CN111247730A - Ac/dc转换器、灯具以及提供改进的启动电路的方法 - Google Patents

Ac/dc转换器、灯具以及提供改进的启动电路的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种AC/DC转换器，其包括：用于接收经整流的AC输入信号(Vin)的输入；用于向负载(7)提供受控输出信号(Vout)的输出；用于将AC输入信号(Vin)转变为受控输出信号(Vout)的切换模式功率转换器，其中切换模式功率转换器具有用于接收启动电压(Vstart)来将切换模式功率转换器的待机模式改变为切换模式功率转换器的操作模式的输入；用于接收控制信号(Vctl)的控制电路(5)；快速启动电源(6)，其用于接收接通信号(Von)以提供大于电源电压(Vsup)的启动电压(Vstart)；辅助电源(4)，其用于向控制电路(5)和快速启动电源(6)提供电源电压(Vsup)，其中控制电路(5)被布置用于激活接通信号(Von)以激活快速启动电源(6)，以用于将切换模式功率转换器从待机模式转换为操作模式。

Description

AC/DC转换器、灯具以及提供改进的启动电路的方法
技术领域
本发明涉及具有改进的启动电路的AC/DC转换器。本发明进一步涉及包括具有改进的启动电路的AC/DC转换器的灯具。本发明还涉及用于为AC/DC转换器提供改进的启动的方法。
背景技术
在切换模式电源中，需要向切换模式功率转换器提供电压，以允许切换模式电源启动。该电压经由启动电路提供。当切换模式功率转换器启动时，可以反馈切换模式功率转换器的输出功率的一部分，从而允许切换模式功率转换器操作。通常，启动电路是便宜的、低效率的电路。常用的简单实施例是启动电阻器、泄放器以及用于存储向切换模式功率转换器提供的能量的存储电容器。通常的做法是将切换模式功率转换器电路的整流输入电压分接。这通常是范围在120V RMS和230V RMS之间的整流市电。启动切换模式功率转换器的操作所需的电压通常在10V至30V的范围内。因此，泄放器必须限制来自整流市电电压的电流生成明显较低的电压，其将导致非常低的功率效率。
US 2017/0070138公开了当切换模式功率转换器已启动时，启动电路可以与整流市电断开连接。断开连接通过在切换模式功率转换器已启动时断开的开关完成。在启动电路中不耗散功率，导致切换模式功率转换器的效率增大。
将经整流的输入电压分接的启动电路包括高电压组件。关断启动电路所需的附加开关也是高电压组件。因此，启动电路相对较大且昂贵。此外，在待机操作期间，启动电路处于活动状态，并且仍然耗散一些功率。
发明内容
本发明的目的是提供AC/DC转换器，AC/DC转换器具有尺寸小且非常便宜的启动电路。
为了克服这个问题，在本发明的第一方面，提供了一种AC/DC转换器，该AC/DC转换器包括：
-用于接收经整流的AC输入信号的输入；
-用于向负载提供受控输出信号的输出；
-切换模式功率转换器，该切换模式功率转换器用于将AC输入信号转变为受控输出信号，其中切换模式功率转换器具有用于接收启动电压来将切换模式功率转换器的待机模式改变为切换模式功率转换器的操作模式的输入；
-用于接收控制信号的控制电路；
-快速启动电源，该快速启动电源用于提供大于电源电压的启动电压并且用于接收接通信号；
-辅助电源，该辅助电源用于向控制电路和快速启动电源提供电源电压，
其中控制电路被布置用于激活接通信号来激活快速启动电源，以将切换模式功率转换器从待机模式转换为操作模式。
如所要求保护进行配置的AC/DC转换器的效果允许实现小型快速启动电源来提供允许切换模式功率转换器启动的足够能量。当AC/DC转换器处于待机状态时，可以关断该快速启动电源。因此，待机期间AC/DC转换器的总功率耗散被降低。
在另外的示例中，快速启动电源被布置用于在切换模式功率转换器已改变为操作模式时停止提供启动电压。
在切换模式功率转换器启动之后，可以经由另一路径来提供启动电压，使得由切换模式功率转换器提供功率。因此，可以关断快速启动电源来避免进一步的能量损失。
在另外的示例中，控制电路被布置用于在切换模式功率转换器已改变为操作模式之后，禁用快速启动电源。
控制电路不仅控制快速启动电源的导通，现在还进一步控制快速启动电源的关断。单个控制电路可以用于控制快速启动电源。这简化了快速启动电源的控制。
在另外的示例中，辅助电源电路被布置为从经整流的AC输入信号汲取功率。
辅助电源从经整流的AC输入信号汲取功率。这为辅助电源提供了简单而稳健的功率供应。
在另外的示例中，辅助电源电路被布置为从电池汲取功率。
电池向辅助电源提供电压，该电压可以被选择为低于经整流的AC输入信号。当AC/DC转换器处于待机状态时，电池仍可以向辅助电源提供能量，从而进一步减少了待机功率损失。
在另外的示例中，通过受控输出信号或辅助输出为电池供电。
现在，电池由切换模式功率转换器提供的电压充电。向电池提供的电压可以被选择为使得可以实现更高效的能量传输。
在另外的示例中，快速启动电源是升压转换器。
为了将低输入电压转变为较高的输出电压，一个有效的解决方案是使用升压转换器。
在另外的示例中，在启用切换模式功率转换器之后，通过受控输出信号将启动电压提供给切换模式功率转换器。
在另外的示例中，切换模式功率转换器包括变压器，其中变压器的辅助绕组向处于操作模式的切换模式功率转换器提供启动电压。
当切换模式功率转换器已启动时，由辅助绕组提供的电压将启动电压提供给切换模式功率转换器，辅助绕组被磁性地耦合到切换模式功率转换器的电感器。
在另一示例中，提供了灯具，该灯具包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的AC/DC转换器；以及
-负载。
灯具配备有改进的AC/DC转换器，并因此具有改进的待机功耗。
在另一示例中，负载是LED负载。
LED负载消耗少量功率。因此，对于驱动LED负载的AC/DC转换器，因为少量的待机功率已对总体能耗产生了显著影响，所以待机功率更为重要。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明的示例，其中：
图1示出了具有启动电路的现有技术AC/DC转换器的示例。
图2示出了本发明的一个实施例。
图3示出了本发明的一个优选实施例。
具体实施方式
图1示出了具有启动电路的常用AC/DC转换器的一个示例。整流器桥RECT包括二极管D1、D2、D3和D4，并且被耦合到AC电压源Vac。该电压可以是市电电压。该AC电压由整流器桥RECT整流。经整流的AC电压Vin用于向启动电路3提供电压。启动电路3向切换模式功率转换器控制器1的输入提供电压。如果电压超过欠压锁定阈值，则切换模式功率转换器控制器1将变为活动状态，从而控制开关SW。欠压锁定阈值可以高达10V至30V。切换模式功率转换器还包括变压器T1，变压器T1具有初级绕组L1和次级绕组L2，以用于向输出提供功率。当输出功率足够时，一部分输出功率经由连接2提供给切换模式功率转换器控制器1。开关SW1用于将启动电路3与经整流的市电连接断开，以在切换模式功率转换器的正常操作期间避免启动电路3中的能量损失。然后，仅经由连接2来提供到切换模式功率转换器控制器1的功率。该连接2通常是到变压器T1的辅助绕组的连接。由辅助绕组生成的电压超过欠压锁定阈值电压，并且允许AC/DC转换器保持操作。
开关SW1和启动电路3被耦合到经整流的输入电压，并且因此耦合到高电压组件来承受市电电压。这些组件相对较大以便支持高市电电压，并且也相对昂贵。
本发明提出了不同的方法，其中引入了低成本的小型快速启动驱动器6来启动切换模式功率转换器控制器1。
图2示出了具有改进的启动电路的AC/DC转换器的一个示例。辅助电源4的输入被耦合到经整流的AC电压Vin。辅助电源4的输出被耦合至控制电路5的输入以及快速启动电源6的输入。快速启动电源6的输出被耦合至切换模式功率转换器控制器1的输入。控制电路5的输出被耦合到切换模式功率转换器控制器1的另一输入。切换模式功率转换器控制器的输出被耦合到开关SW的控制端子。开关SW与电感器L1或变压器T1一起形成切换模式电源。切换模式电源的输出被耦合到负载7。连接可以进一步连接到切换模式功率转换器控制器1的输入。辅助电源4用于向控制电路5提供供电电压Vsup。当AC/DC转换器处于待机模式时，辅助电源4也处于活动状态。控制电路5可以被布置为接收控制信号。控制电路5可以进一步被配置为通过例如将其关断来控制切换模式功率转换器控制器1。控制电路5还可以通过将导通信号Von提供给快速启动电源6以将其导通和关断来进一步控制快速启动电源6。快速启动电源6可以是升压转换器。快速启动电源6接收由辅助电源4提供的低电压。如下面将要阐明的，这允许启动电路仅需要在切换模式电源转换器的启动期间提供功率，因此减少了待机期间的功率耗散。辅助电源4向控制电路5提供低电压。这可以在3.3V至5V的量级上，以用于向例如微控制器提供电压。由辅助电源4所提供的低电压太低，无法使得切换模式功率转换器控制器1进入操作模式。因此，快速启动电源6将由辅助电源4提供的电压升压来超过最小期望电压。经升压的电压被提供给切换模式功率转换器控制器1。电压足以使得切换模式功率转换器控制器1进入操作模式并控制开关SW。开关SW被耦合到至少一个电感器，使得它们形成切换模式功率转换器。图2所示的示例性切换模式功率转换器是包括具有初级侧电感器L1的变压器T1的反激转换器，初级侧电感器L1被磁性地耦合至次级侧电感器L2。次级侧被耦合到负载。在现有技术中，由于在提供用于启动切换模式电源的控制信号Vctl时需要直接激活切换模式电源，所以启动电路3在待机期间总是处于活动状态。因此，启动电路3将总是在待机期间耗散功率。
当控制电路5接收到控制信号Vctl时，控制电路5将生成用于激活快速启动电源6的信号。快速启动电源6将响应于信号而启动并提供电压，该电压大于由辅助电源4提供的低电压，并因此大于由切换模式功率转换器控制器1将切换模式功率转换器1从待机模式改变为正常操作模式所需的欠压锁定阈值。电容器C1用作使得向切换模式功率转换器控制器1提供的电压稳定的缓冲器。切换模式功率转换器控制器1又变为活动状态并开始控制开关SW。
控制电路5还可以向切换模式功率转换器控制器1提供附加信号。这些信号的示例是调节信号和关断信号，这为切换模式功率转换器控制器1提供了附加的控制可能性。切换模式功率转换器控制器1对开关SW进行控制，使得受控功率被提供给AC/DC转换器的输出和负载7。输出电压Vout或辅助电压Vaux可以经由连接2反馈到切换模式功率转换器控制器1。这允许快速启动电源6关断，从而减少AC/DC转换器中的损失。
可以通过感测向切换模式功率转换器控制器1提供的电压来完成快速启动电源6的关断。如果经由连接2提供的电压大于由快速启动电源6所提供的电压，则快速启动电源将不提供任何功率并因此可以关断。
在接收另一控制信号Vctl时，控制电路5可以生成用于关断切换模式功率转换器控制器1的信号。
图3示出了包括辅助输出的AC/DC转换器的一个示例。辅助输出被示出为辅助绕组L3，辅助绕组L3为切换模式功率转换器控制器1提供启动电压Vstart。类似于图2，图3示出了具有改进的启动电路的AC/DC转换器。代替经由连接2提供电压，经由辅助绕组L3来提供电压。该辅助绕组L3是变压器T1的一部分。可以放置二极管D5和D6来防止功率从辅助绕组L3流向快速启动电源5，反之亦然。
附图中的示例性切换模式功率转换器表示反激转换器。但是，还有更多类型的切换模式电源可用。例如：降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器和谐振转换器。切换模式功率转换器由切换模式功率转换器控制器1控制。
控制信号Vctl可以在控制电路5和诸如遥控器的外部控制设备之间通过有线或无线方式发送/接收。
负载7可以是LED负载。LED消耗的功率很少。在待机期间，功耗主要基于待机功耗。现有技术中的启动电路3造成了待机期间的损失，其中根据本发明的改进的快速启动电路6在待机期间不消耗任何功率。
快速启动电源6可以是任何类型的升压电路。在一个实施例中，快速启动电源6是升压转换器。
由于切换模式功率转换器可以是任何种类的功率转换器，因此必须注意，辅助绕组也可以用作与任何切换模式功率转换器拓扑中的电感器磁耦合的辅助绕组。
此外，AC/DC转换器可以配备有用于向辅助电源4提供功率的电池。电池可以通过AC/DC转换器的输出或辅助输出来充电。

Claims (13)

1.一种AC/DC转换器，包括：
-用于接收经整流的AC输入信号(Vin)的输入；
-用于向负载(7)提供受控输出信号(Vout)的输出；
-切换模式功率转换器，所述切换模式功率转换器用于将所述AC输入信号(Vin)转变为所述受控输出信号(Vout)，其中所述切换模式功率转换器具有用于接收启动电压(Vstart)以用于将所述切换模式功率转换器的待机模式改变为所述切换模式功率转换器的操作模式的输入；
-控制电路(5)，所述控制电路(5)用于接收控制信号(Vctl)；
-快速启动电源(6)，所述快速启动电源(6)用于接收接通信号(Von)以提供大于电源电压(Vsup)的所述启动电压(Vstart)；
-辅助电源(4)，所述辅助电源(4)用于向所述控制电路(5)和所述快速启动电源(6)提供所述电源电压(Vsup)，
其中所述控制电路(5)被布置用于激活所述接通信号(Von)以激活所述快速启动电源(6)，以用于将所述切换模式功率转换器从所述待机模式转换为所述操作模式。
2.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中所述快速启动电源(6)被布置用于：当所述切换模式功率转换器已改变为所述操作模式时，停止提供所述启动电压。
3.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中所述控制电路(5)被布置用于：在所述切换模式功率转换器已改变为所述操作模式之后，禁用所述快速启动电源。
4.根据前述权利要求中任一项所述的AC/DC转换器，其中所述辅助电源(4)被布置用于从所述经整流的AC输入信号汲取功率。
5.根据权利要求1所述的AC/DC转换器，其中所述辅助电源(4)被布置用于从电池汲取功率。
6.根据权利要求5所述的AC/DC转换器，其中所述电池被耦合到所述受控输出信号(Vout)或辅助输出(Vaux)，以用于接收功率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的AC/DC转换器，其中所述快速启动电源(6)包括升压转换器。
8.根据权利要求6所述的AC/DC转换器，其中在所述切换模式功率转换器的启用之后，所述启动电压通过所述受控输出信号或所述辅助输出(L3)而被提供给所述切换模式功率转换器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的AC/DC转换器，其中所述切换模式功率转换器包括变压器(T1)，所述变压器(T1)包括辅助绕组(L3)，所述辅助绕组用于向处于所述操作模式的所述切换模式功率转换器提供所述启动电压。
10.一种灯具，包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的AC/DC转换器；以及
-所述负载(7)。
11.根据权利要求10所述的灯具，其中所述负载(7)是LED负载。
12.一种用于向切换模式功率转换器提供启动电压(Vstart)的方法，所述方法包括以下步骤：
-向控制电路(5)和快速启动电源(6)提供电源电压(Vsup)；
-由所述控制电路(5)接收控制信号(Vctl)以用于导通所述切换模式功率转换器；
-将所述电源电压(Vsup)转变为启动电压(Vstart)，所述启动电压(Vstart)大于所述电源电压(Vsup)；
-向所述切换模式功率转换器提供所述启动电压(Vstart)，以用于将所述切换模式功率转换器从待机模式转换为操作模式。
13.根据权利要求12所述的方法，其中当所述切换模式功率转换器已经启动时，向所述切换模式功率转换器提供所述启动电压(Vstart)被停止。
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