的寄生電容而引起，並且由本發明考慮在內以確定正確的toff時間，使得可以在二次側上實現給定電流。在沒有修正的情況下，二次側上的有效電流不對應於計算出的電流。由此，需要修正toff。
寄生電容對由柵極g處的控制信號啟動開關4的關斷與二極體傳導該電流idiode的起始點之間的時間距離tpara的影響能夠作用於穿過(led)負載的電流。在高(led)負載下，寄生電容將被較快地放電，由此與在低負載下的操作相比，寄生電容對該時間距離tpara的持續時間的影響將較低。
為了例示本發明的功能和電路的操作序列，圖2中以抽象方式示出了穿過開關4和二極體7的電流。實際上，將存在以下過渡時段：在該過渡時段期間，穿過開關4的電流將由二極體7接收，由此穿過開關4的電流以與穿過二極體7的電流增大的類似速率下降。
如在下面的圖中示出的，二極體傳導該電流idiode的起始點可以從所感測的電壓vsns來識別，該電壓vsns是由耦合到二次側扼流圈6的第二確定裝置測量到的電壓。第二確定裝置11被配置為監測跨輔助繞組12的電壓以確定關斷時間。根據本發明，第二確定裝置11可以檢測關斷時間的正確開始，優選地通過檢測跨輔助繞組12的電壓何時超過第一閾值電壓vtoff_start來檢測。控制電路10優選地被配置為在開關4已關斷後的時間段內檢測關斷時間的開始。這意味著在控制電路10已經通過相應的控制信號關斷開關4之後，控制電路10可以激活對跨輔助繞組12的電壓的監測以檢測關斷階段的開始。
關斷時間的結束可以在跨輔助繞組12的電壓降落到低於第二閾值電壓vtoff_end時檢測。
依賴於驅動電路的操作的種類，控制電路可以在已檢測到關斷時間的這種結束之後緊接著，或在已經達到特定電壓水平之後接通開關4。比如，開關4的接通事件可以按照將實現低損耗的切換(所謂的軟切換)的方式來同步到輔助繞組上的所監測的電壓。一個選項將是應用某種穀切換。
由此，接通時間基於在一次側上測量的關斷時間和修正值來計算，測量有利地藉助於第二確定裝置11進行。用於將來切換周期的修正值可以依賴於所確定的關斷時間。需要的接通時間可以通過調節預設限量ipeak來調節，該預設限量ipeak限定了用於檢測適當接通時間的閾值。
在至少一個實施方式中，預設限量ipeak可以依賴於檢測在先前切換周期期間跨輔助繞組12的電壓何時超過第一閾值電壓vtoff_start來調節。預設閾值ipeak的調節可以依賴於處於柵極g處的控制信號被切換為低水平(這啟動開關4的關斷)的事件與跨輔助繞組12的電壓超過第一閾值電壓vtoff_start的事件之間的時間距離tpara。比如，如果時間距離tpara超過特定時間限量，則可以減小預設限量ipeak。
在至少一個實施方式中，可以檢測對應於led電壓的輸出電壓。該輸出電壓可以通過在二極體7導通期間測量跨輔助繞組12的電壓來檢測。比如，跨輔助繞組12的電壓可以在可以假定二極體7的導通已經開始且跨輔助繞組12的電壓尚未降落到低於第二閾值vtoff_end的時間點來測量。測量跨輔助繞組12的電壓的時間點可以根據已確定關斷時間的持續時間的較早切換周期的評估來定義。二次側扼流圈6上的電壓等於二極體7上的電壓的和。在一次側扼流圈3與二次側扼流圈6的匝數比已知的情況下，為了確定連接到端子8、9的負載處的輸出電壓，可以使用跨輔助繞組12的電壓。由此，通過在作為一次側扼流圈3被放電的時間段的、二極體7的導通時間期間測量跨輔助繞組12的電壓，可以間接檢測輸出電壓。
在至少一個實施方式中，預設限量ipeak可以依賴於電路因素來調節，例如，依賴於被供應給反激轉換器2的輸入電壓的水平和/或可以如上所描述的間接檢測的輸出電壓和/或負載的實際水平。預設限量ipeak的實際水平可以依賴於應被供應led模塊的預定電流或電壓來選擇。由此，預設限量ipeak的實際水平是負載的指示。負載的實際水平還可以根據供應反激轉換器2或控制電路10的調光信息，例如調光信號，來檢測。
通過選擇適當的接通和關斷時間，可以由驅動電路控制輸出電流，並且由此控制led電流。通過選擇適當的接通時間和關斷時間並且由此通過調節預設限量ipeak，可以減小寄生效應的影響。除了選擇(為了實現應供應led模塊的預定電流或電壓而選擇的)預設限量ipeak，還可以執行根據本發明的對預設限量ipeak的調節。