[发明专利]功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率变换器，其包括与感性元件相连接的DC输入端，配置用于以预定循环周期循环地中断具有的感应电流的开关，多个负载电路，以及在感性元件的第一和第二输出端之间具有多个并行通道的多路复用器；其中，每个通道包括所述负载电路中的一个，并且多路复用器适用于使得通道依次周期性地产生感应。

更具体地说，本发明涉及一种可用作LED驱动器的功率变换器，尤其是适用于用于照明目的的高亮度LED。

背景技术

LED照明装置(例如，如同传统的灯泡那样可通过拧入插槽而与电网连接的装置)可配备有白色LED、或者有色LED(例如传统的基本色：红、绿和蓝(RGB))的组合。有色LED的组合在使用寿命方面优于白色LED，并且还具有这样的优势：通过单独地控制不同颜色的强度，可以按需调整光源的色温，并且可以很容易地补偿由于老化而造成的色温偏差、以及LED的不同温度特性。但是，有色LED的缺点在于，必须为不同颜色配置单独的电流控制的电源。

当然可以为每个颜色(即具有相同颜色并且可能被串联或者并联的每个LED组)提供单独的功率变换器。但是，这一解决方案相对昂贵，这是因为对于获取白光所需的三种颜色需要至少三个功率变换器。

另一个方案是提供具有多个次级绕组的变压器，从而每个负载电路(LED组)可连接至不同的一个次级绕组。但是，在这种情况下，额外的绕组导致不利的变压器(尺寸、成本、效率)，并且提供后置调节器的必要性进一步降低了效率并增大了成本。又一种替换方案是在变压器的次级电路中将负载电路串行连接。但是，在这种情况下，必须根据对效率、颜色和/或正向电压的非常严格的分类(筛选)来选择LED，或者每个负载电路中需要附加装置来单独地控制每个输出功率，这就增加了变压器总体的复杂性和成本，并且很难使输出电路与潜在有害的电网电压电隔离。

US2006-072252A1以及WO 03/041254公开了起始段落中所表示的那种类型的功率变换器，其中多路复用器将切换的感性元件所传递的每个能量包(energy packet)再次划分成将被传递给不同输出端的多个部分。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有较低复杂度的、能够以低成本制造的、并且允许对多个负载电路进行单独功率控制的功率变换器。

为了实现该目的，根据本发明的功率变换器的特征在于多路复用器具有切换周期，所述切换周期是开关的预定循环周期的倍数。由于多路复用器允许感应电流一次流经仅仅一个负载电路，所以传递至各个输出电路的平均功率将取决于每个多路复用器周期期间多路复用器将该输出电路连接至感性元件的周期数。该周期数对应于每单位时间传递至相应输出电路的能量包的数量。传递至各自的输出电路的平均功率还取决于能量包的能量含量，该能量含量继而又由相应周期中开关的“导通”时间所确定。结果就是，可以利用简单的低成本的装置来精细地控制传递至每个相应负载电路的输出功率，其中在各个负载电路之间共用感性元件和开关。由于感性元件是定制设计的手工制作的元件，所以该元件是昂贵的，尤其是在其必须提供电网和输出之间的安全隔离时。因此，就成本和效率来说，只需要使用单个感性元件是具有巨大优势的。开关必须在线电压水平下工作。在较高频率下切换相对高的峰值的高电流(从而保持感性元件的寸长较小)也是昂贵的。并且，必须通过驱动电子装置来控制开关。允许仅仅使用一个(初级)开关的本发明由此实现了可观的成本下降。而且，多路复用器不用再次划分各个能量包而是仅仅将整个能量包路由至不同输出电路的这一事实实现了高控制精度、以及开关损失的减少。多路复用的一个结果就是，更加非连续地将输出功率传递给各个负载电路，即以具有与多路复用周期相对应的周期性的脉冲的形式。对应的输出电压将是脉冲形式或者周期的DC电压，但是会根据各个负载电路中的并联电容的存在而对其进行平滑处理。此外，当功率变换器被用作LED驱动器时，多路复用周期可被选择成足够高以至于实质上没有闪烁对于人眼是可见的，哪怕输出电压的波纹未被平滑处理掉。

从属权利要求中示出了本发明的更多具体的可选特征。这些特征涉及用于功率变换器本身的控制装置的简单的电源、闪烁的进一步降低、以及电网侧的电能质量的改进。

附图说明

现在将结合附图来解释本发明的优选实施例，其中：

图1是根据本发明第一实施例的功率变换器的简化电路示图；

图2是图示出在图1所示的电路中出现的各种信号的波形的时序图；

图3和图4是图示出不同多路复用方案的时序图；

图5是图示出变换器的另一可能的操作模式的时序图；