CN103889107B - 运行n个具有至少一个半导体光源的并联支路的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行n个（n大于等于2）并联的具有至少一个半导体光源的支路的电路装置，包括用于与直流电压源连接的输入端；分别包括驱动器装置和用于与至少一个具有至少一个半导体光源的支路连接的输出端的n个半导体光源单元。n个半导体光源单元与输入端并联。每个驱动器装置包括具有转换器开关的转换器和控制转换器开关的PWM控制器。相应的转换器的输出端与相应的半导体光源单元的输出端连接。电路装置还包括具有n个控制输出端的控制装置，其中每个PWM控制器具有时钟脉冲输入端，其中，各一个控制输入端与n个PWM控制器的各一个时钟脉冲输入端连接，其中控制装置设计为在其n个控制输出端提供n个彼此之间相位偏移了360°/n的时钟脉冲信号。

Description

运行n个具有至少一个半导体光源的并联支路的电路装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行n个(n大于等于2)具有至少一个半导体光源的并联支路的电路装置，包括：与直流电压源连接的、具有第一和第二输入端接口的输入端；分别包括驱动器装置和用于与至少一个具有至少一个半导体光源的支路连接的输出端的n个半导体光源单元，其中，所述的n个半导体光源单元并联在第一和第二输入端接口之间，其中，每个驱动器装置包括具有控制输出端的PWM(Pulsweitenmodulation(脉宽调制))控制器以及转换器，其中每个转换器至少包括一个转换器电感线圈、转换器二极管和转换器开关，所述转换器开关具有控制电极、工作电极和参考电极，其中，相应的PWM控制器的控制输出端与相应的转换器开关的控制电极连接，其中，相应的转换器的输出端与相应的半导体光源单元的输出端连接，其中，相应的PWM控制器设计用于在分别能预先确定的频率中向相应的转换器开关的控制电极提供PWM信号；以及n个电流测量装置，电流测量装置设计和布置用于对分别通过n个具有至少一个半导体光源的支路的电流进行测量，其中，每个电流测量装置与分别所属的驱动器装置连接。
背景技术
在以下实施方式中，半导体光源这一概念特别是指激光器二极管和LED。这种电路装置由现有技术中已知，并且例如用于运行视频投影仪中的激光器二极管。为了调整提供给激光器二极管的电流，要使用电流调节的Step-Up转换器(升压转换器)。通常，此时将三至五个支路中的24至40个单个激光器二极管串联成每组六至八个激光器二极管。每个支路由自身的驱动器供给，其中，通过欧姆电阻对用在驱动器中的相应PWM控制器的时钟脉冲频率进行调节，所述欧姆电阻与PWM控制器的输入端中的一个连接。所述的时钟脉冲频率确定了所属转换器开关的开关频率。
然而，配备了这种电路装置的DLP投影系统呈现出投影图像的不受欢迎的、可见的亮度波动。
通常，将激光器二极管支路用于实现彩色通道。因此，例如具有四个半导体光源单元的系统可以实现四通道投影系统。
发明内容
所以，本发明的目的在于，以这种方式改进这种电路装置，即，降低这种可见的亮度波动的程度，优选地无法再识别出亮度波动。
这一目的通过根据本发明的电路装置来实现。
本发明基于这样的认识，即亮度波动的原因在于，所有半导体光源的总光通量是波动的，并含有相对低频的颤动，所述颤动由转换器的不同开关频率决定。相应PWM控制器的借助于欧姆电阻调整时钟脉冲频率，并且所述欧姆电阻具有构件公差，由此使相应PWM控制器的时钟脉冲频率并且从而使相应转换器开关的开关频率彼此略微地偏离。所以，现有技术中的各个半导体光源单元异步地运行。这导致低频振荡效果：例如如果第一PWM控制器的时钟脉冲频率为500kHz并且第二PWM控制器的时钟脉冲频率为499kHz，则得出输出端信号中在频差为F1-F2＝1kHz时并且在总频率为F1+F2＝999kHz时的部分。在999kHz时的部分在亮度波动方面不重要。然而，在1kHz中的部分是决定性的，并在图像中导致可识别的亮度波动。
所以，根据本发明，使各个驱动器装置的开关频率同步，并调整相位偏差，调整量为360°除以半导体光源单元的数量。
如果为了使波动性并且从而使颤动保持较小而将大电容器组与具有至少一个半导体光源的每个支路并联，则这虽然会使亮度波动有一定量的减小，但是会因此而在额定值变化时，也就是说在由相应通道给出的额定光通量变化时，使动力变差。此外，使用电容器组会导致费用显著地耗费成本并导致电路装置所需的空间增大，这特别是对于移动式应用来说是不受欢迎的。尽管如此，也可以在根据本发明的电路装置中将电容器与具有至少一个半导体光源的相应支路并联，但是考虑到几乎不再存在的总光通量波动性，能够以较小的数量级减小所述电容器。根据本发明，可以在根据本发明的电路装置中使平整消耗至少减少10倍。由此，可以明显节省成本并在额定值变化时得出至今为止没有达到的动力。
因此，根据本发明的电路装置还包括具有n个控制输出端的控制装置，其中，每个PWM控制器具有时钟脉冲输入端，其中，各一个控制输出端与n个PWM控制器的各一个时钟脉冲输入端连接，其中控制装置被设计用于在其n个控制输出端处提供n个彼此之间相位偏移了360°/n的时钟脉冲信号。
于是，得出在频率和相位中的同步，这可以阻止低频颤动。只有少量的由原理决定的剩余波动留在相应转换器的输出端处，剩余波动不再导致干扰性的亮度波动，或者可以通过小的、与具有至少一个半导体光源的支路并联的电容器在花费极小的情况下排除所述的剩余波动。
转换器优选地包括升压转换器或降压转换器，视在输入端处提供的直流电压源的水平而定。
优选地，相应的PWM控制器设计用于根据在其时钟脉冲输入端处的时钟脉冲信号将一致的输出信号、特别是PWM信号的上升沿或下降沿或者延迟了能预先确定的时长的沿提供给相应转换器开关的控制电极，其中，PMW信号的占空比由相应电流测量装置测得的电流确定。这种调节不会对相位或频率同步造成影响，其中，仍然可以将具有至少一个半导体光源的相应支路的电流调节至当前额定值。
优选地，与每个输出端串联地布置有开关，从而能接通或断开通过具有至少一个半导体光源的相应支路的电流。通过这种方式，特别易于在运行LARP(Laser ActivatedRemote Phosphor(激光激活远程荧光粉))投影系统时使用所述的电路装置。这种投影系统可以包括色轮，其中，为色轮的各个部段涂覆不同的发光物质，从而在激发时通过一个或同一个激光源实现发出具有不同波长的光。为了避免不必要的能量消耗并从而避免成本过高的冷却措施，将电子开关与每个输出端串联，并且通过这项预防措施可以在发光轮尚未处于规定状态的时间点发射激光射术。
控制装置优选地是时钟脉冲发生器，特别是作为微控制器来实现。然而，该控制装置尤其还可以是后面具有移相器的振荡器。
在特别优选的实施方式中，控制装置集成在一个驱动器装置中，特别是集成在驱动器装置的PWM控制器中，从而使这个驱动器装置成为主机并且其它驱动器装置是辅机。这可以以特别具有成本效益的方式和方法实现根据本发明的电路装置的结构。
如前所述，可以将至少一个电容器与具有至少一个半导体光源的每个支路并联，所述电容器用于平整在可能的情况下存在的剩余波动。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例做进一步描述。图中示出：
图1在示意图中示出由现有技术中已知的这种电路装置的不同测量的时间变化曲线；
图2在示意图中示出根据本发明的电路装置的结构；
图3在示意图中示出根据本发明的电路装置的不同参量的时间变化曲线。
具体实施方式
在以下实施方式中，为了简单起见，以只具有两个半导体光源单元的电路装置为例介绍本发明。如同对专业人员来说十分明显的那样，可以扩展到任意数量的半导体光源单元，特别是可以扩展到n等于3，4，5，6等。
图1在示意图中示出这种由现有技术中已知的电路装置的不同测量的时间变化曲线。将由相应的驱动器装置向具有至少一个半导体光源的相应支路提供的电流称为I1和I2。UD1和UD2表示在相应半导体光源单元的相应转换器开关的工作电极处的相对于基准电位的电压，并因此而反映出相应开关频率的时间变化曲线。如明确识别出的，这些开关频率是异步的，所以，分别具有一定波动的电流I1和I2也是异步的。这在总电流I1+I2中导致低频颤动，从而导致留下剩余波动，该剩余波动可能导致投影图像的亮度波动。
图2在示意图中示出根据本发明的电路装置的结构。这种电路装置包括具有第一和第二输入端接口E1，E2的输入端，为了稳定在所述输入端接口之间连接电容器C1。输入端电压Uin是直流电压源，所述直流电压源例如可以为12V。第一半导体光源单元LE101以及第二半导体光源单元LE102与输入端并联。每个半导体光源单元具有驱动器装置以及输出端，具有至少一个半导体光源、当前为至少一个激光器二极管的支路可以连接至输出端。
关于第一半导体光源单元LE101设置了PWM控制器IC101，该PWM控制器例如可以是AT90PWM316类型的。这种PWM控制器以其供电接口与输入端接口E1连接。以虚线示出欧姆电阻R110，该欧姆电阻与IC101的另一个输入端连接，并在现有技术中考虑用于调整PWM控制器的开关频率。可替换地，视所使用的PWM控制器而定，也可能需要电容器来调整PWM控制器的开关频率。在根据本发明的电路装置中，这种电阻R110用于在电路装置启动时或在还将加以描述的控制装置12停止运转时调整开关频率。
两个电容器C101和C102与供电接口连接，所述电容器用于稳定提供给PWM控制器的供电电压。半导体光源单元LE101包括当前被设计为升压转换器的转换器W101和转换器电感线圈L101、转换器二极管D101以及转换器开关T101。欧姆电阻R116与转换器开关T101串联，所述欧姆电阻用于测量通过转换器电感线圈L101的电流。这是必要的，以便于确保电感线圈L101不进入饱和状态。转换器开关T101当前被设计为MOSFET，其中，将在其漏极接口处下降的电压称为UD1。借助于五个并联的电容器C103至C107对转换器D101的输出电压进行平整。输出电流I1流到输出端接口A101，其中该输出电流事先还穿过了用于测量输出端电流I1的分流电阻R118。在输出端接口A101和第二输出端接口A102之间布置了具有至少一个半导体光源S101的支路，所述支路优选地包括多个串联的半导体光源。在输出端接口A102和基准电位之间布置有用于根据图中未相应示出的控制信号将具有至少一个半导体光源的支路S101接通或断开的晶体管T103。欧姆电阻R120布置为与开关T103串联，其中，可以将在所述欧姆电阻R120上下降的电压用于其它调节目的。
半导体光源单元LE102是相应于半导体光源单元LE101设计的，其中，输入端晶体管称为C201，C202，PWM控制器称为IC201，转换器称为W201，其中，转换器开关包括转换器电感线圈L201、转换器二极管D201以及转换器开关T201。布置为与转换器开关T201串联的欧姆电阻称为R216，并且在转换器开关T201的工作电极处下降的电压称为UD2。平整电容器称为C203至C207。输出端电流称为I2，并且用于调节输出电流的分流电阻称为R218。在现有技术中使用的用于调整PWM控制器的开关频率的欧姆电阻称为R210。半导体光源单元LE102的输出端包括输出端接口A201和A202，其中，在所述输出端接口之间连接具有至少一个半导体光源的支路S102。用于接通和断开具有至少一个半导体光源的支路S102的开关称为T203，其中，电阻R220布置为与开关T203串联。
根据本发明设置了控制装置12，该控制装置包括第一和第二控制输出端SA1，SA2，所述控制输出端通过欧姆电阻R123或R223与PWM控制器IC101或IC201的相应时钟脉冲输入端TE101或TE201连接。控制装置12设计用于在控制输出端SA1，SA2处提供彼此之间相位偏移了180°的时钟脉冲信号。相应的PWM控制器IC101，IC201设计用于根据向其时钟脉冲输入端TE101或TE201处的时钟脉冲信号将PWM信号的上升沿或下降沿或时间延迟的沿提供给相应转换器开关T101，T201的控制电极，其中，借助于电流R118或R218根据电流I1或I2确定PWM信号的占空比。如果要运行多个半导体光源单元，则要设置多个控制输出端，其中，控制装置12设计用于在其n个控制输出端处提供n个彼此之间相位偏移了360°/n的时钟脉冲信号。
控制装置12优选地实现为时钟脉冲发生器，特别是设计为微控制器。然而，所述控制装置也可以是具有后面的移相器的振荡器。特别优选地，将控制装置12集成在驱动器装置IC101或IC201中，从而使驱动器装置、例如IC101成为主机，而其它剩余的n1个驱动器装置、例如IC201是辅机。
图3示出根据本发明电路装置的漏电压UD1，UD2、输出端电流I1，I2以及总电流I1+I2的与图1相符的时间变化曲线。为了更加清晰，将时间轴放大了四倍。如在漏电压UD1，UD2的时间变化曲线中清晰识别出的，所述漏电压的相位此时精确地偏移了180°。其结果是，电流I1，I2同样地是同步的，从而使总电流I1+I2几乎不再具有剩余波动。在这种总电流I1+I2中，无法再在包括相应的根据本发明的电路装置的投影系统中识别出亮度波动。

Claims (17)

1.一种用于运行n个并联的具有至少一个半导体光源的支路(S101，S201)的电路装置，n大于等于2，所述电路装置包括：
-用于与直流电压源(Uin)连接的、具有第一输入端接口(E1)和第二输入端接口(E2)的输入端；
-分别包括驱动器装置和输出端(A101，A102；A201，A202)的n个半导体光源单元(LE101，LE102)，所述输出端用于与至少一个所述具有至少一个半导体光源的支路(S101，S201)连接，
其中，n个所述半导体光源单元(LE101，LE102)并联在所述第一输入端接口(E1)和所述第二输入端接口(E2)之间，其中，每个所述驱动器装置包括具有控制输出端的PWM控制器(IC101，IC201)以及转换器(W101，W201)，其中每个所述转换器(W101，W201)至少包括一个转换器电感线圈(L101；L201)、转换器二极管(D101；D201)和转换器开关(T101；T201)，所述转换器开关具有控制电极、工作电极和参考电极，其中，相应的所述PWM控制器(IC101；IC201)的所述控制输出端与相应的所述转换器开关(T101；T201)的控制电极连接，其中，相应的所述转换器(W101，W201)的输出端与相应的所述半导体光源单元(LE101，LE102)的输出端(A101，A102；A201，A202)连接，其中，相应的所述PWM控制器(IC101；IC201)设计用于在分别能预先确定的频率中向相应的所述转换器开关(T101；T201)的所述控制电极提供PWM信号；以及
-n个电流测量装置(R118；R218)，所述电流测量装置设计和布置用于测量分别通过n个所述具有至少一个半导体光源的支路(s101；s102)中的一个支路的电流，其中，每个所述电流测量装置(R118；R218)与分别所属的所述驱动器装置连接；
其特征在于，
所述电路装置还包括具有n个控制输出端(SA1，SA2)的控制装置(12)，其中，每个所述PWM控制器(IC101；IC201)具有时钟脉冲输入端，其中，各一个所述控制输出端(SA1，SA2)分别与n个所述PWM控制器(IC101；IC201)的各一个所述时钟脉冲输入端连接，其中所述控制装置(12)设计用于在所述控制装置的n个所述控制输出端(SA1，SA2)处提供n个彼此之间相位偏移了360°/n的时钟脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述转换器(W101；W201)包括升压转换器或降压转换器。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，相应的所述PWM控制器(IC101；IC201)设计用于根据在所述PWM控制器的时钟脉冲输入端处的时钟脉冲信号将一致的输出信号提供给相应的所述转换器开关(T101；T201)的所述控制电极。
4.根据权利要求3所述的电路装置，其特征在于，所述一致的输出信号是PWM信号的上升沿或下降沿或者延迟了能预先确定的时长的沿，其中，所述PWM信号的占空比由相应的所述电流测量装置(R118；R218)测得的所述电流来确定。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电路装置，其特征在于，每个输出端(A101，A102；A201，A202)串联有电子开关(T103；T203)，从而能接通或切断通过相应的所述具有至少一个半导体光源的支路(S101，S102)的所述电流。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)是时钟脉冲发生器。
7.根据权利要求5所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)是时钟脉冲发生器。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其特征在于，所述时钟脉冲发生器作为微控制器来实现。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)是具有后续的移相器的振荡器。
10.根据权利要求8所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)是具有后续的移相器的振荡器。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)集成在这些所述驱动器装置的一个驱动器装置中，从而使所述一个驱动器装置是主机，并且其它的驱动器装置是辅机。
12.根据权利要求10所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)集成在这些所述驱动器装置的一个驱动器装置中，从而使所述一个驱动器装置是主机，并且其它的驱动器装置是辅机。
13.根据权利要求12所述的电路装置，其特征在于，所述控制装置(12)集成在所述一个驱动器装置的所述PWM控制器(IC101；IC201)中。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的电路装置，其特征在于，每个具有至少一个半导体光源的支路(S101，S102)并联有至少一个电容器(C103-C107；C203-C207)。
15.根据权利要求13所述的电路装置，其特征在于，每个具有至少一个半导体光源的支路(S101，S102)并联有至少一个电容器(C103-C107；C203-C207)。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述半导体光源是LED或激光器二极管。
17.根据权利要求15所述的电路装置，其特征在于，所述半导体光源是LED或激光器二极管。
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