CN101795518A - 电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置 - Google Patents

电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置 Download PDF

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Abstract

一种电流平衡装置，包括：第一变压器，其具有第一初级线圈和与第一初级线圈电磁耦合的第一次级线圈，第一初级线圈具有与第一负载相连的第一端；第二变压器，其具有第二初级线圈和与第二初级线圈电磁耦合的第二次级线圈，第二初级线圈具有与第二负载相连的第一端，流经第二负载的第二电流包含与流经第一负载的第一电流实质上相差180度相位差的AC分量；以及串联电路，其包括第一次级线圈、第二次级线圈和电流平滑器，用于彼此平衡第一电流和第二电流。

Description

电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置
技术领域
本发明涉及一种用于平衡流经并联连接的多个负载的电流的电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置。
背景技术
作为向多个负载供电的装置的一个示例，日本待审专利申请公开No.2003-332624(文献1)中公开了一种用于点亮多个LED(发光二极管)的装置。
图1示出了文献1中公开的LED驱动装置。该装置具有DC电源Vdd、升压电路27、LED 21-26、下沉式驱动器(sink driver)12-14、旁路单元15-17、以及选择器18。下沉式驱动器12-14响应于时分信号S1-S3而导通/断开。下沉式驱动器12-14的各末端与端子P23-P25中相关的一个相连，并且端子P23-P25又都与LED 21-26相连。旁路单元15-17与下沉式驱动器12-14并联连接，并且当下沉式驱动器12-14断开时流过电流，该流过的电流较小不足以使LED 21-26发射光。
选择器18检测下沉式驱动器12-14中一个的漏极-源极电压和流经LED21-26的三条线路中的一条的电流，并且控制升压电路(转换器)27的输出电压。
根据上述现有技术，在点亮LED 21-26的期间内下沉式驱动器12-14使得LED 21-26流经必要的电流。在不点亮LED 21-26的期间内下沉式驱动器12-14停止电流并且旁路单元15-17旁路小的电流，从而防止了转换器27的输出电压跳跃(jump up)。
例如，在日本待审专利申请公开No.H11-67471和No.2002-8409中还公开了其他的现有技术。
发明内容
根据图1所示的现有技术，升压电抗器L27和高频开关Q27被用来生成升压、高频电压，通过二极管D27和电解电容C27整流并且平滑该升压、高频电压，以对LED 21-26施加升压DC电压。
总体上，LED具有变化的前向电压Vf。相应地，流经串联连接的LED 21-26的电流彼此之间不相等。因此，现有技术使用了作为恒流电路(电流镜像电路)的下沉式驱动器12-14，根据不同的Vf值施加不同的电压，以使流经LED 21-26的电流彼此之间平衡。由于下沉式驱动器12-14会引起基于所施加的电压的损耗，因此会降低效率。
本发明提供了一种电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置，其能够最小化在平衡流经负载的电流时所产生的损耗并且提高效率。
根据本发明的第一方面，一种电流平衡装置，包括：第一变压器，其具有第一初级线圈和与所述第一初级线圈电磁耦合的第一次级线圈，所述第一初级线圈具有与第一负载相连的第一端；第二变压器，其具有第二初级线圈和与所述第二初级线圈电磁耦合的第二次级线圈，所述第二初级线圈具有与第二负载相连的第一端；以及串联电路，其包括所述第一次级线圈、所述第二次级线圈和电流平滑器，其中，流经所述第一负载的第一电流和流经所述第二负载的第二电流被彼此平衡。
根据本发明的第二方面，一种供电装置，包括：串联谐振电路，其包括变压器；多个开关元件，其用于使得电流流经所述串联谐振电路；第一变压器，其与所述串联谐振电路的输出相连，并且所述第一变压器具有第一初级线圈和与所述第一初级线圈电磁耦合的第一次级线圈，所述第一初级线圈具有与第一负载相连的第一端；第二变压器，其与所述串联谐振电路的输出相连，并且所述第二变压器具有第二初级线圈和与所述第二初级线圈电磁耦合的第二次级线圈，所述第二初级线圈具有与第二负载相连的第一端；串联电路，其包括所述第一次级线圈、第二次级线圈和电流平滑器；电流检测器，其用于检测流经所述串联电路的电流；以及控制器，其用于根据所述电流检测器的输出，导通/断开所述多个开关元件。
根据本发明的第三方面，一种电流平衡方法，包括：连接第一变压器的初级线圈和第一负载；连接第二变压器的初级线圈和第二负载；串联地连接与所述第一变压器的初级线圈电磁耦合的所述第一变压器的次级线圈、与所述第二变压器的初级线圈电磁耦合的所述第二变压器的次级线圈、以及电流平滑器，由此流过电流用于彼此平衡所述第一负载的电流和所述第二负载的电流。
根据本发明的上述这些方面，构成了串联电路的第一次级线圈、第二次级线圈和电流平滑器可流过用于平衡第一电流和第二电流的电流，由此降低了在平衡流经负载的电流时产生的损耗并且提高了效率。
附图说明
图1是示出了根据现有技术的LED点亮装置的方框图；
图2是示出了根据本发明实施例的具有电流平衡装置的供电装置的方框图；以及
图3是示出了图2中的供电装置的操作的时序图。
具体实施方式
下面参考附图，详细地说明根据本发明实施例的电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置。
图2是示出了根据本发明实施例的具有电流平衡装置的供电装置的方框图。在这个实施例中，具有电流平衡装置的供电装置被用作LED点亮装置。
在图2中，DC电源Vin的两端都与包含MOSFET制成的开关元件Q1和Q2的串联电路相连。开关元件Q1和Q2之间的连接点与包含变压器T的初级线圈Np和电流谐振电容Cri的串联谐振电路相连。变压器T具有漏电感。
变压器T具有次级线圈Ns，其第一端与串联连接的LED 21a-21e、串联连接的LED 22a-22e、以及飞轮(flywheel)二极管D10相连。
变压器T的次级线圈Ns的第二端与串联连接的LED 23a-23e、串联连接的LED 24a-24e、以及飞轮二极管D11相连。
LED 21e的阴极与变压器T1(对应于权利要求书中指明的“第一变压器”)的初级线圈P1的第一端相连。初级线圈P1的第二端接地。LED 22e的阴极与变压器T2(对应于权利要求书中指明的“第一变压器”)的初级线圈P2的第一端相连。初级线圈P2的第二端接地。
LED 23e的阴极与变压器T3(对应于权利要求书中指明的“第二变压器”)的初级线圈P3的第一端相连。初级线圈P3的第二端接地。LED 24e的阴极与变压器T4(对应于权利要求书中指明的“第二变压器”)的初级线圈P4的第一端相连。初级线圈P4的第二端接地。
变压器T1的次级线圈S1、变压器T2的次级线圈S2、变压器T3的次级线圈S3、变压器T4的次级线圈S4、电阻Rs、以及电抗器L1串联连接以形成回路恒流电路。由于恒流电路的功能使其可以作为平衡电路来操作。电抗器L1对应于权利要求书中所指明的“电流平滑器”并且平滑流经恒流电路的电流。在平滑后的电流中，留下了AC分量以实现电流平衡动作(随后说明)。
电阻Rs和次级线圈S4之间的连接点接地。电阻Rs用作电流检测器。电阻Rs和电抗器L1之间的连接点与包含电阻R3和电容C3的串联电路相连。该串联电路将包含AC分量的电压转换为DC电压。
PFM电路1比较电容C3的电压和参考电压Vref并且生成脉冲信号。此时，PFM电路1根据电容C3的电压来改变脉冲信号的频率。
逆变器2逆变来自PFM电路的脉冲信号并且将逆变后的脉冲信号提供给高侧驱动器4。低侧驱动器3从PFM电路1接收脉冲信号，并且根据脉冲信号来导通/断开开关元件Q1。高侧驱动器4根据来自逆变器2的逆变后的脉冲信号导通/断开开关元件Q2。
交替地导通/断开开关元件Q1和Q2，脉冲信号的频率控制对LED21a-21e、LED 22a-22e、LED 23a-23e、以及LED 24a-24e的输入电压。
下面参考图3说明上述配置的LED点亮装置的操作。
在图3中，波形Q1v是开关元件Q1的漏极-源极电压，波形Q1i是开关元件Q1的漏极电流，波形Q2v是开关元件Q2的漏极-源极电压，波形Q2i是开关元件Q2的漏极电流，波形D10i是流经飞轮二极管D10的电流，而波形D11i是流经飞轮二极管D11的电流。
在时刻t0，开关元件Q1断开并且开关元件Q2导通以使电流Q2i在负(逆时针)方向上流经沿Vin(正端子)、Q2、Np、Cri和Vin(负端子)的路径。随着时间的推移，电流增大到正(时针)方向以对电流谐振电容Cri充电。
此时，变压器T的次级线圈Ns生成电压，以使变压器电流Nsi、LED电流、以及电流D11i流过沿着Ns的第一端、LED 21a-21e(LED 22a-22e)、P1(P2)、D11和Ns的第二端的路径。
在时刻t1，开关元件Q2断开并且开关元件Q1导通。变压器T的初级线圈Np生成反方向的电压以使电流Q1i在负(时针)方向上流经沿Cri、Np、Q1和Cri的路径。随着时间的推移，电流增大到正(逆时针)方向以使电流谐振电容Cri放电。
此时，变压器T的次级线圈Ns响应于初级线圈Np生成的反方向电压而生成电压。这使得变压器电流Nsi、LED电流、以及电流D10i流过沿着Ns的第二端、LED 23a-23e(LED 24a-24e)、P3(P4)、D10和Ns的第一端的路径。
即，流经LED 23a-23e和P3(LED 24a-24e和P4)的电流具有AC分量，该AC分量具有与流经LED 21a-21e和P1(LED 22a-22e和P2)的电流相比实质上相差180度的相位差。时刻t2后的操作与从t0至t2的周期内的操作相同，因此不再对其赘述。
下面将会说明根据本发明实施例的电流平衡方法。
如上所述，在时刻t0，LED 21a-21e和变压器T1的初级线圈P1流过相等的LED电流。上述LED电流可使初级线圈P1生成磁通。该磁通可使变压器T1的次级线圈S1也生成磁通。该磁通可使次级线圈S1生成流经回路恒流电路的电流。
此外，在时刻t0，LED 22a-22e和变压器T2的初级线圈P2流过相等的LED电流。上述LED电流可使初级线圈P2生成磁通。该磁通可使变压器T2的次级线圈S2也生成磁通。该磁通可使次级线圈S2生成流经回路恒流电路的电流。
在时刻t1，LED 23a-23e和变压器T3的初级线圈P3流过相等的LED电流。上述LED电流可使初级线圈P3生成磁通。该磁通可使变压器T3的次级线圈S3也生成磁通。该磁通可使次级线圈S3生成流经回路恒流电路的电流。
此外，在时刻t1，LED 24a-24e和变压器T4的初级线圈P4流过相等的LED电流。上述LED电流可使初级线圈P4生成磁通。该磁通可使变压器T4的次级线圈S4也生成磁通。该磁通可使次级线圈S4生成流经回路恒流电路的电流。
基于由次级线圈S1-S4生成的磁通的电流都流经回路恒流电路，因此即使电流本身彼此之间不同仍可获得平衡的(均值化的)恒值。这实现了对于次级线圈S1-S4生成的磁通的平衡(均值化)，由此获得了对于初级线圈P1-P4生成的磁通的平衡(均值化)。结果，使得流经LED 21a-21e和初级线圈P1的LED电流、流经LED 22a-22e和初级线圈P2的LED电流、流经LED 23a-23e和初级线圈P3的LED电流、以及流经LED 24a-24e和初级线圈P4的LED电流彼此之间获得平衡(均值化)。
以上述方式，LED点亮装置，即根据本实施例的具有电流平衡装置的供电装置可平衡(均值化)流经初级线圈P1-P4的电流。电抗器L1平滑LED电流。结果，LED 21a-21e、LED 22a-22e、LED 23a-23e、以及LED 24a-24e可均衡地发光。
本实施例没有使用现有技术中由恒流驱动器制成的下沉式驱动器12-14，因此本实施例可降低平衡电路中的损耗并且提高效率。
根据本实施例，PFM电路1比较代表电流检测器检测到的电流的电压和参考电压Vref，从而交替地导通/断开开关元件Q1和Q2并且控制向LED21a-21e、LED 22a-22e、LED 23a-23e、以及LED 24a-24e提供的电压。即，本实施例不需要现有技术中使用的具有短使用寿命的电解电容C27。因此，LED点亮装置，即根据本实施例的具有电流平衡装置的供电装置可以低成本地制造，体积较小，并且具有较长的使用寿命。
本发明并不局限于如上所述的LED点亮装置。根据上述实施例，变压器T的次级线圈Ns的第一端可与两组串联连接的LED相连，并且次级线圈Ns的第二端可与两组串联连接的LED相连。串联连接的LED的组的个数是可选的，例如可以是一组、三组或更多组，只要次级线圈Ns的第一端和第二端中的每一端都与相同组数的串联连接的LED相连即可。
本发明可应用到LED点亮装置以点亮作为例如液晶显示器的背光的LED。
本申请主张2009年2月3日提交的日本专利申请No.2009-022415的优先权权益，该申请的全部内容都通过参考包括在这里。尽管如上通过本发明的特定实施例说明了本发明，但是本发明并不局限于如上所述的实施例。本领域技术人员在上面的教示下可以对如上所述的实施例作出各种变形和改变。通过所述的权利要求来限定本发明的范围。

Claims (8)

1.一种电流平衡装置，包括：
第一变压器，其具有第一初级线圈和与所述第一初级线圈电磁耦合的第一次级线圈，所述第一初级线圈具有与第一负载相连的第一端；
第二变压器，其具有第二初级线圈和与所述第二初级线圈电磁耦合的第二次级线圈，所述第二初级线圈具有与第二负载相连的第一端；以及
串联电路，其包括所述第一次级线圈、所述第二次级线圈和电流平滑器，其中，流经所述第一负载的第一电流和流经所述第二负载的第二电流被彼此平衡。
2.根据权利要求1所述的电流平衡装置，其中，所述第一电流相对于所述第二电流具有180度相位差。
3.根据权利要求1所述的电流平衡装置，其中，所述第一初级线圈的第二端和所述第二初级线圈的第二端接地。
4.根据权利要求1所述的电流平衡装置，其中，
所述负载中的每一个都具有整流元件和再生元件。
5.根据权利要求2所述的电流平衡装置，其中，
所述负载中的每一个都具有整流元件和再生元件。
6.根据权利要求3所述的电流平衡装置，其中，
所述负载中的每一个都具有整流元件和再生元件。
7.一种供电装置，包括：
串联谐振电路，其包括变压器；
多个开关元件，其用于使得电流流经所述串联谐振电路；
第一变压器，其与所述串联谐振电路的输出相连，并且所述第一变压器具有第一初级线圈和与所述第一初级线圈电磁耦合的第一次级线圈，所述第一初级线圈具有与第一负载相连的第一端；
第二变压器，其与所述串联谐振电路的输出相连，并且所述第二变压器具有第二初级线圈和与所述第二初级线圈电磁耦合的第二次级线圈，所述第二初级线圈具有与第二负载相连的第一端；
串联电路，其包括所述第一次级线圈、第二次级线圈和电流平滑器；
电流检测器，其用于检测流经所述串联电路的电流；以及
控制器，其用于根据所述电流检测器的输出，导通/断开所述多个开关元件。
8.一种电流平衡方法，包括：
连接第一变压器的初级线圈和第一负载；
连接第二变压器的初级线圈和第二负载；以及
串联地连接与所述第一变压器的初级线圈电磁耦合的所述第一变压器的次级线圈、与所述第二变压器的初级线圈电磁耦合的所述第二变压器的次级线圈、以及电流平滑器，由此流过电流用于彼此平衡所述第一负载的电流和所述第二负载的电流。
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