專利名稱：電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于向至少一個負(fù)載輸出供電的電源電路和方法。更具體地，本發(fā)明 涉及用于使用開關(guān)模式電源單元來以獲得穩(wěn)定的、精確的電流或電壓輸出的方式來驅(qū)動負(fù) 載的電路和方法，所述輸出非常適合例如以脈沖方式驅(qū)動的負(fù)載。
背景技術(shù)：
多種開關(guān)模式電源拓?fù)錇楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知，它們包括降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換 器、回掃轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器及其他。這些電路通過使用至少一個主切換元件(其可以以 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種方式來實(shí)現(xiàn)，例如以場效應(yīng)晶體管FET實(shí)現(xiàn))以及至少一個電 抗元件(即，可至少臨時存儲能量的電路元件，通常被實(shí)現(xiàn)為電感器)將DC(直流)輸入電 壓轉(zhuǎn)換成期望的輸出電壓。在操作中，主切換 元件以可控方式不斷切換，從而將輸入電壓轉(zhuǎn) 換成期望電壓電平的輸出電壓。 已知可使用開關(guān)模式電源來同時驅(qū)動多個負(fù)載。這些負(fù)載可例如以并聯(lián)方式連接 到電源。在其中供應(yīng)多個負(fù)載的應(yīng)用的一個示例是例如用于顯示屏和投影儀的、采用多個 光源的照明和顯示應(yīng)用。這些光源作為負(fù)載連接到電源電路，這些光源可以是例如LED(發(fā) 光二極管)、0LED(有機(jī)發(fā)光二極管)或激光二極管，其可以例如是不同顏色的。應(yīng)該注意， 在本上下文中，光源可以是單個元件，諸如單個LED，但是術(shù)語“光源”還用于例如可串聯(lián)或 并聯(lián)連接的單個照明元件的任意陣列。已知通過以脈沖方式驅(qū)動光源來提供光源的準(zhǔn)確調(diào) 光(dimming)。然而，適合在顯示應(yīng)用中使用的電源電路需要提供相當(dāng)精確的脈沖形狀，以 便獲得相應(yīng)精確的結(jié)果。這對于時序(time-sequential)顯示應(yīng)用尤其如此，在所述時序 顯示應(yīng)用中，以時序方式快速驅(qū)動光源以獲得彩色和亮度控制、以及/或者光由顯示設(shè)備 另外調(diào)制。對于以脈沖方式驅(qū)動光源，所需的電壓或電流(脈沖高度)對于一個光源可以是 固定的，但是對于例如不同顏色的不同光源將是不同的。另外，對于一些顯示應(yīng)用，已知是 順序地利用不同高度(即，電壓或電流電平)的脈沖來驅(qū)動相同光源。為了如上所述驅(qū)動負(fù)載，有可能針對每個負(fù)載以及所需的每種電壓輸出電平提供 單個專用的開關(guān)模式電源。然而，對應(yīng)的費(fèi)用是龐大的。W0-A-2007-039862描述了一種用于驅(qū)動多個單獨(dú)可切換的電子子系統(tǒng)(諸如LED 的布置)的驅(qū)動器電路布置。子系統(tǒng)全部并聯(lián)連接到相同的開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器。每個子 系統(tǒng)由利用可控子開關(guān)并聯(lián)連接到電容器的LED(負(fù)載)構(gòu)成，其中所述可控子開關(guān)用于將 負(fù)載連接到電容器。此外，每個子系統(tǒng)包括負(fù)載開關(guān)，其將子系統(tǒng)連接到電源轉(zhuǎn)換器或?qū)⒆?系統(tǒng)從電源轉(zhuǎn)換器斷開。在操作中，外部控制單元通過關(guān)閉對應(yīng)的負(fù)載開關(guān)來選擇將被供 應(yīng)能量的子系統(tǒng)。與電容器與負(fù)載之間不具有子開關(guān)的現(xiàn)有電路形成對比，其然后有可能 通過獨(dú)立于負(fù)載開關(guān)地控制子開關(guān)來例如以脈沖寬度調(diào)制模式控制負(fù)載。如果需要不同電壓電平的多個負(fù)載是由同一開關(guān)模式電源電路驅(qū)動的，或者如果至少一個負(fù)載在不同時間需要不同電壓電平，那么可能出現(xiàn)電壓不匹配的問題在供應(yīng)針 對第一脈沖的第一電壓電平之后，電路將需要一些時間來供應(yīng)針對第二接下來的脈沖的不 同的電壓電平。這將導(dǎo)致脈沖形狀的失真和隨后惡化的控制結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非常適合于以具有精確的脈沖形狀的脈沖驅(qū)動負(fù)載的用于供電的電源電路和方法。根據(jù)本發(fā)明，一方面通過根據(jù)權(quán)利要求1的電源電路和根據(jù)權(quán)利要求9的用于向 至少一個負(fù)載輸出供電的方法解決了上述目的。本發(fā)明的此方面特別具有優(yōu)勢在于允許 使用單個開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器以不同輸出電平驅(qū)動至少一個負(fù)載。另一方面，上述目的通過根據(jù)權(quán)利要求8的電源電路和根據(jù)權(quán)利要求10的用于向 多個負(fù)載輸出供電的方法來解決。本發(fā)明的此方面允許將單個開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器用于多個負(fù) 載。因此，本發(fā)明的兩個方面避免了以順序脈沖方式驅(qū)動連接到轉(zhuǎn)換器的負(fù)載時的電 壓不匹配。盡管本發(fā)明的各個方面分別具有優(yōu)勢，但是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，這些方面可以很好地 組合，例如，如果多個負(fù)載當(dāng)中的一個(或幾個)需要隨后以不同的電壓電平來驅(qū)動，就是 如此。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了主電源單元，其具有電壓輸入、至少一個主切換元 件和至少一個電抗元件。該主電源單元是開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器，其中切換元件可被控制以驅(qū)動 輸出電壓或電流。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，主電源單元可包括任意已知的開關(guān)模式轉(zhuǎn) 換器拓?fù)浜筒僮髂Ｊ街械娜我庖环N。存在連接到主電源單元的至少一個輸出單元。輸出單元包括負(fù)載輸出，諸如LED、 OLED或激光二極管的負(fù)載可連接到所述負(fù)載輸出。輸出單元還包括連接到負(fù)載輸出的負(fù)載 切換元件，其用于將主電源單元連接到負(fù)載輸出，即，接通或者切斷由轉(zhuǎn)換器遞送的在負(fù)載 輸出處的輸出電壓。盡管原則上可以使用其他配置，但優(yōu)選的是，負(fù)載切換元件與負(fù)載輸出 串聯(lián)連接到主電源單元。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，輸出單元還包括第一和第二開關(guān)電容器單元。每個開關(guān) 電容器單元至少包括電容器和對應(yīng)的切換元件。同樣，盡管其他配置是可能的，但優(yōu)選的 是，切換元件串聯(lián)連接到電容器、并且開關(guān)電容器單元并聯(lián)連接到負(fù)載輸出和/或負(fù)載切 換元件。開關(guān)電容器單元允許如下操作模式當(dāng)電容器不是活躍的，即，連接到負(fù)載輸出 時，電容器保持基本充電到預(yù)定的電壓電平。如果再次連接，被充電的電容器則可以用作負(fù) 載輸出處的緩沖器元件，一旦輸出單元被激活，被充電的電容器瞬間提供期望的電壓電平。這對于以脈沖方式驅(qū)動例如顯示應(yīng)用中的諸如LED、OLED或激光二極管的負(fù)載是 特別具有優(yōu)勢的。預(yù)充電的電容器避免了在其他情況下脈沖開始處的必需的上升時間，并 且因此提供非常精確的控制，特別是在脈沖期間電壓電平保持恒定的驅(qū)動方案中、或者至 少脈沖結(jié)束處的電壓基本等于脈沖開始處的電壓的驅(qū)動方案中。在本發(fā)明的第一方面，提供了至少兩個開關(guān)電容器單元，它們優(yōu)選地并聯(lián)連接到 同一負(fù)載輸出。由于各個電容器單元通過其電容器切換元件是可單獨(dú)切換的，因此它們可被選擇性地激活。因此，通過保持待用的電容器單元基本充電到不同電壓電平處，相同的負(fù) 載輸出可被如上所述操作，以便瞬時遞送精確的脈沖輸出，但是以兩個不同的電壓電平。應(yīng)該注意，在本上下文中，術(shù)語“基本”充電以及“基本”恒定或等于涉及如下事實(shí) 電壓中當(dāng)然可出現(xiàn)微小變化，例如，在切換之后瞬間，但是優(yōu)選的是至少當(dāng)從負(fù)載斷開時， 電容器保持充電到大于90%，并且特別優(yōu)選地為操作期間(S卩，電壓脈沖期間)的平均電壓 的99%或更多。在根據(jù)本發(fā)明第一方面的發(fā)明方法中，切換元件被操作以提供具有所需輸出電壓 電平的負(fù)載輸出。如果需要第一電壓，那么第一電容器可并聯(lián)連接到負(fù)載輸出，并且如果需 要第二輸出電壓電平，那么第二電容器將并聯(lián)連接到負(fù)載輸出。同時，優(yōu)選的是 ，操作主電 源單元以遞送對應(yīng)于期望輸出電壓電平的輸出電流，以使得在脈沖的開始處電容器遞送期 望電壓，但是在最小的必需延遲后轉(zhuǎn)換器接著繼續(xù)遞送電壓。此外，優(yōu)選的是，當(dāng)前不連接到負(fù)載輸出的電容器被切斷以基本避免放電。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供了非常適合于向負(fù)載輸出遞送不同電壓電平的 精確的電流脈沖的電路和操作方法。獨(dú)立權(quán)利要求的基本想法存在許多可能的具有優(yōu)勢的 開發(fā)，其與從屬權(quán)利要求相關(guān)?？赡軐⒉粌H一個、而是幾個輸出單元連接到主電源單元。一個或多個其它輸出單 元可包括至少一個開關(guān)電容器單元，并且還可能提供具有兩個或更多開關(guān)電容器單元的其 它輸出單元。例如，可能總共給出以時序脈沖操作的、例如紅色、綠色以及藍(lán)色的不同顏色 的光源的三個負(fù)載，其中，用于三個光源的脈沖高度不同。另外，一個光源(利用兩個開關(guān) 電容器單元連接到輸出單元的光源)可以利用不同電壓電平的時序脈沖驅(qū)動。將參考本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述對應(yīng)的驅(qū)動方案和電路。優(yōu)選的是，該電路包括控制裝置以控制切換元件，即主切換元件、負(fù)載切換元件以 及電容器切換元件。這樣的控制裝置可以是負(fù)責(zé)所有開關(guān)的單個單元，但是它還可能在幾 個單元間劃分控制裝置的功能，例如，一個控制主切換元件并且另一個控制負(fù)載切換元件 和電容器切換元件。用作控制裝置的單元可以是專用電子電路、或針對控制任務(wù)編程的微 控制器或微處理器。特別優(yōu)選的是，負(fù)載切換元件和電容器切換元件被同步控制，即，一旦負(fù)載輸出被 激活，對應(yīng)的負(fù)載切換元件和電容器切換元件都被激活，以及一旦負(fù)載輸出被去激活，負(fù)載 切換元件和電容器切換元件都被去激活。通過該操作，由于如果待用電容器在輸出單元的 去激活期間被切斷那么沒有放電發(fā)生，因此待用電容器保持基本充電到期望的電壓電平。 在每個輸出單元具有多個開關(guān)電容器單元的情況下，負(fù)載切換元件與第一和第二電容器切 換元件中的所選之一(即，一個或另一個)被同步控制。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種主電源單元，其具有電壓輸入、至少一個主 切換元件和至少一個電抗元件。該主電源單元是開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器，其中切換元件可被控制 以驅(qū)動輸出電壓或電流。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，主電源單元可包括任意已知的開關(guān) 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜筒僮髂Ｊ街械娜我庖环N。根據(jù)第二方面，存在連接到主電源單元的多個輸出單元。輸出單元包括負(fù)載輸出， 諸如例如LED、OLED或激光二極管的負(fù)載可連接到所述負(fù)載輸出。每個輸出單元還包括連 接到負(fù)載輸出的負(fù)載切換元件，其用以將主電源單元連接到負(fù)載輸出，即，接通或切斷由轉(zhuǎn)換器遞送的在負(fù)載輸出處的輸出電壓。盡管原則上能使用其他配置，但優(yōu)選的是，負(fù)載切換 元件與負(fù)載輸出串聯(lián)連接到主電源單元。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，每個輸出單元還包括開關(guān)電容器單元。開關(guān)電容器單元 至少包括電容器和對應(yīng)的切換元件。同樣，盡管其他配置是可能的，但優(yōu)選的是，切換元件 串聯(lián)連接到電容器、并且開關(guān)電容器單元并聯(lián)連接到負(fù)載輸出和/或負(fù)載切換元件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，電源電路包括控制裝置以控制不同輸出單元的負(fù)載切換 元件和電容器切換元件，以使得在每個輸出單元中負(fù)載切換元件與電容器切換元件被同步 控制，即，一旦負(fù)載輸出被激活，對應(yīng)的負(fù)載切換元件和電容器切換元件都被激活，以及一 旦負(fù)載輸出被去激活，負(fù)載切換元件和電容器切換元件都被去激活。通過該操作，由于如果 待用電容器在輸出單元的去激活期間被切斷那么沒有放電發(fā)生，因此待用電容器保持基本 充電到期望的電壓電平。這確保了在每個輸出中，當(dāng)負(fù)載激活時(通過將負(fù)載連接到從主電源單元遞送的 輸出電壓)，即使主電源單元可能需要一段時間來調(diào)整到所期望的電壓電平，電容器被連接 以緩沖輸出電壓并且瞬間遞送所期望的輸出電壓電平的輸出電壓。另一方面，通過同時切 斷兩個切換元件，確保了電容器保持基本充電到所期望的電壓電平。此外對于第二方面，如上所述，有可能將不僅一個、而是幾個輸出單元連接到主電 源單元。此外，可如上所述實(shí)現(xiàn)控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，因此提供了非常適合于利用精確的電流脈沖來驅(qū)動多個 負(fù)載的電路以及操作方法。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的以上和其他目的、特性以及優(yōu)點(diǎn)將變得明 顯，其中圖1示出作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的具有連接到降壓轉(zhuǎn)換器的多個輸出的電源 電路的電路圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路的變形的電路圖；圖3示出作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的具有連接到升壓轉(zhuǎn)換器的三個輸出的電源 電路的電路圖；圖4示出作為本發(fā)明的第三實(shí)施例的具有連接到回掃轉(zhuǎn)換器的三個輸出的電源 電路的電路圖；圖5示出作為本發(fā)明的第四實(shí)施例的具有單個多電平輸出的電源電路的電路圖；圖6示出根據(jù)圖1的第四實(shí)施例的變體的電路圖；圖7示出作為本發(fā)明的第五實(shí)施例的具有三個負(fù)載輸出的電源電路的電路圖，其 中一個負(fù)載輸出支持兩電平輸出；圖8a是示出用于根據(jù)第一驅(qū)動方案(每個顏色是固定電平)以順序電流脈沖驅(qū) 動紅色、綠色以及藍(lán)色光源的脈沖序列的定時圖；圖8b是示出根據(jù)第二驅(qū)動方案(脈沖電平調(diào)制)的脈沖序列的定時圖；圖8c是示出根據(jù)第三驅(qū)動方案(每個顏色是固定電平，其中一個顏色具有兩電平 輸出)的脈沖序列的定時圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出電源電路10的電路圖。電路10包括主電源單元12，其將在電壓輸入14 處接收的DC輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于輸出16處的DC輸出電壓V。ut的輸出電流I。ut。多個輸出單元(在示出的示例中，三個輸出單元20a、20b、20c)并聯(lián)連接到電源單 元12的電壓 輸出16。電路還包括檢測電路22，其用于檢測電流并且向控制單元24提供對應(yīng)的反饋信號。在第一示例中示出的主電源單元12是降壓轉(zhuǎn)換器。可選地，可以使用不同類型的 開關(guān)模式電源拓?fù)洌T如升壓轉(zhuǎn)換器12a(圖3)、回掃轉(zhuǎn)換器12b(圖4)或另外的已知的開 關(guān)轉(zhuǎn)換器的拓?fù)渲弧Ｔ谶@樣的開關(guān)轉(zhuǎn)換器內(nèi)，存在諸如圖1示例中的主切換元件26的一個或多個開 關(guān)、以及諸如圖1示例中的串聯(lián)的電感器28的電抗元件。通過不斷地接通或切斷主切換元 件26，將DC輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成輸出電流I。ut，其值取決于主切換元件26的切換。應(yīng)該注意，在降壓轉(zhuǎn)換器的本示例中，如將被解釋的，在該轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲型ǔ４嬖?的輸出電容器在這里被包括在輸出單元中。因此，轉(zhuǎn)換器12可被操作為遞送輸出電流I。ut， 其將根據(jù)轉(zhuǎn)換器12的切換周期而隨時間改變。轉(zhuǎn)換器12的控制可作用為對電流I。ut的時 間平均值的控制，其中I。ut結(jié)合輸出將產(chǎn)生輸出電壓V。ut。在圖1的示例中，主切換元件26的切換是響應(yīng)于從檢測電路22接收的反饋信號 由中心控制單元24實(shí)現(xiàn)的。由于不同的開關(guān)轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，因此將不討論關(guān)于主電 源單元12的不同的可能實(shí)現(xiàn)的操作和控制的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。在第一示例中，輸出單元20a、20b、20c是相同的。輔助二極管Dl連接到轉(zhuǎn)換器12 的輸出16。與輔助二極管Dl連接的是負(fù)載輸出36和負(fù)載切換元件38的串聯(lián)連接與開關(guān) 電容器單元34的并聯(lián)，在示出的示例中負(fù)載切換元件38實(shí)現(xiàn)為FET。開關(guān)電容器單元34由電容器C和電容器開關(guān)40的串聯(lián)連接構(gòu)成，在本示例中電 容器開關(guān)40也實(shí)現(xiàn)為FET。在本示例中，連接到負(fù)載輸出36的是LED陣列。電路10是用于在例如顯示屏或投影儀的顯示應(yīng)用中的這些LED陣的三個充當(dāng)紅 色、綠色以及藍(lán)色光源的電源單元。該光源是以極短的連續(xù)脈沖來驅(qū)動的。圖8a_圖8c示出可能的驅(qū)動方案的三個示例。在圖8a示出的驅(qū)動方案的第一示 例中，提供了用于紅色、綠色以及藍(lán)色光源的連續(xù)脈沖。光源之間，脈沖的脈沖高度(電壓 /電流)不同，其可能是起因于不同類型顏色LED的不同的正向電壓。在根據(jù)圖8a的第一驅(qū)動方案中，每個顏色的脈沖電平是固定的。例如，一直以相 同的、恒定的電壓驅(qū)動紅色光源。然而，在用于紅色光源的兩個脈沖之間，需要以不同電壓 遞送一個用于綠色光源的脈沖和一個用于藍(lán)色光源的脈沖。因此，在三個光源直接連接到 主電源單元12的情況下，在第一個脈沖的結(jié)束和第二個脈沖的開始處將出現(xiàn)電壓不匹配 的問題，導(dǎo)致不精確的脈沖形狀。為了對于作為負(fù)載連接到圖1的電源電路10的光源實(shí)現(xiàn)圖8a的驅(qū)動方案，按以下方式操作電路控制電路24接收指示當(dāng)前應(yīng)該選擇哪個光源的“選擇”信號以及指示用于該光源 的期望的電壓電平的信息的“電平”信號作為輸入信號?？刂茊卧ㄟ^下述方式來選擇對 應(yīng)的輸出單元發(fā)送第一控制信號來接通將被選擇的輸出單元的電容器開關(guān)40和負(fù)載開 關(guān)38、并且向剩余的輸出單元發(fā)送第二控制信號來切斷負(fù)載開關(guān)38和電容器開關(guān)40。此 夕卜，評估來自檢測電路22的反饋信號，并且影響主切換元件26的控制使得達(dá)到所期望的脈 沖電平。在所選擇的輸出單元內(nèi)，開關(guān)38、40現(xiàn)在被設(shè)置使得將主電源單元12的輸出電流 Iout直接供應(yīng)到負(fù)載輸出36、并且因此供應(yīng)到連接在其上的光源。電容器C并聯(lián)連接到負(fù) 載并且用作降低輸出電壓紋波的緩沖器。在根據(jù)圖8a以及稍后將解釋的圖8b和圖8c的所有驅(qū)動方案中，每個脈沖結(jié)束處 的脈沖高度等于脈沖開始處的高度。因此，在脈沖的結(jié)束處，電容器C將被充電到對應(yīng)的電 壓。在脈沖結(jié)束之后，通過切斷負(fù)載開關(guān)38和電容器開關(guān)40 二者來去激活(deactivate) 對應(yīng)的輸出單元20。因此，電容器C保持基本充電到先前的電壓電平。這解釋了為什么在 該負(fù)載的下一個脈沖的開始處，電容器C將總是被充電到正確的電壓電平。因此，由控制單 元24控制的開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器12響應(yīng)來自檢測電路22的反饋信號的反應(yīng)時間將不會導(dǎo)致 在輸出36處遞送的電壓上升的顯著延遲。替代地，將以非常精確的形狀遞送脈沖。
在圖8a的驅(qū)動方案中，由脈沖的長度實(shí)現(xiàn)亮度和顏色控制。由于實(shí)際遞送的脈沖 的非常精確的形狀，因此可以非常精確地實(shí)現(xiàn)這樣的控制。在圖8b示出的替代驅(qū)動方案中，使用脈沖電平調(diào)制。因此，通過調(diào)制脈沖電平來 實(shí)現(xiàn)亮度和顏色控制。然而，僅通過改變脈沖中心的電平來調(diào)制脈沖電平，同時開始以及結(jié) 束處的脈沖電平保持在相等的、固定的值。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的，由于在每個脈沖的 開始處，這里每個輸出單元20a、20b、20c中的電容器C也將自動被充電到正確的電壓電平， 因此上述電源電路10還可應(yīng)用于圖8b的替代驅(qū)動方案。圖2示出電源電路10a，其是上述第一實(shí)施例的變形。與第一實(shí)施例相比，替代電 路IOa不包括用于第一輸出單元的輔助二極管Dl以及用于第三輸出單元的電容器開關(guān)40。如果根據(jù)驅(qū)動方案確保第一輸出單元的負(fù)載輸出處的電壓總是低于剩余兩個輸 出處的電壓(例如，根據(jù)圖8a的驅(qū)動方案中的“紅色”輸出)并且第三輸出處的輸出電壓 電平總是高于剩余兩個輸出處的電壓電平(例如，圖8a中的“藍(lán)色”)，那么可省略提到的 兩個元件。如果FET 38被切斷(則表現(xiàn)為類似二極管)，那么每個輸出單元中的輔助二極 管Dl用于避免從輸出單元向外(而不是進(jìn)入輸出單元)的傳導(dǎo)。在具有最低電壓的輸出 單元處，不出現(xiàn)該問題并且因此這里可省略Dl。此外，如果去激活輸出單元，電容器開關(guān)40 用于避免電容器C處的電壓的任何變化(充電或放電)。如果通過驅(qū)動方案確保第三輸出 單元的電容器C已經(jīng)被充電到高于剩余兩個輸出單元上的電壓的電壓電平，那么不會出現(xiàn) 充電的問題，并且當(dāng)取消選擇對應(yīng)的輸出單元時，由于負(fù)載開關(guān)將被去激活，因此也不出現(xiàn) 放電的問題。因此，這里也可以省略電容器開關(guān)40。圖5示出本發(fā)明第一方面的一個實(shí)施例的電源電路110。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明 白的，電路110大部分對應(yīng)于圖1中示出的電路10和以上討論。如在第一實(shí)施例中，電路 110還包括主電源單元12、控制單元24和檢測電路22。因此，關(guān)于這些元件以及它們的替代參考以上描述。
與圖1的電路10對比，圖5的電路110僅具有一個輸出單元120，其連接到主電源 單元12的輸出16。輸出單元120具有負(fù)載輸出36，LED陣列連接到該負(fù)載輸出36。負(fù)載 開關(guān)38串聯(lián)連接到負(fù)載。還提供了兩個開關(guān)電容器單元134a、134b，它們每個均由電容器Ca、Cb和實(shí)現(xiàn)為 FET的電容器開關(guān)40a、40b的串聯(lián)連接構(gòu)成。開關(guān)電容器單元134a、134b每個均經(jīng)由第一 輔助二極管Dla、Dlb連接到主電源單元12的輸出16以及經(jīng)由第二輔助二極管D2a、D2b連 接到負(fù)載輸出36。在電路110的操作中，來自開關(guān)電容器單元134a、134b的電容器Ca、Cb用于將負(fù) 載輸出36處供應(yīng)的輸出電壓選擇性地緩沖在不同電平。對應(yīng)的電容器開關(guān)40a、40b由控 制單元24選擇性地控制。再者，負(fù)載開關(guān)38用于通過將輸出單元120連接到主電源單元12或?qū)⑤敵鰡卧?120從主電源單元12斷開而激活或去激活輸出單元120。為了在負(fù)載輸出36處供應(yīng)不同電壓電平的脈沖，負(fù)載開關(guān)38與第一電容器開關(guān) 40a或第二電容器開關(guān)40b同步操作。如果第一電容器開關(guān)40a和負(fù)載開關(guān)38被連接，那 么第一電容器Ca并聯(lián)連接到負(fù)載。如果負(fù)載開關(guān)38和第二電容器開關(guān)40b被閉合，那么 第二電容器Cb并聯(lián)連接到負(fù)載。在操作期間，控制單元24接收涉及輸出單元120的通/斷選擇以及所期望的輸出 電平的控制信號。根據(jù)該控制信息，負(fù)載開關(guān)38與第一電容器開關(guān)40a或第二電容器開關(guān) 40b被同步驅(qū)動。此外，根據(jù)反饋信號控制主電源單元12，其中所述反饋信號根據(jù)所期望的 電壓電平從檢測電路22獲得。因此，在要遞送的每個脈沖期間，主電源單元12被反饋控制 以遞送產(chǎn)生負(fù)載輸出處所期望的電壓的相應(yīng)的平均輸出電流I。ut。當(dāng)前所選擇的電容器Ca 或Cb被充電到對應(yīng)的電壓電平，并且在通過負(fù)載開關(guān)38去激活負(fù)載之后，由于電容器開關(guān) 40a、40b也被斷開，因此電容器Ca或Cb實(shí)質(zhì)上保持被充電。由于經(jīng)由電容器Ca、Cb緩沖 正確的電壓電平，因此電源110能夠以非常精確的方式在負(fù)載輸出36處選擇性地供應(yīng)兩個 不同電壓電平的電壓脈沖。對圖5中示出的基本電路存在許多可能的變形。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的，如 果在負(fù)載36處需要較大數(shù)目的不同的電壓電平，那么可能提供不止兩個開關(guān)電容器單元 134a、134b。如圖6進(jìn)一步所示，在特定情況下還可省略輔助二極管Dla、Dlb、D2a、D2b。應(yīng)該 明白，提供這些二極管是由于實(shí)現(xiàn)電容器開關(guān)40a、40b的FET不是理想開關(guān)而是在被斷開 時表現(xiàn)為二極管。然而，通過仔細(xì)選擇兩個電容器處的電壓電平(相差不超過用作二極管 的斷開FET的正向電壓)，允許如圖6所示省略輔助二極管。應(yīng)該記住，LED負(fù)載的電流/ 電壓特性是非常陡峭的，使得電壓電平中的較小差異可導(dǎo)致顯著不同的電流以及由此導(dǎo)致 顯著不同的光輸出值。作為又一實(shí)施例，圖7示出組合本發(fā)明第一和第二方面的電源電路210。電源電路 210大部分對應(yīng)于如圖1所示并結(jié)合其討論的電源電路10。然而，電源電路210與第一實(shí) 施例的不同在于，第三輸出單元是如圖5所示并結(jié)合圖5討論的多電平輸出單元。如技術(shù)人員通過關(guān)于圖1和圖5的以上描述的組合將明白的，如圖7所示的電路210可用于實(shí)現(xiàn)如圖8c所示的驅(qū)動方案，其中綠色光源連接到第三輸出單元。在該驅(qū)動方案中，提供了用于紅色、綠色以及藍(lán)色的脈沖序列。在用于藍(lán)色光源的脈沖之后，再向綠色 光源遞送另一個更高電平的脈沖。然后，序列重新開始。為了實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的驅(qū)動方案，圖7中電路210的控制單元接收關(guān)于輸出單元的選擇 以及所需脈沖高度的對應(yīng)信息。根據(jù)該信息，控制單元如上所述選擇對應(yīng)的輸出單元。對 于第三輸出單元，控制單元選擇用于遞送“綠色低”脈沖的第一開關(guān)電容器單元或者用于遞 送“綠色高”脈沖的第二開關(guān)電容器單元。在附圖以及上述描述中詳細(xì)說明并描述了本發(fā)明。這樣的說明和描述將被認(rèn)為是 說明性的或示例性的而不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。在權(quán)利要求書中，“包括” 一詞不排除其他元件，并且不定冠詞“一”或“一個”不排 除多個。僅是在彼此不同的從屬權(quán)利要求中記載某些特征的事實(shí)不表示這些特征的組合不 能被有利地使用。權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)該被解釋為限制其范圍。
權(quán)利要求
一種電源電路，包括主電源單元(12)，其包括電壓輸入(14)、至少一個主切換元件(26)、以及至少一個電抗元件(28)，其中所述切換元件(26)可被控制以遞送輸出電壓(Vout)和/或電流(Iout)；至少一個輸出單元(120)，其連接到所述主電源單元(12)，其中所述輸出單元(120)包括負(fù)載輸出(36)；負(fù)載切換元件(38)，其連接到所述輸出負(fù)載輸出(36)以將所述主電源單元(12)連接到所述負(fù)載輸出(36)或者將所述主電源單元(12)從所述負(fù)載輸出(36)斷開；連接到所述負(fù)載輸出(36)的第一開關(guān)電容器單元(134a)，其包括第一電容器(Ca)和第一電容器切換元件(40a)；以及連接到所述負(fù)載輸出(36)的第二開關(guān)電容器單元(134b)，其包括第二電容器(Cb)和第二電容器切換元件(40b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中每個所述開關(guān)電容器單元(134a、134b)由串聯(lián)連接的所述電容器(Ca、Cb)和所述電容 器切換元件(40a、40b)構(gòu)成。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路，其中所述開關(guān)電容器單元(134a、134b)與所述負(fù)載輸出(36)和/或所述負(fù)載切換元件并 聯(lián)連接到所述主電源單元(12)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路，其中 多個輸出單元并聯(lián)連接到所述主電源單元。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路，其中控制裝置(24)被提供以控制至少所述負(fù)載切換元件(38)以及所述第一和第二電容器 切換元件(40a、40b)；其中，同步地控制所述負(fù)載切換元件(38)與所述第一和所述第二電容器切換元件 (40a、40b)中的被選擇的一個。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的電路，其中所述控制裝置(24)被提供以控制所述主切換元件(26)、所述負(fù)載切換元件(38)以及 所述第一和第二電容器切換元件(40a、40b)。其中，所述切換元件(26、38、40a、40b)被控制以使得所述第一和所述第二電容器(Ca、 Cb)保持基本充電到不同的電壓電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電路，其中所述切換元件(26、38、40a、40b)根據(jù)所需的負(fù)載輸出電壓電平進(jìn)行控制以使得 如果需要第一輸出電壓電平，則所述第一電容器切換元件(40a)被激活以使得所述第 一電容器(Ca)并聯(lián)連接到所述負(fù)載輸出(36)；以及如果需要第二輸出電壓電平，則所述第二電容器切換元件(40b)被激活以使得所 述第二電容器(Cb)并聯(lián)到所述負(fù)載輸出(36)。
8.一種電源電路，包括主電源單元(12)，其包括電壓輸入(14)、至少一個主切換元件(26)以及至少一個電抗 元件(28)，其中所述主切換元件(26)可被控制以遞送輸出電壓(V。ut)或電流(I。ut)；多個輸出單元(20a、20b、20c)，其連接到所述主電源單元(12)，其中每個所述輸出單 元(20a、20b、20c)均包括 負(fù)載輸出(36)；連接到所述負(fù)載輸出(36)的負(fù)載切換元件(38)，其用以將所述主電源單元(12)連接 到所述負(fù)載輸出(36)或者將所述主電源單元(12)從所述負(fù)載輸出(36)斷開；連接到所述負(fù)載輸出(36)的開關(guān)電容器單元(34)，其包括電容器(C)和電容器切換元 件(40)；以及控制裝置(24)，其控制所述負(fù)載切換元件(38)以及所述電容器切換元件(40)，使 得在每個輸出單元(20a、20b、20c)中同步地控制所述負(fù)載切換元件(38)與所述電容器切 換元件(40)。
9.一種用于向至少一個負(fù)載輸出供電的方法，包括如下步驟提供主電源單元(12)，其包括電壓輸入(14)、至少一個主切換元件(26)以及至少一個 電抗元件(28)，其中所述主切換元件(26)可被控制以遞送輸出電壓(V。ut)或電流(I。ut)； 提供至少一個輸出單元(120)，其連接到所述主電源單元(12)，其中所述輸出單元 (120)包括負(fù)載輸出(36)；連接到所述負(fù)載輸出(36)的負(fù)載切換元件(38)，其用以將所述主電源單元(12)連接 到所述負(fù)載輸出(36)或者將所述主電源單元(12)從所述負(fù)載輸出(36)斷開；連接到所述負(fù)載輸出(36)的第一開關(guān)電容器單元(134a)，其包括第一電容器(Ca)和 第一電容器切換元件(40a)；以及連接到所述負(fù)載輸出(36)的第二開關(guān)電容器單元(134b)，其包括第二電容器 (Cb)和第二電容器切換元件(40b)；根據(jù)所需的負(fù)載輸出電壓電平控制所述主切換元件(26)、所述負(fù)載切換元件(38)以 及所述第一和第二電容器切換元件(40a、40b)，以使得如果需要第一輸出電壓電平，則所述 第一電容器切換元件(40a)被激活以使得所述第一電容器(Ca)并聯(lián)連接到所述負(fù)載輸出 (36)，并且如果需要第二輸出電壓電平，則所述第二電容器切換元件(40b)被激活以使得 所述第二電容器(Cb)并聯(lián)連接到所述負(fù)載輸出(36)。
10.一種用于向多個負(fù)載輸出(36)供電的方法，包括如下步驟提供主電源單元(12)，其包括電壓輸入(14)、至少一個主切換元件(26)以及至少一個 電抗元件(28)，其中所述主切換元件(26)可被控制以遞送輸出電壓(V。ut)或電流(I。ut)； 提供多個輸出單元(20a、20b、20c)，其連接到所述主電源單元(12)，其中每個所述輸 出單元(20a、20b、20c)均包括 所述負(fù)載輸出(36)之一；連接到所述負(fù)載輸出(36)的負(fù)載切換元件(38)，其用以將所述主電源單元(12)連接 到所述負(fù)載輸出(36)或者將所述主電源單元(12)從所述負(fù)載輸出(36)斷開；連接到所述負(fù)載輸出(36)的開關(guān)電容器單元(34)，其包括電容器(C)和電容器切換元 件(40)；控制所述負(fù)載切換元件(38)以及所述電容器切換元件(40)，以使得在每個輸出單元 (20a.20b.20c)中所述負(fù)載切換元件(38)與所述電容器切換元件(40)被同步控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于向至少一個負(fù)載輸出供電的電源電路(10)和方法。電路包括主電源單元(12)，其具有電壓輸入(14)、主切換元件(26)以及電抗元件(28)。切換元件(26)可被控制以遞送輸出電壓或電流(Iout)。具有負(fù)載輸出的輸出單元(20a、20b、20c)連接到主電源單元(12)。為了利用精確的脈沖驅(qū)動例如LED、OLED或激光二極管的、連接到負(fù)載輸出的負(fù)載，每個輸出單元(20a、20b、20c)具有負(fù)載切換元件(38)，其將主電源單元(12)連接到負(fù)載輸出或者將主電源單元(12)從負(fù)載輸出斷開。還提供了開關(guān)電容器單元(34)，每個均具有電容器(C)和電容器切換元件(40)。電容器單元可被操作以使得電容器保持基本充電到不同電壓電平。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，每個輸出單元(20a、20b、20c)具有連接到負(fù)載輸出的開關(guān)電容器單元(34)，其中所述開關(guān)電容器單元(34)具有電容器(C)和電容器切換元件(40)。負(fù)載切換元件(38)和電容器切換元件(40)被同步控制。
文檔編號H02M3/155GK101849431SQ200880114901
公開日2010年9月29日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
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