具有谐振转换器的发光装置的操作的制作方法
【专利说明】具有谐振转换器的发光装置的操作
[0001] 本发明总体上涉及LED的操作，其中在本文中应理解为无机LED以及有机 LED(OLED)〇
[0002] 基本上已知，从具有恒定电流源的操作装置向一种可具有一个或多个串联的LED 的LED线路供应电功率。还已知的是，该操作装置包括例如LLC电路形式的谐振转换器以 产生该电功率。
[0003] 本发明此时涉及一种电路，其中从PFC电路向LLC电路供电。LLC电路的输出电压 例如经由变压器被电位隔离，随后，例如被供应给另一转换器级，尤其是再为该LED线路供 电的恒定电流转换器或压降转换器。
[0004] 其中LLC电路的目的在于，在电位隔离的次级侧上产生恒定电压。在这种布置中， 已知可这样产生该恒定电压，即该LLC电路在谐振范围内利用恒定频率来操作。
[0005] 本发明此时的任务在于借助谐振转换器来改进这样的操作装置的EMV兼容性。
[0006] 为了此时对优选利用恒定频率来操作的LLC电路的EMV频谱加以改进，根据本发 明这样规定，对LLC电路的时钟操作施加有针对性的频率扫描。由此，LLC电路的恒定操作 频率可被抑制并从而改善EMV兼容性。
[0007] 尤其是，在控制优选利用恒定切换频率来操作的LLC电路时，有针对性地执行频 率变更。该频率变更被称作所谓的"扫描模式"或者也被称作"抖动"。尤其是其中，执行在 时间中间点保持恒定的切换频率的循环往复的加速和减速。
[0008] 根据本发明，LLC电路的操作频率以前向控制或前馈控制来调制。因此，操作频率 被施以阶段式变化的值，该值尤其不依赖于用于LLC电路的调节线路的状态。
[0009] 本发明涉及一种前向调节操作，即固定预先给定频率扫描曲线并且在没有LLC电 路的反激式回路的参与的情况下实施（aurpragcn)。本发明还涉及非意外的例如因调节回路 而偶然产生的频率扫描。
[0010] 根据本发明有针对性的扫描模式也并非通过操作调节回路来设置，而是设置为， 在对根据本发明的频率扫描进行调节操作方面实施一个LLC电路的时钟元件。根据本发明 的频率扫描被设置在一个前向调节操作中，并且不因调节回路激活而产生。
[0011] 该任务根据本发明通过独立权利要求的技术特征来解决。从属权利要求以特别有 利的方式改进了本发明的中心构思。
[0012] 本发明的第一方面涉及一种用于发光装置形式的负载尤其是用于LED的操作装 置，该操作装置具有包括开关件的时钟转换器以及用于利用操作频率切换开关件的控制单 元。转换器的操作频率以前向控制或前馈控制来调制。
[0013] 本发明的另一方面涉及一种操作用于发光装置形式的负载尤其是LED的操作装 置的方法。该操作装置具有带开关件的时钟转换器。该开关件利用操作频率来切换。该转 换器的操作频率可以前向控制或前馈控制来调制。
[0014] 本发明的又一方面涉及一种用于操作装置的控制构件，尤其是诸如ASIC、微型控 制器或二者的混合型的集成电路，其特征在于，该控制构件被构造为用于支持这样的方法。
[0015] 转换器的操作频率可被实施为作为前向控制或前馈控制的频率调制。
[0016] 优选为恒定的操作频率能够以前向控制或前馈控制来调制，该恒定的操作频率对 应于经由转换器的期望的功率消耗。
[0017] 经由调节转换器而产生的操作频率也能够另外以前向控制或前馈控制来调制。
[0018] 开关件可被构造为逆变器，并且尤其被构造为半桥逆变器。
[0019] 转换器可包括谐振电路，优选的是LLC谐振电路的形式。
[0020] 谐振电路可被构造为串联谐振电路或者并联谐振电路。
[0021] 转换器可被连接至PFC电路的输出端并且被供应由PFC电路产生的总线电压。
[0022] PFC电路的操作频率能够以前向控制或前馈控制来调制。
[0023] 可以在转换器的下游布置例如变压器形式的电解耦。
[0024] 可以在变压器的下游布置另一转换器以产生用于发光装置的恒定电流。
[0025] 在转换器的操作频率以前向控制或前馈控制来调制前，可首先计算操作频率的额 定值。
[0026] 被限定为前向控制或前馈控制的转换器的操作频率的调制可根据发光装置的调 光值可选择性地进行。
[0027] 本发明的其它优点、技术特征和特性将从以下对优选实施方式的描述以及参照附 图而变得明显。
[0028] 图1示意性地示出了根据本发明的照明系统的结构。
[0029] 图2示出了逆变器形式的且具有以下谐振电路和变压器的谐振转换器的一个实 施方式。
[0030] 图3示出了作为前向控制或前馈控制的、根据本发明的转换器的操作频率的变化 的一个示例。
[0031] 结合图1对根据本发明用于例如基于LED的照明的照明系统的整体结构加以说 明。既可以采用无机LED也可以/或者可以采用有机LED (OLED)。另选地，还可以操作其它 发光装置，例如卤素灯或者气体放电灯。
[0032] 照明系统优选被供以输入电压Vmains，尤其是电网交流电压。该输入电压Vmains 被输送至功率因数校正电路或PFC (Power Factor Correction)电路A，该功率因数校正电 路执行有源功率因数校正。典型地，输入电压Vmains被输送至预接通PFC电路A的整流电 路（未示出），使得在此情况下，经整流的输入电压位于PFC电路A的输入端处。
[0033] PFC电路A的输出电压是直流电压形式的或者基本上恒定电压形式的总线电压 Vbus。基于230伏特的电网交流电压，总线电压Vbus例如可以是400伏特。因在欧洲有效 电压频率为50赫兹，所以由PFC电路提供的总线电压Vbus通常具有100赫兹频率的波动。 在美国，例如注意到频率是120赫兹。
[0034] 在PFC中，例如可以涉及升压调节器（升压转换器）、反激式变换器（降压-升 压-转换器）、隔离反激式变换器（反激式转换器）或者还可以涉及SEPIC转换器。另选 地，还可以省去PFC电路A，使得向谐振转换器B供应输入电压Vmains。
[0035] 总线电压Vbus被输送至谐振转换器B。该谐振转换器B基于总线电压Vbus产生 恒定电压。作为优选的实施方式，谐振转换器B可被构造为图2所示的LLC电路形式。该 谐振转换器B可被构造为用于产生恒定电压。该谐振转换器B可被另选地构造为用于产生 恒定电流。
[0036] 此外，设置有控制单元C，该控制单元尤其可被实现为集成电路，例如ASIC或者微 型处理器或其复合体。在该实施方式中，控制单元C是一方面具有ASIC并且另一方面具有 微型控制器或微型处理器uCl的混合型的形式。
[0037] 如在图1中示意性示出的，该控制单元C既控制PFC电路的有源开关件也控制谐 振转换器B的有源开关件。作为开关件可以考虑谐振转换器B，尤其是半桥（参见图2)。
[0038] 控制单元C可具有编程输入端，通过该编程输入端能够对控制单元C进行编程或 者校准编程。这样的编程或者校准编程可根据所接收到的SMART信号或DALI信号、DSI信 号或SD信号来实现。
[0039] 控制单元C尤其是通过电解耦E与接口 D进行通信。该接口 D具有用于连接外部 模拟总线或者数字总线（未示出）的端子，该总线例如可根据DALI工业标准构成。由此， 可以根据该原理双向或单向传输数据。但是另选地或附加地，也可以根据其它标准在接口 D处传输单向信号或者双向信号。
[0040] 由谐振转换器B产生的直流电压或恒定电压被输送至尤其是变压器T形式的电解 耦F。变压器T在输入侧与谐振转换器相耦接，而在输出侧与用于产生恒定电流的另一转换 器H相耦接。该恒定电流源可以例如被构造为压降转换器。
[0041] 恒定电流源H向相连的发光装置尤其是LED供应恒定电流。另选地，可在恒定电流 源H与发光装置之间设置以另一恒定电流源（未示出）形式的至少一个另外的转换器级， 其中该转换器级能够分别控制彼此分隔的独立的发光机构，尤其是LED线路。
[0042] 另选地，还可以省去所示的恒定电流源H，使得谐振转换器B的输出端或电解耦F 的输出端可直接向发光装置供电。LED线路可相应地也由LLC电路来供电。
[0043] 该另一转换器H既可实施为时钟恒定电流源，还例如被实施为也被称作压降转换 器的压降调节器，也可实施为也被称作反激式转换器的隔离的反激式变换器，或者实施为 利用晶体管或集成开关电路来实现的线性调节器。
[0044] 此外为该另一转换器H设置自身的控制单元I，该控制单元另外可被构造为微型 控制器、ASIC或者其混合体。该控制单元I在图1的实施方式中被构造为混合型，该控制 单元具有ASSP(application_specific Standard product，也被称作专用标准产品）以及 微型控制器uC2。
[0045] PFC 电路 A 传输低压电源（low voltage power supply) LVPS 的输入电压 Vmains， 该低压电源向谐振转换器B的控制单元C供应电压。通过变压器T的次级侧线圈向另一转 换器H的控制单元I供应电压。
[0046] 此外，控制单元I可通过电解耦G与谐振转换器B的控制单元C单向或者双向地 进行数据通信。
[0047] 另一转换器H的次级侧的控制单元I优选地包含来自发光装置或LED的区域的反 馈值。控制单元I尤其负责将LED调节至确定的调光电平。其中，优选地根据所谓的反馈 值通过LED来调节电流。也可以借助温度传感器J来测量例如LED的温度的反馈值并由控 制单元I来监控该反馈值以对LED进行精确操作。
[0048] 附加地，可以连接无源的或优选地是有源的、尤其是由控制单元I进行控制的冷 却装置，例如通风器或风扇K或者冷却单元。该控制单元I可以例如根据测量的温度来控 制该通风装置K以冷却LED。
[0049] 由控制单元I执行的调节也可基于LED亮度的额定值来实现。这样的额定值可通 过接口 D、电解親E、控制单元C以及最终通过电解親G被输送至控制单元I。额定值也可以 直接在控制单元I的端子处例如由用户来提供；其中电阻值R_adj能够在控制单元I的端 子处以已知的方式确定该额定值。
[0050] 图2示出了谐振转换器B的一个实施例。
[0051] 在图2中示出的是，PFC电路A的输出电压（即总线电压Vbus)被输送至逆变器 20,该逆变器20例如可被构造成具有两个开关S1、S2的半桥逆变器。用于开关S1、S2的时 钟的控制信号可以以已知的方式由控制单元C产生。电位较高