具有自适应PFC和谐振变换器的LED转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种LED转换器,其用于操作具有至少一个LED,优选具有多个LED的至少一个LED线路中的负载,其中,所述LED转换器在初级侧包括供应有直流电压的谐振变换器,所述谐振变换器具有构造有两个交替计时开关的半桥，所述半桥通过连接到其中点处的串联/并联谐振电路提供用于所述LED线路的供电电压，其中，所述LED转换器具有控制单元,所述控制单元被设置用于对所述半桥的时钟频率进行调节,并且其中,为了控制或调节通过所述LED转换器传输到所述LED线路的功率，所述控制单元被设置成在至少一侧受限的频率通道内改变所述时钟频率,并且当负载的改变和/或功率理论值的改变可能会导致频率工作点位于频率通道外时，来改变向所述谐振变换器的直流电压的振幅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自适应PFC和谐振变换器的LED转换器本专利技术主要涉及对发光二极管(LEDs)的操作，其中，发光二极管被理解为无机发光二极管，也可以理解为有机发光二极管(OLEDs)。下面将有代表性地采用LED的概念。公知的是，LED的光辐射以及亮度与通过该LED的电流有关。因此为了调节亮度(调光)，优选在一种模式中操作LED，在该模式中，通过该LED的电流被调节。基本上已公知的是，具有一个或多个串联接通的LED的LED线路可以由恒流源来供应电功率。同样已知的是，使用脉冲宽度调制(PWM)来实现调光，使得在接通PWM-脉冲序列的时间线路中能够实现恒流调节。因此在调光时改变PWM-信号的占空比。为了提供恒流源的供电电压，例如可以使用有源计时PFC电路(功率因数校正电路)。最后，还要注意操作LED时的其它要求。例如在LED线路与PFC的供电电压(通常为电网电压)之间通常需要电隔离。这些要求例如由具有计时恒流源的LED转换器来提供，如例如由德国文献DE102010031239AI中已知的。其中所描述的计时恒流电源也可以构造成反激式变换器。还已知其它的LED转换器，它们能够供应可变负载，即：LED线路上的不同的、数量可变的LED或者不同类型的LED。因此尤其优先使用例如反激式变换器，这是因为此类变换器能够较灵活地设置，并且利用它们可以很好地对通过LED转换器所操作的负载变化作出反应(例如由LED的插入或移除和/或由温度变化引起的)。其中LED的数量可以例如在1至16之间变化。因此LED转换器必须能够例如为一个(单个)LED提供例如大小为3伏特的输出电压，而该LED转换器必须为例如16个串联接通的LED提供大小为48伏特的输出电压。然而，尤其是在使用反激式变换器时，由其传输的能量的大小被限制，因为尤其为初级侧线圈的构件不能无限地增大。该反激式变换器的另一问题在于，在初级侧设置了用于控制或者调节该反激式变换器的开关的控制电路。因此，该控制电路能够实现控制和调节，通常实现测量信号从该反激式变换器的次级侧返回到控制电路(反馈)，其中该反馈过程也必须实现电隔离以保持电隔离状态。为了达到这个目的使用例如光耦合器，该光耦合器允许测量信号以电隔离的方式反馈回来。然而光耦合器的使用导致了相对于电路的整体成本而言较高的成本。另外，光耦合器的使用寿命以及耐久性受到限制。长时间以来，例如在用于荧光灯的镇流器的领域中已知其他的谐振的变换器(谐振变换器)。在那里例如使用谐振变换器以产生用于操作荧光灯所需的高电压。谐振变换器(英语“LLCresonantConverter”)尤其指的是直流电压变换器的形式，该直流电压变换器利用振荡电路进行工作以传递能量。其中，该谐振变换器将直流电压转换为一相或多相交流电压，并且为了实现最佳操作通常借助近似恒定的负载来操作。谐振变换器在恒定操作时(即：在以恒定负载操作时)在谐振曲线上的预定频率工作点处工作。此时存在的缺陷在于，在由于LED线路发生变化(在LED串联电路中的其它LED或者其它数量的LED)而引起负载变化时，谐振曲线上的频率工作点也发生移动，并且因此该谐振变换器不再以最佳状态工作。然而这就意味着，不只是电压过高(“电压增益”)，即：总线电压与输出电压的比率发生变化，而且相位角Φ(如图1所示，为电流IL与电压Vbus之间的角)也发生变化。因此会出现反应区域，即：由相移而导致的无功电流的增大，其中谐振变换器的效率会减小。因此在使用例如16个LED时，用于谐振变换器的频率工作点比只使用一个LED时更靠近谐振峰值，其中该频率工作点剧烈上移，即：谐振峰值的路线被移动。因此，在利用一个LED操作时，效率明显减小。因此，本专利技术的任务在于，提供一种LED转换器，其设计成具有谐振变换器并且在负载变化时允许进行灵活可变的操作。同时应省去实现电隔离的信号反馈。本专利技术将借助根据独立权利要求的装置、方法和集成电路来解决这个问题。本专利技术其它的有利实施方式是从属权利要求的主题。本专利技术描述了一种LED转换器,该转换器用于操作具有至少一个LED,优选具有多个LED的至少一个LED线路中的负载,其中,该LED转换器在初级侧包括供应有直流电压的谐振变换器,该谐振变换器具有构造有两个交替计时开关的半桥，该半桥通过连接到其中点处的串联/并联谐振电路提供用于LED线路的供电电压，其中，该LED转换器具有控制单元,该控制单元被设置用于对该半桥的时钟频率进行调节,并且其中,该控制单元被设置成，为了控制或调节通过LED转换器传输到LED线路的功率而在至少一侧受限的频率通道内改变所述时钟频率,并且当负载的改变和/或功率理论值的改变将会导致频率工作点位于频率通道外时，改变为所述谐振变换器所提供的直流电压的振幅。控制单元可以确定所述谐振变换器中的反馈值，尤其是实际值，并且基于该反馈值来调节时钟频率，其中所述反馈值可以是一个数值，其表示由谐振变换器传输的功率。该反馈值尤其可以是所述谐振变换器中的电流/电压或者表示电流/电压的电气数值。该控制单元可以在接通LED转换器，尤其是施加电网电压时，对时钟频率进行调节使得频率工作点位于频率通道中。该频率工作点是否位于频率通道内的情况可以通过反馈值来确定。该控制单元可以同时将供应给所述谐振变换器的直流电压调节成尤其是具有较小振幅的尽可能小的直流电压。该控制单元可以逐步提高供应给所述谐振变换器的直流电压，直到达到反馈值的阈值为止。该控制单元可以在达到该阈值时，恒定保持供应给所述谐振变换器的直流电压。该控制单元可以实现对运行时间的控制，并且在控制运行时间的同时确定所述反馈值。该控制单元可以基于所述反馈值识别出频率工作点是否位于频率通道内。当在控制运行时间期间通过对该反馈值的检测发现，所述频率工作点位于频率通道外和/或将从该频率通道出来时，控制单元可以对供应给所述谐振变换器的直流电压进行调整。该控制单元可以根据是否达到所述阈值的情况来执行对运行时间的控制。该控制单元可以通过对PFC电路的开关进行控制来调节供应给谐振变换器的直流电压。该控制单元可以将供应给所述谐振变换器的直流电压的理论值传输给PFC电路。负载的变化可以通过LED线路的操作LED的数量和/或类型的变化或者通过温度变化而发生。串联/并联谐振电路可以为变压器供电，该变压器在其输出端的次级侧处提供LED线路的供电电压。在次级侧处，优选在所述变压器的输出端，可以设置二极管电路，其为存储电容器馈电，而该存储电容器为LED线路提供供电电压。另一方面，本专利技术提供了一种用于操作LED转换器的方法，该LED转换器用于操作具有至少一个LED,优选具有多个LED的至少一个LED线路中的负载,其中,该LED转换器在初级侧包括供应有直流电压的谐振变换器,该谐振变换器具有构造有两个交替计时开关的半桥，该半桥通过连接到其中点处的串联/并联谐振电路来提供用于LED线路的供电电压，其中，该LED转换器具有控制单元,该控制单元对该半桥的时钟频率进行调节,并且其中,该控制单元被设置成，为了控制或调节通过LED转换器传输到LED线路的功率而在至少一侧受限的频率通道内改变所述时钟频率,并且当负载的改变和/或功率的理论值的改变可能导致频率工作点位于频率通道外时，改变供应给所述谐振变换器的直流电压的振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED转换器(10),其用于操作具有至少一个LED,优选具有多个LED的至少一个LED线路(6)中的负载,其中,所述LED转换器(10)在初级侧包括供应有直流电压(Vbus)的谐振变换器(1),所述谐振变换器具有构造有两个交替计时开关(S1、S2)的半桥，所述半桥通过连接到其中点处的串联/并联谐振电路提供用于所述LED线路(6)的供电电压，其中，所述LED转换器(10)具有控制单元(2),所述控制单元被设置用于调节所述半桥的时钟频率(fsw),并且其中,为了控制或调节通过所述LED转换器(10)传输到所述LED线路(6)的功率，所述控制单元还被设置成在至少一侧受限的频率通道(fopt)内改变所述时钟频率，并且当所述负载的改变和/或所述功率的理论值(I*)的改变可能会导致频率工作点位于所述频率通道(fopt)外时，来改变供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)的振幅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.23 DE 102011089872.71.一种LED转换器(10)，其用于操作具有多个LED的至少一个LED线路(6)中的负载，其中，所述LED转换器(10)在初级侧包括供应有直流电压(Vbus)的谐振变换器(1)，且所述谐振变换器具有构造有两个交替计时开关(S1、S2)的半桥，所述半桥通过连接到其中点处的串联/并联谐振电路提供用于所述LED线路(6)的供电电压，其中，所述LED转换器(10)具有控制单元(2)，所述控制单元被设置用于调节所述半桥的时钟频率(fsw)，并且其中，为了控制或调节通过所述LED转换器(10)传输到所述LED线路(6)的功率，所述控制单元还被设置成在至少一侧受限的频率通道(fopt)内改变所述时钟频率，并且当所述负载的改变和/或所述功率的理论值(I*)的改变可能会导致频率工作点位于所述频率通道(fopt)外时，来改变供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)的振幅，其中所述控制单元(2)还被设置用于在所述谐振变换器(1)中确定反馈值，并且基于所述反馈值来调节所述时钟频率(fsw)，其中所述反馈值表示由所述谐振变换器(1)传输的功率的大小，并且其中，所述反馈值是所述谐振变换器(1)中的电流(Isense)或电压(Vshunt)或者表示所述电流(Isense)或所述电压(Vshunt)的电气参数。2.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，在接通所述LED转换器(10)时，对所述时钟频率(fsw)进行调节，使得所述频率工作点位于所述频率通道(fopt)中，并且同时将供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)调节成尽可能小的直流电压。3.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述控制单元被设置用于，逐渐提高供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)，直到达到所述反馈值的阈值(ref)为止。4.根据权利要求3所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，在达到所述阈值(ref)时，将供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)恒定地保持。5.根据权利要求1、3和4中任一项所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，执行对运行时间的控制，并且在控制所述运行时间的同时确定所述反馈值，并且基于所述反馈值识别出所述频率工作点是否位于所述频率通道(fopt)内。6.根据权利要求5所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，当在控制运行时间期间，通过对所述反馈值的检测发现所述频率工作点位于频率通道(fopt)外或可能会从所述频率通道(fopt)出来时，对供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)进行调整。7.根据权利要求3或4所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，根据是否达到所述阈值(ref)的情况来执行对运行时间的控制。8.根据权利要求1、3、4和6中任一项所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，通过对PFC电路(4)的开关进行控制来调节供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)。9.根据权利要求1、3、4和6中任一项所述的LED转换器，其中，所述控制单元(2)被设置用于，将用于供应给所述谐振变换器(1)的直流电压(Vbus)的理论值(Vbus*)发送到PFC电路(4)。10.根据权利要求1、3、4和6中任一项所述的LED转换器，其中，所述负载的改变可以通过所述LED线路(6)的所操作的LED的数量和/或类型的变化或者通过温度变化而发生。11.根据权利要求1、3、4和6中任一项所述的LED转换器，其中，串联/并联谐振电路被设置用于，为变压器(3)供电，所述变压器在其输出端，在次级侧处为所述LED线路(6)提供所述供电电压。12.根据权利要求1、3、4和6中任一项所述的LED转换器，其中在次级侧设置二极管电路，所述二极管电路为存储电容器(5)馈电，而所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华多·佩雷拉，迈克尔·齐默尔曼，
申请(专利权)人：赤多尼科两合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT