用于操作至少一个光源的操作电路和方法与流程

本发明涉及用于操作至少一个光源的操作电路和方法(处理)。光源特别是半导体光源，例如发光二极管。

背景技术

具有电流调节器或电压调节器以操作光源的操作电路例如具有一个或多个转换器以针对至少一个光源提供照明功率。经常要求照明功率必须是通过调光器可调节的。

de102010031845a1描述了用于发光二极管的操作电路，该操作电路包括具有开关的转换器，该开关同时用于对发光二极管进行调光。这使得可以省掉附加地与发光二极管串联连接的可致动(actuable)的调光器开关。在利用调光信号建立的动作期期间，转换器开关在其导通状态和阻断状态之间交替地切换，然后在非动作期期间保持处于阻断状态。在ep1576858b1中也公开了相似的操作电路。

在这种可调光的转换器中，可能发生发光二极管的闪烁。为了避免闪烁，de112013002933t5提出了：在非动作期开始时、即在前一动作期结束时，降低限制通过转换器的线圈或发光二极管的电流的阈值。其原因在于：在从动作期向非动作期的转变中，过多的电流流经发光二极管，这可能引起光学上可察觉的闪烁。在下一动作期开始之前，使该阈值提高回至其原始值。

de102010031239a1公开了两个转换器经由中间电路联接的操作电路。第一转换器的输出处的中间电路电压根据另一转换器向发光二极管提供的电力来可变地调整。

为了实现发光二极管的低电力或低照明功率，de102013216877a1提出：不同于脉冲宽度调制的通常情况，在功率降至低于功率阈值时，开关模式电子转换器的接通时间进一步缩短。相反，在低于功率阈值的情况下，接通时间的持续时间保持恒定，并且仅脉冲宽度调制信号的断开时间的持续时间延长。因而，在直到功率阈值为止的功率范围内，在接通时间的持续时间保持恒定的同时，通过改变开关频率来调整脉冲宽度调制信号的占空比。

ep2723146a1描述了不是按恒定的转换器频率工作而是按连续改变的转换器频率工作的dc-dc转换器。为了实现此，使用斜坡发生器来产生斜坡信号，并且转换器频率根据斜坡信号的大小(magnitude)而改变。斜坡信号与脉冲宽度调制的调光信号同步，以致动与发光二极管串联连接的调光器开关。利用脉冲宽度调制的调光信号的上升沿或下降沿来重置斜坡。这旨在改善操作电路的电磁兼容性。

引文列表

专利文献

专利文献1：de102010031845a1

专利文献2：ep1576858b1

专利文献3：de112013002933t5

专利文献4：de102010031239a1

专利文献5：de102013216877a1

专利文献6：ep2723146a1

技术实现要素：

发明要解决的问题

从已知的操作电路和方法开始，本发明的目的可被认为是创建易于避免光源的闪烁的用于操作光源的操作电路和方法。

用于解决问题的方案

这通过具有根据权利要求1所述的特征的操作电路和具有根据权利要求15所述的特征的方法来实现。

该操作电路或方法用于操作至少一个光源，特别是半导体光源，例如至少一个发光二极管。如果提供多个光源，则这些光源可以彼此串联和/或并联连接。

操作电路具有供给电路，该供给电路具有供连接至供给电压(例如，线电压)用的输入。供给电路的输入可以经由整流器和/或滤波器间接地与线电压连接。供给电路包括具有第一转换器开关的可致动的第一转换器电路，或者利用第一转换器电路形成。在优选的示例实施例中，可以设置供给电路以执行功率因数校正(pfc)。

供给电路的输出连接有中间电路。中间电路使供给电路的输出与功率级的输入连接。中间电路具有能量储存器(例如，电容器)，其中向该能量储存器施加被缓冲以用于功率级的中间电路电压。

功率级的输出侧连接有至少一个光源。在一个示例实施例中，可以以与至少一个光源串联的方式提供可致动的调光器开关。功率级向至少一个光源提供电力。如果使用一个或多个发光二极管作为光源，则功率级优选用作电流源、特别是恒流源。功率级包括具有可致动的第二转换器开关的第二转换器电路。

操作电路还包括调光控制器。调光器控制器接收例如操作员可以调整的调光输入信号以指定调光水平。设置调光器控制器以根据调光输入信号产生脉冲宽度调制的调光控制信号。调光控制信号具有指定的调光频率。调光频率优选比交变电压网络的线路频率(50或60hz)例如大了约5倍。利用调光控制信号调整功率级中的照明功率。脉冲宽度调制的调光控制信号通过占空比限定功率级的动作期和功率级的非动作期。在非动作期期间，在功率级的输出处没有向至少一个光源输出电力。

操作电路还具有接收调光控制信号的供给控制器。供给控制器控制供给电路输出到中间电路的能量或功率。供给控制器将脉冲宽度调制的供给控制信号发送至供给电路，以指定输出至中间电路的能量或功率。脉冲宽度调制的供给控制信号具有独立于调光控制信号的调光频率的第一转换器频率。第一转换器频率优选比调光频率例如大了30倍。供给控制信号限定供给电路的动作期和非动作期。在动作期期间，向中间电路输出电力。在非动作期期间，没有向中间电路输出电力。在供给电路的动作期期间，第一转换器开关以转换器频率在导通状态和阻断状态之间切换。在供给电路的非动作期期间，供给控制信号保持于静态值(例如，数字“low(低)”)，并且第一转换器开关维持所指定的状态、特别是阻断状态。供给控制信号可以直接用于致动第一转换器开关。

供给控制器可以以第一功率模式工作。在该第一功率模式中，根据调光控制信号来调整或产生用于供给电路的供给控制信号。调光控制信号表示需要至至少一个光源的多少电力。根据这一点，调整供给控制信号，使得中间电路电压保持在指定的电压范围内，并且不超过最大中间电路电压且不低于最小中间电路电压。

例如，指定的电压范围也可以是如下的设定点，其中中间电路电压值可以在该设定点附近并且该设定点可以在特定公差范围内波动。由于中间电路电压的开环或闭环控制器的等待时间和/或由于网络交变电压引起的所谓“纹波”，可能出现实际中间电路电压值的波动。

在指定电压范围内的基本恒定的中间电路电压避免了至少一个光源的闪烁。然而，转换器电路的转换器频率可以彼此独立地并且独立于调光控制信号的调光频率地指定。理想地，通过开环或闭环控制来控制中间电路电压，使得中间电路电压与设定点电压相对应。

在一个示例实施例中，可以测量中间电路电压并将该中间电路电压发送至供给控制器。供给控制信号还可以附加地依赖于所记录的中间电路电压的电压值。

调光器控制器和供给控制器可被设计为单独的控制器或集成在一个公共控制器中。

供给控制器优选可以以第二功率模式工作。在该第二功率模式中，供给控制信号是独立于调光控制信号所确定的并且被输出至供给控制电路。在一个示例实施例中，可以针对电力指定功率阈值，其中供给控制器以低于该功率阈值的第一功率模式工作并且以该功率阈值以上的第二功率模式工作。

优选地，供给控制器在第一功率模式下根据调光控制信号调整供给控制信号，使得在供给电路的动作期期间输送到中间电路的电能与在功率级的动作期期间从中间电路移除的电能相对应。以这种方式均衡能量平衡使得在多个周期或者所考虑的时间段内的动作期和非动作期内存储在中间电路的能量储存器中的能量保持恒定，使得中间电路电压保持在指定的电压范围内。

在一个示例实施例中，脉冲宽度调制的调光控制信号可以直接致动与至少一个光源串联连接的调光器开关。在另一示例实施例中，可以使用调光控制信号来致动第二转换器电路的第二转换器开关。在考虑调光控制信号来致动第二转换器开关时，在利用调光控制信号指定的功率级的动作期的持续时间内，转换器开关按第二转换器频率在阻断状态和导通状态之间交替切换，并且在利用调光控制信号指定的功率级的非动作期的持续时间内保持处于阻断状态。

第二转换器频率优选比调光频率例如大了30倍。第一转换器频率和第二转换器频率可以相同或不同。在一个示例实施例中，转换器频率和调光频率各自可以是恒定的。

在借助于调光控制信号致动调光器开关时，调光器开关在功率级的动作期期间处于导通状态并且在功率级的非动作期期间处于阻断状态。

优选功率级的动作期的持续时间和供给电路的动作期的持续时间具有相等的长度。这有助于使中间电路电压保持在指定的电压范围内，特别是使中间电路电压保持基本恒定。

在操作电路的一个示例实施例中，功率级的动作期和供给电路的动作期同时开始。将能量馈送到中间电路中以及从中间电路移除能量同时发生。

还可以使功率级的动作期和供给电路的动作期以在时间上彼此偏移的方式发生。例如，功率级的动作期可以在供给电路的非动作期期间发生，或者供给电路的动作期可以在功率级的非动作期期间发生。在本实施例中，将能量馈送到中间电路中以及从中间电路移除能量在时间上偏移。

还优选供给控制信号的占空比和调光控制信号的占空比具有相同的大小。

发明的效果

根据本发明的用于操作光源的操作电路和方法使得易于避免光源的闪烁。

附图说明

本发明的有利实施例是从从属权利要求和说明书产生的。接着，使用附图来详细说明本发明的优选示例实施例。附图如下：

图1是操作电路的示例实施例的框图；

图2是操作电路的另一示例实施例的框图；

图3是操作电路的示例实施例的电路图；

图4是操作电路的另一示例实施例的电路图；

图5是根据现有技术、在操作电路的供给电路间歇地工作时的中间电路电压和供给控制信号的时间行为的原理的示意例示；

图6是本发明的一个示例实施例中的调光控制信号、转换器控制信号、有效调光控制信号、供给控制信号vs和中间电路电压的时间行为的原理的示意例示；

图7是本发明的一个示例实施例中的有效调光控制信号、供给控制信号和中间电路电压的时间行为的示例的原理的示意例示。

具体实施方式

图1示意性示出根据示例实施例的操作电路10的框图。操作电路10具有供给电路11，该供给电路11的输入12与电源电压uv连接。电源电压uv例如可以是整流的线电压。供给电路11的输入12可以例如经由整流器和滤波器与交变电压网络连接。

供给电路11的输出13具有连接有能量储存器15的中间电路14。供给电路11向中间电路14提供电能。在示例实施例中，能量储存器15采用电容器、特别是电解电容器的形式。

操作电路10还具有功率级16。功率级16的输入17连接至中间电路14。中间电路14将电能供给至功率级16。将中间电路电压uz施加到功率级16的输入17。

功率级16的输出18具有连接有至少一个光源20的光源布置19。特别地，光源20可以是半导体光源，例如发光二极管。光源20可以串联地和/或并联地彼此连接。功率级16向光源布置19提供与请求的照明功率相对应的电能。

操作电路10还包括控制器21。控制器21控制功率级16和供给电路11这两者。控制器21控制利用供给电路11将电力或电能馈送到中间电路14中、以及利用功率级16从中间电路14移除电力或电能。利用控制器21指定相对于中间电路14的电能馈送和电能移除这两者。这涉及致动供给电路11和功率级16，使得光源布置19的照明功率与调光输入信号de的规格相对应，并且利用供给电路11向中间电路14中馈送电能，使得中间电路电压uz保持在由最小中间电路电压uzmin和最大中间电路电压uzmax(图6和7)限定的指定电压范围内。

控制器21可以针对供给电路11和功率级16(图1)产生单独的致动信号。可选地，也可以使用相同的控制信号来致动供给电路11并且还致动功率级16(图2)。

图3示出操作电路10的示例实施例。供给电路11采用第一转换器电路30的形式。在示例实施例中，第一转换器电路30采用升压转换器的形式，该升压转换器可被设置并相应地控制以执行功率因数校正(pfc)。

这里使用的采用升压转换器的形式的第一转换器电路30具有由电感31和转换器二极管32构成的串联电路。该串联电路经由电感31与输入12的端子连接，并且经由转换器二极管32的阴极与输出13的端子连接。电感31和转换器二极管32之间的连接点经由可致动的第一转换器开关33与输入12的相应另一端子和输出13的相应另一端子连接，其中这些另一端子根据示例的地电位m处于较低电位。

控制器21具有供给控制器34，该供给控制器34产生供给控制信号vs以致动第一转换器开关33。供给控制信号vs是脉冲宽度调制信号。

功率级16具有第二转换器电路38。在示例实施例中，第二转换器电路38是以无电流隔离的形式设计的并且被实现为降压转换器。施加至输入17的正的中间电路电位与可致动的第二转换器开关39连接。第二转换器开关39与电感40串联连接。电感40和第二转换器开关39之间的连接点经由转换器二极管41与地电位m连接，其中转换器二极管41的阳极与地电位m相关联。第二转换器电路38的输出并联连接有输出电容器42。输出电容器42的一侧与地电位m连接，并且另一侧与第二转换器电路38的电感40连接。

功率级16的输出18连接有光源布置19。光源布置19与功率级16的调光器开关43串联连接。调光器开关43可以(沿电流流动方向)连接在光源布置19之前、或者在光源布置19和第二转换器电路38之后。

控制器21的调光器控制器47产生调光控制信号ds以致动可致动的调光器开关43。调光控制信号ds是根据发送至调光器控制器47的调光输入信号de而产生的。调光控制信号ds也经由联接分支48被发送至供给控制器34。该联接分支48可以配置有信号匹配单元49以调节调光控制信号ds，以供供给控制器34的进一步处理用。信号匹配单元49是可选的，并且也可以省略。优选地，调光控制信号ds的时间响应由信号匹配单元49保持不变。

为了致动第二转换器开关39，根据图3的示例实施例中的控制器21具有单独的转换器控制器50。该转换器控制器50产生用于可致动的第二转换器开关39的转换器控制信号ws。

各个转换器电路30、38也可以通过其它转换器拓扑结构(例如，通过反激转换器、反向转换器、sepic转换器等)实现。在示例实施例中，第一转换器电路30是以与中间电路14无电流隔离的方式设计的。

第一转换器电路30根据其在供给电路11的输出13处必须提供的电力而以不同的工作模式工作。在所谓的“不连续模式”或间歇操作模式中，如在图5中示意性示出，在中间电路电压uz中可能发生相对较大的变化。在供给电路11的动作期av期间，供给电路的第一转换器电路30工作并且向中间电路14中馈送电能。在供给电路11的非动作期pv期间，向中间电路14中的电能馈送被遮断。这可能产生在图5中示意性示出的中间电路电压uz的波动。这些波动的变化的持续时间相对较长，即变化频率相对较低(低于100hz)，这可能产生光源的可察觉的闪烁。

在图5～7的示意表示中，所讨论的信号vs、ds、ds*、ws的值“h”表示所讨论的致动开关处于导通状态，而信号的值“l”表示相应的致动开关处于阻断状态。动作期期间的交叉影线应被理解为意味着所讨论的信号或致动开关处于动作操作并且按所指示的频率和调整后的占空比改变其信号状态或开关状态。这里，应当指出，图中的表示不是按照比例，并且相比图6所示，第二转换器频率f2相对于调光控制频率fd可以更大。此外，图5所示的中间电路电压uz的上升或下降也可以表现出非线性行为，例如在关联的电容器充电过程或电容器放电过程期间近似呈指数。

以下使用图6来说明根据图3的示例实施例的操作。

利用供给控制信号vs的第一转换器开关33的致动从电源电压uv产生中间电路电压uz，其中该中间电路电压uz被提供至功率级16。脉冲宽度调制的供给控制信号vs具有指定的占空比并且以第一转换器频率f1进行工作。

转换器控制器50产生致动第二转换器开关39的转换器控制信号ws，从而使第二转换器电路38在其输出处针对光源布置19提供电力，其中该电力优选具有恒定的输出电流。脉冲宽度调制的转换器控制信号ws具有指定的占空比并且以第二转换器频率f2进行工作。

对调光器控制器47的调光控制信号ds进行脉冲宽度调制。调光控制信号ds的占空比确定经过光源布置19的平均电流或者至光源布置19的平均电力，并因此确定照明功率或亮度。调光控制信号ds的调光频率fd明显大于100hz并且基本上小于转换器频率f1、f2。

为了避免中间电路电压uz的电压波动，本发明以供给电路11的至少一个第一功率模式协调向中间电路14中的电力馈送和从中间电路14的电力移除。在第一功率模式中，提供给中间电路14的电力低于指定的功率阈值。可以在供给控制器34中指定功率阈值。还可以测量或确定中间电路电压uz并将该中间电路电压uz发送至供给控制器34(在图3和4中利用虚线示出)。代替固定的指定功率阈值，如果中间电路电压uz离开所指定的电压范围、并且结果超过最大中间电路电压uzmax或降至低于最小中间电路电压uzmin，则可以在第一功率模式下进行切换。

至少在供给控制电路11处于第一功率模式时，供给控制电路34根据调光器控制器47所产生的调光控制信号ds产生供给控制信号vs。基于调光控制信号ds，供给控制器34可以确定光源布置19的照明活动需要多少电能。因此，可以同时或以在时间方面存在偏移的方式将相同的电能馈送到中间电路14中。均衡能量平衡可以使中间电路电压uz保持至少基本恒定。

如图6所示，调光控制信号ds切换，以按根据调光水平指定的占空比利用调光信号频率fd致动调光器开关43。第二转换器开关39将以第二转换器频率f2连接转换器开关信号ds。使第二转换器开关39和调光器开关43串联连接产生有效调光控制信号ds*。在功率级16的动作期al期间，允许具有第二转换器频率f2的平均电流经过光源布置19。在功率级16的非动作期pl期间，防止了经过光源布置19的电流流动。利用交叉影线表示动作期al期间的高频切换。

在第一功率模式中，致动第一转换器开关或供给电路11，使得在供给电路11的动作期av期间，第一转换器开关33以第一转换器频率f1在其导通状态和其阻断状态之间切换，以将电能馈送到中间电路14中。在第一供给电路11的非动作期pv期间，第一转换器开关33未切换并且例如保持于其阻断状态。

在图6所示的示例实施例中，功率级16的动作期al和供给电路11的动作期av具有相同的大小并且同时开始和结束。这使得在供给电路11的动作期av期间馈送到中间电路14中的电能的量和在功率级16的动作期al期间从中间电路14移除的电能的量实质为相同大小，使得中间电路电压uz保持实质恒定。

在功率阈值以上的第二功率模式中，供给电路11可以独立于调光水平或调光信号并且独立于功率级16而工作。在第二功率模式中，没有发生供给电路11的第一转换器电路30的间歇工作或者交变的动作期和非动作期的持续时间短，使得中间电路电压uz的波动足够小。供给电路11和功率级16的协调工作可能涉及电磁兼容性和谐波产生的缺点，因此根据调光信号ds来将供给电路11的控制器限制到低功率范围(第一功率模式)是有利的。

功率阈值不仅可以由调光器控制器47指定，而且还可以以替代或附加方式指定。可以仅在第一功率模式下而不在第二功率模式下将调光信号ds发送至供给电路11。

图4示出修改的示例实施例。本质区别在于：消除了单独的调光器开关43，并且功率级16利用第二转换器电路38形成。转换器开关39不再由转换器控制信号ws致动，而是由通过对调光控制信号ds和转换器控制信号ws进行组合或进行and(与)操作所形成的有效调光控制信号ds*来致动。为了实现此，将调光控制信号ds与内部指定的转换器控制信号ws组合地发送至使用该调光控制信号ds的转换器控制器50，以形成有效调光控制信号ds*。在其它方面，图4的示例实施例与图3的示例实施例相对应。操作模式实质相同，使得可以参考先前的说明。

图7示出供给电路11和功率级16的修改的控制器。功率级16的动作期al和供给电路11的动作期av在时间上偏移。根据该示例，功率级16的动作期al在供给电路11的非动作期pv期间发生，相反，供给电路11的动作期av在功率级16的非动作期pl期间发生。这样使向中间电路14中的电能馈送和从中间电路14中的电能移除从时间上分开。图7所示的致动可以用在根据图3的示例实施例和根据图4的示例实施例这两者中。

在另一示例实施例中，功率级16和供给电路11的动作期al、av也可以在时间上部分地重叠。

本发明涉及用于操作至少一个光源20(根据示例为至少一个发光二极管)的操作电路10和方法。操作电路10具有供给电路11，该供给电路11连接至电源电压uv并且具有第一转换器电路30。供给电路11经由具有用以缓冲中间电路电压uz的能量储存器15的中间电路14连接至功率级16。功率级16具有第二转换器电路38。功率级16的输出侧连接有至少一个光源20。经由调光输入信号de指定期望的调光水平。根据调光输入信号de，利用调光控制信号ds致动功率级16以调整照明功率。在供给电路11的控制器中考虑调光控制信号ds或表现调光控制信号ds的特征的信号，以使中间电路电压uz保持在所指定的电压范围内。

附图标记列表

10操作电路

11供给电路

12供给电路的输入

13供给电路的输出

14中间电路

15能量储存器

16功率级

17功率级的输入

18功率级的输出

19光源布置

20光源

21控制器

30第一转换器电路

31电感

32转换器二极管

33第一转换器开关

34供给控制器

38第二转换器电路

39第二转换器开关

40电感

41转换器二极管

42输出电容

43调光器开关

47调光器控制器

48联接分支

49信号匹配单元

50转换器控制器

de调光输入信号

ds调光控制信号

ds*有效调光控制信号

f1第一转换器频率

f2第二转换器频率

fd调光频率

m地电位

uv电源电压

uz中间电路电压

uzmax最大中间电路电压

uzmin最小中间电路电压

vs供给控制信号

ws转换器控制信号