Led照明变换器的制造方法
【专利说明】
[0001]本发明的背景
技术领域
[0002]本公开的实施方式大体涉及电力变换，具体用于变换用于LED照明的电力。
【背景技术】
[0003]相比其他类型的人工照明(例如，白炽灯、紧凑型冷阴极荧光灯(CCFL)、日光灯等等)，发光二极管(LED)提供了诸多优点。这些优点可以包括低功耗、紧凑的尺寸、低生热性和长的使用寿命。
[0004]LED照明需要恒定的直流(DC)电力来操作，并且DC电力一般通过变换通常可从常规的电力网中获得的交流电(AC)而生成。AC向直流电(DC)的变换可能需要昂贵且复杂的多级变换组件以防止LED退化。另外，在充足的正向电压(例如，3伏)之后，可以把LED看作电流驱动的装置，使得LED的亮度直接由施加的电流的量确定。但是作为AC变换的副产物，残留的波纹电压和电流促发不恒定的DC电力和视觉上可见的LED闪烁。在物体在生成的光中移动期间，闪烁最为明显而引起频闪效应。
[0005]因此，存在对于能够生成具有减少的波纹电流和电压的、用于LED照明的恒定DC电力的电路的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的实施方式大体涉及用于LED照明的电力变换器的方法和设备。具体地，如在权利要求中更完全地阐述的，如附图中的至少一个附图所示的和/或结合附图中的至少一个附图所描述的，电力变换器可操作以大体上减少照明LED的、明显可见的闪烁。
[0007]通过以下描述和附图，将更完全地理解本公开的各种优点、方面和新颖的特征以及本公开所说明的实施方式的细节。
【附图说明】
[0008]为了本发明的上述特征可以被详细地理解的方式，可以通过参考实施方式对以上简要概述的本发明进行更具体的描述，一些实施方式在附图中示出。然而，应注意的是，附图仅示出了本发明的典型实施方式，并因此不应认为对本发明的范围进行限制，其原因是本发明可允许其他同样有效的实施方式。
[0009]图1是根据本发明的一个或多个实施方式的示例性无变压器LED照明变换器的示意图；
[0010]图2是根据本发明的一个或多个实施方式的LED照明变换器的示意；
[0011]图3是根据本发明的一个或多个实施方式的示例性控制器的框图；
[0012]图4是根据本发明的一个或多个实施方式的示例性方法的流程图；以及
[0013]图5是包括本发明的一个或多个实施方式的、用于LED电力变换的系统的框图。
【具体实施方式】
[0014]本发明的实施方式通过借助AC至DC电力变换器供应具有减少的波纹电流和电压的DC电力而操作为减少在LED照明时的闪烁。变换器具有多个操作模式，变换器包括多个端口和储能装置，储能装置选择性地充电或放电以向LED照明供应稳定的DC电力。
[0015]图1是根据本发明的一个或多个实施方式的无变压器LED照明变换器100的示意图。变换器100由控制器190控制，使得LED(128、132)接收恒定的DC电力以大体上消除可见的闪烁。变换器100包括AC输入105、全桥式整流器电路110、第一半桥式电路115、谐振振荡电路124、LED电路130和第二半桥式电路135。变换器100由描述成晶体管(例如，η型金属氧化物半导体场效应晶体管或M0SFET)的开关组成。
[0016]变换器100以多种操作模式操作。参照图3对操作模式的执行进行更详细的描述，图3描述了示例性控制器，该示例性控制器协调开关117、118、137和138的操作以实现不同的模式。以串联方式耦接的开关117和118形成左手边(LHS)图腾柱式输出电路，串联耦接的开关137和138形成右手边(RHS)图腾柱式输出电路。
[0017]在一些实施方式中，AC输入105耦接至AC输电网或其他AC电源。AC输入105的各个腿耦接至节点A1和A2。节点A1和A2各自分别位于一对串联连接的二极管(111/112和113/114)之间以形成全桥式整流器110。全桥式整流器110耦接至构成第一半桥式电路115的、一对串联连接的开关或晶体管(117和118)。在一些实施方式中，在AC电源是60Hz的情况下，全桥式整流器电路110以120Hz输出电力波形。随后，第一半桥式电路115以120kHz输出大体上的方波。在这样的实施方式中，对约120kHz的方波进行调幅以产生120Hz包络。
[0018]然后，第一半桥式电路115通过节点A3耦接至谐振振荡电路124，谐振振荡电路124由串联耦接的电容器120和电感器125组成。谐振振荡电路124设计成以特定的中心频率(例如，100kHz、120kHz等等)谐振，该特定的中心频率如由电容器120和电感器125的值确定。半桥式电路115和135的开关频率确定谐振振荡电路124是在谐振中心频率附近谐振还是远离谐振中心频率谐振。例如，当开关频率与峰值谐振点匹配时，则存在最大的电力传输，当高于或低于峰值操作时，则存在较小的电流。改变开关117、118、137和138的开关频率，从而控制耦合到LED电路130的电量。
[0019]电感器125通过节点A4进一步耦接至LED电路130，节点A4位于一对整流器二极管(126和127)之间。整流器二极管(126、127、133、134)对来自谐振振荡电路124的电力(例如，处于120Hz)和来自第二半桥式电路135的电力整流。整流器二极管(126、127、133,134)输出高频脉冲(例如，240kHz)，使得DC电力穿过节点A4和A5大体上供应至照明LED 128 和 132。
[0020]在一些实施方式中，来自谐振振荡电路124的整流信号被来自电容器140的电力输出相反地补偿(例如，第一操作模式)。虽然在图1中所描述的实施方式包括与节点A7和节点A8相交的两个LED (例如，128、132)，但是可以使用多个不同的LED或一串LED实现可选的实施方式。在一些实施方式中，240kHz的波纹电压可以由LED电路130中的物理布局的电感滤波。
[0021]第二半桥式电路135通过节点A5和A6耦接至LED电路。节点A6位于一对半桥式晶体管(137和138)之间。在一些时段，晶体管(137和138)允许来自LED电路130的电力给存储电容器140充电。在其他时段，一对半桥式晶体管(137和138)使来自存储电容器140的、待在LED电路130中被整流的DC电压逆变。在这样的时段，来自存储电容器140的电力补偿来自谐振振荡电路124的电力输入，使得节点A7和节点A8接收大体上类似于恒定的DC电力的脉冲序列。补偿的电力大体上消除了导致可见的LED闪烁的波纹电压和电流。在一些实施方式中，波纹是来自变换器电力的残留，其中变换器电力来自第一半桥式电路115、谐振电路124或AC源105。
[0022]因此，节点A4和A6操作为用于向LED输入电力的能量端口，其中LED布置成与节点A7和A8相交。节点A6还操作为用于LED (128、132)的双向能量端口，其可以向LED电路130输入电力或输出来自LED电路130的电力。端口的操作由耦接至晶体管(117、118、137,138)的控制器190确定。因此，所描述的四个晶体管(117、118、137、138)转变成控制至LED电路130的输入电流或输出电流。第二半桥式电路135实际上操作为用于LED电路130的二次电源，以与来自谐振振荡电路124的输入一起向LED(137和138)供应电力，从而通过改变开关频率和/或相位来产生与节点A7和A8处的DC电力的高频脉冲一致的高频脉冲，其中开关频率和/或相位改变晶体管(117、118、137、138)的开关次数。
[0023]由于变换器100必须储存用于单个半主周期(例如，在60Hz系统中，约4ms)的能量，所以在单相应用中变换器100和桥接电路(例如115、135)的效率是显而易见的。这种用于单相变换的示例通过引用整体并入本文，并且可以在共同转让公告的专利申请，于2012年1月3日提交的、题目为“用于谐振电力变换的方法和设备(Method and Apparatusfor Resonant Power Convers1n) ” 的第 2012/0170341 号美国专利申请中找到。
[0024]电压检测器180和182包括在变换器100内以测量电压，并且耦接至控制器(未示出)以计算用于控制桥开关117、118、137、138的电流。电压检测器180耦接以测量在全桥式整流器电路110的输出处的电压，并且电压检测器182耦接于存储电容器140的两端。检测器180和182提供用于同步到AC端口 105的测量数据。例如，控制流入(或流出)存储电容器140的实际瞬时电力以遵循正弦波波形，使得从AC源(耦接至AC端口 105)中获取的电力处于单位功率因数。
[0025]在其他实施方式中，对AC侧的监控通过来自电压检测器180的采样电压(例如，从开关117的漏极到开关118的源极的电压)和检测器182处的DC侧电压来实现，并且谐振电感器125的电流可以向控制器提供充分的数据以操作用于变换器100的控制回路。另外可选的实施方式包括电压测量和通过反馈回路的控制，其中电压测量可以在LED 128和132或用于检测LED闪烁的光学传感器的两端进行。进一步的实施方式可以监控用于控制开关117、118、137和138的AC源的