用于为至少一个LED提供电流的降压转换器的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于为至少一个LED提供电流的降压转换器，所述降压转换器具有：第一输入端，所述第一输入端具有第一输入端子和第二输入端子，以用于与第一直流电压源耦合；输出端，所述输出端具有第一输出端子和第二输出端子，以用于与至少一个LED耦合；降压扼流圈；第一分流电阻器，所述第一分流电阻器设置成使得在扼流圈的充电阶段和放电阶段所述第一分流电阻器都由经过至少一个LED的电流流过；和第二分流电阻器，所述第二分流电阻器设置成仅在扼流圈的放电阶段中所述第二分流电阻器由经过至少一个LED的电流流过。

背景技术：
随着LED在普通照明的广泛领域中的推广，提出用于下述组件的尤其简单且低成本的供电电路的要求，所述组件另一方面总是越来越多地由微控器来控制，以便保证其功能，尤其为色彩稳定性、色彩混合、可调光性、热调节等。从WO2012/010591A2中已知以连续模式工作的尤其简单的、类型相关的并且仍然有效率的降压转换器。在所述参考文献的图2中示出一个特征在于特别良好的动态特性的实施形式。当然，在考虑所述电路时明显的是，所述电路为了测量接地的LED电流而需要p沟道MOSFET作为开关。这种开关在大于约50V的耐压强度的情况下是昂贵的或在类似价格的情况下没有达到类似的N沟道MOSFET的耐压强度。

技术实现要素：
因此，本发明的目的在于改进上述类型相关的降压转换器，使得在性能类似或改进的情况下实现更加低成本的制造。所述目的通过根据本发明的降压转换器来实现。本发明基于下述知识：当本发明实现一个或多个N沟道MOSFET晶体管的使用时，实现更加低成本的制造。虽然不可以通过单独的N沟道MOSFET晶体管来更换P沟道MOSFET晶体管，但是当使用具有半桥布置的第一电子开关和第二电子开关的桥式电路时，存在使用N沟道MOSFET晶体管的可能性。然而，在此问题是出现对半桥布置的高边开关进行激励。因此，根据本发明设有启动电路以及自举电路，其中启动电路用于对自举电路的自举电容器充电，所述自举电容器需要用于对用于激励高边开关的激励电路供电。就此而言，根据本发明的降压转换器的特征在于，所述降压转换器还包括第二输入端，所述第二输入端具有第一输入端子和第二输入端子，以用于与第二直流电压源耦合。如同已经提及的，桥式电路设有以半桥布置的第一电子开关和第二电子开关，其中第一开关和第二开关在构成桥中点的情况下串联地耦合到第一输入端的第一输入端子和第二输入端子之间。在此，第一开关是高边开关并且第二开关是低边开关。第一电子开关和第二电子开关分别具有控制电极、工作电极和参考电极。降压扼流圈耦合到桥中点和第一输出端子之间。用于激励第一电子开关和第二电子开关的激励装置包括：第一输出端，所述第一输出端与第一电子开关的控制电极耦合；第二输出端，所述第二输出端与第二电子开关的控制电极耦合；第三输出端，所述第三输出端与桥中点耦合；以及第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端。降在第一分流电阻器上的电压与激励装置的第一输入端耦合，而降在第二分流电阻器上的电压与激励装置的第二输入端耦合。激励装置设计成，在将第一输入端上的电压用作第一控制信号的第一分量的情况下，在所述激励装置的输出端上产生用于第一开关的切断信号和用于第二开关的接通信号，并且在将第二输入端上的电压用作第二控制信号的第一分量的情况下，在所述激励装置的输出端上产生用于第一开关的接通信号和用于第二开关的关断信号。激励装置的第三输入端与第二输入端的第一输入端子耦合。启动电路具有第一输入端和第二输入端，其中启动电路的第一输入端与第一输入端的第一输入端子耦合，其中启动电路的第二输入端与桥中点耦合。此外，所述启动电路具有与激励装置的第四输入端耦合的输出端。启动电路设计成，在将第一直流电压源施加到降压转换器的第一输入端上之后，在所述启动电路的输出端上提供一段可预设的持续时间的开关信号。最后，设有具有串联的自举二极管和自举电容器的自举电路，其中自举电容器的背离自举二极管的端子与桥中点耦合。自举二极管的背离自举电容器的端子与第二输入端的第一输入端子耦合。自举二极管和自举电容器之间的连接点与激励装置的第五输入端耦合。此外，激励装置设计成，当第五输入端上的电压超出可预设的数值时，在所述激励装置的第一输出端上提供电压信号。通过该布线实现，启动电路激励该激励装置，使得所述激励装置——在一定的延迟之后——在施加电源电压之后首先接通半桥布置的低边开关持续达一定时间。由此，对自举电容器充电，使得在切断低边开关之后能够接通高边开关。所述高边开关在直至达到上切断阈值期间保持接通。该状态经过续流阶段在直至达到下切断阈值期间保持，等等。因此，启动电路用于首先对自举电容器充电，需要所述自举电容器用于对用于激励高边开关的激励电路进行供电。从WO2012/010591A2中已知对上切断阈值和下切断阈值进行调节，使得在相应的实施形式和其说明方面参考所述参考文献，其内容通过参引并入本申请。通过使用N沟道MOSFET半桥能够使用低成本的、用于大范围（通用数据系统、通态电阻、总栅极电容（QGtotal））的组件。能够根据半桥的第二MOSFET满足同步整流器功能，由此根据本发明的降压转换器在效率方面进一步强于从上述的WO2012/010591A2中已知的降压转换器。根据本发明的降压转换器的特征还在于比已知的降压转换器更高的效率。这在于，N沟道MOSFET具有比P沟道MOSFET更小的导通电阻RDSon。特别地，当以连续模式运行时，通过更低的QGtotal同样也得出更低的开关损耗。在一个优选的实施形式中，启动电路包括延迟环节，尤其是电容器和第一欧姆电阻器的串联电路，其中串联电路耦合到第一输入端的第一输入端子和第二输入端子之间，其中电容器和第一欧姆电阻器的耦合点与尤其为施密特触发器或施密特触发器反相器的触发器电路的输入端耦合，其中触发器电路的输出端与启动电路的输出端耦合。以该方式实现，将低边开关接通持续达实现对自举电容器充足地充电的持续时间，也就是说，必须在该时间段期间对自举电容器足够强地充电，以便实现接通高边开关。因此，在可预设的持续时间的经过之后，在激励装置的相应的输入端上施加引起高边开关接通的信号。由于在可预设的时间段之内充电的自举电容器，那么在激励装置方面存在相应的电压，以便实际上接通高边开关。尤其地，触发器电路包括触发器二极管，尤其是双向触发二极管。优选地，启动电路还包括第二欧姆电阻器和二极管的串联电路，其中第二欧姆电阻器和二极管的串联电路耦合到第一欧姆电阻器和电容器的耦合点一方和启动电路的第二输入端另一方之间。以该方式提供用于电容器的放电路径，使得能够改变触发器电路的输入端上的电势。优选地，分配第一分流电阻器和第二分流电阻器，使得在降压扼流圈的放电阶段中，激励装置的第二输入端上的电压小于激励装置的第一输入端上的电压。由此，降在两个分流电阻器上的电压能够用于连续的开关过程。降压转换器还能够包括至少一个第一电流源，所述第一电流源设计成在其输出端上提供第一电流，其中第一电流源与激励装置的第六输入端耦合，并且激励装置设计成基于第一电流来产生第一控制信号的和/或第二控制信号的第二分量。因此，通过改变由第一电流源提供的第一电流能够实现改变半桥布置的开关的接通时间点和关断时间点，由此能够对至少一个LED进行调光。激励装置还能够包括至少一个第三欧姆电阻器，其中第一控制信号的和/或第二控制信号的第二分量表示为第三欧姆电阻器和第一电流的乘积。以该方式提供下述可能性：将在运行时由于第一电流降在第一欧姆电阻器上的电压添加至第一控制信号的和/或第二控制信号的第一分量，进而由于由第一电流源提供的第一电流的可变性而产生第一控制信号的和/或第二控制信号的可变分量。因此能够以特别简单的方式对半桥布置的接通时间点和/或关断时间点产生影响。激励装置能够优选地包括辅助开关，所述辅助开关具有控制电极、工作电极和参考电极，其中辅助开关的控制电极与激励装置的第一输入端耦合。为了对施加在激励装置的第一输入端上的电压产生影响，优选地，第三欧姆电阻器耦合到辅助开关的控制电极和激励装置的第一输入端之间。在此，优选地，第三欧姆电阻器耦合到辅助开关的控制电极和激励装置的第一输入端之间。此外，优选地，激励装置的第六输入端与下述节点耦合，辅助开关的控制电极经由所述节点与激励装置的第三欧姆电阻器耦合。此外，优选地，辅助开关的参考电极与激励装置的第二输入端耦合，其中辅助开关的工作电极与激励装置的第四输入端耦合。因此，第一辅助开关以共基极电路运行，由此能够实现特别高的开关速度。优选地，激励装置还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管以反串联的方式串联地耦合到第四输入端和辅助开关的工作电极之间，其中第一二极管和第二二极管的耦合点经由第四欧姆电阻器与激励装置的第三输入端耦合。以该方式一方面确保，激励装置的第四输入端上的电势一方面能够由启动电路激励、另一方面经由辅助开关激励。优选地，激励装置包括集成的半桥驱动器组件，所述半桥驱动器组件包括控制输入端，其中第一二极管和第二二极管的耦合点与控制输入端耦合。所述组件例如能够为LM5104类型。控制输入端是输入端“IN”。为了在首次接通第一开关时保证限定的电势关系，此外，优选地设有上拉电阻器，所述上拉电阻器耦合到桥中点和第一输入端的第一输入端子之间。其它优选的实施形式从下文中得出。附图说明从现在开始，在下文中参照附图详细地描述本发明的实施例。示出：图1示出根据本发明的降压转换器的第一实施例的示意图；并且图2示出图1示出的实施例的详细图。具体实施方式图1示出根据本发明的降压转换器的实施例的示意图。所述降压转换器具有带有第一输入端子E1和第二输入端子E2的第一输入端。第一输入端用于与第一直流电压源Vin耦合。具有第一输入端子E3和第二输入端子E4的第二输入端用于与第二直流电压源VDD耦合。当然能够设有仅一个直流电压源，从所述直流电压源中引出两个所提及的电压Vin和VDD。降压转换器具有带有第一输出端子A1和第二输出端子A2的输出端，以便将降压转换器与至少一个LED耦合。桥式电路设有半桥布置的第一电子开关S1和第二电子开关S2，其中第一开关S1和第二开关S2在构成桥中点BM的情况下串联地耦合到第一输入端的第一输入端子E1和第二输入端子E2之间。开关S1是高边开关并且开关S2是半桥布置的低边开关。两个开关分别具有控制电极、工作电极和参考电极。降压扼流圈L1耦合在桥中点BM和第一输出端子A1之间。激励装置12用于激励第一开关S1和第二开关S2。为了该目的，激励装置12包括第一输出端HA1以及第二输出端HA2，所述第一输出端与第一开关S1的控制电极耦合，所述第二输出端与第二开关S2的控制电极耦合。第三输出端HA3与桥中点BM耦合。所述激励装置还包括第一输入端HE1、第二输入端HE2、第三输入端HE3、第四输入端HE4和第五输入端HE5。降压转换器包括第一分流电阻器R3，所述第一分流电阻器设置成，使得在降压扼流圈L1的充电阶段和放电阶段中所述第一分流电阻器都由经过至少一个LED的电流流过。第二分流电阻器R2设置成，使得仅在降压扼流圈L1的放电阶段中所述第二分流电阻器由经过至少一个LED的电流流过。降在分流电阻器R3上的电压与激励装置12的第一输入端HE1耦合。降在第二分流电阻器R2上的电压与激励装置12的第二输入端HE2耦合。激励装置12设计成，在将输入端HE1上的电压用作第一控制信号的第一分量的情况下，在所述激励装置的输出端HA1上产生用于开关S1的切断信号并且在所述激励装置的输出端HA2上产生用于开关S2的接通信号，并且在将输入端HE2上的电压用作第二控制信号的第一分量的情况下，在所述激励装置的输出端HA1上产生用于开关S1的接通信号并且在所述激励装置的输出端HA2上产生用于开关S2的关断信号。激励装置12的第三输入端HE3与第二输入端的第一输入端子E3耦合。设有启动电路14，所述启动电路具有第一输入端HS1和第二输入端HS2。启动电路14的第一输入端HS1与第一输入端的第一输入端子E1耦合，而启动电路14的第二输入端HS2与桥中点BM耦合。启动电路还具有输出端HT1，所述输出端与激励装置12的第四输入端HE4耦合。启动电路14设计成，在将第一直流电压源Vin施加到降压转换器的第一输入端E1、E2上之后，在所述启动电路的输出端HT1上提供一段可预设的持续时间的开关信号。此外，设有自举电路16，所述自举电路包括串联的自举二极管D1和自举电容器C1。自举电容器C1的背离自举二极管D1的端子与桥中点BM耦合。自举二极管D1的背离自举电容器C1的端子与第二输入端的第一输入端子E3耦合。自举二极管D1和自举电容器C1之间的连接点与激励装置12的第五输入端HE5耦合。激励装置12设计成，当第五输入端HE5上的电压超过可预设的数值时，在所述激励装置的第一输出端HA1上提供电压信号。参考图1所采用的附图标记也适用于根据图2的根据本发明的降压转换器的详细图。因此，启动电路14包括延迟环节，所述延迟环节目前构造成电容器C2和欧姆电阻器R4的串联电路，其中所述串联电路耦合到第一输入端的第一输入端子E1和第二输入端子E2之间。电容器C2和欧姆电阻器R4的耦合点与触发器电路的输入端耦合、在此与施密特触发器反相器IC2a耦合。触发器电路IC2a的输出端与启动电路14的输出端HT1耦合。启动电路14还包括欧姆电阻器R9和二极管D9的串联电路，所述串联电路耦合到欧姆电阻器R4和电容器C2的耦合点一方和启动电路14的输入端HS2另一方之间。分配第一分流电阻器R3和第二分流电阻器R2，使得在降压扼流圈L1的放电阶段中，激励装置12的输入端HE2上的电压小于激励装置12的输入端HE1上的电压。激励装置12包括辅助开关Q45，所述辅助开关的控制电极经由欧姆电阻器R7与激励装置12的输入端HE1耦合。在激励装置12的第六输入端HE6上，未示出的电流源能够经由欧姆电阻器R12与辅助开关Q45的控制电极耦合，以便基于由电流源所提供的电流来产生第一和/或第二控制信号的第二分量。辅助开关Q45的参考电极与激励装置12的第二输入端HE2耦合，其中辅助电极Q45的工作电极与激励装置12的第四输入端HE4耦合。激励装置12此外包括第一二极管D2和第二二极管D3，所述第一二极管和第二二极管以正极连接在一起的方式反串联地耦合到第四输入端HE4和辅助开关Q45的工作电极之间。二极管D2、D3的耦合点经由欧姆电阻器R10与激励装置12的第三输入端HE3耦合。激励装置12优选地包括集成的半桥驱动器组件IC1，例如为LM5104的类型。在此，所述组件IC1的端子VDD与输入端HE3耦合，端子HB与输入端HE5耦合，端子HO与输出端HA1耦合，端子HS与输出端HA3耦合，端子LO与输出端HA2耦合，端子VSS与参考电势耦合，端子IN与输入端HE4耦合并且端子Rt经由欧姆电阻器R11与参考电势耦合。组件LM5104的分配给端子的功能对本领域技术人员是已知的。在其它的能够用于当前目的半桥驱动器组件IC1中能够设有类似的功能，即使端子能够具有其他的标记时也如此。将上拉电阻器R8设到桥中点BM和第一输入端的输入端子E1之间。根据本发明的降压转换器的基本工作原理以已从WO2009/089912或从WO2012/010591A2中已知的降压转换器的工作原理为基础，使得在下文中主要讨论与已知的所述降压转换器的不同之处：在施加直流电压源Vin和VDD之后，电容器C2经由欧姆电阻器R4从直流电压源Vin充电。一旦电容器C2充满电，在施密特触发器反相器的输入端上施加信号“逻辑1”，使得在其输出端上提供信号“逻辑0”。因此，节点N、也就是二极管D2和D3之间的连接点因此同样位于“逻辑0”。因此，IC1的控制输入端IN也位于“逻辑0”。这导致，组件IC1在其输出端LO上提供给开关S2接通信号。电压VDD对于接通所述开关S2是足够的。当开关S2接通时，桥中点BM上的电势降低到几乎为零。这导致，在启动电路14的输入端HS2上施加几乎为零的电势，由此，电容器C2经由欧姆电阻器R9和二极管D9组成的串联电路放电。因此，施密特触发器反相器IC2a的输入端上的电势以一定的延迟从“逻辑1”转换成“逻辑0”。就此而言，所述施密特触发器反相器的输出端HT1上的电势相应地从“逻辑0”转换成“逻辑1”。节点N上的电势经由欧姆电阻器R10设置成“逻辑1”。电容器C1的左边端子位于参考电势，使得电容器C1能够经由二极管D1充电。组件IC1设计成，对电压VDD和所述组件的输入端HB上的电压、也就是电容器C1上的电压进行监控。一旦电容器C1充电，相应地，在组件IC1的输出端HO上提供足够大的电压，以便接通高边开关S1。同时将开关S2开关到非导通状态下。降压扼流圈L1的充电阶段开始。在此，电流ILED经由开关S1、降压扼流圈L1、LED、经由欧姆电阻器R3和参考电势流回至输入端子E2。通过负载电流ILED增大，降在欧姆电阻器R3上的电压上升至超过大约0.6V的辅助开关Q45的基极发射极阈值电压的情况下，这引起将辅助开关Q45开关到导通状态下。由此，节点N上的电势下降到“逻辑0”。这经由组件IC1的控制输入端IN引起关断开关S1并且接通开关S2。降压扼流圈L1的续流阶段开始。在续流阶段中，电流ILED从参考电势经由欧姆电阻器R2、开关S2、降压扼流圈L1以及LED和欧姆电阻器R3流回至参考电势。通过降在欧姆电阻器R2上的电压，辅助开关Q45首先仍导通。因为现在负载电流ILED由于降压扼流圈L1的去磁而下降，所以辅助开关Q45的基极发射极电压下降，这如下所示：UBE（Q45）=（R2+R3）·ILED。如果电压UBE下降到大约为0.6V至0.7V的阈值电压之下，辅助开关Q45过渡到截止状态下。由此，参考上文，节点N上的电势又转换成“逻辑1”，使得随后又接通开关S1。根据意义，电流ILED的上边界值确定成：ILEDmax=UBEF（Q45）/R3并且LED电流的下边界值确定成：ILEDmin=UBEF（Q45）/（R2+R3）。欧姆电阻器R8（上拉电阻器）用于在电路的起动阶段中限定半桥中点BM上的电势。因此，经由欧姆电阻器R8在开关S1的源极端子上提供用于启动降压转换器的足够高的电势。电压Vin优选地在+5V和200V之间，而电压VDD优选地在10V和15V之间。