РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК H02M3/337 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к цепи питания и к устройству, содержащему цепь питания и по меньшей мере одну цепь нагрузки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цепи питания, в частности импульсные источники электропитания, хорошо известны в области техники. Такие цепи питания используются для питания электроэнергией потребительских и непотребительских товаров. Примером применения является питание электроэнергией светодиодов (LED) и/или органических светодиодов (OLED) или других систем освещения, в частности цепочек светодиодов, используемых в профессиональных системах светодиодного освещения, в частности в системах освещения, где требуется точная регулировка цветности. Дополнительными применениями являются светодиодная фоновая подсветка, декоративное и акцентирующее освещение, используемое для таких потребительских товаров, как "лампы естественного освещения", и, кроме того, регулировка цветовой температуры в целях общего освещения, а также гомогенизация световыхода отдельных светодиодов лампы с множеством светодиодов и с одной цепью питания. Следует отметить, что в последующем термин "светодиод" используется как общее обозначение для сходных устройств, таких как органические светодиоды и т.п.

Цепями питания, которые лучше всего подходят и поэтому предпочтительно используются для вышеназванных применений, являются, в частности, прерываемый последовательный резонансный преобразователь с постоянным средним значением выходного тока, в нижеследующем обозначаемый как DSRC-I. Функциональность этого типа преобразователя общеизвестна, например, из WO 2007/148271 A2 или WO 01/45241 A1 и поэтому подробно не объясняется. Преобразователи DSRC-I обеспечивают преимущество постоянного среднего значения выходного тока, а кроме того, не требуются никакие контуры контроля тока и управления током. Следовательно, избегаются потери, обусловленные контролем тока, и DSRC-I обеспечивает высокоэффективную, компактную и легкую конструкцию по сравнению с другими общеизвестными цепями питания. И прежде всего, защиту от размыкания и короткого замыкания цепи.

Базовая конфигурация DSRC-I обеспечивает только один единственный вывод цепи питания для питания электроэнергией одной цепи нагрузки, которая связана с цепью питания. Однако относительно применения цепи питания в целях общего освещения желательно, чтобы имелся не только один, но множество выводов для питания электроэнергией различных цепей нагрузки, например, содержащих разноцветные цепочки светодиодов, к примеру красные, зеленые и синие цепочки светодиодов.

Например, "лампа естественного освещения" должна быть в состоянии излучать свет огромного числа цветов, генерируемых посредством независимого уменьшения яркости и перемешивания излучаемого света красных, зеленых и синих светодиодов в определенном отношении. Таким образом, посредством смешивания основных цветов - красного, зеленого и синего (RGB) - с помощью вычислений могут быть сформированы более чем 16 миллионов цветов. Также светодиоды становятся все более предпочтительной технологией подсветки дисплеев на жидких кристаллах (жидкокристаллические дисплеи (LCD)). Таким образом, цепь питания является ключом к качеству подсветки изображения. Устройство управления, то есть цепь питания должна быть способна обеспечивать достаточный диапазон уменьшения яркости, то есть высокую яркость для дневного видения и низкую яркость для ночного видения.

Обычно используемый способ уменьшения яркости для DSRC-I заключается в уменьшении частоты переключения. Однако этот способ ограничен и, следовательно, не обеспечивает удовлетворительный диапазон уменьшения яркости. Кроме того, сокращение частоты переключения будет влиять на все выводы DSRC-I, имеющего множество выводов. Следовательно, этот способ не позволяет независимое уменьшение яркости одного вывода и, таким образом, независимого уменьшения яркости, например, красного, зеленого и синего света и, следовательно, не позволяет осуществлять регулировку цветности.

Были предприняты попытки осуществить независимое уменьшение яркости цепочек светодиодов. Например, WO 2008/110978 описывает способ, который использует дополнительные переключатели в цепи нагрузки для обхода нагрузки. Однако обход нагрузки имеет негативные влияния на стабильность преобразователя и уменьшает общую эффективность.

Как видно из вышеприведенного пояснения, существует необходимость в обеспечении цепи питания, а также устройства, содержащего упомянутую цепь питания, которая позволяет независимое уменьшение яркости отдельных выводов преобразователя без отрицательных влияний на стабильность преобразователя и имеет компактную и легкую конструкцию.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении цепи питания, которая предлагает независимое уменьшение яркости во всем диапазоне и имеет высокую эффективность в сочетании с простым управлением.

В первом аспекте настоящего изобретения цепь питания включает:

- мостовую схему,

- по меньшей мере один резонансный контур, соединенный с мостовой схемой, этот по меньшей мере один резонансный контур может соединяться с соответствующей цепью нагрузки, содержащей одну или более нагрузок,

- по меньшей мере один блок переключения питания, соединенный между мостовой схемой и соответствующей цепью нагрузки последовательно одной или более нагрузкам соответствующей цепи нагрузки для соединения и отсоединения соответствующей цепи нагрузки от мостовой схемы, и

- блок управления для управления по меньшей мере одним блоком переключения питания синхронно с резонансным током резонансного контура, соответствующего упомянутому блоку переключения питания,

при этом на каждую цепь нагрузки предусмотрены резонансный контур и блок переключения питания.

Число блоков переключения питания предпочтительно соответствует числу резонансных контуров, или, другими словами, по меньшей мере один блок переключения питания предназначен для каждого резонансного контура.

Следовательно, уменьшение яркости во всем диапазоне достигается посредством добавления всего лишь одного блока переключения питания на каждую цепь нагрузки в цепь питания, в частности, по меньшей мере в один резонансный контур, который соединяет и отсоединяет нагрузку требуемое число циклов переключения мостовой схемы с помощью блока управления. Кроме того, этот блок переключения питания может управляться очень просто, подойдет обычный полевой МОП-транзистор (MOSFET), а что касается этого способа, то не требуется никакой реверсивный блокировочный переключатель. Кроме того, обеспечивается преимущество чередования некоторых цепочек светодиодов. Кроме того, вышеназванные преимущества самого преобразователя DSRC-I остаются в силе при этой модификации. Следовательно, по-прежнему не требуется никакого контроля и управления током. Кроме того, допустимо независимое уменьшение яркости во всем диапазоне вплоть до нуля, причем обеспечивается высокая эффективность на всех уровнях уменьшения яркости. Вообще это изобретение предлагает, в частности, преимущество независимого управления несколькими различными цепочками светодиодов с только одним центральным преобразователем.

В следующем аспекте настоящего изобретения представлена цепь питания, в которой множество резонансных контуров соединено с мостовой схемой, и каждый резонансный контур может соединяться с соответствующей цепью нагрузки, причем каждая цепь нагрузки составляет вывод цепи питания. Согласно настоящему изобретению на каждый резонансный контур обеспечен один блок переключения питания, при этом блок переключения питания, в частности, образует часть соответствующего резонансного контура. Следовательно, каждый резонансный контур обеспечивается с блоком переключения питания.

В частности, цепь питания предпочтительно оснащена тремя резонансными контурами, причем первый из упомянутых резонансных контуров соединен с цепью нагрузки, содержащей один или более красных светодиодов и/или органических светодиодов, второй из упомянутых резонансных контуров соединен с цепью нагрузки, содержащей один или более зеленых светодиодов и/или органических светодиодов, и третий из упомянутых резонансных контуров соединен с цепью нагрузки, содержащей один или более синих светодиодов и/или органических светодиодов. С этой конфигурацией возможно управлять цветом света, излучаемого соответствующим устройством, поскольку разноцветные светодиоды каждой цепи нагрузки могут управляться независимо для создания требуемой смеси цветов.

В следующем аспекте настоящего изобретения представлена цепь питания, в которой мостовая схема основана на полумосте. Однако также возможно, что мостовая схема основана на полном мосту.

Как упомянуто выше, уменьшение яркости DSRC-I по сути реализовано посредством сокращения частоты переключения. Этот способ предпочтительно используется с DSRC-I с полным мостом, потому что пиковое значение добавочного тока в переключающемся при нулевом напряжении (ZVS) демпфирующем контуре, который будет объяснен более подробно позже, остается постоянным при уменьшении частоты переключения. Для конфигурации с полумостом этот ток увеличивается при уменьшении частоты переключения. Следовательно, DSRC-I с полумостом не является хорошим решением по уменьшению яркости, если уменьшение яркости выполняется посредством изменения частоты переключения. Однако настоящее изобретение может быть выполнено посредством использования полумоста, так же как полного моста, причем использование конфигурации с полумостом даже предпочтительно, поскольку требуются только два переключателя для реализации мостовой схемы, и к тому же обеспечивается легкое управление переключателями.

Согласно настоящему изобретению представлена цепь питания, в которой блок переключения питания соединен последовательно с одной или более нагрузками соответствующей цепи нагрузки.

Это обеспечивает то преимущество, что нагрузка не просто обходится, что оказывает негативные воздействия на устойчивость преобразователя и приводит к понижению общей эффективности. Вместо этого нагрузка просто отсоединяется требуемое число циклов переключения от цепи питания. В этом отношении термин "отсоединенный" означает, что электрический ток от цепи нагрузки назад к мостовой схеме прерывается блоком переключения питания.

В следующем аспекте настоящего изобретения представлена цепь питания, в которой блок управления настроен на обеспечение максимальной частоты переключения мостовой схемы, которая равна половине резонансной частоты резонансного контура. Кроме того, блок управления предпочтительно настроен на обеспечение максимальной частоты переключения мостовой схемы, которая равна предпочтительно половине самой низкой резонансной частоты в том случае, если используется множество резонансных контуров, при этом резонансные контуры задают различные резонансные частоты. Блок управления может быть блоком управления, который управляет блоком переключения питания, однако он также может быть отдельным блоком управления, управляющим только мостовой схемой.

В следующем аспекте настоящего изобретения представлена цепь питания, в которой блок управления приспособлен для включения или выключения блока переключения питания во время второй отрицательной полуволны резонансного тока. Это является предпочтительным, поскольку резонансный ток меняет направление на внутреннем диоде блока переключения питания и прекращается после того, как достигает нуля. Если нагрузка выключена, она включается снова включением соответствующего блока переключения питания, в частности соответствующего полевого МОП-транзистора (MOSFET) в тот же временной интервал, в котором имеет место вторая отрицательная полуволна резонансного тока.

Другой целью настоящего изобретения является создание устройства, которое содержит цепь питания, как определено в пункте 1 формулы изобретения, и по меньшей мере одну цепь нагрузки.

В следующем аспекте настоящего изобретения представлено устройство, в котором каждая цепь нагрузки может соединяться с резонансным контуром и содержит один или более светодиодов и/или один или более органических светодиодов, каждый из которых имеет различный цвет. Следовательно, каждая цепь нагрузки, то есть каждый вывод цепи питания, может содержать по меньшей мере один светодиод/органический светодиод заданного цвета, в частности красный, зеленый или синий. Это обеспечивает преимущество уменьшения яркости каждой из этих цепей нагрузки и вместе с ними независимо каждого из светодиодов различного цвета.

В следующем аспекте настоящего изобретения представлено устройство, в котором по меньшей мере одна из цепей нагрузки содержит цепочки светодиодов, имеющие непараллельную конфигурацию. Это обеспечивает то преимущество, что нагрузка может работать на переменном токе (AC).

В следующем аспекте настоящего изобретения представлено устройство, в котором обеспечен по меньшей мере один фоточувствительный компонент, который взаимодействует по меньшей мере с одной цепью нагрузки. Это позволяет легкое обнаружение сбоя системы или поврежденного светодиода, а также калибровку светодиодов или компенсацию эффектов старения. И прежде всего с фоточувствительным компонентом осуществима идеальная регулировка цветности.

Следовательно, новая цепь питания и соответствующее устройство, содержащее цепь питания, представлены для того, чтобы эффективно уменьшать яркость цепи нагрузки и, в частности, выполнять точную регулировку цветности. Решение для этих технических требований описано в этом изобретении.

Эти и другие аспекты изобретения будут объяснены и станут очевидны со ссылкой на вариант воплощения, описанный ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На нижеследующих чертежах

фиг. 1 изображает структурную схему цепи питания, известной в области техники, соединенной с цепью нагрузки;

фиг. 2 изображает структурную схему другой цепи питания, известной в области техники, соединенной с цепью нагрузки;

фиг. 3 изображает структурную схему цепи питания в соответствии с настоящим изобретением, соединенную с тремя цепями нагрузки;

фиг. 4 изображает сигнал резонансного тока резонансного контура;

фиг. 5 изображает принципиальную схему устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 6 изображает принципиальную схему варианта воплощения устройства в соответствии с настоящим изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 изображает структурную схему цепи 1 питания, известную в данной области техники. Цепь 1 питания содержит мостовую схему 3 и соединена с источником 5 питания. Источник 5 питания является источником постоянного напряжения V_in. Цепь 1 питания дополнительно содержит резонансный контур 7 и соединена с цепью 9 нагрузки, которая содержит по меньшей мере одну нагрузку, на фиг. 1 четыре нагрузки 11 вместе формируют цепочку 13 нагрузки. Нагрузки 11 могут быть светодиодами, органическими светодиодами и т.п., которые питаются от цепи 1 питания.

Мостовая схема 3, изображенная на фиг. 1, основана на полном мосту, который содержит четыре переключателя M₁, M₂, M₃ и M₄, которые в качестве примера являются полевыми МОП-транзисторами (MOSFET) на фиг. 1. Коммутационным состоянием переключателей M₁, M₂, M₃ и M₄, то есть включены ли они или нет, управляет блок управления, не изображенный на фиг. 1.

Кроме того, демпфирующий контур 15 является частью мостовой схемы 3, которая содержит индуктивность L_zvs и емкость C_zvs. Демпфирующий контур 15 обеспечивает добавочный ток I_zvs, который требуется для того, чтобы разрядить (внутреннюю) емкость полевого МОП-транзистора (MOSFET), чтобы достигнуть переключения при нулевом напряжении (ZVS), приводящего к понижению потерь при переключении. Следовательно, демпфирующий контур 15 служит для того, чтобы достигнуть высокой эффективности и дополнительного ZVS, причем ZVS известно в области техники и поэтому в дальнейшем не объясняется более подробно. Демпфирующий контур 15 может также быть интегрирован в преобразователе вместе с резонансным контуром 7. Следует отметить, что могут быть предприняты и другие меры для достижения ZVS.

Цепь 1 питания и цепь 9 нагрузки составляют устройство 17, которое может быть потребительским или непотребительским товаром.

Резонансный контур 7 содержит индуктивность L_res и емкость C_res, которые соединены последовательно на фиг. 1. Индуктивность L_res и емкость C_res задают резонансную частоту и резонансное полное сопротивление резонансного контура 7. Следовательно, мостовая схема 3 и резонансный контур 7 вместе формируют последовательный резонансный преобразователь. Переключатели M₁, M₂, M₃ и M₄ мостовой схемы 3 предпочтительно переключаются попарно с 50% рабочим циклом. Следует отметить, что к переключателям могут быть применены другие рабочие циклы, например 75% для нижних переключателей и 25% для верхних переключателей. Кроме того, максимальная частота переключения мостовой схемы 3 является предпочтительно половиной резонансной частоты резонансного контура 7.

В ответ на постоянный ток от источника 5 питания мостовая схема 3 подает сигнал напряжения на резонансный контур 7 на частоте переключения, который, в свою очередь, подает переменный ток I_res на цепь 9 нагрузки.

Кроме того, обеспечены развязывающие диоды 19, которые могут являться частью резонансного контура 7 или цепи 9 нагрузки. Самое главное, сглаживающая емкость C_out соединена параллельно цепочке 13 нагрузки, что позволяет избежать пульсирующего тока в нагрузках 11. Следует отметить, что сглаживающая емкость C_out не обязательна и может быть исключена.

Фиг. 2 изображает структурную схему дополнительной цепи 1' питания, известной в области техники и соединенной с цепью 9' нагрузки. Как видно из фиг. 2, цепь 1' питания отличается от цепи 1 питания, изображенной на фиг. 1 в том, что мостовая схема 3' цепи 1' питания основана на полумосте вместо полного моста. Следовательно, полумост содержит только два переключателя M₁ и M₂, которые в качестве примера являются полевыми МОП-транзисторами (MOSFET). Опять же, устройство управления для управления переключателями M₁ и M₂ не изображено на фиг. 2.

В отличие от цепи 1 питания фиг. 1, преобразователь 21, который содержит первичную обмотку N₁ и вторичную обмотку N₂, обеспечен на фиг. 2 в цепи 1' питания, который соединен с цепью 9' нагрузки и резонансным контуром 7, резонансный контур 7 по-прежнему содержит индуктивность L_res и емкость C_res, задающие резонансную частоту и резонансное полное сопротивление. Преобразователь 21 может служить для преобразования входного напряжения V_in к более высокому или более низкому уровню на выходе V_out, и он не обязательно обеспечивается в цепи 1' питания. Вместо этого он может быть заменен другими дополнительными компонентами, например схемой удвоителя напряжения, или он может быть просто исключен.

Как видно из фиг. 2, цепь 9' нагрузки содержит два развязывающих диода 19, а также две цепочки 13 светодиодов, соединенные непараллельно. Каждая из них обеспечивается сглаживающей емкостью C_out1 и C_out2. Следует иметь в виду то, что конфигурация нагрузки является переменной и может меняться в зависимости от применения.

И цепь 1 питания по фиг. 1, и цепь 1' питания по фиг. 2 показывают основные конфигурации DSRC-I, обе из которых обеспечивают постоянное среднее значение выходного тока I_out без контроля тока. Необходимо отметить, что предпочтительно используется полумостовая конфигурация цепи 1' питания, поскольку требуется меньше компонентов и легче обрабатывать управляющие сигналы, чем таковые для полного моста.

Из фиг. 1 и фиг. 2 очевидно, что обе цепи 1 и 1' питания содержат резонансный контур 7, который соединен с цепью 9, 9' нагрузки, которая в качестве примера содержит множество нагрузок 11 в определенных цепочках 13 нагрузки. Нагрузки 11 или цепочки 13 нагрузки могут быть, соответственно, светодиодами или органическими светодиодами.

Если необходимо управлять цветом в некотором потребительском или непотребительском приложении, то предпочтительно, чтобы цепь питания была обеспечена по меньшей мере тремя выводами, то есть тремя цепями 9, 9' нагрузки, причем каждая из этих трех цепей нагрузки может содержать по меньшей мере один различный цветной светодиод, например, одна цепь нагрузки содержит по меньшей мере один красный светодиод, другая цепь нагрузки содержит по меньшей мере один зеленый светодиод, и третья цепь нагрузки содержит по меньшей мере один синий светодиод. Тогда разноцветный свет различных цепей нагрузки может быть смешан в определенном соотношении для получения желаемого цвета. Следовательно, по меньшей мере одна нагрузка 11 из цепи 9 нагрузки должна иметь возможность независимого уменьшения яркости для осуществления регулировки цветности.

До настоящего времени уменьшение яркости обычно выполнялось посредством изменения частоты переключения мостовой схемы 3, 3', что несло с собой недостатки, описанные ранее. В частности, независимое уменьшение яркости во всем диапазоне различных выводов, то есть различных цепей 9, 9' нагрузки, невозможно в этом способе, поскольку изменение частоты переключения будет также влиять на ток во всех цепях нагрузки. В отличие от этого, настоящее изобретение обеспечивает независимое уменьшение яркости во всем диапазоне для произвольного числа цепей 9 нагрузки, позволяя, таким образом, регулировку цветности для большого количества приложений.

Фиг. 3 изображает принципиальную схему цепи 101 питания согласно настоящему изобретению, соединенной с тремя цепями 109, 109' и 109'' нагрузки. Каждая из цепей 109, 109' и 109'' нагрузки в свою очередь содержит множество нагрузок 111, которые объединены в двух цепочках 113 нагрузки, соединенных антипараллельно.

Число нагрузок 111 в цепи 109, 109' и 109'' нагрузки, так же как число самих цепей нагрузки, может меняться. Таким образом, возможно обеспечить только одну цепь 109 нагрузки, содержащую одну нагрузку 111, которая может быть светодиодом и т.п. Однако настоящее изобретение особенно полезно, если по меньшей мере три цепи 109, 109' и 109'' нагрузки могут соединяться с цепью 101 питания.

Следует иметь в виду, что также может меняться конфигурация нагрузок 111. На фиг. 3 они просто в качестве примера сформированы в виде цепочек 113 нагрузки, причем в каждой цепи 109, 109', 109'' нагрузки обеспечены две цепочки 113 нагрузки, которые, что самое главное, соединены непараллельным образом, то есть с противоположной поляризацией.

Цепь 101 питания содержит мостовую схему 103, которая основана на полумосте, причем полумост и его преимущества были рассмотрены ранее в контексте фиг. 2. Цепь 101 питания дополнительно содержит по меньшей мере один, а на фиг. 3 три резонансных контура 107, 107' и 107''. Каждый из резонансных контуров 107, 107' и 107'' в свою очередь может соединяться с цепью 109, 109' и 109'' нагрузки.

Переключатели M₁ и M₂ мостовой схемы 103 предпочтительно управляются с помощью блока управления, который настроен на переключение мостовой схемы с 50% рабочим циклом и максимальной частотой переключения, равной половине резонансной частоты резонансных контуров 107, 107', 107'', причем резонансные контуры состоят из индуктивности L_res и емкости C_res. Величины L_res и C_res могут быть разными в каждом резонансном контуре 107, 107' и 107''. В частности, резонансная частота одного или более резонансных контуров может отличаться от резонансной частоты других резонансных контуров. В этом случае резонансный контур 107, 107' или 107'', имеющий самую низкую резонансную частоту, определяет предел для частоты переключения мостовой схемы 103, чтобы выполнить условие, что максимальная частота переключения мостовой схемы равна половине резонансной частоты резонансного контура. В этом случае блок управления настроен на обеспечение максимальной частоты переключения мостовой схемы 103, равной половине самой низкой резонансной частоты множества резонансных контуров 107, 107', 107''.

Для независимого уменьшения яркости нагрузок 111 в соответствии с настоящим изобретением цепь 101 питания содержит по меньшей мере один блок 129 переключения питания для соединения или разъединения одной или более нагрузок 111 с цепью 101 питания. Блок 129 переключения питания соединен между мостовой схемой 103 и соответствующей цепью 109 нагрузки для соединения и разъединения цепи 109 нагрузки с мостовой схемой 103. Блок 131 управления для управления блоком 129 переключения питания настроен на включение или выключение блока 129 переключения питания синхронно с резонансным током I_res резонансного контура 107, 107', 107'', соответствующего упомянутому блоку 129 переключения питания, что будет объяснено подробно ниже.

Кроме того, по меньшей мере один блок 129 переключения питания является предпочтительно полевым МОП-транзистором (MOSFET). Однако следует отметить, что блок 129 переключения питания может также содержать любой другой компонент, подходящий для соединения или разъединения одной или более нагрузки 111 и цепи 109 нагрузки соответственно с мостовой схемой 103. Блок 129 переключения питания может также содержать множество компонентов.

Из фиг. 3 очевидно, в частности, что резонансный контур 107, 107', 107'' обеспечен по меньшей мере одним блоком 129 переключения питания. В предпочтительном варианте воплощения изобретения число резонансных контуров соответствует числу блоков 129 переключения питания. Следует отметить, что по меньшей мере один блок 129 переключения питания соединен последовательно с одной или более нагрузкой 111 цепи 109, 109', 109'' нагрузки или, другими словами, блок 129 переключения питания соединяет мостовую схему 103 и соответствующую цепь нагрузки 107, 107' или 107''. Следовательно, мы имеем последовательное соединение резонансной индуктивности L_res, резонансной емкости C_res, совокупности нагрузок 111 и блока 129 переключения питания.

Для использования цепи 101 питания в различных приложениях, в предпочтительном варианте воплощения изобретения множество резонансных контуров 107, 107' и 107'' соединено с мостовой схемой 103 и каждый резонансный контур 107, 107' и 107'' в свою очередь может соединяться по меньшей мере с одной цепью 109, 109', 109'' нагрузки. Соответствующая цепь 109, 109', 109'' нагрузки, которая может соединяться с резонансным контуром 107, 107' и 107'', может содержать один или более светодиодов и/или один или более органических светодиодов.

Из фиг. 3 очевидно, что устройство 117 согласно изобретению содержит цепь 101 питания, которая является мостовой схемой 103, резонансные контуры 107, 107', 107'', блоки 129 переключения питания и цепи 109, 109', 109'' нагрузки.

Предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения, который изображен на фиг. 3, имеет следующее строение: цепь 101 питания содержит три резонансных контура 107, 107', 107'', причем первый из упомянутых резонансных контуров 107 соединен с цепью 109 нагрузки, которая содержит по меньшей мере один красный светодиод и/или органический светодиод, второй из упомянутых резонансных контуров 107' соединен с цепью нагрузки 109', которая содержит по меньшей мере один зеленый светодиод и/или органический светодиод, и третий из упомянутых резонансных контуров 107'' соединен с цепью нагрузки 109'', которая содержит по меньшей мере один синий светодиод и/или органический светодиод.

Если нагрузки 111 являются светодиодами или органическими светодиодами, то может быть достигнут переменный световыход разноцветных (органических) светодиодов. Как упомянуто выше, в качестве примера блоки 129 переключения питания являются полевыми МОП-транзисторами (MOSFET), однако может применяться и любой другой подходящий тип переключающего устройства.

Блоки 129 переключения питания в предпочтительном варианте воплощения изобретения управляются блоком 131 управления, который, кроме того, может быть настроен для управления переключателями M₁ и M₂ мостовой схемы 103. В этом случае требуется только один единственный блок управления для управления и мостовой схемой 103 и блоком 129 переключения питания.

Как видно из фиг. 3, каждый резонансный контур 107, 107' и 107'' обеспечен блоком 129 переключения питания. Блок 129 переключения питания резонансного контура 107 обозначен на фиг. 3 как M_R, блок 129 переключения питания резонансного контура 107' обозначен как M_G, а блок 129 переключения питания резонансного контура 107'' обозначен как M_B. Обозначение указывает, что нагрузки 111 из цепи 109 нагрузки являются предпочтительно красными светодиодами, нагрузки 111 из цепи 109' нагрузки являются предпочтительно зелеными светодиодами, и нагрузки 111 из цепи 109'' нагрузки являются предпочтительно синими светодиодами.

Каждый блок 129 переключения питания соединен последовательно с соответствующими нагрузками 111 или соединен между мостовой схемой 103 и соответствующей цепью 109 нагрузки. Ниже будет более подробно объяснена работа блока 129 переключения питания. Следует иметь в виду, что употребление термина "нагрузка 111" используется только в качестве общего обозначения, которое может содержать любое число нагрузок, равно как и различные типы нагрузок, такие как светодиоды и/или органические светодиоды, причем конфигурация нагрузок, помимо прочего, является произвольной.

Для управления нагрузкой 111 цепи 109, 109' или 109'' нагрузки блок 129 переключения питания включается или выключается с помощью блока 131 управления. Если нагрузка 111, в частности один или более светодиодов, должны быть отсоединены, например, чтобы уменьшить световыход, блок 129 переключения питания выключается предпочтительно во время второй отрицательной полуволны резонансного тока I_res, то есть во время интервала времени t₀, изображенного на фиг. 4, причем фиг. 4 показывает базовый, не прерванный резонансный ток I_res в зависимости от изменения времени t. Кроме того, на фиг. 4 изображен период T_switch мостовой схемы 103. Следует иметь в виду, что хотя резонансный ток I_res является переменным током (AC), не требуется никакого реверсивного блокировочного переключателя.

После выключения блока 129 переключения питания, то есть полевого МОП-транзистора (MOSFET), резонансный ток I_res меняет направление на не изображенном встроенном внутреннем диоде полевого МОП-транзистора и прекращается после того, как достигает нуля в момент времени t_x, изображенный на фиг. 4. После этого электрический ток не течет, потому что резонансная емкость C_res заряжена таким образом, что внутренний диод полевого МОП-транзистора блокирует дальнейшее протекание электрического тока. Следовательно, блок 129 переключения питания предотвращает электрический ток от цепи 109 нагрузки назад к мостовой схеме 103. В этом состоянии нагрузка 111 отсоединена от цепи 101 питания.

Исходя из ситуации, что нагрузка 111 была выключена, то есть отсоединена от цепи 101 питания посредством выключения соответствующего блока 129 переключения питания, нагрузка 111 включается снова посредством включения соответствующего блока 129 переключения питания, при этом включение предпочтительно выполняется в тот же временной интервал t₀, что и выключение блока 129 переключения питания, а именно во время второй отрицательной полуволны резонансного тока I_res. В частности, как следствие, если применен полный мост, то резонансный ток I_res возобновится со второй положительной полуволной после времени t_x, как будто никакого перерыва не было.

Если применен полумост, как изображено на фиг. 3, то вторая положительная полуволна резонансного тока I_res в предпочтительном варианте воплощения изобретения возобновится сразу после включения блока 129 переключения питания во время интервала t₀, а не только в момент времени t_x. Следовательно, при использовании полумоста вторая положительная полуволна резонансного тока I_res может начаться до момента времени t_x. Однако это не будет создавать проблемы, так как после окончания второй положительной полуволны ток будет оставаться нулевым в течение определенного промежутка времени, в частности, если приложено достаточно высокое выходное напряжение.

Для уменьшения потерь при переключениях блок 129 переключения питания предпочтительно переключается как можно позже во временном интервале t₀, то есть как можно ближе к моменту времени t_x. Самое главное, это решит проблему переключения блока 129 переключения питания раньше момента времени t_x в случае, если применен полумост, и, следовательно, начала последующей второй положительной полуволны резонансного тока I_res раньше момента времени t_x.

Следовательно, световыход цепи 109, 109' и 109'' нагрузки может меняться только посредством изменения числа пропущенных циклов переключения T_switch мостовой схемы 103.

Информацию о том, когда резонансный ток I_res находится во второй отрицательной полуволне периода переключения или цикла переключения T_switch, то есть во временном интервале t₀, для переключения блока 129 переключения питания получают от сигналов переключения мостовой схемы 103. Зависимость очень проста, потому что известно поведение резонансного тока I_res. Следовательно, операция по переключению блоков 129 переключения питания настроена на сигналы переключения полу- или полной мостовой схемы 103.

Цикл переключения мостовой схемы 103, то есть переключателей M₁ и M₂, не прерывается во время включения и выключения блока 129 переключения питания. Кроме того, мостовая схема 103 постоянно работает с полностью нулевым переключением напряжения, потому что уменьшение яркости независимых нагрузок 111 не прерывает или оказывает влияние на него.

Необходимо понимать, что каждый блок 129 переключения питания, то есть M_R, M_G и M_B, могут включаться и отключаться полностью независимо друг от друга. Также число циклов переключения T_switch, во время которых блок 129 переключения питания включен или отключен, является переменным и независимым друг от друга. Следовательно, каждая цепь 109, 109', 109'' нагрузки, соединенная с блоком 129 переключения питания, может индивидуально управляться только посредством включения или выключения соответствующего блока 129 переключения питания в течение требуемого числа циклов переключения мостовой схемы 103.

Очевидно, что может быть обеспечено большое количество блоков 129 переключения питания, каждый из которых реализует независимое уменьшение яркости во всем диапазоне одного или более светодиодов, органических светодиодов и т.п. Таким образом, требуется только один центральный преобразователь, то есть одна центральная мостовая схема 103.

Следует иметь в виду, что согласно настоящему изобретению нагрузка не обходится посредством блока переключения питания, соединенного параллельно нагрузке 111, что оказывает негативные влияния на стабильность преобразователя. Согласно настоящему изобретению вместо этого блок 129 переключения питания соединен последовательно с нагрузкой 111, чтобы избежать обхода нагрузки. Вместо этого нагрузка отсоединяется на требуемое число циклов переключения T_switch мостовой схемы 103, так как блок 129 переключения питания блокирует прохождение электрического тока назад к мостовой схеме 103. В то же время блок 129 переключения питания не оказывает никакого влияния на цепь 101 питания, поскольку нагрузка 111 не обходится, а прерывается электрический ток.

Следовательно, это изобретение предлагает преимущества независимого уменьшения яркости во всем диапазоне вплоть до нуля, причем сохраняется полностью ZVS работа также и во время уменьшения яркости отдельных нагрузок 111. Другое преимущество настоящего изобретения состоит в низких дополнительных потерях, поскольку могут использоваться MOSFET с низким сопротивлением RDSon. Кроме того, конфигурация цепи питания может быть расширена до любого требуемого числа цепей 109 нагрузки и нагрузок 111, а с этим до любого требуемого числа светодиодов с возможностью независимого уменьшения их яркости. Наконец, в настоящем изобретении также возможно чередование светодиодов для уменьшения совокупных пульсаций входного тока.

Как упоминалось выше, DSRC-I, предпочтительно используемый в настоящем изобретении, может содержать конфигурацию с полным мостом вместо полумоста. Однако главное преимущество полумоста состоит в том, что исток блока 129 переключения питания, то есть исток полевого МОП-транзистора соединен с землей. Следовательно, этим полевым МОП-транзистором очень легко управлять. Кроме того, требуется меньшее количество компонентов, как видно из фиг. 4: для устройства 117, содержащего цепь 101 питания и три цепи 109, 109' и 109'' нагрузки, требуется только три блока 129 переключения питания и два переключателя M₁ и M₂ для осуществления функции независимого уменьшения яркости для каждой цепи 107 нагрузки.

Фиг. 5 изображает принципиальную схему устройства 117 в соответствии с настоящим изобретением, содержащего цепи 109, 109' и 109'' нагрузки и цепь 101 питания, которая содержит мостовую схему 103, резонансные контуры 107, 107', 107'' и блок 129 переключения питания. Становится очевидно, что для независимого уменьшения яркости разноцветных светодиодов требуется только один центральный преобразователь. Независимый регулятор яркости во всем диапазоне, расположенный между цепями 109, 109' и 109'' нагрузки и мостовой схемой 103, содержит резонансные контуры 107, 107' и 107'' с соответствующими блоками 129 переключения питания. Далее из фиг. 5 очевидно, что блок 131 управления настроен на управление блоками 129 переключения питания и мостовой схемой 103 одновременно.

Поскольку световыход светодиода, как правило, пропорционален току, цепь 101 питания может генерировать все требуемые цвета без необходимости в каком-либо контуре обратной связи благодаря постоянному среднему значению выходного тока DSRC-I. Однако изменения температуры или старение светодиода могут влиять на соотношение света и тока светодиода. Если световыход должен быть более точным, свет каждого светодиода может контролироваться фоточувствительным компонентом, например фотодатчиком, в частности фотодиодом. Тогда световыходом можно управлять просто посредством регулировки соответствующего тока нагрузки. Контроль световыхода предпочтителен, поскольку это обеспечивает более низкие потери и большие преимущества, чем контроль тока нагрузки.

Например, он позволяет легкое обнаружение сбоя системы или поврежденного светодиода, а также проводить калибровку светодиодов или компенсировать эффекты старения. Самое главное, с фоточувствительным компонентом осуществима идеальная регулировка цветности.

Фиг. 6 изображает принципиальную схему устройства 117' в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит фоточувствительные компоненты 133, 133', 133''. В предпочтительном варианте воплощения изобретения по меньшей мере один фоточувствительный компонент 133, 133', 133'' предназначен для по меньшей мере одной цепи 109, 109', 109'' нагрузки, в частности для нагрузок 111 цепей нагрузки. Вполне возможно, что каждая нагрузка 111 связана с фоточувствительным компонентом 133. Те участки, где токи в устройстве 117' детально известны, обозначены на фиг. 6 под номерами 135, 135' и 135''. Эти токи могут настраиваться, в частности, посредством блока 131 управления в соответствии с результатом измерения фоточувствительного компонента 133, причем результаты измерений фоточувствительных компонентов 133, 133' и 133'' подаются на блок 131 управления, например, с помощью соединений 137, 137' и 137''.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано в чертежах и предшествующем описании, такое описание и иллюстрацию необходимо считать пояснительными или иллюстративными, а не ограничительными; изобретение не ограничивается раскрытым вариантом воплощения. Другие вариации раскрытого варианта воплощения могут быть придуманы и осуществлены специалистами в области техники и осуществления притязаемого изобретения после изучения чертежей, описания изобретения и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово "содержит" не исключает другие элементы или этапы, а употребление единственного числа не исключает множественное число. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что некоторые средства перечислены в различных взаимно зависимых пунктах, не означает, что комбинация этих средств не может быть использована с выгодой.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.

Настоящее изобретение относится к цепи (101) питания, которая содержит: мостовую схему (103), множество резонансных контуров (107, 107', 107''), соединенных с мостовой схемой (103), причем каждый резонансный контур (107, 107', 107'') может соединяться с соответствующей цепью (109, 109', 109'') нагрузки, которая содержит одну или более нагрузок (111), множество блоков (129) переключения питания, соединенных между мостовой схемой (103) и соответствующей цепью (109) нагрузки последовательно одной или более нагрузкам (111) соответствующей цепи (109, 109', 109'') нагрузки для соединения и отсоединения соответствующей цепи (109) нагрузки от мостовой схемы (103), и блок (131) управления для управления блоками (129) переключения питания синхронно с резонансным током (I_res) резонансного контура (107), соответствующего одному из упомянутых блоков (129) переключения питания, при этом на каждую цепь (109, 109', 109'') нагрузки предусмотрен резонансный контур (107, 107', 107'') и блок (129) переключения питания. Технический результат - возможность независимого уменьшения яркости во всём диапазоне. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Цепь (101) питания, содержащая:
- мостовую схему (103),
- множество резонансных контуров (107, 107′, 107"), соединенных с мостовой схемой (103), причем каждый резонансный контур (107) выполнен с возможностью соединения с соответствующей цепью (109, 109′, 109") нагрузки, которая содержит одну или более нагрузок (111),
- множество блоков (129) переключения питания, каждый блок (129) переключения питания соединен между мостовой схемой (103) и соответствующей цепью (109) нагрузки последовательно одной или более нагрузкам (111) соответствующей цепи (109, 109′, 109") нагрузки для соединения и отсоединения соответствующей цепи (109) нагрузки от мостовой схемы (103), и
- блок (131) управления для управления блоками (129) переключения питания синхронно с соответствующим резонансным током (I_res) резонансного контура (107), соответствующего одному из упомянутых блоков (129) переключения питания,
при этом на каждую цепь (109, 109′, 109") нагрузки предусмотрены резонансный контур (107, 107′, 107") и блок (129) переключения питания.

2. Цепь (101) питания по п. 1, в которой мостовая схема (103) содержит полумост.

3. Цепь (101) питания по п. 1, в которой мостовая схема (103) содержит полный мост.

4. Цепь (101) питания по п. 1, в которой блок управления выполнен с возможностью обеспечения максимальной частоты переключения мостовой схемы (103), равной половине резонансной частоты резонансного контура (107).

5. Цепь (101) питания по п. 1, в которой блок управления выполнен с возможностью обеспечения максимальной частоты переключения мостовой схемы (103), равной половине самой малой резонансной частоты множества резонансных контуров (107, 107′, 107").

6. Цепь (101) питания по п. 1 содержит три резонансных контура (107, 107′, 107"), при этом первый из упомянутых резонансных контуров (107) соединен с цепью (109) нагрузки, которая содержит по меньшей мере один красный светодиод (LED) и/или органический светодиод (OLED), второй из упомянутых резонансных контуров (107′) соединен с цепью (109′) нагрузки, которая содержит по меньшей мере один зеленый LED и/или OLED, и третий из упомянутых резонансных контуров (107") соединен с цепью (109") нагрузки, которая содержит по меньшей мере один синий LED и/или OLED.

7. Цепь (101) питания по п. 1, в которой блок (129) переключения питания является транзистором, в частности полевым МОП-транзистором (MOSFET).

8. Цепь (101) питания по п. 1, в которой блок (131) управления выполнен с возможностью включения или выключения блока (129) переключения питания во время второй отрицательной полуволны резонансного тока (I_res).

9. Устройство (117, 117′), содержащее цепь (101) питания по п. 1 и по меньшей мере одну цепь (109) нагрузки.

10. Устройство (117, 117′) по п. 9, в котором каждая цепь (109, 109′, 109") нагрузки, которая может соединяться с резонансным контуром (107), содержит один или более LED и/или один или более OLED.

11. Устройство (117, 117′) по п. 9, в котором по меньшей мере одна из цепей (109, 109′, 109") нагрузки содержит цепочки (113) LED, имеющие непараллельную конфигурацию.

12. Устройство (117, 117′) по п. 9, в котором предусмотрен по меньшей мере один фоточувствительный компонент (133), который взаимодействует по меньшей мере с одной цепью (109, 109′, 109") нагрузки.