向发光机构供电的操作电路、LED转换器和操作电路的操作方法与流程

文档序号:11531917阅读:210来源:国知局
向发光机构供电的操作电路、LED转换器和操作电路的操作方法与流程

本发明涉及向发光机构供电的操作电路、led转换器和这种操作电路的操作方法。本发明尤其涉及这样的装置和方法,其中发光机构、尤其是包括一个或更多个发光二极管的发光机构利用具有电位隔离的操作电路进行供电。

具有电位隔离的变换器用于从输入侧至输出侧的电能的电解耦传输。这样的变换器在各种应用中被用来供应电流或供应电压,例如在定时开关电源中。在定时变换器情况下,采用可被设计成功率开关形式的可控开关并定时操作,以传输电能至输出侧。电解耦能量传输可以通过采用变压器或其它传送器实现。例如出于安全缘故在用于发光机构的操作装置中需要这样的电位隔离,以通过电位势垒将elv(“超低电压”)区域与具有较高电压的区域分开。

为了控制或调节变换器,可能需要关于变换器的输出电压的信息。在初级侧定时变换器的情况下这可如此实现,检测变换器的次级侧上的输出电压并越过电位势垒将该输出电压传输至初级侧。为此可采用光耦合器。这导致较高的成本和较高的开支。

需要一种装置和方法,其中电路技术的开支和/或在常见的装置中与跨越电位势垒相关的成本可被减少或避免。需要这样的装置和方法,其可以在连续操作时控制或调节输出功率。

根据实施例,提出了具有独立权利要求中记载的技术特征的操作电路、led转换器和方法。从属权利要求限定了实施方式。

根据本发明的实施例,在操作电路的初级侧采用电感以检测用于发光机构的操作电路的输出电压。该电感与该操作电路的变换器的次级线圈感应耦合。

电感例如可以包括不同于变换器的初级线圈的绕组。

为了确定输出电压,可以在定时变换器的至少一个切换周期内检测电感处的电压最大值。可以从该最大值减去电压修正值以确定输出电压。电压修正值可以取决于操作电路的输出电流。电压修正值可以取决于二极管的微分电阻和所述输出电流。

根据一个实施例,提出了一种用于向包括至少一个发光二极管的发光机构供电的操作电路。该操作电路具有初级侧和与该初级侧电隔离的次级侧。该操作电路包括定时变换器。该操作电路包括用于确定操作电路的输出电压的检测装置,其中,该检测装置包括布置在变换器的初级侧的电感,该电感与变换器的次级侧的次级线圈感应耦合。

因此,可以对利用在初级侧的电感检测到的电压进行处理,以确定该输出电压。在次级侧电路中的输出电压的检测和越过selv势垒的反馈不再是必需的。功率控制可以根据在初级侧利用电感检测到的电压来实现,而无需检测次级侧电路中的输出电压。

检测装置可以设立用于根据电感处的电压并根据操作电路的输出电流确定来输出电压。由此,可以考虑在次级线圈与操作电路的输出端之间的可能有的电压降。

检测装置可以设立用于根据电感处的电压的最大值并根据输出电流来确定输出电压。该最大值可以分别在定时变换器的至少每第二个切换周期内被确定。检测装置可以设立用于将输出电压确定为电压最大值与取决于输出电流的电压修正值之差。

二极管可以被设置在次级线圈与操作电路的输出端之间。电压修正值可以是输出电流与二极管的微分电阻的乘积。

操作电路可以包括用于检测输出电流的变压器。该变压器可以包括接在次级线圈与二极管之间的至少一个次级侧电感和与该次级侧电感感应耦合的初级侧电感。

操作电路可以设立用于根据所确定的输出电压定时切换变换器的至少一个可控开关。

操作电路可以设立用于根据输出电压调节用于所述至少一个可控开关的切换频率和/或切换阈值。

操作电路可以设立用于根据输出电压对操作电路的输出功率进行功率调节和/或功率限制。

与次级线圈感应耦合的电感可以不同于变换器的初级线圈。

变换器可以是具有半桥控制的初级侧定时llc谐振变换器。

根据一个实施例的led转换器包括根据一个实施例的操作电路。

根据一个实施例的系统包括根据一个实施例的led转换器和与该操作电路的输出端相连的发光机构。该发光机构包括至少一个发光二极管。

根据一个实施例,提出一种用于操作向包括至少一个发光二极管的发光机构供电的操作电路的方法。该操作电路具有初级侧和与该初级侧电隔离的次级侧。该方法包括定时切换变换器的至少一个可控开关。该方法包括根据变换器的初级侧的电感处的电压确定操作电路的输出电压,其中,所述电感与变换器的次级侧的次级线圈感应耦合。

在该方法中,输出电压可以根据电感处的电压并根据操作电路的输出电流来确定。由此,可以考虑在次级线圈与操作电路的输出端之间的可能有的电压降。

在该方法中,输出电压可以根据电感处的电压的最大值并根据输出电流来确定。该最大值可以分别在定时变换器的至少每第二个切换周期内被确定。

在该方法中,输出电压可以被确定为电压的最大值与取决于输出电流的电压修正值之差。

二极管可以被设置在操作电路的输出端与次级线圈之间。电压修正值可以是输出电流与二极管的微分电阻的乘积。

该方法可以包括在采用变压器的情况下检测输出电流。该变压器可以包括接在次级线圈与二极管之间的至少一个次级侧电感和与该次级侧电感感应耦合的初级侧电感。

变换器的至少一个可控开关可以根据所确定的输出电压进行定时开关。

用于切换所述至少一个可控开关的切换频率和/或切换阈值可以根据输出电压来调节。

可以如此定时切换所述至少一个可控开关,使得根据所述输出电压实现操作电路的输出功率的功率调节和/或功率限制。

与次级线圈感应耦合的电感可以不同于变换器的初级线圈。

该方法可以由根据一个实施例的操作电路或led转换器来自动执行。

下面将参照附图并结合优选实施例来详细说明本发明。

图1示出了具有根据一个实施例的led转换器的照明系统的示意图。

图2示出了根据一个实施例的操作电路的电路图。

图3示出了根据另一个实施例的操作电路的电路图。

图4示出了根据又一个实施例的操作电路的电路图。

图5示出了根据还一个实施例的操作电路的电路图。

图6示出了在变换器初级侧检测到的用于确定输出电压的电压。

图7示出了根据在初级侧检测到的电压来确定输出电压。

图8示出了根据一个实施例的方法的流程图。

下面结合实施例并参照附图来详细描述本发明,在附图中,相同的附图标记表示相同的或相应的元件。不同实施例的特征可以相互组合,只要这未在说明书中被明确排除。尽管在特定应用的背景下,例如在用于发光二极管模块的操作装置的背景下详细描述了几个实施例,但所述实施例并不局限于这些应用。

图1示出了系统1,其中,根据一个实施例的led转换器3向发光机构5供电。该发光机构5可以包括一个发光二极管(led)或更多个发光二极管。所述led6可以是无机发光二极管或有机发光二极管。

led转换器3在操作中在输入侧与电压源2(例如电网电压)相耦合。led转换器3可以包括整流器13。led转换器3可以可选地包括功率因数修正电路(pfc,“powerfactorcorrection”)13。led转换器3包括变换器14。该变换器14可以是dc/dc变换器。

变换器14被设计为定时变换器并且具有可控开关16。可控开关16可以是功率开关。可控开关16可以是具有隔离栅极的晶体管。可控开关16可以是mosfet。如还将进行描述的,变换器14是初级侧定时变换器,其中,控制装置19定时开关该可控开关16。虽然图1仅示意性示出一个可控开关16,但变换器14也可以具有多个初级侧可控开关,例如用于变换器14的半桥控制。

变换器14可以具有电流隔离。变换器14的初级侧和变换器14的次级侧可以是电流隔离的。由此,可以在led转换器的不同区域11、12之间产生电位隔离。具有变换器的次级侧的输出侧12可以被设计为selv(“隔离超低电压”)区域并且可以通过selv势垒10与输入侧13隔离。电位势垒10不一定必然是selv势垒,而是也可以是电位势垒。

led转换器3可以可选地具有与变换器14的次级线圈18耦合的输出回路15。

led转换器3被设立用于通过电压测量来确定led转换器3输出端的输出电压,所述电压测量在初级侧11进行。为此,led转换器的操作电路可以包括用于确定输出电压的装置20。该装置20包括电感21,该电感被布置在操作电路的初级侧11并因而与操作电路的输出端电隔离。电感21与变换器14的次级线圈18感应耦合。

如还将进行描述的,可以检测电感20处的电压并对其进行进一步处理以确定输出电压。可以检测电感20处的电压的最大值。电感20处的电压的最大值本身或者由其导出的参数可以被用作输出电压的特征值。例如,可以从在定时变换器14的一个或更多个切换周期内检测到的电感20处的电压的最大值减去修正项。该修正项可以取决于led转换器3的输出电流。

电感21可以不同于变换器14的初级线圈(图1未示出)。装置20可以设立成不是在变换器14的初级线圈本身上实现初级侧电压检测,而是在与之不同的电感21上实现。由于漏电感造成的失真的风险因此可以被减小。输出电压可以被可靠地确定。

电感21可以与变换器14的初级线圈和次级线圈紧密耦合地布置。电感21可以与变换器14的次级线圈18和初级线圈布置在同一变压器芯上。

装置20可以包括用于抽头电感21处的电压的分压器。该分压器可以是欧姆分压器。

如图1示意性地示出的,可以在led转换器3中确定输出电压,而不必为此执行在selv侧的测量和/或不必越过selv势垒反馈相应的测量结果。控制装置19可以设立成使得它们根据在初级侧测得的电压来确定led转换器3的输出电压并且例如可以被用于功率调节。

图2是根据一个实施例的操作电路39的电路图。操作电路39包括具有初级侧电路40和次级侧电路50的变换器。在初级侧电路40与次级侧电路50之间存在电位隔离。为了隔离,可以设置具有初级线圈17和次级线圈18的变压器。

变换器可以被设计为llc谐振变换器。变压器的主电感可以作为llc谐振电路的电感中的一个。单独的感应元件43或者变压器的漏电感可以作为llc谐振电路的其它电感。电容元件或漏电容可以构成llc谐振电路的电容。根据此技术领域中的通用术语,在这里如此使用术语“llc谐振电路”或“llc谐振变换器”,使得利用其表示具有两个电感和一个电容的谐振电路或者相应的变换器,其中,是否如图2所示电感中的一个接设在电容45与电感43之间或者电容器是否接在两个电感之间并不重要。所述电感43也可以作为漏电感被集成到变压器的初级线圈17中。

变换器可以是dc/dc变换器。次级侧电路50可以是selv区域,其通过selv势垒10与初级侧区域隔离。初级侧电路可以包含并不属于selv区域的所有组件。

初级侧电路40包括半桥电路,该半桥电路具有可以是功率开关的第一开关41和可以是功率开关的第二开关42。第一开关41和第二开关42可以是相同的,并且半桥电路可以被设计为对称的半桥电路。谐振电路与第一开关41和第二开关42之间的节点相连。谐振电路与这两个开关41、42之间的半桥电路的中点相连。llc谐振电路的第一电感43的第一接线端可以与半桥电路的第一开关41和第二开关42之间的节点相连。第一电感43的第二接线端可以与llc谐振电路的另一电感的第一接线端相连。所述另一电感的第二接线端可以与谐振电路的电容45相连。

在变换器39的操作中,控制装置19控制第一开关41和第二开关42。此时每个开关可分别以同一预定频率被接通或断开。控制装置19可以如此控制第一开关41和第二开关42,使得总是最大程度地接通两个开关中的一个。第一开关41和第二开关42可以由控制装置19交替地定时操作。在一个开关的断开与另一个开关的接通之间的死区时间可以短,尤其远小于切换频率的倒数。

如此设计初级侧电路40,使得可以检测在电感21处感生的电压v_sns。电感21不同于初级线圈17,从而电压检测并不直接在初级线圈17上实现。电感21与次级线圈18感应耦合。

次级侧电路50具有与次级线圈18相连的整流器,该整流器例如可以由第一二极管51和第二二极管52构成。可以设置输出电容器53。该输出电容器53可以直接或者通过可选存在的电感54与操作电路的输出端55相耦合。

与操作电路的输出端55相连的负载5可以包括一个led、一个led段、更多个led或者更多个led段。所述led可以是led模块的led。

在操作电路的输出端55处的输出电压基于在初级侧电路40中检测到的电压v_sns来确定。初级侧电路40中在电感21处检测到的电压v_sns被提供给控制装置19。在初级侧电路40中在电感21处检测到的电压v_sns可以在被提供给控制装置19之前进行a/d变换。

当半桥电路的开关41、42被切换时,能量被传输,直到电容器53被充电。负载5将电容器53处的电压端接至对应于发光机构的led的正向电压的值。次级线圈处的电压对应于电路的输出电压减去经整流器二极管51、52下降的电压。

相应地,可以从切换开关41、42时在次级线圈18处出现的电压的最大值推导出关于输出端55处的输出电压的信息。为此,电感21处的电压的最大值例如通过分压器22来检测。

分压器22可以是高欧姆分压器。分压器22可以是具有至少两个电阻23、24的欧姆分压器。二极管25可以可选地与分压器的电阻24并联设置。二极管25可以用于保护后面的a/d变换器和/或后面的集成半导体电路(例如控制装置19),以将第二开关阶段内的负电压限制到最低电压。在负电压的情况下,该电压被限制到二极管的导通电压。

电阻24处的电压v_sns可以可选地在a/d变换后被提供给控制装置19。

为了确定操作电路39的输出电压,可以考虑整流器二极管31、32的正向电压。输出电压可以通过以下公式来确定:

vout=v_sns-vc(iout)(1)

其中,v_sns是通过分压器22在电感21处检测到的电压的最大值,vc(iout)是取决于操作电路的输出电流的修正项。

输出电压例如可以通过以下公式来确定:

vout=v_sns-rdiff·iout(2)

其中,rdiff是整流器二极管51、52的微分电阻。

在确定输出电压时,可以将电流调节的理论值用于输出电流iout。替代地,输出电流iout也可以利用另一变压器来测量,如参照图3所详细描述的。

在其它实施例中,可以忽略整流器二极管51、52处的电压并且公式(1)中的修正项vc(iout)被设为零。

根据电感21处的电压确定的输出电压可以被用于不同的目的。例如,可以获知诸如在输出端55处的短路或者空置的输出端55或者在输出端55处的过压的故障状态。可以根据电感21处的电压实现紧急断开或者输出功率的功率限制。

电感21处的电压也可以被用作用于功率调节的调节变量。如此,操作电路的输出功率的调节可以利用在初级侧在电感21处检测到的电压来实现。

图3是根据另一实施例的操作电路的电路。

如此设立操作电路,使得该操作电路的输出电流可以通过测量来确定。设有包括至少一个电感61、62的用于电流测量的变压器。所述至少一个电感61、62可以接在次级线圈18与整流器二极管51、52之间。第一电感61可以设置在次级线圈18与整流器二极管51之间的路径中。第二电感62可以设置在次级线圈18与整流器二极管52之间的路径中。

第一电感61和第二电感62可以通过电位势垒与用于电流测量的变压器的电感63感应耦合。电感63设置在操作电路的初级侧。该电感可以通过整流器64和电阻与电容器65相连。另一电阻66可以与电容器65并联。电容器65处的电压与输出电流成比例并且是测量值i_sns,其可以在操作电路的初级侧被检测并且代表输出电流。

整流器64例如也可以被设计为有源整流器。有源整流器例如可以通过四个有源整流开关(例如mosfet或双极晶体管)构成。控制装置19可以与变换器14的第一开关41同步地启用/停用有源整流器第一斜对角,并且其中,控制装置19与变换器14的第二开关42同步地启用/停用有源整流器的第二斜对角,并且其中,分别只有第一或第二斜对角有效。关于该变型的布置和功能,参照de102014214744.1且尤其是图6及其所属描述。

在替代变型中,有源整流器也可以通过两个有源整流器开关构成。可以如此设计具有两个整流器开关的电路,使得控制装置19通过与变换器14的第二开关42同步地控制第一整流器开关或者通过与变换器14的第一开关41同步地控制第二整流器开关可以将变压器的电感63接地。关于该变型的布置和功能,参照de102014214746.8且尤其是图6及所属描述。

代表操作电路的输出电流的测量值i_sns可以与在电感63处检测到的电压v_sns结合使用,以确定操作电路的输出电压。例如可以根据公式(2)确定该输出电压。

操作电路在次级侧可以可选地包括电容58和/或至少一个电感56、57。这些组件也可以被省掉。例如可以根据操作电路是否应作为恒电流源或横电压源进行操作来省掉电感56、57。

在如参照图2和图3详细描述的电路中,可以对电压v_sns分别进行采样,以确定在电感21处的电压的最大值。二极管25端接至负电压,以使得最大值的确定可以在正电压的每第二半波中进行。可以可选地从各自所确定的最大值减去取决于操作电路的输出电流的修正项,以确定输出电压。

为了确定通过分压器22所测得的电感21处的电压的最大值,可以分别实现a/d变换和数字化进一步处理。

在其它实施方式中,电容器可以与电阻22并联设置,如参照图4所详细说明的。

图4是根据另一实施例的操作电路的电路图。用于确定输出电压的装置包括与分压器22的电阻24并联的电容器26。在分压器22与电感21之间设有二极管27。电容器26与分压器22的电阻中的一个并联,例如与电阻24并联。

电容器26在每个切换周期的一个阶段中分别通过二极管27和电阻23被充电。电容器26用于低通滤波。施加在电容器26处的电压代表电感21处的电压的最大值。当操作电路的输出电压变化时,电容器26可以通过电阻24缓慢放电,直到电容器26处的电压重新具有代表操作电路的输出电压的值。

电容器26处的电压是直流电压,其代表在电感21处感生的电压的最大电压。该电压可以被提供给控制装置19。不再必须进行该电压的时间采样和最大值的确定。

图5是根据另一实施例的操作电路的电路图。用于确定输出电压的装置包括与分压器22并联的电容器26。电容器26与电感21之间设有二极管27。

电容器26在每个切换周期的一个阶段中分别通过二极管27被充电。施加在电容器26处的电压代表电感21处的电压的最大值。当操作电路的输出电压变化时,电容器26可以通过电阻23、24缓慢地放电,直到电容器26处的电压重新具有代表操作电路的输出电压的值。

电容器26处的电压是直流电压,其代表在电感21处感生的电压的最大电压。该电压可以通过分压器22被提供给控制装置19。不再必须进行该电压的时间采样和最大值的确定。

图6示出了在电阻24处的示例性电压v_sns,其例如可以利用图2或图3的电路进行检测。二极管25在负接线电压73情况下端接至负半波。电阻24处的电压v_sns具有与时间相关的曲线。正半波中的电压的最大值71代表略微大于操作电路的输出电压72的值。

电压的最大值71可以通过在d/a变换之后的采样或如参照图4所述的通过低通滤波来确定。

电感21处的电压的最大值71本身可以用作用于输出电压的尺度,或者可以以取决于操作电路的输出电流的修正项被修正。

图7示出了通过分压器22检测到的电感21处的电压的放大视图。可以从最大值71减去修正项74,以确定输出电压72。修正项74可以取决于输出电流并且尤其可以与输出电流成比例。修正项74可以考虑通过整流器二极管51、52下降的电压。

通过在电感21处下降的电压确定的输出电压可以以不同的方式被应用在控制或调节中。在电感21处下降的电压或由此导出的参数可以被用作用以调节操作电路的输出功率的功率调节回路的调节参数。在电感21处下降的电压或由此导出的参数可以被用于检测故障状态,例如用于检测输出端55处的短路、空置的输出端55或者输出端55处的过压。

图8是根据一个实施例的方法80的流程图。

在步骤81中定时切换变换器的至少一个开关。

在步骤82中检测在操作电路的初级侧的电感21处的电压。该电感21与变换器的次级线圈18感应耦合。该电感21不同于变换器的初级线圈。所检测到的电压可以是通过分压器22被抽头的电感21处的电压的最大值。

在步骤83中,基于所检测到的电压来确定操作电路的输出功率。为此可以从在电感21处检测到的电压的最大值减去取决于输出电流的修正项。该修正项可以根据电流调节回路的理论值来确定。可如此确定该修正项,其中检测实际输出电流,例如通过另一变压器61、62、63。可由输出电压和输出电流确定输出功率。

在步骤84中可以检查输出功率是否在允许范围内。为此可以确定输出功率是否大于第一阈值和/或小于第二阈值。第二阈值可以大于第一阈值。如果输出功率在允许范围内,则该方法可以回到步骤81。

如果在步骤84中确定输出功率不在允许范围内,则可以在步骤85中进行用于功率限制的程序。例如可以如此实现功率限制,使得输出功率始终大于第一阈值或至少保持等于第一阈值。为此,如果针对所确定的输出电压的输出功率已经等于第一阈值,则例如可以阻止调至较低电流或将输出电流重新调至较高电流强度。替代地或补充地,可以如此实现功率限制,使得输出功率始终小于第二阈值或最多保持等于第二阈值。为此,如果针对所确定的输出电压的输出功率已经等于第二阈值,则例如可以阻止调至较高电流或者将输出电流重新调至较低电流强度。

虽然参照附图描述了多个实施例,但可以在其它实施例中实现变型。虽然在与变压器的次级线圈感应耦合的电感处出现的最大电压可以被用作操作电路的输出电压的指标,但也可以采用其它参变量来确定输出电压。

电感或电容可以分别通过相应的感应元件或电容元件(例如线圈或电容器)构成。但也可行的是,小的电感(例如llc谐振电路的小电感)可以被设计为漏电感。类似地,小的电容可以被设计为漏电容。

根据实施例的变换器和方法尤其可以被用于向包括led的发光机构供电。

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