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CN104885565B - 发光装置插入检测 - Google Patents

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CN104885565B CN201380067416.9A CN201380067416A CN104885565B CN 104885565 B CN104885565 B CN 104885565B CN 201380067416 A CN201380067416 A CN 201380067416A CN 104885565 B CN104885565 B CN 104885565B
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Abstract

在第一方面，本发明提供了一种LED转换器，包括：谐振转换器，其具有开关调节器，优选为钟控半桥转换器；电屏蔽部，其初级侧通过所述开关调节器来供电，而其次级侧被设置成直接或间接向用于连接一个或更多个LED的端子供电；控制电路，其处于谐振转换器的电屏蔽部的初级侧上；感测装置，其处于电屏蔽部的次级侧上，其在连接至端子时感测指示LED负载的次级侧电气参数；以及从感测装置至控制电路的反馈路径，其适于将次级侧电气参数从电屏蔽部的次级侧反馈至电屏蔽部的初级侧。其中，在没有LED串连接至LED转换器的情况下，控制电路适于从高频至低频循环控制开关调节器开关，尤其是钟控半桥的开关，的开关频率，并且监测次级侧电气参数是否达到预定阈值，并且在达到预定阈值的情况下，控制电路适于停用开关调节器开关，并且启用电压保护开关以将次级侧电气参数接地。

Description

发光装置插入检测
技术领域
本发明涉及LED转换器和用于操作这种转换器的方法，涉及包括该LED转换器的LED发光装置。本发明还涉及适于执行该方法的集成电路。
背景技术
利用诸如LLC转换器的谐振转换器的LED转换器是本领域所已知的，并且例如，被广泛用于有成本效益的LED转换器解决方案。具体来说，LED转换器可以从电力供应源供电，其可以向LED转换器传送DC或AC电流。对于供应AC电流的情况来说，LED转换器可以包括整流器以根据输入AC电流来生成DC电流。
接着，将DC电流例如馈送至功率因数校正电路，其接着向谐振转换器，例如，串联谐振转换器，具体来说，LLC转换器供电。接着，连接至谐振转换器或者作为其一部分的变压器(transformer)将电力跨过电屏蔽部(galvanic barrier)(例如，SELV屏蔽部(隔离的或安全超低电压屏蔽部))从电屏蔽部的初级侧传递至电屏蔽部的次级侧，以向光源(具体来说，包括至少一个LED的LED串)供应电流ILED。
在大部分已知应用中，LLC转换器用作恒定电压转换器，其向次级侧DC总线供电。这里，电流源(典型为降压转换器)生成驱动高功率LED所需要的恒定电流。如技术人员所已知的，LLC转换器是使用两个电感器(LL)和电容器(C)的谐振半桥转换器。
利用LLC转换器的一般优点在于，其提供软开关能力(初级侧开关和次级侧二极管)和良好的甩负载率，即，即使次级侧负载改变，输出电压也不改变很多。
为了缩减成本和改进LED转换器的效率，尤其是，在利用LLC转换器时，如果不需要次级侧电流源，则是有益的。尤其希望将LLC转换器操作为恒定电流转换器，以代替恒定电压转换器。然而，LLC恒定电流转换器需要控制回路来控制其输出电流，例如，LED电流ILED。
例如，图1示出了一示例性电路，其允许测量SELV屏蔽部的次级侧(即，电屏蔽 部的次级侧)上的LED电流，并且向电屏蔽部的初级侧提供反馈。
具体来说，图1示出了开关调节器(例如，半桥转换器)，其利用按半桥连接的高开关HS和低开关LS从DC电压VDC供电。该半桥的开关可以是晶体管，例如，FET或MOSFET。
从半桥开关HS、LS之间的中点起，LLC串连接有电容Cr以及接着是电感Lr(形成谐振LC电路)、和变压器的初级侧电感Lm。
在次级侧，变压器的次级侧电感Lt被示出连接至二极管D1和D2，向发光装置(在这种情况下，LED)提供DC LED电流ILED。该LED电流ILED经由分流电阻器Rsns分流至接地。
次级侧控制电路SCC感测/测量分流电阻器Rsns处的电压Vsns，接着将该电压Vsns或指示所测量电压的参数经由光耦合器反馈至初级侧控制电路PCC。接着，初级侧控制电路PCC设置用于启用开关HS、LS的频率。电压Vsns是还指示并且关联至LED电流ILED的电气参数，并由此，可以根据电压Vsns导出LED电流ILED或另一关联电气参数。基于该反馈，初级侧控制电路PCC调节谐振转换器的半桥开关的频率。
如可以从图1看出，闭环控制需要提供次级侧控制电路SCC，而且还需要提供跨越电屏蔽部(SELV屏蔽部)的用于电气参数的反馈路径，以允许通过初级侧控制电路PCC来控制LED电流ILED。虽然在次级侧执行对电气参数的所需测量，但还可以使用初级侧感测，来获取用于控制LED电流ILED所需的电气参数。
如图2的示例性电路中所示，谐振转换器的电流Iprim可以在电屏蔽部的初级侧上测量，以设置谐振转换器半桥的操作频率。
图2示出了在电屏蔽部的次级侧上，未设置分流电阻器，而且既没有在次级侧上执行测量，也不存在次级侧控制电路SCC。
虽然谐振转换器的初级侧在原理上如图1所示设置，但将分流电阻器Rsns1与变压器的初级侧电感Lm串联连接。初级侧控制电路PCC1测量/感测电气参数，例如，分流电压Vsns1，其指示谐振转换器Iprim。初级侧控制电路PCC1基于所测量电气参数而设置谐振转换器半桥的开关HS、LS的开关频率，其与谐振转换器电流Iprim关联。
这种设置允许仅在电屏蔽部的初级侧上创建控制回路，而且例如，不需要越过电屏蔽部(SELV屏蔽部)的反馈，其改进了电路安全性。
初级侧控制电路PCC1测量变压器的初级侧绕组(用初级侧电感Lm表示)处的电 压Vsns1，而且具体来说，如果谐振转换器电流Iprim与LED电流ILED之间的关系已知，则LED电流ILED可以通过基于所测量分流电压Vsns1调节高开关HS与低开关LS的开关频率而被控制。
就次级侧感测而言，该初级侧感测改进了LED转换器的成本，因为不需要次级侧控制电路，而且还不需要跨越电屏蔽部，这节省了用于附加组件(例如，光耦合器)的成本。而且，如果应当通过在市电电源、模拟接口或数字接口(例如，DALI)上信令的调光信号来执行调光命令，则初级侧感测是有益的，因为该调光命令典型地在LED转换器的初级侧上接收。
然而，图2所示谐振转换器具有一较大缺点。随着将谐振转换器用作电流源，当电屏蔽部的次级侧上的输出端子上没有连接负载时，即，没有连接发光装置/LED，谐振转换器中的电压将上升至大于针对谐振转换器的操作而指定的电平。结果，无法满足SELV安全需求。
为防止谐振转换器中的高电压，可以停止开关调节器的半桥，其意指停止半桥的开关HS、LS(例如，FETS、MOS-FETS)。然而，当停止该半桥以防止过高电压时，也不存在通过变压器从电屏蔽部的初级侧向次级侧传输的电力，并由此，该次级侧系统断电而且无法操作。另一方面，如果没有电力传输至次级侧，那么也不能检测发光装置/LED至次级侧端子的连接。
发明内容
本发明提供了一种针对这种困境的解决方案。
在一方面，本发明提供了一种LED转换器，该LED转换器包括：谐振转换器，该谐振转换器具有开关调节器，优选为钟控半桥转换器；电屏蔽部，该电屏蔽部的初级侧通过所述开关调节器来供电，而该电屏蔽部的次级侧被设置成直接或间接向用于连接一个或更多个LED的端子供电；控制电路，该控制电路处于所述谐振转换器的所述电屏蔽部的所述初级侧上；感测装置，该感测装置处于所述电屏蔽部的所述次级侧上，所述感测装置在连接至所述端子时感测指示LED负载的次级侧电气参数；从所述感测装置至所述控制电路的反馈路径，所述反馈路径适于将所述次级侧电气参数从所述电屏蔽部的所述次级侧反馈至所述电屏蔽部的所述初级侧。其中，在没有LED串连接至所述LED转换器的情况下，所述控制电路适于从高频至低频循环控制开关调节器开 关，尤其是所述钟控半桥的开关，的开关频率，并且监测所述次级侧电气参数是否达到预定阈值，并且在达到所述预定阈值的情况下，所述控制电路适于停用所述开关调节器开关，并且启用电压保护开关以将所述次级侧电气参数接地。
所述控制电路可以适于：当在控制所述频率从所述高频至所述低频的期间所述次级侧电气参数未达到所述阈值时，检测到LED串被连接。
所述谐振转换器可以是包括LC电路的串联谐振转换器，优选为LLC转换器，变压器的初级侧电感和分流电阻器、正向或反向二极管或电容中的至少一个串联连接至所述串联谐振转换器。
所述控制电路可以被构造成感测初级侧电气参数，例如，分流电阻器、二极管或电容中的至少一个，所述初级侧电气参数指示连接的LED串的漏电流。
当所述初级侧电气参数被检测到或达到第二预定阈值时，可以仅将所述初级侧电气参数用来通过所述控制电路控制所述开关调节器的所述开关频率。所述第一阈值和所述第二阈值可以被存储在所述初级侧控制电路中。
所述反馈路径可以包括光耦合器或高欧姆电阻器。
当所述控制电路在将所述频率从所述高频向所述低频降低的同时检测到所述初级侧电气参数时，所述控制电路可以检测到LED串被连接。
所述控制电路可以是IC、ASIC和/或微控制器。
所述低频可以是所述谐振转换器的谐振频率。
在另一方面，本发明提供了一种LED发光装置，该LED发光装置包括由根据本发明的LED转换器供电的至少一个LED。
在又一方面，本发明提供了一种用于向具有至少一个LED的LED串供电的方法，该方法包括以下步骤：通过开关调节器向电屏蔽部的初级侧供电，并且通过所述电屏蔽部的次级侧直接或间接向所述LED串供电；通过处于所述电屏蔽部的所述次级侧上的感测装置来感测指示LED串负载的次级侧电气参数；以及将所述次级侧电气参数从所述电屏蔽部的所述次级侧向所述电屏蔽部的所述初级侧反馈至控制电路。其中，在没有LED串连接至所述LED转换器的情况下，从高频至低频循环控制开关调节器开关，尤其是所述钟控半桥的开关，的开关频率，并且检测所述次级侧电气参数是否达到预定阈值，并且在达到所述预定阈值的情况下，停用开关调节器开关，并且启用电压保护开关以将所述次级侧电气参数接地。
所述方法还可以包括以下步骤：当在控制所述频率从所述高频至所述低频的期间所述次级侧电气参数未达到所述阈值时，检测到LED串被连接。
在又一方面，本发明提供了一种被设置成支持或执行如上所述的方法的集成电路，例如ASIC或微控制器。
附图说明
下面，还考虑到附图来对本发明进行描述。具体地，
图1示出了利用次级侧感测的已知LLC转换器；
图2示出了具有利用峰值电流控制原理的初级侧感测的已知LLC；
图3示例性地示出了根据本发明的电路；
图4示例性地示出了根据本发明的另选电路；
图5示出了例示通过本发明提供的测试和检测序列的示意图。
具体实施方式
因此，在第一方面，本发明提供一种测试和检测方法，其优选地在每一网络重置之后执行，例如，在从LED转换器切断电源之后。一般来说，其总是在次级侧电气参数达到预定阈值(例如，次级侧感测电压达到过电压保护阈值)时执行，如下所示：
与现有技术形成对比，本发明提供在突发模式下操作开关转换器的半桥，以向电屏蔽部的次级侧传递能量，并且限制由次级侧上的开路(即，在没有连接发光装置时)所产生的电压。当半桥在突发模式下操作时，可以生成如下信号，即，该信号可以被用于分别检测发光装置何时连接至LED转换器或谐振转换器。
因此，半桥开关LS、HS的开关频率从高频至低频扫描，其意指从高频开始，半桥开关的开关频率在指定时间上连续减小，直到达到该低频为止。当没有连接发光装置时，次级侧上的谐振转换器的输出电压将上升至预定第一阈值(过电压保护阈值)。
如果该输出电压达到第一阈值，则这通过初级侧控制电路PCC2来检测，并且该初级侧控制电路PCC2将停止半桥的开关HS、LS，以及启用另一开关(过电压保护开关)，以将输出电压接地。当没有发光装置连接至次级侧端子时，循环重复该测试序列。
当连接发光装置时，由于谐振转换器的输出电压未达到预定阈值，因而发光装置箝位该输出电压，并由此，发光装置的连接可以通过初级侧控制电路PCC2来检测。
在相对简单且相对廉价的LED转换器中，将DC电流供应给功率转换器(PC，PFC)，该功率转换器再利用开关调节器(优选为钟控半桥转换器)供应给谐振转换器，例如，LLC转换器。
接着，谐振转换器的输出(通过电屏蔽部与发光装置隔离)将电力传递至次级侧(尤其是通过变压器)，而且不需要针对发光装置/LED串的另外的转换器(尤其是不需要降压转换器)。该谐振转换器优选地操作为恒定电流源。
下面，在图3的视图中，对本发明进行更详细描述。仅讨论与所概述现有技术不同之处。仅利用初级侧控制电路PCC2，由于通常没有从次级侧提供反馈，因而，所面临挑战是，检测发光装置/LED是否在谐振转换器的次级侧上连接，如图2所示。
该谐振转换器的半桥以相对较高频率(比LLC转换器的串联谐振电路的谐振频率更高的频率)操作。接着，将该频率沿谐振频率的方向按多个阶次或者连续地减小。
同时，在分流电阻器RL处检测谐振转换器的次级侧处的电压。
如果分流电阻器RL处的检测/感测指示(间接地)所检测电流/电压达到预定第一阈值，则禁用半桥，即，开关LS、HS不操作。
然后，在下面周期中，半桥的开关再次以超过谐振频率的一半频率操作。
因此，当通过控制电路识别出达到第一阈值时，即，当达到超出预定第一阈值的过电压时，使用测试与检测序列，即，周期性地重复突发模式序列，以检测发光装置//LED在稍后时间点处是否连接。
当连接发光装置/LED串时，所检测电流/电压未达到或超出该预定第一阈值。
该电压在次级侧上被检测，并接着反馈至初级侧控制电路PCC2。因此，输出电压或指示该输出电压的参数，例如，通过利用光耦合器或高欧姆电阻器，越过SELV屏蔽部被反馈。
而且，在初级侧上，将第二分流电阻器Rs连接在地与通过谐振LC电路(由谐振电容Cr与谐振电感Lr所形成)与变压器的初级侧电感Lm所建立的串联谐振电路之间。
在第二分流电阻器Rs处，直接在初级侧上检测LED/发光装置是否存在漏电流。如果是这种情况，则将所得初级侧电气参数、初级侧电流Iprim或电压Vs用于调节LED/发光装置电流，因为该参数被关联至LED电流ILED。对于检测到电流泄露的情况来说，初级侧控制电路PCC2(IC、ASIC、微控制器)仅使用该信号来控制半桥开关的操作 频率，以代替从谐振转换器的次级侧供应的次级侧电气参数。
因此，当在该测试和检测序列中，在降低半桥操作频率期间，检测到初级侧电气参数(电流或电压值或其指示)时，其用作针对穿过发光装置/LED串的电流的指示。可以通过检测初级侧电气参数是否达到第二阈值来帮助该检测。初级侧控制电路PCC2利用在第二分流电阻器Rs处检测到的初级侧电气参数，基于该闭环调节来调节半桥操作频率。
图4示出了谐振转换器的另选发明电路示意图。
具体来说，谐振转换器(LLC转换器)的半桥被示出有高电位开关HS和低电位开关LS。在该半桥的中点处，将谐振电感Lr与变压器的初级侧电感Lm、谐振电容Cr、可选的二极管Ds以及第二分流电阻器Rs串联连接。在半桥LS的低电位开关与地之间，可以连接保护电阻器RHB，以保护半桥的开关不经受高电流。该保护电阻器RHB是可选的，并且仅在图3和4中按虚线示出。
在谐振转换器的次级侧上，次级侧电感Lt被与向电容Cout供应恒定电流的两个二极管D1和D2以及用以向负载(发光装置/LED)Dload供电的另一电感Lout一起示出。该负载与分流电阻器RL串联连接，在分流电阻器RL处感测通过负载的电压Vload，而在第二分流电阻器RS处感测谐振电路中的电压Vsense。初级侧控制电路PCC3感测通过负载的电压Vload(该电压指示可以另选地感测的负载电流ILED)和谐振电路处的电压Vsense(该电压指示可以另选地感测的初级侧电流Iprim)。当然，可以将电气参数供应给初级侧控制电路PCC3，该控制电路执行上述测试和检测序列。
该反馈路径从分流电阻器RL反向提供给初级侧控制电路PCC3。该反馈路径利用光耦合器OC或高欧姆电阻器(如SELV标准所需的)跨越电屏蔽部/SLV屏蔽部。
应当明白，虽然可以在分流电阻器RL和第二分流电阻器RS处检测电流/电压，但也可以将相应电压/电流的电气参数供应给初级侧控制部PCC3。
图5a-e示出了例示通过本发明提供的测试和检测序列的图。如可以从图5a看出，发光装置/LED连接至LED转换器。这在利用粗虚线标记的时间发生，并且用图5a的曲线例示，跳跃至标记为IN的值。
在没有连接发光装置的时间期间，即，粗虚线之前所示时间，图5b示出了半桥频率怎样从标记有Fmax的高频降低至低频(具体来说，谐振频率)。一旦在次级侧上达到最大输出电压OVP，如图5c所示，就停止从高频Fmax至低频的频率降低。
如果是这种情况，则启用过电压保护开关，以将输出电压接地，如图5d所示。该过电压保护开关因此可操作达指定时段。该过电压保护开关优选地设置在次级侧上，例如，与电容Cout或负载(发光装置/LED)Dload并联。
一旦通过初级侧控制电路PCC3检测到次级侧上的LED电流Iled，并由此，检测到发光装置的连接(如图5e所示)，半桥开关HS、LS的频率就不再降低(图5b)，而且作为进一步的结果，输出电压不再达到预定第一阈值OVP。
本发明因此允许可靠地向谐振转换器的次级侧供电，还允许检测在次级侧上的发光装置连接。

Claims (18)

1.一种LED转换器，该LED转换器包括：
-谐振转换器，该谐振转换器具有开关调节器；
-电屏蔽部，该电屏蔽部的初级侧通过所述开关调节器来供电，而该电屏蔽部的次级侧被设置成直接或间接向用于连接一个或更多个LED的端子供电；
-控制电路，该控制电路处于所述谐振转换器的所述电屏蔽部的所述初级侧上；
-感测装置，该感测装置处于所述电屏蔽部的所述次级侧上，所述感测装置在连接至所述端子时感测指示LED负载的次级侧电气参数；以及
-从所述感测装置至所述控制电路的反馈路径，所述反馈路径适于将所述次级侧电气参数从所述电屏蔽部的所述次级侧反馈至所述电屏蔽部的所述初级侧，
其中，在没有LED串连接至所述LED转换器的情况下，所述控制电路适于从高频至低频循环控制开关调节器开关的开关频率，并且监测所述次级侧电气参数是否达到预定阈值。
2.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述谐振转换器为钟控半桥转换器。
3.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述开关调节器开关是钟控半桥的开关。
4.根据权利要求1所述的LED转换器，
其中，所述控制电路适于：在达到所述预定阈值的情况下，停用所述开关调节器开关，并且启用电压保护开关以将所述次级侧电气参数接地。
5.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述控制电路适于：当在控制所述频率从所述高频至所述低频的期间所述次级侧电气参数未达到所述阈值时，检测到LED串被连接。
6.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述谐振转换器是包括LC电路的串联谐振转换器，变压器的初级侧电感和分流电阻器、正向或反向二极管或电容中的至少一个串联连接至所述串联谐振转换器。
7.根据权利要求6所述的LED转换器，其中，所述串联谐振转换器为LLC转换器。
8.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述控制电路被构造成感测初级侧电气参数，所述初级侧电气参数指示连接的LED串的漏电流。
9.根据权利要求8所述的LED转换器，其中，当所述初级侧电气参数被检测到或达到第二预定阈值时，仅将所述初级侧电气参数用来通过所述控制电路控制所述开关调节器的所述开关频率。
10.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述反馈路径包括光耦合器或高欧姆电阻器。
11.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，当所述控制电路在将所述频率从所述高频向所述低频降低的同时检测到所述初级侧电气参数时，所述控制电路检测到LED串被连接。
12.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述控制电路是IC、ASIC和/或微控制器。
13.根据权利要求1所述的LED转换器，其中，所述低频是所述谐振转换器的谐振频率。
14.一种LED发光装置，该LED发光装置包括由根据前述权利要求中的任一项所述的LED转换器供电的至少一个LED。
15.一种用于向具有至少一个LED的LED串供电的方法，该方法包括以下步骤：
-通过开关调节器向电屏蔽部的初级侧供电，并且通过所述电屏蔽部的次级侧直接或间接向所述LED串供电；
-通过处于所述电屏蔽部的所述次级侧上的感测装置来感测指示LED串负载的次级侧电气参数；以及
-将所述次级侧电气参数从所述电屏蔽部的所述次级侧向所述电屏蔽部的所述初级侧反馈至控制电路,
其中，在没有LED串连接至所述LED转换器的情况下，从高频至低频循环控制开关调节器开关的开关频率，并且检测所述次级侧电气参数是否达到预定阈值，并且在达到所述预定阈值的情况下，停用开关调节器开关，并且启用电压保护开关以将所述次级侧电气参数接地。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述开关调节器开关是钟控半桥的开关。
17.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
-当在控制所述频率从所述高频至所述低频的期间所述次级侧电气参数未达到所述阈值时，检测到LED串被连接。
18.一种被设置成支持或执行根据权利要求15至17中的任一项所述的方法的集成电路。
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