CN101861011A - 驱动光源的转换器装置、相关方法和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动光源的装置，包括：自振荡输出级(112)，用于驱动至少一个光源，输出级(112)具有用于供电信号(V)的馈电线；启动器电路(Rs，Cs，D，Td)，其耦合到所述馈电线用于启动所述输出级(112)的自振荡；与所述输出级(112)相关联的电子开关(Te)，所述电子开关(Te)被配置成选择性地停止所述输出级(112)的振荡；以及控制电路(108)，其适于对用于引起所述自振荡输出级(112)的振荡的DC供电信号(V)的存在进行检测，以及其中，控制电路(108)被配置成在存在DC供电信号的情况下驱动所述电子开关(Te)并且选择性地停止所述输出级(112)的振荡。此外，本发明还包括一种用于驱动光源的方法。

Description

驱动光源的转换器装置、相关方法和计算机程序产品
技术领域
本公开涉及电子转换器。
在特别关注本公开对驱动诸如例如LED模块或低压卤素灯的光源的可能应用的情况下设计了本公开。
背景技术
根据本领域的情况，已知存在电子转换器的各种方案，其包括自振荡输出级，例如自振荡半桥。这种转换器常常被用来向诸如低压卤素灯的光源供电。
图1示出了这种转换器的主要部件。具体而言，该转换器例如从干线接收供电信号M作为输入。在可选地被线滤波器102滤波之后，该供电信号被整流器104整流，以便生成相对于供电信号具有双倍频率的整流过的电压V。
转换器的核心是自振荡半桥112，该自振荡半桥具有用于供电信号V的馈电线。半桥112包括串联在电压V与地之间的两个双极功率晶体管(BJT)Ta和Tb。晶体管Ta和Tb由包括三个绕组La、Lb和Lc的电流变压器来驱动。具体而言，绕组La连接在晶体管Ta的基极与发射极之间，绕组Lb连接在晶体管Tb的基极与发射极之间，该绕组还连接到地。第三绕组Lc连接在晶体管Ta的发射极(或者晶体管Tb的集电极)与向至少一个光源L供电的变压器T之间。变压器T还连接到串联在电压V与地之间的两个电容器Ca与Cb之间的节点。电容器Ca和Cb还可以具有各自的并联连接的二极管Da和Db。
半桥112与启动器电路相关联，该启动器电路包括串联在电压V与地之间的电阻器Rs和电容器Cs。通常，部件Rs与部件Cs之间的节点连接到两端交流开关元件D，该两端交流开关元件还连接到晶体管Tb的基极。
电容器Cs适于通过电阻器Rs由电压V来充电。通过电容器Cs的电压一达到预定电平，用作触发部件的两端交流开关元件D就击穿并且晶体管Tb被激活。
随后，半桥的中心点(Ta与Tb之间)处的电压迅速从电压V变成零，以便向次级绕组Lb施加正电压，该正电压保持晶体管Tb激活。
此外，这种电路包括针对两端交流开关元件D的停止电路106，其适于使电容器Cs放电以避免晶体管Tb的双重运行(double operation)，或者通常用以防止在正常运行期间通过两端交流开关元件D的噪声传播。
这种包括自振荡半桥(或者功能上等同的方案)的电子转换器运行的其他细节对本领域技术人员而言是已知的，这使得没有必要在本文中对其进行详细描述。
如之前已经提到的那样，转换器在电压V(为相对于供电信号M的频率具有双倍频率的整流过的电压)上运行。因此，半桥112的振荡在供电M的每次过零时停止，并随后被重新触发。
各种方案利用该特性来调整光源L的亮度，执行已知为“调光”的功能。特别地，转换器可以包括另一输入端DI，用于接收调光调节指令，例如通过诸如“数字可寻址照明接口”(DALI)的控制指令。
将线路DI上的这些调节指令提供给控制单元108，例如用Vcc电压馈电的微处理器。例如，控制单元108可以借助以脉宽调制(PWM)调制过的脉冲信号来驱动与电容器Cs并联的开关Td，以延迟对电容器Cs的充电，并且因此延迟通过两端交流开关元件D对半桥112的激励。
PWM信号还可以与供电信号M同步。例如，控制单元108可以连接到过零检测器(ZCD)110，继而连接到馈电线M或者连接到框102下游的被滤波的供电信号，以这种方式使得对开关Td的驱动与供电信号M同步。
这样，该***基本上执行控制“前沿”的功能，使得半桥只在供电信号M的半周期的给定的、可选择性地调节的部分期间振荡。
因此，此种架构的电子转换器提供了用于对光源L所生成的光进行调光的低成本的方案。
发明内容
参照图1描述的运行取决于交流(AC)供电信号(例如230VAC)的存在。
在存在直流(DC)供电信号的情况下，半桥一旦激活就持续振荡而不管开关Td的状况如何，这使得一般(i.a.)不可能执行前面所描述的调光动作。
发明人发现：目前例如通过半桥来处理此问题，该半桥由两个晶体管(MOSFET)构成，该半桥由微处理器直接控制，该处理器适于将调整指令转换成PWM类型的控制。
此方案具有与复杂电路以及与MOSFET(会显示出对于在这种转换器中会出现的电流浪涌敏感)的使用相关联的缺点。此外，相关的控制***是电磁干扰(EMI)的重要来源。
因此，本发明的目的是提供能够避免上述缺点的电子转换器。
根据本发明，该目的通过具有所附权利要求中阐述的特征的装置来实现。本发明还涉及一种相应的方法，并且涉及一种可加载到至少一个计算机的存储器中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括在该产品运行在至少一个计算机上时适于执行该方法的步骤的软件代码部分。
权利要求是在此所提供的本发明的公开内容的组成部分。
在一个实施例中，电子转换器包括额外的开关，以停止半桥自振荡，允许在存在直流供电的情况下也执行调光动作。
在一个实施例中，半桥自振荡被低阻抗开关停止。
在一个实施例中，该开关由PWM信号控制。例如，开关承受具有固定频率的方波电压，以及控制单元(例如，微处理器)根据在控制线路上所接收的指令来控制占空比。
在一个实施例中，控制单元判断供电信号M是AC信号还是DC信号。在前者的情形中，控制单元可以将PWM开关信号与AC供电信号的频率同步。在后者的情形中，控制单元可以激活和/或切换到方波发生器，以产生内部同步信号。例如，为此目的可以使用微处理器的内部或外部振荡器。
在一个实施例中，使用具有足够高的频率(例如100Hz)的方波发生器来避免可见的光闪烁。
在一个实施例中，开关还被用来在控制单元检测到异常状况(例如，过载或者不正常的高温度)时停止转换器。
因此，在此所描述的装置提供了用于可调节的电子转换器的低成本的方案。具体而言，转换器适于通过AC供电信号以及通过DC供电信号来运行。
这一般允许在不同的应用中使用同一个转换器，而无需借助两种不同类型的转换器。
驱动单元(例如微处理器)例如可以通过软件来建立，以检测正在进行的供电的种类(AC或者DC)并将装置运行模式与其适配。
使用功率双极晶体管(BJT)而非MOSFET的可能性提供了如下优点：BJT通常对电流浪涌更有耐抗性。此外，自振荡半桥通常产生低电磁干扰(EMI)的水平。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式对本发明进行描述，其中：
图1已经在前面进行描述；
图2是示出了电子转换器的实施例的电路图；
图3和图4示出了图2的基本布局的其他细节/变形方案。
具体实施方式
在以下描述中，给出了大量具体细节以提供对实施例的全面理解。实施例可以在没有这些具体细节中的一个或更多个细节的情况下、或者采用其它的方法、部件、材料等来实施。在其它的实例中，并未示出或详细描述公知的结构、材料或者运行，以避免使本发明的各方面不明显。
在整个本说明书中对“一个实施例”或者“实施例”的谈及意味着：结合该实施例所描述的特定的特征、结构或者特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个本说明书中各处的用语“在一个实施例中”或者“在实施例中”的出现并非必定都是指同一实施例。此外，特定的特征、结构或者特性可以按任何合适的方式组合在一个或更多个实施例中。
在此所提供的名称只是为了方便，而并不解释实施例的范围或者含义。
图2至图4示出了基于(就它们的一般架构来说)与图1中相同的布局的电子转换器。因此，与参照图1已经描述过的那些相同或等同的部分、元件和部件在图2至图4中用同样的附图标记来表示。为简洁起见，其描述因此将不再重复。
以下的描述集中于半桥停止和/或启动器电路，并且一般是指如下准则：使得可以启动和停止电子转换器的自振荡输出级的振荡。因此，本领域技术人员将理解的是：本发明的范围不应被解释为限于在此所描述的自振荡输出级的具体方案。
图2中所示出的实施例包括两个开关Td和Te，由控制单元108基于在输入端DI处所接收的衰减信号(例如DALI指令)来控制开关Td和Te。
开关Td和Te将半桥运行(即，振荡的启动和停止)置于控制单元108的控制下。
在当前所考虑的实施例中，开关Td与适于通过两端交流开关元件D(作为触发元件)启动半桥112的电容器Cs并联。
当开关Td闭合(即导通)时，电容器Cs被短路，并且该电容器无法通过电阻器Rs用电压V来充电。
当开关Td打开(即不导通)时，电容器Cs(代表具有电压V的分压器RC的下部支路)通过电阻器Rs用电压V逐渐地充电。当电容器Cs的端部的电压达到两端交流开关元件D的触发电压的值时，两端交流开关元件D激活半桥振荡。
通过控制开关Td的开启时间，因此可以调节电容器Cs开始被充电的时间，从而设置两端交流开关元件D激活半桥112的振荡的时间。
在当前所考虑的实施例中，开关Te连接在晶体管Tb的发射极与基极之间(即与绕组Lb并联)。因此，一旦在开关Te打开的情况下振荡被触发，则可以通过闭合开关Te来停止半桥112的振荡。
在一个实施例中，开关Te连接在晶体管Ta的发射极与基极之间(即与绕组La并联)。
在一个实施例中，控制单元108连接到对供电信号M(或者对其在框102的输出端处被滤波的版本)即对电压V敏感的框110，例如过零检测器。单元108可以使用框110所接收的信号来检测是通过利用AC类型的信号V还是通过利用DC类型的信号V来使用电子转换器。
在第一个实例中(AC类型的信号V)，可以保持开关Te稳定地打开，并且该电路适于基本上如已经参照图1所讨论的那样运行。
从框110接收的信号还可以被用来将用于驱动开关Td和Te的控制信号同步，以此方式通过具有与信号V频率对应的频率的PWM信号以及通过根据输入DI所接收的信号被控制的占空比来激励两个开关。
在一个实施例中，对两个开关使用共同的控制信号。
在一个实施例中，可以独立地激励这些开关。
在一个实施例中，可以执行“前沿”调光功能，其中半桥只在供电信号M的半周期的第二部分期间被激励。这可以通过控制开关Td实现延迟半桥112的激励。在此情形中，如已说明的那样，开关Te也可以保持打开，以配置与图1中所示的电路类似的运行。
在一个实施例中，可以执行“尾沿”调光功能，其中半桥只在供电信号M的半周期的第一部分期间被激励。这可以通过控制开关Te实现在信号V的每个正脉冲的预定部分之后停止半桥112的自振荡。在此情形中，开关Td同时闭合，以确保在电压V的下一个脉冲之前电容器Cs将不会被充电并且两端交流开关元件D将不会被触发。
在第二个实例中(DC类型的信号V)，使用开关Te以避免：半桥112一旦被设置成振荡就将无限期地持续振荡，阻止调光动作，不可能调节向光源L进行能量传递的振荡周期的长度。
一旦检测到DC信号V的存在，单元108就通过闭合开关Te以停止半桥112的振荡来按时钟模式起作用。一旦振荡被停止，开关Te就再次打开，以便再次将半桥设置成振荡。在停止和重新启动半桥112的振荡的这系列的过程中，可以基于在控制线路DI上所接收的指令来调节向光源L进行能量传递的振荡周期的长度，并且因此可以执行想要的调光动作。
在当前所考虑的实施例中，所预见到的是：以协调的方式(例如通过方波形式的PWM信号，其中频率是固定的且占空比是受控的)来命令两个开关Td和Te。这旨在避免：例如两端交流开关元件D会处于触发状态，试图启动半桥112的振荡，而开关Te正运行以停止振荡。
驱动信号PWM可以由专用发生器来生成，或者它们可以从通常与微处理器108相关联的内部或外部振荡器116产生。
对于采用DC信号V的运行，可以将开关Td和Te的打开/闭合频率设置成足够高的值(例如100Hz)，以在任何情形下都避免不期望的闪烁现象。
在一个实施例中，也可以使用开关Te用于在异常状况(例如过载或者不正常的高温度)的情形中停止电子转换器。
根据所讨论的特征来实现PWM信号生成以及运行模式(AC或者DC)设置的微处理器配置可以基于公知准则通过软件得到。
图3示出了开关Td和Te是MOSFET晶体管的实施例。
在所示出的实施例中，晶体管Te还具有串联的二极管De，以便减少晶体管Te的体二极管对半桥正常运行的影响。
晶体管Td可以是不需要满足任何特别需求(例如针对阻抗“Rdson”，即，晶体管在饱和状况下对电流的阻抗)的普通信号晶体管。对于晶体管Te，优选低Rdson值，以避免通过饱和电压“Vdsat”(加上通过二极管De的电压)在晶体管Td的基极上生成阻止去激活的电压。在一个实施例中，二极管De是肖特基二极管。
两端交流开关元件D的停止电路106可以根据各种已知方案来设计。
例如，停止电路106可以是连接到晶体管Ta的发射极(即晶体管Tb的集电极)的二极管。
图3示出了其中停止电路106由晶体管Tds和电阻器Rds组成的实施例，其中晶体管Tds的发射极接地，晶体管Tds的集电极连接到电容器Cs，以及电阻器Rds连接在晶体管Tds的基极与晶体管Tb的基极之间。
图4示出了其中停止电路106由晶体管Tds和电阻器Rds组成的实施例，其中晶体管Tds的发射极连接到晶体管Tb的基极，晶体管Tds的集电极连接到电容器Cs，以及电阻器Rds连接在晶体管Tds的基极与地之间。
图4的实施例还包括用于改善启动电容器Cs的放电的电荷放大器113。这样，来自干线的脉冲不能增加通过电容器Cs的电压，从而在晶体管Ta已起作用时激活晶体管Tb。
对这些停止和启动器电路的更详细描述可以在PCT/IB2008/002480中找到。
当然，在不背离本发明基本原则的情况下，细节和实施例可以相对于仅以示例的方式进行了描述的内容而(甚至明显地)变化，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于驱动光源(L)的装置，包括：
-自振荡输出级(112)，用于驱动至少一个光源(L)，所述输出级(112)具有用于供电信号(V)的馈电线，以及
-启动器电路(Rs，Cs，D，Td)，其耦合到所述馈电线用于启动所述输出级(112)的自振荡，
其特征在于，所述装置包括：
-与所述输出级(112)相关联的电子开关(Te)，所述电子开关(Te)被配置成选择性地停止所述输出级(112)的振荡，以及
-控制电路(108)，其适于对在所述馈电线上的适于引起所述自振荡输出级(112)的振荡的DC供电信号(V)的存在进行检测；所述控制电路(108)被配置成在存在DC供电信号的情况下驱动所述电子开关(Te)并且选择性地停止所述输出级(112)的振荡。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述控制电路(108)包括：控制线路(DI)，用于接收针对所述至少一个光源(L)的调光指令；以及其中，所述控制电路(108)被配置成在存在DC供电信号(V)的情况下根据所述调光指令来激活和去激活所述电子开关(Te)。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述控制电路(108)被配置成在存在DC供电信号(V)的情况下通过以脉宽调制调制过的脉冲信号根据所述调光指令来驱动所述电子开关(Te)。
4.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述自振荡输出级(112)是半桥。
5.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述启动器电路(Rs，Cs，D，Td)包括触发部件，譬如两端交流开关元件(D)，该触发部件适于启动所述输出级(112)的自振荡，所述触发部件(D)从所述供电信号(V)充电。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述启动器电路(Rs，Cs，D，Td)包括RC网络(Rs，Cs)，以及其中，所述触发部件(D)经由所述RC网络(Rs，Cs)从所述供电信号(V)充电。
7.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述启动器电路(Rs，Cs，D，Td)包括：第二电子开关(Td)，用以选择性地引起所述自振荡输出级(112)的振荡。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述控制电路(108)被配置成检测AC供电信号(V)的存在并且在存在AC供电信号(V)的情况下去激活所述电子开关(Te)。
9.如权利要求7或8所述的装置，其中，所述控制电路(108)被配置为以同步方式驱动所述电子开关(Te)和所述第二电子开关(Td)。
10.如在前权利要求中任一项所述的装置，该装置包括：停止电路(106)，用以在所述输出级(112)的自振荡启动时停止所述启动器电路(Rs，Cs，D，Td)。
11.一种用于利用自振荡输出级(112)驱动光源(L)的方法，其中，自振荡输出级(112)具有用于供电信号(V)的馈电线，所述方法包括：选择性地产生所述输出级(112)的自振荡，以及
其特征在于，所述方法包括：
-检测在所述馈电线上的适于引起所述自振荡输出级(112)的振荡的DC供电信号(V)的存在，以及
-在存在DC供电信号(V)的情况下，选择性地停止所述输出级(112)的振荡。
12.一种可加载到计算机的存储器中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括在该产品运行在计算机上时适于执行权利要求11的方法的步骤的软件代码部分。
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