專利名稱：用于交變電流三極管調光器的具有l(wèi)ed的電源接口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源接口。具體地，本發(fā)明涉及一種用于將負載連接至具有依賴于時間的保持電流水平或對負載電流具有其他限制的可調電源電路的電源接口。
背景技術：
現(xiàn)在，對于諸如發(fā)光二極管(LED)光源之類的固態(tài)光源的高的市場滲透性而言，改裝燈被認為是十分重要的。對于大多數(shù)消費者燈具而言，用戶/消費者可以能夠以低原始成本僅將燈具內的單個光源(例如白熾燈泡)替換為現(xiàn)今的LED光源。不僅與插座的兼容性是重要的，而且與現(xiàn)有的裝置/電路的兼容性也是十分重要的。因此，光源必須適合現(xiàn)
有的插座而且應當與現(xiàn)有的電子裝置(包括調光器)相兼容。這包括與現(xiàn)有的墻壁調光器之間的互操作性。尤其是基于交變電流三極管(TRIAC)的前沿調光器被用于許多住宅。對于這些調光器而言，十分常見的問題在于LED光源的負載太小而無法適用于調光器。結果，當調光水平太低時，LED光源開始閃爍或甚至永久關斷。即，假設存在墻壁調光器，則固態(tài)光源的低功耗可能導致TRIAC的閉鎖和保持電流的問題。特別是對于具有低于40W功耗的低瓦燈(例如E14螺口的2W燭光燈泡)而言，無法達到TRIAC調光器電路的最小負載。因此，根本無法照明或可能工作在閃爍的混沌模式。已提出了用特殊開關模式電源來根據(jù)TRIAC所需保持電流而整形燈的電流消耗。例如標準TRIAC的典型的50mA，230V系統(tǒng)中最小負載可能大于10W。但是，對于改裝燈的計劃額定功率而言，這可能仍然功率過大。US7075251公開了一種具有諧振反饋電路的整流器，該諧振反饋電路通過使用?；罟δ軓拇蠓秶脑措妷杭橙〕掷m(xù)的輸入電流從而滿足相控調光器的需求。在輸入電壓低于總線電容器電壓的時間期間，沒有輸入電流，從而導致TRIAC處于關斷狀態(tài)。為了防止這個問題，持續(xù)消耗高頻電流。結果，TRIAC保持在導通狀態(tài)，但是負載仍然需要汲取TRIAC保持電流。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服該問題，以及提供一種電源接口，其將可調電源電路保持在導通狀態(tài)，即使所附接負載的平均電流消耗低于可調電源電路的保持電流需求?？傮w而言，上述目的通過根據(jù)所附獨立權利要求的電源接口來實現(xiàn)。根據(jù)第一方面，上述目的通過用于將負載連接至具有依賴于時間的保持電流水平的可調電源電路的電源接口來實現(xiàn)，該電源接口包括電流整形器，被布置為可操作地連接在負載和可調電源電路之間，其中電流整形器被配置為中斷并重新建立來自可調電源電路的電流，從而確保通過可調電源電路的電流周期地高于保持電流水平，從而即使當負載的平均電流消耗低于保持電流水平時，也將可調電源電路保持在導通狀態(tài)。按照定義，保持電流是必須流過可調電源電路以便使其保持在導通狀態(tài)的最小電流。換言之，可調電源電路一旦被觸發(fā)就持續(xù)導通，直至流經(jīng)該可調電源電路的電流降低至保持電流之下。然而，由于可調電源電路的恢復時間，實際上即使短時間內沒有電流流過，可調電源電路也將保持在導通狀態(tài)。如以下將進一步公開的那樣，該時間周期尤其取決于所施加電流和可調電源電路的組件。保持電流水平可由可調電源電路的電路拓撲和包含在可調電源電路中的開關所確定。因此，電源接口的一個優(yōu)點在于其被布置為通過低于可調電源電路的原始最小負載要求的例如標準墻壁調光器之類的可調電源電路操作例如光源之類的負載。進一步優(yōu)點在于電源接口被布置為通過甚至低于可調電源電路的最小保持電流的可調電源電路操作負載。電流整形器可以被配置為形成周期性脈沖電流，從而確保了電流至少周期地大于保持電流水平。脈沖電流可以包括沒有電流的脈沖以及電流高于可調電源電路的所需保持電流
水平的電流的脈沖，其中高電流的脈沖被用于保持可調電源電路導通，而停頓(也即沒有電流的周期)被用于降低平均電流。電流整形器的周期優(yōu)選地為使得在由電流驅動的光源所發(fā)出的光中察覺不到任何電流起伏。例如，該周期可以是5 μ S-50 μ S，優(yōu)選地為15μ 8_30μ S。電流整形器可在確保可調電源處于導通狀態(tài)的足夠長的周期的持續(xù)時間內被激活。由于更長的低電流周期將要求更長的高電流周期以保持可調電源處于導通狀態(tài)，因此激活的持續(xù)時間通常取決于電流整形器的周期。通過適當?shù)乜刂浦芷诤图せ顣r間，可以實現(xiàn)改進的操作。備選地，可以限定并采用多于兩個時間段和多于兩個電流水平，以便具有特定波形以改進某些可調電源電路的操作。電流整形器可以是升壓轉換器，該升壓轉換器是實現(xiàn)本發(fā)明的現(xiàn)實方法。將升壓轉換器與高于市電(mains)電壓的峰值的最小負載電壓相結合,確保了在大多數(shù)時間點上，通過可調電源電路汲取的電流可以被電流整形器設定。升壓轉換器可以針對具有固定峰值電流進行配置，以便簡化電路設計。換言之，這可以降低電流整形器控制回路的復雜度。根據(jù)一種實施方式，可調電源電路包括在調光器內，而負載為可調光源。在此情況下，可以根據(jù)由光源輸出的光中的預定的最大閃爍量來確定電路組件。電源接口可進一步包括被并聯(lián)布置在電流整形器和負載之間的電容器，以避免流經(jīng)負載的電流的大起伏(也即穩(wěn)定遞送至負載的電能)。在高電流周期期間，電容器被充電。在低電流或無電流周期期間，電容器向負載提供電能。如果負載是光源，則電容器的電容可以根據(jù)由光源輸出的光中的預定最大閃爍量來確定。一個優(yōu)點可以在于電源接口可以使得經(jīng)TRIAC調光的LED光源處在低瓦數(shù)。注意，本發(fā)明涉及權利要求所述特征的所有可能組合。


參照顯示了本發(fā)明一個或多個實施方式的附圖，以下將詳述本發(fā)明的這些和其他方面。
圖I是現(xiàn)有技術電路的示意圖；圖2a至圖2e是根據(jù)實施方式的電源接口電路的示意圖；圖3a至圖3e是根據(jù)實施方式的電流整形器的示意圖；圖4a至圖4b是根據(jù)實施方式的開關控制信號發(fā)生器的示意圖；圖5顯示了根據(jù)時間的電流；以及圖6是根據(jù)實施方式的測試電路的示意圖。
具體實施例方式以下實施方式將通過示例方式提供，從而使得該公開完全和完整，并且向本領域技術人員完全傳達本發(fā)明的范圍。相似的附圖標記表示相似的元件。示例涉及一種用于將負載連接至具有依賴于時間的保持電流水平的可調電源電路的通用電源接口。在以下示例中，可調電源電路有時實施為可以是調光器的一部分的TRIAC。然而，可調電源電路可以是滿足下述任何需求的任意可調電源電路。在以下示例中，負載有時實施為(基于LED)光源。然而，負載可以是能滿足下述任何需求的任意合適的負載。圖I顯示了現(xiàn)有技術的電路100，包括電壓源102、可調電源電路104和負載106?？烧{電源電路可以具有依賴于時間的保持電流水平。例如，如果負載太小而無法與可調電源電路合適地工作，則操作電路可能存在問題。這可以是例如當可調電源電路為墻壁調光器而負載為光源時，特別是光源包括一個或多個發(fā)光二極管(LED)。結果，當調光器確定的調光水平變得太低時，光源可開始閃爍或甚至永久關斷。根據(jù)本發(fā)明一種實施方式，如圖2a的電源接口電路108中所示，電流整形器110被布置為可操作地連接于負載106和可調電源電路104之間。電源接口因此被提供以用于將負載連接至可調電源電路。如下將進一步詳述的那樣，布置電源接口從而使得避免或至少減少上述問題。特別地，電流整形器被配置為中斷并重新建立從可調電源電路流至負載的電流。因此，電流整形器確保流經(jīng)可調電源電路的電流至少周期性地高于可調電源電路的保持電流水平。從而，即使負載的平均電流消耗小于保持電流水平，電流整形器也將可調電源電路保持在導通狀態(tài)。電流整形器可被配置為向負載提供最小正向電壓，該最小正向電壓高于由電壓源向可調電源電路提供的市電電壓的峰值。保持電流水平可通過可調電源電路的電路拓撲(包括電子組件及其值)和包含在可調電源電路中的開關來確定。圖2b是根據(jù)本發(fā)明實施方式的電源接口電路的第二個示例，其包括可調電源電路202、負載204、整流電路206、電源208以及電流整形器210。出于示意性目的，可調電源電路202在圖2b中實施為TRIAC 214電路。TRIAC可被包括在典型的調光器內。此外，負載204由典型的基于LED的光源216表示。然而，也可能使用具有非SSL光源的所公開的電源接口，例如用于可調光的低瓦數(shù)CFL燈。圖2b中，一組二極管形成了整流電路206。就此而言的整流電路206和/或包括在整流電路206中的組件的存在通常取決于電流整形器210的實現(xiàn)。將以操作狀態(tài)來描述電源接口電路。當激活電源接口電路時，建立高于TRIAC 214的保持電流需求的電流。在停用周期期間，存儲在電感218(可在電流整形器210中包括其他電感，如下所示)中的電能首先續(xù)流進入電容器220，其通常具有高于市電電壓(由電壓源208所提供)峰值的電壓，并且其次在市電供應電流中存在停頓。電容器220的電容可根據(jù)由光源輸出的光中的閃爍的預定最大量來確定。由于停頓的短的持續(xù)時間，TRIAC214將保持為導通且在下一個激活時段期間可能有又一電流。電阻222的目的在于降低LED上的電壓。二極管224為續(xù)流二極管，其用于在電流整形器中開關被停用之后允許來自電感性負載的持續(xù)的電流，從而消除了當電源電壓突然被降低或被移除時在電感性負載處產(chǎn)生的突變電壓峰值。電流整形器210可以具有某一最小工作電壓，也即電流整形器210可能無法在過零附近非常低的輸入電壓下汲取到全部所需的峰值電流。結果，在市電(正或負)半周期結束時，電流可以降至保持TRIAC 214導通所需要的數(shù)值之下。然而，這是交錯的工作模式。在下一個半周期期間，一旦TRIAC被再次激活，電路電源接口 210將開始消耗來自電源電壓源的電能。使用具有固定峰值電流(但是不具有輸出電壓調制)的電流整形器可能導致輸出電壓根據(jù)可調電壓電路的觸發(fā)角而變化。負載的最小正向電壓，諸如基于LED的光源的最
小正向電壓，必須被選擇為高于市電電壓的峰值。但是，當使用具有某些電壓變換比的不同的電源接口電路拓撲時，也可以有較低的負載正向電壓，例如較低的LED點燃電壓?？偸峭ㄟ^電容器220中存儲的能量對負載供電。根據(jù)燈的光輸出中的閃爍的所允許的水平來選擇該電容器的大小。閃爍的所允許的水平可以是預定的。圖2c為根據(jù)本發(fā)明實施方式的電源接口電路的第三示例。如圖2b所示，圖2c的電路包括可調電源電路202、負載204、整流電路206、電源208以及被配置為產(chǎn)生脈沖電流的電流整形器210。這些元件的功能通常與圖2b中相應元件的功能相同；可調電源電路202實施為TRIAC電路214，負載204實施為基于LED的光源216，而整流電路206實施為多個二極管。與圖2b的電路相對比，圖2c的電路包括數(shù)目較少的整流和續(xù)流二極管。整流電路的需求和/或續(xù)流二極管的數(shù)目通?？梢匀Q于電流整形器。對于圖2c中實施方式而言，電流整形器要求整流電路。圖2d至圖2e顯示了根據(jù)本發(fā)明實施方式的電源接口電路的其他示例。圖2d至圖2e的每個電源接口電路均包括可調電源電路202、負載204、整流電路206、電源208以及被配置為產(chǎn)生脈沖電流的電流整形器。這些元件的功能通常與圖2b中相應元件的功能相同；可調電源電路202實施為TRIAC電路214，負載204實施為基于LED的光源216，而整流電路206實施為多個二極管。在圖2d的電路中，電流整形器由電感器226、二極管228以及由開關控制信號發(fā)生器232所控制的開關230形成。開關控制信號發(fā)生器232被配置為控制電流整形器的開關。因此當產(chǎn)生脈沖電流時，使用開關230。與圖2d的電源接口電路相t匕，圖2e的電源接口電路包括兩個額外的電流感測電阻器234、236。在圖2e中，開關控制信號發(fā)生器232被配置為分別接收來自負載和可調電源電路的反饋信號，從而提供了一種自適應開關控制信號發(fā)生器。以下將參照圖4a至圖4b來進一步描述開關控制信號發(fā)生器及其內部組件的示例。通常電流整形器包括能夠在兩種不同阻抗之間切換的電路。圖3a是根據(jù)本發(fā)明實施方式的第一電流整形器的示意圖。電流整形器可以由提供脈沖電流的電路來形成。圖3a的電流整形器包括電感302、二極管304以及開關306。當電流整形器被充電時，電流整形器用作負載并吸收能量；當電流整形器被放電時，其作為電源。在放電相期間由電流整形器產(chǎn)生的電壓與電流變化率相關，而與原始的充電電壓無關，因此允許了不同的輸入和輸出電壓。電流整形器可以是升壓轉換器(也已知為上升轉換器)，其根據(jù)所需的脈沖重復率而被激活和停用。對于升壓轉換器而言，可能需要整流電路，但是其他電流整形器可能不需要此類整流器。電流轉換器可以被配置為通過選擇其相應的組件(及其控制)來具有固定的峰值電流。參照圖6，給出了可以被用于選擇電流整形器的組件的值的測試電路的說明。如上所述，可能存在電流整形器的其他變形。圖3b至圖3e顯示了根據(jù)本發(fā)明實施方式的電流整形器的其他示例。圖3b至圖3e的電流整形器的共性在于電路設計是基于用作開關的晶體管。更具體地，圖3b至圖3e的電流整形器的開關被實施為由開關控制信號發(fā)生器316、318、320、322所控制的金屬氧化物場效應管(MOSFET) 308、310或雙極晶體管(BJT)312、314。以下將參照圖4a至圖4b進一步公開開關控制信號發(fā)生器。圖3b的電流整形器的開關實施為MOSFET 308，MOSFET 308在電感器以及電流整形器的二極管的陽極側之間連接其漏區(qū)。MOSFET 308的源區(qū)被接地。備選地，如圖3c的電流整形器所示，開關可以被實施為MOSFET 310，MOSFET 310在電感器和電流整形器的二極管之間連接其源區(qū)。
對于該實施方式而言，MOSFET 310的漏區(qū)被接地。圖3d的電流整形器的開關被實施為NPNBJT 312，NPN BJT 312在電感器和電流整形器的二極管之間連接其集電極。NPN BJT 312的發(fā)射極被接地。根據(jù)圖3e所示的另一可選方案，電流整形器的開關可被實施為PNP BJT314,PNP BJT 314在電感和電流整形器的二極管之間連接其集電極。對于該實施方式而言，PNP BJT 314的發(fā)射極被接地。備選地，在不改變電路的有效功能的情況下，正電勢可以被直接連接至負載，其中電感器和二極管被放置在負通路中。如上所述，電流整形器可以包括開關控制信號發(fā)生器。圖4a至圖4b為根據(jù)實施方式的開關控制信號發(fā)生器的示意圖。開關控制信號發(fā)生器的第一示例被顯示在圖4a中。在圖4a的開關控制信號發(fā)生器中，功能是基于標準計時器的集成電路402，其為文獻以及本領域技術人員公知。輸出信號的高周期和低周期的持續(xù)時間由被連接至計時器電路402的組件來確定，即電阻器404、電阻器406、電容器408、電容器410以及二極管412。與圖4a的、由所使用的組件來固定計時的開關控制信號發(fā)生器相反，可以基于真實測量或捕捉的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生計時信號。在圖4b中，顯示了一種產(chǎn)生開關信號的可能的控制回路。經(jīng)由第一輸入，測量經(jīng)整流的輸入電壓?；诖耍?通過所謂的調光器類型以及設置檢測414)檢測可調電源電路的類型以及可調電源電路的電流設置。開關電流控制回路416中計時信號的產(chǎn)生受到該檢測的影響。此外，得到所謂的調光值?；谠撜{光值(設置點命令)、測得的LED電流(真實值)以及測得的電容器電壓(前饋干擾補償)、在LED控制回路418中計算期望的開關電流以及因此的LED電流。塊418的結果(設置點命令)與真實開關電流(真實值)相比較以計算計時信號，該計時信號受到所謂的調光器類型和設置檢測414的結果影響。最終，開關驅動器420被用于將計時信號放大為合適的柵極或基極驅動信號。圖5顯示了由電流整形器產(chǎn)生的根據(jù)時間的脈沖電流502?？傮w而言，該圖顯示了脈沖電流由高電流的時間間隔和無電流的時間間隔構成。包括一個高電流時間間隔和一個無電流時間間隔的周期被記做Tl。脈沖電流的性能尤其取決于電流整形器的電路。更具體地，電流整形器的組件及其控制信號被選擇成使得總體而言電流整形器的周期Tl為5 u s-50 u S，優(yōu)選地為15 u s-30 u S。電流整形器的激活時間被記做T2。更長的Tl可能暗示更長的T2。通常，如果可調電源電路包括電容，則Tl (并且因此T2也)將取決于該電容。因此，周期Tl可以尤其由可調電源電路中的電容器來限定。此外，脈沖電流的峰值應該高于TRIAC所需的保持電流水平。圖6是根據(jù)實施方式的測試電路的示意圖。因此，測試電路可以在電流整形器的設計方法中使用。因此測試電路可以被視作TRIAC估計電路。換言之，測試電路可以被用于尋找電流整形器的對于給定TRIAC 602和給定負載的參數(shù)。在圖6的示例中，負載表示為電阻器604、606、608以及被連接至電阻604、606、608的LED 610、612、614。也即，電阻器604、606、608被用于與由電源630提供的電源電壓水平一起來配置電流水平。在圖6中，電流整形器由MOSFET 616以及電阻器Rl形成。Rl的一個目的在于限制MOSFET 616的開關速度。外部脈沖發(fā)生器Vpulse被用于控制MOSFET 616的周期。MOSFET 616被用于基于由Vpulse提供的脈沖序列來調制電流(也即MOSFET 616使得脈沖電流產(chǎn)生)。電阻器618可以被用于降低M0SFET616上的電壓?？拷娮杵?18的LED 620提供了脈沖的可視
參考。二極管622為續(xù)流二極管。此外，電感器624和626分別代表用于典型的墻壁調光器電路中的電感器以及裝置中的寄生電感，其中這種電感通常存在。續(xù)流二極管可以被用于允許電感器的退磁。在根據(jù)圖2a至圖2e的預期的電源接口電路中，該退磁由提供比市電電壓更高的正向電壓的電流整形器來執(zhí)行。在測試估計期間，通過手動按壓按鈕628以提供觸發(fā)電流，同時向MOSFET 616提供靜態(tài)導通信號(占空比=100% )，可以激活圖6的電路。隨后，可以減小MOSFET驅動信號的占空比，直至TRIAC 602關斷。在稍大一點的占空比處，可以再次導通電路并將其保持在導通狀態(tài)達任何期望的時間周期。因此，通過微調電流整形器的組件的值，可找到合適的占空比(也即，其中TRIAC被保持在導通狀態(tài)達任何期望的時間周期)。作為示例，使用具有13.2-靜態(tài)0(保持電流的11 從(。對于本發(fā)明示例而言，流經(jīng)負載的電流每隔約23 us就被激活約3 y S。由于電感，該電流緩慢地提高和下降。繼而測量電流消耗的平均值僅為約8mA。該電流與為13. 2mA的上述TRIAC的DC保持電流相比較。因此，作為結果，用于將TRIAC在脈沖模式保持導通的最小平均電流顯著小于DC模式下的最小平均電流。在230V系統(tǒng)中，8mA將對應于具有I. 2W的最大功耗(如果沒有被可調電源電路調整)的負載。重復率、激活周期和峰電流的組合(在該示例中，分別為23ii s、3ii s和55mA)可以因此被微調至電路的需求?？梢杂懈叩闹貜吐省⒏L的激活周期以及更高的電流，其中例如在較高峰電流下可能具有較低重復率。本領域技術人員知曉的是本發(fā)明無意限制于上述優(yōu)選實施方式。相反，在所附權利要求范圍內的許多變形和改變都是可能的。
權利要求
1.一種電源接口，用于將負載(106、204)連接至具有依賴于時間的保持電流水平的可調電源電路(104、202)，所述電源接口包括 電流整形器(110、210)，被配置為可操作地連接在所述負載和所述可調電源電路之間；其中 所述電流整形器被配置為中斷并重新建立來自所述可調電源電路的電流，從而確保流過所述可調電源電路的電流周期性地位于所述保持電流水平之上，從而即使在所述負載的平均電流消耗低于所述保持電流水平時，也保持所述可調電源電路處于導通狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求I所述的電源接口，其中所述電流整形器被配置為形成周期性的脈沖電流。
3.根據(jù)權利要求2所述的電源接口，其中所述脈沖電流包括無電流的脈沖以及電流高于所述可調電源電路的所需保持電流水平的脈沖。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的電源接口，其中所述電流整形器的周期Tl為5 u s_50 u s,優(yōu)選地為 15 u s_30 u S。
5.根據(jù)權利要求4所述的電源接口，其中所述周期Tl由所述可調電源電路中的電容限定。
6.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的電源接口，其中所述電流整形器被配置為向所述負載提供比提供給所述可調電源電路的市電電壓的峰值更高的最小正向電壓。
7.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的電源接口，其中所述電流整形器為升壓轉換器。
8.根據(jù)權利要求7的電源接口，其中所述升壓轉換器針對固定峰值電流進行配置。
9.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的電源接口，其中所述可調電源電路被包括在調光器中。
10.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的電源接口，其中所述保持電流水平由所述可調電源電路的電路拓撲以及包括在所述可調電源電路中的開關來確定。
11.根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的電源接口，進一步包括電容器(220)，其并聯(lián)布置在所述電流整形器和所述負載之間。
12.根據(jù)權利要求11所述的電源接口，其中所述負載包括光源(216)。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的電源接口，其中所述電容器(220)的電容根據(jù)由所述光源(216)輸出的光中的閃爍的預定最大量來確定。
全文摘要
公開了一種電源接口，其可以將可調電源電路保持在導通狀態(tài)，即使所連接上的負載的平均電流消耗低于可調電源電路保持電流的需要。電源接口利用了可調電源電路的動態(tài)特性。由于可調電源電路的恢復時間，即使短期內沒有電流流過，可調電源電路也將處于導通狀態(tài)。電源接口通過中斷并重新建立從可調電源電路來的電流從而利用了該效應。
文檔編號H05B33/08GK102804917SQ201080027072
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月15日 優(yōu)先權日2009年6月18日
發(fā)明者H·J·G·拉德馬赫爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司