發光裝置轉換器的製作方法

2023-05-03 19:56:16

本發明涉及用於操作至少一個發光裝置、優選為至少一個led或led段的發光裝置轉換器。本發明還涉及用於操作發光裝置轉換器的方法。本發明還涉及具有llc電路的發光裝置轉換器，在llc電路中從交流電壓給(串聯)諧振電路供電，所述諧振電路又用於給另一個轉換器級供電以便直接給發光裝置供電。被供給發光裝置的供電電壓隨後一般必須被轉換成dc電壓。這原則上可以例如通過全橋整流器進行。但是，在能量優點方面能通過變壓器實現整流。

「發光裝置轉換器」是一種電路，其可被提供輸入電壓並可以連接至發光裝置，例如一個或多個led，以便因此被限定性電操作。

從現有技術中例如知道了文獻wo2014/060899a2，在其圖1中描述了一種發光裝置轉換器，它可以作為根據本發明的出發點。類似的發光裝置轉換器也在圖1中被示出。控制電路se控制具有串聯連接的兩個開關s1、s2的逆變半橋hb。如圖1所示，半橋電路hb由輸入電壓供電，輸入電壓例如示出為總線電壓vbus。代替通常是dc電壓即直流電壓的總線電壓，經過整流的交流電壓也可以用於半橋供電。

從半橋hb或者說兩個開關s1、s2的中間點起，現在給特別是由電容器c1、電感l1和另一電感l2a的串聯電路構成的諧振電路供電。現在，從電感l2a起給變壓器t1饋送交流電壓即ac電壓。變壓器t1具有電磁電感、線圈或繞組l2a、l2b、l2c。電感l2b和l2c在此設置在變壓器t1的次級側。電感l2b和l2c作為單獨電感被示出，因為在變壓器t1的次級側設有中間抽頭m1。

接著，從電感l2b和l2c起，分別給電流路徑sp1或sp2供電。電流路徑sp1、sp2因此分別將電感l2b、l2c的一側與連接點cp相連，其中，每個電流路徑具有用於整流的二極體。

第一電流路徑sp1在此具有二極體d1，而第二電流路徑sp2具有第二二極體d2。感生電流isp1通過第一電流路徑sp1來傳輸，感生電流isp2通過電流路徑sp2來傳輸。另一方面，發光裝置轉換器的輸出埠e1與連接點cp相連且可與例如負載led(如發光裝置且特別是至少一個led)相接。

在連接點cp和輸出埠e1之間，還連有平滑電容器c2的電位較高側，在此，第二電容器c2的電位較低側可以處於變壓器的次級側接地電位。

控制電路se通過控制信號hs(高側信號)控制半橋hb的電位較高開關s1，而它以信號ls(低側信號)控制所述半橋的電位較低開關s2。在此，控制電路se交替切換優選設計為電晶體(例如fet、mosfet)的開關s1、s2以便在半橋hb的中間點提供用於變壓器t1的交流電壓。

在圖1中，變壓器t1的初級繞組l2a在其電位較低側與初級側接地相連，如同半橋開關s2的電位較低側。經過初級側電感l2a的電流或電壓通過變壓器t被傳輸至次級側，由此在第一電流路徑sp1中感生電流isp1並在第二電流路徑sp2中感生電流isp2。

在次級側電感l2b和l2c之間的中間抽頭此時用於在連接點cp處提供電流或電壓，其基本關於零點對稱。

通過二極體d1和d2，在連接點cp處提供直流電流或直流電壓以操作負載led。次級側接地可以與初級側接地相連，或者與之隔絕設置。

總之，位於輸出埠e1的電壓或加載的電流isp1或isp2此時與加在變壓器t1的初級側電感上的電壓或電壓波形相關。它們可以通過改變開關s1、s2的時鐘或開關頻率或半橋電路hb的佔空比、即特別是改變開關s1、s2的接通持續時間來調節。

鑑於圖1所示的電路，現在有以下問題，在變壓器t1的次級側上的電感l2b、l2c(其特別表示單個次級側電感的兩半)並非恰好對稱的並且不具有相同的電參數或對稱參數。這導致了在變壓器t1的次級側後面的元件特別是二極體d1、d2的非對稱負荷。甚至可能出現只有電流路徑sp1、sp2中的一個電流路徑且進而二極體d1/d2負荷。

現在，本發明提供一種解決方案，其允許即便在變壓器t1的次級側上有不一樣的或非對稱的電感l2b、l2c時也獲得次級側輸出電流即連接點cp或輸出埠e1處的電流的準確對稱形式。本發明為此提供根據獨立權利要求的發光裝置轉換器和發光裝置轉換器操作方法。根據本發明的改進方案是從屬權利要求的主題。

在第一方面，提供一種發光裝置轉換器，其具有llc諧振電路，其中從llc諧振電路的次級側起，發光裝置例如led段可被供電，其中所述llc諧振電路具有：半橋電路，其具有由控制電路控制的串聯連接的兩個開關；從兩個開關的中間點起被供電的諧振電路；從所述諧振電路的輸出端起被饋送ac電壓的變壓器，在變壓器的次級側設有各自用於ac電壓的兩個極性中的每個極性的電流路徑。設有檢測電路，其檢測表示兩個電流路徑中的電流和/或其比例的信號，並且所述控制電路根據由所述檢測電路檢測的信號來調節所述半橋電路的兩個開關的時鐘。

所述檢測電路可以具有至少一個檢測支路，其檢測表示流過至少一個信號路徑的電流的信號。

所述至少一個檢測支路可以分析整流後的混合信號。

所述至少一個檢測支路可以具有採集保持電路。

檢測電路可以針對每個電流路徑具有檢測支路。

所述至少一個檢測支路可以具有開關，所述開關與所述半橋電路的兩個開關之一被同步鍾控。

在至少一個檢測支路上可以檢測電壓和/或電壓值，其與流過電流路徑中的一個的電流成比例。

所述控制電路可以根據被供給控制電路的信號來改變半橋電路的佔空比，特別是縮短或延長所述半橋電路的兩個開關中的至少一個的接通持續時間。

所述變壓器的次級側可以具有與所述變壓器的初級側繞組耦合的帶有中間抽頭的繞組，從所述繞組給所述電流路徑供電。

每個電流路徑可以具有檢測電感，其與檢測電路的至少一個第三檢測電感電磁耦合。所述檢測電路的至少一個檢測支路可以設置在整流器和濾波電路之間。

所述控制電路可以通過一直改變所述時鐘來改變半橋電路的兩個電路的控制，直到被供給控制電路的信號對應於設定值和/或被供給控制電路的信號特別是基本相同的，例如具有相同的信號值。

所述控制電路可以通過一直改變所述時鐘來改變半橋電路的兩個開關的控制，直到達到用於被供給控制電路的信號的設定值，所述信號特別表示兩個電壓值的比例。

所述檢測電路可以具有兩個檢測支路，它們的開關分別與所述半橋電路的兩個開關中的相應一個同步鍾控。

檢測電路可以給所述控制電路供應兩個信號，每個信號表明表示流過電流路徑的電流的電參數，和/或使兩個信號成比例並將關於所述比例的信息傳輸至控制單元。

另一方面，提供一種用於平衡在llc諧振電路的輸出端處的電流流動的方法，從llc諧振電路的次級側起，發光裝置例如led段可以被供電，在所述llc諧振電路中，其中控制電路控制半橋電路的串聯連接的兩個開關，並且其中所述半橋電路從兩個開關的中間點起給諧振電路供電，從所述諧振電路的輸出端起給變壓器饋送ac電壓，在所述變壓器的次級側設有分別用於ac電壓的兩個極性中的每個極性的電流路徑。檢測電路檢測表示兩個電流路徑中的電流和/或其比例的信號，並且所述控制電路根據由所述檢測電路檢測的信號來調節所述半橋電路的兩個開關的時鐘。

現在，也參照附圖來描述本發明。其中：

圖1示出根據現有技術的電路結構；

圖2示意性示出根據本發明的電路結構；

圖3舉例示出根據本發明的電路結構；

圖4舉例示出檢測值。

圖2示意性示出根據本發明的電路。從電源v(特別是直流電壓或經整流的交流電壓，如經整流的電網電壓)起，向半橋電路hb供電，半橋電路hb向諧振電路rk提供交流電壓。

如針對圖1所描述的，半橋在此優選地具有至少兩個串聯連接的開關s1、s2，這些開關由控制單元se控制。在這種情況下，能通過控制信號hs控制電位較高的開關，並且能通過控制信號ls控制電位較低的開關。

變壓器t1的初級側繞組連接至諧振電路rk。從具有近似將次級側電感分為兩個電感的中間抽頭的變壓器t的次級側繞組起，至少一個電流路徑被供電。現在檢測電路es集成在所述電流路徑中，檢測電路檢測至少一個信號，所述信號表示所述至少一個電流路徑中的電流、優選為兩個電流路徑中的電流或其比例。表示所述信號或比例的信息隨後被供給控制電路se，控制電路se據此通過改變控制信號hs和/或ls來改變逆變器hb的開關的時鐘或佔空比。

在圖2中示出了信號v1、v2，它們由檢測電路es被供給控制電路se。此時是指，當只傳輸表示電流值比例的信號或者只傳輸一個信號給控制單元se時，只需將所述信號從檢測電路es供給控制電路se。從變壓器t起，負載led可以被供電。

現在，參見圖3a和圖3b來描述根據本發明的電路的細節。

在圖3a中基本示出了對應於圖1的電路。相應地，圖1的相同的附圖標記也標示圖3a中的電路的基本相同的零部件。

電源v在圖3a中又作為電壓vbus被示出。在此的主要區別是，在第一電流路徑sp1中在二極體d1和連接點cp之間連有第一檢測電感l3a。另外，在第二電流路徑sp2中在二極體d2和連接點cp之間設有第二檢測電感l3b。第三檢測電感l3c與第一和第二檢測電感l3a、l3b電磁耦合，第三檢測電感優選地在與諧振電路rk或llc諧振電路或變壓器t1相關的初級側。

第一檢測電感l3a和第二檢測電感l3b與第三檢測電感l3c一起構成轉換器w1且特別是另一變壓器。因此，在第三檢測繞組l3c處，當電流isp1流過第一電流路徑sp1時，檢測與流過第一檢測繞組l3a的電流相關的電流，而當電流isp2流過第二電流路徑sp2時，檢測與流過第二電流路徑sp2的電流isp2相關的電流。因而，對於初級側ac電壓的每個極性在次級側提供用於感生電流的電流路徑。

在第三檢測繞組l3c處檢測的電流隨後被供給整流器gr，其接著輸出整流後的電流isense。根據本發明，現在電流信號isense在流過電流路徑sp1、sp2或流過二極體d1、d2的電流部分的非對稱性方面被分析。

如圖3b所示，電流信號isense從整流器起被供給由濾波電阻rf、濾波電容cf和感測電阻rsens構成的已知的濾波電路fs並且在求平均值方面被分析，從而最終在變壓器t1的次級側流動的電流的平均值isense_avg可以被用作對led電流控制來說有代表性的信號。平均值信號isense_avg於是用於電流調整，在此，它被用作實際信號且作為調節參數被用於逆變器hb的開關s1、s2的時鐘。相應地，平均值信號isense_avg作為信號(3)被供給控制電路se。

現在，根據本發明而規定，在求平均值之前將組合電流信號isense分解為代表流過電流路徑sp1和sp2的電流或在二極體d1或d2上出現的電流的值。為此，設有第一檢測支路ez1，它由包括電位較高側與整流器gr以及濾波電阻rf相連的第三開關s3、第一電阻rh1以及第一電容ch1的串聯電路構成。在此，在第一電阻rh1和第一電容ch1之間檢測電壓信號v1，其表示第一電容ch1上的電壓降。

由包括第四開關s4、第二電阻rh和第二電容ch2的串聯電路構成的第二檢測支路ez2也連接在整流器gr和濾波電路之間。在此，第四開關s4的電位較高端與整流器gr以及濾波電阻rf相連，而其電位較低側與第二電阻rh2的一側相連。在第二電阻rh2的另一側連有第二電容ch2，第二電容又位於接地電位。此時，在第二電阻rh2和第二電容ch2之間檢測測量信號v2，其表示第二電容ch2上的電壓降。

在第三開關s3啟用時有電流i2在第一檢測支路ez1中流動，在第四開關s4啟用時有電流i2在第二檢測支路ez2中流動。

現在重要的是，第三開關s3和第四開關s4與半橋hb的開關s1、s2同步控制。例如，第三開關s3與半橋的電位較高開關s1同步控制，而第四開關s4與半橋hb的電位較低開關s2同步控制。相應地，第三開關s3從控制電路se起以控制信號hs來控制，而第四開關s4以控制信號ls來控制，或者反過來。

根據本發明的基本構想是，流過二極體d1或d2的電流可被單獨分析。在這裡進行電流信號isense的隨後劃分，因為兩個電流isp2和isp1的組合已經被規定用於求平均。

另選地，也可以關於第一檢測電感l3a和第二檢測電感l3b設置單獨耦合的第三或第四檢測電感用於分析。於是，也可以將相應的電壓信號或電流信號傳輸給控制電路se。另外可以規定，檢測電路es從檢測信號v1和v2中確定比例並將其作為單個信號傳輸給控制電路se。為此，可以在檢測電路es中設置相應電路來形成比例值。

在認識到由檢測電路es提供給控制電路se且表示流過二極體d1或d2的電流的至少一個信號的情況下，現在不是以機械方式而是以控制技術方式來排除變壓器t1的次級側電感l2b、l2c的非對稱性，做法是在反饋控制過程中針對所述非對稱性利用傳輸的值來改變半橋開關s1、s2的時鐘且特別改變半橋hb的佔空比。

在如圖3b所示的實施例中，作為相應電壓信號的表示流過二極體d1或d2的電流的檢測信號v1和v2通過控制電路se(特別是ic、asic、微控制器)被分析，控制電路隨後相應控制半橋hb的開關s1、s2。另外可以規定，檢測電路es具有自身的微控制器、asic或ic，其給另一個控制單元提供反饋信號，隨後所述控制單元改變逆變開關s1、s2的控制。

諧振電路或者說llc諧振電路與帶有中間點抽頭的變壓器t1被用於獲得略微較高的效率。即，本發明所解決的問題針對的是流過次級繞組l2b、l2c的電流根據工作點可能是不同的。特別是，本發明防止變壓器t1的整個輸出電流只流過電流路徑sp1、sp2中的一個，即次級側電感l2b、l2c中的一個，這也是變壓器t1的顯著電負載以及熱負載。雖然半橋hb一般以50％的佔空比工作，即半橋的開關s1、s2在可能考慮死區時間的情況下基本是同等部分起效，但根據本發明的解決方案補償可能有的非對稱性，即，半橋hb的佔空比被修正並且特別是半橋開關s1、s2的接通持續時間和/或斷開持續時間被改變。

圖4a-4c示意性示出在非對稱情況下在由控制信號ls、hs基本相同地控制半橋開關s1、s2時如何能在電流路徑sp1、sp2中出現不同的電流。

雖然當如圖4a和圖4b所示所述開關s1和第三開關s3通過藉助信號hs的控制被啟用時所述檢測電路es在第一檢測支路ez1上確定檢測信號v1，但當如圖4a和圖4c所示所述開關s2和第四開關s4通過藉助信號ls的控制被啟用時所述第二檢測支路ez2確定檢測信號v2。

相應地，如圖4d所示地從檢測信號v1、v2中得到偏差△v，所述偏差反映非對稱性。相應地，藉助控制信號ls、hs改變來改變半橋開關s1、s2的控制能造成在電流路徑sp1、sp2中的電流isp1、isp2的變化。特別是，參數△v可以被用作用於非對稱性的實際參數，其隨後可用於負責半橋開關s1、s2的控制的控制電路se。

即，變壓器t1的次級電感l2b、l2c的電流通過檢測電感l3a-l3c來檢測。如圖3b所示，所述交流信號藉助整流器gr、特別是橋整流器被整流。通過檢測支路ez1、ez2的開關的時鐘，於是獲得如圖4b和圖4c所示的信號v1、v2。在此，電感l3a-l3c內的電流變化與通過控制信號ls、hs來控制的半橋開關s1、s2的切換同步。

在此要注意，第一電阻rh1和第一電容ch1是採樣保持電路。同樣的情況也適用於第二電阻rh2和第二電容ch2。因此，通過第三或第四開關s3、s4所檢測的測量信號分別被供給採樣保持級。由此，檢測信號v1即電壓v1出現在檢測點(1)處，而檢測信號v2或者說電壓信號出現在檢測點(2)處，其中，點(1)處的信號與流過第一檢測電感l3a的電流成比例，而檢測信號v2與流過第二檢測電感l3b的電流成比例。

檢測信號然後例如能利用微控制器的模擬-數字轉換器來分析，其隨後改變整流器hb的佔空比，直到點(1)處的檢測信號v1對應於點(2)處的檢測信號v2。