專利名稱：高效led電力供應源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效的電力供應源。本發明尤其適于驅動LED。
背景技術：
日益需要簡單且低成本的電源來控制例如LED的負載。在汽車、工業和家庭應用中存在使用LED來替換傳統照明系統的大量新應用。通常，需要盡可能高的效率來確保能量耗散的最小化，并因此保持電源的尺寸和成本盡可能的小。在可再生能源應用中，以盡可能高的效率對電池充電，并為不同的負載提供電力。為了保持高效率同時在諸如電池充電器、LED系統之類的負載中控制電流，可使用如圖1所示的電子驅動電路。電壓源I向電子驅動電路4供電，電子驅動電路可以是降壓電路(下降)、升壓電路(上升)、升降壓電路(上升-下降)或任何其它傳統dc-dc轉換器電路。當電力供應源用于為LED系統供電時，關鍵是控制負載中的電流，而不是電壓。這是因為LED的正向電壓會有顯著變化，固定的電壓驅動會產生不確定的電流和不同光水平。為了消除這些變化，監控LED系統中的電流，反饋電路調整電子驅動電路的控制，以保持LED系統中的電流為常數或預定值，由此排除電壓源的變化或由制造公差或溫度引起的LED正向電壓。電子驅動電路可用于改變通過LED系統的受控電流以提供亮度控制。針對LED系統的控制，魯棒性和靈活性的特點使得基于現有技術dc到dc轉換器電路的電子驅動電路非常普遍。在電子驅動電路中通常使用一個或多個電源開關的寬度脈沖調制來實現對LED系統的控制。盡管電子驅動電路提供了 LED電流的控制，電子驅動電路中仍存在損耗。這些損耗與電子電力元件中電流的切換和傳導有關。這些損耗降低了 LED系統效率。取決于操作條件，用于驅動LED的典型現有技術的具有80% -95%的效率。大多數情況下，效率在80% -90%的范圍內。為了提高LED電子驅動電路的效率，諧振電路技術是有益的。在諧振電路中，幾乎能夠消除開關晶體管中的開關損耗，并能夠提高電子驅動電路的效率。美國專利申請2010/0141169公開了一個這種電路。在美國專利申請2010/0141169中，LCL串并聯諧振電路用于驅動LED。該電路利用在“A constant frequency, constant current,load-resonant capacitor charging power supply，，，IEE Proc.Electric PowerApplications, Vol.146, Issue2, pp.187-192, Marchl999 中公開的 LCL 串并聯諧振電路的特性。美國申請專利2010/0141169公開的使用驅動LED的LCL串并聯諧振電路的恒定輸出電流特性導致通過LED串的電流與LED串中LED的數量或各個LED正向電壓無關。此夕卜，串聯電流測量電阻器的移除和由于諧振開關導致的開關損耗的減少會得到高效LED電源，其中效率達到85% -92%。然而，在該串并聯諧振電路中，通過LED負載的電流與電源電壓相關的。這意味著如果諧振電路以可變電壓輸入來驅動LED負載，則LED中的電流將與輸入電壓成正比例的變化。這在例如由電池供電的照明系統是不期望的，其中光輸出會隨著電池電壓的降低而下降。電力設備的傳導損耗依賴于諸如MOSET或IGBT之類器件的結構。傳導損耗會隨著通過器件兩端的電壓降和傳導電流而增大。在設計用于提供更高額定電壓或維持電壓的設備中，電壓降趨向于增大。
發明內容
本發明的目的在于提供一種替代方法，用于高效控制諸如LED系統或電池充電器之類的負載中的電流，并降低負載電流和電源電壓的變化。根據本發明，提供了一種用于控制與電源相連的電子負載的電力供應源，電子負載包括包含至少一個LED的主負載和包含至少一個LED的輔助負載，所述電力供應源包括與主負載串聯的串聯補償塊并包括電源，在控制傳送到輔助負載的電力的同時，串聯補償塊還與電源電壓相反地提供電壓。根據本發明的串聯補償塊直接控制傳送到輔助負載的電力，并間接控制在主負載中轉換的電力。根據本發明，主負載或輔助負載可包含至少一個LED。根據本發明的另一方面，主負載或輔助負載可以包含利用電源進行充電的電池或電容器。
將結合以下附圖來描述本發明:圖1示出了根據現有技術的電壓源，其中電力供應源控制LED系統。圖2示出了根據發明的電路示例，其中電壓源與串聯補償塊和輔助負載相連。圖3示出了根據本發明的電路示例，其中主負載和輔助負載包括兩個或更多個LED的串。圖4示出了根據本發明的電路示例，其中串聯補償塊包括LCL串并聯諧振電路。圖5示出了根據本發明的電路示例，其中利用降壓轉換器實現串聯補償塊。圖6示出了根據本發明的電路示例，其中利用升壓轉換器實現串聯補償塊。圖7示出了根據本發明的電路示例，其中利用升降壓轉換器實現串聯補償塊。
具體實施例方式圖2示出了根據本發明控制的電子負載。電子負載可以是多種類型。僅作為示例，適用于本發明的兩個常見負載是電池充電器和LED照明系統。本發明的實現需要將負載分為兩部分，稱作主負載和輔助負載。主負載和輔助負載可以是相同負載的兩部分或兩個完全不同的設備。圖2中，電壓源I用于為包括主負載220和輔助負載221的電子負載供電。串聯補償塊5進行操作以與電壓源I相反地提供電壓，從而調整主負載220兩端的電壓。串聯補償塊具有輸入端子200、201和輸出端子210、211。輔助負載221連接在串聯補償塊的輸出端子210、211的兩端。如果本發明用于控制LED，主負載220和輔助負載221均可以是包括一個或多個串聯或并聯LED的LED串。圖3示出了用于驅動LED的示例。主負載225包括一個或多個LED。輔助負載226包括一個或多個LED。在需要大量串聯LED來產生更大光輸出方面本發明尤其有效。在這種情況下，主負載包括串聯的LED串。輔助負載也可以包括串聯的LED
串O將通過一些示例來更詳細描述串聯補償塊5。圖4示出了向與串聯補償塊串聯的主負載225提供電力的電壓源I。圖4所示的主負載225包括由一個或多個串聯和/或并聯連接的LED組成的LED系統。串聯補償塊具有輸入端子200、201和輸出端子210、211，并包括dc-ac_dc逆變器。諧振電路元件布置具有串聯和并聯兩個路徑。這種諧振電路布置被稱為串并聯諧振電路，這種電感器、電容器和電感器的組合被稱為LCL串并聯諧振電路。
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電容器241支持串聯補償塊的輸入端子200、201兩端的電壓。包括4個開關器件231、232、233和234的高頻逆變器將交流電壓傳送到包括電感器242、電容器234和電感器244的諧振電路。與諧振電感器244串聯的整流器245將高頻交流電轉換為通過輔助負載226的直流電。圖4中的輔助負載226被示出為另一 LED系統。主負載225的LED系統和輔助負載的LED系統共同構成完整的LED負載，并且可以安裝在一起以產生大于每個單獨光輸出的總光輸出。現有技術中已經描述了 LCL串并聯諧振電路的特性特征，當在諧振元件的電抗具有相等幅度的頻率下工作時，輸出電流可表示為:
權利要求
1.一種控制電子負載的電力供應源，所述電子負載包括包含至少一個LED的主負載和包含至少一個LED的輔助負載，所述電力供應源包括與主負載串聯的串聯補償塊并包括電源，其中，所述串聯補償塊在控制傳遞到輔助負載的電力的同時，與電源相反地提供電壓。
2.如權利要求1所述的電力供應源，其中，串聯補償塊直接控制傳遞到輔助負載的電力，并間接控制在主負載中轉換的電力。
3.如權利要求1或2所述的電力供應源，其中，所述電源是電壓源。
4.如權利要求1、2或3所述的電力供應源，其中，主負載包含具有兩個或更多個串聯的LED 的 LED 串。
5.如權利要求1、2或3所述的電力供應源，其中，輔助負載包含具有兩個或更多個串聯的LED的LED串。
6.如上述權利要求之一所述的電力供應源，其中，串聯補償塊包含LCL串并聯諧振電路。
7.如權利要求1-5所述的電力供應源，其中，串聯補償塊包含降壓dc-dc轉換器。
8.如權利要求1-5所述的電力供應源，其中，串聯補償塊包含升壓dc-dc轉換器。
9.如權利要求1-5所述的電力供應源，其中，串聯補償塊包含升-降壓dc-dc轉換器。
10.如權利要求1-5所述的電力供應源，其中，串聯補償塊包含無磁隔離的dc-dc轉換器。
11.如權利要求1-5所述的電力供應源，其中，串聯補償塊包含具有磁隔離的dc-dc轉換器。
12.—種控制電子負載的電力供應源,所述電子負載包括主負載和輔助負載,主負載或輔助負載中至少一方包含一個或多個電池，所述電力供應源包括與主負載串聯的串聯補償塊并包括電源，其中，串聯補償塊在控制傳遞到輔助負載的電力的同時，與電源相反地提供電壓。
全文摘要
日益需要簡單且低成本的電源來控制例如電池充電器和LED的負載。本發明的目的在于提供一種用于高效地控制這種負載中的電流的備選方案，并降低負載電流和電源電壓的變化。本發明尤其涉及一種LED電源或電池充電器，并提供了一種電力供應源，用于控制與電源相連的電子負載，所述電子負載包括具有至少一個LED的主負載和具有至少一個LED的輔助負載，所述電力供應源包括與主負載串聯的串聯補償塊并包括電壓源，串聯補償塊通過直接控制傳遞到輔助負載的電力和間接控制在主負載中轉換的電力，來與電壓源電壓相反地提供電壓。
文檔編號H05B33/08GK103155704SQ201180049988
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月24日 優先權日2010年10月23日
發明者查爾斯·波洛克, 海倫·波洛克 申請人:泰克尼萊克有限公司