CN115486206A - 电源转换器及电源转换方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源转换器,包括用于接收电源并提供交流输出的逆变器。输出整流器接收交流输出并向负载提供整流输出。输出绕组接收整流输出,以及感应绕组电感耦合到输出绕组并提供感应输出。控制器接收感应输出并向逆变器提供控制信号以控制交流输出。还提供了相关的电源转换方法。

Description

电源转换器及电源转换方法
技术领域
本发明涉及电源转换器和电源转换方法。本发明已被描述为与发光二极管(LED)和LED照明设备一起使用,并且还被描述为采用LED照明驱动器和LED照明设备的形式,但是本发明不限于这些特定应用。
背景技术
可调光照明驱动器技术已被开发出来,以提供具有输出电流的高精度调节的非常宽的调光范围。大多数高性能可调光LED驱动器、特别是使用LCC(电感器-电容器-电容器)拓扑的那些,基于半桥谐振模式转换器。目前,这些高性能可调光LED驱动器通过直接在次级侧感应输出电流并将其与调光控制输入进行比较来实现更好的电流调节。通常,次级侧感应电路提供被反馈到初级侧上的控制器的误差信号,以调整工作频率和/或占空比。
因此,在初级侧和次级侧都存在有源模拟电路,通过某种形式的初级-次级通信装置,例如光耦合器,以将反馈信号传送到控制器。为了降低成本,一些可调光LED驱动器被设计成在初级侧完全具有有源模拟电路,通过电流感应电阻器感应初级电流以判断LED驱动器输出电流。虽然这种方法降低成本,但也降低了输出电流调节的精度,特别是在低调光程度(dimming level)下。由于主变压器的磁化电流,初级电流不是输出电流的完全精确反映。
在另一种方法中,一些可调光LED驱动器被设计成使用电流变换器(CT)来感应输出电流并将输出电流传送回转换器初级侧的控制器,如图1中的代表性示例所示。这里,CT具有两个相同的输入绕组T2b和T2c,每个输入绕组与两个输出整流器D1和D2中的一个串联。绕组T2b、T2c交替地驱动CT,使得输出绕组T2a产生对称的双极电流,其在通过感应电阻器Rs之前被二极管桥DB2全波整流。US9,166,484B2中公开的这种方法能够实现比上述初级感应解决方案更大的调光精度,但是成本更高,这主要是由于CT的存在。
在WO2000040058A1中公开了类似的方法,其包括采用具有两个输入绕组和一个输出绕组的CT的电子镇流器。在本公开中,来自两个负载连接的电流每个通过输入绕组中的一个,使得在CT输出绕组中反射的电流表示两个负载电流的算术和。
本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点,或提供有用的替代方案。
本发明的一些实施例的目的是提供当与现有设备和方法相比时不损害性能的低成本照明驱动器、通常的电源转换器,以及电源转换方法。
发明内容
本发明的实施例在第一方面提供了一种电源转换器,包括:
逆变器,用于接收电源并提供交流输出;
输出整流器,用于接收所述交流输出并向负载提供整流输出;
输出绕组,用于接收所述整流输出;
感应绕组,电感耦合到所述输出绕组并提供感应输出;以及
控制器,用于接收所述感应输出并向所述逆变器提供控制信号以控制所述交流输出。
在一个实施例中,所述输出绕组连接到所述负载的输出。在另一实施例中,所述输出绕组连接到所述负载的输入。
在一个实施例中,所述电源转换器包括连接到所述逆变器的初级绕组和电感耦合到所述初级绕组以向所述输出整流器提供所述交流输出的第一次级绕组。在一个实施例中,所述电源转换器包括电感耦合到所述初级绕组的第二次级绕组,所述第一次级绕组和第二次级绕组向所述输出整流器提供所述交流输出。
在一个实施例中,所述输出绕组的一端连接在所述第一次级绕组和所述第二次级绕组之间,并且所述输出绕组的另一端连接到所述负载的输出。在另一实施例中,所述输出绕组的一端连接在所述输出整流器的一个输出和所述负载的输入之间,并且所述输出绕组的另一端连接到所述输出整流器的另一输出。
在一个实施例中,所述输出绕组的一端连接到所述第一次级绕组和所述第二次级绕组的连接点或所述第一次级绕组和所述第二次级绕组之间的点,并且所述输出绕组的另一端连接到所述负载的输出。在另一实施例中,所述输出绕组的一端连接到所述输出整流器的一个输出和所述负载的输入的连接点或所述输出整流器的一个输出和所述负载的输入之间的点,并且所述输出绕组的另一端连接到所述输出整流器的另一输出。
在一个实施例中,所述电源转换器包括对所述感应输出进行整流的感应整流器。
在一个实施例中,所述感应整流器是连接到所述感应绕组的一端的感应二极管。
在另一实施例中,所述感应整流器包括感应放大器和感应二极管,所述感应绕组的一端连接到所述感应放大器的一个输入,所述感应绕组的另一端连接到所述感应放大器的另一个输入,且所述感应二极管连接到所述感应放大器的输出。在一个实施例中,所述电源转换器包括连接在所述感应放大器的输入和所述感应二极管之间的感应电阻器。在一个实施例中,所述电源转换器包括连接到所述感应放大器的输入和所述感应二极管的连接点的感应电阻器。
在一个实施例中,所述电源转换器包括连接在所述感应绕组两端的感应电阻器。
在一个实施例中,所述电源转换器包括感应滤波器以对所述感应输出进行滤波。在一个实施例中,感应滤波器是连接在感应绕组两端的滤波电容器。
在一个实施例中,所述电源转换器包括连接在所述输出整流器两端的下拉电路。
在一个实施例中,所述下拉电路包括连接在所述输出整流器两端的下拉电阻器。
在一个实施例中,所述电源转换器包括连接在负载或输出整流器两端的输出电容器。
在一个实施例中,所述电源转换器包括谐振槽。在一个实施例中,所述谐振槽包括串联谐振电路,所述串联谐振电路包括串联谐振电容器和谐振电感器,所述串联谐振电容器和谐振电感器均与所述逆变器的输出和所述输出整流器的输入串联连接。在一个实施例中,所述谐振槽包括并联谐振电路,所述并联谐振电路包括连接在所述输出整流器的输入两端的并联谐振电容器。
在一个实施例中,所述逆变器包括两个开关,并且所述控制器提供两个控制信号,每个控制所述开关中的相应一个。
在一个实施例中,所述控制器还接收调光信号,并且所述控制信号基于所述感应输出和所述调光信号中的一个或两个。
在一个实施例中,所述控制器包括控制放大器,所述感应输出连接到所述控制放大器的一个输入,且所述调光信号连接到所述控制放大器的另一个输入。
在一个实施例中,所述控制器还接收电流感应信号。在一个实施例中,所述电流感应信号从所述逆变器的输出电流导出。
在一个实施例中,所述感应绕组对于所述输出绕组的每匝具有约100匝的比率。
本发明的实施例在第二方面提供了一种具有如上所述的电源转换器的LED照明设备。
本发明的实施例在第三方面提供了一种电源转换方法,包括:
基于控制信号将电源反相以提供交流输出;
整流所述交流输出以向负载提供整流输出;
将输出绕组连接到所述整流输出;
将感应绕组电感耦合到所述输出绕组以提供感应输出;以及
基于所述感应输出提供所述控制信号。
本发明的其他特征和实施例可以在所附权利要求中找到。
在本说明书中,包括权利要求书,词语“包括”、“包含”和其他类似术语应以包容性意义来解释,即,以“包括但不限于”的意义来解释,而不是以排他或穷尽意义来解释,除非另有明确说明或上下文明确要求。
附图说明
附图包括描述现有技术的以下附图:
图1是使用次级感应电流控制的现有可调光LED驱动器(参见US9,166,484B2和WO2000040058A1)的局部示意图;以及
图2是示出与图1的驱动器相关的波形的曲线图。
现在将参考下面列出的附图仅以示例的方式描述根据本发明的最佳模式的优选实施例,其中除非另有说明,否则在下面列出的附图中,相同的附图标记、名称或其他参考标记指代相同的部件,并且其中:
图3是根据本发明的实施例的电源转换器的局部示意图,该电源转换器为可调光LED驱动器的形式;
图4是示出与图3的电源转换器相关的波形的曲线图;
图5是根据本发明另一实施例的电源转换器的局部示意图,该电源转换器也为可调光LED驱动器的形式;
图6是示出与图5的电源转换器相关的波形的曲线图;
图7是根据本发明又一实施例的电源转换器的局部示意图,该电源转换器也为可调光LED驱动器的形式;
图8是示出与图7的电源转换器相关的波形的曲线图;
图9是示出了与图3、图5和图7所示的本发明的实施例的电源转换器所表现出的相比,图1的现有可调光LED驱动器所表现出的表示调光精度的输出电流控制中的相对误差的曲线图;
图10是根据本发明另一实施例的电源转换器的局部示意图,该电源转换器为适于与DC输入电源连接的可调光LED驱动器的形式;以及
图11是根据本发明又一实施例的电源转换器的局部示意图,该电源转换器为适于与AC输入电源连接的可调光LED驱动器的形式。
为完整起见,描绘现有技术的图1和图2中所示的附图标记、名称或其他参考标记,除非另有说明,不对应于描绘本发明实施例的其余附图中所指示的任何附图标记、名称或其他参考标记。
具体实施方式
参考图3至图10,提供了一种电源转换器1,其包括用于接收电源3并提供交流输出4的逆变器2。输出整流器5接收交流输出4并向负载7提供整流输出6。输出绕组8(T2b)接收整流输出6,而感应绕组9(T2a)电感耦合到输出绕组8(T2b)并提供感应输出10(CT信号)。控制器11接收感应输出10(CT信号)并向逆变器2提供控制信号12以控制交流输出4。
在一些实施例中,如图3所示,输出绕组8连接到负载7的输出13。在其他实施例中,如图5所示,输出绕组8连接到负载7的输入14。
通常地,电源转换器1包括隔离的初级和次级电路。具体地,电源转换器1包括连接到逆变器2的初级绕组15(T1a)和电感耦合到初级绕组15(T1a)以向输出整流器5提供交流输出4的第一次级绕组16(T1b)。
在当前描述的实施例中,电源转换器1还包括电感耦合到初级绕组15(T1a)的第二次级绕组17(T1c),其中第一次级绕组16(T1b)和第二次级绕组17(T1c)向输出整流器5提供交流输出4。初级绕组15(T1a)与第一次级绕组16(T1b)和/或第二次级绕组17(T1c)一起形成隔离变压器T1。
在一些实施例中,且如图3所示,输出绕组8的一端18连接在第一次级绕组16和第二次级绕组17之间,并且输出绕组8的另一端19连接到负载7的输出13。具体地,输出绕组8的一端18连接到第一次级绕组16和第二次级绕组17的连接点34,并且输出绕组8的另一端19连接到负载7的输出13。
在其他实施例中,且如图5所示,输出绕组8的一端18连接在输出整流器5的一个输出20a和负载7的输入14之间,并且输出绕组8的另一端19连接到输出整流器5的另一输出20b。特别地,输出绕组8的一端18连接到输出整流器5的一个输出20a和负载7的输入14的连接点35,并且输出绕组8的另一端19连接到输出整流器5的另一个输出20b。
在当前描述的实施例中,电源转换器1包括感应整流器21以整流感应输出10(CT信号)。在一些实施例中,如图3、图5、图10和图11所示,感应整流器21是连接到感应绕组9(T2a)的端部的感应二极管D3。感应电阻器Rs连接在感应绕组9(T2a)两端。
在其他实施例中,其如图7所示,感应整流器21包括感应放大器A2和感应二极管D4。感应绕组9(T2a)的一端22连接到感应放大器A2的一个输入23,且感应绕组9(T2a)的另一端24连接到感应放大器A2的另一个输入25。感应二极管D4连接到感应放大器A2的输出26。感应电阻器Rs连接在感应放大器A2的输入23和感应二极管D4之间。
电源转换器1包括感应滤波器27以对感应输出10(CT信号)进行滤波。在一些实施例中,如图3、图5、图10和图11所示,感应滤波器27是连接在感应绕组9(T2a)两端的滤波电容器Cf。
如图7、图10和图11所示,电源转换器1包括连接在输出整流器5两端的下拉电路28。在一些实施例中,如图7和图10所示,下拉电路28仅包括连接在输出整流器5两端的下拉电阻器Rpd。在其他实施例中,且如图11所示,下拉电路28更复杂且包括其他组件以便实现其他功能。下面将更详细地描述图11所示的下拉电路28的具体实施例。
在一些实施例中,且如图7、图10和图11所示,电源转换器1包括连接在负载7两端的输出电容器Cout。
典型地,电源转换器1包括谐振槽29。谐振槽29可包括如图3、图7和图10所示的串联谐振电路和并联谐振电路。典型地,串联谐振电路包括串联谐振电容器C1和谐振电感器L1,它们都与逆变器2的输出MID和输出整流器5的输入串联连接。典型地,并联谐振电路包括连接在输出整流器5的输入两端的并联谐振电容器C2,其与谐振电感器L1谐振。典型地,在如图所示的具有隔离输出的驱动器中,隔离变压器T1插入在谐振槽29的输出和输出整流器5的输入之间。可选地,谐振槽29能够被不同地布置以提供附加功能。例如,在图11的应用电路中,串联谐振电容由两个电容器C1a和C1b以及附加电容器C3配备,以提供无源功率因数校正。
在图7、图10和图11所示的实施例中,逆变器2包括两个开关30和31,控制器11提供控制信号12中的两个(DRV1和DRV2,或TX1和TX2),每个控制开关30和31中相应的一个。
在一些实施例中,例如其中电源转换器是可调光LED驱动器形式的那些实施例中,控制器11还接收调光信号DIM,并且控制信号12是基于感应输出10(CT信号)和调光信号DIM中的一个或两个的。
控制器11可包括控制放大器A1,其中感应输出10(CT信号)连接到控制放大器A1的一个输入32,并且调光信号DIM连接到控制放大器A1的另一个输入33。控制器还可接收电流感应信号CS。电流感应信号CS可从逆变器2的输出电流导出。
已经发现,对于输出绕组8(T2b)的每匝具有大的匝数比的感应绕组9(T2a)提供令人惊讶的良好性能。与输出绕组8(T2b)的每匝具有约100匝的比率的感应绕组9(T2a)提供特别好的性能。
上述电源转换器1还可包括负载7。负载7可以是LED。电源转换器1可与负载7一起提供或出售,或者负载7可与电源转换器1集成。
本发明的实施例也可以是具有如上所述的电源转换器1的LED照明设备的形式。
本发明的实施例还提供了一种电源转换方法。该方法的一个实施例包括:基于控制信号12将电源3反相以提供交流输出4;整流交流输出4以将整流输出6提供给负载7;将输出绕组8(T2b)连接到整流输出6;将感应绕组9(T2a)电感耦合到输出绕组8(T2b)以提供感应输出10(CT信号);以及基于感应输出10(CT信号)提供控制信号12。
从包括关于电源转换器1的描述在内的前述描述中,该方法的其他实施例和特征是清楚的。
电源转换器1和相关的电源转换方法非常适合于用作一个或多个LED或LED照明设备或系统的驱动器的电源转换器。其中包括充当可调光LED驱动器和灯具的电源转换器,以及基于开关电源(SMPS)的电源转换器。更一般地,电源转换器1和相关的电源转换方法非常适合于包括具有互补次级绕组和整流电路的输出变压器的电源转换器。
现在更详细地讨论附图,图3示出了可调光LED驱动器形式的电源转换器1的实施例。
感应输出10具有电流感应信号(SENSE+,SENSE-)的形式,通过使用感应二极管D3被动地整流来自感应绕组9(T2a)的信号并使电流通过电流感应电阻器Rs而产生。信号可由感应滤波器27(以滤波电容器Cf的形式)低通滤波以在信号被提供给控制器11之前给出平均值。控制器11将感应输出(SENSE+,SENSE-)与期望的调光程度(由调光信号DIM设置)进行比较,并控制逆变器2的开关频率以调节交流输出4,特别是调节输出电流。逆变器2包含两个开关30和31,它们根据VCO输出信号的状态将中点(MID)连接到HT+供电轨或HT-供电轨。逆变器2的输出驱动串并联谐振槽29的输入,其输出端子连接到主开关变压器T1的初级侧绕组15(T1a)。T1的输出绕组(第一和第二次级绕组16(T1b)和17(T1c))是互补的,使得形成输出整流器5的两个二极管D1和D2交替导通以向LED形式的负载7提供整流输出6,即DC输出电流。输出绕组8(T2b)与输出整流二极管D1和D2串联以接收整流输出6,该整流输出6是脉动整流DC输出电流的形式。为了获得最佳性能,感应绕组9(T2a)和输出绕组8(T2b)之间的匝数比较大,例如,感应绕组9(T2a)的100匝比输出绕组8(T2b)的1匝,以提供有用的电流感应信号,同时最小化变压器磁化电流。
在图1所示的现有驱动器中,电流变换器(CT)具有两个输出绕组T2b和T2c,其接收来自第一次级绕组T1b和第二次级绕组T1c中的每一个的整流电流。绕组和连接的布置使得CT初级侧绕组T2a中反映的总电流有效地未整流,如图2的波形所示。相比之下,在本发明的实施例中(例如参见图3),在感应绕组9(T2a)中反射的电流被整流,如图4的波形所示。如图2和图4中的波形所示,这种差异反映在CT磁芯中产生的磁通量的行为中。
磁芯磁通量是CT的一个不良特征,因为它会在传输电流中产生误差。在现有驱动器中,磁芯通量在每个连续的半周期上反转,因此是自平衡的。然而,在本发明的实施例中,磁通量在交替的半周期上不会反转,因此需要时间来重置磁芯(图4中的treset)。如图4所示,当输出整流二极管D1和D2以及电流感应二极管D3不导通时,存在时间间隔tslew,以便CT绕组有效地松开并自由换向,从而使磁芯磁通重置。
为了保持最佳精度并避免可能的磁芯饱和,所述磁芯应在每个半周期后完全重置,这意味着tslew必须始终大于treset(重置磁芯所需的时间)。该间隔tslew取决于(主变压器、输出二极管等的)本征电容,并且在LED驱动器(电源转换器1)传递最大输出电流时最小。连接并联谐振电容(图1和图3中的C2)有助于增加转换时间。treset的值主要由CT的自谐振频率确定,根据CT自感LT2a和内部绕组电容CT2a根据下式计算:
Figure BDA0003904325950000091
并且通常具有约0.5微秒的值。当磁芯被重置时,出现在CT初级绕组(感应绕组9(T2a))两端的波形表现为正弦波半周期,反向偏置电流感应二极管D3。D3所需的最小额定电压使用下面的公式来估计:
Figure BDA0003904325950000092
其中:
VSENSE是在感应电阻器两端产生的感应电压(图6中的Rs);
VDF是感应二极管(图6中的D3)的正向导通电压;
Fmin是逆变器2的最小工作频率。
本发明的实施例(参见图4)中的磁芯磁通波形的频率是图1的现有驱动器(参见图2)中的频率的两倍。此外,磁芯磁通波形的形状有很大不同,图2中上升和下降时间相等,但图4中不同。这两个差异减小了磁芯通量摆动的幅度,从而提高了CT传输精度。图7将图3所示的本发明实施例的电流感应精度与图1的现有驱动器的电流感应精度进行比较,证明本发明的实施例在这方面大约好三倍。
在图5所示的本发明的实施例中,CT可用于半波配置。这里,次级侧绕组(输出绕组10(T2b))仅与输出二极管D2中的一个串联连接,使得通过CT的电流为总输出电流的50%。相关波形如图6所示。比较图4和图6的波形,treset(重置磁芯的可用时间)大得多,消除了最小化寄生电容(例如CT内部绕组电容)的需要。
比较图1、图3和图5,由于本发明使用具有更少绕组和更少二极管的CT,因此提供了两个显著的成本节约差异。因此,表明本发明通过提供具有提高的精度和降低的成本的解决方案而改进了现有技术。
到目前为止所述的方法使用无源整流来感应来自CT的信号。如前所述,CT的磁化电流必须最小化以实现最大精度,这意味着CT经历的电压摆动也必须最小化。这些电压摆动是感应二极管D3的正向电压和SENSE信号电压(感应输出10)的算术和。可以通过使用用于整流和检测电流感应信号的有源方法来消除这两种贡献,如下所述。
消除CT中磁化电流的有源电路如图7所示。在该示例中,感应放大器A2和感应二极管D4一起包括具有精确整流的电压-电流转换器。感应放大器A2通过驱动输出以将正输入和负输入保持在相同电压而工作。在正向阶段期间(当D1或D2导通时),电流流过CT绕组T2b(输出绕组8),并被转换为通过CT感应绕组T2a(如图7中箭头所示)的电流,由感应放大器A2经由感应二极管D4和感应电阻器Rs提供。由于T2a的端子的电压保持在相同的电压,所以不发生芯磁化。因此,电流感应信号由出现在端子CT和0V的Rs两端的电压产生。在反相期间(当D1和D2都不导通时),感应放大器A2的输出驱动负的、开关感应二极管D4,使得电流感应信号下降到零。此时,CT的两个绕组自由换向,允许磁芯重置,但是因为在正向阶段期间没有磁芯磁化,所以不需要磁芯重置。
相关波形如图8所示。实际上,输出二极管D1和D2的反向泄漏以及放大器A2的输入偏移误差引起小的磁芯磁化,这又对实现的电流感应精度具有小的影响。
将通过每个所述方法实现的典型电流感应精度与图9中的图1的现有驱动器进行比较。将本发明的实施例与相同应用电路中的现有驱动器进行比较,利用本发明的实施例的无源感应方法实现的精度大约好三倍,而本发明的实施例的有源感应方法大约好三十倍。
在图10和图11中示出了根据本发明实施例的用于照明器中的可调光LED驱动器的代表性示意图。感应输出10(电流感应信号CT)出现在感应电阻器Rs两端并且通过控制放大器A1与调光控制输入DIM进行比较,其通过控制转换器开关频率来提供负载电流调节。从初级侧谐振槽29中的电流导出的单独的电流感应信号CS也用于控制逆变器2的定时。可调光LED驱动器的常见要求是调暗到零的能力,即完全熄灭LED。一些转换器可以在突发模式下操作,以便控制IC保持供电。在没有任何负载的情况下,这可能导致整流输出的电压向上浮动,部分LED照亮,因此通常在LED两端连接电阻器,以防止这种情况发生。然而,直接连接在LED两端的下拉电阻器引起输出电流电平的误差,该误差在低调光水平下变得显著。本发明的实施例提供了以不损害电流感应精度的方式使用下拉电路28的机会。在图10中,单个下拉电阻器Rpd被示为直接连接在整流输出6两端,使得下拉电流不能流过CT并且不利地影响电流感应。
此外,该下拉电路28可被选择性地停用,例如当LED驱动器连续操作时,允许更强的下拉而不会不利地影响操作效率。图11中示出了这样的下拉电路28的示例,包括Ra1、Ra2、Ra3、Ca1、Qa1、Qa2和下拉电阻器Rpd。RA1和Ra2的大小被确定为避免Qa1的基极-发射极二极管的反向击穿;Ra3远大于Rpd;Ra3和Ca1的时间常数是最大开关周期的多倍。
可以理解的是,上述实施例只是为描述本发明的原理而采用的示范性实施例,本发明并不仅仅限于此。本领域的普通技术人员可以在不背离本发明的精神和实质的情况下进行各种变体和修改,这些变体和修改也涵盖在本发明的范围内。因此,尽管本发明已经参照具体的例子进行了描述,但本领域的技术人员可以理解,本发明可以以许多其他形式体现出来。本领域的技术人员还认识到,所描述的各种实例的特征可以以其他组合方式组合。特别是,本领域的技术人员认识到,在本发明的范围内,上述的电路有不同的变化。上面描述的电路排布有许多可能的排列组合,本领域的技术人员都能理解。因此,实施例中所示的电路元件可以自由互换,以不同的排列方式或顺序放置,但仍然提供在所述实施例中原始排列或顺序的电路所描述的功能,因此,仍然属于本发明的范围。

Claims (25)

1.一种电源转换器,包括:
逆变器,用于接收电源并提供交流输出;
输出整流器,用于接收所述交流输出并向负载提供整流输出;
输出绕组,用于接收所述整流输出;
感应绕组,电感耦合到所述输出绕组并提供感应输出;以及
控制器,用于接收所述感应输出并向所述逆变器提供控制信号以控制所述交流输出。
2.根据权利要求1所述的电源转换器,其中所述输出绕组连接到所述负载的输出。
3.根据权利要求1所述的电源转换器,其中所述输出绕组连接到所述负载的输入。
4.根据权利要求1所述的电源转换器,包括连接到所述逆变器的初级绕组和电感耦合到所述初级绕组以向所述输出整流器提供所述交流输出的第一次级绕组。
5.根据权利要求4所述的电源转换器,包括电感耦合到所述初级绕组的第二次级绕组,所述第一次级绕组和第二次级绕组向所述输出整流器提供所述交流输出。
6.根据权利要求5所述的电源转换器,其中所述输出绕组的一端连接到所述第一次级绕组和所述第二次级绕组的连接点,并且所述输出绕组的另一端连接到所述负载的输出。
7.根据权利要求5所述的电源转换器,其中所述输出绕组的一端连接到所述输出整流器的一个输出和所述负载的输入的连接点,并且所述输出绕组的另一端连接到所述输出整流器的另一输出。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电源转换器,包括对所述感应输出进行整流的感应整流器。
9.根据权利要求8所述的电源转换器,其中所述感应整流器是连接到所述感应绕组的一端的感应二极管。
10.根据权利要求8所述的电源转换器,其中所述感应整流器包括感应放大器和感应二极管,所述感应绕组的一端连接到所述感应放大器的一个输入,所述感应绕组的另一端连接到所述感应放大器的另一个输入,且所述感应二极管连接到所述感应放大器的输出。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的电源转换器,包括连接在所述感应绕组两端的感应电阻器。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电源转换器,包括感应滤波器以对所述感应输出进行滤波。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电源转换器,包括连接在所述输出整流器两端的下拉电路。
14.根据权利要求13所述的电源转换器,其中所述下拉电路包括连接在所述输出整流器两端的下拉电阻器。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电源转换器,包括谐振槽。
16.根据权利要求15所述的电源转换器,其中所述谐振槽包括串联谐振电路,所述串联谐振电路包括串联谐振电容器和谐振电感器,所述串联谐振电容器和谐振电感器均与所述逆变器的输出和所述输出整流器的输入串联连接。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的电源转换器,其中所述谐振槽包括并联谐振电路,所述并联谐振电路包括连接在所述输出整流器的输入两端的并联谐振电容器。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电源转换器,其中所述逆变器包括两个开关,并且所述控制器提供两个控制信号,每个控制所述开关中的相应一个。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电源转换器,其中所述控制器还接收调光信号,并且所述控制信号基于所述感应输出和所述调光信号中的一个或两个。
20.根据权利要求19所述的电源转换器,其中所述控制器包括控制放大器,所述感应输出连接到所述控制放大器的一个输入,且所述调光信号连接到所述控制放大器的另一个输入。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的电源转换器,其中所述控制器还接收电流感应信号。
22.根据权利要求21所述的电源转换器,其中所述电流感应信号从所述逆变器的输出电流导出。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的电源转换器,其中所述感应绕组对于所述输出绕组的每匝具有约100匝的比率。
24.一种具有根据权利要求1至23中任一项所述的电源转换器的LED照明设备。
25.一种电源转换方法,包括:
基于控制信号将电源反相以提供交流输出;
整流所述交流输出以向负载提供整流输出;
将输出绕组连接到所述整流输出;
将感应绕组电感耦合到所述输出绕组以提供感应输出;以及
基于所述感应输出提供所述控制信号。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4220925A1 (en) * 2022-01-26 2023-08-02 Tridonic GmbH & Co. KG A switched converter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0648976U (ja) * 1992-12-10 1994-07-05 インダストリアル テクノロジー リサーチ インスティテュート 高周波電気溶接機の電源装置
US5357210A (en) * 1993-07-07 1994-10-18 National Research Council Of Canada Transconductance amplifier circuit
TWI424788B (zh) * 2009-08-14 2014-01-21 Fsp Technology Inc 發光二極體驅動裝置
US10237946B1 (en) * 2012-06-15 2019-03-19 Aleddra Inc. Solid-state lighting with stand-alone test capability free of electric shock hazard
KR20140059652A (ko) * 2012-11-08 2014-05-16 삼성전기주식회사 전원 공급 장치 및 조명용 전원 공급 장치
DE102013224749A1 (de) * 2013-12-03 2015-06-03 Tridonic Gmbh & Co Kg Treiberschaltung für Leuchtmittel insbesondere LEDs
WO2016164949A1 (de) * 2015-04-17 2016-10-20 Tridonic Gmbh & Co Kg Leuchtmittelkonverter
US10326377B1 (en) * 2017-09-01 2019-06-18 Universal Lighting Technologies, Inc. Circuit and method for indirect primary-side load current sensing in an isolated power supply
MX2021001142A (es) * 2018-07-30 2021-10-01 Lutron Tech Co Llc Dispositivo de control de carga para una fuente de luz de diodo de emision de luz.
US10616971B1 (en) * 2018-10-17 2020-04-07 Appleton Grp Llc LED auto-detect system for wide output voltage range LED drivers

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