專利名稱：與功率適配器有關(guān)的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率適配器，尤其涉及適合于提供功率適配器輸出與輸入之間有效電壓的改變的功率適配器。在民用應(yīng)用中，從干線供給可得到的電壓通常是頻率50或60Hz的120V-240V AC。 在功率適配器用于驅(qū)動低壓負(fù)載(諸如，IOV負(fù)載)的情況下，供給處可得到的電壓與驅(qū)動負(fù)載需要的電壓之間的比率在10與20之間。在這種大比率的情況下，因?yàn)殚_關(guān)以具有很短的導(dǎo)通時間的小占空比以及對平均比率峰值高的電流波形工作，所以用來驅(qū)動低壓負(fù)載的傳統(tǒng)開關(guān)模式功率適配器變得很沒有效率。因此在現(xiàn)有技術(shù)中普遍的是，功率適配器包括匝數(shù)比適合于創(chuàng)建電壓中的下降和電流中的相應(yīng)上升的磁變壓器。在一些傳統(tǒng)功率供給中，在向功率適配器的輸入處提供該磁變壓器，使得整個功率適配器在較低電壓工作。在這種情形中，磁變壓器在供電頻率(50 或60Hz)工作，且相對較笨重和昂貴。在其它情形中，將磁變壓器整合成開關(guān)電路的一部分，以允許它在功率適配器中電子部件的開關(guān)頻率工作。這種電路因此具有可以使得磁變壓器較小的優(yōu)點(diǎn)。不過，這些現(xiàn)有技術(shù)布置中的所有布置均需要相當(dāng)笨重和沒有效率的磁變壓器?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)了這樣的改進(jìn)的功率適配器克服或基本上減輕與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的以上提到的和/或其它缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種功率適配器，包括用于連接到AC電源的輸入，以及提供適合于驅(qū)動負(fù)載的輸出、耦合到輸入的諧振電路，其中，選擇諧振電路的電容和電感，以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定改變以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定改變。因?yàn)楣β蔬m配器在對磁變壓器沒有任何需要的情況下在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定改變、以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定改變，所以根據(jù)本發(fā)明的電源主要地是有利的。功率適配器因此可以用于在不需要磁變壓器，且不需要在小占空比(相對于開關(guān)周期而言接通時間短)工作并具有對平均比率峰值高的電流波形的電子開關(guān)電路的情況下，從較高AC干線供給驅(qū)動低壓負(fù)載。特別地，功率適配器可以用于連接到高壓 AC干線供給(例如，頻率50Hz或60Hz的IlOV或230VAC)，并提供適合于驅(qū)動低壓固態(tài)光源的輸出(例如，10-20V)?？梢赃x擇諧振電路的電容和電感以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定減小，以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定增加。可替選地，可以選擇諧振電路的電容和電感以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定增加，以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定減小。在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，選擇諧振電路的電容和電感以提供功率適配器的輸入處的有效電壓與功率適配器的輸出處的有效電壓之間的預(yù)定比率，以及功率適配器的輸入處的有效電流與功率適配器的輸出處的有效電流之間的預(yù)定比率。將諧振電路優(yōu)選地配置為提供有效電流相對于通過諧振電感器的有效電流而言增加或減小的輸出，使得輸出的有效電壓相對于電源的有效電壓而言相應(yīng)減小或增加。輸出的有效電流優(yōu)選地相對于通過諧振電感器的電流而言增加到至少2倍或至少減小到1/2倍，以及更優(yōu)選地，增加到至少5倍或減小到至少1/5倍。另外，輸出相對于AC電源而言的有效電壓的增加或減小優(yōu)選地增加到至少2倍或至少減小到1/2倍，更優(yōu)選地，增加到至少 5倍或至少減小到1/5倍。優(yōu)選地在沒有來自磁變壓器的協(xié)助的情況下實(shí)現(xiàn)功率適配器的輸入與輸出之間有效電壓和有效電流的預(yù)定改變。的確，功率適配器可以沒有任何磁變壓器，除了功率適配器中會存在的信號或電源變壓器以外?？梢栽跊]有來自變壓器的協(xié)助的情況下實(shí)現(xiàn)功率適配器的輸入與輸出之間有效電壓和有效電流的預(yù)定改變。然而，可以為功率適配器提供將功率適配器的輸出與輸入隔離的壓電變壓器。在該布置中，壓電變壓器可以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的進(jìn)一步預(yù)定改變，以及有效電流的進(jìn)一步預(yù)定改變。在為功率適配器提供壓電變壓器的情況下，可以將壓電變壓器布置成提供諧振電路的電容的至少一部分。在一個實(shí)施例中，壓電變壓器提供諧振電路的所有電容。包括壓電變壓器因此在結(jié)合到具有諧振電路的功率適配器中時提供數(shù)個優(yōu)點(diǎn)。因而，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了功率適配器，其包括用于連接到AC電源的輸入，耦合到該輸入、提供適合于驅(qū)動負(fù)載的輸出的諧振電路，以及將輸出與功率適配器的輸入隔離的壓電變壓器。輸出優(yōu)選地適合于驅(qū)動恒流負(fù)載，諸如固態(tài)光源。諧振電路因此優(yōu)選被配置為提供具有基本上恒定的電壓的輸出，該基本上恒定的電壓是針對AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的。特別地，諧振電路優(yōu)選被配置為提升(即升高)或者減低(即降低)功率適配器的輸入處接收的實(shí)際電壓，以在輸入AC周期的大部分時間提供基本上恒定的電壓，該基本上恒定的電壓是針對AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的。本發(fā)明的該布置因此使得在較之磁變壓器提供的而言更大比例的輸入AC周期上，輸出能夠具有針對AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的基本上恒定的電壓。該布置因此使得功率適配器能夠具有較之采用磁變壓器提供有效電壓預(yù)定改變的功率適配器而言更低的大容量儲存電容。本發(fā)明的該布置適合于驅(qū)動固定負(fù)載。然而，功率適配器也可以被配置為驅(qū)動可變負(fù)載。特別地，功率適配器可以被配置為在功率適配器提供的輸出不足以驅(qū)動負(fù)載時關(guān)斷該輸出，然后在功率適配器提供的輸出足以驅(qū)動負(fù)載時接通輸出。在用于提供適合于驅(qū)動恒流負(fù)載的輸出的特別優(yōu)選的布置中，諧振電路是LCL 串-并聯(lián)諧振電路。"LCL串-并聯(lián)諧振電路”意思是包括串聯(lián)的第一電容器和第一電感器，以及包括第二電感器的并聯(lián)負(fù)載引腳的諧振電路。第一電感器和第一電容器優(yōu)選地串聯(lián)連接在諧振電路的兩個輸入端子之間，且諧振電路優(yōu)選地包括并聯(lián)在第一電容器上的負(fù)載引腳，其中， 負(fù)載引腳包括串聯(lián)連接的用于驅(qū)動負(fù)載的輸出以及第二電感器。特別地，LCL諧振電路優(yōu)選地具有輸入端子和輸出端子和第一電感器Ll和電容器Cl，第一電感器Ll從第一輸入端子通過與第二電感器L2的公共點(diǎn)連接到第一輸出端子，第二輸入端子直接連接到第二輸出端子，電容器Cl連接在兩個電感器之間的公共點(diǎn)與輸入和輸出的兩個端子之間的直接連接之間。輸入端子優(yōu)選地被配置為從高頻逆變器驅(qū)動。第一電感器、第一電容器和第二電感器中的任何一個均可以包括單個感性或容性部件或者這種部件的組合。諧振電路優(yōu)選地配置為使得在其諧振頻率之一，功率適配器在給定有效輸入電壓提供恒定電流輸出，并且優(yōu)選地在該諧振頻率或其次諧波、或者足夠接近該諧振頻率或其次諧波驅(qū)動諧振電路，以便功率適配器適合用于恒流負(fù)載，諸如固態(tài)光源。特別地，優(yōu)選地選擇第一和第二電感器，使得第一電感器的電抗L和第二電感器的電抗在大小上基本上相等，并且在大小上與第一電容器的電抗Xa基本上相等。特別地，在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，)(L1 )(L2 _)(C1。當(dāng)選取的部件滿足這些條件時，在給定輸入電壓，傳遞給負(fù)載的電流將會恒定，與連接到功率適配器的負(fù)載無關(guān)。此外，輸入電壓的變化將會直接控制傳遞給負(fù)載的恒定電流的大小。因此，當(dāng)驅(qū)動恒壓負(fù)載(諸如LED)時，在不需要任何前饋或反饋控制的情況下， 傳遞給負(fù)載的功率將會與輸入電壓成正比。其中，LCL串-并聯(lián)諧振電路被配置為提供恒定電流輸出，將LCL串-并聯(lián)諧振電路的電容優(yōu)選地選擇成具有與諧振電路的所需相對較高的輸入電阻Rin以及所需負(fù)載電阻 Rl匹配的電抗Xa。優(yōu)選地使用以下公式選擇第一電容器其中，Xa是第一電容器的電抗。第一電容器的電抗因此優(yōu)選地等于諧振電路的所需輸入電阻Rin以及所需負(fù)載電阻&的乘積的平方根。功率適配器的輸出因此優(yōu)選地被配置為連接到視在阻抗&的負(fù)載，選取第一和第二電感器Li、L2、以及第一電容器Cl的值，使得在至少一個頻率處，Li、L2和Cl的電抗在大小上大致相似，并且在至少一個頻率處，LCL諧振電路將在輸入端子Iiin處所見的視在阻抗變換成大致等于電容器的電抗Xa的平方除以負(fù)載的視在阻抗&。諧振電路電容和電感的該選擇因此提供功率適配器的輸入與輸出之間有效電壓的預(yù)定改變。在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的功率適配器包括用于連接到AC干線供給連接的輸入，且諧振電路提供適合于驅(qū)動固態(tài)光源的輸出。如以上所討論的，諧振電路優(yōu)選地是LCL串-并聯(lián)諧振電路。LCL串-并聯(lián)諧振電路的使用在功率適配器被配置為提供適合于驅(qū)動固態(tài)光源的輸出時特別有益。特別地，LCL串-并聯(lián)諧振電路可以被配置為提供適合于驅(qū)動固態(tài)光源的恒定電流輸出，這不取決于負(fù)載，并不需要任何形式的反饋或復(fù)雜控制。包括LCL串-并聯(lián)諧振電路的功率適配器因此可以相比于現(xiàn)有技術(shù)功率適配器而言，提供功率從干線功率供給向固態(tài)光源更加有效率的傳送，功率適配器較之現(xiàn)有技術(shù)適配器而言可以具有更低的制造成本并且更緊湊。另外，功率適配器的輸出處的功率通常將會隨著輸入功率減少而減少，因而，包括LCL串-并聯(lián)諧振電路的功率適配器適合用于與干線功率供給相關(guān)聯(lián)的傳統(tǒng)功率減少器件。因而，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了用于固態(tài)光源的功率適配器，該功率適配器包括用于連接到干線電力供給的輸入，以及耦合到該輸入、提供適合于驅(qū)動固態(tài)光源的輸出的諧振電路。諧振電路優(yōu)選地倍配置為以給定輸入電壓提供恒定電流輸出。傳遞給輸出的功率因此優(yōu)選地隨著輸入處電壓的變化而變化，而不需要任何控制。特別地，恒定電流的大小優(yōu)選地與輸入電壓成比例。此外，諧振電路優(yōu)選地被配置為在給定輸入電壓提供與負(fù)載無關(guān)的恒定電流輸出。為了實(shí)現(xiàn)這些特性，諧振電路優(yōu)選地被配置為使得其諧振頻率之一提供這些屬性，優(yōu)選地在該諧振頻率處、或者充分接近該諧振頻率地驅(qū)動諧振電路，以便功率適配器適合用于固態(tài)光源。不過，發(fā)現(xiàn)了 通過在諧振頻率的次諧波驅(qū)動諧振電路，可以提高功率適配器的功率因數(shù)和/或效率。最優(yōu)選地，在次諧波ι/χ處驅(qū)動諧振電路，其中，X是奇數(shù)，例如，1/3、 1/5 或 1/7。在諧振頻率的次諧波處驅(qū)動諧振電路具有可以減少諧振驅(qū)動電路的開關(guān)損耗和開關(guān)頻率的優(yōu)點(diǎn)，從而提高功率適配器的效率。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)諧振電路中，在次諧波處驅(qū)動電路將會減少功率。然而，可以將LCL串-并聯(lián)諧振電路配置為如下面更詳細(xì)討論的具有在OHz處其諧振頻率之一，這允許低頻電流穿過負(fù)載。因而，穿過諧振電路的電流以及傳遞給負(fù)載的功率在諧振頻率的次諧波處驅(qū)動電路的情況下基本上不改變。可以將LCL串并聯(lián)電路配置為具有三個諧振頻率，在OHz的第一諧振頻率，即DC 電流，在給定輸入電壓提供與負(fù)載無關(guān)的恒定電流輸出的第二諧振頻率，以及在給定輸入電壓提供隨著負(fù)載而變化的電流的第三諧振頻率。優(yōu)選地通過選擇第一電感器、第二電感器和第一電容器實(shí)現(xiàn)這些諧振頻率，使得這些部件的電抗基本上相等。第三諧振頻率可以被配置為相對于第二諧振頻率而言在輸出處提供顯著更大的功率。功率適配器的控制器因此可以被配置為在不同諧振頻率之間切換，以采用它們的不同特性。例如，功率適配器的控制器可以被配置為在第二與第三諧振頻率之間切換以補(bǔ)償輸入電壓的改變，例如，在230V 與110VAC之間。這種控制進(jìn)一步的實(shí)例包括在關(guān)鍵點(diǎn)在發(fā)光系統(tǒng)中加載TRIAC，并轉(zhuǎn)變功率適配器的功率因數(shù)和/或調(diào)節(jié)。由于輸入處的電壓正弦變化，如上所述配置的LCL串-并聯(lián)諧振電路從輸入引出的電流將會固有地符合方形形狀。然而，功率適配器的控制器可以修改諧振電路從輸入引出的電流的波形。功率適配器因此可以包括控制器，配置為確定諧振電路從輸入引出的電流的波形。特別地，控制器可以被配置為修改諧振電路將會固有地引出的電流的波形，使得從輸入引出的電流的波形與輸入處的電壓的波形在形狀上較相似。特別地，諧振電路引出的電流的波形可以總體上是正弦的，但是具有平坦的峰。優(yōu)選地由向諧振電路提供諧振驅(qū)動信號的諧振驅(qū)動電路驅(qū)動諧振電路。諧振驅(qū)動信號優(yōu)選地是交流信號，并優(yōu)選地由可以控制兩個或四個電子開關(guān)的振蕩器(例如，F(xiàn)ET) 提供。諧振驅(qū)動信號的形式通常為方波。驅(qū)動電路的目的是用交流電壓激勵諧振電路，交流電壓通常包括正負(fù)電壓區(qū)塊。電子開關(guān)通常以全橋逆變器G個開關(guān))或半橋逆變器O 個開關(guān))的形式連接在一起。如以上所討論的，功率適配器可以被配置為修改諧振電路將會固有地引出的電流的波形，特別是修改該波形的形狀和/或尺寸。特別地，可以向諧振電路提供諧振驅(qū)動信號，其中，諧振驅(qū)動信號被配置為確定期望的輸入電流波形。例如，可以按包括但不限于其以下包括組合中任何組合的各種方式配置諧振驅(qū)動信號(i)引入交流驅(qū)動信號的全周期或半周期之間的死區(qū)，( )改變驅(qū)動信號的頻率，以及(iii)錯過(miss)交流驅(qū)動信號的周期。其中，通過錯過交流驅(qū)動信號的周期配置諧振驅(qū)動信號，可以對于每個干線供給周期按不連續(xù)的布置、按單個連續(xù)組、或者按多個連續(xù)組布置這些錯過的周期。在按多個連續(xù)組布置錯過的周期的情況下，每個干線供給周期的連續(xù)組的數(shù)量優(yōu)選地選擇成適合于輸出功率，并因而可以是隨著輸出功率可變的。如下面所討論的，功率適配器可以配置為控制來自固態(tài)光源的光輸出。在該實(shí)施例中，優(yōu)選地例如通過控制器使諧振驅(qū)動信號可變化，以確定來自固態(tài)光源的光輸出。諧振驅(qū)動信號優(yōu)選地還被配置為優(yōu)化功率適配器的功率因數(shù)和/或效率。可替選地，在將功率適配器配置為使得只能通過改變在功率適配器的輸入處可得到的功率來控制來自固態(tài)光源的光輸出情況下，可以預(yù)先確定諧振驅(qū)動信號，優(yōu)選地以優(yōu)化功率適配器的功率因數(shù)和/或效率。如以上所討論的，功率適配器的任何控制器優(yōu)選地配置為控制提供給諧振電路的諧振驅(qū)動信號，以確定諧振電路從輸入引出的電流的波形?？梢酝ㄟ^集成電路(諸如微處理器)、模擬電子電路或者模擬和數(shù)字電子的任何組合提供功率適配器的該控制器。的確， 功率適配器的控制器可以是可以通過很低的成本制造的特定于應(yīng)用的集成電路。在該配置中，驅(qū)動電路的振蕩器也可以形成集成電路的一部分，或者可以是單獨(dú)的電路。驅(qū)動諧振電路處的頻率的確定可以用來校準(zhǔn)功率適配器以提高效率。可替選地， 可以在使用期間改變驅(qū)動諧振電路的頻率，以改變提供給固態(tài)光源的功率?？梢詫⒂糜隍?qū)動固態(tài)光源的輸出與諧振電路隔離，特別是對于用戶將會接近固態(tài)光源和/或相關(guān)聯(lián)電路的應(yīng)用。在該情形中，功率適配器優(yōu)選地包括壓電變壓器以提供該隔1 °諧振電路還可以包括第一電容器與其相連的一對電勢劃分電容器。可替選地，在諧振驅(qū)動電路包含布置成創(chuàng)建兩個開關(guān)引腳(例如，“H電橋”)的四個電子開關(guān)(例如， FET)作為單個倒相器的情況下，可以用單個電容器替換該對電容器。這些電容器優(yōu)選地是 Y電容器。在另一實(shí)施例中，諧振驅(qū)動電路包括連接在LCL串-并聯(lián)諧振電路與地之間的兩個電子開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)，S卩，兩個“低側(cè)”開關(guān)。這兩個低側(cè)開關(guān)優(yōu)選地各自在接通與斷開之間交替變換，第一開關(guān)接通而第二開斷開，反之亦然。該布置在由低壓控制器(諸如集成電路)驅(qū)動開關(guān)的情況下特別有益。在該實(shí)施例中，LCL串-并聯(lián)諧振電路的第一諧振電感器優(yōu)選地包括兩個電感器， 一個連接到第一電容器的一端，另一個連接到第一電容器的另一端。在該布置中，這兩個電感器中之一將會在供電的正半周激活，這兩個電感器中的另一個電感器將會在供電的負(fù)半周激活。在一個實(shí)施例中，圍繞公共芯纏繞這兩個電感器，以使得LCL串-并聯(lián)諧振電路的第一諧振電感器是三端子電感器。功率適配器可以通過輸入處電壓的函數(shù)的形式從輸入引出電流以使得功率適配器顯現(xiàn)為對干線供給的阻性負(fù)載。優(yōu)選地通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)(i)使功率適配器的輸入處的電容最小化，(ii)從輸入引出與輸入處的電壓波形基本上同相的電流波形，和 /或(iii)引出與電壓基本上成比例的電流。這些特征通過去除對干線供給呈現(xiàn)的容性負(fù)載增加功率適配器的效率和功率因數(shù)，并減少從干線供給引出的諧波電流和電流失真。的確，這些特征使得功率適配器和連接的固態(tài)光源對干線供給呈現(xiàn)為傳統(tǒng)燈絲光源?？商孢x地，功率適配器可以通過輸入處電壓的函數(shù)的形式從輸入引出功率，以使得功率適配器對干線供給不顯現(xiàn)為阻性負(fù)載。固態(tài)光源優(yōu)選地是發(fā)光二極管(LED)，或者一系列的兩個或更多個LED。功率適配器優(yōu)選地包括在其輸出處的一個或更多個二極管，例如，二極管電橋，以確保不呈現(xiàn)會損壞固態(tài)光源的反向電流。可以由集成電源向功率適配器的任何控制電路供電。可替選地，可以由到諧振電路的電感器之一的連接(例如，到耦合到該電感器的繞組的連接)向功率適配器的控制電路供電。在功率適配器包括集成電源的情況下，集成電源優(yōu)選地直接從干線功率供給(最優(yōu)選地，經(jīng)由功率適配器的輸入)引出功率。特別地，集成電源優(yōu)選地是優(yōu)選地不引起過量浪涌以及成本低的恒定電流電源，諸如開關(guān)模式恒定電流調(diào)節(jié)器?？刂齐娐穬?yōu)選地用于在干線周期的關(guān)斷時段期間(例如，在功率適配器連接到TRIAC或類似器件時)切斷它自身， 以使得恒定電流器件的功率低，從而效率高。功率適配器優(yōu)選地還包括在去除負(fù)載(例如會由光源的斷開或故障引起)的情況下優(yōu)選地通過去除振蕩驅(qū)動信號禁用諧振電路的差錯檢測電路。差錯檢測電路優(yōu)選地將諧振電路的輸出與控制器相連。該差錯檢測電路是反饋電路，但是它優(yōu)選地在正常工作期間從諧振電路的輸出引出最小的功率，并因而不應(yīng)當(dāng)與調(diào)節(jié)功率輸出的有源反饋電路相混淆。差錯檢測電路只在差錯情況期間激活，并對于在正常使用期間控制輸出功率并非必不可少。功率適配器可以包括用于減少從干線供給引出的諧波電流的其輸入處的濾波器。 濾波器可以包括小型非電解電容器電感器網(wǎng)絡(luò)。功率適配器優(yōu)選地還包括將輸入波形轉(zhuǎn)換為恒定極性中一個極性的其輸入處的整流器。最優(yōu)選地，整流器是反轉(zhuǎn)交流波形的負(fù)(或正)部分的全波整流器。不過，功率適配器沒有必要在LCL串-并聯(lián)諧振電路的輸入處提供穩(wěn)定的DC信號，因而，在LCL串-并聯(lián)諧振電路與功率適配器的輸入之間優(yōu)選地不提供大容量儲存電容器(也已知為儲能電容器或平滑電容器)。因而，功率適配器優(yōu)選地基本上沒有諧振電路與功率適配器的輸入之間的大容量儲存電容。的確，功率適配器優(yōu)選地基本上沒有電解電容器。這使得對于固態(tài)發(fā)光系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)功率適配器而言在成本和尺寸減少的情況下將電源設(shè)計(jì)得電抗最小，浪涌電流最小，并且壽命長?？梢栽诠β蔬m配器的輸出處提供大容量儲存電容器，但是這對于具有傳統(tǒng)固態(tài)光源的功率適配器的運(yùn)行并非必不可少。根據(jù)本發(fā)明的功率適配器優(yōu)選地適合用于采用任何功率減少器件的發(fā)光系統(tǒng)中， 以確定功率適配器的輸入處可得到的功率。特別地，功率減少器件可以是可變電阻器，如， 調(diào)壓器或者變阻器。功率適配器也可以被配置為在包括采用SCR相位控制或可控硅的調(diào)光器控制的發(fā)光系統(tǒng)中運(yùn)行以減少功率適配器的輸入處可得到的功率。在該情形中，然而，功率適配器可以用于在關(guān)斷發(fā)光單元以前從干線供給引出最少的電流以在全干線周期期間保持SCR穩(wěn)定，以確保調(diào)光器控制的連續(xù)運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的功率適配器進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是例如由功率適配器的控制器對輸入處電壓的監(jiān)控沒有必要。因而，根據(jù)本發(fā)明的功率適配器可以沒有用于監(jiān)控輸入處電壓的任何部件，特別地，功率適配器可以用于使得控制器不從輸入接收信號。功率適配器可以包括能夠向諧振電路傳遞控制信號以便減少從輸入引出的功率的控制器。然而，在其它實(shí)施例中，功率適配器不包括具有這種特征的控制器。特別地，功率適配器可以用于使得只能通過改變功率適配器的輸入處可得到的功率來控制來自固態(tài)
10光源的光輸出。特別地，可以使用與干線供給相關(guān)聯(lián)的外部器件(如，外部功率減少器件) 使功率適配器的輸入處可得到的功率變化。該實(shí)施例特別適合用于包括積分功率適配器的發(fā)光單元，其將會適合于結(jié)合到傳統(tǒng)發(fā)光電路中。為了使功率適配器的效率最大化，功率適配器優(yōu)選地用于將除了不可避免的損耗之外，輸入處可得到的所有功率傳送給功率適配器的輸出。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了發(fā)光系統(tǒng)，包括如上所述的功率適配器以及包括至少一個固態(tài)光源的發(fā)光單元。通常將會為發(fā)光單元提供多個固態(tài)光源。為了取得光輸出的不同顏色，發(fā)光單元可以包括發(fā)出不同顏色光的固態(tài)光源，例如，發(fā)出紅色、綠色和藍(lán)色光的LED。此外，發(fā)光單元還可以包括琥珀色、青色和白色的LED以使顯色指數(shù)升高。功率適配器和發(fā)光單元可以具有共同的殼體，或者可以單獨(dú)容納。的確，功率適配器可以用于向多個發(fā)光單元提供功率，每個發(fā)光單元包括多個固態(tài)光源。此外，發(fā)光系統(tǒng)可以包括多個這種功率適配器。發(fā)光系統(tǒng)還可以包括功率減少器件，如，采用SCR相位控制的調(diào)光器控制、變阻器或可變電阻器。根據(jù)本發(fā)明的功率適配器特別適合用于包括積分功率適配器的發(fā)光單元，其將會適合于結(jié)合到傳統(tǒng)發(fā)光電路中。因而，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了適合于向干線供給直接連接的發(fā)光單元，發(fā)光單元包括如上所述的功率適配器以及一個或更多個固態(tài)光源， 其中，能夠通過改變使功率適配器的輸入處可得到的功率來控制來自一個或更多個固態(tài)光源的光輸出。為了使功率適配器的效率最大化，功率適配器優(yōu)選地用于將除了不可避免的損耗之外，輸入處可得到的所有功率傳送給功率適配器的輸出。發(fā)光單元優(yōu)選地包括用于容納功率適配器和一個或更多個固態(tài)光源的殼體，以及用于將功率適配器的輸入連接到干線供給的連接器。連接器優(yōu)選地用于連接到傳統(tǒng)燈絲燈泡的配件。特別地，發(fā)光單元可以包括卡口或螺紋連接器。在一個實(shí)施例中，只能通過改變功率適配器的輸入處可得到的功率來控制來自一個或更多個固態(tài)光源的光輸出。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了電子阻抗匹配電路，其引入有具有輸入端子和輸出端子的LCL諧振電路，該LCL諧振電路具有第一電感器Ll和電容器Cl，第一電感器 Ll從第一輸入端子通過與第二電感器L2的公共點(diǎn)連接到第一輸出端子，第二輸入端子直接連接到第二輸出端子，電容器Cl連接在兩個電感器之間的公共點(diǎn)與輸出和輸入的兩個端子之間的直接連接之間，從高頻逆變器驅(qū)動輸入端子，輸出端子連接到視在阻抗RL的負(fù)載，選取部件L1、L2和Cl的值以使得在至少一個頻率處，L1、L2和Cl的電抗在大小上大致相似，以及在至少一個頻率處，LCL諧振電路將在輸入端子處所見的視在阻抗變換成大致等于電容器的電抗的平方除以負(fù)載的視在阻抗RL。高頻逆變器的工作頻率優(yōu)選地接近Li、L2和Cl的電抗大致相似時的頻率。電子阻抗匹配電路優(yōu)選地被配置為在基本上低于輸入供電電壓的電壓需求的情況下驅(qū)動一個或更多個LED。然而，可替選地，電子阻抗匹配電路可以被配置為在基本上低于輸入供電電壓的電壓需求的情況下對電池充電，或者可以被配置為通過動態(tài)地匹配變化的視在負(fù)載阻抗與供電電壓以多于一個速度驅(qū)動電動機(jī)。現(xiàn)在將參照附圖，僅通過示例的方式，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中


圖1是根據(jù)本發(fā)明的功率適配器的示意圖；圖2是形成圖1的功率適配器的一部分的包括諧振控制器和諧振驅(qū)動電路的諧振電路的示意圖；圖3是包括替選諧振驅(qū)動電路的圖2的諧振電路的示意圖；圖4是圖2中示出的電路的第二替選的示意圖；圖5是圖2中示出的電路的第三替選的示意圖；圖6是圖2中示出的電路的第四替選的示意圖；圖7是圖2中示出的電路的第五替選的示意圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光系統(tǒng)的示意圖。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的功率適配器20。功率適配器20包括用于從干線電路引出功率的輸入22，以及用于向固態(tài)發(fā)光單元50的三個LED 60a、60b、60c提供功率的輸出24。 功率適配器20包括輸入22處的濾波和整流電路30，使得將從干線電路弓丨出的AC電壓波形作為全波整流波形(DC+)提供給功率適配器電路的其余部分。功率適配器20還包括低功率輔助電源32，以及包括諧振控制器40和諧振驅(qū)動電路42的諧振電路34，下面將參照圖2更詳細(xì)地描述它們。低功率輔助電源32提供用于向諧振驅(qū)動電路42和諧振控制器40的集成電路供電的低功率DC輸出(+V)。這提供了向功率適配器集成電路的穩(wěn)定供電以確保這些電路的穩(wěn)定運(yùn)行。注意在其它實(shí)施例中，通過連接到耦合到諧振電路的電感器之一的額外繞組向功率適配器的集成電路供電，因而，略去輔助電源32。圖2中示出包括諧振控制器40和諧振驅(qū)動電路42的諧振電路34。諧振控制器 40包括控制電路，并被配置為控制諧振驅(qū)動電路42。特別地，諧振控制器40具有用于向諧振驅(qū)動電路42提供控制信號的輸出，諧振驅(qū)動電路42確定由諧振電路34從輸入引出的電流的形式。注意在其它實(shí)施例中，諧振驅(qū)動電路42是自振蕩的，完全略去控制電路。諧振電路34的形式為LCL串-并聯(lián)諧振電路(L1、C1和L2)。諧振驅(qū)動電路42被配置為以方波驅(qū)動信號驅(qū)動LCL串-并聯(lián)諧振電路。該方波信號由連接到諧振電路第一端的兩個電子開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)和關(guān)聯(lián)的驅(qū)動電路44生成。諧振控制器40控制該FET。使用二極管電橋?qū)χC振電路34的輸出進(jìn)行整流，然后由整流器的輸出處的電容器(⑶)進(jìn)行平滑，以形成適合于驅(qū)動LED 60a、60b、60c的輸出。電容器C2和C3創(chuàng)建諧振電路第二端的連接點(diǎn)，基本上在DC+與OV之間電壓的中間?？商孢x地，如圖3中所示，諧振驅(qū)動電路42包含布置以創(chuàng)建兩個開關(guān)引腳(在“H 電橋”中)的四個電子開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)，作為單相逆變器。在該實(shí)施例中，用連接在DC+與 OV之間的單個電容器(C2)替換了電容器C2和C3。由于需要少量電容在開關(guān)瞬態(tài)期間保護(hù)開關(guān)免受過壓損壞，電路不能在DC電源上沒有電容的情況下工作。配置LCL串-并聯(lián)諧振電路，使得在選擇的頻率處，Ll的電抗(Xu)、C1的電抗(Xci) 和L2的電抗(\2)基本上相等。在該配置中，LCL串-并聯(lián)諧振電路具有兩個非零諧振頻率。電抗相等的頻率將會是兩個非零諧振頻率之一。當(dāng)在該頻率驅(qū)動諧振電路時，諧振電路向輸出、以及因而向LED 60a、60b、60c提供恒定電流，而不論負(fù)載如何。恒定電流的大小與輸入電壓成比例。該諧振頻率是ω1=+1/√LSCP諧振控制器40和諧振驅(qū)動電路42因此被配置為接近該諧振頻率ω 激勵LCL 串-并聯(lián)諧振電路。作為接近諧振頻率驅(qū)動諧振電路的結(jié)果，減少了電子開關(guān)中的開關(guān)損耗，因而，提高了電路的效率。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)包括傳導(dǎo)和輻射電磁干擾的減少，并且因而必要濾波和屏蔽部件花費(fèi)的減少。LCL串-并聯(lián)諧振電路的該配置的正常特性是引出與輸入電壓直接有關(guān)的功率。 在沒有任何控制的情況下，隨著輸入22處電壓正弦變化，從輸入22引出的AC電流將會符合方形形狀。然而，可以使用開關(guān)的頻率和/或接通時間調(diào)制減少每個過零附近從輸入22 引出的功率，并因此改進(jìn)輸入電流諧波。另外，整流器的輸出上的可選電容器(⑶)平滑傳遞給LED的功率，使得光輸出將會包含較少的波動。優(yōu)選地提供這樣的差錯檢測電路包括通過電阻器Rl在諧振控制器40的PIC上的禁用引腳與LCL串-并聯(lián)諧振電路的輸出之間的連接，以及通過電阻器R2與OV的連接。 差錯檢測電路引出最小的功率。然而，在LED 60a、60b、60c停止導(dǎo)通的情況下，相關(guān)聯(lián)的差錯檢測電路迅速檢測諧振電路的輸出處電壓的升高，并使得諧振控制器40切斷它向諧振驅(qū)動電路42的輸出，并因而使得從諧振電路34中去除驅(qū)動信號。在圖2中，示出的差錯檢測電路連接在L2與二極管電橋之間。然而，請注意此電路也可以連接在輸出24的正端子與二極管電橋的正端之間。可以隨著輸入干線供電電壓的變化使傳遞給LED 60a、60b、60c的功率的量變化， 這使得它適合用于功率減少器件10。圖4示出圖2中示出的電路進(jìn)一步的替選，其中，略去了諧振控制器40。在該實(shí)施例中，諧振驅(qū)動電路42僅包括連接到諧振電路第一端的兩個電子開關(guān)(例如，F(xiàn)ET)，以及相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動電路44 (能夠向電子開關(guān)提供合適驅(qū)動信號的任何形式的模擬或數(shù)字電路)。 此外，該實(shí)施例不包括整流器的輸出處的任何電容器(圖2和圖3的C5)，或者任何差錯檢測電路(圖2和圖3中的Rl和R2)。以上結(jié)合圖1-圖4描述的功率適配器各自被配置為連接到高壓電源(例如，頻率 50或60Hz的IlOV或230V AC)，并提供適合于驅(qū)動低壓負(fù)載(諸如固態(tài)光源)的輸出(例如10-20V)。特別地，每個功率適配器的LCL串-并聯(lián)諧振電路被配置為在對磁性傳感器沒有任何需要的情況下提供相對于電源而言電壓顯著減小且電流顯著增加的輸出。結(jié)合圖1-圖4描述的功率適配器的LCL串-并聯(lián)諧振電路各自的第一端子和第二端子連接到具有四個開關(guān)器件的全橋逆變器或者具有兩個開關(guān)器件和分壓電容器的半橋逆變器。第一電感器Ll以及第一電容器Cl從第一端子串聯(lián)到第二端子。電路的負(fù)載引腳與第一電容器Cl并聯(lián)連接，負(fù)載引腳包括與整流部件串聯(lián)的第二電感器L2，以在諧振電路中的電流以高頻交替變換的同時向負(fù)載提供單向電流。在這種電路中，第一電容器Cl上的電壓確定通過負(fù)載引腳驅(qū)動的電流。將會因此預(yù)期到如果第一電感器Ll的電抗增加，則該部件上將會下降較大的電壓，且負(fù)載引腳上的電壓將會與需要的較低電壓更接近地匹配。已發(fā)現(xiàn)并非如此，但是可以選取諧振部件Li、L2和Cl的值，使得負(fù)載引腳中的電流顯著高于第一電感器Ll中的電流。
通過下式給出在任何頻率該電路的負(fù)載引腳中的電流
權(quán)利要求
1.一種功率適配器，包括用于連接到AC電源的輸入，以及耦合到所述輸入、提供適合于驅(qū)動負(fù)載的輸出的諧振電路，其中，選擇所述諧振電路的電容和電感，以在所述功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定改變以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定改變。
2.如權(quán)利要求1所述的功率適配器，其中，選擇所述諧振電路的電容和電感，以在所述功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定減小以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定增加。
3.如權(quán)利要求1所述的功率適配器，其中，選擇所述諧振電路的電容和電感，以在功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的預(yù)定增加以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定減小。
4.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，選擇所述諧振電路的電容和電感， 以提供所述功率適配器的輸入處的有效電壓與所述功率適配器的輸出處的有效電壓之間的預(yù)定比率，以及所述功率適配器的輸入處的有效電流與所述功率適配器的輸出處的有效電流之間的預(yù)定比率。
5.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，在沒有來自磁變壓器的協(xié)助的情況下，實(shí)現(xiàn)所述功率適配器的輸入與輸出之間的有效電壓和有效電流的預(yù)定改變。
6.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，在沒有來自變壓器的協(xié)助的情況下，實(shí)現(xiàn)所述功率適配器的輸入與輸出之間的有效電壓和有效電流的預(yù)定改變。
7.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述功率適配器被提供有將所述功率適配器的所述輸出與所述輸入隔離的壓電變壓器。
8.如權(quán)利要求7所述的功率適配器，其中，所述壓電變壓器在所述功率適配器的輸入與輸出之間提供有效電壓的進(jìn)一步預(yù)定改變，以及有效電流的進(jìn)一步預(yù)定改變。
9.如權(quán)利要求7或8所述的功率適配器，其中，所述功率適配器的所述壓電變壓器被布置為提供所述諧振電路的電容的至少一部分。
10.如權(quán)利要求9所述的功率適配器，其中，所述壓電變壓器提供所述諧振電路的全部電容。
11.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述輸出適合于驅(qū)動恒流負(fù)載。
12.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述諧振電路被配置為提供具有基本上恒定的電壓的輸出，所述基本上恒定的電壓是針對所述AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的。
13.如權(quán)利要求12所述的功率適配器，其中，所述諧振電路被優(yōu)選地配置為提升(即升高)或者減低(即降低)在所述功率適配器的輸入處接收的實(shí)際電壓，以在輸入AC周期的大部分時間提供基本上恒定的電壓，所述基本上恒定的電壓是針對所述AC電源的特定有效電壓預(yù)先確定的。
14.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述功率適配器適合于驅(qū)動固定負(fù)載。
15.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述功率適配器用于驅(qū)動固定負(fù)載和可變負(fù)載。
16.如權(quán)利要求15所述的功率適配器，其中，所述功率適配器被配置為在所述功率適配器提供的輸出不足以驅(qū)動負(fù)載時關(guān)斷所述輸出，然后在所述功率適配器提供的輸出足以驅(qū)動負(fù)載時接通所述輸出。
17.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述諧振電路是LCL串-并聯(lián)諧振電路。
18.如權(quán)利要求17所述的功率適配器，其中，所述諧振電路被配置為使得在其諧振頻率之一處，所述功率適配器以給定有效輸入電壓提供恒定電流輸出，并且在該諧振頻率或其次諧波、或者充分接近該諧振頻率或其次諧波地驅(qū)動所述諧振電路，以便所述功率適配器適合用于恒流負(fù)載。
19.如權(quán)利要求18所述的功率適配器，其中，所述恒流負(fù)載是固態(tài)光源。
20.如權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的功率適配器，其中，選擇第一和第二電感器，使得所述第一電感器的電抗L和所述第二電感器的電抗L在大小上基本相等，并且在大小上均與第一電容器的電抗L基本相等。
21.如權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的功率適配器，其中，將LCL串-并聯(lián)諧振電路的電容選擇成具有與所述諧振電路的所需輸入電阻Rin以及所需負(fù)載電阻&匹配的電抗Χα。
22.如權(quán)利要求21所述的功率適配器，其中，所述電容被選擇為具有等于所述諧振電路的所需輸入電阻Rin以及所需負(fù)載電阻&的乘積的平方根的電抗。
23.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述功率適配器包括用于連接到干線AC電源的輸入，且所述諧振電路提供適合于驅(qū)動固態(tài)光源的輸出。
24.如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，其中，所述諧振電路被配置為提供具有相對于通過諧振電感器的電流增加或減小的電流的輸出，使得所述輸出具有相對于電源的有效電壓相應(yīng)地減小或增加的有效電壓。
25.如權(quán)利要求M所述的功率適配器，其中，所述輸出的電流相對于通過所述第一諧振電感器的電流增加到至少2倍或至少減小到1/2倍。
26.如權(quán)利要求M所述的功率適配器，其中，所述輸出的電流相對于通過所述諧振電感器的電流增加到至少5倍或至少減小到1/5倍。
27.一種發(fā)光系統(tǒng)，包括如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器，以及包括至少一個固態(tài)光源的發(fā)光單元。
28.如權(quán)利要求27所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中，發(fā)光單元設(shè)有多個固態(tài)光源。
29.一種適合于直接連接到干線供給的發(fā)光單元，所述發(fā)光單元包括如任一項(xiàng)在前權(quán)利要求所述的功率適配器以及固態(tài)光源，其中，從所述固態(tài)光源輸出的光只能夠通過改變在所述功率適配器的輸入處可得到的功率來控制。
30.如權(quán)利要求四所述的發(fā)光單元，其中，所述功率適配器被配置為除不可避免的損耗之外，將在所述輸入處可得到的所有功率傳送到所述功率適配器的輸出。
31.如權(quán)利要求四或30所述的發(fā)光單元，其中，所述發(fā)光單元包括用于容納所述功率適配器和所述固態(tài)光源的殼體，以及用于將所述功率適配器的輸入連接到所述干線供給的連接器。
32.如權(quán)利要求31所述的發(fā)光單元，其中，所述連接器被配置為連接到用于傳統(tǒng)燈絲燈泡的配件。
33.一種電子阻抗匹配電路，引入有具有輸入端子和輸出端子的LCL諧振電路，所述 LCL諧振電路具有第一電感器Ll和電容器Cl，第一電感器Ll從第一輸入端子通過與第二電感器L2的公共點(diǎn)連接到第一輸出端子，第二輸入端子直接連接到第二輸出端子，且電容器Cl連接在兩個電感器之間的公共點(diǎn)與輸入和輸出的第二端子之間的直接連接之間，從高頻逆變器驅(qū)動各輸入端子，各輸出端子被連接到視在阻抗RL的負(fù)載，選擇部件Li、L2和 Cl的值，使得在至少一個頻率，Li、L2和Cl的電抗在大小上大致相似，并且在至少一個頻率，LCL諧振電路將在各輸入端子處所見的視在阻抗變換成大致等于所述電容器的電抗的平方除以負(fù)載的視在阻抗RL。
34.如權(quán)利要求33所述的電子阻抗匹配電路，其中，所述高頻逆變器的工作頻率接近 Li、L2和Cl的電抗大致相似時的頻率。
全文摘要
提供了一種功率適配器(20)，包括用于連接到AC電源的輸入(22)，以及耦合到該輸入(22)、提供適合于驅(qū)動負(fù)載(50)的輸出的諧振電路(34)。選擇諧振電路(34)的電容和電感，以在功率適配器(20)的輸入(22)與輸出(24)之間提供有效電壓的預(yù)定改變以及有效電流的相應(yīng)預(yù)定改變。
文檔編號H02M7/538GK102439837SQ200980150153
公開日2012年5月2日 申請日期2009年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者大衛(wèi)·薩默蘭德, 查爾斯·波洛克, 海倫·波洛克 申請人:霍爾迪普有限公司