CN101395791A - 供电电路及包括供电电路的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于向负载(6，106，206)供应输出信号的供电电路(1－3，101－102，201－203)，该供电电路(1－3，101－102，201－203)包括：第一电路(1，101，201)，其用于把输入信号转换成脉冲信号，该第一电路包括晶体管(11－14，111－112，211－212)；以及第二电路(2，102，202)，其用于接收所述脉冲信号并且用于向所述负载(6，106，206)供应所述输出信号，该第二电路(2，102，202)包括谐振电路。为所述供电电路提供了第三电路(3，203)，其用于控制所述第一电路(1，101，201)，该第三电路(3，203)包括用于生成控制信号的发生器(35－37)，所述控制信号用于控制所述晶体管(11－14，111－112，211－212)以便降低所述输入信号与所述输出信号之间的相关性。该第三电路(3，203)根据所述输入电压信号并且独立于所述输出电流信号供应所述控制信号。所述晶体管(11－14，111－112，211－212)可以形成全桥、操作在半桥模式下的全桥或者半桥。

Description

供电电路及包括供电电路的设备
技术领域
本发明涉及一种用于向负载供应输出信号的供电电路，并且还涉及一种包括供电电路的设备、一种方法、一种计算机程序产品以及/或者一种用于存储所述计算机程序产品的介质。
这种供电电路的例子有切换式电源，但是也不排除其他供电电路。所述负载的例子有一个发光二极管、两个或多个串联发光二极管以及两个或多个并联发光二极管，但是也不排除其他负载。
背景技术
可以从US 6,853,150 B2中获知一种现有技术供电电路，所述US6,853,150 B2公开了这样一种供电电路，其包括晶体管电路并且包括阻抗电路，其中所述晶体管电路具有按照半桥配置的两个晶体管，所述阻抗电路具有分别耦合到发光二极管的电感器和电容器。
所述现有技术供电电路的缺点尤其在于，输入信号的波动和/或所述发光二极管两端的电压降的波动可能会导致输出信号的波动，从而可能导致发光二极管的亮度的波动。
发明内容
本发明的一个目的特别是提供一种向负载供应相对恒定的输出信号的供电电路。
本发明的其他目的特别有提供一种包括向负载供应相对恒定的输出信号的供电电路的设备、提供一种用于向负载供应相对恒定的输出信号的方法以及提供一种用于向负载供应相对恒定的输出信号的计算机程序产品。
根据本发明，所述用于向负载供应输出信号的供电电路包括：
-第一电路，其用于把输入信号转换成脉冲信号，该第一电路包括晶体管；
-第二电路，其用于接收所述脉冲信号并且用于向所述负载供应所述输出信号，该第二电路包括谐振电路；以及
-第三电路，其用于控制所述第一电路，该第三电路包括用于生成控制信号的发生器，所述控制信号用于控制所述晶体管以便降低所述输入信号与所述输出信号之间的相关性。
通过在所述第一电路和第二电路之外引入用于控制该第一电路的第三电路，根据本发明的供电电路可以向负载供应相对恒定的输出信号，其中该第三电路包括用于生成所述控制信号的所述发生器，该控制信号用于控制所述晶体管从而降低所述输入信号与输出信号之间的相关性。
所述输入信号例如包括输入电压信号，但是也不排除其他输入信号；所述输出信号例如包括输出电流信号，但是也不排除其他输出信号。
根据本发明的供电电路还降低了例如输出电压信号与例如输出电流信号之间的相关性。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述第三电路包括用于接收所述输入信号的输入端并且包括用于根据所述输入信号且独立于所述输出信号供应所述控制信号的输出端。该实施例有利地避免了使用从所述负载(次级侧)到所述第一电路(初级侧)的不利的反馈环路。换句话说，该实施例根据初级侧信号并且独立于次级侧信号供应所述控制信号。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述第三电路包括用于接收参考信号的另一个输入端，所述控制信号还取决于该参考信号。该实施例有利地允许通过调节所述参考信号来调节所述输出信号。所述参考信号例如包括参考电流信号，但是也不排除其他参考信号。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的。所述第三电路包括：乘法器，其用于把所述输入信号乘以所述控制信号；低通滤波器，其用于对所述乘法器输出信号进行低通滤波；转换器，其用于把低通滤波器输出信号转换成低通滤波器输出信号；以及加法器，其用于把反相低通滤波器输出信号与所述参考信号相加。所述发生器包括：控制器，其用于接收加法器输出信号；压控振荡器，其用于接收控制器输出信号；以及单稳态触发器，其用于接收压控振荡器输出信号并且生成所述控制信号。该实施例有利地引入了包括控制环路的第三电路。把所述反相低通滤波器输出电流信号与所述参考信号相加当然对应于从所述参考信号中减去所述低通滤波器输出信号。所述乘法器输出信号例如包括乘法器输出电压信号，所述低通滤波器输出信号在进入所述转换器之前例如包括低通滤波器输出电压信号，并且在离开所述转换器之后例如包括低通滤波器输出电流信号，所述加法器输出信号例如包括加法器输出电流信号，但是也不排除其他的信号。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括具有第一幅度的第一脉冲、具有不同于第一幅度的第二幅度的第二脉冲以及具有不同于第一和第二幅度的第三幅度的电平。该实施例有利地引入了具有三种不同幅度的脉冲信号，从而增加了多个控制选项。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第一幅度是正幅度，所述第二幅度是负幅度，并且所述第三幅度基本上是零幅度。该实施例有利地引入了对称的脉冲信号。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的。所述第一电路包括：第一晶体管，其具有耦合到第一参考端子的第一主电极以及耦合到所述第二电路的第一输入端的第二主电极；第二晶体管，其具有耦合到该第一晶体管的第二主电极的第一主电极以及耦合到第二参考端子的第二主电极；第三晶体管，其具有耦合到所述第一参考端子的第一主电极以及耦合到所述第二电路的第二输入端的第二主电极；以及第四晶体管，其具有耦合到该第三晶体管的第二主电极的第一主电极以及耦合到所述第二参考端子的第二主电极。该实施例有利地引入了包括全桥配置(H桥)的4个晶体管的第一电路。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第一电路包括用于接收所述控制信号的逻辑电路以及耦合到所述晶体管的控制电极的输出端，以便把所述第一和第四晶体管带到导通状态从而产生所述第一脉冲、把所述第二和第三晶体管带到导通状态从而产生所述第二脉冲以及把所述第一和第三或者第二和第四晶体管带到导通状态以便产生所述电平。该实施例有利地把逻辑电路引入到所述第一电路中，以便把所述第一和第三电路彼此耦合。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括具有第一幅度的第一脉冲以及具有不同于第一幅度的第二幅度的第二脉冲。该实施例有利地引入了仅仅具有两种不同幅度的脉冲信号。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第一幅度是正幅度，并且所述第二幅度是负幅度。该实施例有利地引入了对称的脉冲信号。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第一电路包括上面描述的4晶体管拓扑，其中所述4个晶体管的操作使得现在仅仅引入具有两种不同幅度的脉冲信号。该实施例有利地引入了包括全桥配置(H桥)的4个晶体管的第一电路，其现在引入仅仅具有两种幅度的脉冲信号。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括具有第四幅度的第三脉冲以及具有第五幅度的电平。该实施例有利地引入了具有仅仅两种不同幅度的脉冲信号，其中一种幅度是由脉冲实现的，另一种幅度是由电平实现的。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第四幅度是正幅度，并且所述第五幅度基本上是零幅度。该实施例有利地引入了非对称的脉冲信号。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的。所述第一电路包括：第一晶体管，其具有耦合到第一参考端子的第一主电极以及耦合到所述第二电路的第一输入端的第二主电极；第二晶体管，其具有耦合到该第一晶体管的第二主电极的第一主电极以及耦合到第二参考端子的第二主电极，所述第二参考端子还耦合到所述第二电路的第二输入端。该实施例有利地引入了包括半桥配置的两个晶体管的第一电路。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的。所述第一电路包括用于接收所述控制信号的逻辑电路以及耦合到所述晶体管的控制电极的输出端，以便把所述第一晶体管带到导通状态从而产生所述第三脉冲以及把所述第二晶体管带到导通状态从而产生所述电平。该实施例有利地把逻辑电路引入到所述第一电路中，以便把所述第一和第三电路彼此耦合。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第一电路包括半桥，并且所述第三电路被设置成在Ts≥4＊τ下驱动所述半桥，其中τ是所述谐振电路的谐振周期的一半，Ts是切换周期。
优选地，根据本发明的供电电路是如下定义的：所述第一电路包括全桥，并且所述第三电路被设置成如下驱动该全桥：作为半桥来驱动，其中接通和关断时间＝2＊τ并且Ts≥4＊τ；或者作为没有自由轮状态的全桥来驱动，其中正接通和负接通时间＝2＊τ并且Ts≥4＊τ；或者作为具有自由轮状态的全桥来驱动，其中正接通和负接通时间＝τ，长度为τ的自由轮状态跟随在每一个脉冲之后，并且Ts≥4＊τ。其中，τ是所述谐振电路的谐振周期的一半，Ts是切换周期。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述谐振电路包括变压器以及串联耦合到该变压器的初级侧或者该变压器的次级侧的电容器。该实施例有利地引入了所述变压器以用于提供电隔离。所述第二电路有可能还包括整流电路，该整流电路包括耦合到所述变压器的次级侧的一个或多个二极管。该实施例有利地还引入了所述电容器以便与所述变压器的泄露电感相组合(以及/或者与单独的电感器相组合)，从而产生谐振电路。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述谐振电路包括电感器以及串联耦合到该电感器的初级侧或者该电感器的次级侧的电容器。该实施例有利地引入了所述电感器。这种电感器的成本比变压器更低。所述第二电路有可能还包括整流电路，该整流电路包括耦合到所述电感器的次级侧的一个或多个二极管。该实施例有利地还引入了所述电容器以便与所述电感器相组合，从而产生谐振电路。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述负载包括一个或多个发光二极管。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：其包括用于对AC信号进行整流的一个或多个输入二极管，所述输入信号包括经过整流的AC信号。所述AC信号例如包括AC电压信号，但是也不排除其他AC信号。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括其脉冲宽度基本上等于所述谐振电路(全桥)的谐振周期的一半的脉冲。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括其脉冲频率基本上等于或小于所述谐振电路(全桥)的谐振频率的一半的脉冲。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述输入信号与所述脉冲频率的乘积基本上是恒定的。这样，生成一个独立于输入电压信号的恒定输出电流信号。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括其脉冲宽度基本上等于所述谐振电路(半桥)的谐振周期的脉冲。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述脉冲信号包括其脉冲频率基本上等于或小于所述谐振电路(半桥)的谐振频率的脉冲。
根据本发明的供电电路的一个实施例是如下定义的：所述输入信号与所述脉冲频率的乘积基本上是恒定的。这样，生成一个独立于输入电压信号的恒定输出电流信号。
根据本发明的设备、根据本发明的方法、根据本发明的计算机程序产品以及/或者根据本发明的介质的实施例对应于根据本发明的供电电路的实施例。
本发明特别是基于以下认识：输入电压的波动可能导致应当避免的输出电流的波动。本发明特别还基于以下基本思想：除了所述第一电路和第二电路之外还应当引入第三电路，所述第三电路用于控制该第一电路从而降低所述输入信号与输出信号之间的相关性。
本发明特别解决了以下问题：提供一种向负载供应相对恒定的输出信号的供电电路。本发明的有利之处特别在于降低了例如输出电压信号与例如输出电流信号之间的相关性。
附图说明
通过参照下面描述的(多个)实施例，本发明的上述和其他方面将变得显而易见。在附图中：
图1示出了包括第一、第二和第三电路的根据本发明的供电电路；
图2示出了AC到DC转换器；
图3示出了对应于第一电路的逻辑电路；
图4更详细地示出了第三电路；
图5示出了控制信号和所得到的脉冲信号；
图6示出了作为所述脉冲信号的函数的流经第二电路的变压器的初级侧的电流和第二电路的电容器两端的电压；
图7示出了作为所述脉冲信号的函数的流经第二电路的变压器的次级侧的电流和流经负载的电流；
图8示出了根据本发明的设备；
图9示出了所述控制信号以及由所述逻辑电路从中导出并且针对各单独晶体管的各单独控制信号；
图10示出了根据本发明的另一种供电电路；
图11示出了根据本发明的另一种供电电路；
图12示出了根据本发明的另一种供电电路；
图13示出了根据本发明的另一种供电电路；
图14示出了作为时间的函数的由第一电路供应的电压和电容器两端的电压；
图15示出了作为时间的函数的流经电感器的电流；
图16示出了作为时间的函数的对应于不同情况A-F的电压和电流；
图17示出了作为时间的函数的对应于不同情况A-C的电流；
图18示出了作为时间的函数的对应于不同情况A-C的电流；
图19示出了根据本发明的另一种供电电路；以及
图20示出了作为时间的函数的对应于切换周期(Ts>4＊τ)的电流和电压，其中τ＝半谐振周期。
具体实施方式
图1中示出的根据本发明的供电电路1-3包括第一电路1、第二电路2和第三电路3。第一电路1包括电压源4，其用于通过第一和第二参考端子15和16生成输入电压信号Uin。第一电路1还包括4个晶体管11-14。第一晶体管11的第一主电极耦合到第一参考端子15，其第二主电极耦合到第二电路2的第一输入端20a。第二晶体管12的第一主电极耦合到第一晶体管11的第二主电极，其第二主电极耦合到第二参考端子16。第三晶体管13的第一主电极耦合到第一参考端子15，其第二主电极耦合到第二电路2的第二输入端20b。第四晶体管14的第一主电极耦合到第三晶体管13的第二主电极，其第二主电极耦合到第二参考端子16。第一电路1还包括逻辑电路5，其耦合到第三电路3并且耦合到所述晶体管11-14的控制电极。后面将参照图3讨论该逻辑电路5。
第二电路2包括例如从输入端20a到输入端20b的电容器27、电感26和变压器25的初级侧的串联谐振电路。电感26通常至少部分地由变压器25的杂散电感形成。第二电路2有可能还包括4个输出二极管21-24，其耦合到变压器25的次级侧并且形成整流电路，该整流电路还耦合到平滑电容器28和负载6，所述负载例如包括3个串联发光二极管。
图2中示出的AC到DC转换器4或电压源4包括AC电压源45，其耦合到形成另一个整流电路的4个二极管，该整流电路还耦合到另一个平滑电容器46。
图3中示出的逻辑电路5包括触发器51，其接收来自第三电路3的控制信号s(t)。该触发器的Q输出端耦合到与门52，该与门还接收所述控制信号s(t)；该触发器51的反相Q输出端耦合到与门53，该与门还接收所述控制信号s(t)。与门52的输出端通过非反相器52a耦合到tdon延迟电路54a，并且通过反相器52b耦合到tdon延迟电路54b。与门53的输出端通过非反相器53a耦合到tdon延迟电路55a，并且通过反相器53b耦合到tdon延迟电路55b。对应的tdon延迟电路54a和54b以及55a和55b有可能通过代表晶体管11和12的电平转移器56以及代表晶体管13和14的电平转移器57耦合到对应的晶体管11-14的控制电极。
图4中示出的第三电路3包括输入端30a和输出端30c，所述输入端30a用于接收所述输入电压信号Uin(更一般来说是输入信号或初级侧信号)，所述输出端30c用于根据所述输入电压信号Uin并且独立于流经所述负载6的输出电流信号供应所述控制信号s(t)。第三电路3还包括用于接收参考电流信号的另一个输入端30b，所述控制信号s(t)还取决于该参考电流信号。此外，第三电路3包括：乘法器31，其用于把所述输入电压信号Uin与所述控制信号s(t)相乘；低通滤波器32，其用于对乘法器输出电压信号进行低通滤波；转换器33，其用于把低通滤波器输出电压信号转换成低通滤波器输出电流信号；以及加法器34，其用于把反相低通滤波器输出电流信号与所述参考电流信号相加。发生器35-37包括：控制器35，其用于接收加法器输出电流信号；压控振荡器36，其用于接收控制器输出信号；以及单稳态触发器37，其用于接收压控振荡器输出信号并且生成所述控制信号s(t)。
在图5中示出了所述控制信号s(t)和所得到的脉冲信号U1(t)。脉冲信号U1包括：具有第一幅度+Uin的第一脉冲、具有不同于第一幅度的第二幅度-Uin的第二脉冲以及具有不同于第一和第二幅度的第三幅度0的电平。优选地，所述第一幅度是正幅度，第二幅度是负幅度，第三幅度基本上是零幅度。
在图6中示出了作为所述脉冲信号U1(t)的函数的流经所述第二电路2的变压器25的初级侧的电流I1(t)和该第二电路2的电容器27两端的电压Uc(t)。
在图7中示出了作为所述脉冲信号U1(t)的函数的流经所述第二电路2(在所述整流器之后)的变压器25的次级侧的电流ID(t)和流经所述负载6的电流Iout。
图8中示出的根据本发明的设备10包括所述第一、第二和第三电路1-3以及所述负载6，所述电压源4这次位于所述第一电路1的外部。
在图9中示出了所述控制信号s(t)以及由所述逻辑电路5从中导出的并且针对各单独晶体管11-14的各单独控制信号f1(输出与门53)、f2(输出与门52)以及T1-T4(输出tdon延迟电路54a、54b、55a、55b)。
一般来说，已经产生了电隔离驱动器拓扑以及用于发光二极管或LED的控制方案。所述输入电压Uin可以是未稳定化的DC电压。所述驱动器包括晶体管H桥11-14、用于该H桥11-14的控制第三电路3、变压器25、串联电容器27、二极管桥21-24以及平滑输出电容器28。在输出端处可以为LED的串联连接供电。
所述变压器25用于进行电隔离，并且可以适配电压电平，比如从300V适配到30V。由该变压器25的杂散电感26与所述串联电容器27形成谐振拓扑。因此，该变压器25的寄生泄露电感可以是所述驱动器的一部分。与基于脉冲宽度调制的转换器(比如正激拓扑或反激拓扑)相反，在这里不需要最小化所述泄露电感。这对于所述隔离和绕组设计来说是有利的，从而将成本保持得较低。
所述控制第三电路3和逻辑电路5生成具有固定脉冲宽度的交替的正、负电压脉冲。在这些电压脉冲之间，所述H桥11-14应当在可设置的时间内保持在自由轮(free wheel)状态下。因此，所述输出受到重复频率的控制。如果所述电路的谐振频率被适当地适配于所述电压脉冲的宽度并且如果LED的数目满足所述电路的操作电压范围，则产生了表现出以下特征的理想的LED供电驱动器：
-所述驱动器中的电流变为正弦，并且其在切换时刻为零。这样避免了切换损失并且使得EMI最小化。
-所述LED中的平均电流与所述驱动器的DC输入电压并且与所述操作频率成比例。这意味着在较大的负载范围内所述LED的电压降不影响所述电流。如果所述DC输入电压乘以所述频率的乘积被保持恒定，则所述LED中的平均电流也是恒定的。此外，所述LED电流可以从标称值向下变化到零。
-所述LED驱动器系统在次级(LED)侧既不需要传感器也不需要控制单元。
-所述LED参数的改变并不影响所述LED中的电流。这也包括单个LED的短路。所有LED的总体电压降可以在33％到100％之间改变。
-可以通过所述变压器25的匝数比来设置标称输出电压。
-所述照明系统非常适用于干线电源。
-可以很容易地安装调暗功能。
-所述电源和控制单元可以被集成在智能电源IC中。
更具体来说，任何未稳定化的DC电压Uin都可以被用来为所述驱动器供电。该电压可以通过使用另一个二极管桥41-44和另一个平滑电容器46从AC干线电源生成。所述驱动器的电源部分包括由4个晶体管11-14实现的H桥。这些晶体管由所述第三电路3通过所述逻辑电路5控制。可以使用电压电平转移器作为所述晶体管11-14的控制电极与所述逻辑电路5之间的接口。
所述H桥11-14的输出端子通过串联电容器27连接到所述变压器25的初级绕组。该变压器25的次级绕组为二极管桥21-24馈电。该二极管桥21-24对来自该变压器25的AC电压进行整流，并且使用平滑电容器28来平滑输出电压Uout。由该输出电压Uout对任意数目的LED的串联连接进行供电。
所述串联电容器27和所述变压器25的杂散电感26形成一个串联谐振电路，其谐振频率fres＝(2π)-1(L26C27)-1/2＝(Tres)-1，其谐振阻抗Zres＝(L26/C27)-1/2。所述H桥生成交替的正、负电压脉冲(+Uin或-Uin)。如果晶体管11和晶体管14处在导通状态下则发生正电压脉冲，并且可以通过接通晶体管12和13来设置负电压脉冲。在各电压脉冲之间，所述H桥11-14提供一条自由轮路径，这可以通过接通11和13或者通过接通12和14来执行。所述正、负脉冲的时间宽度ton优选地被设置成等于所述谐振周期的一半，即ton＝Tres/2，但是也不排除其他设置。
如果所述脉冲宽度ton是固定的，则可以把所述频率fs用作控制参数。其最大值必须被限制到fmax＝fres/2>fs。图5示出了所述H桥11-14的特征输出电压波以及在所述控制第三电路3内部生成的基本切换函数s(t)。
可以通过串联连接的LED的数目及其电压降来确定所述标称输出电压Uout。其可以保持在所述电压范围内。
N2Uin/(3N1)<Uout<N2Uin/N1，其中N2表示所述变压器25的次级绕组，N1表示初级绕组。如果所述条件得到满足，则对于每一个电压脉冲从所述H桥11-14中抽取出两个连续的正弦半波电流脉冲。在图6中给出了对应于特定操作点的相应电流I1(t)。此外，该图还示出了在所述串联电容器27处所得到的电压Uc(t)。
忽略磁化电流，所述变压器25的次级电流与初级电流成比例，即I2＝I1N1/N2。该次级变压器电流I2被所述二极管桥21-24整流，其中在图7中示出了ID(t)＝|I2(t)|。由于所述平滑电容器28的存在，在所述负载6中有DC输出电流，其等于所述经过整流的次级电流的平均值，即Iout＝IDrectified。
所述输出电流(从而所述LED电流)与所述频率和所述输入电压成比例：Iout＝2UinN1fs/(ZresπN2fres)。由于所述输入电压Uin随着干线电源电压改变并且由于由另一个较小的平滑电容器46导致的电压波纹，所述频率fs可以被适配成使得Uin与fs的乘积(从而所述输出电流Iout)被保持相对恒定。
这可以通过所述第三电路3来实现，但是也不排除其他电路。在第一步中，对将由所述切换函数s(t)和输入DC电压Uin生成的无符号电压脉冲进行低通滤波(例如通过RC网络)。所得到的DC电压与所述电压频率乘积成比例。通过所述转换器33把该电压转换成电流，并且把该电流与参考电流Iref相比较，其差通过所述控制器35设置所述操作频率fs。此外，该控制器35控制所述压控振荡器36，该压控振荡器36生成fs并且触发所述单稳态触发器37，该单稳态触发器37生成所述控制信号s(t)，该控制信号的脉冲具有脉冲宽度ton。优选地(但不是排他地)，ton＝1/(2fres)。所述接通延迟电路54a、54b、55a、55b引入时间延迟tdon，以避免所述H桥11-14中的短路。
可能的修改有：
-取代MOSFET，可以使用任何其他晶体管技术。
-可以省略与所述LED并联连接的平滑电容器28。这对于所述平均电流没有影响，但是会增大所述LED的RMS和峰值电流。
-可以总是通过接通12和14来实现所述H桥11-14的自由轮路径。在这种情况下，上方晶体管11和13的接通时间被限制到所述恒定脉冲宽度ton，这是一个优点。
-所述串联电容器27还可以被插入到所述变压器的次级侧，或者可以在全部两侧都使用串联电容器。
-可以通过PFC整流器电路来实现所述输入整流器。
-可以在没有变压器25的情况下利用电感器来实现所述驱动器，所述电感器比如是用于形成所述谐振拓扑的串联扼流圈。
-还可以用分离输出绕组加上仅仅两个二极管的组合来取代所述全桥输出整流器21-24，这样做的好处是节省了两个二极管并且二极管正向导通损失较小(但是其代价是需要第二绕组，并且有可能对于正、负变压器输入电压得到非对称的LED峰值电流)。
本发明可以被用于墙壁泛光、LCD背光以及一般照明，但是也不排除具有LED或者非LED的形式的负载的其他照明。
图10中示出的根据本发明的供电电路包括：第一电路101，其包括一个半桥，该半桥具有耦合到源Vo的第一晶体管111和第二晶体管112的串联晶体管电路；以及第二电路102，其例如包括电容器127和电感器126的串联谐振电路。所述串联谐振电路的一侧耦合到所述串联晶体管电路的公共点，其另一侧耦合到第一和第二(反并联)分支。所述第一(第二)分支包括耦合到电容器128A(128B)与例如串联耦合的LED 106A(106B)的并联电路的二极管121A(121B)。
可替换地，例如可以用半桥模式下的全桥来取代所述半桥。或者还可以用变压器来取代所述电感器126，其中该变压器的初级侧耦合到所述电容器127，其次级侧耦合到所述各分支。
图11中示出的根据本发明的供电电路包括：第一电路101，其包括一个半桥，该半桥具有耦合到源Vo的第一晶体管111和第二晶体管112的串联晶体管电路；以及第二电路102，其例如包括电容器127和电感器126的串联谐振电路。所述串联谐振电路的一侧耦合到所述串联晶体管电路的公共点，其另一侧耦合到第一和第二(反并联)分支。所述第一(第二)分支包括耦合到电容器128C(128D)的二极管121C(121D)的第一(第二)串联二极管-电容器电路。所述串联二极管-电容器电路的公共点例如通过串联耦合的LED 106C彼此耦合。这是具有双电容器构造的电压加倍器。
图12中示出的根据本发明的供电电路包括：已经关于图10和11讨论过的半桥，该半桥具有耦合到所述源Vo的第一晶体管111和第二晶体管112的串联晶体管电路；例如已经关于图10和11讨论过的电容器127和电感器126的串联谐振电路。所述串联谐振电路的一侧耦合到电容器128E，该电容器128E耦合到二极管121E的阳极并且耦合到二极管121F的阴极。这些二极管121E-121F还例如耦合到串联耦合的LED106E。这是具有单电容器构造的电压加倍器。
图13中示出的根据本发明的供电电路对应于图11和12中示出的供电电路，其中用Cockroft-Walton倍增器构造取代了所述电压加倍器构造。
在图14中示出了作为时间的函数的由第一电路101供应的电压Vin和电容器127两端的电压Vc，在图15中针对等于126、127的谐振周期的两倍的切换周期示出了作为时间的函数的流经电感器126的电流。在图20中针对大于126、127的谐振周期的两倍的切换周期示出了电压Vin、流经电感器126的电流和平均电流Io1。
所述拓扑可以是例如驱动串联振荡回路的半桥与处在或者低于谐振的整流器负载分支的组合。因此所述拓扑像电压-电流转换器那样操作，例如当所述输入电压和所述切换频率都恒定时，则所述输出电流是已知的，不需要用于恒定电流负载驱动的附加旁路，实现了零电流切换，谐振操作模式允许提高切换频率以便减少一定数量的无源组件，所述拓扑具有以下特征：其可以在具有或没有变压器的情况下操作；其具有固有的短路保护；其可以具有集成的磁性元件以用于基于变压器的解决方案，其中变压器泄露电感可以被用作串联振荡回路电感器；其可以具有低EMI的正弦振荡回路电流以便允许AC总线；其不需要交叉调节，从而一条输出分支中的负载变化不会影响所述输出中的电流；其中有隐含的过电压保护，并且其可以被用来驱动电压倍增器以便在没有变压器的情况下增大输出电压摆幅(这对于集成来说是很重要的)。
在图10-15中，Vo表示DC输入电压，111和112例如是半桥的MosFet，127和126例如是串联谐振振荡回路元件，121是输出整流器二极管，106是例如LED的负载串。
根据图10、14和15，对于稳定状态，所述响应可以被细分成具有两个子间隔的两种状态。所述两种状态被如下定义：I)121A接通并且121B关断(状态I)；以及II)121A关断并且121B接通(状态II)。在图14和15中定义的子间隔1、2、3、4可以具有相同的长度：t1＝t2＝t3＝t4＝τ，其中τ表示谐振周期：τ＝π＊√(L1＊C1)。所述切换周期Ts可以被选择成4＊τ或更大。通过对于全部两种状态设置微分网络方程并且观察连续性和周期性条件，可以解析地计算相关的电流和电压。对于每一种状态，在全部两条负载分支中的一个切换周期Ts＝1/fs内的平均电流的关系可能是非常重要的：iavI＝iavII＝2/π＊Vo/Zo＊fs/fres，其中Zo＝√(L1/C1)。
该方程表明，所述平均输出电流与所述输入dc电压Vo和所述切换频率fs的乘积成比例：
如果Vo是恒定的，则流经所述负载的电流也是恒定的。甚至所述负载和交叉调节误差也为零，这意味着一条分支上的电压改变既不会影响相同分支上的电流也不会影响另一条分支上的电流。如果所述输入电压发生改变，则所述切换电流可以被适配成使得Vo与fs的乘积(从而所述输出电流)也被保持得相对恒定。这在下面将讨论的图17和18中示出。因此，例如所述半桥拓扑像理想的电压/电流转换器那样操作。另一个很重要的方面是对应于恒定输出功率的峰值负载电流。由于所述转换器在谐振下振荡并且所述切换周期是4τ，因此在每一种状态下有两个局部电流峰值：ipk1I＝|-0.5＊(Vo-Vout1+Vout2)/Zo|和ipk2I＝|-0.5＊(Vo+Vout1-Vout2)/Zo|。可能期望所述两个峰值都是平衡的，即差不多具有相同的大小，从而使得对应于给定功率(平均电流)的峰值电流应力是最小的。通过观察对应于根据本发明的转换器的峰值电流的全部两个表达式，可以看出在输出电压Vout1、Vout2与Vo相比较小时，全部两个值是平衡的。这意味着所提出的转换器完全适用于具有小电源电压的应用，比如其中仅有几个LED被串联的高功率二极管。
在图16中示出了对应于不同情况A-F(例如对于Vout<<Vo)的电压和电流。A：没有零状态的输入电压全桥；B：输入电压半桥；C：具有零状态的输入电压全桥；D：没有零状态的二级管电流全桥；E：二级管电流半桥；以及F：具有零状态的二级管电流全桥。
在图17中示出了对应于不同情况A-C(交叉调节)的电流。在具有用于改变相同分支内的输出电压的二极管的某一分支内的电流和平均电流表明，平均电流是恒定的。负载参数是ld＝0，0.5，1，其中Vout1＝ld＊Vout、Vout2＝Vout、Vout＝48V、Vin＝100V。
在图18中示出了作为时间的函数的对应于不同情况A-C的电流(全部都在一个曲线图中)。在用于改变另一条分支内的输出电压的某一分支内的电流和平均电流表明，平均电流是恒定的。参数是ld＝0，0.5，1，其中Vout1＝ld＊Vout、Vout2＝Vout、Vout＝48V、Vin＝100V。
因此，例如利用双重单向整流以及利用电容器-二极管电压倍增器产生了例如在Ts≥4＊τ(其中τ＝π＊sqrt(L＊C))下驱动的例如具有串联谐振振荡回路和经过整流的输出的半桥拓扑。可替换地，可以引入具有可变驱动的全桥，从而如下驱动所述全桥：作为半桥来驱动(接通和关断时间＝2＊τ，其中Ts≥4＊τ)；或者作为没有自由轮状态的全桥来驱动(正接通和负接通时间＝2＊τ，其中Ts≥4＊τ)；或者作为具有自由轮状态的全桥来驱动(正接通和负接通时间＝τ，自由轮状态＝每一个脉冲之后的T，其中Ts≥4＊τ)。换句话说，虽然没有在图10-13中示出，但是第三电路可以被用于根据如上定义的四种驱动方案当中的一种或多种来驱动所述桥，以便降低所述输入信号与输出信号之间的相关性。
图19中示出的根据本发明的供电电路包括第一电路201、第二电路202和第三电路203。第一电路201包括电压源204，其用于通过第一和第二参考端子215和216生成输入电压信号Uin。第一电路201还包括两个晶体管211-212。第一晶体管211的第一主电极耦合到第一参考端子215，其第二主电极耦合到第二电路202的第一输入端220a。第二晶体管212的第一主电极耦合到第一晶体管211的第二主电极，其第二主电极耦合到第二参考端子216，该第二参考端子216还耦合到第二电路202的第二输入端220b。第一电路201还包括逻辑电路205，其耦合到第三电路203并且耦合到所述晶体管211-212的控制电极。该逻辑电路205例如与前面讨论的逻辑电路5的一部分完全相同。第二电路202例如与前面讨论的第二电路2完全相同。
在图20中针对大于126、127的谐振周期的两倍的切换周期示出了电压Vin、流经电感器126的电流和平均电流Io1。T＝切换频率，ton＝Tres，其中Tres＝谐振周期。
该图20示出了对应于T>2＊Tres的定时，其中ton＝Tres并且Toff>Tres。最小定时是T＝2＊Tres，其中ton＝Tres并且Toff＝Tres(如图14-15中所示)。
概括地说，为用于向负载6、106、206供应输出电流信号并且包括第一电路1、101、201和第二电路2、102、202的供电电路1-3、101-102、201-203提供了第三电路3、203以用于控制所述第一电路1、101、201，其中所述第一电路1、101、201具有晶体管11-14、111-112、211-212以用于把输入电压信号转换成脉冲信号，所述第二电路2、201、202具有谐振电路以用于接收所述脉冲信号并且用于向所述负载6、106、206供应所述输出电流信号，所述第三电路3、203包括发生器35-37以用于生成控制信号，所述控制信号用于控制所述晶体管11-14、111-112、211-212以便降低所述输入电压信号与所述输出电流信号之间的相关性。所述第三电路3、203根据所述输入电压信号并且独立于所述输出电流信号供应所述控制信号。所述晶体管11-14、111-112、211-212可以形成全桥、操作在半桥模式下的全桥或者半桥。
“相对”和“基本上”之类的术语定义30％的最大偏差，优选地是20％，更加优选地是10％，最优选地是1％。换句话说，这种术语定义了70-130％、优选地是80-120％、更加优选地是90-110％、最优选地是99-101％的区间。
应当注意到，上面提到的实施例说明而不是限制本发明，在不偏离所附权利要求书的范围的情况下，本领域技术人员能够设计出许多替换实施例。在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。“包括”一词不排除未在权利要求中列出的其他元件或步骤的存在。元件之前的“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件来实现，并且可以通过适当编程的计算机来实现。在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置当中的几个可以用同一项硬件来具体实现。在互不相同的从属权利要求中阐述某些措施并不意味着不能使用这些措施的组合来获益。

Claims (20)

1、用于向负载(6，106，206)供应输出信号的供电电路(1-3，101-102，201-203)，该供电电路(1-3，101-102，201-203)包括：
第一电路(1，101，201)，其用于把输入信号转换成脉冲信号，该第一电路包括晶体管(11-14，111-112，211-212)；
第二电路(2，102，202)，其用于接收所述脉冲信号并且用于向所述负载(6，106，206)供应所述输出信号，该第二电路(2，102，202)包括谐振电路；以及
第三电路(3，203)，其用于控制所述第一电路(1，101，201)，该第三电路(3，203)包括用于生成控制信号的发生器(35-37)，所述控制信号用于控制所述晶体管(11-14，111-112，211-212)以便降低所述输入信号与所述输出信号之间的相关性。
2、如权利要求1所限定的供电电路(1-3)，所述第三电路(3)包括用于接收所述输入信号的输入端(30a)，并且包括用于根据所述输入信号且独立于所述输出信号供应所述控制信号的输出端(30c)。
3、如权利要求2所限定的供电电路(1-3)，所述第三电路(3)包括用于接收参考信号的另一个输入端(30b)，所述控制信号还取决于该参考信号。
4、如权利要求3所限定的供电电路(1-3)，所述第三电路(3)包括：用于把所述输入信号乘以所述控制信号的乘法器(31)、用于对乘法器输出信号进行低通滤波的低通滤波器(32)、用于把低通滤波器输出信号转换成低通滤波器输出信号的转换器(33)以及用于把反相低通滤波器输出信号与所述参考信号相加的加法器(34)，所述发生器(35-37)包括：用于接收加法器输出信号的控制器(35)、用于接收控制器输出信号的压控振荡器(36)以及用于接收压控振荡器输出信号并且生成所述控制信号的单稳态触发器(37)。
5、如权利要求1所限定的供电电路(1-3)，所述脉冲信号包括具有第一幅度的第一脉冲、具有不同于第一幅度的第二幅度的第二脉冲以及具有不同于第一和第二幅度的第三幅度的电平。
6、如权利要求1所限定的供电电路(1-3)，所述脉冲信号包括具有第一幅度的第一脉冲以及具有不同于第一幅度的第二幅度的第二脉冲。
7、如权利要求1所限定的供电电路(101-102，201-203)，所述脉冲信号包括具有第四幅度的第三脉冲以及具有第五幅度的电平。
8、如权利要求1所限定的供电电路(1-3，201-203)，所述谐振电路包括变压器(25，225)以及串联耦合到该变压器(25，225)的初级侧或者该变压器(25，225)的次级侧的电容器(27，227)。
9、如权利要求1所限定的供电电路(101-102)，所述谐振电路包括电感器(126)以及串联耦合到该电感器(126)的初级侧或者该电感器(126)的次级侧的电容器(127)。
10、如权利要求1所限定的供电电路(1-3，101-102，201-203)，所述负载(6，106，206)包括一个或多个发光二极管。
11、如权利要求1所限定的供电电路(1-3)，其包括用于对AC信号进行整流的一个或多个输入二极管(41-44)，所述输入信号包括经过整流的AC信号。
12、如权利要求1所限定的供电电路(1-3)，所述脉冲信号包括其脉冲宽度基本上等于所述谐振电路的谐振周期的一半的脉冲。
13、如权利要求1所限定的供电电路(1-3)，所述脉冲信号包括其脉冲频率基本上等于或小于所述谐振电路的谐振频率的一半的脉冲。
14、如权利要求13所限定的供电电路(1-3)，所述输入信号与所述脉冲频率的乘积基本上是恒定的。
15、如权利要求1所限定的供电电路(101-102，201-203)，所述脉冲信号包括其脉冲宽度基本上等于所述谐振电路的谐振周期的脉冲。
16、如权利要求1所限定的供电电路(101-102，201-203)，所述脉冲信号包括其脉冲频率基本上等于或小于所述谐振电路的谐振频率的脉冲。
17、如权利要求16所限定的供电电路(101-102，201-203)，所述输入信号与所述脉冲频率的乘积基本上是恒定的。
18、包括如权利要求1所限定的供电电路(1-3，101-102，201-203)并且还包括负载(6，106，206)的设备(10)。
19、用于向负载(6，106，206)供应输出信号的方法，该方法包括以下步骤：
通过第一电路(1，101，201)把输入信号转换成脉冲信号，该第一电路(1，101，201)包括晶体管(11-14，111-112，211-212)；
通过第二电路(2，102，202)接收所述脉冲信号并且向所述负载(6，106，206)供应所述输出信号，该第二电路(2，102，202)包括谐振电路；以及
通过第三电路(3，203)控制所述第一电路(1，101，201)，该第三电路(3，203)包括用于生成控制信号的发生器(35-37)，所述控制信号用于控制所述晶体管(11-14，111-112，211-212)以便降低所述输入信号与所述输出信号之间的相关性。
20、用于执行如权利要求19所限定的方法的各步骤的计算机程序产品以及/或者用于存储所述计算机程序产品的介质。
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