本发明涉及一种定时反激变换器电路和用于控制定时反激变换器电路的方法。本发明尤其涉及用于直接操作一个或更多个发光二极管的定时反激变换器。
反激变换器(也被称为逆向变换器(flybackconverter))是直流电压变换器，其借助变压器在输入侧与输出侧之间以电流隔断方式传输电能。利用反激变换器，可以电路技术不太复杂地将在输入端所输入的直流电压转换为具有不同的电压电平的直流电压。
由wo2012/167294a1公开了一种定时反激变换器电路，其中控制单元选择性地以规定的频率和接通持续时间通断将变压器的初级线圈接地的开关以便定时该反激变换器，其中流过该可控开关的电流在断开之后被监测并且在电流过零时实现再次接通。wo2012/167294a1提出将这样的定时反激变换器电路用于发光二极管(led)的直接馈电。
但是，wo2012/167294a1没有公开当在反激变换器电路上直接操作一个或更多个发光二极管时能如何(尤其在没有其它的有源定时变换器级的情况下)实现调光或输出功率改变。
发光二极管的光射出取决于流过发光二极管的电流。因此，为了亮度控制或亮度调节，发光二极管通常按照以下模式来操作，其中，流过发光二极管的电流被操作装置改变。
wo2013/092734a1公开了一种用于借助脉宽调制(pwm)来进行发光二极管的亮度控制(调光)的变换器，其中，占空比在具有led电流的第一或第二恒定幅值的第一和第二调光范围内改变，以覆盖较大的总调光范围。在此，亮度控制只根据调光设定值来实现。
为了尤其在不同负载情况下的准确控制或调节，控制单元必须检测测量参数以便必要时能够抑制预定的操作参数(如光色和亮度)的偏差或者在不同调光级时的光谱漂移。
为了检测测量参数并产生可提供给控制电路或可由控制电路处理的相应信号，需要附加元件/电路，这使得结构总体复杂且昂贵。
本发明基于以下任务，提供减轻所述问题的装置和方法。任务尤其是提供一种用于直接操作一个或更多个照明装置的定时反激变换器电路和一种用于控制反激变换器电路的方法，该方法允许在较大的负载范围内以简单且低成本的结构实现准确的控制和调节。
该任务根据独立权利要求的特征来完成。本发明通过从属权利要求的特征来改进。
根据本发明，一种用于操作一个或更多个照明装置的定时反激变换器电路包括可控开关、具有与该可控开关相耦接的初级绕组和可与照明装置相耦接的次级绕组的变压器、用于控制开关的控制单元、用于直接或间接检测在接通状态下流过开关的电流并将表示该电流的信号提供给该控制单元的装置。为了覆盖较大的负载/调光范围或者即便在较小的负载/调光范围情况下也能够实现准确的控制或调节，反激变换器电路以边界操作模式工作并且在较小的负载/调光范围情况下以间歇操作模式工作。
一旦表示电流的信号在开关接通后达到关断阈值(该关断阈值为了改变/调节通过反激变换器电路传输的功率而可以变化)，控制单元又断开该开关。但该关断阈值此时只被控制单元减小至预定最小值，并且该控制单元为了实现通过反激变换器电路传输的功率的进一步减小而从极限模式下的操作转变为具有被固定至最小值的关断阈值的间歇操作。
所述照明装置可以是发光二极管。
控制单元可以被配置成一旦表示电流的信号达到关断阈值或预定最小值，该控制单元不仅在边界操作下也在间歇操作下断开开关。
控制单元可以具有用于将表示电流的信号与代表最小值的信号进行比较的比较器。
控制单元可以被配置成根据提供给控制单元的调光信号在边界操作下改变关断阈值和/或在间歇操作下改变开关的再接通时刻。
变压器有利地具有初级侧副绕组，控制单元可耦接至其上以确定该副绕组上降低的电压的变化曲线，其中，控制单元在间歇操作下在电压在最小值后在电压变化曲线中为零的时刻再次接通开关。
控制单元可以在间歇操作下根据待传输功率确定开关再接通时刻，并且当在一个周期中副绕组上的电压在最小值之后在电压变化曲线中为零并且开关被接通的时刻位于所确定的时刻之后时，在下一个周期中在副绕组上的电压在最小值之后在电压变化曲线中为零并且位于所确定的时刻之前的时刻再次接通开关。
替代地或附加地，控制单元在间歇操作下基于开关的实际再次接通时刻连续确定向照明装置输出的电流平均值并且通过改变再次接通时刻来将电流平均值调节到根据待传输功率所预定的电流平均值，其中，形成针对一个再次接通周期的预定电流平均值与该再次接通周期的实际电流平均值之差，并且该差值针对下一个再次接通周期被加至预定电流平均值。在这种情况下，要求每个周期中的再次接通时刻尤其在最小值之后的电压变化曲线过零处。
根据本发明的用于发光二极管的操作装置具有上述的定时反激变换器电路。
根据本发明，用于控制具有变压器照明装置的定时反激变换器电路的方法包括以下步骤，其中，所述变压器的初级绕组与可控开关相耦接并且所述变压器的次级绕组与一个或更多个照明装置相耦接：控制开关；以及检测流过开关的电流并产生表示该电流的信号；其中，所述开关在所述信号表明所述电流已达到可变的关断阈值时被断开，并且改变所述关断阈值以改变通过反激变换器电路传输的功率，其中，所述关断阈值只被减小至最小值，并且为了实现在固定的关断阈值情况下通过反激变换器电路传输的功率的进一步减小而从边界模式下的操作切换至间歇操作。
在下文中结合附图来详述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的定时反激变换器电路。
图2示出了包含根据本发明的实施例的以边界操作模式操作的反激变换器电路的信号曲线的曲线图。
图3示出了包含根据本发明的实施例的以间歇操作模式操作的反激变换器电路的信号曲线的曲线图。
图4示出了包含在边界操作和间歇操作下的控制参数曲线的曲线图。
图5示出了根据本发明的第二实施例的定时反激变换器电路。
图6示出了根据本发明的实施例的用于发光二极管的操作装置。
具有相同功能的零部件在图中用相同的附图标记标示。
图1示出了根据本发明的第一实施例的用于直接操作一个或更多个照明装置的定时反激变换器的简化电路。在所描绘的反激变换器电路3的两个输入端子1、2处提供供电电压，该供电电压可以是直流电压或经整流的交流电压。
变压器5的初级绕组4、可控开关7和测量电阻8串联在第一输入端子1和第二输入端子2之间。第二输入端子2接地。由例如由五个led构成的led串11构成的串联电路被连接至反激变换器电路3的两个输出端子9、10。变压器5的次级绕组6和二极管12串联在第一输出端子9和第二输出端子10之间。电容器13被并联至输出端子9、10。变压器5的初级绕组4和次级绕组6具有不同的极性/卷绕方向。
可控开关7可以是功率开关、场效应晶体管或双极晶体管。可控开关7可以是带有隔离栅极的晶体管。
与开关7相连的控制单元14控制该开关7以使其被接通或断开。
向控制单元14提供用于led串11的亮度控制的调光信号d(输出功率的改变)和测量电阻8上降低的电压的信号以测量流过开关7的电流。
控制单元14可以是集成半导体电路或包括集成半导体电路。控制单元14能够以处理器、微处理器、控制器、微控制器或专用集成电路(asic，“applicationspecificintegratedcircuit”)或上述单元的组合的形式构成。
在定时反激变换器3中，电能在借助变压器5被电流隔断的输入端子1、2和输出端子9、10之间传输。为此，控制单元14反复接通和再次断开开关7。在接通之后，变压器5的初级绕组4被电流流过，二极管12抑制次级侧的电流流动。在断开(截止阶段)之后，储蓄在初级绕组4内的能量通过变压器5的次级绕组6被输出或者迫使电流在次级侧流过二极管12。电容器13被充电，其使得连接至反激变换器电路1的输出端子9、10的led串11发光。次级侧的电流流动线性递减并且在间歇(间断)操作下以及在边界操作下在控制单元14再次接通开关7之前最终降为零。
根据本发明，在输出功率的第一范围内通过电流值的改变来实现调光或输出功率的改变，在该第一范围内，反激变换器3以边界操作/边界模式来运行，直到开关7接通之后流过变压器5的初级绕组4和开关7的电流线性增大。当达到预定电流值时该开关7被断开。该预定电流值的大小在此模式中确定亮度。
图2以简化的视图示出了流过在边界操作模式下操作的反激变换器3的初级绕组4和开关7的电流的时间曲线(实线)以及流过次级绕组6的电流的时间曲线(虚线)。如图2的曲线图所示，控制单元14在时刻t1接通开关7。流过开关7的电流借助经测量电阻8下降并由控制单元14测定的电压来确定。
在时刻t1接通之后，流过初级绕组4和开关7的电流(实线)线性增大至预定电流值is1，该预定电流值is1由控制单元14基于调光信号d(功率需求)来设定。
控制单元14将实际开关电流或表示开关电流的在电阻8上降低的电压与阈值is1进行比较，并且一旦流过开关7的电流达到阈值is1(关断阈值)就使得开关7断开。
在时刻t2达到预定电流值is1(阈值)，并且控制单元14断开开关7。流过次级绕组6的电流(虚线)开始降低并在时刻t3降至零，随后控制单元14再次接通开关7(边界操作)。再次接通也可以只在线圈电流的正边沿(过零)实现。
对于跟在周期t1-t3后的周期，控制单元14因为通过调光信号d而降低的功率需要而将关断阈值减小至is2，从而在时刻t3接通开关7之后，流过初级绕组4和开关7的电流(实线)又增大，但仅增大至预定电流值is2，因为控制单元14在时刻t4断开开关7并且在流过次级绕组6的电流(虚线)减小至零后在时刻t5再次接通(边界操作)。
根据本发明，在功率需求降低时实现关断阈值仅减小至图2的曲线图中所示出的最小值imin。可以如此选择该最小值imin，如果低于该最小关断阈值，则无法实现流过开关7的小电流的可靠测量/检测。
因而，当在功率需求降低并且关断阈值相应减小的情况下该关断阈值低于最小值imin时，控制单元14根据本发明从边界操作模式转变至间歇操作模式。为此，控制单元14将根据调光信号d设定的关断阈值is与最小值imin进行比较。在间歇操作模式下，于是，所要求的由反激变换器3输出的功率的进一步减小通过延长开关7的断开持续时间来实现，此时关断阈值被固定至最小值imin。
图3以曲线图示出了流过在间歇操作模式下操作的反激变换器3的初级绕组4和开关7的电流的时间曲线(实线)以及流过次级绕组6的电流的时间曲线(虚线)。如图3所示，一旦流过开关7的电流(实线)已达到最小值imin(固定的关断阈值)，控制单元14就断开开关7，并且在流过次级绕组6的电流(虚线)减小至零之后没有马上再次接通开关7，而是只在经过根据待输出功率所设定的持续时间tdcm后在次级绕组6的电流(虚线)降至零之后才再次接通。在间歇操作模式下，开关7总是在达到固定的关断阈值时被断开，随着持续时间tdcm的相应缩短实现输出功率的提高，并且随着持续时间tdcm的相应延长实现输出功率的降低。
当在功率需求提高并且持续时间tdcm相应缩短的情况下关断阈值低于最小值或为零时，根据本发明的控制单元14从间歇操作模式转变至边界操作模式。为此，控制单元14将根据调光信号d设定的持续时间tdcm与该最小值进行比较，或者检查该持续时间tdcm是否为零或近似为零。
图4示出了在各个不同操作模式之间的转变。在图4所示的曲线图中，由控制单元14设定的阈值is以及由控制单元14设定的持续时间tdcm被示出为提供给控制单元14的调光信号d的电平的函数。如图4所示的曲线图所示，在电平dx上方，待设定的关断阈值is随着调光信号d的电平的提高而线性增大，此时持续时间tdcm为零。在电平dx下方，待设定的关断阈值is是恒定的或固定至最小值imin，此时持续时间tdcm随着调光信号d的电平降低至低于dx而非线性增大。所示出的曲线可以由控制单元14计算，或者以表格形式事先存储在控制单元14内。
在间歇操作模式下，在开关7断开之后可能会因为寄生效应而出现在初级线圈4上的电压振荡。为了避免开关7的切换损耗，这样的振荡应该在选择再次接通时刻时加以考虑，或者应如此选择再次接通时刻，即，在再次接通时刻该电压振荡在电压最小值之后降至过零。
图5示出了根据本发明的第二实施例的定时反激变换器电路，在此，变压器5具有用于检测电压变化曲线的初级侧副绕组15。该副绕组15与第二输入端子2以及控制装置15相连。控制单元14在间歇操作下借助由副绕组15产生的电压信号确定电压曲线在最小值之后具有过零的时刻，以便在此时刻再次接通开关。
在图3所示的曲线图中以点划线示出了在断开之后的电压信号的振荡。如果在考虑了所检测到的振荡的情况下实现开关7的再次接通，则这意味着，开关5的再次接通无法在任何时刻实现，而是只能以离散的时间间隔，即总是只在电压振荡达到过零时实现。
如果开关7因为电压振荡和由此产生的过零时的再次接通时刻而没有正好在由控制单元14根据负载要求所确定的时刻被再次接通，则无法针对该再次接通周期准确获得预定的功率、次级侧输出电流的预定时间平均值iavg并且当例如到稍后的下一个可能的离散时刻才被再次接通时落至更低。
为了补偿该缺点，控制单元14可以在下个周期在位于根据负载要求所求出的时刻之前的离散时刻(提前)再次接通开关7，从而使得提前再次接通和在位于根据负载要求所求出的时刻之后的离散时刻的再次接通交替轮换。
控制单元14可以被设计用于确定误差的大小(即根据负载要求所求出的时刻与实际再次接通时刻之间的偏差)并且根据所确定的误差的大小触发提前再次接通。该误差可以只针对一个再次接通周期确定或者针对多个周期进行相加，其中，一旦前后相继的周期的相加的误差(总误差)达到一定值，就针对下一个再次接通周期触发提前再次接通。
替代地或附加地，控制单元14可以基于实际再次接通时刻连续确定实际的真实电流平均值iavg并且通过相应调整/改变持续时间tdcm调节该电流平均值iavg，其中，形成针对最后的再次接通周期的预定电流平均值与该最后的再次接通周期的实际电流平均值iavg之差，该差值可以针对下一个再次接通周期被加至预定电流平均值。
根据本发明，当由led构成的负载低到使得在边界操作模式下出现的上关断阈值is低于预定最小值imin时，可以实现间歇操作模式和边界操作模式的交替。
这种交替尤其可以在切换区域内导致经过两个再次接通周期/期间的更准确的电流平均值iavg，因为由间歇操作模式导致的过低的电流平均值iavg(在下一个可能的稍后离散时刻再次接通)能够利用在后续边界操作模式下过高的电流平均值iavg进行补偿。
交替操作的结束或从交替操作至持续的间歇操作模式的切换的结束可以借助所接收到的控制信号被触发或者取决于调光信号d的电平或间歇操作模式的持续时间tdcm长度，其中，当该长度处于最大值时，实现交替操作的结束或从交替操作至持续的间歇操作模式的切换的结束。
以相同的方式，从另一个持续的间歇操作模式至交替操作的切换可以借助所接收到的控制信号被触发，或者取决于调光信号d的电平或间歇操作模式的持续时间tdcm的长度，其中，当该长度处于最小值时，实现交替操作的开始或从持续的间歇操作模式至交替操作的切换的开始。所述最小值和最大值可以是相同的。
图6示出了根据本发明的实施例的用于发光二极管的操作装置。该操作装置具有图5中所示出的定时反激变换器电路和由二极管电路16与充电电容器17组成的用于对在输入端子18处输入的交流电压进行整流的整流器。该操作装置可以包括设置在二极管电路16与充电电容器17之间的功率因数修正电路(未示出)。
连接至输出端子8、10的led串11的led可以是无机的或有机的led。所述led可以串联或并联连接。也可以将更多的led以更复杂的布置形式进行连接，例如以更多个相互并联的串联线路进行连接。尽管示例性地示出了五个led，但照明装置或led串11也可以具有更多或更少的led。
替代地，操作装置可以具有图1中所示出的反激变换器电路。