CN102362550B - 供电电路 - Google Patents

供电电路 Download PDF

Info

Publication number
CN102362550B
CN102362550B CN201080013331.9A CN201080013331A CN102362550B CN 102362550 B CN102362550 B CN 102362550B CN 201080013331 A CN201080013331 A CN 201080013331A CN 102362550 B CN102362550 B CN 102362550B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
switch
supply circuits
coupled
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201080013331.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102362550A (zh
Inventor
M·克里斯托弗
J·H·A·M·雅各布斯
D·亨特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Signify Holding BV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN102362550A publication Critical patent/CN102362550A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102362550B publication Critical patent/CN102362550B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及供电电路(1),该供电电路(1)包括:输入端子(17、19),用于将所述供电电路(1)耦合至DC电源(7);两个输出端子,用于将负载电路(11)耦合至所述供电电路(1);桥接电路(3),包括耦合在所述两个输出端子之间的至少两个串联连接的开关(M1、M2);谐振电路(5),在一端处耦合至输入端子,在另一端处耦合至桥接电路(3)的至少两个开关(M1、M2)的互连(15);以及至少两个二极管(D1、D2),其中第一二极管(D1)耦合在提供成用于耦合所述电源(7)的正向端子的第一输入端子与所述串联连接的开关的第一末端端子之间,所述第一末端端子耦合到第一输出端子,并且第二二极管(D2)耦合在提供成用于耦合所述电源(7)的负向端子的第二输入端子与所述串联连接的开关的第二末端端子之间,所述第二末端端子耦合到第二输出端子。

Description

供电电路
技术领域
本发明涉及供电电路,并且还涉及包括供电电路的设备。
背景技术
供电电路,特别是开关式电源在本领域中是公知的。此类供电电路例如被集成到消费产品或者非消费产品中。一种示例性应用是发光二极管(LED)和/或有机发光二极管(OLED)的供电,特别是用于车用LED/OLED照明以及通常的由电池供电的LED/OLED照明***的LED/OLED串。
最为适合并因而优选地用于上述应用的供电电路具体地是非连续串联谐振转换器(Discontinuous Series Resonant Converter),其具有恒定的平均电流输出I,在下文中将其表示为DSRC-I。在例如WO2008/110978中描述了这种类型的转换器。本领域技术人员完全理解这种类型的转换器的功能,因此不进行更为详细的说明。DSRC-I转换器提供的优点是恒定平均电流输出,此外,不要求电流感测和电流控制回路。因此,电流感测引起的损耗得以避免,而且与其他公知的串联谐振转换器相比DSRC-I提供了高效、紧凑和容易的设计。
基本的DSRC-I转换器的一个缺点是如果没有提供变压器或者诸如附加的倍压器电路之类的附加部件,则输出电压不得不低于输入电压。然而,这两种解决方案都需要空间并且增加了电路的成本。作为示例,包括串联连接的若干LED的汽车LED背光灯将需要多于12V的汽车电池,例如串联的5个LED需要5×3.3V=16.5V。因此,如果不得不将若干LED串联连接并且只有低电源电压可用(例如,在汽车的应用中),则DSRC-I会引起问题。
电池供电的***常常也串联堆叠电池以实现更高的输出电压。然而,由于缺少空间,在许多高电压应用中充足的电池堆叠是不可能的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种供电电路,通过该供电电路可以获得高于输入电压的输出电压。根据本发明的包括升压功能的供电电路可以使输入电压步进升高,即,提高输出电压并且因此减少电池的数量。
根据本发明的一个方面,提供了一种供电电路,该供电电路包括:
输入端子,用于将所述供电电路耦合至DC电源,
两个输出端子,用于将负载电路耦合至所述供电电路,
桥接电路,其包括耦合在所述两个输出端子之间的至少两个串联连接的开关,
谐振电路,其在一端处耦合至输入端子并且在另一端处耦合至桥接电路的至少两个开关的互连,以及
至少两个二极管,其中第一二极管耦合在提供成用于耦合所述电源的正向端子的第一输入端子与所述串联连接的开关的第一末端端子之间,所述第一末端端子耦合到第一输出端子,并且其中第二二极管耦合在提供成用于耦合所述电源的负向端子的第二输入端子与所述串联连接的开关的第二末端端子之间,所述第二末端端子耦合到第二输出端子。
这种转换器拓扑以高于输入电压的输出电压提供了恒定的平均电流输出。此外,其具有简单的电路设计并且不需要变压器或者别的附加部件。总而言之,该转换器提供的优点是不需要电流感测和电流控制,此外,提供了具有集成的电压升压的非常紧凑的电路设计。根据本发明的供电电路最重要的是易于设计、控制简单并且提供高效率。该供电电路的详细功能将在附图的上下文中进行说明。
在本发明的第一方面中,呈现了一种供电电路,其中第一二极管相对于所分配的开关极化,从而使得允许负(极化的)谐振电流的流动,并且第二二极管相对于所分配的开关极化从而使得允许正(极化的)谐振电流的流动。这提供的优点是只有正电流流经输出。
在本发明的另一方面中,呈现了一种供电电路,其中谐振电路是包括电感和电容的串联谐振电路。以上的有利之处在于,其确保了零电流切换(ZCS)以及DSRC-I的有利功能,零电流切换(ZCS)在本领域中是公知的并且因此不进行进一步的说明。
在本发明的又一方面中,呈现了一种供电电路,其中谐振电路耦合至输入端子,即,二极管和电源之间的互连。具体地,电容被划分为至少两个部分电容,每个部分电容包括谐振电容的一半,每个部分电容耦合至输入端子,即,二极管和电源的互连。由于实现了升压功能并且此外维持了普通DSRC-I的主要优点,因此这种拓扑是有利的。
在本发明的再一方面中,呈现了一种供电电路,其中谐振电路的至少两个开关是MOSFET。由于MOSFET适合于上述应用并且此外易于控制,因此这是有利的。
在本发明的另一方面中,呈现了一种供电电路,该供电电路还包括控制单元,该控制单元适于提供桥接电路的最大开关频率,该最大开关频率在谐振电路的谐振频率的10%至50%的范围内,特别是在谐振电路的谐振频率的一半的范围内。
此外,该控制单元适于为桥接电路的开关的切换提供高达50%的占空比。实际上,虽然无法实现恰好50%的占空比,但是在高侧开关和低侧开关之间优选地必须实现短的停滞时间,该短的停滞时间优选地在从100ns到1μs的范围内。
根据本发明的另一方面,提供了一种设备,该设备包括电源、负载电路以及根据本发明提出的用于为所述负载电路供电的供电电路。应当理解,该设备包括与供电电路本身相同的优点。该设备可以包括一个或多个负载,而该负载包括一个或多个LED、OLED等,并且该设备例如可以是照明单元。
优选地,所述输出滤波器布置在所述供电电路和所述负载电路之间。该输出滤波器使输出电压稳定,并且因而保证了负载电流的较低直流(DC)纹波。该输出滤波器可以简单地由并联耦合到负载电路的电容器实现,但是更复杂的滤波器也是可以的,例如,包括串联电路和/或并联电路,该串联和/或并联电路包括如本领域中公知的一个或多个电容器和/或电感。
应当理解,所要求保护的设备与在上述优选技术方案中限定的所要求保护的供电电路具有相似和/或相同的优选实施方式。
附图说明
通过参考在下文中描述的实施方式进行阐明,本发明的这些和其他方面将会显而易见。在以下附图中:
图1示出了根据本发明的实施方式的供电电路的框图;
图2示出了根据本发明的实施方式的供电电路的仿真示意图;
图3示出了针对参数值的第一集合的仿真结果;
图4示出了针对参数值的第二集合的仿真结果;
图5示出了针对参数值的第三集合的仿真结果;
图6示出了针对参数值的第四集合的仿真结果;
图7示出了根据本发明的实施方式的供电电路的简化框图;
图8示出了根据本发明的实施方式的供电电路的进一步的简化框图;
图9示出了根据本发明的实施方式的供电电路针对第一时间间隔的导通部件(conducting parts)的框图;
图10示出了根据本发明的实施方式的供电电路针对第二时间间隔的导通部件的框图;
图11示出了根据本发明的实施方式的供电电路针对第三时间间隔的导通部件的框图;
图12示出了根据本发明的实施方式的供电电路针对第四时间间隔的导通部件的框图;
图13示出了谐振电流信号。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施方式的供电电路1的框图。供电电路1包括桥接电路3、谐振电路5,谐振电路5在一端处(即,在输入端子处)可耦合至电源7,其中电源7优选地是直流电压源Vin。供电电路1利用输出端子耦合至负载电路9,该负载电路9包括至少1个(在图1中示例性地总计4个)负载11以及并联连接至负载11的平滑电容器13。负载11可以是LED、OLED等。输出电压Vout跨负载11的阵列降低。
桥接电路3包括由控制单元14控制的至少两个开关M1和M2(其示例性地为MOSFET)。响应于来自电源7的直流电流,桥接电路3以开关频率fswitch将电压信号传送至谐振电路5,谐振电路5转而将交流电流Ir传送至负载电路9。
桥接电路3的开关M1和开关M2优选地借助于控制单元14进行切换,该控制单元14适于提供50%的切换占空比。此外,控制单元14适于提供桥接电路3的最大开关频率fswitch,该最大开关频率fswitch优选地是谐振电路5的谐振频率fres的一半。
开关M1和开关M2串联连接,而开关M1的源极接触通过互连15耦合至开关M2的漏极接触。
谐振电路5在一端处可耦合至电源7而在另一端处耦合至桥接电路3的至少两个开关M1和M2的互连15。谐振电路5包括电感Lres和电容Cres,而电容Cres被示例性地划分为两个部分谐振电容Cres/2。因此,每个部分谐振电容Cres/2包括谐振电容Cres的一半。
图1还图示了二极管D1被分配给开关M1而二极管D2被分配给开关M2。具体地,二极管D1和二极管D2在每个开关M1和开关M2与电源7之间互连,并且具体地一方面与相应的所分配的开关M1或M2串联连接而另一方面与电源7串联连接。二极管之一(具体地是二极管D1)相对于所分配的开关M1极化,从而使得允许负(极化的)谐振电流Ir流动穿过二极管D1,而另一二极管(具体地是二极管D2)相对于所分配的开关M2极化,从而使得允许正(极化的)谐振电流Ir流动穿过二极管D2
如稍后将更为详细说明的,跨谐振电路5的电压降取决于二极管并且具体地取决于目前哪个二极管导通。因此,跨谐振电路5的电压降可以被概括为以下:M1接通,D1导通:-Vin/2;M1连接至D2,D2导通:Vin/2-Vout;M2连接至D2,D2导电:Vin/2;M2接通,D1导通:-Vin/2+Vout
部分电容Cres/2与电感Lres串联连接并且进一步耦合至二极管D1或二极管D2与电源7之间的互连。因此,一个部分电容Cres/2耦合至二极管D1与电源7之间的互连17,而另一个部分电容Cres/2耦合至二极管D2与电源7之间的互连19。
上述供电电路1的新颖拓扑实现了包括DSRC-I大部分主要优点的DSRC-I并且另外提供了升压功能,从而使得无需诸如变压器之类的任何附加部件的情况下输出电压Vout高于输入电压Vin
应当注意,根据本发明的设备21包括供电电路1并且可以另外包括一个或多个负载电路9。
图2示出了根据本发明的实施方式的供电电路1的仿真示意图,而图3至图6示出了针对参数值的不同集合的仿真结果。图2的仿真示意图基于图1中图示的供电电路拓扑。
图3示出了针对参数值的第一集合的仿真结果。具体地,该仿真结果基于输入电压Vin=24V、输出电压Vout=30V以及桥接电路的开关频率fswitch=fres/2,即开关频率是谐振频率fres的一半。
图3的最上面的仿真示意图图示了电流I(V1)和I(V4)作为时间t的函数。因此,电压V1对应于图1中图示的电压Vin并且电压V2对应于图1中图示的电压Vout。很明显,输出电流I(V4)低于输入电流I(V1)。
图3的中间的仿真示意图图示了二极管电流I(D1)和I(D2)作为时间t的函数。如以上说明的,二极管D1和二极管D2以反向极化连接至它们的所分配的开关M1和开关M2。因此,二极管D1和二极管D2允许电流取决于谐振电流Ir的极化交替地流动,正如下文中更详细说明的那样。
图3的下面的仿真示意图图示了谐振电流I(Lres)作为时间t的函数。谐振电流I(Lres)对应于图1的谐振电流Ir
图4示出了针对参数值的第二集合的仿真结果。具体地,该仿真结果基于输入电压Vin=24V、输出电压Vout=40V以及桥接电路的开关频率fswitch=fres/2,即开关频率是谐振频率fres的一半。
图5示出了针对参数值的第三集合的仿真结果。具体地,该仿真结果基于输入电压Vin=24V、输出电压Vout=50V以及桥接电路的开关频率fswitch=fres/2,即开关频率是谐振频率fres的一半。
图6示出了针对参数值的第四集合的仿真结果。具体地,该仿真结果基于输入电压Vin=24V、输出电压Vout=40V以及桥接电路的开关频率fswitch=fres/3,即开关频率是谐振频率fres的三分之一。
为了描述供电电路1的功能,图1中示出的拓扑可以简化成如图7和图8中所图示的。在图7中,提供了两个电容Cin1和Cin2并且附加地提供了谐振电容Cres。在图8中,图1的部分谐振电容Cres/2被组合为一个单一电容Cres并且电源7实际上被***为两个部分电源7,和7”,其中每个提供直流电压Vin/2。应当注意,采用两个部分电容Cres或者两个电容Cin1和Cin2以及另外的谐振电容Cres产生相同的结果。从图8可见,跨电容Cres而降低的电压被表示为VC并且跨电感Lres而降低的电压被表示为VL
谐振电路5可以使用它的谐振频率fres和它的谐振阻抗Zres进行描述。
f res = 1 2 π L res · C res - - - ( 1 )
Z res = L res C res - - - ( 2 )
基于仿真结果,电路行为可以被解释为如下:对于按照时间间隔的描述,定义一半的谐振周期τ。
τ = 1 2 · T res = 1 2 · 1 f res - - - ( 3 )
如从图7可见的一样,开关M1和开关M2的开关周期是Tswitch并且2*Tres≤Tswitch。在图10至图13中描绘了每个时间间隔中的导通部件。
图9示出了根据本发明的实施方式的供电电路1针对第一时间间隔t1:0<t≤τ(其在图13中图示)的导通部件的框图。在这个时间间隔期间,开关M1接通而开关M2断开。谐振电路5在这个时间间隔中生成第一负的正弦半波,其在图13中用W1示例性地表示。
因此,开关M1允许从直流电压源7’传送的电流。在图9中用V1表示跨串联谐振电路3(即,跨电容Cres和电感Lres)而降低的电压。
由于所得到的电流Ir为负,二极管D1对于这个电流将会是导通的。二极管D2与二极管D1相反极化,并且因此在第一时间间隔中将不允许负电流Ir的流动。
基于仿真结果,每个时间间隔中的导通部件都是已知的并且可以计算每个正弦半波的振幅。通过理想的电路,可以计算在第一时间间隔的开始时跨谐振电容器而降低的电压,其在图8中表示为VC(t)。结果是:
VC(t=0)=Vout-Vin    (4)附加地,可以从图9获得跨Cres和Lres的电压降V1
在初始状态和谐振电容器的电压VC的帮助下,可以计算在完成每个周期后每个正弦半波的振幅和电容器的电压VC。针对每个周期,可以通过导通部件获得施加到整个谐振电路的电压V1。对于第一周期V1为:
V 1 ( 0 < t &le; &tau; ) = - V in 2 - - - ( 5 )
基于理想的电路行为,可以计算所获得的第一负的正弦半波W1的振幅。
I ^ 1 = - V out + V in 2 Z res - - - ( 6 )
由于Ir变为正,因此防止了在这个半波之后进一步的电流穿过D1
图10示出了根据本发明的实施方式的供电电路1针对第二时间间隔t2:τ<t≤Tswitch/2的导通部件的框图。在这个时间间隔期间,开
关M1仍然接通而开关M2仍然断开。谐振电路5在这个时间间隔中生成第二正的正弦波半波,其在图13中用W2示例性地表示。
因此,电流Ir在这个时间间隔t2期间为正。因此,二极管D1不允许电流流动并因而阻断正电流Ir。然而,与二极管D1相反极化的二极管D2允许正电流Ir的电流流动。从图10明显看出,电流Iout流经输出。
从使用第一时间间隔t1的公式来计算,谐振电容器电压VC(t)为:
VC(t=τ)=-Vout    (7)
并且V1为:
V 1 ( &tau; < t &le; 2 &tau; ) = V in 2 - - V out - - ( 5 )
这使得第二正的正弦半波W2的振幅为:
I ^ 2 = V in 2 Z res - - - ( 9 )
进一步的电流被二极管D2阻止。
图11示出了根据本发明的实施方式的供电电路1针对第三时间间隔t3:Tswitch/2<t≤Tswitch/2+τ的导通部件的框图。在这个时间间隔期间,开关M1断开而开关M2接通。谐振电路5在这个时间间隔中生成第三正的正弦波半波,其在图13中用W3示例性地表示。
因此,电流Ir在这个时间间隔t3期间为正。因此,二极管D1不允许电流流动并因而阻断正电流Ir。然而,与二极管D1相反极化的二极管D2允许正电流Ir的电流流动。
在第三时间间隔t3和第四时间间隔t4中的行为类似于第一时间间隔t1和第二时间间隔t2中的行为。基本上,电流半波以相反符号出现。
在第三时间周期t3的开始时的电容器电压VC(t)为:
VC(t=Tswitch/2)=Vin-Vout   (10)
并且V1为:
V 1 ( T switch 2 < t &le; T switch 2 + &tau; ) = V in 2 - - - ( 11 )
因此,第三正的正弦半波W3具有以下振幅:
I ^ 3 = V out - V in 2 Z res - - - ( 12 )
图12示出了根据本发明的实施方式的供电电路针对第四时间间隔t4:Tswitch/2+τ<t≤Tswitch的导通部件的框图。在这个时间间隔期间,开关M1仍然断开而开关M2仍然接通。谐振电路5在这个时间间隔中生成第四负的正弦半波,其在图13中用W4示例性地表示。
因此,电流Ir在这个时间间隔t4期间为负。因此,二极管D1允许负电流Ir的电流流动。然而,与二极管D1相反极化的二极管D2不允许负电流Ir的电流流动。从图12明显看出,电流Ires再次流经输出。
最后,在第四时间周期t4的开始时的电容器电压VC(t)为:
VC(t=Tswitch/2+τ)=Vout   (13)并且V1为:
V 1 ( T switch 2 < t &le; T switch 2 + 2 &tau; ) = - V in 2 + V out - - - ( 14 )
这使得第四负的正弦半波W4的振幅为:
I ^ 4 = - V in 2 Z res - - - ( 15 )
该电路行为示出,只有两个正弦半波,即W2和W4流经输出。因此,每个开关周期Tswitch上输出电流Iout由两个正弦半波W2和W4组成。
因此,平均输出电流可以被计算为:
I &OverBar; out = V in 2 &pi; &CenterDot; Z res &CenterDot; 2 T res T switch = V in &CenterDot; T res &pi; &CenterDot; Z res &CenterDot; T switch - - - ( 16 )
现在将更加详细地说明根据本发明的供电电路1的功能以及所获得的“升压”功能:供电电路1的拓扑使得谐振电流Ires的四个半波中的两个(具体地是四半波的每隔一个)不流经输出,即负载。关于图9至图13,如从图9和图11可见,第一半波W1和第三半波W3不流经输出。
当参考图13的第一半波W1时,这个相应的半波例如为I1=(-Vout+Vin/2)Zres。考虑针对跨电容Crcs的电压降的初始状态和跨谐振电路5的电压降V1,在第一半波W1之后的跨电容Cres的电压降的量等于输出电压Vout。因此,对于随后的半波W2而言,可用的电压源自对应于跨电容Cres的Vout与输入电压的一半Vin/2的串联连接。
然而,输出电压Vout总是抵消第二半波W2,并且因此总是剩下输入电压的一半(即Vin/2),从而实现电流流过负载。因此,第二半波W2和第四半波W4流经负载并且在负载电压大于输入电压Vin时电流的振幅独立于负载电压。
因此,本发明提供了供电电路1,具体地可以用于车用LED/OLED发光或者通常的用于由电池供电的LED/OLED照明的转换器拓扑,这是由于其不仅构成DSRC-I(DSRC-I优选地用于上述应用),而是还由于本发明的拓扑使得供电电路1附加地提供升压功能,该升压功能在无需附加部件的情况下提供比输入电压Vin更高的输出电压Vout。总而言之,LED/OLED的变暗可以通过降低开关频率fswitch来实现。在图6中示出了具有降低的开关频率的波形。
在进一步的实施方式中,可以附加地提供控制回路,即反馈回路。该反馈回路例如将测量LED电流或者电压、向控制器发送这个信号以及相应地调整电子开关的控制信号。
概括而言,根据本发明的供电电路的新颖拓扑提供了基本上与传统的DSRC-I转换器相同的主要优点,但是其附加地提供了比输入电压Vin更高的输出电压Vout
虽然新颖的供电电路可能由于针对输出电压Vout低于输入电压Vin两个二极管D1和D2上的导通部件而被认为是不利的,但是实际上这不会产生问题,这是由于所连接的负载(具体地是LED)的正向阈值电压产生高的输出电压Vout。如果转换器没有被控制则这会阻断电流。
总而言之,该转换器提供了以下优点,即无需电流感测和电流控制,此外,提供了具有集成的电压升压的非常紧凑的电路设计。根据本发明的供电电路尤其易于设计、控制简单并且提供高的效率。应当理解,对于根据本发明的包括供电电路的设备,相同的优点也是有效的。
虽然已经在附图和上述描述中图示和描述了本发明,但是此类图示和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的;本发明并非被限于所公开的实施方式。通过学习附图、公开和所附权利要求书,本领域技术人员在实践所要求保护的本发明的过程中可以理解和实现对所公开实施方式的其他变型。
在权利要求书中,用词“包括”并不排除其他元件或者步骤,并且在使用单数时并不排除复数的可能性。单一的部件或者其他单元可以满足在权利要求书中所列举的若干条目的功能。某些手段被列举在相互间不同的从属权利要求中这一事实并不表明不能有利地组合这些手段的组合。
权利要求书中的任何参考标记都不应当被解释为限制其范围。

Claims (8)

1.一种供电电路(1),包括:
输入端子(17、19),用于将所述供电电路(1)耦合至DC电源(7),
两个输出端子,用于将负载电路(11)耦合至所述供电电路(1),
桥接电路(3),其包括耦合在所述两个输出端子之间的至少两个串联连接的开关(M1、M2),
串联连接的两个电容(Cin1,Cin2),它们连接至所述输入端子(17、19),
谐振电路(5),其由串联连接的谐振电容(Cres)和电感(Lres)构成,所述谐振电路(5)在一端处耦合至所述两个电容之间的节点,在另一端处耦合至所述桥接电路(3)的至少两个开关(M1、M2)的互连(15),以及
至少两个二极管(D1、D2),其中第一二极管(D1)耦合在提供成用于耦合所述电源(7)的正向端子的第一输入端子与所述串联连接的开关的第一末端端子之间,所述第一末端端子耦合到第一输出端子,并且第二二极管(D2)耦合在提供成用于耦合所述电源(7)的负向端子的第二输入端子与所述串联连接的开关的第二末端端子之间,所述第二末端端子耦合到第二输出端子。
2.根据权利要求1所述的供电电路(1),其中所述第一二极管(D1)相对于所分配的开关(M1)极化,从而使得允许负谐振电流(Ir)的流动,所述第二二极管(D2)相对于所分配的开关(M2)极化,从而使得允许正谐振电流(Ir)的流动。
3.根据权利要求1所述的供电电路(1),其中所述桥接电路(3)的所述至少两个开关(M1、M2)是MOSFET。
4.根据权利要求1所述的供电电路(1),还包括控制单元(14),其适于提供所述桥接电路(3)的最大开关频率(fswitch),所述最大开关频率(fswitch)在所述谐振电路(5)的谐振频率(fres)的10%至50%的范围内。
5.根据权利要求1所述的供电电路(1),还包括控制单元(14),其适于提供所述桥接电路(3)的最大开关频率(fswitch),所述最大开关频率(fswitch)在所述谐振电路(5)的谐振频率(fres)的一半的范围内。
6.根据权利要求4所述的供电电路(1),其中所述控制单元(14)适于为所述桥接电路(3)的开关(M1、M2)的切换提供高达50%的占空比。
7.一种电路设备(21),其包括电源(7)、负载电路(11)以及根据权利要求1所述的用于为所述负载电路(11)供电的供电电路(1)。
8.根据权利要求7所述的设备(21),还包括位于所述供电电路(1)和所述负载电路(11)之间的输出滤波器(13)。
CN201080013331.9A 2009-03-23 2010-03-15 供电电路 Expired - Fee Related CN102362550B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09155842.9 2009-03-23
EP09155842 2009-03-23
PCT/IB2010/051109 WO2010109371A1 (en) 2009-03-23 2010-03-15 Supply circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102362550A CN102362550A (zh) 2012-02-22
CN102362550B true CN102362550B (zh) 2015-08-26

Family

ID=42102371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080013331.9A Expired - Fee Related CN102362550B (zh) 2009-03-23 2010-03-15 供电电路

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9282600B2 (zh)
EP (1) EP2412205B1 (zh)
JP (1) JP5580399B2 (zh)
KR (1) KR20110131305A (zh)
CN (1) CN102362550B (zh)
BR (1) BRPI1006225A2 (zh)
CA (1) CA2756020A1 (zh)
RU (1) RU2518521C2 (zh)
WO (1) WO2010109371A1 (zh)

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10693415B2 (en) 2007-12-05 2020-06-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US11881814B2 (en) 2005-12-05 2024-01-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US8816535B2 (en) 2007-10-10 2014-08-26 Solaredge Technologies, Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8473250B2 (en) 2006-12-06 2013-06-25 Solaredge, Ltd. Monitoring of distributed power harvesting systems using DC power sources
US9112379B2 (en) 2006-12-06 2015-08-18 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US11735910B2 (en) 2006-12-06 2023-08-22 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US8531055B2 (en) 2006-12-06 2013-09-10 Solaredge Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US11888387B2 (en) 2006-12-06 2024-01-30 Solaredge Technologies Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US8618692B2 (en) 2007-12-04 2013-12-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US9130401B2 (en) 2006-12-06 2015-09-08 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11569659B2 (en) 2006-12-06 2023-01-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11309832B2 (en) 2006-12-06 2022-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11687112B2 (en) 2006-12-06 2023-06-27 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8947194B2 (en) 2009-05-26 2015-02-03 Solaredge Technologies Ltd. Theft detection and prevention in a power generation system
US8319483B2 (en) 2007-08-06 2012-11-27 Solaredge Technologies Ltd. Digital average input current control in power converter
US11296650B2 (en) 2006-12-06 2022-04-05 Solaredge Technologies Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8013472B2 (en) 2006-12-06 2011-09-06 Solaredge, Ltd. Method for distributed power harvesting using DC power sources
US8384243B2 (en) 2007-12-04 2013-02-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11728768B2 (en) 2006-12-06 2023-08-15 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US8319471B2 (en) 2006-12-06 2012-11-27 Solaredge, Ltd. Battery power delivery module
US8963369B2 (en) 2007-12-04 2015-02-24 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US9088178B2 (en) 2006-12-06 2015-07-21 Solaredge Technologies Ltd Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11855231B2 (en) 2006-12-06 2023-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11264947B2 (en) 2007-12-05 2022-03-01 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US8289742B2 (en) 2007-12-05 2012-10-16 Solaredge Ltd. Parallel connected inverters
WO2009072076A2 (en) 2007-12-05 2009-06-11 Solaredge Technologies Ltd. Current sensing on a mosfet
US8111052B2 (en) 2008-03-24 2012-02-07 Solaredge Technologies Ltd. Zero voltage switching
WO2009136358A1 (en) 2008-05-05 2009-11-12 Solaredge Technologies Ltd. Direct current power combiner
CN102334271B (zh) 2009-02-26 2015-04-29 皇家飞利浦电子股份有限公司 谐振转换器
JP5511976B2 (ja) * 2010-10-27 2014-06-04 三菱電機株式会社 電力変換装置
US10673229B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
US10673222B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
GB2485527B (en) 2010-11-09 2012-12-19 Solaredge Technologies Ltd Arc detection and prevention in a power generation system
US10230310B2 (en) 2016-04-05 2019-03-12 Solaredge Technologies Ltd Safety switch for photovoltaic systems
GB2486408A (en) 2010-12-09 2012-06-20 Solaredge Technologies Ltd Disconnection of a string carrying direct current
GB2483317B (en) 2011-01-12 2012-08-22 Solaredge Technologies Ltd Serially connected inverters
US8570005B2 (en) 2011-09-12 2013-10-29 Solaredge Technologies Ltd. Direct current link circuit
US8723491B2 (en) * 2011-12-19 2014-05-13 Arctic Sand Technologies, Inc. Control of power converters with capacitive energy transfer
GB2498365A (en) 2012-01-11 2013-07-17 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic module
GB2498791A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic panel circuitry
GB2498790A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Maximising power in a photovoltaic distributed power system
US9853565B2 (en) 2012-01-30 2017-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Maximized power in a photovoltaic distributed power system
GB2499991A (en) 2012-03-05 2013-09-11 Solaredge Technologies Ltd DC link circuit for photovoltaic array
US10115841B2 (en) 2012-06-04 2018-10-30 Solaredge Technologies Ltd. Integrated photovoltaic panel circuitry
US9548619B2 (en) 2013-03-14 2017-01-17 Solaredge Technologies Ltd. Method and apparatus for storing and depleting energy
EP2779251B1 (en) 2013-03-15 2019-02-27 Solaredge Technologies Ltd. Bypass mechanism
US8619445B1 (en) 2013-03-15 2013-12-31 Arctic Sand Technologies, Inc. Protection of switched capacitor power converter
EP2846608B1 (en) * 2013-09-06 2016-06-01 Tridonic GmbH & Co. KG Converter and method of operating a converter for supplying current to a light emitting means
GB201319791D0 (en) * 2013-11-08 2013-12-25 Sigmoid Pharma Ltd Formulations
US10624159B2 (en) 2015-03-17 2020-04-14 Signify Holding B.V. Driver with at least four different states
CN107153212B (zh) 2016-03-03 2023-07-28 太阳能安吉科技有限公司 用于映射发电设施的方法
US10599113B2 (en) 2016-03-03 2020-03-24 Solaredge Technologies Ltd. Apparatus and method for determining an order of power devices in power generation systems
US11081608B2 (en) 2016-03-03 2021-08-03 Solaredge Technologies Ltd. Apparatus and method for determining an order of power devices in power generation systems
US11018623B2 (en) 2016-04-05 2021-05-25 Solaredge Technologies Ltd. Safety switch for photovoltaic systems
US11177663B2 (en) 2016-04-05 2021-11-16 Solaredge Technologies Ltd. Chain of power devices
JP6521187B2 (ja) * 2016-10-06 2019-05-29 株式会社村田製作所 Dc−dcコンバータ
US10038393B1 (en) * 2017-11-02 2018-07-31 National Chung-Shan Institute Of Science & Technology Single-phase non-isolated inverter
WO2019145016A1 (en) 2018-01-23 2019-08-01 Huawei Technologies Co., Ltd. Power converter
CN110649601B (zh) * 2019-09-20 2022-12-20 惠州市豪美仕智能技术有限公司 一种利用时间分割的虚拟并联取电方法
RU200090U1 (ru) * 2020-08-07 2020-10-06 Общество с ограниченной ответственностью "Калибр ТЗ" Модульный источник питания

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713220A (en) * 1985-04-22 1987-12-15 National Distillers And Chemical Corporation Ozonator power supply
US4860184A (en) * 1987-09-23 1989-08-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Half-bridge zero-voltage switched multi-resonant converters

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2677406B2 (ja) 1989-01-26 1997-11-17 松下電工株式会社 電源装置
JP2929635B2 (ja) * 1990-01-31 1999-08-03 東芝ライテック株式会社 電源回路
JPH04141992A (ja) * 1990-09-30 1992-05-15 Toshiba Lighting & Technol Corp 放電灯点灯装置
JP3080128B2 (ja) * 1994-03-11 2000-08-21 サンケン電気株式会社 共振型直流−直流変換器
US6118225A (en) * 1994-08-22 2000-09-12 U.S. Philips Corporation High frequency discharge lamp operating circuit with resonant power factor correction circuit
JP3774896B2 (ja) * 1997-01-16 2006-05-17 日立ライティング株式会社 放電灯点灯装置
RU2182397C2 (ru) * 2000-07-26 2002-05-10 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова Преобразователь с последовательным резонансным инвертором
TW497326B (en) * 2000-10-23 2002-08-01 Delta Electronics Inc Zero-voltage and zero-current boosting-type converter
US6853150B2 (en) * 2001-12-28 2005-02-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting diode driver
US6975098B2 (en) * 2002-01-31 2005-12-13 Vlt, Inc. Factorized power architecture with point of load sine amplitude converters
US20040228153A1 (en) * 2003-05-14 2004-11-18 Cao Xiao Hong Soft-switching techniques for power inverter legs
CN101395791B (zh) 2006-03-06 2012-07-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 供电电路及包括供电电路的设备
JP2010503375A (ja) 2006-09-08 2010-01-28 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 変換回路を制御する適合回路
US20100079085A1 (en) * 2007-03-13 2010-04-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Supply circuit
WO2008152565A2 (en) 2007-06-13 2008-12-18 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Supply circuit, in particular for leds

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713220A (en) * 1985-04-22 1987-12-15 National Distillers And Chemical Corporation Ozonator power supply
US4860184A (en) * 1987-09-23 1989-08-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Half-bridge zero-voltage switched multi-resonant converters

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012521628A (ja) 2012-09-13
WO2010109371A1 (en) 2010-09-30
CA2756020A1 (en) 2010-09-30
EP2412205B1 (en) 2012-11-21
US20120014153A1 (en) 2012-01-19
RU2011142798A (ru) 2013-04-27
US9282600B2 (en) 2016-03-08
CN102362550A (zh) 2012-02-22
EP2412205A1 (en) 2012-02-01
BRPI1006225A2 (pt) 2016-02-10
RU2518521C2 (ru) 2014-06-10
KR20110131305A (ko) 2011-12-06
JP5580399B2 (ja) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102362550B (zh) 供电电路
CN104009641B (zh) 谐振转换器
CN101795518B (zh) 电流平衡装置、电流平衡方法和供电装置
CA2628744C (en) An arrangement for driving led cells
US8054004B2 (en) Bipolar (dis)charging LED drive method and circuit thereof
CN103187897B (zh) 具有零电压切换的压电驱动电路
US8692478B2 (en) Current balancing circuit
CN102624223B (zh) 一种低能耗继电器驱动电源电路的驱动方法
CN103152946A (zh) 一种高效率的led驱动电路
CN102222490B (zh) 背光源驱动电路及电视机
US20090224688A1 (en) Unipolar (dis)charging led drive method and circuit thereof
CN102549647A (zh) 能够控制恒定发光二极管的电流的发光二极管驱动电路
CN102148566B (zh) 一种升压型电压平衡变换器
US20130063043A1 (en) Voltage rectifier
CN105392234B (zh) 一种多路均流输出的led驱动电源及调光方法
US8030853B1 (en) Circuit and method for improving the performance of a light emitting diode (LED) driver
CN202206620U (zh) 发光二极管驱动电路
CN102354483B (zh) Led背光源升压驱动电路、led背光源及液晶显示装置
CN102458011A (zh) 一种led驱动电路及led灯具
CN202759380U (zh) 电源电路、led背光驱动电源及电视机
CN101578005B (zh) 灯驱动电路
CN204887636U (zh) Led升压驱动电路、led背光源和液晶显示装置
CN104008733A (zh) 升压电路、led背光驱动电路以及液晶显示器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: The city of Eindhoven in Holland

Patentee after: KONINKLIJKE PHILIPS N.V.

Address before: The city of Eindhoven in Holland

Patentee before: Koninklijke Philips Electronics N.V.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170315

Address after: The city of Eindhoven in Holland

Patentee after: PHILIPS LIGHTING HOLDING B.V.

Address before: The city of Eindhoven in Holland

Patentee before: KONINKLIJKE PHILIPS N.V.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150826

Termination date: 20180315