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用于照明裝置電源中的高頻隔離變壓器的電荷泵效應補償?shù)闹谱鞣椒?

文檔序號：11935734閱讀：480來源：國知局

導航： X技術> 最新專利>發(fā)電;變電;配電裝置的制造技術

用于照明裝置電源中的高頻隔離變壓器的電荷泵效應補償?shù)闹谱鞣椒? /><br/><p>本發(fā)明總體上涉及用于照明裝置(例如，發(fā)光二極管(LED)照明裝置)的電源和其他開關模式電源，其中輸入通過高頻隔離變壓器與輸出隔離。更具體地，本文公開的各種發(fā)明方法和設備涉及用于照明裝置(例如，LED照明裝置)的電源和其他開關模式電源中的高頻隔離變壓器的電荷泵效應補償?shù)难b置和方法。</p><p><br/><br/><b>背景技術：</b><br/></p><p>出于安全考慮，在用于LED照明裝置的許多或大多數(shù)電源和其他開關模式電源中，輸入通過高頻隔離變壓器與輸出隔離。該隔離變壓器在其初級側(cè)接收高頻(例如40-100kHz)AC電功率，例如由逆變器產(chǎn)生的AC電功率，并且將AC電功率輸出到其次級側(cè)的整流器。通過提供跨整流器的輸出的濾波電容器或平滑電容器，獲得來自整流器的低紋波直流輸出。</p><p>在隔離變壓器的初級繞組和次級繞組之間存在雜散電容。該雜散電容以取決于隔離變壓器結(jié)構(gòu)(例如，隔離變壓器如何被纏繞)的方式分布。</p><p>在一些情況下，該雜散電容能夠產(chǎn)生電荷泵效應，這種效應導致當整流器的輸出無負載或輕負載時整流器的輸出電壓的不期望的增加。</p><p>由這種電荷泵效應引起的這種高輸出電壓可能違反電源的最大輸出電壓規(guī)范。此外，當隔離變壓器的其中一個繞組(初級繞組、次級繞組或其他輔助繞組)用于感測輸出電壓時，感測到的峰值電壓將不再與實際輸出電壓成比例，因為次級繞組兩端的電壓由于電荷泵效應而小于輸出電壓。</p><p>對這個問題的傳統(tǒng)解決方案是在輸出端(即，整流器的輸出端)使用假負載(dummy load)，該假負載足夠大，使得由電荷泵電流引起的該假負載上的電壓降小于所需的無負載(開路)輸出電壓。然而，這種方法導致大量浪費的功率耗散，并且可以對假負載施加相當大的熱應力。</p><p>因此，本領域需要提供對用于照明裝置(例如，LED照明裝置)的電源或其他開關模式電源的輸出端上的輸出電壓的增加(這是由于隔離變壓器的寄生電容的電荷泵效應而導致的)的補償。</p><p><br/><br/><b>技術實現(xiàn)要素：</b><br/></p><p>本公開涉及一種用于補償用于照明裝置(例如，LED照明裝置)的電源或其他開關模式電源的輸出端上的輸出電壓的增加(這是由于隔離變壓器的寄生電容的電荷泵效應而導致的)的本發(fā)明的方法和裝置。</p><p>通常，在一個方面，一種用于向發(fā)光二極管(LED)負載供電的設備包括：隔離變壓器、整流器、以及第一電容器和第二電容器。隔離變壓器具有被配置為接收AC電功率的一對輸入端子，并且還具有一對輸出端子，并且隔離變壓器在其初級側(cè)的輸入端子與其次級側(cè)的輸出端子之間提供DC隔離。整流器具有一對輸入端子和一對輸出端子。整流器的輸入端子連接到隔離變壓器的輸出端子，并且整流器的輸出端子連接在LED負載兩端。整流器包括：第一二極管，其從整流器的輸入端子中的第一輸入端子連接到整流器的輸出端子中的第一輸出端子；第二二極管，其從整流器的輸入端子中的第二輸入端子連接到整流器的輸出端子中的第一輸出端子；第三二極管，其從整流器的輸出端子中的第二輸出端子連接到整流器的輸入端子中的第一輸入端子；以及第四二極管，其從整流器的輸出端子中的第二輸出端子連接到整流器的輸入端子中的第二輸入端子。第一電容器的第一電容與第二電容器的第二電容大致相同，并且第一電容器跨接在第一二極管兩端，且第二電容器跨接在第二二極管兩端，或者，第一電容器跨接在第三二極管兩端，且第二電容器跨接在第四二極管兩端。</p><p>一般而言，在另一方面，一種用于向LED負載供電的設備包括：隔離變壓器、整流器和補償電容器。隔離變壓器具有被配置為接收AC電功率的一對輸入端子，并且還具有一對輸出端子。隔離變壓器在其初級側(cè)的輸入端子和其次級側(cè)的輸出端子之間提供DC隔離。隔離變壓器在其其中一個輸入端子與其其中一個輸出端子之間具有寄生電容。整流器具有一對輸入端子和一對輸出端子。整流器的輸入端子連接到隔離變壓器的輸出端子，并且整流器的輸出端子連接在LED負載兩端。整流器包括以二極管橋連接的多個二極管。補償電容器連接在二極管橋的其中一個二極管的兩端，并且補償電容器的電容大約與寄生電容相同。</p><p>一般來說，在又一方面，一種用于向輸出端供電的設備包括隔離變壓器和整流器。隔離變壓器在其其中一個輸入端子與其其中一個輸出端子之間具有寄生電容。整流器具有一對輸入端子和一對輸出端子。整流器的輸入端子連接到隔離變壓器的輸出端子，整流器的輸出端子跨接在該設備的輸出端上。整流器包括以橋的形式連接的多個二極管。該設備還包括補償裝置，該補償裝置用于補償由于寄生電容的電荷泵效應而導致的設備的輸出端上的輸出電壓的增加。補償裝置包括跨接在橋的其中一個二極管上的至少一個補償電容器。</p><p>如此處出于本公開的目的所使用的，術語“LED”應當被理解為包括能夠響應于電信號而產(chǎn)生輻射的任何電致發(fā)光二極管或其他類型的基于載流子注入/結(jié)的系統(tǒng)。因此，術語LED包括但不限于響應于電流而發(fā)光的各種基于半導體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光聚合物、有機發(fā)光二極管(OLED)、電致發(fā)光帶等。特別地，術語LED是指所有類型的發(fā)光二極管(包括半導體和有機發(fā)光二極管)，其可以被配置為產(chǎn)生紅外光譜、紫外光譜和可見光譜(通常包括從約400納米至約700納米的輻射波長)的各種部分中的一個或多個的輻射。LED的一些示例包括但不限于各種類型的紅外LED、紫外LED、紅光LED、藍光LED、綠光LED、黃光LED、琥珀色光LED、橙光LED和白光LED(下面進一步討論)。還應當理解，LED可以被配置和/或控制為產(chǎn)生具有對于給定光譜(例如，窄帶寬、寬帶寬)的各種帶寬(例如，半高全寬或FWHM)以及在給定的一般顏色分類內(nèi)的各種主波長的輻射。</p><p>例如，被配置為基本上產(chǎn)生白光的LED的一個實施方式(例如，白光LED)可以包括分別發(fā)射電致發(fā)光的不同光譜的多個裸片，這些光譜組合地混合以形成基本上白色的光。在另一實施方式中，白光LED可以與將具有第一光譜的電致發(fā)光轉(zhuǎn)換為不同的第二光譜的磷光體材料相關聯(lián)。在該實施方式的一個示例中，具有相對短的波長和窄帶寬光譜的電致發(fā)光“泵浦”磷光體材料，磷光體材料則又輻射具有稍寬的光譜的更長波長的輻射。</p><p>還應當理解，術語LED不限制LED的物理和/或電氣封裝類型。例如，如上所述，LED可以指具有被配置為分別發(fā)射輻射的不同光譜的多個裸片(例如，可以是單獨可控或不是單獨可控的)的單個發(fā)光裝置。此外，LED可以與被認為是LED(例如，一些類型的白光LED)的整體部分的磷光體相關聯(lián)。通常，術語LED可以指封裝的LED、未封裝的LED、表面安裝的LED、板上芯片式LED、T封裝安裝的LED、徑向封裝的LED、功率封裝的LED、包括某種類型的封套和/或光學元件(例如，漫射透鏡)等的LED。</p><p>術語“光源”應當理解為指各種輻射源中的任何一種或多種，包括但不限于：基于LED的源(包括如上定義的一個或多個LED)、白熾光源(例如，白熾燈、鹵素燈)、熒光源、磷光源、高強度放電源(例如鈉蒸氣、汞蒸氣和金屬鹵化物燈)、激光器、其他類型的電致發(fā)光源、熱發(fā)光源(例如火焰)、燭光源(例如氣體罩、碳弧輻射源)、光致發(fā)光源(例如氣體放電源)、使用電子飽和的陰極發(fā)光源、電致發(fā)光源、晶體發(fā)光源、運動發(fā)光源、熱致發(fā)光源、摩擦發(fā)光源、聲致發(fā)光源、放射性發(fā)光源和發(fā)光聚合物。</p><p>給定光源可以被配置為產(chǎn)生可見光譜內(nèi)、可見光譜外或這兩者的組合的電磁輻射。因此，術語“光”和“輻射”在本文中可互換地使用。另外，光源可包括一個或多個濾光器(例如，濾色器)、透鏡或其他光學部件作為整體部件。此外，應當理解，光源可以被配置用于各種應用，包括但不限于指示、顯示和/或照明。“照明源”是特別地被配置為產(chǎn)生具有足夠強度的輻射以有效地照亮內(nèi)部或外部空間的光源。在這種情況下，“足夠強度”是指在空間或環(huán)境中產(chǎn)生的可見光譜中的足夠的輻射功率(單位“流明”通常用于在輻射功率或“光通量”方面表示在所有方向上的來自光源的總的光輸出)以提供環(huán)境照明(即，可被間接感知并且可以例如在被全部或部分感知之前從各種中間表面中的一個或多個反射的光)。</p><p>術語“光譜”應當被理解為指由一個或多個光源產(chǎn)生的輻射的任何一個或多個頻率(或波長)。因此，術語“光譜”不僅指在可見光范圍內(nèi)的頻率(或波長)，而且還指在紅外、紫外和整個電磁譜的其他范圍內(nèi)的頻率(或波長)。此外，給定光譜可以具有相對窄的帶寬(例如，具有基本上較少的頻率或波長分量的FWHM)或相對寬的帶寬(具有各種相對強度的幾個頻率或波長分量)。還應當理解，給定光譜可以是兩個或更多個其他光譜的混合的結(jié)果(例如，混合分別從多個光源發(fā)射的輻射)。</p><p>對于本公開的目的，術語“顏色”與術語“光譜”可互換地使用。然而，術語“顏色”通常主要用于指能夠由觀察者感知的輻射的性質(zhì)(但此用法并不旨在限制該術語的范圍)。因此，術語“不同顏色”隱含地指具有不同波長分量和/或帶寬的多個光譜。還應當理解，術語“顏色”可以結(jié)合白色光(白光)和非白色光(非白光)兩者來使用。</p><p>術語“色溫”在本文中通常與白色光結(jié)合使用，但是這種用法不旨在限制該術語的范圍。色溫基本上是指白光的特定顏色含量或陰影(例如，淺紅、淺藍)。給定輻射樣品的色溫通常根據(jù)輻射與所討論的輻射樣品基本相同的光譜的黑體輻射體的開氏溫度(K)來表征。黑體輻射體色溫通常落入從大約700K度(通常被認為是首先對人眼可見的)到超過10,000K度的范圍內(nèi)；白光通常在高于1500-2000K度的色溫下被感知。</p><p>較低的色溫通常指示具有更顯著的紅色分量或“更暖的感覺”的白光，而較高的色溫通常指示具有更顯著的藍色分量或“更冷的感覺”的白光。例如，火具有約1,800K度的色溫，常規(guī)白熾燈泡具有約2848K度的色溫，清晨日光具有約3,000K度的色溫，而陰天中午天空具有約10,000K度的色溫。在色溫為約3000K度的白光下觀察的彩色圖像具有相對淺紅的色調(diào)，而在色溫為約10,000K度的白光下觀察的相同顏色的圖像具有相對淺藍的色調(diào)。</p><p>術語“照明器材”在本文中用于指特定形狀因子的一個或多個照明單元、組件或封裝的實現(xiàn)或布置。術語“照明單元”在本文中用于指包括相同或不同類型的一個或多個光源的設備。給定的照明單元可以具有用于光源、外殼/殼體布置和形狀和/或電氣和機械連接構(gòu)型的各種安裝布置中的任何一種。另外，給定的照明單元可選地可以與涉及光源的操作的各種其他部件(例如，控制電路)相關聯(lián)(例如包括：與其耦合和/或與其封裝在一起)?！盎贚ED的照明單元”是指單獨地或與其他非基于LED的光源組合地包括一個或多個如上所述的基于LED的光源的照明單元。“多通道”照明單元是指包括被配置為分別產(chǎn)生不同輻射光譜的至少兩個光源的基于LED或非基于LED的照明單元，其中每個不同的源光譜可以被稱為多通道照明單元的“通道”。</p><p>術語“控制器”在本文中一般用于描述與一個或多個光源的操作有關的各種設備?？刂破骺梢砸远喾N方式實現(xiàn)(例如，利用專用硬件來實現(xiàn))以執(zhí)行本文所討論的各種功能?！疤幚砥鳌笔遣捎靡粋€或多個微處理器的控制器的一個示例，所述微處理器可以使用軟件(例如，微代碼)來編程以執(zhí)行本文所討論的各種功能。控制器可以在采用或不采用處理器的情況下實現(xiàn)，并且還可以實現(xiàn)為用于執(zhí)行一些功能的專用硬件與用于執(zhí)行其他功能的處理器(例如，一個或多個編程的微處理器和相關聯(lián)的電路)的組合?？梢栽诒竟_的各種實施例中采用的控制器組件的示例包括但不限于常規(guī)微處理器、專用集成電路(ASIC)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。</p><p>在各種實施方式中，處理器或控制器可以與一個或多個存儲介質(zhì)(這里統(tǒng)稱為“存儲器”，例如易失性和非易失性計算機存儲器，例如RAM、PROM、EPROM和EEPROM，軟盤，壓縮盤，光盤，磁帶等)相關聯(lián)。在一些實現(xiàn)中，存儲介質(zhì)可以用一個或多個程序編碼，所述編碼當在一個或多個處理器和/或控制器上執(zhí)行時，執(zhí)行本文所討論的功能中的至少一些。各種存儲介質(zhì)可以固定在處理器或控制器內(nèi)，或者可以是可傳輸?shù)?，使得存儲在其上的所述一個或多個程序可以被加載到處理器或控制器中，以便實現(xiàn)本文所討論的本發(fā)明的各個方面。在本文中，術語“程序”或“計算機程序”在一般意義上用于指可以用來對一個或多個處理器或控制器進行編程的任何類型的計算機代碼(例如，軟件或微代碼)。</p><p>本文所用的術語“約”是指在標稱值的+/-25％內(nèi)。更具體地，當兩個值被稱為大約相同時，應當理解為意指它們在彼此的+/-25％內(nèi)。類似地，當?shù)谝恢当环Q為與第二值“大約相同”時，其意指第一值在第二值的+/-25％內(nèi)。</p><p>本文所使用的術語“大致”是指在標稱值的+/-10％內(nèi)。更具體地，當兩個值被稱為大致相同時，應當理解為意指它們在彼此的10％內(nèi)。類似地，當?shù)谝恢当环Q為與第二值“大致相同”時，其意指第一值在第二值的+/-10％內(nèi)。</p><p>應當理解，以下更詳細地討論的前述概念和附加概念的所有組合(只要這些概念不相互矛盾)被認為是本文所公開的發(fā)明主題的一部分。具體地，出現(xiàn)在本公開的結(jié)尾處的要求保護的主題的所有組合被認為是本文所公開的發(fā)明主題的一部分。還應當理解，也可能出現(xiàn)在通過引用并入的任何公開內(nèi)容中的被本文明確使用的術語應當被賦予與本文公開的特定概念最一致的含義。</p><p>附圖說明</p><p>在附圖中，遍及不同視圖，相同的附圖標記通常指代相同的部分。此外，附圖不一定是按比例繪制的，而是通常將重點放在說明本發(fā)明的原理上。</p><p>圖1示出了包括向發(fā)光二極管(LED)負載供電的隔離電源的設備的示例。</p><p>圖2A示出了隔離電源的示例的一部分，其中注釋圖示了在由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應的充電間隔期間的電流路徑。</p><p>圖2B示出了隔離電源的示例的一部分，其中注釋圖示了在由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應的放電間隔期間的電流路徑。</p><p>圖3示出了在如圖2A和2B所示由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應的充電和放電間隔期間隔離電源的示例的所述一部分的電壓和電流波形的模擬示例。</p><p>圖4A-4D示出了具有補償裝置的隔離電源的電路的一些示例性實施例，該補償裝置用于補償由于由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加。</p><p>圖5A-5B示出了具有補償裝置的隔離電源的電路的一些附加示例性實施例，該補償裝置用于補償由于由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加。</p><p>圖6示出了具有如圖4和5所示的補償裝置的隔離電源的示例性實施例的電壓和電流波形的模擬示例，該補償裝置用于補償由于由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加。</p><p>圖7示出了隔離電源的另一示例的一部分。</p><p>圖8示出了包括具有補償裝置的隔離電源的設備的示例，該補償裝置用于補償由于由寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加。</p><p>具體實施方式</p><p>如上所述，用于照明裝置(例如，LED照明裝置)的電源或其他開關模式電源的隔離變壓器的雜散電容能夠產(chǎn)生電荷泵效應，該效應導致當整流器的輸出被卸載或輕載時，整流器的輸出電壓的不期望的增加。由這種電荷泵效應導致的高輸出電壓可能違反電源的最大輸出電壓規(guī)范。此外，當隔離變壓器的其中一個繞組(初級繞組、次級繞組或其他輔助繞組)用于感測輸出電壓時，感測到的峰值電壓將不再與實際輸出電壓成比例，因為跨次級繞組的電壓由于電荷泵效應而小于輸出電壓。</p><p>更普遍地，申請人已經(jīng)認識到并意識到，對跨照明裝置(例如，LED照明裝置)的電源或其他開關模式電源的輸出端的輸出電壓的增加(其由于電源的隔離變壓器的寄生電容的電荷泵效應而導致)進行補償將是有益的。</p><p>鑒于以上所述，本發(fā)明的各種實施例和實施方式涉及用于補償跨照明裝置(例如，LED照明裝置)的電源或其他開關模式電源的輸出端的輸出電壓的增加(其由于隔離變壓器的寄生電容的電荷泵效應而導致)的方法和設備。</p><p>圖1示出了設備10的示例，設備10包括向發(fā)光二極管(LED)負載20供電的隔離電源100。這里，術語“隔離電源”被理解為下述電源：該電源被配置為在其輸入側(cè)接收電功率并且在其輸出側(cè)(例如，向LED負載)提供電功率，并且在沒有寄生效應的情況下，例如為了安全原因，在輸入側(cè)和輸出側(cè)之間提供電隔離。這里，設備10可以包括照明單元，后者包括例如照明器材。</p><p>隔離電源100包括逆變器110、隔離變壓器120、整流器130和濾波電容器或平滑電容器(Co)135。</p><p>在一些實施例中，逆變器110可以被另一AC電源替代，或者可以被去除—在這種情況下，隔離電源100從外部源或供應接收AC電功率。</p><p>隔離變壓器120至少包括在其初級或輸入側(cè)的第一或初級繞組122以及在其次級或輸出側(cè)的第二或次級繞組124。在一些實施例中，隔離變壓器120可以包括附加的輔助繞組，例如用于感測隔離電源100的一個或多個電流或電壓的輔助繞組。</p><p>整流器130是被配置為二極管橋的全波整流器。整流器130具有一對輸入端子和一對輸出端子，其中整流器的輸入端子連接到隔離變壓器120的輸出端子，并且整流器的輸出端子跨接在LED負載20上。整流器包括：第一二極管D1，其從整流器130的輸入端子中的第一輸入端子連接到整流器130的輸出端子中的第一輸出端子；第二二極管D2，其從整流器130的輸入端子中的第二輸入端子連接到整流器130的輸出端子中的第一輸出端子；第三二極管D3，其從整流器130的輸出端子中的第二輸出端子連接到整流器130的輸入端子中的第一輸入端子；以及第四二極管D4，其從整流器130的輸出端子中的第二輸出端子連接到整流器130的輸入端子中的第二輸入端子。</p><p>在一些實施例中，LED負載20包括連接成一個或多個串的多個LED 22。LED 22可以包括白光LED和/或彩色LED的任何期望的組合，以產(chǎn)生具有期望強度的期望顏色的光。在LED負載20產(chǎn)生白光的情況下，可以通過對所采用的各種LED的適當選擇而將色溫選擇為具有期望值。在替代實施例中，LED負載20可以被不同的負載代替，這些不同的負載除了LED之外例如還包括其他照明裝置。</p><p>盡管圖1中未示出，但在一些實施例中，設備10可以包括具有一個或多個處理器的控制器，所述處理器用于控制提供給LED負載20以產(chǎn)生期望的照明效果的電功率。在一些實施例中，設備10還可以包括一個或多個電流和/或電壓傳感器以用于感測設備10中的適當?shù)碾妷汉?或電流，從而為這種控制器提供反饋。在一些實施例中，這樣的處理器可以設置在設備10的外部。</p><p>在操作中，逆變器110在其輸入側(cè)處接收DC電功率并將高頻AC電功率輸出到隔離變壓器120的輸入側(cè)。在一些實施例中，由逆變器110接收的DC電功率具有大約460V的電壓，而由逆變器輸出的AC電功率則具有根據(jù)輸出要求在一定水平調(diào)節(jié)的電壓。在一些實施例中，高頻AC電功率的頻率為至少10kHz。在一些實施例中，高頻AC電功率的頻率在大約40kHz至大約100kHz之間。</p><p>隔離變壓器120在初級繞組122處的其輸入側(cè)與在次級繞組124處的其次級側(cè)之間提供電隔離。更具體地，隔離變壓器120在逆變器110的輸出側(cè)與整流器130和LED負載20之間提供電隔離。</p><p>在隔離變壓器120的初級側(cè)，電壓可以參考初級地102而言，而在隔離變壓器120的次級側(cè)，電壓可以參考不同于初級地102的次級地104。在一些實施例中，設備100還可以包括在初級地102和大地之間的一個或多個安全電容器，以及在次級地104和大地之間的一個或多個附加的安全電容器。在一些其他實施例中，初級地102可以利用一個或多個安全電容器直接連接到次級地104。這些安全電容器為設備10提供電磁噪聲降低。由這些安全電容器形成的電容由初級地102和次級地104之間的Cp-s表示，如圖1所示。</p><p>此外，在隔離變壓器120的初級繞組122和次級繞組124之間存在雜散電容。該雜散電容以取決于隔離變壓器120的結(jié)構(gòu)(例如，隔離變壓器120如何纏繞)的方式分布。這樣分布的雜散電容可以表示為如圖1所示的單個電容Cp。該雜散電容Cp可以根據(jù)隔離變壓器120被構(gòu)造的方式(例如，隔離變壓器120如何纏繞)而跨初級繞組122和次級繞組124連接在隔離變壓器120的任何兩個引腳之間，例如1S到2S、1F到2F等。應當理解，圖1中所示的Cp從1F到2S的連接僅僅是一種代表性連接。</p><p>寄生電容Cp和CP-s與其他電路部件一起形成電荷泵，并且在隔離電源100被開路加載(例如由于部件故障而導致LED負載20丟失或者開路)或輕載時，提高跨平滑電容器135和整流器130的輸出的輸出電壓Vout，如下面關于圖2A、2B和圖3所解釋的，其中假設整流器130的輸出是輕載的。</p><p>圖2A示出了電路200，其為隔離電源100的示例的一部分，其中注釋或箭頭205示出了在由寄生電容Cp和Cp-s產(chǎn)生的電荷泵的充電間隔期間的電流路徑。圖2A中的與圖1相同的參考數(shù)字和符號表示相同的元件和特征，將不重復其描述。充電間隔表示(例如由逆變器110)供應給電路200的AC電功率的周期的一半。</p><p>在充電間隔期間，隔離變壓器120的初級和次級繞組122的1S端和2S端(在圖2A和2B中用點標記)為正，并且充電路徑由圖2A中的箭頭205的方向來標記。由次級繞組124提供的充電電流流出次級繞組124的“2S”端并通過Cp、Cp-s、D3，并且返回到次級繞組124的“2F”端。如下面將參照圖3更詳細地解釋的，由于Cp-s比Cp大得多，所以Cp被充電到接近次級繞組124兩端的峰值電壓(V2_pk)，并且Cp-s兩端的電壓幾乎保持不變。由于將在下面的放電間隔中說明的電荷泵效應，輸出電壓Vout大于V2_pk，因此在充電間隔中沒有電流流過平滑電容器135。</p><p>圖2B示出了隔離電源100的電路200的行為，其中注釋或箭頭205示出了在由寄生電容Cp和Cp-s產(chǎn)生的電荷泵效應的放電間隔期間的電流路徑。圖2B中的與圖1相同的參考數(shù)字和符號表示相同的元件和特征，將不重復其描述。放電間隔表示(例如由逆變器110)供應給電路200的AC電功率的周期的一半。</p><p>在放電間隔期間，隔離變壓器120的初級和次級繞組122的“非點”端(1F端和2F)為正，并且放電路徑由圖2B中的箭頭205的方向來標記。放電電流流出Cp，并流過次級變壓器繞組124、D1、平滑電容器135、Cp-s，并返回到Cp。同樣，Cp-s兩端的電壓幾乎保持不變，并且Cp中的電荷被放電到平滑電容器135。應當注意，在電路200輕載的情況下，電荷的一部分在放電間隔結(jié)束時保持在電容器Cp中。Cp僅在負載大于如下面的等式1中所給出的用于消除電荷泵效應的所需最小負載時完全放電。在該放電過程期間，Cp兩端的電壓為正，并且與次級變壓器繞組124兩端的電壓方向相同。如將在下面關于圖3更詳細地解釋的，由于開關周期中的變壓器電壓的對稱性，次級變壓器繞組124上的峰值電壓仍然是V2_pk。因此，平滑電容器135看到的總電壓為(V2_pk+Vcp)，并且峰值大于V2_pk。這導致大于V2_pk的輸出電壓Vout。如上所述，這是不期望的。</p><p>消除電荷泵效應所需的最小負載電流是：</p><p>(1)I(min_load)＝V2_pk*Cp*Fsw，其中Fsw是電路的開關頻率；</p><p>只要輸出電流小于該最小負載電流I(min_load)，輸出電壓Vout就將高于V2_pk。</p><p>圖3示出了在由如圖2A和2B所示的寄生電容Cp和Cp-s產(chǎn)生的電荷泵效應的充電間隔302和放電間隔304期間，電路120的電壓波形和電流波形的模擬示例。在圖3所示的示例中，假設提供給初級繞組122的輸入AC電壓的幅度為100V，頻率為50kHz。還假設隔離變壓器120在初級繞組122與次級繞組124之間具有1：1的匝數(shù)比。</p><p>圖3示出了垂直堆疊并且在時間上同步的五個波形310、320、330、340和350。在圖3中，橫軸(x軸)表示時間，縱軸(y軸)取決于波形而表示電壓或電流。為了以下的討論，考慮AC電功率的全開關周期從19.97ms到19.99ms，包括從19.97ms到19.98ms的充電間隔和從19.98ms到19.99ms的放電間隔。</p><p>第一波形310示出了V2_pk，其為初級繞組122的反射電壓。如上所述，可以看出，提供給初級繞組122的輸入AC電壓的幅度為100VAC，頻率為50kHz。</p><p>第二波形320示出了Vcp，其為寄生電容Cp兩端的電壓。注意，放電間隔304期間的電壓脈沖的較低電壓不是零，而是大約65V。這是因為寄生電容Cp在放電間隔304期間沒有完全放電。寄生電容Cp只能在放電間隔304期間放電到LED負載20。當LED負載20丟失、開路或太輕時(不是足夠低到卸放掉在充電間隔302中積累在寄生電容Cp中的所有電荷的阻抗)，在放電間隔304結(jié)束時DC電壓保持在寄生電容Cp兩端。在V2_pk上添加的該DC電壓使輸出電壓Vout在放電循環(huán)期間大于V2_pk。</p><p>第三波形330示出了通過寄生電容Cp的充電和放電電流。正脈沖表示充電電流，而負脈沖表示放電電流。在穩(wěn)定狀態(tài)下，充電電流等于放電電流。注意：當電路200尚未達到穩(wěn)定狀態(tài)時，寄生電容Cp兩端的直流電壓在瞬變時間期間被充電。</p><p>第四波形340示出了D3兩端的電壓，其為放電間隔304期間的V2_pk(100V)和Vcp之和。由于非零Vcp(大約65V)，在放電間隔304期間該電壓為大約165V，結(jié)果，在AC電功率的整個開關周期期間，Vout(在第五波形350中示出)保持在約165V，遠高于V2_pk(100V)。</p><p>圖4A示出了隔離電源的電路400A的示例性實施例，其中電路400A包括用于補償由于寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應而導致的輸出電壓的增加的補償元件。圖4A中的與圖1相同的參考數(shù)字和符號表示相同的元件和特征，將不重復其描述。</p><p>電路400A包括跨接在整流器130的二極管D3上(與二極管D3并聯(lián))的補償電容器410。</p><p>圖4A示出了電路400A的行為，其中注釋或箭頭205示出了在由寄生電容Cp和Cp-s產(chǎn)生的電荷泵效應的放電間隔期間的電流路徑。從箭頭205可以看出，在放電間隔期間，在充電間隔期間已經(jīng)積累在寄生電容Cp中的電荷被卸放到補償電容器410，并且因此沒有電荷被轉(zhuǎn)移到平滑電容器135。因此，平滑電容器135兩端的電壓等于繞組2的峰值電壓(V2_pk)。</p><p>有利地，補償電容器410的電容應當接近寄生電容Cp。如果補償電容器410的電容小于寄生電容Cp，則寄生電容Cp中的電荷的一部分仍將被轉(zhuǎn)移到平滑電容器135。如果補償電容器410的電容大于寄生電容Cp，則等效電容C<sub>Diff</sub>＝(補償電容器410的電容)-(寄生電容Cp)將導致相同的電荷泵效應，不同之處在于充電間隔和放電間隔將反過來。</p><p>因此，在一些實施例中，補償電容器410的電容大約與寄生電容Cp相同。在一些實施例中，補償電容器410的電容大約與寄生電容Cp相同。在一些實施例中，補償電容器410的電容將在補償電容器410的組件公差值內(nèi)等于寄生電容Cp。</p><p>由于電路400A的對稱性，在替代實施例中，補償電容器410可以跨接在二極管D1上(與二極管D1并聯(lián))。圖4B示出了這種替代電路400B，其中電容器410跨接在二極管D1上。在圖4B中，采用與圖4A中相同的參考數(shù)字和符號。</p><p>然而，將補償電容器410移動到整流器130的另一支路(即跨接在二極管D2或二極管D4上)將不會在圖4A和4B所示的特定雜散電容配置(即，寄生電容Cp連接在1F和2S之間)下工作。</p><p>然而，在隔離變壓器120的其他配置中，例如在初級繞組122和次級繞組124不同地纏繞的情況下，雜散電容器Cp將出現(xiàn)在隔離變壓器120的不同的一對端子上。在這種情況下，補償電容器將需要連接在整流器130的另一支路上(即，跨接在二極管D2或二極管D4上)以便工作。圖4C和4D示出了替代電路400C和400D，其中電容器410在圖4C中跨接在二極管D4上，并且在圖4D中跨接在二極管D2上。在圖4C和4D中，采用與圖4A中相同的參考數(shù)字和符號。</p><p>因此，可以看出在補償裝置是跨接在整流器130的二極管之一上的補償電容器的這些實施例中：(1)補償電容器的電容應當合理地接近寄生電容Cp；和(2)取決于隔離變壓器120的構(gòu)造/配置，需要在整流器130的特定“支路”上提供補償電容器。實際上，寄生電容Cp可能是未知的和/或可能在隔離變壓器120與隔離變壓器120之間顯著地變化，或者在電路與電路之間顯著地變化。因此，在一些情況下可能難以確保補償電容器的電容合理地接近寄生電容Cp。</p><p>為了消除這兩種狀況，圖5A和5B示出了在整流器130的每個支路上使用補償電容器的附加實施例。</p><p>圖5A示出了隔離電源的電路500A，電路500A包括用于補償由于寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應而導致的輸出電壓的增加的補償元件。圖5中的與圖1相同的參考數(shù)字和符號表示相同的元件和特征，將不重復其描述。</p><p>電路500A包括作為補償裝置的第一補償電容器510和第二補償電容器520，第一補償電容器510跨接在整流器130的二極管D3上(與二極管D3并聯(lián))，第二補償電容器520跨接在整流器130的二極管D4上(與二極管D4并聯(lián))。</p><p>有利地，第一和第二補償電容器510和520的電容值應當彼此接近并且遠大于寄生電容Cp。在該解決方案中，根據(jù)隔離變壓器120的配置/構(gòu)造(例如，隔離變壓器120如何纏繞)，取決于雜散電容Cp跨接在隔離變壓器120的各個端子上的方式，寄生電容Cp中的電荷由較大的電容C3或C4吸收。結(jié)果，沒有顯著的電荷轉(zhuǎn)移到平滑電容器135，并且輸出電壓Vout接近于次級繞組124的峰值電壓V2_pk。</p><p>因此，在一些實施例中，第一補償電容器510的電容與第二補償電容器520的電容大約相同。在一些實施例中，第一補償電容器510的電容與第二補償電容器520的電容大致相同。在一些實施例中，第一補償電容器510的電容在第一和第二補償電容器510和520的組件公差值內(nèi)等于第二補償電容器520的電容。</p><p>此外，在一些實施例中，第一補償電容器510的電容和第二補償電容器520的電容均為寄生電容Cp的至少兩倍。在一些實施例中，第一補償電容器510的電容和第二補償電容器520的電容均為寄生電容Cp的至少約十倍。</p><p>在如圖5B所示的替代實施例中，第一補償電容器510可以跨接在二極管D1上(與二極管D1并聯(lián))，并且第二補償電容器520可以跨接在二極管D2上(與二極管D2并聯(lián))。</p><p>有利地，包括作為補償裝置的第一補償電容器510和第二補償電容器520的電路500A具有以下優(yōu)點：其將補償由寄生電容引起的電荷泵效應，而與隔離變壓器120如何配置或構(gòu)造無關。此外，不必知道并精確地匹配寄生電容Cp的值—只需要第一補償電容器510的電容值和第二補償電容器520的電容值應當彼此接近(優(yōu)選地彼此相等)并且遠大于寄生電容Cp。</p><p>圖6示出了具有補償裝置的隔離電源的示例性實施例的電壓波形和電流波形的模擬示例，其中補償裝置用于補償由于由圖4和5所示的寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加。</p><p>圖6示出了垂直堆疊并且在時間上同步的五個波形310、620、630、640和650。在圖6中，橫軸(x軸)表示時間，縱軸(y軸)取決于波形而表示電壓或電流。為了以下的討論，考慮AC電功率的全開關周期從19.97ms到19.99ms，包括從19.97ms到19.98ms的充電間隔和從19.98ms到19.99ms的放電間隔。</p><p>在圖6中，第一波形310示出了V2_pk(與圖3中相同)，第二波形620示出了Vcp，第三波形630示出了通過寄生電容Cp的充電和放電電流，第四波形640示出了二極管D3兩端的電壓，并且第五波形650示出了輸出電壓Vout。</p><p>圖6中所示的波形與圖3中所示的對應波形之間的主要顯著差異如下。</p><p>在第二波形620中，放電間隔304期間的電壓VCP的底部水平為零。這是因為寄生電容Cp中的所有電荷在放電間隔304期間被卸放到第一補償電容器510。</p><p>在第四波形640中，在放電間隔304期間，二極管D3兩端的電壓此時等于V2_pk，這是因為寄生電容Cp兩端的電壓被完全放電到零。</p><p>第五波形650，Vout，在100V處跟隨V2_pk。因此，補償了由寄生電容器Cp的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加，并且輸出電壓不增加。</p><p>根據(jù)上面提供的分析，用于消除電荷泵效應的所需最小負載電流與隔離變壓器的輸出電壓Vout、開關頻率和雜散電容Cp成正比。輸出電壓Vout通常由設計要求確定并且不能改變，但是其他兩個因素可以在一定程度上用于改善這種電荷泵效應。隔離變壓器可以構(gòu)造為最小化雜散電容Cp。開關頻率可以設置得盡可能低。然而，由于其他設計約束，如變壓器尺寸和功率損耗要求，這兩種設計優(yōu)化的限制確實存在。</p><p>隔離變壓器120連接在電路中的方式也是關鍵的。為了最小化電荷泵效應，隔離變壓器120的初級和次級繞組122和124應當以使得由充電路徑中的這兩個繞組產(chǎn)生的總電壓處于最小值的方式連接。從這個觀點來看，隔離變壓器120的最差連接出現(xiàn)在來自初級和次級繞組兩者的電壓彼此增強的情況下。</p><p>圖7示出了隔離電源的電路700。圖7中的與圖1相同的參考數(shù)字和符號表示相同的元件和特征，將不重復其描述。</p><p>電路700和電路200之間的差異在于隔離變壓器120連接在電路700中的初級側(cè)上的方式。特別地，利用該連接，來自隔離變壓器120的初級和次級繞組122和124的電壓彼此增強。結(jié)果，由電路700產(chǎn)生的電荷泵效應比電路200的電荷泵效應差。</p><p>圖8示出了設備80的示例，設備80包括具有電路800的隔離電源，電路800具有用于補償由于寄生電容產(chǎn)生的電荷泵效應導致的輸出電壓的增加的補償裝置。圖8中的與圖1相同的參考數(shù)字和符號表示相同的元件和特征，將不重復其描述。</p><p>設備800的電路800類似于電路500A，具有以下顯著差異。</p><p>首先，電路800包括代替逆變器100的AC電壓源118。應當理解，逆變器110或AC電壓源118可以與圖4A-4D以及圖5A-5B的電路一起使用。</p><p>此外，電路800包括如上文關于圖4A-4D以及圖5A-5B所討論的補償電容器810和/或812中的一個或兩個作為補償元件。</p><p>此外，在許多情況下，期望將來自隔離變壓器120的次級側(cè)的電流信息返回到初級側(cè)，以由控制器進行控制。為此，電路800包括在次級AC電流路徑中的(小)電流感測變壓器820。</p><p>然而，有利地，所感測的電流不應包括由第一/第二補償電容器810或812產(chǎn)生的電流，因為這將給出在涉及低輸出電流時變得清楚可見的失真測量。</p><p>通過將電流感測變壓器820布置在正確的位置，仍然可以通過所添加的補償電容器810和/或812來補償寄生電容Cp，并且保持精確的電流測量。這里，電流感測變壓器820具有連接在隔離變壓器120的其中一個輸出端子與整流器130的其中一個輸入端子之間的初級繞組，并且第二電容器812連接在隔離變壓器120的所述其中一個輸出端子與整流器130的其中一個輸出端子之間。</p><p>盡管已經(jīng)在此描述和圖示了多個本發(fā)明的實施方式，但本領域普通技術人員將容易地想到用于執(zhí)行本文描述的功能和/或獲得本文描述的結(jié)果和/或本文描述的優(yōu)點中的一個或多個的多種其他裝置和/或結(jié)構(gòu)，并且每個這種變型和/或修改都應當被認為在本文描述的本發(fā)明實施方式的范圍內(nèi)。更一般地，本領域普通技術人員將容易地認識到，本文描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且實際的參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將取決于使用本發(fā)明教導的具體的一個或多個應用。本領域普通技術人員僅僅使用常規(guī)實驗就將認識到或者能夠確定本文描述的本發(fā)明具體實施方式的許多等同。因此，應當理解的是，前面的實施方式僅僅通過示例的方式提出，并且在所附權(quán)利要求及其等同形式的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)除具體描述和要求保護的實施方式以外的創(chuàng)新實施方式。本公開的創(chuàng)新實施方式涉及本文描述的每個單獨的特征、系統(tǒng)、物品、材料、配套元件和/或方法。此外，兩個或更多個這種特征、系統(tǒng)、物品、材料、配套元件和/或方法的任意組合——如果這些特征、系統(tǒng)、物品、材料、配套元件和/或方法不會相互不一致——都包括在本公開的發(fā)明范圍內(nèi)。</p><p>本文限定和使用的所有定義都應當被理解為涵蓋詞典定義、通過參引并入的文獻中的定義、和/或定義的術語的普通含義。</p><p>在本文中的說明書和權(quán)利要求中使用的不定冠詞“一”應當被理解為“至少一個”，除非明確地另有相反說明。</p><p>本文中的說明書和權(quán)利要求中使用的用語“和/或”應當理解為意指這樣結(jié)合的元件中的“任一個或兩個”，即，在一些情況下結(jié)合地存在的元件以及在其他情況下分開地存在的元件。用“和/或”列出的多個元件應當以同樣的方式來理解，即，這樣結(jié)合的元件中的“一個或多個”。除了由“和/或”語句具體指明的元件之外，其他元件可以可選地存在，無論這些元件與具體指明的那些元件相關還是不相關。因此，作為非限制性示例，詞語“A和/或B”當與諸如“包括”之類的開放式語言結(jié)合使用時，在一個實施例中可以僅指A(可選地，包括除B以外的元件)，在另一個實施例中可以僅指B(可選地，包括除A以外的元件)，并且在又一個實施例中可以指A和B兩者(可選地，包括其他元件)，等等。</p><p>如在本文中的說明書和權(quán)利要求中使用，“或者”應當理解為具有與前面限定的“和/或”相同的含義。例如，當將列表中的項目分開時，“或者”或“和/或”應當理解為是包括性的，即包括多個元件或元件列表中的至少一個，但是還包括多于一個，并且可選地包括另外的未列出的項目。僅僅明確地相反說明的用語，例如“……中的僅僅一個”或“……中的明確僅僅一個”或者在權(quán)利要求中使用的“由……構(gòu)成”才意指包括多個元件或元件列表中的僅僅一個元件。通常，本文使用的用語“或者”僅僅在前面有排他性的用語如“任一個”、“……中的一個”、“……中的僅僅一個”或“……中的明確僅僅一個”時才應當被理解為意指排他性的(即“一個或另一個，但不是兩個”)?！盎旧嫌伞瓨?gòu)成”當在權(quán)利要求中使用時將具有其在專利法領域中使用的普通含義。</p><p>如在本文中的說明書和權(quán)利要求中使用，關于一個或多個元件的列表的用語“至少一個”應當被理解為意指從元件列表中的任一個或多個元件中選擇的至少一個元件，但是并不一定包括在元件列表中具體列出的每一個元件的至少一個，并且并不排除元件列表中的元件的任意組合。該定義還允許了可以可選地存在除用語“至少一個”所指的元件列表內(nèi)具體指明的元件以外的元件，無論這些元件與具體指明的那些元件相關還是不相關。因此，作為非限制性示例，“A和B中的至少一個”(或者等同地“A或B中的至少一個”，或者等同地，“A和/或B中的至少一個”)在一個實施例中可以指至少一個A，可選地包括多于一個A，沒有B存在(并且可選地包括除B以外的元件)，在另一個實施例中可以指至少一個B，可選地包括多于一個B，沒有A存在(并且可選地包括除A以外的元件)，在又一個實施例中可以指至少一個A(可選地包括多于一個A)和至少一個B(可選地包括多于一個B)，并且可選地包括其他元件，等等。</p><p>還應當理解的是，除非明確地另有相反說明，否則，在包括多于一個步驟或動作的本文要求保護的任何方法中，方法的步驟或動作的順序并不一定局限于描述該方法的步驟或動作時的順序。</p><p>在權(quán)利要求以及前面的說明書中，所有的過渡詞例如“包括”、“包含”、“載有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由……組成”等應當理解為是開放性的，即，意指包括但不限于。僅僅過渡詞“由……構(gòu)成”和“基本上由……構(gòu)成”才應當分別是封閉的或半封閉的過渡詞，如在美國專利局的專利審查程序手冊的2111.03一節(jié)中所闡釋的。</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技術研發(fā)人員：鄭三寶;B·C·范迪杰克;宋志華;
技術所有人：飛利浦照明控股有限公司;
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5、王老師：薄膜光電子材料與器件、太陽能電池、光伏能源器件及材料測試
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