具有过电压保护的LED电源制造技术

用来驱动LED阵列的谐振DC-DC转换器包括半桥转换器，其配置成接收DC输入电力并且产生方波电压。包括电感元件、第一谐振电容器和第二谐振电容器的谐振储能电路耦合到半桥转换器，以接收方波电压，使得在第二谐振电容器两端产生大体正弦AC电压。具有一次绕组和一个或多个二次绕组的输出变压器并联耦合到第二谐振电容器，以及削波电路耦合到一次绕组，使得一次绕组两端的电压不会基本上超过DC输入电力的电压。输出整流器耦合到输出变压器的一个或多个二次绕组，并且配置成产生大体DC输出电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有过电压保护的LED电源
一般来说，本公开的方面涉及用于电致发光装置的电力供应，以及具体来说，涉及用来驱动发光二极管阵列的谐振功率转换器。
技术介绍
其中多个LED形成为阵列并且作为一个单元来供电的发光二极管(LED)阵列在照明和信令应用中变得普遍。LED阵列通常连接到直流(DC)电源，其中所施加的电流量控制发射光的亮度。开关模式电力供应常常用来为要求低电平直流(DC)电力的LED阵列和其它电器提供电力。开关模式电力供应一般涉及一类电压调节设备，其中输入DC电力由开关电路来斩波，并且馈入能量储存装置、通常为电感器中。来自斩波DC电力的能量交替地储存到磁场中，并且从其中释放到包含整流和滤波的辅助电路中，以产生调节DC输出电压。控制器通常用来监测输出电力的状况，并且相应地调整开关电路以提供输出的调节。开关模式供应分成两个类别。将DC转换成交流(AC)的供应称作‘逆变器’，以及将DC转换成DC的供应称作‘转换器’。转换器通常是逆变器之后接着的整流器。图1中示出用来供应LED阵列的典型开关模式电源的框图。开关模式电源100接收AC输入电力102，其可从本地主电源、例如在美国可用的120伏、60赫兹电力、在许多欧洲国家可用的50赫兹、230伏电力或者其它适当AC电源来供应。输入整流器110用来将AC输入电力102转换成DC电力104。输入整流器110可以是简单二极管桥或者能够将AC转换成DC的其它适当有源或无源整流装置。优选的是使整流器100提供输入AC电力的全波整流，但是在某些实施例中，半波整流的使用能够是有利的。由输入整流器110所创建的整流DC电力104由升压调节器120进一步调节。又称作提升调节器的升压调节器120是一种类型的DC-DC功率转换器，其中具有比其DC输入电压104要大的DC输出电压106。升压调节器120通常是开关模式转换器，其包括各种开关装置和控制电路(未示出)，以调节整流DC电力104的电压并且产生调节DC电压106。在一些实施例、例如图1所示实施例中，转换器120包括功率因数校正(PFC)组件125，以改进电源100的功率因数。PFC通过补偿输入整流器110所引起的谐波和相移，来改进供应100的总效率。调节器120提供适合于对谐振转换器130的输入的调节和电压调整的DC电力106。谐振转换器130能够通过使用基本上高于本地主电压、常常在450伏的范围中的输入电力106来实现更大效率。升压调节器120用来将主电压增加到谐振转换器所需要的电平。在某些实施例中，可省略调节器120，在这种情况下，输入整流器110或者其它外部DC源(未示出)将直接向谐振转换器130提供DC电力106。谐振转换器是一种类型的开关模式DC-DC功率转换器，其将包括电感和电容组件的组合的谐振储能电路（resonanttankcircuit）用于能量储存，而不是如其它开关模式供应、例如升压转换器中使用的单个电感器。图2是示出用于如本领域已知的谐振转换器200的典型架构的框图。谐振转换器架构能够分为四个主要区段：全波或半波桥式转换器202；谐振储能204；整流器206；以及输出滤波器208。从输入侧开始，全桥或半桥转换器202包括一组开关，其对输入DC电压(VDC)进行斩波，以产生方波。全桥转换器202使用四个开关来产生幅度为输入电压VDC的两倍的AC方波210，而半桥转换器202仅使用两个开关来产生幅度为VDC并且DC偏置为VDC/2的方波210。按照具有固定占空比和某个空载时间的互补模式来操作桥式转换器202中的开关。在基本开关模式功率转换器、例如图1的升压调节器120中，输出通常通过调整桥式转换器202的占空比来控制。通过调整占空比来控制输出称作脉宽调制控制。但是，在谐振转换器的情况下，控制通过调整桥式转换器202的频率来实现。改变桥式转换器的频率改变谐振储能204的阻抗，由此允许控制流向输出的电力。谐振储能204由无功组件—电容器和电感器—组成，并且能够按照若干不同配置来设置。串联LC谐振储能使用包括与电容器串联连接的电感器的谐振储能，并且具有与负载串联连接的谐振储能。并联LC谐振储能还使用包括与电容器串联的电感器的谐振储能。但是，负载与谐振电容器并联连接。另一个通用配置是串联-并联LLC谐振储能，其具有全部串联连接(‘串联-并联’表示的‘串联’部分)的三个能量储存组件、即一个电容器和两个电感器，以及负载与第二电感器并联耦合(‘并联部分’)。LLC谐振储能电路通常工作在高频率，并且能够是高效的，但是当工作在无负载状况下时具有一些困难。已经提出对无负载问题的各种解决方案、例如使转换器再循环，但是这些解决方案难以控制，并且可靠性是一个问题。谐振储能204的输出220将具有正弦电流或正弦电压，这取决于谐振储能204的配置。谐振逆变器通过组合桥式转换器202和谐振储能204来创建，以将DC输入电压(VDC)转换成大体正弦交流(AC)输出电压220。要完成DC-DC谐振转换器200，将整流器206和输出滤波器208添加到谐振逆变器，以对谐振逆变器所创建的AC电压输出220进行整流和平滑，从而产生DC输出电压Vout。上述类型的谐振DC-DC转换器200用来将DC电力提供给各种类型的电致发光装置、电池充电器或者要求低电平DC电力的其它装置，以及由于其高效率，它们广泛用于LED阵列的驱动器中。这些装置常常在办公室和家庭以及安全性是一个问题的其它位置中进行操作，因此它们通常需要由评级机构、例如承诺实验室(UL)来批准。低电平DC电力供应、例如由LED阵列所使用的供应称作2类供应，以及由承诺实验室来定义为具有变压器隔离并且产生少于60伏的DC。在其它要求之中，UL批准要求输入与输出之间的电隔离以及过电压保护(OVA)，以防止输出电压超过所指定最大值。OVP电路需要限制正常操作与故障状况期间的输出电压。过电压保护电路通常通过包括诸如转换器电路或削波电路之类的附加组件，来添加到转换器170的最终级、例如整流器176或滤波器178。备选地，OVP可通过添加或增强反馈控制器来添加。在任何情况下，OVP的添加伴随附加成本，其中包括增加的制造成本、功能限制和/或降低的可靠性。相应地，期望提供解决上述问题的至少一部分的谐振DC-DC转换器。
技术实现思路
如本文所述，示范实施例克服本领域已知的上述或其它缺点的一个或多个。本公开的其它方面涉及用来驱动LED阵列的谐振DC-DC转换器。谐振DC-DC转换器包括半桥转换器，其配置成接收DC输入电力并且产生方波电压。包括电感元件、第一谐振电容器和第二谐振电容器的谐振储能电路耦合到半桥转换器，以接收方波电压，使得在第二谐振电容器两端产生大体正弦AC电压。具有一次绕组和一个或多个二次绕组的输出变压器并联耦合到第二谐振电容器，以及削波电路耦合到一次绕组，使得一次绕组两端的电压不会基本上超过DC输入电力的电压。输出整流器耦合到输出变压器的一个或多个二次绕组，并且配置成产生大体DC输出电压。本公开的另一个方面涉及一种用于提供谐振开关模式DC-DC转换器中的过电压保护的方法。该方法包括使用半桥转换器将DC输入电压转换成方波。使用串联-并联LCC谐振储能电路将方波转换成大体正弦AC总线电压。使用钳位电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振DC‑DC转换器，包括：半桥转换器，配置成接收DC输入电力，并且产生方波电压，谐振储能电路，包括电感元件、第一谐振电容器和第二谐振电容器，其中所述谐振储能电路耦合到所述半桥转换器，以接收所述方波电压，使得在所述第二谐振电容器两端产生大体正弦AC电压，输出变压器，具有一次绕组和一个或多个二次绕组，所述一次绕组并联耦合到所述第二谐振电容器，削波电路，耦合到所述一次绕组，使得所述一次绕组两端的电压不会基本上超过所述DC输入电力的电压，以及输出整流器，耦合到所述一个或多个二次绕组，并且配置成产生大体DC输出电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.17 US 13/2990201.一种谐振DC-DC转换器，包括：半桥转换器，配置成接收DC输入电力，并且产生方波电压，谐振储能电路，包括电感元件、第一谐振电容器和第二谐振电容器，其中所述谐振储能电路耦合到所述半桥转换器，以接收所述方波电压，使得在所述第二谐振电容器两端产生大体正弦AC电压，输出变压器，具有一次绕组和一个或多个二次绕组，所述一次绕组并联耦合到所述第二谐振电容器，削波电路，在所述谐振储能电路的输出端耦合到所述一次绕组，使得所述一次绕组两端的电压不会基本上超过所述DC输入电力的电压，以及输出整流器，耦合到所述一个或多个二次绕组，并且配置成产生大体DC输出电压。2.如权利要求1所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述削波电路包括耦合在所述一次绕组与所述DC输入电力的供应之间的第一二极管以及耦合在所述一次绕组与所述DC输入电力的回路之间的第二二极管。3.如权利要求1所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述输出整流器包括输出滤波电容器和两个输出二极管，其中所述一个或多个二次绕组包括两个绕组，各以相反极性耦合到所述两个输出二极管中的相应一个，使得产生全波整流输出电压，以及所述输出滤波电容器耦合于所述全波整流输出电压两端，以产生所述大体DC输出电压。4.如权利要求1所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述半桥转换器还包括磁耦合到所述电感元件的自激振荡开关驱动电路。5.如权利要求4所述的谐振DC-DC转换器，还包括控制器，其中所述控制器耦合到所述DC输出电压，并且磁耦合到所述开关驱动电路，使得所述控制器可操作以至少部分基于所述DC输出电压来调整所述开关驱动电路的频率。6.如权利要求1所述的谐振DC-DC转换器，其中，隔直流电容器与所述一次绕组串联耦合。7.如权利要求2所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述谐振储能电路还包括耦合在所述供应与所述第二谐振电容器之间的第三谐振电容器。8.如权利要求7所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述一次绕组与所述第三谐振电容器并联耦合。9.如权利要求1所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述第一谐振电容器与所述电感元件串联耦合，所述电感元件与所述第二谐振电容器串联耦合。10.如权利要求1所述的谐振DC-DC转换器，其中，所述电感元件与所述第一谐振电容器串联耦合，所述第一谐振电容器与所述第二谐振电容器串联耦合。11.一种用于提供谐振开关模式DC-DC转换器中的过电压保护的方法，所述方法包括：使用半桥转换器将具有供应和回路的DC输入电压转换成方波；使用串联-并联LCC谐振储能电路将所述方波转换成大体正弦AC总线电压；使用在所述谐振储能电路的输出端的削波电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚刚，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US