供電電路及包括供電電路的設備的制作方法

專利名稱：供電電路及包括供電電路的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于向負載供應輸出信號的供電電路，并且還涉 及一種包括供電電路的設備、 一種方法、 一種計算機程序產品以及/或 者一種用于存儲所述計算機程序產品的介質。
這種供電電路的例子有切換式電源，但是也不排除其他供電電路。 所述負載的例子有一個發光二極管、兩個或多個串聯發光二極管以及 兩個或多個并聯發光二極管，但是也不排除其他負載。
背景技術：
可以從US 6，853，150 B2中獲知一種現有技術供電電路，所述US 6，853，150B2公開了這樣一種供電電路，其包括晶體管電路并且包括阻 抗電路，其中所述晶體管電路具有按照半橋配置的兩個晶體管，所述 阻抗電路具有分別耦合到發光二極管的電感器和電容器。
所述現有技術供電電路的缺點尤其在于，輸入信號的波動和/或所 述發光二極管兩端的電壓降的波動可能會導致輸出信號的波動，從而 可能導致發光二極管的亮度的波動。

發明內容
本發明的一個目的特別是提供一種向負載供應相對恒定的輸出信 號的供電電路。
本發明的其他目的特別有提供一種包括向負栽供應相對恒定的輸 出信號的供電電路的設備、提供一種用于向負栽供應相對恒定的輸出 信號的方法以及提供一種用于向負載供應相對恒定的輸出信號的計算 機程序產 品。
根據本發明，所述用于向負載供應輸出信號的供電電路包括 -第一電路，其用于把輸入信號轉換成脈沖信號，該第一電路包 括晶體管；
-第二電路，其用于接收所述脈沖信號并且用于向所述負載供應 所述輸出信號，該第二電路包括諧振電路；以及
-第三電路，其用于控制所述第一電路，該第三電路包括用于生 成控制信號的發生器，所述控制信號用于控制所述晶體管以便降低所 述輸入信號與所述輸出信號之間的相關性。
通過在所述第一電路和第二電路之外引入用于控制該第一電路的 笫三電路，根據本發明的供電電路可以向負載供應相對恒定的輸出信 號，其中該第三電路包括用于生成所述控制信號的所述發生器，該控 制信號用于控制所述晶體管從而降低所述輸入信號與輸出信號之間的 相關性。
所述輸入信號例如包括輸入電壓信號，但是也不排除其他輸入信
號；所述輸出信號例如包括輸出電流信號，但是也不排除其他輸出信號。
根據本發明的供電電路還降低了例如輸出電壓信號與例如輸出電 流信號之間的相關性。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述第三電
號且獨立于所述輸出信號^:所述控制信號的輸出端。該實施例有ij 地避免了使用從所述負載(次級側)到所述第一電路(初級側)的不 利的反饋環路。換句話說，該實施例根據初級側信號并且獨立于次級 側信號供應所述控制信號。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述第三電 路包括用于接收參考信號的另一個輸入端，所述控制信號還取決于該 參考信號。該實施例有利地允許通過調節所述參考信號來調節所述輸 出信號。所述參考信號例如包括參考電流信號，但是也不排除其他參 考信號。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的。所述第三電 路包括乘法器，其用于把所述輸入信號乘以所述控制信號；低通濾 波器，其用于對所述乘法器輸出信號進行低通濾波；轉換器，其用于 把低通濾波器輸出信號轉換成低通濾波器輸出信號；以及加法器，其 用于把反相低通濾波器輸出信號與所述參考信號相加。所述發生器包 括控制器，其用于接收加法器輸出信號；壓控振蕩器，其用于接收 控制器輸出信號；以及單穩態觸發器，其用于接收壓控振蕩器輸出信 號并且生成所述控制信號。該實施例有利地引入了包括控制環路的第
三電路。把所述反相低通濾波器輸出電流信號與所述參考信號相加當 然對應于從所述參考信號中減去所述低通濾波器輸出信號。所述乘法 器輸出信號例如包括乘法器輸出電壓信號，所述低通濾波器輸出信號 在進入所述轉換器之前例如包括低通濾波器輸出電壓信號，并且在離 開所述轉換器之后例如包括低通濾波器輸出電流信號，所述加法器輸 出信號例如包括加法器輸出電流信號，但是也不排除其他的信號。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括具有第一幅度的第一脈沖、具有不同于第一幅度的第二幅度的 第二脈沖以及具有不同于第一和第二幅度的第三幅度的電平。該實施
例有利地引入了具有三種不同幅度的脈沖信號，從而增加了多個控制選項。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第一幅度是 正幅度，所述第二幅度是負幅度，并且所述第三幅度基本上是零幅度。 該實施例有利地引入了對稱的脈沖信號。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的。所述第一電路包 括第一晶體管，其具有耦合到第一參考端子的第一主電極以及耦合 到所述第二電路的第一輸入端的第二主電極；第二晶體管，其具有耦 合到該第一晶體管的第二主電極的第一主電極以及耦合到第二參考端 子的第二主電極；第三晶體管，其具有耦合到所述第一參考端子的第 一主電極以及耦合到所述第二電路的第二輸入端的第二主電極；以及 第四晶體管，其具有耦合到該第三晶體管的第二主電極的第一主電極 以及耦合到所述第二參考端子的第二主電極。該實施例有利地引入了 包括全橋配置(H橋)的4個晶體管的第一電路。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第一電路包 括用于接收所述控制信號的邏輯電路以及耦合到所述晶體管的控制電 極的輸出端，以便把所述第一和第四晶體管帶到導通狀態從而產生所 述第一脈沖、把所述第二和第三晶體管帶到導通狀態從而產生所述第 二脈沖以及把所述第一和第三或者第二和第四晶體管帶到導通狀態以 便產生所述電平。該實施例有利地把邏輯電路引入到所述第一電路中， 以便把所述第一和第三電路彼此耦合。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括具有第一幅度的第一脈沖以及具有不同于第一幅度的第二幅度
的第二脈沖。該實施例有利地引入了僅僅具有兩種不同幅度的脈沖信號。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第一幅度是 正幅度，并且所述第二幅度是負幅度。該實施例有利地引入了對稱的 脈沖信號。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第一電路包 括上面描述的4晶體管拓樸，其中所述4個晶體管的操作使得現在僅 僅引入具有兩種不同幅度的脈沖信號。該實施例有利地引入了包括全 橋配置(H橋)的4個晶體管的第一電路，其現在引入僅僅具有兩種 幅度的脈沖信號。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括具有第四幅度的第三脈沖以及具有第五幅度的電平。該實施例 有利地引入了具有僅僅兩種不同幅度的脈沖信號，其中一種幅度是由 脈沖實現的，另一種幅度是由電平實現的。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第四幅度是 正幅度，并且所述第五幅度基本上是零幅度。該實施例有利地引入了 非對稱的脈沖信號。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的。所述第一電路包 括第一晶體管，其具有耦合到第一參考端子的第一主電極以及耦合 到所述第二電路的第一輸入端的第二主電極；第二晶體管，其具有耦 合到該第一晶體管的第二主電極的第一主電極以及耦合到第二參考端 子的第二主電極，所述第二參考端子還耦合到所述第二電路的第二輸 入端。該實施例有利地引入了包括半橋配置的兩個晶體管的第一電路。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的。所述第一電路包 括用于接收所述控制信號的邏輯電路以及耦合到所述晶體管的控制電 極的輸出端，以便把所述第一晶體管帶到導通狀態從而產生所述第三 脈沖以及把所述第二晶體管帶到導通狀態從而產生所述電平。該實施 例有利地把邏輯電路引入到所述第一電路中，以便把所述笫一和第三 電路彼此耦合。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第一電路包 括半橋，并且所述第三電路被設置成在Ts^^T下驅動所述半橋，其中 T是所述諧振電路的諧振周期的一半，Ts是切換周期。
優選地，根據本發明的供電電路是如下定義的所述第一電路包 括全橋，并且所述第三電路被設置成如下驅動該全橋作為半橋來驅 動，其中接通和關斷時間-24并且Ts^^t;或者作為沒有自由輪狀態 的全橋來驅動，其中正接通和負接通時間=2*1:并且18$4*1:;或者作為 具有自由輪狀態的全橋來驅動，其中正接通和負接通時間-t，長度為t 的自由輪狀態跟隨在每一個脈沖之后，并且Ts^4*t。其中，t是所述 諧振電路的諧振周期的一半，Ts是切換周期。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述諧振電 路包括變壓器以及串聯耦合到該變壓器的初級側或者該變壓器的次級 側的電容器。該實施例有利地引入了所述變壓器以用于提供電隔離。 所述第二電路有可能還包括整流電路，該整流電路包括耦合到所述變 壓器的次級側的一個或多個二極管。該實施例有利地還引入了所述電 容器以便與所述變壓器的泄露電感相組合(以及/或者與單獨的電感器 相組合)，從而產生諧振電路。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述諧振電 路包括電感器以及串聯耦合到該電感器的初級側或者該電感器的次級 側的電容器。該實施例有利地引入了所述電感器。這種電感器的成本 比變壓器更低。所述第二電路有可能還包括整流電路，該整流電路包 括耦合到所述電感器的次級側的一個或多個二極管。該實施例有利地 還引入了所述電容器以便與所述電感器相組合，從而產生諧振電路。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述負載包 括一個或多個發光二極管。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的其包括用于 對AC信號進行整流的一個或多個輸入二極管，所述輸入信號包括經過 整流的AC信號。所述AC信號例如包括AC電壓信號，但是也不排除 其他AC信號。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括其脈沖寬度基本上等于所述諧振電路(全橋)的諧振周期的一 半的脈沖。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括其脈沖頻率基本上等于或小于所述諧振電路(全橋)的諧振頻 率的一半的脈沖。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述輸入信 號與所述脈沖頻率的乘積基本上是恒定的。這樣，生成一個獨立于輸 入電壓信號的恒定輸出電流信號。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括其脈沖寬度基本上等于所述諧振電路(半橋)的諧振周期的脈 沖。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述脈沖信 號包括其脈沖頻率基本上等于或小于所述諧振電路(半橋)的諧振頻 率的脈沖。
根據本發明的供電電路的一個實施例是如下定義的所述輸入信 號與所述脈沖頻率的乘積基本上是恒定的。這樣，生成一個獨立于輸 入電壓信號的恒定輸出電流信號。
根據本發明的設備、根據本發明的方法、根據本發明的計算機程 序產品以及/或者根據本發明的介質的實施例對應于根據本發明的供電 電路的實施例。
本發明特別是基于以下認識輸入電壓的波動可能導致應當避免 的輸出電流的波動。本發明特別還基于以下基本思想除了所述第一 電路和第二電路之外還應當引入第三電路，所述第三電路用于控制該 第 一 電路從而降低所述輸入信號與輸出信號之間的相關性。
本發明特別解決了以下問題提供 一 種向負載供應相對恒定的輸 出信號的供電電路。本發明的有利之處特別在于降低了例如輸出電壓 信號與例如輸出電流信號之間的相關性。


通過參照下面描述的(多個)實施例，本發明的上述和其他方面 將變得顯而易見。在附圖中
圖l示出了包括笫一、第二和第三電路的根據本發明的供電電路；
圖2示出了 AC到DC轉換器；
圖3示出了對應于第一電路的邏輯電路；
圖4更詳細地示出了第三電路；
圖5示出了控制信號和所得到的脈沖信號；
圖6示出了作為所述脈沖信號的函數的流經第二電路的變壓器的
初級側的電流和第二電路的電容器兩端的電壓；
圖7示出了作為所述脈沖信號的函數的流經第二電路的變壓器的 次級側的電流和流經負載的電流；
圖8示出了根據本發明的設備；
圖9示出了所述控制信號以及由所述邏輯電路從中導出并且針對 各單獨晶體管的各單獨控制信號；
圖IO示出了根據本發明的另一種供電電路； 圖11示出了根據本發明的另一種供電電路； 圖12示出了根據本發明的另一種供電電路； 圖13示出了根據本發明的另一種供電電路；
圖14示出了作為時間的函數的由第一電路供應的電壓和電容器兩 端的電壓；
圖15示出了作為時間的函數的流經電感器的電流；
圖16示出了作為時間的函數的對應于不同情況A-F的電壓和電
流；
圖17示出了作為時間的函數的對應于不同情況A-C的電流； 圖18示出了作為時間的函數的對應于不同情況A-C的電流； 圖19示出了根據本發明的另一種供電電路；以及 圖20示出了作為時間的函數的對應于切換周期(Ts>4*t)的電流
和電壓，其中t-半諧振周期。
具體實施例方式
圖1中示出的根據本發明的供電電路l-3包括第一電路l、第二 電路2和第三電路3。第一電路1包括電壓源4，其用于通過第一和第 二參考端子15和16生成輸入電壓信號Uin。第一電路1還包括4個晶 體管11-14。第一晶體管11的第一主電極耦合到第一參考端子15, 其第二主電極耦合到第二電路2的第一輸入端20a。第二晶體管12的 第一主電極耦合到第一晶體管11的第二主電極，其第二主電極耦合到 第二參考端子16。第三晶體管13的第一主電極耦合到第一參考端子 15，其第二主電極耦合到第二電路2的第二輸入端20b。第四晶體管 14的第一主電極耦合到第三晶體管13的第二主電極，其第二主電極耦 合到第二參考端子16。第一電路1還包括邏輯電路5，其耦合到第三
電路3并且耦合到所述晶體管11-14的控制電極。后面將參照圖3討 論該邏輯電路5。
第二電路2包括例如從輸入端20a到輸入端20b的電容器27、電 感26和變壓器25的初級側的串聯諧振電路。電感26通常至少部分地 由變壓器25的雜散電感形成。第二電路2有可能還包括4個輸出二極 管21-24，其耦合到變壓器25的次級側并且形成整流電路，該整流電 路還耦合到平滑電容器28和負載6，所述負載例如包括3個串聯發光 二極管。
圖2中示出的AC到DC轉換器4或電壓源4包括AC電壓源45， 其耦合到形成另一個整流電路的4個二極管，該整流電路還耦合到另 一個平滑電容器46。
圖3中示出的邏輯電路5包括觸發器51，其接收來自第三電路3 的控制信號s(t)。該觸發器的Q輸出端耦合到與門52，該與門還接收 所述控制信號s(t);該觸發器51的反相Q輸出端耦合到與門53，該與 門還接收所述控制信號s(t)。與門52的輸出端通過非反相器52a耦合 到tdon延遲電路54a，并且通過反相器52b耦合到tdon延遲電路54b。 與門53的輸出端通過非反相器53a耦合到tdon延遲電路55a，并且通 過反相器53b耦合到tdon延遲電路55b。對應的tdon延遲電路54a和 54b以及55a和55b有可能通過代表晶體管11和12的電平轉移器56 以及代表晶體管13和14的電平轉移器57耦合到對應的晶體管11 - 14 的控制電極。
圖4中示出的第三電路3包括輸入端30a和輸出端30c,所述輸入 端30a用于接收所述輸入電壓信號Uin(更一般來說是輸入信號或初級 側信號)，所述輸出端30c用于根據所述輸入電壓信號Uin并且獨立 于流經所述負載6的輸出電流信號供應所述控制信號s(t)。第三電路3 還包括用于接收參考電流信號的另一個輸入端30b，所述控制信號s(t) 還取決于該參考電流信號。此外，第三電路3包括乘法器31，其用 于把所述輸入電壓信號Uin與所述控制信號s(t)相乘；低通濾波器32， 其用于對乘法器輸出電壓信號進行低通濾波；轉換器33,其用于把低 通濾波器輸出電壓信號轉換成低通濾波器輸出電流信號；以及加法器 34，其用于把反相低通濾波器輸出電流信號與所述參考電流信號相加。 發生器35-37包括控制器35，其用于接收加法器輸出電流信號；壓
控振蕩器36，其用于接收控制器輸出信號；以及單穩態觸發器37,其 用于接收壓控振蕩器輸出信號并且生成所述控制信號s(t)。
在圖5中示出了所述控制信號s(t)和所得到的脈沖信號Ul(t)。脈 沖信號Ul包括具有第一幅度+Uin的第一脈沖、具有不同于第一幅 度的第二幅度-Uin的第二脈沖以及具有不同于第一和第二幅度的第三 幅度0的電平。優選地，所述第一幅度是正幅度，第二幅度是負幅度， 第三幅度基本上是零幅度。
在圖6中示出了作為所述脈沖信號Ul(t)的函數的流經所述第二電 路2的變壓器25的初級側的電流Il(t)和該笫二電路2的電容器27兩 端的電壓Uc(t)。
在圖7中示出了作為所述脈沖信號Ul(t)的函數的流經所述第二電 路2 (在所述整流器之后)的變壓器25的次級側的電流ID(t)和流經所 迷負載6的電流Iout。
圖8中示出的根據本發明的設備IO包括所述第一、第二和第三電 路1 - 3以及所述負載6，所述電壓源4這次位于所述第一電路1的外 部。
在圖9中示出了所述控制信號s(t)以及由所述邏輯電路5從中導出 的并且針對各單獨晶體管11-14的各單獨控制信號fl(輸出與門53)、 f2 (輸出與門52)以及T1-T4 (輸出tdon延遲電路54a、 54b、 55a、 55b)。
一般來說，已經產生了電隔離驅動器拓樸以及用于發光二極管或 LED的控制方案。所述輸入電壓Uin可以是未穩定化的DC電壓。所 述驅動器包括晶體管H橋11 - 14、用于該H橋11 - 14的控制第三電 路3、變壓器25、串聯電容器27、 二極管橋21-24以及平滑輸出電容 器28。在輸出端處可以為LED的串聯連接供電。
所述變壓器25用于進行電隔離，并且可以適配電壓電平，比如從 300V適配到30V。由該變壓器25的雜散電感26與所述串聯電容器27 形成諧振拓樸。因此，該變壓器25的寄生泄露電感可以是所述驅動器 的一部分。與基于脈沖寬度調制的轉換器(比如正激拓樸或反激拓樸) 相反，在這里不需要最小化所述泄露電感。這對于所述隔離和繞組設 計來說是有利的，從而將成本保持得較低。
所述控制第三電路3和邏輯電路5生成具有固定脈沖寬度的交替
的正、負電壓脈沖。在這些電壓脈沖之間，所述H橋11-14應當在可 設置的時間內保持在自由輪(freewheel)狀態下。因此，所述輸出受 到重復頻率的控制。如果所述電路的諧振頻率被適當地適配于所述電 壓脈沖的寬度并且如果LED的數目滿足所述電路的操作電壓范圍，則 產生了表現出以下特征的理想的LED供電驅動器
-所述驅動器中的電流變為正弦，并且其在切換時刻為零。這樣 避免了切換損失并且使得EMI最小化。
-所述LED中的平均電流與所述驅動器的DC輸入電壓并且與所 述操作頻率成比例。這意味著在較大的負栽范圍內所述LED的電壓降 不影響所述電流。如果所述DC輸入電壓乘以所述頻率的乘積被保持恒 定，則所述LED中的平均電流也是恒定的。此外，所述LED電流可 以從標稱值向下變化到零。
-所述LED驅動器系統在次級(LED)側既不需要傳感器也不需 要控制單元。
-所述LED參數的改變并不影響所述LED中的電流。這也包括 單個LED的短路。所有LED的總體電壓降可以在33%到100%之間改變。
-可以通過所述變壓器25的匝數比來設置標稱輸出電壓。 -所述照明系統非常適用于干線電源。 -可以很容易地安裝調暗功能。
-所述電源和控制單元可以;故集成在智能電源IC中。 更具體來說，任何未穩定化的DC電壓Uin都可以被用來為所述驅 動器供電。該電壓可以通過使用另一個二極管橋41 -44和另一個平滑 電容器46從AC干線電源生成。所述驅動器的電源部分包括由4個晶 體管11-14實現的H橋。這些晶體管由所述第三電路3通過所述邏輯 電路5控制。可以使用電壓電平轉移器作為所述晶體管11-14的控制 電極與所述邏輯電路5之間的接口 。
所述H橋11 - 14的輸出端子通過串聯電容器27連接到所述變壓 器25的初級繞組。該變壓器25的次級繞組為二極管橋21 - 24饋電。 該二極管橋21 - 24對來自該變壓器25的AC電壓進行整流，并且使用 平滑電容器28來平滑輸出電壓Uout。由該輸出電壓Uout對任意數目 的LED的串聯連接進行供電。
所述串聯電容器27和所述變壓器25的雜散電感26形成一個串聯 諧振電路，其諧振頻率fres^ZTry^LMCW^^Tres)-1,其諧振阻抗 Zres=(L26/C27).1/2。所述H橋生成交替的正、負電壓脈沖(+Uin或國Uin )。 如果晶體管11和晶體管14處在導通狀態下則發生正電壓脈沖，并且 可以通過接通晶體管12和13來設置負電壓脈沖。在各電壓脈沖之間， 所述H橋11 - 14提供一條自由輪路徑，這可以通過接通11和13或者 通過接通12和14來執行。所述正、負脈沖的時間寬度ton優選地被設 置成等于所述諧振周期的一半，即ton-Tres/2，但是也不排除其他設置。
如果所述脈沖寬度ton是固定的，則可以把所述頻率fs用作控制 參數。其最大值必須被限制到fmax=fres/2>fs。圖5示出了所述H橋 11-14的特征輸出電壓波以及在所述控制第三電路3內部生成的基本 切換函數s(t)。
可以通過串聯連接的LED的數目及其電壓降來確定所述標稱輸出 電壓Uout。其可以保持在所述電壓范圍內。
N2Uin/(3Nl)〈UouKN2Uin/Nl，其中N2表示所述變壓器25的次級 繞組，Nl表示初級繞組。如果所述條件得到滿足，則對于每一個電壓 脈沖從所述H橋11 - 14中抽取出兩個連續的正弦半波電流脈沖。在圖 6中給出了對應于特定操作點的相應電流Il(t)。此外，該圖還示出了在 所述串聯電容器27處所得到的電壓Uc(t)。
忽略磁化電流，所述變壓器25的次級電流與初級電流成比例，即 12=11N1/N2。該次級變壓器電流I2被所述二極管橋21 - 24整流，其中 在圖7中示出了 ID(t)=|l2(t)| 。由于所述平滑電容器28的存在，在所 述負載6中有DC輸出電流，其等于所述經過整流的次級電流的平均值， 即Iout-IDrectified。
所述輸出電流(從而所述LED電流)與所述頻率和所述輸入電壓 成比例Iout=2UinNlfs/(Zres7rN2fres)。由于所述輸入電壓Uin隨著干 線電源電壓改變并且由于由另一個較小的平滑電容器46導致的電壓波 紋，所述頻率fs可以被適配成4吏得Uin與fs的乘積(從而所述輸出電 流Iout),皮保持相對恒定。
這可以通過所述第三電路3來實現，但是也不排除其他電路。在 第一步中，對將由所述切換函數s(t)和輸入DC電壓Uin生成的無符號 電壓脈沖進行低通濾波(例如通過RC網絡)。所得到的DC電壓與所
述電壓頻率乘積成比例。通過所述轉換器33把該電壓轉換成電流，并 且把該電流與參考電流Iref相比較，其差通過所述控制器35設置所述 操作頻率fs。此外，該控制器35控制所述壓控振蕩器36，該壓控振蕩 器36生成fs并且觸發所述單穩態觸發器37，該單穩態觸發器37生成 所述控制信號s(t)，該控制信號的脈沖具有脈沖寬度ton。優選地(但 不是排他地)，ton=l/(2fres)。所述接通延遲電路54a、 54b、 55a、 55b 引入時間延遲tdon，以避免所述H橋11 - 14中的短路。 可能的修改有
-取代MOSFET，可以使用任何其他晶體管技術。
-可以省略與所述LED并聯連接的平滑電容器28。這對于所述平 均電流沒有影響，但是會增大所述LED的RMS和峰值電流。
-可以總是通過接通12和14來實現所述H橋11 - 14的自由輪路 徑。在這種情況下，上方晶體管11和13的接通時間被限制到所述恒 定脈沖寬度ton，這是一個優點。
-所述串聯電容器27還可以被插入到所述變壓器的次級側，或者 可以在全部兩側都使用串聯電容器。
-可以通過PFC整流器電路來實現所述輸入整流器。
-可以在沒有變壓器25的情況下利用電感器來實現所述驅動器， 所述電感器比如是用于形成所述諧振拓樸的串聯扼流圈。
-還可以用分離輸出繞組加上僅僅兩個二極管的組合來取代所述 全橋輸出整流器21-24，這樣做的好處是節省了兩個二極管并且二極 管正向導通損失較小(但是其代價是需要第二繞組，并且有可能對于 正、負變壓器輸入電壓得到非對稱的LED峰值電流)。
本發明可以被用于墻壁泛光、LCD背光以及一般照明，但是也不 排除具有LED或者非LED的形式的負載的其他照明。
圖10中示出的根據本發明的供電電路包括第一電路101，其包 括一個半橋，該半橋具有耦合到源Vo的第一晶體管111和第二晶體管 112的串聯晶體管電路；以及第二電路102，其例如包括電容器127和 電感器126的串聯諧振電路。所述串聯諧振電路的一側耦合到所述串 聯晶體管電路的公共點，其另一側耦合到第一和第二 (反并聯)分支。 所述第一 (第二)分支包括耦合到電容器128A (128B)與例如串聯耦 合的LED106A (106B)的并聯電路的二極管121A (121B )。 可替換地，例如可以用半橋模式下的全橋來取代所述半橋。或者
還可以用變壓器來取代所述電感器126，其中該變壓器的初級側耦合到 所述電容器127，其次級側耦合到所述各分支。
圖11中示出的根據本發明的供電電路包括第一電路101，其包 括一個半橋，該半橋具有耦合到源Vo的第一晶體管111和第二晶體管 112的串聯晶體管電路；以及第二電路102，其例如包括電容器127和 電感器126的串聯諧振電路。所述串聯諧振電路的一側耦合到所述串 聯晶體管電路的公共點，其另一側耦合到第一和第二 (反并聯)分支。 所述第一(第二)分支包括耦合到電容器128C(128D)的二極管121C (121D)的第一 (第二)串聯二極管-電容器電路。所述串聯二極管-電容器電路的公共點例如通過串聯耦合的LED 106C彼此耦合。這是 具有雙電容器構造的電壓加倍器。
圖12中示出的根據本發明的供電電路包括已經關于圖10和11 討論過的半橋，該半橋具有耦合到所述源Vo的第一晶體管111和第二 晶體管112的串聯晶體管電路；例如已經關于圖IO和11討論過的電容 器127和電感器126的串聯諧振電路。所述串聯諧振電路的一側耦合 到電容器128E，該電容器128E耦合到二極管121E的陽極并且耦合到 二極管121F的陰極。這些二極管121E-121F還例如耦合到串聯耦合 的LED106E。這是具有單電容器構造的電壓加倍器。
圖13中示出的根據本發明的供電電路對應于圖11和12中示出的 供電電路，其中用Cockroft-Walton倍增器構造取代了所述電壓加倍器 構造。
在圖14中示出了作為時間的函數的由第一電路101供應的電壓 Vin和電容器127兩端的電壓Vc，在圖15中針對等于126、 127的諧 振周期的兩倍的切換周期示出了作為時間的函數的流經電感器126的 電流。在圖20中針對大于126、 127的諧振周期的兩倍的切換周期示 出了電壓Vin、流經電感器126的電流和平均電流Iol。
所述拓樸可以是例如驅動串聯振蕩回路的半橋與處在或者低于諧 振的整流器負載分支的組合。因此所述拓樸像電壓-電流轉換器那樣 操作，例如當所述輸入電壓和所述切換頻率都恒定時，則所述輸出電 流是已知的，不需要用于恒定電流負載驅動的附加旁路，實現了零電 流切換，諧振操作模式允許提高切換頻率以便減少一定數量的無源組
件，所述拓樸具有以下特征其可以在具有或沒有變壓器的情況下操
作；其具有固有的短路保護；其可以具有集成的磁性元件以用于基于 變壓器的解決方案，其中變壓器泄露電感可以被用作串聯振蕩回路電 感器；其可以具有低EMI的正弦振蕩回路電流以便允許AC總線；其 不需要交叉調節，從而一條輸出分支中的負載變化不會影響所述輸出 中的電流；其中有隱含的過電壓保護，并且其可以被用來驅動電壓倍 增器以便在沒有變壓器的情況下增大輸出電壓擺幅(這對于集成來說 是很重要的)。
在圖10-15中，Vo表示DC輸入電壓，111和112例如是半橋的 MosFet， 127和126例如是串聯諧振振蕩回路元件，121是輸出整流器 二極管，106是例如LED的負載串。
根據圖10、 14和15，對于穩定狀態，所述響應可以被細分成具有 兩個子間隔的兩種狀態。所述兩種狀態被如下定義1)121A接通并且 121B關斷(狀態I);以及II) 121A關斷并且121B接通(狀態II)。 在圖14和15中定義的子間隔1、 2、 3、 4可以具有相同的長度 U=t2=t3=t4=t，其中t表示諧振周期:t=W(L1*C1)。所述切換周期 Ts可以被選擇成4*t或更大。通過對于全部兩種狀態設置微分網絡方 程并且觀察連續性和周期性條件，可以解析地計算相關的電流和電壓。 對于每一種狀態，在全部兩條負載分支中的一個切換周期Ts=l/fs內的 平均電流的關系可能是非常重要的iav尸iavn-2/j^Vo/Z(^fs/fres，其 中Zo"(Ll/Cl)。
該方程表明，所述平均輸出電流與所迷輸入dc電壓Vo和所述切 換頻率fs的乘積成比例
如果Vo是恒定的，則流經所述負載的電流也是恒定的。甚至所述 負載和交叉調節誤差也為零，這意味著一條分支上的電壓改變既不會 影響相同分支上的電流也不會影響另一條分支上的電流。如果所述輸 入電壓發生改變，則所述切換電流可以被適配成使得Vo與fs的乘積(從 而所述輸出電流)也被保持得相對恒定。這在下面將討論的圖17和18 中示出。因此，例如所述半橋拓樸像理想的電壓/電流轉換器那樣操作。 另一個很重要的方面是對應于恒定輸出功率的峰值負載電流。由于所 述轉換器在諧振下振蕩并且所述切換周期是4t,因此在每一種狀態下 有兩個局部電流峰值ipkl尸I -0.5*(Vo-Voutl+Vout2)/Zo |和
ipk2尸I -0.5*(Vo+Voutl-Vout2)/Zo | 。可能期望所述兩個峰值都是平衡 的，即差不多具有相同的大小，從而使得對應于給定功率(平均電流) 的峰值電流應力是最小的。通過觀察對應于根據本發明的轉換器的峰 值電流的全部兩個表達式，可以看出在輸出電壓Voutl、 Vout2與Vo 相比較小時，全部兩個值是平衡的。這意味著所提出的轉換器完全適 用于具有小電源電壓的應用，比如其中僅有幾個LED^t串聯的高功率 二極管。
在圖16中示出了對應于不同情況A-F (例如對于Vout Vo)的 電壓和電流。A:沒有零狀態的輸入電壓全橋；B:輸入電壓半橋；C: 具有零狀態的輸入電壓全橋；D:沒有零狀態的二級管電流全橋；E: 二級管電流半橋；以及F:具有零狀態的二級管電流全橋。
在圖17中示出了對應于不同情況A-C (交叉調節)的電流。在具 有用于改變相同分支內的輸出電壓的二極管的某一分支內的電流和平 均電流表明，平均電流是恒定的。負栽參數是ld=0，0.5，l，其中 Voutl=ld*Vout、 Vout2=Vout、 Vout=48V、 Vin=100V。
在圖18中示出了作為時間的函數的對應于不同情況A-C的電流 (全部都在一個曲線圖中)。在用于改變另一條分支內的輸出電壓的某 一分支內的電流和平均電流表明，平均電流是恒定的。參數是 d=0，0.5，l，其中Voutl=ld*Vout、 Vout2=Vout、 Vout=48V、 Vin=100V。
因此，例如利用雙重單向整流以及利用電容器-二極管電壓倍增 器產生了例如在Ts2^t(其中t=7i*sqrt(L*C))下驅動的例如具有串聯 諧振振蕩回路和經過整流的輸出的半橋拓樸。可替換地，可以引入具 有可變驅動的全橋，從而如下驅動所述全橋作為半橋來驅動(接通 和關斷時間-24，其中Ts^4*t);或者作為沒有自由輪狀態的全橋來 驅動(正接通和負接通時間=2*1:,其中Ts^4*t);或者作為具有自由 輪狀態的全橋來驅動(正接通和負接通時間-t，自由輪狀態=每一個脈 沖之后的t,其中Ts^4*t)。換句話說，雖然沒有在圖10-13中示出， 但是第三電路可以被用于根據如上定義的四種驅動方案當中的一種或 多種來驅動所述橋，以便降低所述輸入信號與輸出信號之間的相關性。
圖19中示出的根據本發明的供電電路包括第一電路201、第二電 路202和第三電路203。第一電路201包括電壓源204，其用于通過第 一和第二參考端子215和216生成輸入電壓信號Uin。第一電路201還
包括兩個晶體管211-212。第一晶體管211的第一主電極耦合到第一 參考端子215,其第二主電極耦合到第二電路202的第一輸入端220a。 第二晶體管212的第一主電極耦合到第一晶體管211的第二主電極， 其第二主電極耦合到第二參考端子216，該第二參考端子216還耦合到 第二電路202的第二輸入端220b。第一電路201還包括邏輯電路205， 其耦合到第三電路203并且耦合到所述晶體管211-212的控制電極。 該邏輯電路205例如與前面討論的邏輯電路5的一部分完全相同。第 二電路202例如與前面討論的第二電路2完全相同。
在圖20中針對大于126、 127的諧振周期的兩倍的切換周期示出 了電壓Vin、流經電感器126的電流和平均電流Iol。 T-切換頻率， ton=Tres,其中Tres-諧振周期。
該圖20示出了對應于T>2*Tres的定時，其中ton=Tres并且 ToffVTres。最小定時是T=2*Tres,其中ton=Tres并且Toff-Tres (如 圖14- 15中所示)。
概括地說，為用于向負載6、 106、 206供應輸出電流信號并且包 括第一電路l、 101、 201和第二電路2、 102、 202的供電電路1一3、 101-102、 201 - 203提供了第三電路3、 203以用于控制所述第一電路 1、 101、 201，其中所述第一電路1、 101、 201具有晶體管11 - 14、 111 -112、 211 - 212以用于把輸入電壓信號轉換成脈沖信號，所述第二電 路2、 201、 202具有諧振電路以用于接收所述脈沖信號并且用于向所 述負載6、 106、 206供應所述輸出電流信號，所述第三電路3、 203包 括發生器35 - 37以用于生成控制信號，所述控制信號用于控制所述晶 體管11-14、 111-112、 211 - 212以便降低所述輸入電壓信號與所述 輸出電流信號之間的相關性。所述第三電路3、 203根據所述輸入電壓 信號并且獨立于所述輸出電流信號供應所述控制信號。所述晶體管11 -14、 111-112、 211-212可以形成全橋、操作在半橋模式下的全橋 或者半橋。
"相對"和"基本上"之類的術語定義30%的最大偏差，優選地是 20%，更加優選地是10%，最優選地是1%。換句話i兌，這種術語定義 了 70-130%、優選地是80-120%、更加優選地是90-110%、最優選地 是99-101%的區間。
應當注意到，上面提到的實施例說明而不是限制本發明，在不偏
離所附權利要求書的范圍的情況下，本領域技術人員能夠設計出許多 替換實施例。在權利要求書中，置于括號之間的任何附圖標記不應被 解釋為限制該權利要求。"包括" 一詞不排除未在權利要求中列出的 其他元件或步驟的存在。元件之前的"一個"不排除多個這種元件的 存在。本發明可以通過包括幾個不同元件的硬件來實現，并且可以通 過適當編程的計算機來實現。在列舉幾個裝置的設備權利要求中，這 些裝置當中的幾個可以用同一項硬件來具體實現。在互不相同的從屬 權利要求中闡述某些措施并不意味著不能使用這些措施的組合來獲 益。
權利要求
1、用于向負載(6，106，206)供應輸出信號的供電電路(1-3，101-102，201-203)，該供電電路(1-3，101-102，201-203)包括第一電路(1，101，201)，其用于把輸入信號轉換成脈沖信號，該第一電路包括晶體管(11-14，111-112，211-212)；第二電路(2，102，202)，其用于接收所述脈沖信號并且用于向所述負載(6，106，206)供應所述輸出信號，該第二電路(2，102，202)包括諧振電路；以及第三電路(3，203)，其用于控制所述第一電路(1，101，201)，該第三電路(3，203)包括用于生成控制信號的發生器(35-37)，所述控制信號用于控制所述晶體管(11-14，111-112，211-212)以便降低所述輸入信號與所述輸出信號之間的相關性。
2、 如權利要求l所限定的供電電路(1-3)，所述第三電路(3) 包括用于接收所述輸入信號的輸入端(30a)，并且包括用于根據所述 輸入信號且獨立于所述輸出信號供應所述控制信號的輸出端(30c)。
3、 如權利要求2所限定的供電電路(1-3)，所述第三電路(3) 包括用于接收參考信號的另一個輸入端(30b)，所述控制信號還取決 于該參考信號。
4、 如權利要求3所限定的供電電路(1-3)，所述第三電路(3) 包括用于把所述輸入信號乘以所述控制信號的乘法器(31)、用于 對乘法器輸出信號進行低通濾波的低通濾波器(32)、用于把低通濾 波器輸出信號轉換成低通濾波器輸出信號的轉換器(33)以及用于把 反相低通濾波器輸出信號與所述參考信號相加的加法器(34)，所述 發生器(35 - 37)包括用于接收加法器輸出信號的控制器(35)、 用于接收控制器輸出信號的壓控振蕩器(36)以及用于接收壓控振蕩 器輸出信號并且生成所述控制信號的單穩態觸發器(37)。
5、 如權利要求l所限定的供電電路(1-3)，所述脈沖信號包括 具有第一幅度的第一脈沖、具有不同于第一幅度的第二幅度的第二脈 沖以及具有不同于第一和第二幅度的第三幅度的電平。
6、 如權利要求l所限定的供電電路(1-3)，所述脈沖信號包括 具有第一幅度的第一脈沖以及具有不同于第一幅度的第二幅度的第二 脈沖。
7、 如權利要求1所限定的供電電路(101 - 102, 201-203)，所述 脈沖信號包括具有第四幅度的第三脈沖以及具有第五幅度的電平。
8、 如權利要求l所限定的供電電路(1-3， 201-203)，所述諧 振電路包括變壓器(25， 225)以及串聯耦合到該變壓器(25， 225) 的初級側或者該變壓器(25， 225)的次級側的電容器(27， 227)。
9、 如權利要求1所限定的供電電路(101 - 102)，所述諧振電路 包括電感器(126)以及串聯耦合到該電感器(126)的初級側或者該 電感器(126)的次級側的電容器(127)。
10、 如權利要求1所限定的供電電路(1-3, 101 - 102， 201 -203)， 所述負載(6， 106， 206)包括一個或多個發光二極管。
11、 如權利要求l所限定的供電電路(1-3)，其包括用于對AC 信號進行整流的一個或多個輸入二極管(41-44)，所述輸入信號包 括經過整流的AC信號。
12、 如權利要求1所限定的供電電路(1-3),所述脈沖信號包 括其脈沖寬度基本上等于所述諧振電路的諧振周期的一半的脈沖。
13、 如權利要求1所限定的供電電路(1-3)，所述脈沖信號包 括其脈沖頻率基本上等于或小于所述諧振電路的諧振頻率的一半的脈沖。
14、 如權利要求13所限定的供電電路(1-3)，所述輸入信號與 所述脈沖頻率的乘積基本上是恒定的。
15、 如權利要求1所限定的供電電路(101 - 102， 201 -203)，所 述脈沖信號包括其脈沖寬度基本上等于所述諧振電路的諧振周期的脈 沖。
16、 如權利要求1所限定的供電電路(101-102， 201 -203)，所 述脈沖信號包括其脈沖頻率基本上等于或小于所述諧振電路的諧振頻 率的脈沖。
17、 如權利要求16所限定的供電電路(101 - 102， 201 - 203 )， 所述輸入信號與所述脈沖頻率的乘積基本上是恒定的。
18、 包括如權利要求l所限定的供電電路(1-3， 101 - 102, 201 -203)并且還包括負栽(6， 106, 206)的設備(10)。
19、 用于向負載(6， 106， 206)供應輸出信號的方法，該方法包 括以下步驟通過第一電路(l, 101， 201 )把輸入信號轉換成脈沖信號，該第 一電路(1， 101， 201)包括晶體管(11-14， 111-112， 211-212);通過第二電路(2, 102， 202)接收所述脈沖信號并且向所述負載 (6， 106， 206)供應所述輸出信號，該第二電路(2, 102， 202)包括 諧振電路；以及通過第三電路(3， 203 )控制所述第一電路(1， 101， 201)，該 第三電路(3， 203 )包括用于生成控制信號的發生器(35 - 37 )，所 述控制信號用于控制所述晶體管(11 - 14， 111 - 112， 211 - 212 )以便 降低所述輸入信號與所述輸出信號之間的相關性。
20、用于執行如權利要求19所限定的方法的各步驟的計算機程序 產品以及/或者用于存儲所述計算機程序產品的介質。
全文摘要
本發明涉及用于向負載(6，106，206)供應輸出信號的供電電路(1-3，101-102，201-203)，該供電電路(1-3，101-102，201-203)包括第一電路(1，101，201)，其用于把輸入信號轉換成脈沖信號，該第一電路包括晶體管(11-14，111-112，211-212)；以及第二電路(2，102，202)，其用于接收所述脈沖信號并且用于向所述負載(6，106，206)供應所述輸出信號，該第二電路(2，102，202)包括諧振電路。為所述供電電路提供了第三電路(3，203)，其用于控制所述第一電路(1，101，201)，該第三電路(3，203)包括用于生成控制信號的發生器(35-37)，所述控制信號用于控制所述晶體管(11-14，111-112，211-212)以便降低所述輸入信號與所述輸出信號之間的相關性。該第三電路(3，203)根據所述輸入電壓信號并且獨立于所述輸出電流信號供應所述控制信號。所述晶體管(11-14，111-112，211-212)可以形成全橋、操作在半橋模式下的全橋或者半橋。
文檔編號H02M3/337GK101395791SQ200780008173
公開日2009年3月25日 申請日期2007年3月2日 優先權日2006年3月6日
發明者D·亨特, G·索爾蘭德, H·范德布羅克, M·溫德特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司