CN102624259B - 例如用于光源的电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种供电装置，包括：具有次级绕组(T2)以向负载(L)馈送电流的变压器(T)、控制电路(18，22，24；R12)、以及用于控制电路的辅助电源(50)。辅助电源包括：至少一个输出电容器(Cp)，在其两端为控制电路提供有供电电压；至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1；Cp2)，适于由被馈送给负载的电流通过；比较器(53)，对所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp2)上的电压敏感；开关(52)，置于所述至少一个电荷积聚电容器与所述输出电容器之间并耦接至比较器，从而，在所述至少一个电荷积聚电容器上的电压达到参考电平时，开关通过将所述至少一个电荷积聚电容器上的电荷转移到输出电容器上来将电荷积聚电容器耦接至输出电容器。

Description

例如用于光源的电源装置
技术领域
本公开内容涉及一种电源装置。
在各种实施方式中，所作描述可能涉及适于例如与光源如LED光源一起使用的电源装置。
背景技术
附图中的图1通过参考示例示出了开关型电源装置的设计。
图1中整体用10表示的装置使得能够从市电交流电压AC IN例如220V/50Hz或者110V/60Hz对负载L供电，该负载L包括例如一个或若干LED(例如适于用作光辐射源的所谓的LED“串”)。
装置10构造在变压器T的周围，变压器T包括初级绕组T1和次级绕组T2。
初级绕组T1标识装置10的“初级”侧，“初级”侧基本上包括整流器12、稳定网络14以及至少电子开关16(例如金属氧化物半导体场效应晶体管)，电子开关16适于根据由控制器18提供的控制信号交替地接通和关断。
在装置10的次级侧(因此，次级侧与初级侧隔离)，除了适于对负载L供电的“主”次级绕组T2，还可以设置有用20表示的辅助次级绕组，辅助次级绕组适于对电路部件供电，电路部件诸如确保对装置10的操作进行控制(主要通过控制器18)的逻辑的供电的逻辑电路22和24。
图1中示出的示例性实施方式具有通过光耦合器(光隔离器)26a、26b而耦接至彼此的电路22和24，使得对于控制信号也确保装置10的分别与变压器的初级绕组T1和次级绕组T2有关的两部分的电绝缘。
图1中的示图仅具有示例性功能，其仅旨在总体上介绍可能的电路设计，该可能的电路设计可以更好地服从以下描述的现象。
因此，本发明的范围、特别是各种实施方式绝不限于图1中的具体的电路布置，该电路布置基本在图4的示图中再次示出，这将在以下描述。
在诸如图1示出的装置中，确保对电路22、24的供电功能具有稳定的电压电平可能是至关重要的。
在负载L变化时，这是例如通过防止电路22和24的、可能引起电路10的不合适的操作的变化(例如电压变化)来完成的。
这一点是正确的，而与图1中示出的具体的电路拓扑结构无关。在这个方面，应当理解，对在图中用表示电气部件的常见符号标示的若干元件没有进行详细描述，这样选择的目的在于，出于实现实施方式的目的而强调：可以用本领域技术人员公知的、功能上等效的方案来代替示出的特定的电路方案。
这对于图2和3来说基本上也是正确的，图2和3示出了框图，根据发明人的观察，即使负载L变化，该框图仍可以用于确保对电路22和24的稳定的供电。
例如，图2中的示图示出了给图1中已经示出的辅助绕组20添加线性调节器20a的可能性。
该方案具有效率极低的缺点：线性调节器20a必须能够应对次级绕组20两端的电压阶跃以及辅助电流的相应的倍增因数。
图2中的布置的另外的固有缺点在于：由于两个次级绕组T2和20的固定的耦接，在次级绕组T2两端的电压下降时，辅助次级绕组20两端的电压可以达到非常低的电平，低于对辅助逻辑电路22、24供电所需的最小值。
这样的问题可能在包括有LED光源L的负载的情况下出现。特别地，包括有LED光源L的负载称为LED“串”，即，即使例如，由于为了改变光源的亮度而关闭了一个或若干这样的LED，即实际上短路，从而由于串内的有效LED的数量变化而导致输出电压出现可能的变化，然而，该负载仍然具有恒定的功耗。
在更少量的有效LED的情况下，辅助电路20、20a不再能够产生足以对次级逻辑电路22、24供电的电压。
发明人已经观察到：如示意性地在图3中示出的那样，另外的选择是在主次级绕组T2处布置降压变换器，同时，通过经由电子开关连接至次级绕组T2的电感器25、根据降压变换器的典型布置，在带电电容器23的两端向逻辑电路22、24馈送供电电压，其中，电子开关诸如金属氧化物半导体场效应晶体管27，附图标记29表示用于在开关27闭合时再循环通过电感器25(和电容器23)的电流的二极管。
在金属氧化物半导体场效应晶体管27接通(即导通)时，降压变换器的这样的布置对负载馈电并且对电感器25充电，而在“断开”阶段，即在金属氧化物半导体场效应晶体管27非导通或者断开时，电流在负载和二极管29中再循环。
图3中考虑的方案具有效率高的优点。然而，该优点由于相当大数量的部件(带来必然的成本增加)的存在以及在高电压输出的情况下对于相当昂贵的电子开关的需要而被减小，该电子开关诸如金属氧化物半导体场效应晶体管27。
图3中考虑的方案还会示出输出电压的值很低的操作问题。实际上，在这种情况下，降低电压的降压电路不能操作，这是因为供电电压即输出电压小于需要用于辅助电源的电压。
发明内容
本发明的目的是提出一种克服上述布置的缺点的方案。
根据本发明，这样的目的是通过具有后附的要求保护的技术方案中具体提出的特征的装置来实现的。
本发明提出的技术方案包括一种供电装置，该供电装置包括：变压器，所述变压器具有次级绕组，以向负载馈送电流；控制电路，所述控制电路用于所述装置；辅助电源，所述辅助电源用于所述控制电路，其特征在于，所述辅助电源包括：至少一个输出电容器，在所述至少一个输出电容器两端为所述控制电路提供有供电电压；至少一个电荷积聚电容器，所述至少一个电荷积聚电容器待由馈送给所述负载的电流通过，比较器，所述比较器对所述至少一个电荷积聚电容器上的电压敏感，以及开关，所述开关置于所述至少一个电荷积聚电容器与所述输出电容器之间，所述开关耦接至所述比较器，从而，在所述至少一个电荷积聚电容器上的电压达到参考电平时，所述开关通过将所述至少一个电荷积聚电容器上的电荷转移到所述输出电容器上来将所述至少一个电荷积聚电容器耦接至所述输出电容器。
后附的要求保护的技术方案是本文中提供的发明的技术教示的组成部分。
在各种实施方式中，设置有辅助电源，以便在存在有不同的负载的情况下仍具有稳定的电压。
在各种实施方式中，输出电压可以变化(例如，在LED光源的情况下，由于构成发光串的LED的数量发生变化)，同时，保持辅助供电网的正确操作。
在各种实施方式中，辅助电压在短路的情况下不变化，这是因为电路即使在有电流通过的情况下仍然能够正确地操作。
由于不存在电压降且不存在很高的切换频率，所以，各种实施方式比传统的方案更高效，在传统的方案中，线性调节器存在电压降，降压变换器存在很高的切换频率。
在各种实施方式中，得到了由可以在低电压下操作的少量的部件构成的简单且廉价的电路。
附图说明
现在，将参照附图、仅借助于非限制性示例对本发明进行描述，附图中：
图1至3已经在前面进行了描述，
图4是实施方式的框图，以及
图5和图6示出了实施方式的实现细节。
具体实施方式
在以下描述中，给出了大量的具体细节，以提供对实施方式的彻底理解。在没有一个或若干具体细节的情况下或者在有其他方法、部件、材料等的情况下都可以实践实施方式。在另外的示例中，没有详细示出或者描述公知的结构、材料或者操作，以防止使得实施方式的方面含糊不清。
贯穿本详细说明，参照“一个实施方式”或“实施方式”表示结合实施方式描述的特定的特征、结构或特点包括在至少一个实施方式中。从而，贯穿本详细说明的各个位置处的短语“在一个实施方式中”或者“在实施方式中”的出现不是必须都涉及相同的实施方式。此外，可以在一个或更多个实施方式中以任意合适的方式对特定的特征、结构或者特点进行组合。
本文中设置的标题仅仅是为了方便，而不是解释实施方式的范围或者含义。
图4中的示图基本上复制了之前图1描述的示图。因此，在图4中用相同的附图标记表示与参照图1描述的那些部分、元件和部件相同或等效的部分、元件和部件，并且下面将不再对其进行详细描述。
参照图4，再次回想已经结合图1描述过的内容。
图1和图4的示图都必须理解为是切换供电装置的总体表示，其中，该切换供电装置包括具有初级绕组T1以及次级绕组T2的变压器T，初级绕组T1连接至市电供电电压(AC IN)，使用中的次级绕组T2连接有负载L，负载L包括例如LED串。
因此，电路级别的具体实现细节对于实施方式的实践来说既不是相关联的也不是必须的。
基本上，如上所述，无论装置10的具体拓扑结构如何，目的都是在装置的“次级”部分内产生辅助供电电压，该辅助供电电压可以用于对适于确保装置10的控制的电路(在此用逻辑电路22、24作为示例)进行供电。目的是获得在负载L发生任何变化的情况下总体上稳定的辅助供电电压。
以下，鉴于辅助供电电压可以由负载R12(图5和6)来使用，假定使得能够在用Cp表示的电容器(参见图4、5和6中的示图)两端使用所述辅助供电电压，其中，各种实施方式中的负载R12都可以具有图4中示出的结构。要再次回想起：这样的设计仅仅是示例性的，而绝非强制性的。
在本说明书中，已经假定所述辅助供电电压经由整体用50表示的电路获得，可以认为该电路连接至电流发生器60，该电流发生器60理想地包括次级绕组T2和与该次级绕组T2相关联的电路，从而向负载L供应稳定的电流值(而不管为了本领域技术人员已知的那些目的中的目的而采用的具体实施方式是什么)。在图4至6的示图中，用次级绕组T2限定的电流发生器被假定为通过母线电容器CB对负载L供电。
在图5的示图中以及在图6的示图中，附图标记52表示电子开关，例如金属氧化物半导体场效应晶体管。
另一方面，附图标记53示出了优选地为迟滞类型的比较器(具有值DV)，该比较器以如下方式连接，该方式使得比较器能够在电压Vref以上激活(接通)金属氧化物半导体场效应晶体管52并且能够在电压Vref-DV以下关断金属氧化物半导体场效应晶体管52。
现在，专注于图5的示图，假定金属氧化物半导体场效应晶体管52初始断开(非导通)，流过负载L的电流通过二极管D1，从而经由电阻器R3对电容器Cp3充电，该电阻器R3适于表示电容器的参数甚至是非理想的参数(ESR)。
电容器Cp3两端的电压(或者电容器Cp3与电阻器R3之间的串联连接两端的电压)通过比较器53来感测。
在该电压达到上参考电平Vref时，比较器53通过接通金属氧化物半导体场效应晶体管52来对金属氧化物半导体场效应晶体管52进行操作，这使得(“促使”)电容器Cp3能够与处于接地电平的负极连接，使得能够通过二极管D2和电阻器R11将在此聚集的能量的一部分传递至以电压V1被充电的电容器Cp两端。
电容器Cp3实际上通过将电容器Cp的电压抬升至平衡值V2来对电容器Cp充电，使得可以认为现在电容器Cp和Cp3并联连接至平均电压V2。
现在，辅助负载R12将两个电容器放电至由Vref-DV给定的下参考电压。
在感测比其阈值(Vref-DV)更低的电压时，比较器53再次断开电子开关52，使得电容器Cp3再次以电流I被充电。
现在，电容器Cp单独工作，并且被放电至V1，而电容器Cp3再次充电，以此方式从开始重复上述循环。
图5中涉及的实施方式设置了电容器Cp3，流经负载L的所述电流通过电容器Cp3，从而对电容器Cp3充电。
在这样的电容器的电荷级别达到给定的参考阈电平时，开关(金属氧化物半导体场效应晶体管)52被接通，从而将电容器Cp3的充电电压带至接地点以上，并且从而将这样的电容器的能量传递给具有辅助供电电压的电容器Cp。
以这种方式，使得能够在电容器Cp上使用通过使流经负载L的电流通过电容器Cp3而在电容器Cp3上“浮动地”积聚的能量，如涉及接地的(正)电压。
图5中涉及的实施方式可以适于用于如下情况，其中，辅助电流(即用于对电容器Cp3充电的电流)小于或者至多等于流经负载L的电流。
在需要更大的供电的情况下，可以求助于图6中示出的布置，其中，用相同的附图标记表示与已经结合图5描述的部分或部件相同或等效的部分或元件和部件。
在图6的情况下，在电子开关52断开时，来自负载L的电流用于(经由相应的二极管D1、D3)对电容器Cp1和Cp2二者充电。
比较器53再次感测其中一个电容器(在当前考虑的情况下，是电容器Cp2)两端的电压，或者更具体地，比较器53再次感测电容器Cp2和与其相关联的电阻器R3”的串联连接两端的电压。
在这样的电压达到比较器53上设置的阈电平Vref时，所述比较器53操作开关52，使得开关52导通，从而将电容器Cp1和Cp2两者带到地电压电平以上。
这产生了第一电流通路，第一电流通路从电容器Cp1开始经过二极管D2、又从二极管D2到达电容器Cp、接着又通过二极管D3返回。建立了另外的通路，该另外的通路从电容器Cp2、经由二极管D5、朝着电容器Cp、并随后通过二极管D7返回。
再次，在比较器53两端的电压变得小于下阈电平时，比较器53再次作用于开关52，以将开关52断开并回复如下情况，其中，鉴于后面的朝着电容器Cp的传递，电容器Cp1和Cp2开始再次积聚能量。
基本上，图6中涉及的布置包括对多个电荷积聚单元的使用，电荷积聚单元适于将电荷朝着电容器Cp转移。
当然，在不违背本发明的基本原理并且不偏离如所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，相对于仅借助于示例已经描述的内容，可以对细节和实施方式进行变化甚至明显地变化。

Claims (9)

1.一种供电装置，包括：
变压器(T)，所述变压器(T)具有次级绕组(T2)，以向负载(L)馈送电流；
用于所述装置的控制电路(18，22，24；R12)；
用于所述控制电路(18，22，24；R12)的辅助电源(50)，
其特征在于，所述辅助电源(50)包括：
至少一个输出电容器(Cp)，在所述至少一个输出电容器(Cp)两端为所述控制电路(18，22，24；R12)提供有供电电压；
至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)，
比较器(53)，所述比较器(53)对所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp2)上的电压敏感，以及
开关(52)，所述开关(52)置于所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)与所述输出电容器(Cp)之间，所述开关(52)耦接至所述比较器(53)，从而，
在所述至少一个电荷积聚电容器上的电压在参考电平以下时，经过所述负载的电流通过所述至少一个电荷积聚电容器；以及
在所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp2)上的电压达到参考电平时，所述开关(52)通过将所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)上的电荷转移到所述输出电容器(Cp)上来将所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)耦接至所述输出电容器(Cp)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)与所述次级绕组(T2)串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述开关(52)在所述装置(10)的接地与所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)的电容器板中的一个电容器板之间起作用，从而，在所述开关(52)接通时，所述开关(52)迫使所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp1，Cp2)上的电荷在所述装置(10)中的接地点以上。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述比较器(53)是具有迟滞的比较器，所述比较器被配置成针对所述至少一个电荷积聚电容器(Cp3；Cp2)上的电压的上电平和下电平而分别接通和关断所述开关(52)。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，
多个所述电荷积聚电容器(Cp1，Cp2)被设置成由馈送给所述负载(L)的电流通过，
所述比较器(53)对所述多个电荷积聚电容器(Cp1，Cp2)中的一个电荷积聚电容器(Cp2)上的电压敏感，
所述开关(52)置于所述多个电荷积聚电容器(Cp1，Cp2)与所述输出电容器(Cp)之间，所述开关(52)耦接至所述比较器(53)，从而，在所述多个电荷积聚电容器(Cp1，Cp2)中的所述一个电荷积聚电容器(Cp2)两端的电压达到参考电平时，所述开关(52)通过将所述多个电荷积聚电容器(Cp1，Cp2)上的电荷转移到所述输出电容器(Cp)上来将所述多个电荷积聚电容器(Cp1，Cp2)耦接至所述输出电容器(Cp)。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述开关(52)是电子开关。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述开关(52)是金属氧化物半导体场效应晶体管。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述负载(L)是光源。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述负载(L)是LED光源。
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