專利名稱：用于供電電路的功率接口的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率接ロ及其方法。具體而言，它涉及一種功率接口和用于向負載提供來自供電電路的信號的方法。
背景技術：
為了固態光源(比如發光二極管(LED)光源)的高度市場滲透，當前認為翻新的燈頗為重要。對于多數消費者發光器，用戶/消費者可以能夠以低初始成本用現代LED光源僅取代發光器以內的唯一光源(例如白熾燈泡)。不僅與插座的兼容性而且與現有安裝/電路的兼容性頗為重要。因此，光源應當相配于現有插座中并且應當與包括調光器的現有電安裝兼容。這包括與現有壁式調光器的可互操作性。通常用于離線應用的諧振轉換器不直接從整流的電源驅動，但是在例如預調整器 產生的穩定母線電壓驅動。如果調光信號可用，則操控逆變器切換(例如切換頻率)以便相應修改通常測量的輸出電流。從并聯諧振轉換器(PRC)領域已知對于兩種這些轉換器(即具有電感或者電容輸出濾波器)并且在與諧振頻率(由輸入電感器和并聯電容器給出)相等的切換頻率，輸出電流變成獨立于輸出電壓(例如參見Johnson等人在IEEE Transactions on PE, 1988中
Steady-State Analysis and Design of the Parallel Resonant Converter，，)。W02008/120019A1描述了ー種“LCL串并聯諧振電路”作為在諧振頻率(根據其中的圖4由輸入電感器LI、L2和電容器Cl給出)操作并且由逆變器占空比調制的LED驅動器。W02008/120019A1描述了如下操作，在該操作中，操控占空比以調整電源電流以便與電源電壓實質上成比例從而產生単位功率因子。因此，它滿足關于電源諧波的EMC標準。然而它需要與驅動的LED并聯放置的大(即電解)電容器以便過濾被懷疑引起可見閃爍的所得IOOHz電流脈動。在原理上，轉換器可以由電源電壓直接調光。

發明內容
本公開內容的發明人已經認識到W02008/120019A1的諸多缺點。首先如上文所言，根據W02008/120019A1需要相對大的存儲元件(即電解電容器)。這ー電容器越大，LED負載在它的寄生電阻減少方面就變得越高效。這樣的電解電容器關于特別是在更高驅動器溫度時它的大體積和它的有限可靠性有缺點。其次，在W02008/120019A1中描述的電源電流形狀可能由于在正常操作中電源電壓過零期間的減少電流而在低功率水平造成更差的調光器兼容性。其中描述的LCL電路的另ー缺點是可能在可變占空比操作期間損害零電壓切換的第二諧振電感器。本發明的目的是克服這些問題并且提供一種功率接ロ，該功率接ロ避免在附接到功率接ロ的光源負載中的可見閃爍。一般而言，上述目的由根據所附獨立權利要求的一種功率接ロ實現。根據第一方面，上述目的由一種用于向負載提供來自供電電路的信號的電流整形器實現，其中電流整形器被設置成操作地連接于負載與供電電路之間；其中電流整形器被配置成從供電電路接收供電電壓信號，該供電電壓信號具有調光角度；并且通過轉換接收的供電電壓信號并且在轉換的信號中引入消隱時段來從接收的供電電壓信號形成輸出電流信號，其中消隱時段始于接收的供電電壓信號的每個半周期的中間，并且其中消隱時段的長度與供電電壓信號的消隱角度成比例。術語“中間”應當解釋為消隱時段在與每個半周期的中間的預定距離內開始。預定距離可以與半周期的持續時間的固定百分比或者與固定時間單位對應。公開的電流整形器可以適合作為用于小功率(例如IW至10W)的LED驅動器。公開的電流整形器無需電解電容器。公開的電流整形器可以與調光器兼容(前沿/尾沿)。公開的功率電流整形器可以在全功率以及在調光狀態中具有強烈減少的100/120HZ閃爍。電流整形器接ロ可以與單和多結LED配置二者兼容。公開的電流整形器造成低損耗、控制起來簡單、小型并且具有低成本部件。作為結論，公開的主題內容可以提供一種用于低成本應用的電源可調光、無elcap (elcap-free)的諧振LED驅動器。
調光角度可以與供電電流信號的結束消隱時段對應。調光角度因此可以視為供電電流信號的如下相角，(供電電路提供的)供電電流信號的消隱時段結束于該相角。可以配置輸出電流信號使得待由負載的發光元件發射的可見光的可見閃爍(比如可見光的IOOHz分量的減少)在預定水平以下。預定水平可以例如與少于10%的閃爍對應。電流整形器可以包括控制器，并且消隱時段可以由控制器限定。輸出電流信號可以包括始于電源半周期的1/3和2/3處的兩個消隱時段，并且消隱時段的長度可以與調光角度成比例。電流整形器可以包括升壓轉換器、LCC、回掃轉換器和升壓-降壓轉換器的組中的ー個。輸入電流信號的電流諧波可以滿足根據IEC6100-3-2的針對照明設備的要求。電流整形器還可以包括變壓器。供電電路可以包括調光器。根據第二方面，上述目的由一種在電流整形器中用于向負載提供來自供電電路的電流的方法實現，該方法包括從供電電路接收供電電壓信號，供電電壓信號具有調光角度；通過轉換接收的供電電流信號并且在轉換的信號中引入消隱時段來從接收的供電電壓信號形成輸出電流信號，其中消隱時段在接收的供電電流信號的每個半周期的中間開始，并且其中消隱時段的長度與供電電壓信號的調光角度成比例；并且向負載提供輸出電流信號。該方法還可以包括在轉換的信號中引入第二消隱時段，其中消隱時段始于電源半周期的1/3和2/3處，并且其中消隱時段的長度與調光角度成比例。注意本發明涉及權利要求中記載的特征的所有可能組合。第一方面的特征和優點也等同適用于第二方面。


現在將參照示出了本發明實施例的以下附圖更具體描述本發明的這些和其它方面
圖I是根據一個實施例的轉換器電路的示意圖示；圖2是根據一個實施例的包括變壓器電路的轉換器電路的示意圖示；圖3至圖5是根據實施例的轉換器電路的作為時間的函數的輸入/輸出行為；并且圖6是根據一個實施例的流程圖。
具體實施例方式現在將參照多個不例實施例描述ー種用于向負載提供來自供電電路的信號的電流整形器和方法。通過示例的方式提供以下實施例使得本公開內容將透徹和完整并且將向本領域技術人員傳達本發明的范圍。相似標號全篇指代相似要素。在圖4至圖6中，字母 t表示時間。圖I示出了電路100。電路100包括電流整形器102、供電電路104和負載106。供電電路104提供(時變)電壓并且可以包括調光器114。調光器114可以引入調光角度。電流整形器102可以包括轉換器電路108、整流器電路110和控制器電路112。在整流器電路110兩端的電壓表不為vm。向轉換器電路108的輸入電流表不為im。負載106也可以包括整流器電路和轉換器電路(未不出)。有利地，負載106包括ー個或者多個發光兀件。優選地，一個或者多個發光元件是LED。具體而言，見圖2，轉換器電路可以包括電感元件Ls和一個或者多個電容兀件(Me、Cp。電流整形器102可以實施為諧振轉換器。將在本公開內容全篇可互換地使用術語電流整形器和諧振轉換器。耦合于供電電路104與負載106之間的電流整形器102因此被設置成操作地連接于負載106與供電電路104之間。電流整形器因此向負載106提供來自供電電路104的信號。電流整形器102從供電電路104接收供電功率并且向負載106提供輸出功率，其中輸出功率基于來自供電電路104和電流整形器102的內部部件的供電功率。輸出功率可以依賴于調光器114的設置。電流整形器102還可以包括變壓器118。圖2示出了根據ー個實施例的電路200的示例。電路200包括電流整形器102、供電電路104和負載106。在負載106兩端的電壓表示為no而經過其中的電流表示為io。電路200可以包括功率減少設備114。電流整形器102可以包括整流器110和控制器112。控制器被設置成提供一個或者多個脈沖串。為了生成一個或者多個脈沖串，控制器可以包括定時電路。可以向ー個或者多個晶體管提供一個或者多個脈沖串。控制器112然后可以控制ー個或者多個晶體管使得從供電電路104接收的電流在它向電流整形器的轉換器電路饋送之前被中斷。因此有可能插入ー個或者多個消隱時段(見下文)。在控制器112被設置成提供兩個脈沖串的情況下，所述兩個脈沖串可以具有180°的相位差。因此可以在交替時隙中一次激活ー個晶體管(其中為每個晶體管提供所述兩個脈沖串之一)。電流整形器102還可以包括變壓器118。控制器112可以被設置成提供多于兩個脈沖串，并且電流整形器可以包括多于兩個晶體管。提供圖I和圖2作為很好地適合于支持提出的操作方案的實現方式的示例。如上文所言，也可以使用其它轉換器LCC、升壓、降壓-升壓、回掃等。圖6是用于操作電路100、200的方法的流程圖。在步驟S02中，電流整形器102被配置成從供電電路104接收供電電壓信號并且在步驟S 104中從接收的供電電壓信號形成用于向負載106提供的輸出電流信號。換而言之，電流整形器被配置成從接收的供電電壓信號形成輸出電流信號。具體而言，在步驟S04a中轉換接收的供電電壓信號(借助轉換器電路108的元件或者借助轉換器電路108并且借助一個或多個變壓器)。如下文將參照圖4a和4b進ー步公開的那樣，在步驟S04b中在轉換的信號中引入消隱時段。控制器112可以控制消隱時段。在步驟S06中，然后可以向負 載106提供形成的輸出電流信號。如上文所言，電流整形器102可以包括至少ー個電容元件Cp。電流整形器102還可以包括至少ー個電感元件Ls。當它包括電容元件Cp和電感元件Ls時，可以在電感元件Ls和電容元件Cp的諧振給出的實質上恒定頻率處操作諧振轉換器。圖I和圖2的諧振轉換器因此可以視為電容耦合的。穿過電感元件Ls的電流表示為iLs。(半橋)逆變器如由供電電路104供電那樣由整流的電源直接供電而實質上無母線濾波器電容。又一電容元件Cdc可以位于輸入回路中或者輸出回路中以便阻止來自供電電路104的直流。一般而言，電流整形器102可以是升壓轉換器。取而代之，電流整形器102可以是LCC轉換器。又取而代之，電流整形器102可以是回掃轉換器或者升壓-降壓轉換器。如本領域技術人員理解的那樣，這些轉換器中的每個轉換器具有本領域中本身已知的部件、優點和特征。圖3的上圖示出了電流iLs如何依賴于電壓vx。類似地，圖3的下圖示出了在iLo與io之間的關系。更具體而言，圖3示出了針對全電壓vx和約為10%的示例占空比、圖I和圖3的電流整形器的具有一個功率轉換時段的HF(高頻)功率轉換周期。切換頻率在極端占空比的一些變化支持零電壓切換、因此實現高頻操作。在這ー示例圖示中，功率轉換時段是Ls和Cp的諧振頻率以及最大逆變器(電源)電壓的0. 9倍。全功率操作圖4示出了在一個電源周期(100/120HZ)期間，根據提出的操作(即對于具有變壓器和并聯諧振轉換器的輸出配置)在非調光狀態中的理想化輸入波形。最上示了在一個時段內(即在兩個半周期內)的理想化整流的電源電壓vm。在第二最上圖中，線dl示出了根據公開內容的優選占空比調制(該調制產生功率pm和電源電流im)。在第二最下圖中圖示了對應功率pm,而在最下圖中圖示了電源電流im。可以例如使用電源電壓并且向下式賦值來處理占空比dl = 0. 5* (l_a*vm/vmpeak),其中a是調制因子并且vmpeak是峰值電源電壓。用0. 8的調制因子(這意味著在10%與50%之間的占空比變化)仍然可以滿足根據IEC6100-3-2的針對照明設備的電源電流(im)的諧波要求。換而言之，輸出電流信號的電流諧波可以滿足根據IEC6100-3-2的針對照明設備的要求。在50%與90%之間的占空比調制如第二最上圖中的虛線d2所示給出等效結果。關于無任何實質100/120HZ存儲裝置的系統，光輸出特征與輸入功率pm相似。進ー步考慮在最大電源電壓(最小占空比)處的最高轉換器損耗和在最低電流處的最高LED效率，剩余IOOHz光波動可以僅在總光輸出的10與20%之間。概括而言，圖4示出了電流波形，該波形先滿足電源諧波規章并且其次造成減少的IOOHz輸出功率脈動(這可能以增加的200Hz脈動為代價)。在無電源濾波器(elcap)吋，閃爍與輸出功率脈動對應。也可以用圖4中所示方式借助占空比調制(在圖I和圖2的轉換器的情況下)實現這ー電流波形。調光操作圖5a和5b示出了在一個電源周期(100/120Hz)期間，根據提出的操作(即對于具有變壓器和并聯諧振轉換器的輸出配置)用于調光的理想化波形。例如圖5a和5b可以代表在前沿調光器的情況下在調光模式中用于占空比調制方案的行為。圖5a和5b中的繪制的行為與不同調光水平(狀態)對應對于圖5a的繪圖，使用比圖5b的調光狀態更少的調光狀態。類似于圖4，圖5a和5b的最上圖各自圖示了在一個時段內(即在兩個半周期內)的理想化整流的電源電壓vm。在第二最上圖中，線d示出了根據公開內容的優選占空比調制(該調制產生功率Pm和電源電流im)。在第二最下圖中圖示了對應功率pm，而在最下圖中圖示了電源電流im。公開的電流整形器和方法先利用如下事實轉換器可以在電源調光器的可控角度 的約一半之后已經在關斷狀態中操作。其次，這里無需在調光狀態中滿足關于電源電流諧波的EMC標準。用于避免100/120HZ閃爍的解決方案因此將引入消隱時段以實質上中斷在峰值輸入電壓vm始于約90° (即t2)處的功率轉換。這里(即在約90° )，占空比已經在它的最小值，并且調光器無需電流以恰當工作。然而相對高電流即使對于數瓦特的低功率驅動器仍然在電源電壓過零期間被汲取、因此支持調光器兼容性。來自電流整形器102的輸出電流信號具有波形，該波形具有在接收的供電電流信號的每個半周期的大約中間開始的消隱時段。引入的消隱時段在t3與t2之間延續并且(根據當前示例實施例)變得與限定調光角度的tl成比例。即供電電壓信號可以視為具有調光角度tl。消隱時段tl的長度因此與供電電壓信號的調光角度成比例。因此可以借助始于t2 (在半周期的大約中間)并且延續直至t3的消隱時段而時段長度與調光角度tl成比例來避免可見閃爍。因此，可以配置輸出電流信號使得待由負載的發光二極管發射的可見光的可見閃爍在預定水平以下。在尾沿調光器的情況下，根據ー個實施例可以用類似方式調制占空比。在這ー情況下，可以基于先前電源時段向調光角度tl賦值。在兩個示例實施例中，可以減少光輸出的所得100/120HZ分量下至平均光輸出的15% (或者甚至以下)而以200/240HZ閃爍為主。為了向300/360Hz移位最小閃爍頻率，可以引入兩個消隱時段，然而這可能進ー步減少可用調光角度tl。該方法因此可以包括在步驟S08中在轉換的信號中引入又一消隱時段。當有兩個消隱時段時，這些可以始于電源半周期的1/32和2/3處。消隱時段的長度可以與調光角度成比例。調制方案也可以應對深度調光，因為第一脈沖在大于90°的調光角度tl消失而第二脈沖保持于最小角度以仍然允許殘留調光器電流而又未轉換幾乎任何功率(例如全功率的5%以下)。上述電容元件可以是(非電解)電容器。概括而言，電流波形以如圖5a和5b中所示以包絡和電源同步消隱時段為特征從而產生適合作為用于小功率(1W至10W)的LED驅動器的電流整形器而無需電解電容器。它與調光器兼容(前沿/尾沿)、在全功率以及在調光狀態中具有強烈減少的100/120HZ閃爍。它與單和多結LED配置二者兼容并且造成低損耗、控制起來簡單、小型并且包括低成本部件。在用于全功率和調光操作的公開操作方案中發現用于使這些特征中的一些或者所有特征成為可能的措施。一種專用轉換器設計即使在極端占空比和峰值電源電壓仍然實現零電壓切換。由此變得可能的高切換頻率給予了小型無源部件和小型EMI濾波器或者母線電容器，這又支持了調光器兼容性。LED前向電壓變化或者容差不變更LED電流。本領域技術人員認識到公開的主題內容決不限于上文描述的優選實施例。恰好相反，許多修改和變化在所附權利要求的范圍內是可能的。·
權利要求
1.一種用于向負載(106)提供來自供電電路(104)的信號的電流整形器(102)，其中所述電流整形器(102)被設置成操作地連接于所述負載與所述供電電路之間；其中所述電流整形器被配置成 從所述供電電路接收供電電壓信號，所述供電電壓信號具有調光角度(tl);以及 通過轉換所述接收的供電電壓信號并且在所述轉換的信號中引入消隱時段，從所述接收的供電電壓信號形成輸出電流信號，其中所述消隱時段在所述接收的供電電壓信號的每個半周期的中間(t2)開始，并且所述消隱時段的長度與所述供電電壓信號的調光角度成比例。
2.根據權利要求I所述的電流整形器，其中所述調光角度與所述供電電壓信號的結束消隱時段對應。
3.根據權利要求I或2所述的電流整形器，其中配置所述輸出電流信號使得待由所述負載的發光元件發射的可見光的可見閃爍在預定水平以下。
4.根據任一前述權利要求所述的電流整形器，其中所述電流整形器包括電容元件(Cp ；Cdc)和電感元件(Ls)中的至少ー個。
5.根據任一前述權利要求所述的電流整形器，其中所述電流整形器包括控制器，并且所述消隱時段由所述控制器限定。
6.根據任一前述權利要求所述的電流整形器，其中所述輸出電流信號包括始于所述電源半周期的1/3和2/3處的兩個消隱時段，其中所述消隱時段的長度與所述調光角度成比例。
7.根據任一前述權利要求所述的電流整形器，其中所述電流整形器是來自升壓轉換器、LCC、回掃轉換器和降壓-升壓轉換器的組中的ー個。
8.根據任一前述權利要求所述的電流整形器，其中所述輸出電流信號的電流諧波滿足根據IEC6100-3-2的針對照明設備的要求。
9.根據任一前述權利要求所述的電流整形器，其中所述供電電路包括調光器。
10.一種在電流整形器(102)中用于向負載(106)提供來自供電電路的電流的方法，包括 從所述供電電路接收(S02)供電電壓信號，所述供電電壓信號具有調光角度(tl)； 通過轉換所述接收的供電電壓信號并且在所述轉換的信號中引入消隱時段，從所述接收的供電電壓信號形成(S04)輸出電流信號，其中所述消隱時段在所述接收的供電電壓信號的每個半周期的中間(t2)開始，并且所述消隱時段的長度與所述供電電流信號的調光角度成比例；以及 向所述負載提供(S06)所述輸出電流信號。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括 在所述轉換的信號中引入(S08)第二消隱時段，其中所述消隱時段始于所述電源半周期的1/3和2/3處，并且所述消隱時段的長度與所述調光角度成比例。
全文摘要
從整流的電源直接操作并聯諧振轉換器。單級供電應對當前調光器(比如前沿調光器和尾沿調光器)并且滿足EMC標準。操作方案允許避免激發100/120Hz閃爍而未使用電解電容器。這在全操作和調光操作二者期間是可能的。下至少于5％的深度調光是可能的并且無需額外的功率部件。
文檔編號H02M1/15GK102792776SQ201180013586
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月9日 優先權日2010年3月12日
發明者R·埃爾菲里奇, T·洛佩斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司