Led照明變換器的制造方法
【專利說明】
[0001]本發(fā)明的背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開的實施方式大體涉及電力變換，具體用于變換用于LED照明的電力。
【背景技術(shù)】
[0003]相比其他類型的人工照明(例如，白熾燈、緊湊型冷陰極熒光燈(CCFL)、日光燈等等)，發(fā)光二極管(LED)提供了諸多優(yōu)點。這些優(yōu)點可以包括低功耗、緊湊的尺寸、低生熱性和長的使用壽命。
[0004]LED照明需要恒定的直流(DC)電力來操作，并且DC電力一般通過變換通?？蓮某Ｒ?guī)的電力網(wǎng)中獲得的交流電(AC)而生成。AC向直流電(DC)的變換可能需要昂貴且復雜的多級變換組件以防止LED退化。另外，在充足的正向電壓(例如，3伏)之后，可以把LED看作電流驅(qū)動的裝置，使得LED的亮度直接由施加的電流的量確定。但是作為AC變換的副產(chǎn)物，殘留的波紋電壓和電流促發(fā)不恒定的DC電力和視覺上可見的LED閃爍。在物體在生成的光中移動期間，閃爍最為明顯而引起頻閃效應。
[0005]因此，存在對于能夠生成具有減少的波紋電流和電壓的、用于LED照明的恒定DC電力的電路的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實施方式大體涉及用于LED照明的電力變換器的方法和設(shè)備。具體地，如在權(quán)利要求中更完全地闡述的，如附圖中的至少一個附圖所示的和/或結(jié)合附圖中的至少一個附圖所描述的，電力變換器可操作以大體上減少照明LED的、明顯可見的閃爍。
[0007]通過以下描述和附圖，將更完全地理解本公開的各種優(yōu)點、方面和新穎的特征以及本公開所說明的實施方式的細節(jié)。
【附圖說明】
[0008]為了本發(fā)明的上述特征可以被詳細地理解的方式，可以通過參考實施方式對以上簡要概述的本發(fā)明進行更具體的描述，一些實施方式在附圖中示出。然而，應注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施方式，并因此不應認為對本發(fā)明的范圍進行限制，其原因是本發(fā)明可允許其他同樣有效的實施方式。
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的示例性無變壓器LED照明變換器的示意圖；
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的LED照明變換器的示意；
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的示例性控制器的框圖；
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的示例性方法的流程圖；以及
[0013]圖5是包括本發(fā)明的一個或多個實施方式的、用于LED電力變換的系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明的實施方式通過借助AC至DC電力變換器供應具有減少的波紋電流和電壓的DC電力而操作為減少在LED照明時的閃爍。變換器具有多個操作模式，變換器包括多個端口和儲能裝置，儲能裝置選擇性地充電或放電以向LED照明供應穩(wěn)定的DC電力。
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式的無變壓器LED照明變換器100的示意圖。變換器100由控制器190控制，使得LED(128、132)接收恒定的DC電力以大體上消除可見的閃爍。變換器100包括AC輸入105、全橋式整流器電路110、第一半橋式電路115、諧振振蕩電路124、LED電路130和第二半橋式電路135。變換器100由描述成晶體管(例如，η型金屬氧化物半導體場效應晶體管或M0SFET)的開關(guān)組成。
[0016]變換器100以多種操作模式操作。參照圖3對操作模式的執(zhí)行進行更詳細的描述，圖3描述了示例性控制器，該示例性控制器協(xié)調(diào)開關(guān)117、118、137和138的操作以實現(xiàn)不同的模式。以串聯(lián)方式耦接的開關(guān)117和118形成左手邊(LHS)圖騰柱式輸出電路，串聯(lián)耦接的開關(guān)137和138形成右手邊(RHS)圖騰柱式輸出電路。
[0017]在一些實施方式中，AC輸入105耦接至AC輸電網(wǎng)或其他AC電源。AC輸入105的各個腿耦接至節(jié)點A1和A2。節(jié)點A1和A2各自分別位于一對串聯(lián)連接的二極管(111/112和113/114)之間以形成全橋式整流器110。全橋式整流器110耦接至構(gòu)成第一半橋式電路115的、一對串聯(lián)連接的開關(guān)或晶體管(117和118)。在一些實施方式中，在AC電源是60Hz的情況下，全橋式整流器電路110以120Hz輸出電力波形。隨后，第一半橋式電路115以120kHz輸出大體上的方波。在這樣的實施方式中，對約120kHz的方波進行調(diào)幅以產(chǎn)生120Hz包絡。
[0018]然后，第一半橋式電路115通過節(jié)點A3耦接至諧振振蕩電路124，諧振振蕩電路124由串聯(lián)耦接的電容器120和電感器125組成。諧振振蕩電路124設(shè)計成以特定的中心頻率(例如，100kHz、120kHz等等)諧振，該特定的中心頻率如由電容器120和電感器125的值確定。半橋式電路115和135的開關(guān)頻率確定諧振振蕩電路124是在諧振中心頻率附近諧振還是遠離諧振中心頻率諧振。例如，當開關(guān)頻率與峰值諧振點匹配時，則存在最大的電力傳輸，當高于或低于峰值操作時，則存在較小的電流。改變開關(guān)117、118、137和138的開關(guān)頻率，從而控制耦合到LED電路130的電量。
[0019]電感器125通過節(jié)點A4進一步耦接至LED電路130，節(jié)點A4位于一對整流器二極管(126和127)之間。整流器二極管(126、127、133、134)對來自諧振振蕩電路124的電力(例如，處于120Hz)和來自第二半橋式電路135的電力整流。整流器二極管(126、127、133,134)輸出高頻脈沖(例如，240kHz)，使得DC電力穿過節(jié)點A4和A5大體上供應至照明LED 128 和 132。
[0020]在一些實施方式中，來自諧振振蕩電路124的整流信號被來自電容器140的電力輸出相反地補償(例如，第一操作模式)。雖然在圖1中所描述的實施方式包括與節(jié)點A7和節(jié)點A8相交的兩個LED (例如，128、132)，但是可以使用多個不同的LED或一串LED實現(xiàn)可選的實施方式。在一些實施方式中，240kHz的波紋電壓可以由LED電路130中的物理布局的電感濾波。
[0021]第二半橋式電路135通過節(jié)點A5和A6耦接至LED電路。節(jié)點A6位于一對半橋式晶體管(137和138)之間。在一些時段，晶體管(137和138)允許來自LED電路130的電力給存儲電容器140充電。在其他時段，一對半橋式晶體管(137和138)使來自存儲電容器140的、待在LED電路130中被整流的DC電壓逆變。在這樣的時段，來自存儲電容器140的電力補償來自諧振振蕩電路124的電力輸入，使得節(jié)點A7和節(jié)點A8接收大體上類似于恒定的DC電力的脈沖序列。補償?shù)碾娏Υ篌w上消除了導致可見的LED閃爍的波紋電壓和電流。在一些實施方式中，波紋是來自變換器電力的殘留，其中變換器電力來自第一半橋式電路115、諧振電路124或AC源105。
[0022]因此，節(jié)點A4和A6操作為用于向LED輸入電力的能量端口，其中LED布置成與節(jié)點A7和A8相交。節(jié)點A6還操作為用于LED (128、132)的雙向能量端口，其可以向LED電路130輸入電力或輸出來自LED電路130的電力。端口的操作由耦接至晶體管(117、118、137,138)的控制器190確定。因此，所描述的四個晶體管(117、118、137、138)轉(zhuǎn)變成控制至LED電路130的輸入電流或輸出電流。第二半橋式電路135實際上操作為用于LED電路130的二次電源，以與來自諧振振蕩電路124的輸入一起向LED(137和138)供應電力，從而通過改變開關(guān)頻率和/或相位來產(chǎn)生與節(jié)點A7和A8處的DC電力的高頻脈沖一致的高頻脈沖，其中開關(guān)頻率和/或相位改變晶體管(117、118、137、138)的開關(guān)次數(shù)。
[0023]由于變換器100必須儲存用于單個半主周期(例如，在60Hz系統(tǒng)中，約4ms)的能量，所以在單相應用中變換器100和橋接電路(例如115、135)的效率是顯而易見的。這種用于單相變換的示例通過引用整體并入本文，并且可以在共同轉(zhuǎn)讓公告的專利申請，于2012年1月3日提交的、題目為“用于諧振電力變換的方法和設(shè)備(Method and Apparatusfor Resonant Power Convers1n) ” 的第 2012/0170341 號美國專利申請中找到。
[0024]電壓檢測器180和182包括在變換器100內(nèi)以測量電壓，并且耦接至控制器(未示出)以計算用于控制橋開關(guān)117、118、137、138的電流。電壓檢測器180耦接以測量在全橋式整流器電路110的輸出處的電壓，并且電壓檢測器182耦接于存儲電容器140的兩端。檢測器180和182提供用于同步到AC端口 105的測量數(shù)據(jù)。例如，控制流入(或流出)存儲電容器140的實際瞬時電力以遵循正弦波波形，使得從AC源(耦接至AC端口 105)中獲取的電力處于單位功率因數(shù)。
[0025]在其他實施方式中，對AC側(cè)的監(jiān)控通過來自電壓檢測器180的采樣電壓(例如，從開關(guān)117的漏極到開關(guān)118的源極的電壓)和檢測器182處的DC側(cè)電壓來實現(xiàn)，并且諧振電感器125的電流可以向控制器提供充分的數(shù)據(jù)以操作用于變換器100的控制回路。另外可選的實施方式包括電壓測量和通過反饋回路的控制，其中電壓測量可以在LED 128和132或用于檢測LED閃爍的光學傳感器的兩端進行。進一步的實施方式可以監(jiān)控用于控制開關(guān)117、118、137和138的AC源的