与电源适配器相关的改进的制作方法
【专利说明】与电源适配器相关的改进
[0001]本发明涉及电源适配器，特别是用于固态光源的电源适配器。
[0002]发光二极管(LED)为被开发用于取代传统照明系统(诸如荧光灯和白炽灯)的光源，以便提供更高效节能的系统。由于白炽灯光源通常功耗为60-100W并且具有较短的寿命，所以LED灯泡以非常低的功耗和较长寿命将成为优异的替代品。因此，已对与双向可控硅(TRIAC)调光器兼容的LED灯泡的开发进行了大量研究，TRIAC调光器在照明系统是很常见的。
[0003]TRIAC可调光的LED灯泡的主要问题是调光器兼容性。常规TRIAC调光器被设计成处理由白炽灯泡引起的数百瓦特。消耗少得多的功率的LED灯泡将与那些由高功率器件构成的调光器相互作用。如果调光器与LED灯泡之间的相互作用不稳定，则会感知到可见闪烁O
[0004]为了防止可见闪烁，常规TRIAC调光器在激励(fire)时需要闭锁电流，且在激励之后的TRIAC接通期间需要保持电流。如果不满足这两种电流，则TRIAC调光器不奏效(misfire)并且LED光源会闪烁。
[0005]闭锁电流和保持电流在不同调光器模式之间是不同的。闭锁电流和保持电流的典型范围为约5-50mA。当使用白炽灯泡时，因白炽灯泡的高功耗，这些操作要求并不会引起问题。然而，具有小得多的输出功率的LED灯泡在不具有附加电路的情况下不能在整个电网周期内维持此电流量。
[0006]另一个问题是在激励常规TRIAC调光器时产生的大电流尖峰，即通常所称的浪涌电流。这样的电流尖峰是由于电源适配器的电容器快速充电而产生的，并且具有引起线路电流振荡的缺点。如以上所讨论的，TRIAC调光器在激励期间需要闭锁电流且在激励之后需要保持电流，并且如果不满足这些电流水平，则调光器可能不奏效，导致固态光源的闪烁。因此，这种线路电流的振荡可能导致不能满足所需的电流水平，并且导致调光器不奏效，或者甚至可能导致TRIAC调光器损坏。
[0007]现在已设计出一种改进的电源适配器，其克服或基本上缓解了与现有技术相关的上述和/或其他缺点。
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种电源适配器，其包括:用于连接至交流(AC)电源的输入端;谐振电路，该谐振电路耦接至输入端且提供适合于驱动负载的输出端;至少一个半桥驱动电路，用于向谐振电路提供驱动信号；以及用于半桥驱动电路的开关控制器，所述半桥驱动电路具有高侧开关和低侧开关，并且该开关控制器适于以至少一种模式提供以下动作中的一种或多种:
[0009](i)向高侧开关和低侧开关提供不同持续期的接通时间；
[0010](ii)向高侧开关和低侧开关提供重叠的接通时间；以及[0011 ] (i i i)向高侧开关和低侧开关提供同步的接通时间。
[0012]本发明是有利的，这主要是因为可以利用向高侧开关和低侧开关提供不同持续期的接通时间、重叠的接通时间和/或同步的接通时间的开关控制器来控制传送至输出端的电流，而没有任何必要改变驱动谐振电路的频率。这使得能够在无需改变驱动谐振电路的频率的情况下并因此在未对谐振电路本身进行任何改变的情况下控制输出端处的电流。
[0013]可以利用具有不同持续期的接通时间的高侧开关和低侧开关来控制从输入端汲取的电流。特别地，高侧开关和低侧开关可以具有不同持续期的接通时间，即不对称的接通时间，使得高侧开关与低侧开关之间的不对称程度确定从输入端汲取的电流。已经发现，高侧开关的接通时间与低侧开关的接通时间之间的不对称程度越大，从输入端汲取的电流越小。
[0014]例如如果高侧开关的接通时间与低侧开关的接通时间之间不存在重叠，则在输入端处汲取的电流可以基本上等于在输出端处提供的电流。这使得能够通过开关控制器来实现调光控制，而无需改变驱动谐振电路的频率，并因此没有任何必要改变谐振电路本身。特别地，为了减小从输入端汲取的电流和在输出端提供的电流，高侧开关的接通时间和低侧开关的接通时间可以相对于彼此变化，例如使得高侧开关的接通时间短于低侧开关的接通时间。
[0015]可以利用具有不同持续期的接通时间(即不对称的接通时间)的高侧开关和低侧开关来确定在输入端汲取的电流的波形，例如以提供调光器兼容性和/或降低谐波失真。特别地，这可以通过以下方式实现:开关控制器向高侧开关和低侧开关提供不同持续期的接通时间，即不对称的接通时间，并且在每个输入周期期间改变高侧开关与低侧开关之间的不对称程度以确定从输入端汲取的电流的波形。
[0016]可以利用开关的接通时间之间的重叠以在每个输入周期中的重叠时段(per1d)创建负载条件，这可以使在每个输入周期中的重叠时段在输入端处汲取的电流相对于传送至输出端的电流增大。这使得能够减小输出端处的电流，而例如不会减小在输入端处汲取的电流。另外，这使得能够在每个输入周期中的重叠时段汲取用于调光器开关的闭锁电流，并且能够在每个输入周期的后续时段汲取较低的保持电流，而没有任何必要改变驱动谐振电路的频率。由于相对于通常汲取几ms的保持电流(例如50mA)，用于干线电源中的常规调光器开关的闭锁电流(例如85mA)通常仅需要汲取几百ys，未提供给输出端的附加电流(35mA)将导致230V干线电源上的可接受的小损失，例如100-200mW。此控制还可以有助于减少仅在常规调光器开关的TRIAC激励后可见的电压降低问题，并且因此可以取消对缓冲电路的需求以及与缓冲电路相关联的损失。
[0017]电源适配器还可以具有下述模式:其中，通过开关控制器向高侧开关和低侧开关提供同步的接通时间，不在输出端处提供功率，但电源适配器向输入端提供负载条件。
[0018]接通时间重叠的持续期或同步接通时间的持续期越长，所提供的负载的电阻或动态阻抗越低。这对固态光源(例如LED)特别有利。特别地，该负载条件可以提供防止误启动状况的DC路径。这使得能够与调光器一起使用，还防止电源拾取器(pickup supply)发生灼热。
[0019]开关控制器可以利用上述接通时间配置的任何组合，以提供输入端处汲取的所需电流以及输出端处所需的电流。
[0020]在电源适配器具有通过使开关的接通时间重叠或同步来生成负载条件的模式的情况下，控制器可以适于确定该负载条件的阻抗对于电源的电压是否是可接受的。因此，控制器优选地适于监测电源的电压。
[0021]电源适配器可以适于在两种或更多种模式之间进行切换，每种模式向高侧开关和低侧开关提供不同的接通时间配置。由于本发明使得能够在无需改变驱动谐振电路的频率的情况下实现不同模式，所以在每种模式下优选地以或近似以谐振电路的谐振频率或该谐振频率的子谐波驱动该谐振电路。
[0022]电源适配器可以适于监测输入电压，并且基于该输入电压更改在输出端处提供的电流与跨接在输入端上的电阻之间的比率。特别地，可以基于输入电压成比例地更改该比率，使得在切换模式时不会造成电流和/或输入电阻的突变。在电源适配器适于与干线电源和固态光源一起使用的情况下，电流和/或输入电阻的这种突变可能会引起干线上的振铃或谐波、输出端处的可能闪烁，并且可能导致调光器不兼容。可以通过改变高侧开关和低侧开关的接通时间的重叠量来更改该比率。
[0023]高侧开关和低侧开关优选地为双极性晶体管(BJT)，这种BJT通常没有场效应晶体管(FET)那么昂贵。此外，因为BJT具有有限的增益，所以相对于具有无限增益并需要阻尼电路的FET而言，降低了由于浪涌电流使开关损坏的风险。
[0024]对于一些应用，例如用于驱动与传统调光器开关(例如TRICS和可控硅整流(SCR)开关)兼容的固态光源(例如LED)的电源适配器，该电源适配器优选地对于变化的输入电压而维持基本上恒定的电流输入。
[0025]因此，谐振电路可以为LCL串并联谐振电路。该LCL串并联谐振电路包括串联的第一电感器LI和第一电容器Cl，以及并联的负载支腿，该负载支腿包括第二电感器L2。第一电感器LI和第一电容器Cl串联连接在谐振电路的两个输入端子之间，而负载支腿并联地跨接在第一电容器Cl上，其中负载支腿包括串联连接的第二电感器L2和用于驱动负载的输出端。
[0026]利用LCL串并联谐振电路的电源适配器在WO 2008/120019、W0 2010/041067、W02010/139992、W0 2011/083336和WO 2012/010900中有所描述，上述每个申请的教示整体通过引用结合到本文中。
[0027]LCL串并联谐振电路的使用提供了适合于固态光源(诸如LED)的电源适配器，该电源适配器具有基本恒定的电流汲取和高效率。特别地，输出电流变得独立于输出电压，并且如果电源适配器由低频正弦电压输入供电且输出电压是恒定的，即LED负载，那么输入电流变成低频的基本方形波，这对于由TRIAC调光器驱动而言是理想的，原因在于其以尽可能低的功率维持保持电流，同时向LED提供随低频输入电压改变亮度的电流源，即，这使LED表现得像灯泡，并且使得能够由TRIAC调光器以相对于其他电源适配器技术而言极大减小的功率和较高的功率因数进行控制。
[0028]因此，负载可以是一个或多个LED，并且可以从TRIAC或SCR调光器汲取输入。
[0029]还发现，在使用一个或多个高压LED的情况下，LCL串并联谐振电路的第二电感器可以显著减少，或者甚至除去。因此，谐振电路可以是提供适合于驱动固态光源的输出端的LC谐振电路，其中该LC谐振电路以一定的频率被驱动并且可选地设有死区，使得该LC谐振电路从AC电源汲取基本上恒定的电流。相对于AC电源的“基本上恒定的电流”是指基本为方波电流的汲取。
[0030]已经发现，可以驱动LC谐振电路，以提供与上面所讨论的LCL串并联谐振电路相同的特性，但仅限于LED具有的电压相比于AC电源的rms(均方根)电压为例如至少+/-50%、或优选地+/-25%的情况。
[0031]可能期望向某些市场和/或灯类型提供较低的干线电流总谐波失真(ITHD)，例如小于15%。在这些实施方式中，电源适配器可能适于从干线电源汲取基本正弦的电流波形，而非从干线电源汲取基本上恒定的电流。这可以通过下述方式来实现:开关控制器向高侧开关和低侧开关提供不同持续期的接通时间，即不对称的接通时间，并且在每个输入周期期间改变高侧开关与低侧开关之间的不对称程度以确定从输入