CN103582246A

CN103582246A - 用于使至少一个led运行的降压变换器

Info

Publication number: CN103582246A
Application number: CN201310308641.9A
Authority: CN
Inventors: 贝恩德·鲁道夫
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: US9131566B2; DE102012212875B3; US20140021878A1; CN103582246B

Abstract

本发明涉及一种用于使至少一个LED（D8，D9，D10）运行的降压变换器（10）。同时，降压扼流圈包括第一降压扼流圈（L1a）和第二降压扼流圈（L1b），其中，在两个降压扼流圈（L1a，L1b）的耦合点（N2）和用于控制降压开关（S1）的控制装置（14）的电源接口（HV，VCC）之间耦合有充电泵（16）。

Description

用于使至少一个LED运行的降压变换器

技术领域

本发明涉及一种用于使至少一个LED运行的降压变换器，包括：用于与直流电源电压耦合的输入端，其具有第一输入接口和第二输入接口；用于与至少一个LED耦合的输出端，其具有第一输出接口和第二输出接口，其中第一输入接口与降压变换器的输出接口耦合；降压二极管、降压开关以及至少一个降压扼流圈，其中降压二极管和降压开关串联，并且在形成第一串联耦合点时该串联电路串联地耦合在第一输入接口和第二输入接口之间，其中降压扼流圈耦合在第一耦合点和降压变换器的第二输出接口之间；以及具有输出端的控制装置，该输出端与降压开关耦合，其中该控制装置还包括与两个输入接口之一耦合的电源接口。

背景技术

随着LED在普通照明领域的广泛应用，已经产生的需求是用于这些部件的特别简易和价格低廉的供电电路。用于LED的进一步扩展的基本电路是电网驱动的降压变换器，其如在图1中示例性示出。示出的降压变换器10具有输入端,其具有第一输入接口E1和第二输入接口E2，它们可以直接与交流电源电压U_N耦合。包括二极管D1至D4的整流器12的输入端GE1,GE2与输入接口E1，E2耦合。目前，降压变换器10是由交流电源电压驱动的，因此存在整流器。可替代地，降压变换器10也可以直接由直流电源电压驱动，因此就可以取消整流器。

在整流器第一输入接口GA1和第二输出接口GA2之间耦合了一个电容器C1，考虑到高电源功率因素，相对于降压变换器上运行的负载，较小地确定电容器C1的大小。包括欧姆电阻R1和R2的分压器与这个电容器C1并联。分压器R1，R2的抽头被引向控制装置14，其中，欧姆电阻和电容器C2的并联电路用于对输入端E1，E2上施加的电压滤波，这样一来，在输入端FB上存在关于输入电压U_N的当前值的可靠信息。为了给控制装置14供电，它同样也与整流器输出端GA1，GA2耦合。降压变换器10包括降压二极管D7以及降压开关S1，它们与电阻器R3串联地耦合在整流器输出端GA1，GA2之间。电阻器R3上的电压U_R3通过电阻R4导向控制装置14。设计控制装置14以通过电阻R5对开关S1的控制电极进行控制。特别是这样实现这种控制，即在不连续的模式中使降压变换器10工作。优选的工作频率是在20至500kHz之间，例如65kHz。

降压变换器10具有输出端，其具有第一输出接口A1和第二输出接口A2，在它们之间，当前作为负载耦合有多个串联的LED D8，D9，D10。与输出端A1，A2耦合的LED的数量最好是在2至20之间。

降压扼流圈L1耦合在一方面的降压二极管D7和降压开关S1的耦合点N1和另一方面的输出接口A2之间。在降压变换器的充电阶段，在回路GA1，A1，D8，D9，D10，A2，L1，N1，S1，R3，GA2中有电流流动。同时，降压扼流圈被磁化。在放电阶段，降压开关S1闭合，并且降压扼流圈L1被消磁。因此，电流在回路L1，D7，A1，D8，D9，D10，A2中流动。

在图1中示出的降压变换器10中，控制装置14的电流供应是通过输入端HV实现的。该电流供应是耗散的。考虑到这种类型控制装置的电流消耗为几mA，这种做法在稳定运行状态下是不期望的。相反，控制装置14的电源应该是简易而且损失尽可能少。

在这种情况下，已知地是，实现一个用于控制装置14的辅助电源，即在降压扼流圈L1上设计辅助绕组。然而，由此导致的缺点是，降压扼流圈L1成为了专用组件，这样一来，特定应用的实现成本就会不期望地增加。

发明内容

因此，本发明的目的是，这样进一步设计这种类型的降压转变器，即其具有示尽可能高的效率的通用，而无需动用专用组件。

该目的是通过具有权利要求1特征的降压变换器实现。

本发明的认识在于，如果降压扼流圈设计为第一和第二降压扼流圈的串联电路时,这个问题是可以解决的，其中，在第一和第二降压扼流圈之间形成了第二耦合点。根据本发明要求的降压变换器还包括充电泵，其在输入端侧与第二耦合点耦合，其在输出端侧与控制装置的电源接口耦合。如果想将充电泵与节点N1，见图1，耦合，则相反地会产生许多缺点，下面会对此进行更详细地讨论。

本发明的解决方式是可以将价格低廉的标准扼流圈，例如所谓的“Drum-Cores（鼓形铁芯）”，用于降压扼流圈中。

在任何情况下，充电泵都可以使用标准部件。通过这种方式，就可以实现用于降压变换器的控制装置的廉价辅助电源，其能够产生高效率。

一个优选实施例的特征在于，该充电泵包括至少一个电容器和全波整流器的串联电路。

优选地，控制装置与参考电位耦合，全波整流器也同样与这个参考电位耦合。通过这种方式，基本上施加在第二耦合点上的全部电压提高用于为控制装置供电。

在根据本发明的解决方案中，处于起动阶段的控制装置首先由例如可以通过整流器从交流电源电压中获得的直流电源电压进行供电，并且紧接着通过辅助电源、即与第二耦合点的耦合供电。如果第二耦合点上的电压低于控制装置可预定的电源电压，则通过整流器输出端就可以再次毫无问题地进行供电。

供电泵优选地包括第一二极管和第二二极管，其中，第一二极管耦合在第一电容器的并不与第二耦合点耦合的接口和控制装置的电源接口之间，其中，第二二极管耦合在一方面的第一电容器和第一二极管的耦合点和另一方面的参考电位之间。

优选地，充电泵还包括耦合在第二电源接口和参考电位之间的第二电容器。为了限制通过辅助电源输送给控制装置的电压，优选地设置齐纳二极管，其与第二电容器串联。

在考虑到对第一和第二降压扼流圈耐压强度方面要求时，特别优选地，第一降压扼流圈的电感基本上等于，优选地等于第二降压扼流圈的电感。

第一和第二降压扼流圈可以缠绕在共同的磁芯上，这样产生的优点在于，只需要一个电感部件。这样一来，就可以减少实现根据本发明的解决方案的空间。

从属权利要求给出了其它优选实施方式。

附图说明

现在，在下文中，通过对比附图，对本发明的一个实施例进行了更加详细地描述。其示出：

图1是由现有技术已知的降压变换器的示意图；以及

图2是根据本发明的降压变换器的一个实施例的示意图。

具体实施方式

参照图1列出的参考编号，如果它们涉及到相同的和作用相同的部件，则可以被重复使用。为了清楚起见，这些部件未被再次引入。

图2示出了根据本发明的降压变换器10的一个实施例的示意图。对照图1，在这里，降压扼流圈L1被分成了第一降压扼流圈L1a和第二降压扼流圈L1b。两个降压扼流圈的耦合点用N2标记。充电泵16的输入端与耦合点N2耦合，它的输出端与控制装置14的接口VCC耦合，以便为其提供辅助电源。控制装置14的接口HV和VCC在内部彼此耦合，因此在以下设计中，它们也可以被看作是一个接口。

充电泵16包括电容器C3和全波整流器的串联电路，全波整流器包括二极管D5和D6。充电泵16还包括电容器C4，其耦合在控制装置14的接口VCC和参考电位之间。二极管D5在阳极侧与电容器C3的远离耦合点N2的接口耦合，在阴极侧与控制装置14的接口VCC耦合。二极管D6一方面与电容器C3和二极管D5的耦合点耦合，另一方面与参考电位耦合。

用于限制控制装置14输入端VCC上的电压的齐纳二极管D11与电容器C4并联。

第一降压扼流圈L1a的电感与第二降压扼流圈L1b的电感是相同的。

如果充电泵16的输入端与节点N1而不是节点N2耦合，则电容器C3中的能量就会通过降压开关S1向参考电位放电。接通时可能会出现电流峰值，这些电流峰值可能会造成开关S1和欧姆电阻R3的作为损耗的加热。尤其是，在改型灯中使用这种类型的降压变换器时，在这种情况下，部件被包封得非常紧密，则必须尽可能地放弃超过LED的输入热量。此外，整个降压变换器10的功能也会受到威胁，这是因为借助这些电流峰值，控制电路14可能会提前中断降压扼流圈L1的充电阶段（Pin CS=Current Sense）。两个缺点都可以通过在图2中示出的根据本发明的解决方案得到避免。

在这个解决方案中，不会再产生任何电流峰值，这是因为电感L1a可以对电流起到限制作用。这样一来，就可以避免开关S1以及欧姆电阻R3中的热损耗，这样一来，一方面可以提高降压变换器10的效率，另一方面有利于应用在改型灯中。

此外，出于下列原因，可以更加简易而且更加安全地确定电路的大小：控制装置14的入口端CS用于，在达到可预定的最大值时，开关S1断开。根据上述电流峰值，在开关S1接通时，由于电容器C3放电，在降压变换器中，充电泵可能会耦合到节点N1上，或者会由开关S1对电流进行滤波，这会导致出现额外的电路消耗和其它损耗，或者在开关S1接通时，控制装置可能会在一定时间内忽略信号CS（leading edge blanking）。这样一来，降压变换器10的静态运行可能会变得困难。在图2中所示的根据本发明的降压变换器10中就不会出现这种问题。

一种用于控制装置14的优选的集成电路例如已知为NCP1217。然而，对于专业人员来说，其它控制装置同样也对此适用。

在整流器12和电容器C1之间可以耦合一个用于功率因数校正的电路。

如对专业人员公开的，降压变换器10也可以直接由一个直流电源电压源进行操作。这样就可以取消整流器12。

Claims

1.一种用于使至少一个LED（D8，D9，D10）运行的降压变换器（10），包括：

-用于与直流电源电压耦合的输入端，所述输入端具有第一输入接口（GA1）和第二输入接口（GA2）；

-用于与所述至少一个LED（D8，D9，D10）耦合的输出端，所述输出端具有第一输出接口（A1）和第二输出接口（A2），其中所述第一输入接口（GA1）与所述降压变换器（10）的所述第一输出接口（A1）耦合；

-降压二极管（D7）；

-降压开关（S1）；

-以及至少一个降压扼流圈（L1a，L1b），

其中，所述降压二极管（D7）和所述降压开关（S1）串联，并且在形成第一耦合点（N1）的情况下，所述串联电路串联地耦合在所述第一输入接口（GA1）和所述第二输入接口（GA2）之间，其中，所述至少一个降压扼流圈（L1a，L1b）耦合在所述第一耦合点（N1）和降压变换器（10）的所述第二输出接口（A2）之间；和

-具有输出端（DRV）的控制装置（14），所述输出端与所述降压开关（S1）耦合，其中所述控制装置（14）还包括电源接口（HV，VCC），所述电源接口与两个所述输入接口（GA1，GA2）之一耦合；

其特征在于，

所述至少一个降压扼流圈（L1a，L1b）包括第一降压扼流圈（L1a）和第二降压扼流圈（L1b）的串联电路，其中在所述第一降压扼流圈（L1a）和所述第二降压扼流圈（L1b）之间形成第二耦合点（N2）；

其中所述降压变换器（10）还包括充电泵（16），所述充电泵在输入端侧与所述第二耦合点（N2）耦合并且在输出端侧与所述控制装置（14）的所述电源接口（HV，VCC）耦合。

2.根据权利要求1所述的降压变换器（10），其特征在于，所述充电泵（16）包括至少一个第一电容器（C3）和全波整流器（D5，D6）的串联电路。

3.根据权利要求2所述的降压变换器（10），其特征在于，所述控制装置（14）与参考电位耦合，其中所述全波整流器（D5，D6）也同样与所述参考电位耦合。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的降压变换器（10），其特征在于，所述充电泵（16）包括第一二极管（D5）和第二二极管（D6），其中所述第一二极管（D5）耦合在所述第一电容器（C3）的并不与所述第二耦合点（N2）耦合的接口和所述控制装置（14）的所述电源接口（HV，VCC）之间，其中所述第二二极管（D6）耦合在一方面的所述第一电容器（C3）和所述第一二极管（D5）的所述耦合点和另一方面的所述参考电位之间。

5.根据权利要求5所述的降压变换器（10），其特征在于，所述充电泵（16）还包括耦合在所述电源接口（HV，VCC）和所述参考电位之间的第二电容器（C4）。

6.根据权利要求6所述的降压变换器（10），其特征在于，所述第二电容器（C4）串联有齐纳二极管（D11）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的降压变换器（10），其特征在于，所述第一降压扼流圈（L1a）的电感基本上等于、优选地等于所述第二降压扼流圈（L1b）的电感。

8.根据前述权利要求中任一项所述的降压变换器（10），其特征在于，所述第一降压扼流圈（L1a）和所述第二降压扼流圈（L1b）缠绕在共同的磁芯上。