CN111278195B

CN111278195B - 用于低功率led灯的具有峰值电流控制的电子变压器

Info

Publication number: CN111278195B
Application number: CN201811367500.3A
Authority: CN
Inventors: 熊坤
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: CN111278195A

Abstract

本公开提供了用于低功率LED灯的具有峰值电流控制的电子变压器和LED灯系统。电子变压器(1)配置为提供用于操作LED灯(2)的输出功率，其中所述电子变压器(1)包括：配置为将电子变压器(1)连接至AC电源的电压输入端口(P1、P2)、用于将电压输入端口(P1、P2)接收到的AC电转换成DC电的整流器电路(3)、以及包括配置为产生总线电压(V‑bus)的升压电路和配置为切换升压电路的接通/断开的开关电路的第一级(10)，其中开关电路配置为如果总线电压(V‑bus)高于第一阈值(V‑bus‑H)则断开升压电路，如果总线电压(V‑bus)低于第二阈值(V‑bus‑L)则接通升压电路。

Description

用于低功率LED灯的具有峰值电流控制的电子变压器

技术领域

本发明涉及一种电子变压器以及一种LED灯系统，所述电子变压器配置为提供用于操作LED灯的输出功率，所述LED灯系统包括电子变压器和连接到该电子变压器的至少一个LED灯。

背景技术

随着LED灯的出现，高效且长寿命的照明装置成为可能。与诸如荧光灯的其他传统的照明装置相比，因为例如不需要汞，所以LED灯的材料更安全。此外，与卤素灯相比，LED灯具有更长的使用寿命和更高的能量效率。

当使用LED灯来替换诸如荧光灯或卤素灯的传统灯以便使用或“改装”现有的装置和电源时，必须采取措施来建立兼容性。

低压卤素灯通常需要电子变压器，其被配置为对通用交流电力(例如，230V的电压和50Hz的频率)进行整流和转换，以便向例如12V的卤素灯提供工作电压。传统的低压卤素灯通常需要相对20W高的或更高的功率。因此，通过LED灯(小于3W)代替低压卤素灯导致功率的显著降低。这可能会导致LED灯的闪烁，因为许多传统的电子变压器在低功率区域缺乏兼容性。

为了更详细地说明上述指出的技术问题，图1示出了设计针对操作低压卤素灯L1设计的传统电子变压器的示例性电子电路。电子变压器通过输入端口P1、P2接收常规的AC电。变压器的输出电流取决于灯L1的负载。

如果卤素灯(例如，型号“MR16 20W”)或相对高功率(例如，型号“MR16 5W”)的LED灯连接到电子变压器，则输入电流足够的高，使变压器按预期的那样工作。这种情况在图2a中示出。这里，示出了通过连接到LED灯“MR16 5W”的电子变压器产生的电流，其中上面的波形表示整流器R1之后的输入电流而下面的波形表示电子变压器的输出电流。

然而，如果变压器连接到低功率LED灯(例如，型号“MR16 3W”)，则输入电流相对较低，这可能导致变压器频繁的关机和重启。不能保证电源的稳定性，并且如果经常发生电子变压器的不规律关机和重启，则LED灯会闪烁。图2b示出了这种情况，其中上面的波形表示整流器R1之后的输入电流而下面的波形表示连接到低功率LED灯“MR163W”的电子变压器的输出电流。在这种情况下，传统变压器具有长工作时间，例如在10ms的周期内大约8ms，从而产生低于稳定操作的阈值的电流。在图2b中不稳定的区域用虚线框示出。

发明内容

本发明的一个目的在于改善电子变压器的兼容性，特别是用于操作例如LED灯的低功率灯。

所述目的通过具有权利要求1的特征的电子变压器以及具有权利要求10的特征的LED灯系统来解决。优选的实施例在从属权利要求、本发明的一般描述以及具体实施例和附图的描述中限定。

根据本发明的电子变压器是LED灯的一部分或适用于连接到LED灯上。电子变压器配置为提供和供给用于操作LED灯的输出功率。电子变压器包括配置为将电子变压器连接至AC电源的至少一个电压输入端口。电压输入端口可以例如连接或可连接至网络电源，例如通用交流电源(例如，230V的电压和50Hz的频率)。电子变压器还包括整流器电路，所述整流器电路用来将通过电压输入端口接收的AC电转换为DC电。整流器电路可以通过二极管桥实现。电子变压器还包括第一级，所述第一级具有配置为产生总线电压V-bus的升压电路和配置为接通/断开升压电路的开关电路。整流器电路可以是或可以不是第一级的一部分。开关电路被配置为如果总线电压V-bus高于第一阈值V-bus-H则关闭升压电路，并且如果总线电压V-bus低于第二阈值V-bus-L则开启升压电路。

在高总线电压的情况下关闭升压电路意味着即使输入功率保持相同，也会缩短升压电路的工作时间。这意味着输入电流在工作时间内增加，从而降低了不稳定操作的风险。如果输入电流足够高以确保稳定操作，则根据阈值V-bus-H和V-bus-low的合适设置，不会发生LED灯的闪烁。因此，包括如上限定的可切换升压电路的第一级改善了电子变压器的兼容性。对于诸如LED灯的低功率灯，尤其地改善了兼容性。电子变压器能够在不显著增加BOM元件数量的情况下实现。因此，变压器是紧凑、高效且成本有效的。

优选地，开关电路包括MCU，所述MCU配置为检测总线电压V-bus并根据V-bus输出V-control。如果传统的电子变压器的第一级已经包括MCU，则兼容性的改善可以由简单地改变MCU的程序实现，从而避免电子变压器物理结构的复杂化。

优选地，开关电路还包括比较器，所述比较器具有第一输入端口、第二输入端口以及输出端口，所述第一输入端口“+”配置为接收参考电压Vref，所述第二输入端口“-”配置为接收指示电子变压器的输入电流和V-control的电压，以及所述输出端口配置为根据第一输入端口“+”处的电压和第二输入端口“-”处的电压之间的比率输出信号。因此，可以实现缩短升压电路的工作时间而基本上不使电子变压器的物理结构复杂化。

优选地，如果在第二输入端口“-”处的输入电压低于第一输入端口“+”处的电压，则比较器配置为输出低压信号，否则输出高压信号。因此，可以基于Vref和指示输入电流的电压的比较，通过简单的二进制输出来实施改善的控制。

优选地，二极管连接在MCU的输出和比较器之间。此外，开关电路优选地包括开关，所述开关被配置为接收由比较器输出的信号并且根据信号接通/断开升压电路。

控制方案的特定实现可以如下获得：MCU检测总线电压V-bus。如果V-bus高于V-bus-H，则MCU输出高电压的信号V-control，例如5V。二极管，例如3.3V齐纳二极管，连接在MCU的输出和比较器之间。这意味着如果在比较器的第一端口“-”处的输入电压是高压，则比较器的输出信号为0V，因此开关断开。因此，V-bus开始下降。如果V-bus低于V-bus-L，则MCU输出0V的信号V-control从而重启升压电路。

优选地，开关电路配置为通过PWM信号控制升压电路的接通/断开状态。这可以在不使电子变压器结构复杂化的情况下实现。因此，变压器是特别紧凑、高效且成本有效的。

优选地，电子变压器还包括第二级，所述第二级被配置为接收第一级的电压V-bus并且控制电子变压器的输出功率。第二级可以是升压/降压电路。相应地，第一级确定电子变压器的工作时间，即相对于一个周期的时间段提供电流的时间段，而第二级确定输出功率，即提供给LED的电流量。

根据本发明的LED灯系统包括根据上述配置的电子变压器和连接到电子变压器以便接收变压器的输出功率的至少一个LED灯。

附图说明

图1示出了指定用于操作低压卤素灯的传统电子变压器的电子电路。

图2a和2b示出了由图1的传统电子变压器产生的电流波形，其中图2a示出了由变压器操作“MR16 5W”型LED灯的情况，并且图2b示出了由变压器操作“MR16 3W”型低功率LED灯的情况。

图3示意性地示出了具有改善的兼容性的电子变压器的一般结构。

图4示出了实现图3的构思的示例性电子电路。

图5示出了图3和图4的电子变压器产生的电流波形，其中“MR163W”型的低功率LED灯由变压器操作。

具体实施方式

接下来，将参考附图来描述本发明的优选的实施例。这里，相同、相似或者有相同或相似效果的元件在图中由相同的附图标记表示。因此可以省略重复的描述以便防止多余的描述。

图3示意性地示出了改善兼容性的电子变压器1的一般结构。变压器1特别适合于操作一个或多个低功率LED灯2。

变压器1通过输入端口P1、P2接收AC电(即，交流电)。变压器1配置为将AC电压转换为基本的DC(即，直流)电流，然后该基本DC电流被变换以操作LED灯2。为此，变压器1包括整流器电路3和两级，即，第一级10和第二级20。整流器电路3可以通过二极管桥实现，如图3所示。

第一级10包括升压电路，其配置为产生总线电压V-bus。V-bus可以在V-bus-L至V-bus-H的范围内取值。V-bus-L和V-bus-H是适当设置的阈值，以便控制升压电路的工作时间。

第二级20是用于控制变压器1的输出功率的电路。第二级20可以通过能够变换V-bus的任何拓扑来实现，以便产生和提供用于操作LED 2的适当功率。第二级20可以是升压/降压电路。

第一级10包括比较器11。这里，比较器11的端口“-”(第二输入端口)例如在具有电阻Rs的电阻器12处接收电压V-Rs。连接电阻器12以指示晶体管1的输入电流。换言之，比较器11的端口“-”感测到输入电流。比较器11的端口“+”(第一输入端口)接收恒定的DC电压Vref。峰值输入电流通过Vref/Rs确定。

第一级10还包括MCU(微型控制器单元)13，其配置为检测总线电压V-bus和根据V-bus控制第一级10的升压电路的操作。

一般操作如下：根据灯功率确定Vref。如果灯功率低，则Vref也低。然而，本电子变压器1的一个重要的思想是为低功率灯将Vref保持在高电平。在这种情况下，变压器1的输入功率高于所需的输出功率。MCU 13检测V-bus。如果V-bus高于V-bus-H，则MCU 13输出信号V-control，V-control配置为启动升压电路的关闭。在关闭之后，V-bus开始降低。如果V-bus到达V-bus-L，则MCU 13输出信号V-control，V-control配置为启动升压电路的重启。升压电路的接通/断开状态可以通过由比较器11输出的PWM信号控制。

这样，MCU 13控制第一级10的升压电路的工作时间。减少在一个周期内升压电路的工作时间增加变压器1的输出电流。如果输出电流足够的高，则可以确保LED灯2的稳定操作而不闪烁。例如，如果工作时间在一个周期期间从8ms减少到4ms，则平均输出电流在这4ms的工作时间期间可以加倍。

图4示出了实现第一级10的示例性电子电路。

Vcc可以是由调节器电路提供的5V的DC电压。比较器11用来产生PWM信号以控制开关14。开关14配置为基于比较器11提供的PWM信号接通/断开。如上所述，比较器11的端口“+”接收恒定的DC电压Vref。比较器11的端口“-”接收具有电阻Rs的电阻器12的电压。峰值输入电流由Vref/Rs确定。比较器11、MCU 13和开关14是用于切换升压电路的开关电路的所示示例性实施方式的一部分。

MCU 13检测总线电压V-bus。如果V-bus高于V-bus-H，则MCU13输出高电压的信号V-control，例如5V。二极管15，例如3.3V齐纳二极管，连接在MCU 13的输出和比较器11之间。因此，如果比较器11的端口“-”处的输入电压为高，则比较器11的输出端为0V，从而关掉开关14。因此，V-bus开始降低。如果V-bus比V-bus-L低，则MCU 13输出0V的信号V-control从而重启升压电路。

图5示出了由图3和4的电子变压器1产生的电流波形，其中“MR16 3W”型低功率LED灯由变压器操作。上面的波形表示在整流器电路3之后的输入电流，并且下面的波形表示电子变压器1的输出电流。与图2b的比较揭示了不稳定的区域已经消失了。

例如，如图1所示的传统的变压器在10ms的周期内具有大约8ms的工作时间，从而产生低于稳定操作阈值的灯输入电流。低功率LED灯的闪烁出现。另一方面，即使输入功率保持相同，如上所述的电子变压器1在每个10ms的周期期间产生例如4ms的较短工作时间。这意味着输入电流在4ms的工作时间期间增加，例如加倍。电流足够高，以确保稳定运行，因此，不会发生闪烁。

包括如上详述的可切换升压电路的第一级10改善了用于低功率LED灯的电子变压器1的兼容性。根据一些实施例，第一级10可以通过简单地改变MCU 13的程序来实现。因此，改进的电子变压器1不一定涉及内部电子结构的复杂化。变压器1不要求增加BOM元件的数量。因此，变压器1是紧凑、高效且成本有效的。

本发明不受基于实施例的描述的限制。相反，本发明包括任何新特征以及特征的任何组合，包括特别是权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或该组合本身未在权利要求或示例性实施例中明确指定。

附图标记列表

1 电子变压器

2 LED灯

3 整流器电路

10 第一级

11 比较器

12 电阻器

13 MCU

14 开关

15 二极管

20 第二级

P1 输入端口

P2 输入端口

R1 整流器

L1 卤素灯

Claims

1.一种电子变压器(1)，配置为提供用于操作LED灯(2)的输出功率，其中所述电子变压器(1)包括：

电压输入端口(P1、P2)，其配置为将所述电子变压器(1)连接至AC电源；

整流器电路(3)，其用于将由所述电压输入端口(P1、P2)接收的AC电转换成DC电；

第一级(10)，其包括升压电路和开关电路，所述升压电路配置为产生总线电压(V-bus)，以及所述开关电路配置为切换所述升压电路的接通/断开；其中

所述开关电路配置为如果所述总线电压(V-bus)高于第一阈值(V-bus-H)则断开所述升压电路，如果所述总线电压(V-bus)低于第二阈值(V-bus-L)则接通所述升压电路，其中所述开关电路包括MCU(13)，所述MCU(13)配置为检测所述总线电压(V-bus)和基于所述总线电压(V-bus)来输出控制信号(V-control)，以下述方式控制所述第一级(10)的升压电路的工作时间：在一个周期内所述升压电路的工作时间的减少，增加所述变压器(1)的输出电流。

2.根据权利要求1所述的电子变压器(1)，其中所述开关电路还包括比较器(11)，所述比较器具有第一输入端口(“+”)、第二输入端口(“-”)以及输出端口，所述第一输入端口(“+”)配置为接收参考电压(Vref)，所述第二输入端口(“-”)配置为接收指示所述电子变压器(1)的输入电流和所述控制信号(V-control)的电压，所述输出端口配置为根据所述第一输入端口(“+”)处的电压和所述第二输入端口(“-”)处的电压之间的比率来输出信号。

3.根据权利要求2所述的电子变压器(1)，其中二极管(15) 连接在所述MCU(13)的输出端和所述比较器(11)之间。

4.根据权利要求2所述的电子变压器(1)，其中所述比较器(11)配置为如果在所述第二输入端口(“-”)处的输入电压低于在所述第一输入端口(“+”)处的输入电压，则输出低压信号，否则输出高压信号。

5.根据权利要求2所述的电子变压器(1)，其中所述开关电路还包括开关，所述开关配置为接收由所述比较器(11)输出的信号并根据该信号接通/断开所述升压电路。

6.根据权利要求1所述的电子变压器(1)，其中所述开关电路配置为通过PWM信号来控制所述升压电路的接通/断开状态。

7.根据权利要求1所述的电子变压器(1)，还包括第二级(20)，所述第二级配置为接收所述第一级(10)的所述总线电压(V-bus)并且控制所述电子变压器(1)的输出功率。

8.根据权利要求7所述的电子变压器(1)，其中所述第二级(20)是升压/降压电路。

9.一种LED灯系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的电子变压器(1)和连接到所述电子变压器(1)的至少一个LED灯(2)。