運行n個具有至少一個半導(dǎo)體光源的并聯(lián)支路的電路裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運行n個（n大于等于2）并聯(lián)的具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路的電路裝置，包括用于與直流電壓源連接的輸入端；分別包括驅(qū)動器裝置和用于與至少一個具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路連接的輸出端的n個半導(dǎo)體光源單元。n個半導(dǎo)體光源單元與輸入端并聯(lián)。每個驅(qū)動器裝置包括具有轉(zhuǎn)換器開關(guān)的轉(zhuǎn)換器和控制轉(zhuǎn)換器開關(guān)的PWM控制器。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器的輸出端與相應(yīng)的半導(dǎo)體光源單元的輸出端連接。電路裝置還包括具有n個控制輸出端的控制裝置，其中每個PWM控制器具有時鐘脈沖輸入端，其中，各一個控制輸入端與n個PWM控制器的各一個時鐘脈沖輸入端連接，其中控制裝置設(shè)計為在其n個控制輸出端提供n個彼此之間相位偏移了360°/n的時鐘脈沖信號。
【專利說明】運行η個具有至少一個半導(dǎo)體光源的并聯(lián)支路的電路裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運行η個(η大于等于2)具有至少一個半導(dǎo)體光源的并聯(lián)支路的電路裝置，包括:與直流電壓源連接的、具有第一和第二輸入端接口的輸入端；分別包括驅(qū)動器裝置和用于與至少一個具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路連接的輸出端的η個半導(dǎo)體光源單元，其中，所述的η個半導(dǎo)體光源單元并聯(lián)在第一和第二輸入端接口之間，其中，每個驅(qū)動器裝置包括具有控制輸出端的PWM (Pulsweitenmodulation (脈寬調(diào)制))控制器以及轉(zhuǎn)換器，其中每個轉(zhuǎn)換器至少包括一個轉(zhuǎn)換器電感線圈、轉(zhuǎn)換器二極管和轉(zhuǎn)換器開關(guān)，所述轉(zhuǎn)換器開關(guān)具有控制電極、工作電極和參考電極，其中，相應(yīng)的PWM控制器的控制輸出端與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器開關(guān)的控制電極連接，其中，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器的輸出端與相應(yīng)的半導(dǎo)體光源單元的輸出端連接，其中，相應(yīng)的PWM控制器設(shè)計用于在分別能預(yù)先確定的頻率中向相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器開關(guān)的控制電極提供PWM信號；以及η個電流測量裝置，電流測量裝置設(shè)計和布置用于對分別通過η個具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路的電流進行測量，其中，每個電流測量裝置與分別所屬的驅(qū)動器裝置連接。
【背景技術(shù)】
[0002]在以下實施方式中，半導(dǎo)體光源這一概念特別是指激光器二極管和LED。這種電路裝置由現(xiàn)有技術(shù)中已知，并且例如用于運行視頻投影儀中的激光器二極管。為了調(diào)整提供給激光器二極管的電流，要使用電流調(diào)節(jié)的Step-Up轉(zhuǎn)換器(升壓轉(zhuǎn)換器)。通常，此時將三至五個支路中的24至40個單個激光器二極管串聯(lián)成每組六至八個激光器二極管。每個支路由自身的驅(qū)動器供給，其中，通過歐姆電阻對用在驅(qū)動器中的相應(yīng)PWM控制器的時鐘脈沖頻率進行調(diào)節(jié)，所述歐姆電阻與PWM控制器的輸入端中的一個連接。所述的時鐘脈沖頻率確定了所屬轉(zhuǎn)換器開關(guān)的開關(guān)頻率。
[0003]然而，配備了這種電路裝置的DLP投影系統(tǒng)呈現(xiàn)出投影圖像的不受歡迎的、可見的亮度波動。
[0004]通常，將激光器二極管支路用于實現(xiàn)彩色通道。因此，例如具有四個半導(dǎo)體光源單元的系統(tǒng)可以實現(xiàn)四通道投影系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所以，本發(fā)明的目的在于，以這種方式改進這種電路裝置，即，降低這種可見的亮度波動的程度，優(yōu)選地?zé)o法再識別出亮度波動。
[0006]這一目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的電路裝置來實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識，即亮度波動的原因在于，所有半導(dǎo)體光源的總光通量是波動的，并含有相對低頻的顫動，所述顫動由轉(zhuǎn)換器的不同開關(guān)頻率決定。相應(yīng)PWM控制器的借助于歐姆電阻調(diào)整時鐘脈沖頻率，并且所述歐姆電阻具有構(gòu)件公差，由此使相應(yīng)PWM控制器的時鐘脈沖頻率并且從而使相應(yīng)轉(zhuǎn)換器開關(guān)的開關(guān)頻率彼此略微地偏離。所以，現(xiàn)有技術(shù)中的各個半導(dǎo)體光源單元異步地運行。這導(dǎo)致低頻振蕩效果:例如如果第一 PWM控制器的時鐘脈沖頻率為500kHz并且第二PWM控制器的時鐘脈沖頻率為499kHz，則得出輸出端信號中在頻差為Fl-F2=lkHz時并且在總頻率為Fl+F2=999kHz時的部分。在999kHz時的部分在亮度波動方面不重要。然而，在IkHz中的部分是決定性的，并在圖像中導(dǎo)致可識別的亮度波動。
[0008]所以，根據(jù)本發(fā)明，使各個驅(qū)動器裝置的開關(guān)頻率同步，并調(diào)整相位偏差，調(diào)整量為360°除以半導(dǎo)體光源單元的數(shù)量。
[0009]如果為了使波動性并且從而使顫動保持較小而將大電容器組與具有至少一個半導(dǎo)體光源的每個支路并聯(lián)，則這雖然會使亮度波動有一定量的減小，但是會因此而在額定值變化時，也就是說在由相應(yīng)通道給出的額定光通量變化時，使動力變差。此外，使用電容器組會導(dǎo)致費用顯著地耗費成本并導(dǎo)致電路裝置所需的空間增大，這特別是對于移動式應(yīng)用來說是不受歡迎的。盡管如此，也可以在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中將電容器與具有至少一個半導(dǎo)體光源的相應(yīng)支路并聯(lián)，但是考慮到幾乎不再存在的總光通量波動性，能夠以較小的數(shù)量級減小所述電容器。根據(jù)本發(fā)明，可以在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中使平整消耗至少減少10倍。由此，可以明顯節(jié)省成本并在額定值變化時得出至今為止沒有達到的動力。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明的電路裝置還包括具有η個控制輸出端的控制裝置，其中，每個PWM控制器具有時鐘脈沖輸入端，其中，各一個控制輸出端與η個PWM控制器的各一個時鐘脈沖輸入端連接，其中控制裝置被設(shè)計用于在其η個控制輸出端處提供η個彼此之間相位偏移了 360° /n的時鐘脈沖信號。
[0011]于是，得出在頻率和相位中的同步，這可以阻止低頻顫動。只有少量的由原理決定的剩余波動留在相應(yīng)轉(zhuǎn)換器的輸出端處，剩余波動不再導(dǎo)致干擾性的亮度波動，或者可以通過小的、與具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路并聯(lián)的電容器在花費極小的情況下排除所述的剩余波動。
[0012]轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地包括升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器，視在輸入端處提供的直流電壓源的水平而定。
[0013]優(yōu)選地，相應(yīng)的PWM控制器設(shè)計用于根據(jù)在其時鐘脈沖輸入端處的時鐘脈沖信號將一致的輸出信號、特別是PWM信號的上升沿或下降沿或者延遲了能預(yù)先確定的時長的沿提供給相應(yīng)轉(zhuǎn)換器開關(guān)的控制電極，其中，PMW信號的占空比由相應(yīng)電流測量裝置測得的電流確定。這種調(diào)節(jié)不會對相位或頻率同步造成影響，其中，仍然可以將具有至少一個半導(dǎo)體光源的相應(yīng)支路的電流調(diào)節(jié)至當(dāng)前額定值。
[0014]優(yōu)選地，與每個輸出端串聯(lián)地布置有開關(guān)，從而能接通或斷開通過具有至少一個半導(dǎo)體光源的相應(yīng)支路的電流。通過這種方式，特別易于在運行LARP (Laser ActivatedRemote Phosphor (激光激活遠程熒光粉))投影系統(tǒng)時使用所述的電路裝置。這種投影系統(tǒng)可以包括色輪，其中，為色輪的各個部段涂覆不同的發(fā)光物質(zhì)，從而在激發(fā)時通過一個或同一個激光源實現(xiàn)發(fā)出具有不同波長的光。為了避免不必要的能量消耗并從而避免成本過高的冷卻措施，將電子開關(guān)與每個輸出端串聯(lián)，并且通過這項預(yù)防措施可以在發(fā)光輪尚未處于規(guī)定狀態(tài)的時間點發(fā)射激光射術(shù)。
[0015]控制裝置優(yōu)選地是時鐘脈沖發(fā)生器，特別是作為微控制器來實現(xiàn)。然而，該控制裝置尤其還可以是后面具有移相器的振蕩器。
[0016]在特別優(yōu)選的實施方式中，控制裝置集成在一個驅(qū)動器裝置中，特別是集成在驅(qū)動器裝置的PWM控制器中，從而使這個驅(qū)動器裝置成為主機并且其它驅(qū)動器裝置是輔機。這可以以特別具有成本效益的方式和方法實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的結(jié)構(gòu)。
[0017]如前所述，可以將至少一個電容器與具有至少一個半導(dǎo)體光源的每個支路并聯(lián)，所述電容器用于平整在可能的情況下存在的剩余波動。
[0018]其它有利的設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求中得出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]以下根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述。圖中示出:
[0020]圖1在示意圖中示出由現(xiàn)有技術(shù)中已知的這種電路裝置的不同測量的時間變化曲線；
[0021]圖2在示意圖中示出根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的結(jié)構(gòu)；和
[0022]圖3在示意圖中示出根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的不同參量的時間變化曲線。
【具體實施方式】
[0023]在以下實施方式中，為了簡單起見，以只具有兩個半導(dǎo)體光源單元的電路裝置為例介紹本發(fā)明。如同對專業(yè)人員來說十分明顯的那樣，可以擴展到任意數(shù)量的半導(dǎo)體光源單元，特別是可以擴展到η等于3，4，5，6等。
[0024]圖1在示意圖中示出這種由現(xiàn)有技術(shù)中已知的電路裝置的不同測量的時間變化曲線。將由相應(yīng)的驅(qū)動器裝置向具有至少一個半導(dǎo)體光源的相應(yīng)支路提供的電流稱為Ii和12。Udi和Ud2表不在相應(yīng)半導(dǎo)體光源單兀的相應(yīng)轉(zhuǎn)換器開關(guān)的工作電極處的相對于基準(zhǔn)電位的電壓，并因此而反映出相應(yīng)開關(guān)頻率的時間變化曲線。如明確識別出的，這些開關(guān)頻率是異步的，所以，分別具有一定波動的電流Il和12也是異步的。這在總電流11+12中導(dǎo)致低頻顫動，從而導(dǎo)致留下剩余波動，該剩余波動可能導(dǎo)致投影圖像的亮度波動。
[0025]圖2在示意圖中示出根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的結(jié)構(gòu)。這種電路裝置包括具有第一和第二輸入端接口 Ε1，Ε2的輸入端，為了穩(wěn)定在所述輸入端接口之間連接電容器Cl。輸入端電壓Uin是直流電壓源，所述直流電壓源例如可以為12V。第一半導(dǎo)體光源單元LElOl以及第二半導(dǎo)體光源單元LE102與輸入端并聯(lián)。每個半導(dǎo)體光源單元具有驅(qū)動器裝置以及輸出端，具有至少一個半導(dǎo)體光源、當(dāng)前為至少一個激光器二極管的支路可以連接至輸出端。
[0026]關(guān)于第一半導(dǎo)體光源單元LElOl設(shè)置了 PWM控制器IC101，該PWM控制器例如可以是AT90PWM316類型的。這種PWM控制器以其供電接口與輸入端接口 El連接。以虛線示出歐姆電阻R110，該歐姆電阻與IClOl的另一個輸入端連接，并在現(xiàn)有技術(shù)中考慮用于調(diào)整PWM控制器的開關(guān)頻率?？商鎿Q地，視所使用的PWM控制器而定，也可能需要電容器來調(diào)整PWM控制器的開關(guān)頻率。在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置中，這種電阻Rl 10用于在電路裝置起動時或在還將加以描述的控制裝置12停止運轉(zhuǎn)時調(diào)整開關(guān)頻率。
[0027]兩個電容器ClOl和C102與供電接口連接，所述電容器用于穩(wěn)定提供給PWM控制器的供電電壓。半導(dǎo)體光源單元LElOl包括當(dāng)前被設(shè)計為升壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器WlOl和轉(zhuǎn)換器電感線圈L101、轉(zhuǎn)換器二極管DlOl以及轉(zhuǎn)換器開關(guān)Τ101。歐姆電阻R116與轉(zhuǎn)換器開關(guān)TlOl串聯(lián)，所述歐姆電阻用于測量通過轉(zhuǎn)換器電感線圈LlOl的電流。這是必要的，以便于確保電感線圈LlOl不進入飽和狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器開關(guān)TlOl當(dāng)前被設(shè)計為M0SFET，其中，將在其漏極接口處下降的電壓稱為UD1。借助于五個并聯(lián)的電容器C103至C107對轉(zhuǎn)換器DlOl的輸出電壓進行平整。輸出電流Il流到輸出端接口 A101，其中該輸出電流事先還穿過了用于測量輸出端電流Il的分流電阻R118。在輸出端接口 AlOl和第二輸出端接口 A102之間布置了具有至少一個半導(dǎo)體光源SlOl的支路，所述支路優(yōu)選地包括多個串聯(lián)的半導(dǎo)體光源。在輸出端接口 A102和基準(zhǔn)電位之間布置有用于根據(jù)圖中未相應(yīng)示出的控制信號將具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路SlOl接通或斷開的晶體管T103。歐姆電阻R120布置為與開關(guān)T103串聯(lián)，其中，可以將在所述歐姆電阻R120上下降的電壓用于其它調(diào)節(jié)目的。
[0028]半導(dǎo)體光源單元LE102是相應(yīng)于半導(dǎo)體光源單元LElOl設(shè)計的，其中，輸入端晶體管稱為0201，0202，？麗控制器稱為IC201，轉(zhuǎn)換器稱為W201，其中，轉(zhuǎn)換器開關(guān)包括轉(zhuǎn)換器電感線圈L201、轉(zhuǎn)換器二極管D201以及轉(zhuǎn)換器開關(guān)T201。布置為與轉(zhuǎn)換器開關(guān)T201串聯(lián)的歐姆電阻稱為R216，并且在轉(zhuǎn)換器開關(guān)T201的工作電極處下降的電壓稱為UD2。平整電容器稱為C203至C207。輸出端電流稱為12，并且用于調(diào)節(jié)輸出電流的分流電阻稱為R218。在現(xiàn)有技術(shù)中使用的用于調(diào)整PWM控制器的開關(guān)頻率的歐姆電阻稱為R210。半導(dǎo)體光源單元LE102的輸出端包括輸出端接口 A201和A202，其中，在所述輸出端接口之間連接具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路S102。用于接通和斷開具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路S102的開關(guān)稱為T203，其中，電阻R220布置為與開關(guān)T203串聯(lián)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明設(shè)置了控制裝置12，該控制裝置包括第一和第二控制輸出端SA1，SA2，所述控制輸出端通過歐姆電阻R123或R223與PWM控制器IClOl或IC201的相應(yīng)時鐘脈沖輸入端TElOl或TE201連接?？刂蒲b置12設(shè)計用于在控制輸出端SAl, SA2處提供彼此之間相位偏移了 180°的時鐘脈沖信號。相應(yīng)的PWM控制器IC101，IC201設(shè)計用于根據(jù)向其時鐘脈沖輸入端TElOl或TE201處的時鐘脈沖信號將PWM信號的上升沿或下降沿或時間延遲的沿提供給相應(yīng)轉(zhuǎn)換器開關(guān)TlOl，T201的控制電極，其中，借助于電流Rl 18或R218根據(jù)電流Il或12確定PWM信號的占空比。如果要運行多個半導(dǎo)體光源單元，則要設(shè)置多個控制輸出端，其中，控制裝置12設(shè)計用于在其η個控制輸出端處提供η個彼此之間相位偏移了 360° /n的時鐘脈沖信號。
[0030]控制裝置12優(yōu)選地實現(xiàn)為時鐘脈沖發(fā)生器，特別是設(shè)計為微控制器。然而，所述控制裝置也可以是具有后面的移相器的振蕩器。特別優(yōu)選地，將控制裝置12集成在驅(qū)動器裝置IClOl或IC201中，從而使驅(qū)動器裝置、例如IClOl成為主機，而其它剩余的nl個驅(qū)動器裝置、例如IC201是輔機。
[0031]圖3示出根據(jù)本發(fā)明電路裝置的漏電壓UD1，Ud2、輸出端電流II，12以及總電流11+12的與圖1相符的時間變化曲線。為了更加清晰，將時間軸放大了四倍。如在漏電壓UD1，Ud2的時間變化曲線中清晰識別出的，所述漏電壓的相位此時精確地偏移了 180°。其結(jié)果是，電流II，12同樣地是同步的，從而使總電流11+12幾乎不再具有剩余波動。在這種總電流11+12中，無法再在包括相應(yīng)的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的投影系統(tǒng)中識別出亮度波動。
【權(quán)利要求】
1.一種用于運行η個并聯(lián)的具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路(S101，S201)的電路裝置，η大于等于2，所述電路裝置包括: -用于與直流電壓源(Uin)連接的、具有第一輸入端接口(El)和第二輸入端接口(Ε2)的輸入端； -分別包括驅(qū)動器裝置和輸出端(Α101，Α102 ；Α201, Α202)的η個半導(dǎo)體光源單元(LE101，LE102)，所述輸出端用于與至少一個所述具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路(S101，S201)連接， 其中，η個所述半導(dǎo)體光源單元(LE101，LE102)并聯(lián)在所述第一輸入端接口(El)和所述第二輸入端接口(Ε2)之間，其中，每個所述驅(qū)動器裝置包括具有控制輸出端的PWM控制器(IC101，IC201)以及轉(zhuǎn)換器(W101，W201)，其中每個所述轉(zhuǎn)換器(W101，W201)至少包括一個轉(zhuǎn)換器電感線圈(L101 ;L201)、轉(zhuǎn)換器二極管(D101 ；D201)和轉(zhuǎn)換器開關(guān)(T101 ；T201),所述轉(zhuǎn)換器開關(guān)具有控制電極、工作電極和參考電極，其中，相應(yīng)的所述PWM控制器(IC101 ；IC201)的所述控制輸出端與相應(yīng)的所述轉(zhuǎn)換器開關(guān)(T101 ；T201)的控制電極連接，其中，相應(yīng)的所述轉(zhuǎn)換器(W101，W201)的所述輸出端與相應(yīng)的所述半導(dǎo)體光源單元(LE101, LE102)的所述輸出端(Α101，Α102 ；Α201, Α202)連接，其中，相應(yīng)的所述PWM控制器(IC101 ；IC201)設(shè)計用于在分別能預(yù)先確定的頻率中向相應(yīng)的所述轉(zhuǎn)換器開關(guān)(T101 ；T201)的所述控制電極提供PWM信號；以及 -η個電流測量裝置(R118 ;R218)，所述電流測量裝置設(shè)計和布置用于測量分別通過η個所述具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路(slOl ；sl02)中的一個支路的電流，其中，每個所述電流測量裝置(R118 ；R218)與分別所屬的所述驅(qū)動器裝置連接； 其特征在于， 所述電路裝置還包括 具有η個控制輸出端(SA1，SA2)的控制裝置(12)，其中，每個所述PWM控制器(IC101 ;IC201)具有時鐘脈沖輸入端(Τ101 ;T201 )，其中，各一個所述控制輸出端(SA1，SA2)分別與η個所述PWM控制器(IC101 ;IC201)的各一個所述時鐘脈沖輸入端(T101;T201)連接，其中所述控制裝置(12)設(shè)計用于在所述控制裝置的η個所述控制輸出端(SA1，SA2)處提供η個彼此之間相位偏移了 360° /n的時鐘脈沖信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器(W101;W201)包括升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路裝置，其特征在于，相應(yīng)的所述PWM控制器(IC101；IC201)設(shè)計用于根據(jù)在所述PWM控制器的時鐘脈沖輸入端(T101 ;T201)處的時鐘脈沖信號將一致的輸出信號、特別是PWM信號的上升沿或下降沿或者延遲了能預(yù)先確定的時長的沿提供給相應(yīng)的所述轉(zhuǎn)換器開關(guān)(Τ101 ;Τ201)的所述控制電極，其中，所述PMW信號的占空比由相應(yīng)的所述電流測量裝置(R118 ；R218)測得的所述電流來確定。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置，其特征在于，每個所述輸出端(A101，A102 ；A201, A202)串聯(lián)有電子開關(guān)(T103 ;T203)，從而能接通或切斷通過相應(yīng)的所述具有至少一個半導(dǎo)體光源(S101，S102)的支路的所述電流。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置，其特征在于，所述控制裝置(12)是時鐘脈沖發(fā)生器，特別是作為微控制器來實現(xiàn)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置，其特征在于，所述控制裝置(12)是具有后續(xù)的移相器的振蕩器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置，其特征在于，所述控制裝置(12)集成在這些所述驅(qū)動器裝置的一個驅(qū)動器裝置中，特別是集成在所述驅(qū)動器裝置的所述PWM控制器(IC101 ；IC201)中，從而使所述一個驅(qū)動器裝置是主機，并且其它的所述驅(qū)動器裝置是輔機。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置，其特征在于，每個所述具有至少一個半導(dǎo)體光源的支路(S101，S102)并聯(lián)有至少一個電容器(C103至C107 ；C203至C207)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電路裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體光源是LED或激光器二極管 。
【文檔編號】H05B37/02GK103889107SQ201310706059
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】約瑟夫·奧斯特賴德 申請人:歐司朗有限公司