具有自適應(yīng)pfc和諧振變換器的led轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LED轉(zhuǎn)換器,其用于操作具有至少一個LED,優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路中的負(fù)載,其中,所述LED轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓的諧振變換器,所述諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替計時開關(guān)的半橋，所述半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路提供用于所述LED線路的供電電壓，其中，所述LED轉(zhuǎn)換器具有控制單元,所述控制單元被設(shè)置用于對所述半橋的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),并且其中,為了控制或調(diào)節(jié)通過所述LED轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)剿鯨ED線路的功率，所述控制單元被設(shè)置成在至少一側(cè)受限的頻率通道內(nèi)改變所述時鐘頻率,并且當(dāng)負(fù)載的改變和/或功率理論值的改變可能會導(dǎo)致頻率工作點(diǎn)位于頻率通道外時，來改變向所述諧振變換器的直流電壓的振幅。
【專利說明】具有自適應(yīng)PFC和諧振變換器的LED轉(zhuǎn)換器
[0001]本發(fā)明主要涉及對發(fā)光二極管(LEDs)的操作，其中，發(fā)光二極管被理解為無機(jī)發(fā)光二極管，也可以理解為有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)。下面將有代表性地采用LED的概念。
[0002]公知的是，LED的光輻射以及亮度與通過該LED的電流有關(guān)。因此為了調(diào)節(jié)亮度(調(diào)光)，優(yōu)選在一種模式中操作LED，在該模式中，通過該LED的電流被調(diào)節(jié)。
[0003]基本上已公知的是，具有一個或多個串聯(lián)接通的LED的LED線路可以由恒流源來供應(yīng)電功率。同樣已知的是，使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)來實(shí)現(xiàn)調(diào)光，使得在接通PWM-脈沖序列的時間線路中能夠?qū)崿F(xiàn)恒流調(diào)節(jié)。因此在調(diào)光時改變PWM-信號的占空比。
[0004]為了提供恒流源的供電電壓，例如可以使用有源計時PFC電路(功率因數(shù)校正電路)。
[0005]最后，還要注意操作LED時的其它要求。例如在LED線路與PFC的供電電壓(通常為電網(wǎng)電壓)之間通常需要電隔離。
[0006]這些要求例如由具有計時恒流源的LED轉(zhuǎn)換器來提供，如例如由德國文獻(xiàn)DE102010031239AI中已知的。其中所描述的計時恒流電源也可以構(gòu)造成反激式變換器。
[0007]還已知其它的LED轉(zhuǎn)換器，它們能夠供應(yīng)可變負(fù)載，即:LED線路上的不同的、數(shù)量可變的LED或者不同類型的LED。因此尤其優(yōu)先使用例如反激式變換器，這是因為此類變換器能夠較靈活地設(shè)置，并且利用它們可以很好地對通過LED轉(zhuǎn)換器所操作的負(fù)載變化作出反應(yīng)(例如由LED的插入或移除和/或由溫度變化引起的)。
[0008]其中LED的數(shù)量可以例如在I至16之間變化。因此LED轉(zhuǎn)換器必須能夠例如為一個(單個)LED提供例如大小為3伏特的輸出電壓，而該LED轉(zhuǎn)換器必須為例如16個串聯(lián)接通的LED提供大小為48伏特的輸出電壓。
[0009]然而，尤其是在使用反激式變換器時，由其傳輸?shù)哪芰康拇笮”幌拗?，因為尤其為初級?cè)線圈的構(gòu)件不能無限地增大。
[0010]該反激式變換器的另一問題在于，在初級側(cè)設(shè)置了用于控制或者調(diào)節(jié)該反激式變換器的開關(guān)的控制電路。因此，該控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)控制和調(diào)節(jié)，通常實(shí)現(xiàn)測量信號從該反激式變換器的次級側(cè)返回到控制電路(反饋)，其中該反饋過程也必須實(shí)現(xiàn)電隔離以保持電隔離狀態(tài)。
[0011]為了達(dá)到這個目的使用例如光耦合器，該光耦合器允許測量信號以電隔離的方式反饋回來。然而光耦合器的使用導(dǎo)致了相對于電路的整體成本而言較高的成本。另外，光耦合器的使用壽命以及耐久性受到限制。
[0012]長時間以來，例如在用于熒光燈的鎮(zhèn)流器的領(lǐng)域中已知其他的諧振的變換器(諧振變換器)。在那里例如使用諧振變換器以產(chǎn)生用于操作熒光燈所需的高電壓。
[0013]諧振變換器(英語“LLC resonant Converter”)尤其指的是直流電壓變換器的形式，該直流電壓變換器利用振蕩電路進(jìn)行工作以傳遞能量。其中，該諧振變換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為一相或多相交流電壓，并且為了實(shí)現(xiàn)最佳操作通常借助近似恒定的負(fù)載來操作。諧振變換器在恒定操作時(即:在以恒定負(fù)載操作時)在諧振曲線上的預(yù)定頻率工作點(diǎn)處工作。[0014]此時存在的缺陷在于，在由于LED線路發(fā)生變化(在LED串聯(lián)電路中的其它LED或者其它數(shù)量的LED)而引起負(fù)載變化時，諧振曲線上的頻率工作點(diǎn)也發(fā)生移動，并且因此該諧振變換器不再以最佳狀態(tài)工作。
[0015]然而這就意味著，不只是電壓過高(“電壓增益”)，即:總線電壓與輸出電壓的比率發(fā)生變化，而且相位角Φ (如圖1所示，為電流L與電壓Vbus之間的角)也發(fā)生變化。
[0016]因此會出現(xiàn)反應(yīng)區(qū)域，即:由相移而導(dǎo)致的無功電流的增大，其中諧振變換器的效率會減小。
[0017]因此在使用例如16個LED時，用于諧振變換器的頻率工作點(diǎn)比只使用一個LED時更靠近諧振峰值，其中該頻率工作點(diǎn)劇烈上移，即:諧振峰值的路線被移動。因此，在利用一個LED操作時，效率明顯減小。
[0018]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種LED轉(zhuǎn)換器，其設(shè)計成具有諧振變換器并且在負(fù)載變化時允許進(jìn)行靈活可變的操作。同時應(yīng)省去實(shí)現(xiàn)電隔離的信號反饋。
[0019]本發(fā)明將借助根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的裝置、方法和集成電路來解決這個問題。本發(fā)明其它的有利實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
[0020]本發(fā)明描述了一種LED轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器用于操作具有至少一個LED，優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路中的負(fù)載，其中，該LED轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓的諧振變換器，該諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替計時開關(guān)的半橋，該半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路提供用于LED線路的供電電壓，其中，該LED轉(zhuǎn)換器具有控制單元，該控制單元被設(shè)置用于對該半橋的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且其中，該控制單元被設(shè)置成，為了控制或調(diào)節(jié)通過LED轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絃ED線路的功率而在至少一側(cè)受限的頻率通道內(nèi)改變所述時鐘頻率，并且當(dāng)負(fù)載的改變和/或功率理論值的改變將會導(dǎo)致頻率工作點(diǎn)位于頻率通道外時，改變?yōu)樗鲋C振變換器所提供的直流電壓的振幅。
[0021]控制單元可以確定所述諧振變換器中的反饋值，尤其是實(shí)際值，并且基于該反饋值來調(diào)節(jié)時鐘頻率，其中所述反饋值可以是一個數(shù)值，其表示由諧振變換器傳輸?shù)墓β省Ｔ摲答佒涤绕淇梢允撬鲋C振變換器中的電流/電壓或者表示電流/電壓的電氣數(shù)值。
[0022]該控制單元可以在接通LED轉(zhuǎn)換器，尤其是施加電網(wǎng)電壓時，對時鐘頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)使得頻率工作點(diǎn)位于頻率通道中。該頻率工作點(diǎn)是否位于頻率通道內(nèi)的情況可以通過反饋值來確定。該控制單元可以同時將供應(yīng)給所述諧振變換器的直流電壓調(diào)節(jié)成尤其是具有較小振幅的盡可能小的直流電壓。
[0023]該控制單元可以逐步提高供應(yīng)給所述諧振變換器的直流電壓，直到達(dá)到反饋值的閾值為止。
[0024]該控制單元可以在達(dá)到該閾值時，恒定保持供應(yīng)給所述諧振變換器的直流電壓。
[0025]該控制單元可以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行時間的控制，并且在控制運(yùn)行時間的同時確定所述反饋值。該控制單元可以基于所述反饋值識別出頻率工作點(diǎn)是否位于頻率通道內(nèi)。
[0026]當(dāng)在控制運(yùn)行時間期間通過對該反饋值的檢測發(fā)現(xiàn)，所述頻率工作點(diǎn)位于頻率通道外和/或?qū)脑擃l率通道出來時，控制單元可以對供應(yīng)給所述諧振變換器的直流電壓進(jìn)行調(diào)整。
[0027]該控制單元可以根據(jù)是否達(dá)到所述閾值的情況來執(zhí)行對運(yùn)行時間的控制。
[0028]該控制單元可以通過對PFC電路的開關(guān)進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)供應(yīng)給諧振變換器的直流電壓。
[0029]該控制單元可以將供應(yīng)給所述諧振變換器的直流電壓的理論值傳輸給PFC電路。
[0030]負(fù)載的變化可以通過LED線路的操作LED的數(shù)量和/或類型的變化或者通過溫度變化而發(fā)生。
[0031]串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路可以為變壓器供電，該變壓器在其輸出端的次級側(cè)處提供LED線路的供電電壓。
[0032]在次級側(cè)處，優(yōu)選在所述變壓器的輸出端，可以設(shè)置二極管電路，其為存儲電容器饋電，而該存儲電容器為LED線路提供供電電壓。
[0033]另一方面，本發(fā)明提供了一種用于操作LED轉(zhuǎn)換器的方法，該LED轉(zhuǎn)換器用于操作具有至少一個LED，優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路中的負(fù)載，其中，該LED轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓的諧振變換器，該諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替計時開關(guān)的半橋，該半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路來提供用于LED線路的供電電壓，其中，該LED轉(zhuǎn)換器具有控制單元，該控制單元對該半橋的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且其中，該控制單元被設(shè)置成，為了控制或調(diào)節(jié)通過LED轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絃ED線路的功率而在至少一側(cè)受限的頻率通道內(nèi)改變所述時鐘頻率，并且當(dāng)負(fù)載的改變和/或功率的理論值的改變可能導(dǎo)致頻率工作點(diǎn)位于頻率通道外時，改變供應(yīng)給所述諧振變換器的直流電壓的振幅。
[0034]最后，本發(fā)明的另一方面提供了 一種優(yōu)選為微型控制器和/或ASIC或者二者組合的集成電路，構(gòu)造和/或編程該集成電路以實(shí)現(xiàn)如上所述的方法。
[0035]下面還將參照附圖來描述本發(fā)明。
[0036]其中:
[0037]圖1示意性地示出了總線電壓、LED電流以及相位角之間的關(guān)系。
[0038]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的LED轉(zhuǎn)換器的框圖。
[0039]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的LED轉(zhuǎn)換器的一個實(shí)施方式。
[0040]圖4是用于描述如何根據(jù)本發(fā)明通過控制單元來執(zhí)行啟動序列的流程圖。
[0041]圖5示意性地示出了諧振變換器中的反饋值的采樣和電網(wǎng)電壓的變化以及對諧振變換器的半橋的頻率所進(jìn)行的采樣之間的關(guān)系。
[0042]圖6示出了用于描述根據(jù)本發(fā)明通過控制單元來對運(yùn)行時間進(jìn)行控制/調(diào)節(jié)的流程圖。
[0043]圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明用于確定反饋值的峰值的方法。
[0044]現(xiàn)在，首先將參照附圖2來描述本發(fā)明，該附圖示出了用于根據(jù)本發(fā)明的LED轉(zhuǎn)換器10的框圖。本發(fā)明尤其通過如下方式來解決上述問題，即，諧振曲線上的諧振變換器I的頻率工作點(diǎn)將被限制到一個區(qū)域，尤其是至少一側(cè)受限的頻率通道Ftjpt，在該區(qū)域內(nèi)，諧振變換器的效率高。這個頻率通道F-優(yōu)選在出廠時，被預(yù)置于控制單元2中。
[0045]因此，根據(jù)一個實(shí)施方式，在該頻率通道Ftjpt內(nèi)可以改變諧振變換器I的工作頻率。諧振變換器I工作或者操作時所采用的頻率fws也不是完全固定不變的。因此，可以允許諧振變換器I充分自適應(yīng)于LED線路6上的不同的負(fù)載(例如不同類型和/或不同數(shù)量的 LED)。
[0046]為了實(shí)現(xiàn)諧振變換器I的這種自適應(yīng)性，當(dāng)頻率工作點(diǎn)超出頻率通道界限時，即:當(dāng)諧振變換器I的工作頻率因與反饋值平衡而位于至少一側(cè)受限的頻率通道的外側(cè)時，改變向諧振變換器I供電的直流電壓或總線電壓Vbus(DC電壓)以適應(yīng)該負(fù)載。
[0047]因此，根據(jù)本發(fā)明，控制單元2被設(shè)置用于調(diào)節(jié)/控制用于諧振變換器的被調(diào)節(jié)/被控制的工作頻率。其中，控制單元2優(yōu)選測定流過諧振變換器I的電流Isense作為反饋值。這如在圖2中示意所示。此外，圖2中還在諧振變換器I之后示出了電隔離3?？刂茊卧?還設(shè)置和/或調(diào)節(jié)總線電壓Vbus，例如借助用于具有可變輸出的AC/DE變換器或者用于PFC電路4的開關(guān)的控制信號Vbus*。
[0048]顯然也可以為PFC電路4預(yù)設(shè)理論值，PFC電路4將總線電壓/直流電壓Vbus調(diào)節(jié)為該理論值。這尤其在總線電壓Vbus未被反饋給控制單元2而是已經(jīng)在PFC電路4本身設(shè)有對于總線電壓Vbus的調(diào)節(jié)的情況下就是如此。
[0049]其中，除了頻率通道f_之外，也可以預(yù)設(shè)調(diào)光理論值1'或者作為替代或補(bǔ)充必要時針對諧振變換器I的工作頻率預(yù)設(shè)固定工作點(diǎn)。
[0050]如果現(xiàn)在有調(diào)光信號1'進(jìn)入，此時控制單元2必須對位于預(yù)定最佳頻率通道之外的諧振變換器I的工作頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，則控制單元2改變用于PFC-電路4 (例如有源脈沖PFC)的理論值Vbus%從而改變，尤其是減小向諧振變換器I供電的總線電壓Vbus。
[0051]其中，控制單元2尤其控制/調(diào)節(jié)用于諧振變換器I的半橋的時鐘頻率fsw，以便調(diào)節(jié)諧振變換器I的工作頻率。
[0052]現(xiàn)在，根據(jù)圖3 對用于根據(jù)本發(fā)明的LED轉(zhuǎn)換器10’的電路結(jié)構(gòu)的一個實(shí)施方式加以描述。
[0053]除了總線電壓Vbus (框4’)之外，圖3還示出了諧振變換器I ’，該諧振變換器具有由兩個交替計時開關(guān)S1、S2構(gòu)成的半橋，該半橋由總線電壓Vbus來供電。開關(guān)S1、S2尤其為場效應(yīng)晶體管(FETs)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFETS)。其中，開關(guān)S1、S2將由控制單元2’通過分別的柵極端子gl、g2來控制。
[0054]在該半橋的中點(diǎn)處，將由電感和電容C組成的串聯(lián)諧振電路(另選為并聯(lián)諧振電路)接通，其中，該串聯(lián)諧振電路再次為轉(zhuǎn)換器3’(用于電隔離的變壓器Tl)供電。
[0055]在該變換器的輸出端，在次級側(cè)處示出了二極管電路，該二極管電路為存儲電容器(ELCO)供電。這種布置對應(yīng)于圖2中的框“整流器和濾波器”5。存儲電容器處的直流電壓(DC電壓)又為LED線路6’供電。
[0056]其中，開關(guān)SI和S2以理想方式由控制單元2’來控制，使得它們交替地接通電感L和電容C的諧振頻率的半個周期長的時間。
[0057]其中，控制單元2’優(yōu)選產(chǎn)生分別具有例如45%的接通持續(xù)時間的兩個矩形電壓，其中要注意的是，不允許存在重疊。因此，為了調(diào)節(jié)諧振變換器，控制單元2’只必須對各自頻率fsw進(jìn)行調(diào)節(jié)以控制所述開關(guān)S1、S2，或者無用時間必須被相應(yīng)地延長或縮短。
[0058]因此，開關(guān)S1、S2在滿負(fù)載的情況下只具有短的無用時間，并且優(yōu)選以串聯(lián)諧振電路的諧振頻率來進(jìn)行推挽式控制。
[0059]相應(yīng)的，在存儲電容器處出現(xiàn)近似正弦形式的電壓曲線。其中，初級側(cè)電壓大約為總線電壓Vbus的一半。因為開關(guān)S1、S2能夠分別被接通長達(dá)優(yōu)選為串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的半個周期的時間，因此諧振回路內(nèi)的電流在接通和斷開時總是例如正好過零，導(dǎo)致低的開關(guān)損耗。如果諧振變換器的性能被降低的話，則開關(guān)頻率會在接通時間恒定的情況下被降低。原則上，串聯(lián)諧振回路例如還始終處于諧振狀態(tài)，但振蕩保持長達(dá)兩個開關(guān)S1、S2閉鎖所持續(xù)的無用持續(xù)時間并且在無用時間結(jié)束時在同一位置繼續(xù)。
[0060]因此，存儲電容器處的電壓曲線可以在一定程度上被凍結(jié)在峰值處持續(xù)無用持續(xù)時間，其中存儲電容器可以存儲電荷直到無用時間結(jié)束。因此，諧振變換器的開關(guān)頻率可以在低負(fù)載時例如被減小到OHz。
[0061]回到圖2中，控制單元2尤其設(shè)立用于執(zhí)行針對諧振變換器2的和總線電壓Vbus的頻率fsw的調(diào)整方法/控制，如下所述。
[0062]其中，現(xiàn)在也參照圖1和4，它們示出本發(fā)明方法的一部分。
[0063]因為在接通LED轉(zhuǎn)換器10時還并不知道LED線路6處的負(fù)載大小，也就是說，尤其不知道連接了哪種和/或多少LED，故控制單元2首先執(zhí)行啟動序列。
[0064]在該啟動序列(步驟S401)中，諧振變換器I因此首先由控制單元2以頻率fsw來操作，使得頻率工作點(diǎn)位于預(yù)定的頻率通道f-中，尤其是位于諧振曲線上的確定的工作點(diǎn)處。其中，供應(yīng)給諧振變換器I的總線電壓Vbus保持盡可能低。
[0065]從總線電壓的最小值開始，隨后逐漸提高總線電壓Vbus (步驟S402至S404)，與此同時，反饋值，例如電流Is.被測量和/或被控制單元2獲得。
[0066]反饋值優(yōu)選在地面和諧振變換器I的半橋的低電勢開關(guān)(圖3中的開關(guān)SI)之間的分流(shunt)電路確定。作為替代或補(bǔ)充，也可以在旁路處由控制單元2來測定電壓
Vshunt以作為反饋值。
[0067]在改變總線電壓Vbus與重新檢測或者重新探測反饋值的過程之間，可以首先等待起振時間(步驟S403)。
[0068]當(dāng)該反饋值(例如通過半橋的低電勢開關(guān)的電流的峰值Max，通常為針對諧振變換器I所測定的反饋值的峰值Max)達(dá)到理論值ref時(步驟S404)，則總線電壓不再進(jìn)一步升高。隨后切換到諧振變換器運(yùn)行時間控制的模式(步驟S405)，并且因此結(jié)束啟動序列(步驟S406)。否則該方法返回步驟S402并且再次提高總線電壓Vbus。
[0069]當(dāng)然，總線電壓只有當(dāng)諧振變換器的頻率fsw處于頻率通道f_內(nèi)時被保持。
[0070]當(dāng)電網(wǎng)電壓被重新施加到LED轉(zhuǎn)換器10上時，優(yōu)選每次都運(yùn)行啟動序列。
[0071]該反饋值如上所述例如是用于并聯(lián)電路上的反饋值的峰值Max，該反饋值此時只是呈現(xiàn)通過諧振變換器I傳輸?shù)墓β实目赡軘?shù)值的一個例子。也可以由這個反饋值獲得瞬時工作點(diǎn)并且由控制單元2相應(yīng)地調(diào)節(jié)頻率fsw。
[0072]另選地，還可以使用其它在初級側(cè)或者在次級側(cè)處測定的反饋值。如上所述，在由次級側(cè)處的反饋值進(jìn)行反饋時，需要例如借助光耦合器的附加的電隔離過程，該過程如上所述導(dǎo)致電路的成本增加，因此并非本發(fā)明的優(yōu)選。
[0073]例如，所允許的工作點(diǎn)范圍或者說至少一側(cè)受限的頻率通道f；pt，在用于諧振變換器I的初級側(cè)時鐘工作頻率例如為80kHz時，位于80kHz ± IOkHz的范圍內(nèi)。但該范圍也可以在最佳工作頻率左右的約±20%，優(yōu)選±15%并且確定至少一側(cè)的頻率通道fopt。
[0074]啟動序列對LED轉(zhuǎn)換器10的不同數(shù)值所產(chǎn)生的影響被示意性地示出在圖5中。其中在圖5的上側(cè)示出了總線電壓Vbus的曲線，同時在圖5的中部標(biāo)示出了由控制單元2所測定的反饋值的數(shù)值，并且還示出了閾值ref (虛線)。
[0075]當(dāng)通過逐漸提高總線電壓Vbus而超過反饋值的閾值ref時，則如圖5的下部分所示，短時間內(nèi)提高用于半橋的開關(guān)的時鐘頻率fsw，直到所測定的反饋值重新低于該閾值ref為止。
[0076]在圖5中，一方面還示出了針對反饋值的采樣率，在其基礎(chǔ)上調(diào)整總線電壓Vbus,并且另一方面示出了該反饋值的采樣率，在其基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)用于諧振變換器I的半橋的開關(guān)的時鐘頻率fsw，以便將頻率工作點(diǎn)保持在頻率通道f；pt內(nèi)。頻率通道f；pt在圖5的下部由虛線來表示。
[0077]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行時間控制/調(diào)節(jié)方法。其中，持續(xù)檢測用于諧振變換器2的半橋的開關(guān)的時鐘頻率fsw是否位于頻率通道fopt外(步驟S601)，即:該頻率fsw是否必須根據(jù)所測定的反饋值進(jìn)行改變，以便將頻率工作點(diǎn)保持在頻率通道中。
[0078]如果不是這樣的話，則修正總線電壓Vbus (見步驟S602)。在對起振時間進(jìn)行可能的等待之后(步驟S603)再次檢測，是否通過用于半橋的開關(guān)的時鐘頻率fsw實(shí)現(xiàn)在最佳頻率通道f_(頻帶)中的操作(步驟S604)。如果用于該開關(guān)的和由此得出的頻率工作點(diǎn)的時鐘頻率fsw位于頻率通道f_中，則控制單元2返回到用于修正運(yùn)行時間的模式中(步驟S601)。
[0079]如果用于諧振變換器I的開關(guān)的時鐘頻率fsw位于頻率通道外，則控制單元返回到步驟S602，以便修正總線電壓Vbus。因此，運(yùn)行時間控制過程對總線電壓Vbus進(jìn)行調(diào)節(jié)/控制，使得用于同步諧振變換器I的開關(guān)的工作頻率fsw將被保持在頻率通道f；pt的內(nèi)部。
[0080]控制單元2’ ’尤其可以測定反饋值的峰值Max (最大值)?，F(xiàn)在參照圖7來對此加以描述。
[0081]為此首先通過模擬_/數(shù)字變換器(A/D變換器)來對反饋值(測量電阻/并聯(lián)電路處的電壓/電流)進(jìn)行數(shù)字化處理。隨后，該反饋值，例如電壓Vshunt，被采樣(抽樣)并且將各個較高的采樣值加以存儲(保存)。這也被稱作“采樣和保持”(Sample and Hold) ”(圖7 中顯不為 “Abtasten und halten，，)
[0082]與接通諧振變換器I的半橋的低電勢開關(guān)(圖3中為開關(guān)SI)同步地，到目前為止所測定的反饋值的峰值Max通過控制單元2’’被復(fù)位(重置)。因此實(shí)現(xiàn)在半橋的低電勢開關(guān)的每次接通持續(xù)時間內(nèi)的反饋值的峰值(最大值)的測定。
[0083]這種電流測定也可以針對次級側(cè)的故障測定而被分析(例如針對短路狀態(tài)的測定)。在這樣的故障狀態(tài)下，反饋值的數(shù)值以不被允許的方式變化，例如:升高到超過最大值/降低至低于最小值。例如在初級側(cè)測定的電流Ismse可能升高到不允許的程度。
[0084]如果識別出這樣的故障狀態(tài)，則控制單元2、2’、2’ ’可以采取措施來避免諧振變換器1、1’遭到破壞。這些措施例如可以在于同步的變化或者半橋占空比的變化，和/或可以改變半橋的頻率fsw，以便降低傳輸功率。作為替代或補(bǔ)充，還可以通過控制單元2、2’、2’ ’完全斷開LED-轉(zhuǎn)換器10、10’。
[0085]對峰值Max的測定的優(yōu)勢在于，控制單元2、2’、2’’基于反饋值的實(shí)際峰值直接改變總線電壓Vbus，而不必通過控制單元2、2’、2’’進(jìn)行整合或取平均值，并且也能直接回推到由諧振變換器傳輸?shù)墓β省?br> [0086]同時重要的是，該峰值Max優(yōu)選在無需與其它電氣參數(shù)進(jìn)一步組合并且尤其無需例如與總線電壓Vbus相乘的情況下，作為反饋值被用于控制/調(diào)節(jié)經(jīng)由諧振變換器1、1’所傳輸?shù)墓β?。如所述的，控制參?shù)例如為諧振變換器的半橋開關(guān)的開關(guān)頻率。[0087]其中應(yīng)理解的是，上述方法和方法步驟也可以通過集成電路，尤其是通過微型控制器或者ASIC或者兩者的組合來得以實(shí)現(xiàn)。
[0088]因此本發(fā)明提供了一種用于操作具有至少一個LED，優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路中的負(fù)載的LED轉(zhuǎn)換器，其中該LED轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓的諧振變換器，該諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替計時開關(guān)的半橋，該半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路提供用于LED線路的供電電壓，其中，控制單元被設(shè)置成，為了調(diào)節(jié)通過LED轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絃ED線路的功率而在每個接通循環(huán)中，直接或間接地確定流過半橋的低電勢開關(guān)的電流的峰值來作為反饋回的實(shí)際值參數(shù)，并且作為控制參數(shù)，調(diào)節(jié)半橋的同步過程，即半橋的頻率和/或采樣率。
[0089]控制單元可以通過對測量電阻處的電壓/電流進(jìn)行采樣來確定該峰值?？刂茊卧梢苑謩e儲存通過采樣所測定的更高的值，即:所述瞬時峰值。
[0090]控制單元可以與半橋的低電勢開關(guān)的接通同步地進(jìn)行存儲值的重置。
[0091]控制單元可以在所測定的峰值達(dá)到閾值時，識別出次級側(cè)處的故障狀態(tài)，尤其是短路狀態(tài)。
[0092]控制單元可以在識別出故障狀態(tài)時改變同步過程的頻率和/或半橋的采樣率，并且因此減小傳輸?shù)墓β?，?或可以關(guān)閉LED轉(zhuǎn)換器。
[0093]另一方面，本發(fā)明可以提供一種用于操作LED轉(zhuǎn)換器的方法，該LED轉(zhuǎn)換器用于操作具有至少一個LED，優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路中的負(fù)載，其中該LED轉(zhuǎn)換器在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓的諧振變換器，該諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替計時開關(guān)的半橋，該半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路提供用于LED線路的供電電壓，其中，用于調(diào)節(jié)通過LED轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絃ED線路的功率的控制單元在每個接通循環(huán)中，直接或間接地確定流過半橋的低電勢開關(guān)的電流的峰值來作為反饋回的實(shí)際值參數(shù)，并且作為控制參數(shù)，調(diào)節(jié)半橋的同步過程，即半橋的頻率和/或采樣率。
【權(quán)利要求】
1.一種LED轉(zhuǎn)換器(10)，其用于操作具有至少一個LED，優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路(6)中的負(fù)載，其中，所述LED轉(zhuǎn)換器(10)在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓(Vbus)的諧振變換器(1)， 所述諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替計時開關(guān)(S1、S2)的半橋，所述半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路提供用于所述LED線路(6)的供電電壓，其中，所述LED轉(zhuǎn)換器(10)具有控制單元(2)，所述控制單元被設(shè)置用于調(diào)節(jié)所述半橋的時鐘頻率(fsw)，并且其中，為了控制或調(diào)節(jié)通過所述LED轉(zhuǎn)換器(10)傳輸?shù)剿鯨ED線路(6)的功率，所述控制單元還被設(shè)置成在至少一側(cè)受限的頻率通道(f_)內(nèi)改變所述時鐘頻率，并且當(dāng)所述負(fù)載的改變和/或所述功率的理論值0-)的改變可能會導(dǎo)致頻率工作點(diǎn)位于所述頻率通道(f；pt)外時，來改變供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)的振幅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中所述控制單元(2)還被設(shè)置用于在所述諧振變換器(I)中確定反饋值，并且基于所述反饋值來調(diào)節(jié)所述時鐘頻率(fsw)，其中所述反饋值表示由所述諧振變換器(I)傳輸?shù)墓β实拇笮?，并且其中，所述反饋值尤其是所述諧振變換器⑴中的電流(Isense)/電壓(Vshunt)或者表示所述電流(IsmJ/所述電壓(Vshmt)的電氣參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，在尤其是在施加電網(wǎng)電壓的情況下接通所述LED轉(zhuǎn)換器(10)時，對所述時鐘頻率(fj進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得所述頻率工作點(diǎn)位于所述頻率通道(f_)中，并且同時將供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)調(diào)節(jié)成尤其具有較小振幅的盡可能小的直流電壓。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元被設(shè)置用于，逐漸提高供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)，直到達(dá)到所述反饋值的閾值(ref)為止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，在達(dá)到所述閾值(ref)時，將供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)恒定地保持。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器， 其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，執(zhí)行對運(yùn)行時間的控制，并且在控制所述運(yùn)行時間的同時確定所述反饋值，并且基于所述反饋值識別出所述頻率工作點(diǎn)是否位于所述頻率通道(Ipt)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，當(dāng)在控制運(yùn)行時間期間，通過對 所述反饋值的檢測發(fā)現(xiàn)所述頻率工作點(diǎn)位于頻率通道(f；pt)外和/或可能會從所述頻率通道(f；pt)出來時，對供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)進(jìn)行調(diào)整。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，根據(jù)是否達(dá)到所述閾值(ref)的情況來執(zhí)行對運(yùn)行時間的控制。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，通過對PFC電路(4)的開關(guān)進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，將用于供應(yīng)給所述諧振變換器⑴的直流電壓(Vbus)的理論值(VbusJ發(fā)送到PFC電路⑷。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，所述負(fù)載的變化可以通過所述LED線路(6)的所操作的LED的數(shù)量和/或類型的變化或者通過溫度變化而發(fā)生。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中，串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路被設(shè)置用于，為變壓器(3)供電，所述變壓器在其輸出端，在次級側(cè)處為所述LED線路(6)提供所述供電電壓。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的LED轉(zhuǎn)換器，其中在次級側(cè)，優(yōu)選在所述變壓器(3)的輸出端，設(shè)置二極管電路，所述二極管電路為存儲電容器(5)饋電，而所述存儲電容器被設(shè)置用于為所述LED線路(6)提供所述供電電壓。
14.一種用于操作LED轉(zhuǎn)換器(10)的方法，所述LED轉(zhuǎn)換器(10)用于操作具有至少一個LED，優(yōu)選具有多個LED的至少一個LED線路(6)中的負(fù)載，其中 所述LED轉(zhuǎn)換器(10)在初級側(cè)包括供應(yīng)有直流電壓(Vbus)的諧振變換器(1)，所述諧振變換器具有構(gòu)造有兩個交替 計時開關(guān)(S1、S2)的半橋，所述半橋通過連接到其中點(diǎn)處的串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路提供用于所述LED線路(6)的供電電壓，其中，所述LED轉(zhuǎn)換器(10)具有控制單元(2)，所述控制單元對所述半橋的時鐘頻率(fsw)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 并且其中，為了控制或調(diào)節(jié)通過所述LED轉(zhuǎn)換器(10)傳輸?shù)剿鯨ED線路(6)的功率，所述控制單元被設(shè)置成在至少一側(cè)受限的頻率通道(f；pt)內(nèi)改變所述時鐘頻率，并且當(dāng)所述負(fù)載的改變和/或所述功率的理論值0-)的改變可能會導(dǎo)致頻率工作點(diǎn)位于所述頻率通道(f；pt)外時，來改變供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)的振幅。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述控制單元(2)在所述諧振變換器(I)中確定反饋值，并且基于所述反饋值來調(diào)節(jié)所述時鐘頻率(fsw)，其中所述反饋值表示由所述諧振變換器(I)傳輸?shù)墓β实拇笮?，并且其中，所述反饋值尤其是所述諧振變換器(I)中的電流(Isense)/電壓(Vshunt)或者表示所述電流(IsmsJ/所述電壓(Vshunt)的電氣數(shù)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15中所述的方法，其中，所述控制單元(2)在尤其是在施加電網(wǎng)電壓的情況下接通所述LED轉(zhuǎn)換器(10)時，將所述時鐘頻率(fsw)調(diào)節(jié)為，使得所述頻率工作點(diǎn)位于所述頻率通道(f；pt)中，并且同時將供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)調(diào)節(jié)成尤其是具有較小振幅的盡可能小的直流電壓。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述控制單元(2)逐漸提高供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus),直到達(dá)到所述反饋值的閾值(ref)為止。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述控制單元(2)在達(dá)到所述閾值(ref)時，將供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)恒定地保持。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述控制單元(2)執(zhí)行對運(yùn)行時間的控制，并且在控制所述運(yùn)行時間的同時確定所述反饋值，并且基于所述反饋值識別出所述頻率工作點(diǎn)是否位于所述頻率通道(f；pt)內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，當(dāng)在控制運(yùn)行時間期間，通過對所述反饋值的檢測發(fā)現(xiàn)所述頻率工作點(diǎn)位于頻率通道(f_)外和/或可能會從所述頻率通道(f；pt)出來時，所述控制單元(2)對供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)進(jìn)行調(diào)整。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其中，所述控制單元(2)被設(shè)置用于，根據(jù)是否達(dá)到所述閾值(ref)的情況來執(zhí)行對運(yùn)行時間的控制。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其中，所述控制單元(2)通過對PFC電路(4)的開關(guān)進(jìn)行控制來調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述諧振變換器⑴的直流電壓(Vbus)。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其中，所述控制單元(2)將供應(yīng)給所述諧振變換器(I)的直流電壓(Vbus)的理論值(VbusJ發(fā)送到PFC電路(4)。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其中，所述負(fù)載的變化通過所述LED線路(6)的所操作的LED的數(shù)量和/或類型的變化或者通過溫度變化而發(fā)生。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其中，所述串聯(lián)/并聯(lián)諧振電路為變壓器(3)供電，所述變壓器在其輸出端，在次級側(cè)處為所述LED線路(6)提供所述供電電壓。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，在次級側(cè)，優(yōu)選在所述變壓器(3)的輸出端，設(shè)置二極管電路，所述二極管電路為存儲電容器(5)饋電，所述存儲電容器為所述LED線路(6)提供所述 供電電壓。
27.一種集成電路，優(yōu)選為微型控制器和/或ASIC，其被構(gòu)造和/或編程以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求14至26中的任一項所述的方法。
【文檔編號】H05B33/08GK104012176SQ201280064136
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】愛德華多·佩雷拉, 邁克爾·齊默爾曼 申請人:赤多尼科兩合股份有限公司