CN118120136A - 谐振转换器 - Google Patents

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CN118120136A CN202280068416.XA CN202280068416A CN118120136A CN 118120136 A CN118120136 A CN 118120136A CN 202280068416 A CN202280068416 A CN 202280068416A CN 118120136 A CN118120136 A CN 118120136A
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Abstract

一种谐振转换器具有在输入级和输出级之间的谐振电容器。输出级的输出电感器装置具有第一电感器部件和第二电感器部件。第一输出通过串联的第一电感器部件和第二电感器部件两者耦接到参考输出，并连接到具有第一(高)正向电压的第一负载。第二输出仅通过第一电感器部件和第二电感器部件之一耦接到参考输出，并且连接到具有第二(低)正向电压的第二负载。每次仅有一个输出连接到相应的负载。这使得能够实现具有低总谐波失真和/或在输入级和输出级的部件上的低电压应力的大输出电压范围。

Description

谐振转换器
技术领域
本发明涉及例如用于驱动LED装置的谐振转换器。
发明背景
需要高性能和低成本的谐振转换器，例如用于LED驱动器。
典型地，两级拓扑用于基于升压转换器和降压转换器或降压-升压转换器的高性能驱动器，特别是非隔离驱动器。
升压级实现了市电输入的高功率因数和低总谐波失真，并且降压(或降压-升压)转换器实现了输出低纹波以实现高光输出质量。
SEPIC转换器(单端初级电感转换器)是一种公知的低成本谐振转换器设计，其可用于代替两级设计。它具有输入级(例如升压级)和输出级(例如降压-升压级)，在输入级和输出级之间具有谐振电容器。然而，存在控制输入级和输出级的单个主开关。还有其它类似类型的谐振转换器，例如Cuk变换器。
Tsorng-Juu Liang等人的“A novel two-stage electronic ballast for HIDlamp with SEPIC PFC”，2012Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power ElectronicsConference and Exposition(APEC)，2012年2月5日公开了级联SEPIC转换器和降压－升压转换器，其中降压－升压转换器具有分别耦接到两个耦接的电感器之一的两个输出。ShiChuan等人的“A Sic－based high efficiency isolated onboard PEV charger withultrawide DC－link voltage range”，IEEE Transactions on Industry Applications，2017年1月1日公开了SEPIC转换器。
客户还要求驱动器可以驱动不同类型的负载，特别是利用不同的负载电压。例如，客户通常要求相同型号的LED驱动器能够以可变的LED正向电压驱动LED模块，使得LED驱动器对于不同的应用是通用的。在这种情况下，驱动器的性能应该与不同的负载电压尽可能一致。然而，难以设计SEPIC转换器或其它低成本驱动器，以例如针对一定范围的不同负载实现所需的总谐波失真。还需要选择能够承受全部范围的负载电压的谐振转换器电路的部件，而这可能导致具有高电压容限的高成本部件。
因此，需要一种谐振转换器设计，其有助于以低成本部件满足电路性能要求。
发明内容
本发明由权利要求限定。
本发明的构思是提供一种具有串联的两个电感器部件的谐振转换器的输出电感器，使得第一输出被限定在两个电感器部件两端，而第二输出被限定在仅电感器部件中的一者两端。所选择的一个输出每次连接到相应的负载。本发明的实施例的原理是第一电感器和第二电感器之间的磁耦接有效地将大的输出电压范围转换为用于谐振转换器的较小的有效输出电压范围，对于该较小的有效电压范围，谐振转换器可以保持其性能。因此，相同的谐振转换器可以支持大的输出电压范围。这使得谐振转换器能够以大输出电压范围工作，同时保持谐振器部件上的低总谐波失真和/或低电压应力。
根据本发明的方面的示例，提供了一种谐振转换器，包括：
输入级；
输出级，包括输出电感器装置；以及
在输入级和输出级之间的谐振电容器；其中该输出级的输出电感器装置的至少一部分被适配成与所述谐振电容器并联地电连接并且由所述谐振电容器充电，
其中该输出电感器装置包括彼此磁耦接的第一电感器部件和第二电感器部件，并且其中该输出级还包括：
第一输出，该第一输出通过串联的所述第一电感器部件和所述第二电感器部件两者耦接到参考输出，并且被适配成连接到具有第一正向电压的第一负载，其中所述第一电感器部件和所述第二电感器部件被适配成将所述输出电压转换为用于所述谐振转换器的较小有效输出电压；以及
第二输出，所述第二输出仅通过所述第一电感器部件和所述第二电感器部件中的一者耦接到所述参考输出，并且被适配成连接到具有小于所述第一正向电压的第二正向电压的第二负载，
其中第一输出和第二输出中所选择的一者被适配成每次相应地要么连接到第一负载或要么连接到第二负载。
该谐振转换器例如是SEPIC转换器，其中在输入级和输出级之间具有谐振电容器。谐振转换器例如用作非隔离LED驱动器的一部分。输入级用于提供高功率因数和低总谐波失真，输出级用于实现低输出电流纹波。
转换器被设计用于大输出电压范围，例如50V到200V。为了实现低的总谐波失真和/或避免输入级和输出级的部件(诸如主电源开关和谐振电容器)上的高电压应力，提供两个分离的输出，每个输出用于具有不同输出电压的负载。例如，当需要以相对高的电压(例如100V至200V)驱动LED负载时，转换器被适配为经由第一输出连接到LED负载；并且当需要以相对低的电压(例如50V到100V)驱动LED负载时，转换器被适配为经由第二输出连接到LED负载。
在详细的实施例中，例如，输入级包括升压转换器，而输出级包括降压转换器或降压－升压转换器，其中在作为输入级的升压转换器和作为输出级的降压转换器或降压－升压转换器之间共享主控开关。这定义了SEPIC架构。
谐振电容器然后连接在主控开关和输出电感器装置之间。
如下面将要讨论的，当SEPIC架构连接到具有不同电压的负载时，传统的SEPIC结构在其谐振电容器上遭受大的电压应力和/或THD恶化。因此，上述实施例可以提高SEPIC架构在驱动具有不同电压的负载时的灵活性。
当第一输出连接到第一负载时，谐振转换器被适配为以第一电路参数和第一负载参数工作，并且当第二输出连接到第二负载时，谐振转换器被适配为以第二电路参数和第二负载参数工作，并且第一电路参数和第二电路参数之间的差小于第一阈值，和/或第一和第二负载参数之间的差小于第二阈值，使得谐振转换器的性能相对于第一负载和第二负载得以保持。
第一电路参数和第二电路参数之间的差例如小于第一阈值，并且第一负载参数和第二负载参数之间的差小于第二阈值。以这种方式，由于谐振转换器在驱动第一负载和第二负载时利用相当的电路参数和负载参数工作，所以谐振转换器的性能不会变化太多。更具体地，可以减小谐振部件上的电压应力(负载)的差异，使得适当额定的谐振部件可以支持第一负载和第二负载两者。附加地或替换地，谐振转换器的总谐波失真不随第一负载电压和第二负载电压变化太多，因此谐振转换器可以更容易地设计。
本发明的发明人观察到，谐振部件(例如谐振电容器)上的电压应力与输出电感器装置的电感和输出电压有关。因此，本发明人提出在给定很大程度上不同的第一负载电压和第二负载电压的情况下，尽可能减小输出电感器装置的有效电感和/或有效输出电压的差。
在第一电路实施方式中，第一电路参数包括输出电感器装置的第一等效电感，并且第二电路参数包括输出电感器装置的第二等效电感，其中第一等效电感和第二等效电感基本相同。
在该第一电路实施方式中，第一负载参数例如包括谐振转换器的第一等效输出电压，并且第二负载参数包括谐振转换器的第二等效输出电压。
在一种方法中，第一等效输出电压和第二等效输出电压之间的差小于第一正向电压和第二正向电压之间的差，使得当连接到第一负载和第二负载时谐振电容器上的电压应力都小于应力阈值。
等效输出电压例如是第二输出的输出电压。
第一电感器部件和第二电感器部件的电感例如是相同的，第一等效输出电压是第一正向电压的一半，而第二等效输出电压是第二正向电压。更具体地，在该实施例中，差值是第一正向电压的一半减去第二正向电压，其小于传统SEPIC转换器的第一正向电压减去第二正向电压的差值。
这样，输出电感器装置的有效电感对于不同的输出电压是相同的，并且减小了有效输出电压的差。反过来，第一负载和第二负载两者的谐振电容器上的电压应力小于电压阈值。这有效地将谐振电容器上的电压应力保持在阈值以下，从而可以使用更低规格的部件。例如，相对较低额定的谐振电容器可以承受第一负载的电压应力和第二负载的电压应力两者。
在该第一电路实现方式的实现中：
所述谐振电容器连接到所述第一电感器部件与所述第二电感器部件之间的结点；
第一电感器部件连接在所述参考输出和所述结点之间；
所述第二电感器部件在第一端处连接到所述结点；
第二电感器部件在第二端通过第一二极管连接到第一输出；以及
该结点通过第二二极管连接到第二输出。
在这种情况下，谐振电容器连接到两个串联电感器部件的中点。因此，对于高电压负载，电容器不直接连接到高电压负载。
为了进一步缓冲谐振转换器的输出，第一输出电容器可以连接在参考输出和第二输出之间以便缓冲第二输出，并且第二输出电容器可以连接在第二输出和第一输出之间以便第一和第二输出电容器缓冲第一输出。
本发明的发明人还观察到谐振转换器的总谐波失真与输出电感器的电压有关。因此，本发明人提出在给定第一负载电压和第二负载电压的情况下减小输出电感器的有效电压的差。因此，谐振转换器的总谐波失真对于第一负载电压和第二负载电压更恒定，并且通过适当的设计，两个总谐波失真可以更容易地保持在标准内。
更具体地，在第二电路实施方式中，第一负载参数包括如由谐振电容器看到的输出电感器装置的第一电感器电压，并且第二负载参数包括如由谐振电容器看到的输出电感器装置的第二电感器电压，其中当连接到第一负载时的第一电感器电压和当连接到第二负载时的第二电感器电压之间的差小于第一正向电压和第二正向电压之间的差，使得当连接到第一负载时和当连接到第二负载时的总谐波失真两者都低于所需水平。
以这种方式，使谐振电容器看到的有效电感器电压更接近，并且使谐振转换器在连接到第一负载时和在连接到第二负载时的总谐波失真相似，使得总谐波失真可以保持低于两种类型负载的阈值。
第一电感器部件和第二电感器部件的电感例如是相同的，第一电感器电压是第一正向电压，而第二电感器电压是第二正向电压的两倍。
通过将第二正向电压加倍为第二电感器电压，第二负载的第二电感器电压变得更接近于第一负载的第一电感器电压，且使总谐波失真更接近。这样，更简单的电路设计可以将两个总谐波失真保持在标准内。
在该第二电路实施方式的实现中：
所述谐振电容器连接到所述第二电感器部件的第一端；
所述第一电感器部件连接在所述参考输出与所述第一第二电感器部件和第二电感器部件之间的结点之间；
所述第二电感器部件在第二端处连接到所述结点；
第二电感器部件的第一端通过第一二极管连接到第一输出；以及
该结点通过第二二极管连接到第二输出。
在这种情况下，高电压输出连接到谐振电容器，而低电压输出连接到电感器部件之间的结点。
为了缓冲两个输出，第一输出电容器可以同样连接在参考输出和第二输出之间以缓冲第二输出，并且第二输出电容器连接在第二输出和第一输出之间，使得第一输出电容器和第二输出电容器缓冲第一输出。
本发明还提供了一种照明设备，其包括上面限定的谐振转换器，以及连接到第一输出或第二输出的发光负载。
参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并且得以阐明。
附图说明
为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出如何实现本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：
图1示出了已知的SEPIC谐振转换器；
图2示出了Kr(输入级和输出级中电感器的比率)与谐振电容器电压Vbulk之间的关系；
图3示出了对于254Vac的输入电压和50V的输出电压的输入电压和输入电流的模拟；
图4示出了谐振转换器的第一示例；
图5示出了当200V LED负载连接到第一输出时的等效电路；
图6示出了当50V LED负载连接到第二输出时的等效电路；
图7示出了谐振转换器的第二示例；
图8示出了总谐波失真与值Kv的关系，Kv是输出级的线峰值电压VPK与反射电压VR的比率；
图9示出了200V负载被连接时的等效电路；
图10示出了50V负载被连接时的等效电路；以及
图11示出了对于254Vac的输入电压和50V的输出电压的针对图7的电路的输入电压和输入电流的模拟。
具体实施方式
将参照附图描述本发明。
应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
本发明提供一种在输入级和输出级之间具有谐振电容器的谐振转换器。输出级的输出电感器布置具有磁耦接的第一电感器部件和第二电感器部件。第一输出通过串联的第一电感器部件和第二电感器部件耦接到参考输出，并且它连接到具有第一(高)正向电压的第一负载。第二输出仅通过第一电感器部件和第二电感器部件之一耦接到参考输出，并且连接到具有第二(低)正向电压的第二负载。所选择的一个输出同时连接到相应的负载。这使得能够在输入级和输出级的部件上具有低总谐波失真和/或低电压应力的大输出电压范围。
图1示出了已知的SEPIC谐振转换器1。
谐振转换器包括由电压源VI表示的AC输入。AC输入连接到包括二极管D1，D2，D3和D4的二极管桥式整流器。
整流输出被提供给升压转换器形式的输入级。升压转换器包括串联电感器Lin1和二极管D6以及并联主开关Q1。升压转换器用作功率因数校正(PFC)级，并且用于提供低的总谐波失真。
谐振电容器C2连接到输出级的输入，而不是如单级升压转换器中那样连接到接地。谐振电容器C2是大容量电容器，通常是电解电容器(Elcap)。谐振电容器C2利用升压级充电，并利用输出电感器L1放电，从而谐振。
主开关Q1控制从输入到电感器Lin1(当主开关Q1闭合时)以及从输入加上电感器Lin1到谐振电容器C2和到输出级(当主开关Q1断开时)的能量传递。这实际上是升压转换。
输出级包括降压－升压转换器(或者它可以包括升压转换器)。降压－升压转换器包括到输出LED+的并联电感器L1和串联二极管D5。输出级用于实现低输出电流纹波。
主控开关Q1在输入级和输出级之间共享。因此，在降压－升压转换器中，主开关控制谐振电容器C2和电感器L1之间以及电感器L1和输出之间的能量传递。输出滤波电容器C1设置在输出两端，其具有正端LED+和负端LED－。这实际上是降压－升压转换。
还示出了输出电流感测电阻器Rss1，其用作控制电路的一部分，用于控制主开关Q1的切换。
该电路拓扑有时被称为1.5级拓扑。
更详细地，当主开关Q1导通时，谐振电容器C2向输出级的电感器L1释放能量。在一个周期中从谐振电容器C2释放的功率可以表示为：
当主开关Q1关断时，谐振电容器C2由输入级电感器Lint充电，并且从电感器Lint到谐振电容器的功率输入是：
这里，Trst是升压电感器磁复位时间。
由于Vin＝Vamp*sin(wt)，在半个AC周期期间将功率平衡为：
通过针对电感器Lin1平衡Vin*Ton：
PFC电感和磁化电感之间的比率由下式给出：
这些关系得出以下结论：当存在Kr的固定值(即，固定电感器值)时，输出电压Vo越高，谐振电容器电压越低，反之亦然。
对于Vin和Vo的给定值，图2示出Kr(输入级和输出级中电感器的比率Lin1/L1)与谐振电容器电压Vbulk之间的关系。
举例来说，需要Vin可在220Vac与240Vac之间的范围内，需要大于0.9的功率因数PF，需要小于20％的总谐波失真THD，且最重要的是需要50V到200V的输出电压范围。要求恒定电流纹波小于<4％。
这种拓扑的问题是由于需要大的输出电压窗口(例如在50V和200V之间的1：4的比率)。首先，难以在整个输出电压窗口内满足THD要求。第二，谐振电容器C2上的电压应力也可能太高。例如，模拟显示C2两端的最大电压达到540V(Vin＝254Vac，并且Vout＝50V)。这意味着需要600V的电容器，或者两个300V的电容器串联。
主开关Q1上的电压应力高于650V，因此例如选择800V MOS晶体管作为主开关Q1。
对于电容器C2上的电压应力，如果单个静态电路设计用于200V和50V输出电压两者，则在设计电路时出现以下问题。
对于最大输出电压Vo＝200V，设计目标是确保最小部件电压应力。例如，如果最小输入电压是210V并且最大输出电压是200V，则升压转换器将以90度相位角工作在临界导通模式CRM。谐振电容器C2需要被指定为稍高于输入峰值电压(210*√2*1.05＝310Vdc)。计算的电感器比率是Ratio＝Lin1/L1＝0.41。例如，然后可以使用Lin1＝1.15mH和L1＝2.8mH的电感器值。
基于该电感器设计，对于输出电压Vo＝50V，最大谐振电容器电压出现在最大输入电压Vin＝254Vac和最小输出电压Vo＝50V。所得的谐振电容器电压Vbulk＝540V从上述310V的值增加超过200V，这需要非常昂贵的高电压600V额定电容器，或两个300V电容器的庞大串联连接。
对于254Vac的输入电压和200V的输出电压，总谐波失真THD低于20％，因此符合典型的产品规格。
图3示出了对于254Vac的输入电压和50V的降低的输出电压的输入电压30和输入电流32的模拟。存在输入电流的相移以及失真。结果是THD为24％，因此不符合典型的产品规格。
图4示出了根据本发明第一实施例的谐振转换器40的第一示例。
如在上述基本电路中，谐振转换器包括由电压源V1表示的AC输入。AC输入连接到包括二极管D1，D2，D3和D4的二极管桥式整流器。整流输出被提供给升压转换器形式的输入级。升压转换器包括串联电感器Lin1和二极管D6以及并联主开关Q1。升压转换器用作功率因数校正(PFC)级。
谐振电容器C2连接到输出级的输入。如在已知的电路中，谐振电容器是大容量电容器，通常是电解电容器(Elcap)。
输出级在该电路中被修改。它现在包括输出电感器装置L1，L2。输出级的输出电感器装置L1，L2被适配为由输入级和输出级之间的谐振电容器C2充电。
更具体地，输出电感器装置L1，L2包括彼此磁耦接的第一电感器部件L1和第二电感器部件L2。例如，它们共享公共芯。
谐振电容器C2连接到第一电感器部件L1和第二电感器部件L2之间的结点。第一电感器部件LI连接在参考(接地)输出LED－和结点之间，以及第二电感器部件L2在第一端连接到结点。第二电感器部件L2的另一端通过第一二极管D7连接到第一输出LEDH+。电感器部件之间的结点通过第二二极管D5连接到第二输出LEDL+。
因此，第一输出LEDH+通过串联的第一电感器部件L1和第二电感器部件L2两者耦接到参考输出LED－，而第二输出LEDL+仅通过第一电感器部件耦接到参考输出LED－。
最重要的是，第一输出LEDH+用于连接到具有第一较高正向电压的第一负载，而第二输出LEDL+用于连接到具有第二较低正向电压的负载。因此，根据负载的输出电压要求，负载连接到两个输出中选定的一个输出。第一输出和第二输出中被选定的一个输出在任何给定时间连接到相应的负载。例如，如果谐振转换器被适配为驱动高电压LED负载，则谐振转换器被适配为经由第一输出LEDH+和参考输出LED－连接到高电压负载，而第二输出LEDL+电浮置。如果谐振转换器被适配为驱动低电压LED负载，则谐振转换器被适配为经由第二输出LEDL+和参考输出LED－连接到低电压负载，而第一输出LEDH+电浮置。
通过选择哪个输出端子用于给定负载，转换器能够满足用于大输出电压范围(例如50V到200V)的性能要求。
当电路使用不同的输出而被连接到不同的负载时，产生不同的等效电路。
图5示出了当200V LED负载连接到第一输出LEDH+时的等效电路。
两个电感器L1，L2由单个等效电感器Leq代替。如果L1＝L2＝Lm，则等效电感器Leq＝Lm。
该等效电感可以被认为是电路的电路参数。
等效输出电压变为100V，其中该等效输出电压是存在于谐振电容器C2的输出级侧的电压。
该等效输出电压可以被认为是电路的负载参数。
如果升压转换器再次工作在具有90度相位角的临界导通模式，则对于如上所述的相同模拟，等效输出电压是100V(实际Vo＝200V)，Vin＝210Vac。谐振电容器C2再次被指定为稍微高于210*√2*1.05＝310Vdc的输入电压峰值。
升压电感器和次级电感器的所需比率现在变为Lin1/L1＝0.82。这可以例如通过设置Lin1＝1.15mH，L1＝1.4mH来实现。
图6示出了当50V LED负载连接到第二输出LEDL+时的等效电路。
如果如图5的电路中那样，L1＝Lm，有Leq＝Lm，则仅电感器L1被使用。有效输出电压现在是实际输出电压，即50V。
可以看出，对于两个负载，等效电感(电路参数)与Lm相同。对于50V的情况，等效输出电压为50V。
因此，对于1：4(50V到200V)的实际输出电压的比率，电路参数具有50V和100V(1：2的比率)的有效值。然后该电路可以被认为是驱动50V负载和100V负载的单个电路拓扑。因此，可以更容易地将谐振电容器电压Vbulk控制在可接受的范围内。
例如，当Vin＝254Vac且等效输出电压为50V时，出现最大谐振电容器电压。谐振电容器变为Vbulk＝440V，其低于先前设计的540V。可以选择450V额定电容器，其比600V额定电容器便宜，并且比两个300V电容器的串联连接体积小。
因此，可以看出，当第一输出LEDH+连接到负载时，谐振转换器被适配为以第一电路参数(例如电感Lm)和第一负载参数(例如等效电压100V)工作，而当第二输出LEDL+连接到第二负载时，谐振转换器被适配为以第二电路参数(例如电感Lm)和第二负载参数(例如等效电压50V)工作。
第一电路参数和第二电路参数之间的差例如小于第一阈值(在该示例中该差是零，因为第一等效电感和第二等效电感是相同的)，并且第一负载参数和第二负载参数之间的差小于第二阈值(在该示例中该差是50V)。
第一阈值例如是第一电路参数(CP1)的一部分，例如10％。因此，在该示例中，阈值为0.1xCP1.第二电路参数(CP2)则在0.9CP1至1.1CP1的范围内，使得该差小于0.1CP1。
第二阈值例如是电压量。在所示的示例中，第一等效输出电压和第二等效输出电压之间的差是50V。其小于第一正向电压和第二正向电压之间的差(在该示例中为150V)。
第二阈值例如是最大输出电压和最小输出电压之间的差(在该示例中为150V)。第二阈值例如可以较小，例如为该差的一部分，例如该差的一半(因此在该示例中为75V)。结果是，当连接到第一负载和第二负载时，谐振电容器C2上的电压应力的差小于第三应力阈值。
在该示例中，电压应力的差为440V－310V＝130V。在没有电路修改的情况下，电压应力差为540V－310V＝230V。因此，差别在于谐振电容器上的电压应力从230V减小到130V，并且应力阈值例如是150V。应力阈值例如是最大输出电压和最小输出电压之间的差(在该示例中为150V)。
通过保持谐振电容器上的电压应力低于应力阈值，使得针对高电压负载和低电压负载的谐振电容器上的电压应力更接近，并且可以使用更低规格的部件(即谐振电容器)。
图7示出了谐振转换器的第二示例，特别是用于当施加到相同的输出电压时增加反射电压，从而改善总谐波失真(THD)。
如在上面的基本电路中和在第一示例中，谐振转换器包括由电压源V1表示的AC输入。AC输入连接到包括二极管D1，D2，D3和D4的二极管桥式整流器。整流输出被提供给升压转换器形式的输入级。升压转换器包括串联电感器Lin1和二极管D6以及并联主开关Q1。升压转换器用作功率因数校正(PFC)级。谐振电容器C2连接到输出级的输入。谐振电容器是大容量电容器，通常是电解电容器(Elcap)。
在该电路中输出级被不同地修改。它同样包括具有彼此磁耦接并串联的第一电感器部件L1和第二电感器部件L2的输出电感器装置。
在该电路中，谐振电容器C2连接到第二电感器部件L2的第一端。第二电感器部件L2的另一端，即第二端位于第一电感器部件L1和第二电感器部件L2之间的结点处。
第一电感器部件L1连接在参考输出LED-(即，接地)与第一电感器部件L1和第二电感器部件L2之间的结点之间。
第二电感器部件L2的第一端通过第一二极管D7连接到第一输出LEDH+，并且该结点通过第二二极管D5连接到第二输出LEDL+。
第一输出电容器C1同样连接在参考输出LED－和第二输出LEDL+之间，并且第二输出电容器C3连接在第二输出LEDL+和第一输出LEDH+之间。
该电路基于产生较高的反射电压以降低总谐波失真，其中反射电压是由谐振电容器看到的输出电感器装置上的电压。
图8示出了总谐波失真与值Kv的关系，Kv是输出级的线路峰值电压VPK与反射电压VR的比率。
图8示出了线峰值电压VPK和反射电压VR越近，THD越小。该原理适用于SEPIC转换器。
反射电压是从谐振电容器C2的阴极到接地的电压(即输出电感器的电压)。
该拓扑解决了上述问题，即，当拓扑由此被设计时，在200V LED负载的负载状况下THD是可接受的时，而当负载状况变为50V LED负载时THD恶化到24％。
图9示出了连接200V负载时的等效电路。在这种情况下，电路参数是谐振电容器C2所见的电感(即，连接到电容器C2的等效电感)。同样，在L1＝L2＝Lm的情况下，第一电路参数是2Lm。
负载参数5同样是由谐振电容器看到的电压，在这种情况下是200V。
由谐振电容器看到的电压以及因此的第一负载参数是200V，并且电路被设计成具有9.3％的THD，满足20％的THD要求。
图10示出了当连接50V负载时的等效电路。
同样，当L1＝L2＝Lm时，有效输出电感为0.5Lm。然而，在这种情况下，第二电路参数(谐振电容器输出端的等效电感)仍然是2Lm。
尽管电压LEDL+到LED－为50V，但是耦接的电感器L2被感应为与L1具有相同的电压，因此由电容器C2看到(阴极到接地)的电压是100V。因此，第二负载参数为100V。
该100V电压与200V负载情况下的200V相当，而THD为13％，因此仍低于20％。
因此，在这种情况下，第一负载参数包括由谐振电容器看到的输出电感器装置的第一电感器电压，而第二负载参数包括由谐振电容器看到的输出电感器装置的第二电感器电压。
当连接到第一负载时第一电感器电压和当连接到第二负载时第二电感器电压之间的差(在这种情况下为100V)小于第一正向电压和第二正向电压之间的差(在这种情况下为150V)。结果，当连接到第一负载和连接到第二负载时，谐振转换器的总谐波失真两者都低于20％的所需水平。
图11示出了对于254Vac的输入电压和50V的输出电压的针对图7的电路的输入电压110和输入电流112的模拟。存在输入电流的减小的相移以及减小的失真。结果是13％的THD，其符合典型的产品规格。
在使用中，发光负载——特别是LED负载——连接到上述两个电路的第一输出或第二输出。例如，当在应用中输出电压在诸如100V至200V的第一范围内时，指示客户连接LEDH+和LED－。当在应用中输出电压在50V至100V范围内时，客户连接LEDL+和LED－。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
如果在权利要求或说明书中使用术语“被适配为”，则应注意，术语“被适配为”旨在等同于术语“被配置成”。
权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种谐振转换器，包括：
输入级；
输出级，包括输出电感器装置(L1，L2)；以及
在所述输入级和所述输出级之间的谐振电容器(C2)；其中所述输出级的所述输出电感器装置(L1，L2)的至少一部分被适配为与所述谐振电容器(C2)并联地电连接并且由所述谐振电容器(C2)充电，
其中所述输出电感器装置(L1，L2)包括彼此磁耦接的第一电感器部件(L1)和第二电感器部件(L2)，并且其中所述输出级还包括：
第一输出(LEDH+)，所述第一输出(LEDH+)通过串联的所述第一电感器部件(L1)和所述第二电感器部件(L2)两者耦接到参考输出(LED－)并且被适配为连接到具有第一正向电压的第一负载，其中所述第一电感器部件(L1)和所述第二电感器部件(L2)被适配为将所述输出电压转换成用于所述谐振转换器的较小有效输出电压；以及
第二输出(LEDL+)，其仅通过所述第一电感器部件和所述第二电感器部件中的一者(L1)耦接到所述参考输出(LED－)，并且被适配为连接到具有小于所述第一正向电压的第二正向电压的第二负载，
其中所述第一输出(LEDH+)和所述第二输出(LEDL+)中所选择的一者被适配为每次相应地要么连接到所述第一负载或要么连接到所述第二负载。
2.如权利要求1所述的谐振转换器，其中所述输入级包括升压转换器，并且所述输出级包括降压转换器或降压－升压转换器，其中在作为所述输入级的所述升压转换器与作为所述输出级的所述降压转换器或所述降压－升压转换器之间共享主控开关(Q1)。
3.如权利要求2所述的谐振转换器，其中所述谐振电容器(C2)连接在所述主控开关(Q1)和所述输出电感器装置(L1，L2)之间。
4.如权利要求1至3中任一项所述的谐振转换器，其中所述谐振转换器是SEPIC转换器。
5.如权利要求4所述的谐振转换器，其中当所述第一输出(LEDH+)连接到所述第一负载时，所述谐振转换器被适配为以第一电路参数和第一负载参数工作，并且当所述第二输出(LEDL+)连接到所述第二负载时，所述谐振转换器被适配为以第二电路参数和第二负载参数工作，以及
所述第一电路参数和所述第二电路参数之间的差小于第一阈值，和/或所述第一负载参数和所述第二负载参数之间的差小于第二阈值，使得相对于所述第一负载和所述第二负载保持所述谐振转换器的性能。
6.如权利要求1所述的谐振转换器，其中所述第一电路参数包括所述输出电感器装置(L1，L2)的第一等效电感，并且所述第二电路参数包括所述输出电感器装置(L1，L2)的第二等效电感，其中所述第一等效电感和所述第二等效电感基本上相同。
7.如权利要求6所述的谐振转换器，其中所述第一负载参数包括所述谐振转换器的第一等效输出电压，所述第二负载参数包括所述谐振转换器的第二等效输出电压，其中所述第一等效输出电压和所述第二等效输出电压之间的差小于所述第一正向电压和所述第二正向电压之间的差，使得当连接到所述第一负载和所述第二负载时所述谐振电容器上的电压应力都小于应力阈值。
8.如权利要求6或7所述的谐振转换器，其中所述第一电感器部件(L1)和所述第二电感器部件(L2)的电感相同，所述第一等效输出电压是所述第一正向电压的一半，并且所述第二等效输出电压是所述第二正向电压。
9.如权利要求6至8中任一项所述的谐振转换器，其中：
所述谐振电容器(C2)连接到所述第一电感器部件(L1)和所述第二电感器部件(L2)之间的结点；
所述第一电感器部件(L1)连接在所述参考输出(LED－)与所述结点之间；
所述第二电感器部件(L2)在第一端处连接到所述结点；
所述第二电感器部件(L2)在第二端通过第一二极管(D7)连接到所述第一输出(LEDH+)；以及
所述结点通过第二二极管(D5)连接到所述第二输出(LEDL+)。
10.如权利要求9所述的谐振转换器，其中第一输出电容器(C1)连接在所述参考输出和所述第二输出(LEDL+)之间，并且第二输出电容器(C3)连接在所述第二输出(LEDL+)和所述第一输出(LEDH+)之间。
11.如权利要求5所述的谐振转换器，其中所述第一负载参数包括由所述谐振电容器看到的所述输出电感器装置的第一电感器电压，所述第二负载参数包括由所述谐振电容器看到的所述输出电感器装置的第二电感器电压，其中当连接到所述第一负载时的所述第一电感器电压和当连接到所述第二负载时的所述第二电感器电压之间的差小于所述第一正向电压和所述第二正向电压之间的差，使得当连接到所述第一负载时和当连接到所述第二负载时的总谐波失真都小于总谐波失真阈值。
12.如权利要求5或11所述的谐振转换器，其中所述第一电感器部件和所述第二电感器部件的电感相同，所述第一电感器电压是所述第一正向电压，并且所述第二电感器电压是所述第二正向电压的两倍。
13.如权利要求5、11或12中任一项所述的谐振转换器，其中：
所述谐振电容器(C2)连接到所述第二电感器部件(L2)的第一端；
所述第一电感器部件(L1)连接在所述参考输出(LED－)与所述第一电感器部件(L1)和所述第二电感器部件(L2)之间的结点之间；
所述第二电感器部件(L2)在第二端处连接到所述结点；
所述第二电感器部件(L2)的所述第一端通过第一二极管(D7)连接到所述第一输出(LEDH+)；以及
所述结点通过第二二极管(D5)连接到所述第二输出(LEDL+)。
14.如权利要求13所述的谐振转换器，其中第一输出电容器(C1)连接在所述参考输出和所述第二输出(LEDL+)之间，并且第二输出电容器(C3)连接在所述第二输出(LEDL+)和所述第一输出(LEDH+)之间。
15.一种照明装置，包括：
AC输入，
二极管桥式整流器，
如权利要求1至14中任一项所述的谐振转换器，其中所述输入级经由所述二极管桥式整流器电连接到所述AC输入，以及
发光负载，其电连接到所述第一输出或所述第二输出。
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