用于LED大面积光源灯的功率转换器制造技术

一种功率转换器，用于在输入电压处接收输入电流和用于在输出电压处提供输出电流。该功率转换器包括具有一个初级侧（１３６）和至少一个次级侧（１３８）的变压器（１３３），其中该变压器具有互感Ｌ↓［ｍ］和泄漏电感Ｌ↓［ｓ］。该功率转换器还包括在所述变压器的初级侧以ｆ↓［ｏｐ］的工作频率工作的至少一个开关装置（１２４ａ，１２４ｂ）和位于变压器的初级侧的电容器Ｃ↓［ｓ］。该电容器和所述变压器的泄漏电感Ｌ↓［ｓ］形成谐振电路，其中所述工作频率、所述电容器Ｃ↓［ｓ］、所述互感Ｌｍ和所述泄漏电感Ｌ↓［ｓ］匹配成通过使用谐振原理和以电流源模式操作功率转换器而使输出电流的有效值相对被所述输出电流横穿的负载变化大体上恒定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及功率转换器，特别地涉及用于一种包括作为发光体的发光二极管(LED)的大面积光源(LALS)灯的功率转换器。因此，该转换器足够薄以便集成在薄设备中。
技术介绍
电子工业面对着越来越大的小型化和成本节约的压力。特别是在消费电子产品领域，制造商力争为他们的顾客制造尽可能小的、平的以及紧凑的产品。在微电子学领域中，随着生产过程的自动化，通过将元件集成在微芯片中能够实现极致的小型化。在功率电子学领域，由于开关电源(SMPS)的发展，在过去已经成功地减小了电路的结构体积和重量。特别地，使用谐振转换器布局技术的功率变换可获得非常有效且小型的方案。此外，期望的是集成分散的电路元件，特别是对于非常薄和平的应用来说，如等离子显示器或LCD显示器，从而进一步增大小型化和自动化的程度。然而，对功率电子应用中的电路来说实现集成是非常困难的。特别地，不同类型的元件是使用过时的分散元件的一个原因。此外，由于为了存储一定量的能量通常需要一定的体积，或者为了保持合理的电损耗，这些元件的尺寸减小受到限制。用于调节输出电压和输出电流的控制系统也增大了功率转换器的复杂性并限制了其集成的可能性。要与市电供电网(例如在欧洲是230V AC/50Hz，或在美国是110VAC/60Hz)连接的功率转换器在功率因素和市电谐波方面必须遵照市电供电网的操作规则。
技术实现思路
根据本专利技术的一个优选实施例，一种功率转换器，用于在输入电压处接收输入电流和用于在输出电压处提供输出电流，该功率转换器包括具有一个初级侧和至少一个次级侧的变压器，该变压器具有互感Lm和泄漏电感LS。该变压器还包括在该变压器的初级侧以fop的工作频率工作的至少一个开关装置，以及和该变压器的泄漏电感LS形成谐振电路的电容器CS。所述工作频率、所述电容器CS和所述泄漏电感LS匹配成使得输出电流的有效值相对于被该输出电流横穿的负载的变化大体上恒定。如果在输出电流的频率响应函数中可以忽略和负载的相关性，例如可以实现这种恒定的输出电流的状态。如果从绝对值来说由负载确定的加数比在相应总和中的任何其他加数小至少一阶的数量级，也可以实现这种状态。在电流特性和负载的函数关系方面，该特性的斜率是负载电流对负载变化的敏感程度的测量值。在谐振时，该灵敏度非常小。略微偏离谐振时，工作点的输出电压也会影响该灵敏度。如果提供了限制电压的措施，那么在电压极限附近就可以平滑地过渡。通过这种方式，能够使输出电流实现大体上自调节的行为。该谐振转换器可用于电源模式，其中通过利用谐振原理，可使电流保持在比较窄的限制内而不需付出控制努力。因此，实现了功率转换器相对于负载变化的稳定行为。实际上，提供给负载的电流仅在有限的程度上受负载的影响。该电流主要由谐振电路的频率响应曲线确定。根据工作频率的下限匹配所述工作频率fop、所述电容器CS和所述泄漏电感LS，该工作频率是由串联电容器以及互感Lm和泄漏电感LS的总和限定的基本谐振频率，使得fop>12π1(Lm+Ls)Cs.]]>在基本谐振频率下工作的功率转换器更像处于其次级侧的电流源，从而获得高的输出阻抗。此外，在该基本谐振频率下谐振电路的输入阻抗随着频率的增大从电容模式改变到感应模式。某些开关装置如MOSFET晶体管优选操作成驱动感应电荷，以便使开关损耗较小。此外，由于所需的基本谐振频率选择得相当高，因此能够使无源元件如电容和电感较小。实际上，最大工作频率主要受开关装置的限制。为此，不可能以合理的成本无限地增大工作频率。因此，串联电容器CS和泄漏电感LS的值必须与所施加的工作频率匹配。还可以根据工作频率的上限匹配所述工作频率fop、所述电容器CS和所述泄漏电感LS，所述谐振电路的输出阻抗在该工作频率下大体上匹配所述负载。为了维持功率转换器的电流源特性，必须维持相对高的输出阻抗。可以认为输出阻抗和负载之间的功率匹配点是电流源和电压源之间的过渡点。因此，使输出阻抗比负载大可形成电流源。在该频率范围中，输出阻抗随着频率的增大而减小。实际上，该上限可以选择在一频率处，输出阻抗在该频率比负载阻抗小例如1.2倍，这也将形成令人满意的电流源特性。对所述工作频率来说，可以根据工作频率的上限匹配所述工作频率fop所述电容器CS和所述泄漏电感LS，使得fop<12π1LsCs.]]>在该所谓的串联谐振频率下，功率转换器的输出阻抗最小并且甚至可以消失。然而，作为该频率的函数，输出阻抗会在该串联谐振频率周围迅速增大。因此，即使在仅仅稍低于该串联谐振频率的频率下，也可以实现令人满意的输出阻抗值。该工作频率选择成大体上高于由串联电容器和泄漏电感LS限定为下式的串联谐振频率，fs=12π1LsCs,]]>使得泄漏电感LS限制了所述输出电流。换句话说，工作频率选择在一个区域，其中泄漏电感LS是输出电流的主导限制因素。串联连接的电感将用作电流扼流圈，用于根据关系式Zinductivity＝jωL增大频率，该关系式表示电感L的绝对阻抗值与频率成比例。如果其绝对阻抗值超过在各个串联接线中的所有其它元件的阻抗值的总和，就认为该泄漏电感是主导的。在该频率范围中，串联电感变成主导的，并被认为是几乎无损耗的串联交流电阻。如果输出电阻不会过高，那么输出电流几乎不受负载的影响。此外，所述工作频率fop、所述电容器CS和所述泄漏电感LS匹配成使得所述振荡电路的输入阻抗呈现电感性。即使在短路的状态下，转换器也工作在电感模式中，这对实现开关装置的无损耗零电压开关是期望的。所述变压器是平面变压器，其优点是减小了安装高度。通过使变压器的螺旋初级绕组的中心相对变压器的螺旋次级绕组的中心移动可以实现泄漏电感LS。可替换地，通过不同尺寸的所述变压器的初级和次级螺旋绕组可以实现该泄漏电感LS。这两者的组合也是可能的。已描述的实现泄漏电感的可能方案中的第一种非常适合于用实验的方法确定或改变必要的几何形状或者在切换模式电源的装配过程中作为精密调节的一部分，第二种可能方案的计算相对容易，因磁通量导致的损耗可更加均匀地进行分布。当组合这两种可能方案时，可以根据第二种方法实现泄漏电感LS的主要部分，根据第一种方法在装配和最终检验过程中实现任何必要的精密调节。已描述的移动方法仅适用于平面变压器。该变压器的初级和次级绕组以平面的方式集成在印刷电路板PCB中，并在初级和次级绕组之间布置固体的PCB层。同时该变压器是必不可少的，并且限于具有一定的最小尺寸。在PCB中变压器的集成组合了两种要求。通过两个绕组之间的固体的PCB层可实现初级绕组和次级绕组之间的有效电绝缘。平面磁芯布置在包括初级绕组、连续(solid)PCB层和次级绕组的组件的水平侧附近。优选地，为了获得初级绕组和次级绕组之间的有效耦合，将变压器的磁通量导向到软磁材料内部。利用这种布置，磁通量被导向到绕组附近。平面软磁芯由铁氧体片、铁氧体聚合化合物构成，或者由高渗透性金属箔构成。在使用高渗透性金属箔的情况下，该高渗透性金属箔由NiFe或镍铁高导磁合金构成。可替换地，磁芯由无定形铁或纳米晶铁构成。无定形铁例如是金属玻璃非晶态金属或非晶合金(Vitrovac)。通过在磁芯中提供切口来构造磁芯，该切口与在磁芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率转换器，用于在输入电压处接收输入电流和用于在输出电压处提供输出电流，该功率转换器包括：　　　　具有一个初级侧和至少一个次级侧的变压器，该变压器具有互感Ｌ↓［ｍ］和泄漏电感Ｌ↓［ｓ］；　　　　在所述变压器的初级侧以ｆ↓［ｏｐ］的工作频率工作的至少一个开关装置；　　　　位于变压器的初级侧的电容器Ｃ↓［ｓ］，该电容器和所述变压器的泄漏电感Ｌ↓［ｓ］形成谐振电路，　　　　其中所述工作频率、所述电容器Ｃ↓［ｓ］、所述互感Ｌ↓［ｍ］和所述泄漏电感Ｌ↓［ｓ］匹配成使得输出电流的有效值相对被所述输出电流横穿的负载的变化大体上恒定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E瓦芬施米特，T纽伯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]