СХЕМЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H02M1/36 H02M3/335 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к схемам источника питания, и более конкретно, к импульсным схемам источника питания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Импульсные схемы источника питания, включающие в себя RCC-цепи, широко используются в качестве цепей возбуждения светодиодов (СИД) и зарядных устройств для электронных устройств из-за их низкой стоимости.

На Фигуре 1 показана известная RCC-цепь возбуждения для СИД-света. Эта цепь состоит из сетевого источника питания, реализованного в виде, например, системы 10 напряжения сети питания 230 В с диммером 12 по переднему фронту. За обычным диодным мостовым выпрямителем 14 следует RC (резистивно-емкостной) замок 16 для ослабления высокочастотных колебаний/помех. Каскад 18 EMI фильтрации (фильтрации электромагнитных помех) запитывает RCC-преобразователь 20 с его функционирующим источником питания постоянного тока.

Саморезонирующий RCC-преобразователь обычно работает в инвертирующем (повышающе-понижающем) режиме, что позволяет использовать две связанные катушки L1, L2 для генерирования сигнала обратной связи, управляя током, подаваемым на СИД-источник 22. Катушка индуктивности L1 действует в качестве накопителя энергии и подает ток к СИД-источнику 22, когда основной переключающий транзистор 21 выключен. Связанная катушка L2 индуктивности воздействует на напряжение смещения базы транзистора с обеспечением желаемого саморезонанса. В более подробном принципе, когда транзистор 21 выключен, энергия будет течь через резисторы 20a, 20b для зарядки конденсатора 20с. Когда конденсатор 20c заряжается до определенного уровня, транзистор 21 включается, и ток будет течь через катушку индуктивности L1, транзистор 21 и чувствительный резистор 20d. Индуктивное напряжение на катушке индуктивности L2 вследствие связывания с катушкой L1 индуктивности разряжает конденсатор 20c и, в свою очередь, транзистор 21 будет выключен снова.

RCC-цепи, однако, не используются широко в устройствах, которые требуют высокой производительности. Сложно и трудно разработать конструкции RCC-цепей, которые одновременно производят высокий коэффициент мощности, низкий суммарный коэффициент нелинейных искажений (THD) и хорошую стабилизацию выходного напряжения в сети.

Известны RCC-цепи, которые позволяют достичь характеристик высокого коэффициента мощности и низкого THD, но такие цепи имеют плохую стабилизацию выходного напряжения в сети (в том, что переменное входное напряжение существенно влияет на выход цепи возбуждения). Они могут также проявлять пониженную линейность и недостаточную глубину диммирования (регулирования силы света) для устройств возбуждения СИД-света. Соответственно, цепи возбуждения для СИД обычно полагаются на широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) и применяют управляющую микросхему интегральной схемы (ИС).

Патент US5995385 предшествующего уровня техники раскрывает RCC-цепь. В ней имеются два контура от вспомогательной (AUX) обмотки к управляющему конденсатору силового переключателя. Однако один контур представляет собой исключительно контур управления первичной стороны (обмотки), а другой контур представляет собой петлю обратной связи, управляемую вторичной стороной (обмоткой). Другой контур в целом представляет собой петлю обратной связи вторичной обмотки, а не контур управления первичной обмотки.

US20100142230A1 раскрывает импульсный источник питания с первичной обмоткой L2, вторичной обмоткой L3 и вспомогательной обмоткой L4. US20100142230A1 использует чувствительный резистор R52 для восприятия мощности первичной обмотки и выключения переключателя Q3; после этого он использует вспомогательную обмотку L4 для обнаружения размагничивания трансформатора и повторного включения переключателя Q3.

US6246596B1 раскрывает аналогичное решение, в котором используется чувствительный резистор для выключения переключателя. После выключения переключателя используется третичная обмотка 23 для восприятия мощности вторичной обмотки и для повторного включения переключателя. Предусмотрен один контур обратной связи, управляемый вторичной обмоткой для повторного включения переключателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, существует потребность в RCC-цепи низкой стоимости, которая исключает использование управляющей микросхемы ИС и учитывает вопросы пониженной линейности, а именно обеспечения лучшей стабилизации выходного напряжения в сети. Кроме того, предпочтительно обеспечить RCC-цепь для возбуждения СИД-сборки, которая показывает улучшенные характеристики диммирования.

Изобретение определяется формулой изобретения.

В соответствии с первым аспектом данного изобретения обеспечивается схема преобразователя, имеющая основную цепь переключения на первичной обмотке трансформатора, для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности на первичной обмотке, содержащая: цепь управления, функционально связанную с основной цепью переключения и предназначенную для управления основной цепью переключения, причем цепь управления содержит управляющий конденсатор, выполненный с возможностью включения цепи управления и отключения основной цепи (Q4) переключения; вспомогательную катушку индуктивности, магнитным образом связанную с накопительной катушкой индуктивности и выполненную с возможностью запуска цепи управления для функционирования и отключения основной цепи переключения в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности, когда основная цепь переключения является проводящей; и цепь зарядки, подключенную между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором и выполненную с возможностью включения вспомогательной катушки индуктивности для зарядки управляющего конденсатора, при этом цепь зарядки содержит первый и второй контуры зарядки на первичной обмотке между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором, причем первый контур зарядки является проводящим и второй контур зарядки является проводящим, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше порогового значения.

Применяется цепь управления, которая управляет основной цепью переключения схемы преобразователя. Цепь управления запускается для функционирования вспомогательной катушкой индуктивности, реагирующей на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности. Таким образом, для запуска управления основной цепью переключения предлагается использование вспомогательной катушки индуктивности. Два контура зарядки расположены только в пределах первичной обмотки между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором, который управляет действием цепи управления, другими словами, эти два контура зарядки представляют собой контуры управления первичной обмотки.

Эта предлагаемая компоновка может обеспечивать гибкую и простую регулировку постоянной времени, и в свою очередь постоянной времени T_ON RCC, а именно продолжительность, в течение которой основной силовой переключатель замкнут. Компоновка может также обладать хорошей стабилизацией выходного напряжения в сети. Более конкретно, два контура зарядки являются проводящими при различных условиях: один контур является постоянно проводящим, а другой контур является проводящим только тогда, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности является достаточно большим (например, выше заданного порогового значения). Таким образом, в случае низкого входного напряжения индуктивное напряжение на вспомогательной катушке индуктивности является небольшим, только один контур зарядки является проводящим, и зарядка управляющего конденсатора приводит к нормальному отключению силового переключателя, а именно к нормальной T_ON и определенной выходной мощности преобразователя. В случае высокого входного напряжения индуктивное напряжение на вспомогательной катушке индуктивности является большим, два контура зарядки являются проводящими, и зарядка управляющего конденсатора больше и приводит к более быстрому отключению силового переключателя, а именно к более короткой T_ON. Тем не менее, поскольку входное напряжение высокое, более быстрое отключение приведет к подобной выходной мощности так же, когда входное напряжение является низким.

В одном варианте воплощения цепь управления может содержать управляемый переключатель, имеющий управляющий вывод, подключенный к заземляющему выводу через управляющий конденсатор, при этом первый контур зарядки содержит последовательное соединение сопротивления и конденсатора между управляющим выводом управляемого переключателя и вспомогательной катушкой индуктивности, и при этом второй контур зарядки содержит последовательное соединение сопротивления и лавинного (обращенного) диода между управляющим выводом управляемого переключателя и вспомогательной катушкой индуктивности. Такой вариант воплощения обеспечивает более детальные реализации для двух контуров зарядки. В частности, обнаружение того, что напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше порогового значения реализуется обращенным диодом. Эта реализация проста и имеет низкую стоимость.

В одном варианте воплощения первый контур зарядки выполнен с возможностью увеличения его проводимости, когда упомянутое напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше дополнительного порогового значения, а упомянутая первый контур зарядки дополнительно содержит: диод, параллельный упомянутому сопротивлению и упомянутому конденсатору и направленный от вспомогательной катушки индуктивности к управляющему выводу управляемого переключателя. Такой вариант воплощения может дополнительно увеличивать способность управления T_ON преобразователя в соответствии с входным напряжением, благодаря чему достигается улучшенная стабилизация входного напряжения в сети.

В одном варианте воплощения цепь зарядки может содержать первый и второй контуры разрядки между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором для разрядки управляющего конденсатора. При этом упомянутый первый контур разрядки является проводящим; и упомянутый второй контур разрядки является проводящим, когда напряжение на управляющем конденсаторе выше предельного значения. Такой вариант воплощения может обеспечить адаптивную разрядку управляющего конденсатора, чтобы гарантировать, что постоянная времени соответствует зарядам в управляющем конденсаторе, и гарантировать, что заряды в управляющем конденсаторе разряжаются в достаточной степени.

Первый контур разрядки может содержать упомянутые сопротивление и конденсатор первого контура зарядки, и при этом второй контур разрядки содержит: контур, подключенный параллельно с упомянутыми сопротивлением и конденсатором первого контура разрядки, и при этом упомянутый контур содержит дополнительное сопротивление и дополнительный диод. Этот вариант воплощения обеспечивает подробную реализацию для двух контуров разрядки. Один контур может повторно использовать один из контуров зарядки для сохранения составляющей, а другой контур использует диод в качестве детектора напряжения для оценивания того, что напряжение на управляющем конденсаторе выше предельного значения.

Поэтому варианты воплощения могут достичь хорошей стабилизации выходного напряжения в сети при использовании двойного контура зарядки для зарядки и/или двойного контура разрядки для разрядки управляющего конденсатора, который управляет действием цепи управления (которая, в свою очередь управляет переключением основной цепи переключения).

В другом варианте воплощения RCC-цепь может дополнительно содержать вторичную обмотку со вторичной катушкой индуктивности, связанной с упомянутой накопительной катушкой индуктивности, причем вторичная катушка индуктивности выполнена с возможностью накопления энергии посредством связи с накопительной катушкой индуктивности, когда упомянутая основная цепь переключения замкнута, и высвобождения упомянутой накопленной энергии на вывод нагрузки, когда упомянутая основная цепь переключения разомкнута; схему диммирования между упомянутой вторичной катушкой индуктивности и упомянутым выводом нагрузки, выполненную с возможностью приема сигнала диммирования и управления энергией от вторичной катушки индуктивности к упомянутому выводу нагрузки; и цепь обратной связи для подачи сигнала диммирования на вторичную обмотку к цепи управления через оптрон (оптический вентиль); и причем упомянутые первый и второй контур зарядки отделены от вторичной обмотки. Такой вариант воплощения обеспечивает дополнительную прямую связь от сигнала диммирования со стороны нагрузки к цепи управления преобразователя. Таким образом, цепь управления может управляться дополнительно в соответствии с сигналом диммирования.

Как описывается ниже в отношении других вариантов воплощения для случая открытой нагрузки и очень глубокого диммирования, оптрон может действовать так, чтобы обеспечить сигнал диммирования и заставить цепь управления генерировать очень короткую T_ON с тем, чтобы минимизировать энергию, преобразованную преобразователем. Таким образом, варианты воплощения изобретения могут обеспечить уменьшение мерцания и обеспечить достижение более глубокого диммирования. Кроме того, может быть уменьшена потеря мощности.

Поэтому варианты воплощения могут облегчить глубокое диммирование ламп на основе СИД с очень низким мерцанием.

В дополнительном варианте воплощения цепь обратной связи может содержать зарядную емкость, связанную с цепью управления; и переключатель зарядки между упомянутой зарядной емкостью и упомянутым управляющим конденсатором, с управляющим выводом, подключенным к упомянутому оптрону; при этом упомянутая цепь обратной связи выполнена с возможностью замыкать упомянутый переключатель зарядки, когда упомянутый сигнал диммирования указывает на низкое диммирование; позволяя тем самым упомянутому переключателю зарядки подавать заряд на управляющий конденсатор от зарядной емкости с тем, чтобы ускорить зарядку управляющего конденсатора. Таким образом, сигнал диммирования может быть использован для регулировки цепи управления, и это может быть сделано с помощью оптопары. При глубоком диммировании низкий уровень сигнала диммирования может обеспечить ток от зарядной емкости для зарядки управляющего конденсатора цепи управления, тем самым ускоряя зарядку и уменьшая время между переключением основной цепи переключения (т.е. уменьшая T_ON RCC).

В дополнительном варианте воплощения зарядная емкость цепи обратной связи может быть дополнительно подключен к управляющему выводу основной цепи переключения и выполнен с возможностью обеспечения пусковой мощности для включения упомянутой основной цепи переключения. Кроме того, цепь обратной связи выполнена с возможностью удалять часть разряженного (остаточного) заряда из упомянутого зарядной емкости в зависимости от сигнала диммирования, тем самым задерживая включение основной цепи переключения. Как правило, в состоянии диммирования цепь возбуждения подает слишком много энергии СИДам, что приводит к довольно высокой светоотдаче. Чтобы компенсировать это, этот вариант воплощения разряжает конденсатор зарядки и задерживает его зарядку, при этом включение силового переключателя задерживается, и преобразователем подается менее избыточная мощность.

В дополнительном варианте воплощения RCC-цепь может дополнительно содержать: обмотку источника питания с катушкой индуктивности источника питания, связанной с упомянутой накопительной катушкой индуктивности, причем упомянутая катушка индуктивности источника питания выполнена с возможностью накопления энергии посредством связи с накопительной катушкой индуктивности, когда упомянутая основная цепь переключения замкнута, и высвобождения упомянутой накопленной энергии, когда упомянутая основная цепь переключения разомкнута; причем упомянутая цепь обратной связи обеспечивается упомянутой катушкой индуктивности источника питания (L5), а упомянутый оптрон подключен ко вторичной катушке индуктивности и, таким образом, запитан. Такой вариант воплощения обеспечивает защитную функцию при размыкании. Если нагрузка разомкнута, обмотка источника питания и вторичная обмотка будут питать оптрон, и цепь управления, в свою очередь приводится в действие, чтобы обеспечить очень короткую T_ON основной цепи переключения, уменьшая энергию, преобразованную от первичной обмотки ко вторичной обмотке, таким образом, уменьшая напряжение на разомкнутом выводе нагрузки.

По сравнению с обычными цепями, варианты воплощения могут допустить еще более глубокие уровни диммирования с ещё меньшим мерцанием. Кроме того, поскольку не применяется никакой микросхемы управления ИС, варианты воплощения могут предложить экономическую выгоду по сравнению с обычными переключающими схемами подачи питания.

Варианты воплощения могут быть использованы не только в светодиодном освещении, но также могут быть полезными для других применений, таких как промышленный источник питания, бытовая электроника и т.д.

Аспект изобретения также обеспечивает схему освещения, содержащую: RCC-цепь в соответствии с вариантом воплощения, который описан выше; цепь замка и фильтрации электромагнитных помех для генерирования входного сигнала в RCC-цепи; и СИД-сборку.

В соответствии с другим аспектом изобретения обеспечивается способ функционирования схемы преобразователя, имеющей основную цепь переключения на первичной обмотке для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности на первичной обмотке, содержащий: управление основной цепью переключения с цепью управления посредством выборочного обеспечения цепи управления с управляющим конденсатором; использование вспомогательной катушки индуктивности для запуска цепи управления в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности; зарядку управляющего конденсатора через первый контур зарядки между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором; и зарядку управляющего конденсатора через второй, иной контур зарядки между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше порогового значения, причем первый и второй контуры зарядки представляют собой контур управления первичной обмотки.

Варианты воплощения могут дополнительно содержать подачу сигнала диммирования для нагрузки на вторичной обмотке обратно в цепь управления через оптрон.

Вариант воплощения подачи сигнала диммирования может дополнительно содержать подачу заряда от зарядной емкости, связанной с цепью управления, к управляющему конденсатору с тем, чтобы ускорить зарядку управляющего конденсатора.

В дополнительном варианте воплощения управление основной цепью переключения дополнительно содержит включение основной цепи переключения зарядной емкостью, тем самым этап подачи заряда от зарядной емкости к управляющему конденсатору содержит удаление остаточной части (заряда) из зарядной емкости и задержку включения основной цепи переключения.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и объяснены со ссылкой на вариант(ы) воплощения, описанный здесь далее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры в соответствии с аспектами изобретения будут теперь описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фигура 1 показывает известную цепь возбуждения СИДа на основе RCC-цепи;

Фигура 2 показывает схему освещения, содержащую схему преобразователя в соответствии с вариантом воплощения;

Фигура 3 показывает самостоятельную цепь управления варианта воплощения по Фигуре 2 (например, в изоляции) для улучшенной ясности;

Фигура 4 показывает примерные диаграммы сигналов в цепи зарядки по Фигурам 2 и 3;

Фигура 5 содержит графики, показывающие диаграммы сигналов в схеме преобразователя по Фигуре 2 при различных напряжениях на шине;

Фигура 6 содержит первую и вторую примерные диаграммы напряжения в точке d и ток СИДа (который соответствует сигналу диммирования), соответственно, для схемы преобразователя по Фигуре 2;

Фигура 7 показывает первый и второй примерные диаграммы огибающей волны напряжения в точке d и напряжение на резисторе R4, соответственно, для схемы преобразователя по Фигуре 2; и

Фигура 8 иллюстрирует сравнение между диммированием и отсутствием диммирования, содержащее первую и вторую диаграммы напряжения на шине и ток на резисторе R4, соответственно, для схемы преобразователя по Фигуре 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Предлагается схема преобразователя, которая применяет цепь управления для управления основной цепью переключения RCC-цепи. Цепь управления запускается для функционирования вспомогательной катушкой индуктивности, которая реагирует на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности на первичной обмотке RCC-цепи. Для запуска управления основной цепью переключения используется вспомогательная катушка индуктивности, и при этом между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором, который регулирует действие цепи управления, расположены два контура зарядки.

Таким образом, обеспечивается схема преобразователя низкой стоимости, которая не использует микросхему управления ИС, а также демонстрирует хорошую линейность. Предлагаемые компоновки могут также обеспечивать гибкую регулировку постоянной времени T_ON преобразователя.

Поэтому варианты воплощения могут быть использованы для возбуждения СИД-сборки и достижения уменьшения мерцания. Варианты воплощения могут также включать СИД-диммирование, которое должно быть достигнуто. Последующий вариант воплощения использует RCC (преобразователь с кольцевым дросселем) в качестве примера, но следует понимать, что изобретение не ограничивается RCC. Применимы другие типы преобразователя автоколебаний при условии, что он использует накопительную катушку индуктивности и вспомогательную катушку индуктивности, которые охарактеризованы выше.

На Фигуре 2 показана схема освещения, содержащая цепь преобразователя в соответствии с вариантом воплощения. Схема преобразователя имеет основную цепь Q4 переключения на первичной обмотке для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности L1 на первичной обмотке.

В отличие от обычной цепи, показанной на Фигуре 1, вариант воплощения по Фигуре2 содержит цепь 30 управления, связанную с основной цепью Q4 переключения. Цепь 30 управления выполнена с возможностью управления основной цепью Q4 переключения.

Цепь 30 управления содержит: управляющий конденсатор C7, выполненный с возможностью включения цепи управления; вспомогательную катушку индуктивности L3, магнитным образом связанную с накопительной катушкой индуктивности L1 и выполненную с возможностью запуска цепи 30 управления для функционирования в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности L3; и цепь зарядки, подключенную между вспомогательной катушкой индуктивности L3 и управляющим конденсатором C7.

Цепь зарядки выполнена с возможностью включения вспомогательной катушки индуктивности L3 для зарядки управляющего конденсатора C7 и, для этой цели, цепь зарядки содержит первый и второй контуры зарядки между вспомогательной катушкой индуктивности L3 и управляющим конденсатором С7. Первый контур зарядки является проводящим, и второй контур зарядки является проводящим, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности L3 превышает пороговое значение. Упомянутые два контура управления находятся только на первичной обмотке (стороне) и служат в качестве контуров управления первичной обмотки без подключения ко вторичной обмотке и при этом не служат в качестве контуров обратной связи.

Таким образом, цепь 30 управления применяют для управления основной цепью Q4 переключения схемы преобразователя. Цепь 30 управления запускается для функционирования вспомогательной катушкой индуктивности L3, которая в свою очередь реагирует на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности Q1. Другими словами, вспомогательная катушка индуктивности L3 запускает управление основной цепи Q4 переключения. Два контура зарядки расположены между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором, который управляет действием цепи управления.

Более конкретно, два контура зарядки расположены так, чтобы быть проводящими при различных условиях. Первый контур является постоянно проводящим, а второй другой контур является проводящим только тогда, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности L3 является достаточно большим (например, выше заданного порогового значения). Таким образом, в случае низкого входного напряжения индуктивное напряжение на вспомогательной катушке индуктивности является небольшим, только один контур зарядки является проводящим, и зарядка управляющего конденсатора приводит к нормальному отключению силового переключателя, а именно к нормальной T_ON и определенной выходной мощности преобразователя. В случае высокого входного напряжения индуктивное напряжение на вспомогательной катушке индуктивности является большим, два контура зарядки являются токопроводящими, и зарядка управляющего конденсатора больше и приводит к более быстрому выключению силового переключателя, а именно к уменьшенной T_ON. Тем не менее, поскольку входное напряжение большое, более быстрое выключение приведет к аналогичной выходной мощности, что и при низком входном напряжении.

Возвращаясь теперь к Фигуре 3, для улучшенной ясности цепь управления варианта воплощения по Фигуре 2 показана в качестве самостоятельной (например, в изоляции).

Цепь 30 управления содержит: управляющий конденсатор C7, выполненный с возможностью включения цепи управления; вспомогательную катушку индуктивности L3, связанную с накопительной катушкой индуктивности L1 и выполненную с возможностью запуска цепи 30 управления для функционирования в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности; и цепь зарядки, подключенную между вспомогательной катушкой индуктивности L3 и управляющим конденсатором С7. Цепь зарядки содержит первый и второй контуры зарядки между вспомогательной катушкой индуктивности L3 и управляющим конденсатором С7.

Цепь 30 управления также содержит управляемый переключатель Q2 (например, биполярный транзистор), имеющий управляющий вывод (например, его базу), подключенный к заземляющему выводу через управляющий конденсатор С7. Коллектор переключателя Q2 подключается к базе основной цепи Q4 переключения, чтобы отводить ток базы от нее и отключать Q4, если переключатель Q2 включен. Первый контур зарядки содержит последовательное соединение сопротивлений R15 и R2, и емкости C6 между управляющим выводом управляемого переключателя Q2 и вспомогательной катушкой индуктивности L3. Второй контур зарядки содержит последовательное соединение сопротивления R18 и обращенного диода D1 (например, диода Зенера) между управляющим выводом управляемого переключателя Q2 и вспомогательной катушкой индуктивности L3.

Таким образом, обращенным диодом D1 реализуется обнаружение, что напряжение на вспомогательной катушке индуктивности L3 выше порогового значения.

В более подробном варианте воплощения, хотя первая зарядка является проводящей постоянно, первый контур зарядки выполнен с возможностью увеличения его проводимости, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности L3 выше определенного порога. С этой целью первый контур зарядки дополнительно содержит: диод D2, подключенный параллельно с сопротивлением R2 и емкостью С6 первого контура зарядки. Этот диод D2 направлен от вспомогательной катушки индуктивности L3 к управляющему выводу управляемого переключателя Q2. Эта компоновка контура зарядки может дополнительно увеличивать способность управления T_ON преобразователя в соответствии с входным напряжением, благодаря чему достигается лучшая стабилизация выходного напряжения в сети.

Для разрядки управляющего конденсатора С7 цепь 30 зарядки также содержит первый и второй контуры разрядки между вспомогательной катушкой индуктивности L3 и управляющим конденсатором С7. Первый контур разрядки выполнен с возможностью быть проводящим, и второй контур разрядки выполнен с возможностью быть проводящим, когда напряжение на управляющем конденсаторе С7 выше предельного значения. Более конкретно, первый контур разрядки содержит сопротивление R2 и емкость C6 первого контура зарядки, а второй контур разрядки содержит цепь, подключенную параллельно с сопротивлением R2 и емкостью C6 первого контура разрядки, и имеет дополнительное сопротивление R17 и дополнительный диод D5, подключенный последовательно. Эта компоновка повторно использует один контур зарядки для сохранения составляющих. В нем также используется диод в качестве детектора напряжения для оценки, если напряжение на управляющем конденсаторе С7 выше предельного значения.

Возвращаясь к Фигуре 4, здесь показаны диаграммы сигналов в цепи 30 зарядки по Фигурам 2 и 3. Ток в диоде D6 второго контура зарядки показан в виде графика I(D6), а ток в сопротивлении R15 первого контура зарядки показан в виде графика I(R15). Напряжение на управляющем конденсаторе С7 показано в виде графика V(С7), а напряжение на коллекторе основной цепи Q4 переключения, точка d, показано в виде графика V(d).

Когда основная цепь Q4 переключения является проводящей, точка d спадает на землю как 0 В, и мощность передается от источника к накопительной катушке индуктивности L1. В то же время на вспомогательной обмотке L3 появляется индуктивное напряжение, первый контур является проводящим и возникает ток I (R15). Кроме того, на Фигуре, когда входное напряжение превышает 90 В, что приводит к достижению индуктивным напряжением в L3 5,5 В, то индуктивное напряжение также пробивает диод D1. Во втором контуре зарядки возникает ток, как показано на амплитуде, больше 2 мА в I(D6). Можно четко отметить, что поскольку ток в диоде D6 второго контура зарядки и сопротивление R15 первого контура зарядки являются положительными, напряжение на управляющем конденсаторе С7 увеличивается благодаря заряду, подаваемому через контуры зарядки. Ток медленно уменьшается в течение этого периода зарядки.

После того, как напряжение на управляющем конденсаторе С7 достигает приблизительно 0,8 В, напряжение база-эмиттер управляющего переключателя Q2 достигает околопорогового значения Q2, и Q2 закрывается, превращая основную цепь Q4 переключения в отключенную. В данный момент точка d на коллекторе Q4 повышается до входного напряжения почти 270 В. Управляющий конденсатор C7 разряжается через R15 и R2, таким образом, ток I(R15) становится отрицательным. Управляющий конденсатор С7 разряжается до уровня, когда его напряжение составляет приблизительно -2,1 В. В этот момент основная цепь Q4 переключения становится снова проводящей. Напряжение в точке d Q4 падает до 0 В. На катушке индуктивности возникает L3 индуктивное напряжение, и положительный ток течет в диод D6 второго контура зарядки и сопротивление R15 первого контура зарядки, тем самым заряжая управляющий конденсатор С7 еще раз. Этот цикл зарядки и разрядки происходит многократно.

Должно быть понятно, что проведение тока по второму контуру зарядки будет влиять на скорость зарядки управляющего конденсатора C7, и скорость зарядки С7 влияет, когда управляемый переключатель Q2 отключает основную цепь Q4 переключения. В описанном выше варианте воплощения второй контур зарядки является проводящим, когда входное напряжение превышает 90 В, что приводит к индуктивному напряжению в L3, которое достигает 5,5 В.

Следует принять во внимание, что цепь 30 управления проиллюстрированных вариантов воплощения применяет двойные контуры зарядки и разрядки для зарядки/разрядки управляемого конденсатора C7, который управляет действием цепи управления. Это может обеспечить хорошую стабилизацию выходного напряжения в сети, как это показано диаграммами на Фигуре 5.

Фигура 5 содержит три графика, показывающие диаграммы каждого сигнала в схеме преобразователя по Фигуре 2 при различных напряжениях шины (130 В, 120 В и 100 В (AC)). Первый (верхний) график показывает изменение напряжения на шине V (vbus) по времени для напряжений 130 В, 120 В и 100 В (AC). Второй (средний) график показывает изменение напряжения на управляющем выводе (например, базе) управляемого переключателя Q2 по времени для напряжения шины 130 В, 120 В и 100 В (AC). Третий (нижний) график показывает изменение тока в сопротивлении R4 на управляющем выводе основной цепи Q4 переключения по времени для напряжения шины 130 В, 120 В и 100 В (переменный ток). Можно заметить, что время зарядки управляющего конденсатора, а также продолжительность T_ON при 130 В, меньше, чем при 120 В, а при 120 В меньше, чем при 100 В. Из Фигуры 5 можно ясно понять, что вариант воплощения демонстрирует хорошую стабилизацию выходного напряжения в сети, поскольку более высокое входное напряжение запитывает преобразователь за более короткое время.

Снова обращаясь к Фигуре 2, схема преобразователя дополнительно содержит вторичную обмотку с вторичной катушкой индуктивности L2, связанной с накопительной катушкой индуктивности L1. Вторичная катушка индуктивности L2 выполнена с возможностью накопления энергии посредством связи с накопительной катушкой индуктивности L1, когда основная цепь Q4 переключения замкнута, и высвобождения энергии на вывод нагрузки, когда основная цепь Q4 переключения разомкнута. Этот тип является преобразователем обратноходового типа. Следует понимать, что данное изобретение не ограничивается обратноходовым типом. Также применимы другие типы, такие как инвертирующие.

Между вторичной катушкой индуктивности L2 и упомянутым выводом нагрузки обеспечивается цепь диммирования. Цепь диммирования выполнена с возможностью приема сигнала диммирования и управления энергией от вторичной катушки индуктивности L2 к выводу нагрузки. Как проиллюстрировано на Фигуре 2, цепь диммирования содержит MOSFET переключатель M1 (на полевом МОП-транзисторе) между СИДом и землей, и источник напряжения, генерирующий ШИМ сигнал диммирования uP_dim для затвора MOSFET M1. Коэффициент заполнения сигнала диммирования определяет, как долго MOSFET переключатель M1 замкнут на свет СИДа и, таким образом, управляет уровнем диммирования.

Там также обеспечивается цепь 32 обратной связи для подачи сигнала диммирования на вторичную обмотку к цепи 30 управления через оптрон U1. Таким образом, обеспечивается дополнительная прямая связь от сигнала диммирования со стороны нагрузки к цепи 30 управления. Цепь 30 управления таким образом может дополнительно управляться в соответствии с сигналом диммирования.

В варианте воплощения по Фигуре 2 цепь 32 обратной связи содержит зарядную емкость C8, подключенную между землей и цепью 30 управления. Цепь 32 обратной связи также содержит (например, биполярный) переключатель Q1 зарядки между зарядной емкостью C8 и управляющим конденсатором С7 цепи 30 управления. Управляющий вывод (например, база) переключателя Q1 зарядки связан с оптроном U1.

Цепь обратной связи выполнена с возможностью замыкать переключатель Q1 зарядки, когда сигнал диммирования указывает на низкий уровень диммирования, позволяя тем самым переключателю Q1 зарядки подавать заряд на управляющий конденсатор С7 цепи 30 управления с тем, чтобы ускорить зарядку управляющего конденсатора Q2. Более конкретно, если сигнал диммирования имеет низкий уровень, М3 выключается, М2 включается, U1 включается и Q1 включается, и конденсатор C8 заряжает конденсатор С7. В противном случае, если сигнал диммирования имеет высокий уровень, M3 включается, а M2 и U1 выключаются, и Q1 выключается, и конденсатор C8 не будет заряжать конденсатор C7. Как показано на Фигуре 6, верхняя диаграмма представляет собой напряжение в точке d (обозначено как V(d)), а нижняя диаграмма представляет собой ток СИДа (обозначен как I (СИД1)), который соответствует сигналу диммирования. Когда сигнал диммирования является низким, конденсатор С7 будет заряжаться быстрее, как описано выше, что приводит к более частому переключению основной цепи переключателя и меньшей мощности, преобразуемой от первичной обмотки ко вторичной обмотке, тем самым дополнительное диммирование снижает нагрузку. Поэтому, если коэффициент заполнения уменьшается еще больше, преобразуется еще меньшая мощность. Следует понимать, что есть некоторое смещение между ними, и это происходит из-за гистерезиса цепи.

Поэтому следует понимать, что через оптрон U1 цепи 32 обратной связи может быть использован сигнал диммирования для регулирования цепи 30 управления. При глубоком диммировании низкий уровень сигнала диммирования может включить ток от зарядной емкости С8 для зарядки управляющего конденсатора С7 цепи 30 управления, тем самым ускоряя зарядку и уменьшая время между переключением основной цепи Q4 переключения (то есть уменьшая T_ON схемы преобразователя).

Дополнительно, зарядная емкость С8 цепи обратной связи подключен к управляющему выводу (например, базе) основной цепи Q4 переключения и выполнен с возможностью обеспечить пусковую мощность для включения основной цепи Q4 переключения. Более конкретно, зарядная емкость С8 подключена к выводу напряжения на шине от фильтра 18 электромагнитных помех через резисторы R8 и R6. Дополнительная функция вышеприведенной цепи представляет собой удаление части остаточного заряда из зарядной емкости С8 в зависимости от сигнала диммирования. Таким образом, накопление заряда на зарядной емкости С8 задерживается, прежде чем она достигнет напряжения, которое может включить основную цепь Q4 переключения. Это показано на Фигуре 7. Огибающая волна верхней диаграммы на Фигуре 7 представляет собой напряжение в точке d (обозначено как V(d)), а огибающая волна нижней диаграммы на Фигуре 7 представляет собой напряжение на резисторе R4 (обозначен как V(Vr4)). Можно заметить, что основная цепь переключения начинает включение/выключение, когда входное напряжение выше 150 В, и останавливается, когда входное напряжение падает ниже примерно 120 В. Это происходит потому, что зарядная емкость C8 не может накопить заряд, достаточный для включения основной цепи переключения, когда входное напряжение низкое, вследствие того, что заряд на зарядной емкости С8 сразу спадает.

Фигура 8 показывает сравнение между диммированием и отсутствием диммирования. Верхняя диаграмма по Фигуре 8 представляет собой напряжение на шине (обозначено как V(vbus)). Нижняя диаграмма по Фигуре 8 представляет собой ток на резисторе R4 (обозначен как I(R4)). Опорный сигнал 80 указывает запуск преобразователя при отсутствии диммирования, а опорный сигнал 82 указывает на запуск преобразователя при диммировании. Волну можно рассматривать как частично обрезанную. Таким образом, преобразуется даже меньше энергии и может быть достигнуто более глубокое диммирование.

В схеме преобразователя по Фигуре 2 также обеспечивается схема 34 источника питания. Схема 34 источника питания содержит катушку индуктивности L5 источника питания, связанную с накопительной катушкой индуктивности L2. Катушка индуктивности L5 источника питания выполнена с возможностью накопления энергии посредством связи с накопительной катушкой индуктивности, когда упомянутая основная цепь переключения замкнута, и высвобождения упомянутой накопленной энергии на вывод нагрузки, когда упомянутая основная цепь переключения разомкнута; причем упомянутая цепь обратной связи включается упомянутой катушкой индуктивности L5 источника питания, а упомянутый оптрон подключен ко вторичной катушке индуктивности и, таким образом, запитан. Такой вариант воплощения обеспечивает защитную функцию при размыкании. Если нагрузка открыта (разомкнута), обмотка источника питания и вторичная обмотка будут питать оптрон U1, и цепь 30 управления, в свою очередь, включится, чтобы обеспечить очень короткую T_ON основной цепи переключения, уменьшая энергию, преобразуемую из первичной обмотки на вторичную обмотку, тем самым уменьшая напряжение на выводе открытой нагрузки. При этом рассеивание системной цепи меньше, чем 0,5 Вт, поскольку она работает в режиме устранения колебаний и без дополнительной подачи питания для цепи управления диммированием.

Варианты воплощения могут быть использованы во всех диммируемых (но и недиммируемых) источниках света на основе СИД или ОСИД (и СИД с преобразованием люминофором, активная матрица на ОСИД и т.д.). Дополнительно, лампы на основе СИД с различными приглушенными тонами могут быть расширены с помощью предложенного способа и схемы(схем) для того, чтобы варьировать распределение тока между СИДами теплого белого свечения и СИДами холодного белого свечения. Кроме того, также возможно использование и в других обычных лампах, таких как, например, лампах накаливания или люминесцентных /газоразрядных лампах, где возбудитель ламп подает больше мощности в соответствии с требованиями лампы для уменьшения ее выходной мощности (свет).

Другие варианты к раскрытым вариантам воплощения могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. Например, упомянутая выше основная цепь переключения и управляемый переключатель могут быть реализованы MOSFET в качестве альтернативы. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключают множества. Сам по себе факт, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие объем изобретения.

Использование – в области электротехники. Технический результат – обеспечение лучшей стабилизации выходного напряжения в сети. Представлена схема преобразователя, имеющая основную цепь переключения на первичной обмотке трансформатора для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности на первичной обмотке, когда основная цепь переключения является проводящей. Схема преобразователя содержит: цепь управления, функционально связанную с основной цепью переключения и предназначенную для управления основной цепью переключения, причем цепь управления содержит управляющий конденсатор, выполненный с возможностью включать цепь управления и отключать основную цепь переключения; вспомогательную катушку индуктивности, магнитным образом связанную с накопительной катушкой индуктивности и выполненную с возможностью запускать цепь управления для функционирования и отключать основную цепь переключения в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности, когда основная цепь переключения является проводящей; и цепь зарядки, подключенную между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором и выполненную с возможностью включать вспомогательную катушку индуктивности для зарядки управляющего конденсатора. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Схема преобразователя, имеющая основную цепь (Q4) переключения на первичной обмотке трансформатора для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности (L1) на первичной обмотке, когда основная цепь (Q4) переключения является проводящей, содержащая:

цепь управления, функционально связанную с основной цепью переключения и предназначенную для управления основной цепью переключения, причем цепь управления содержит управляющий конденсатор (C7), выполненный с возможностью включать цепь управления и отключать основную цепь (Q4) переключения;

вспомогательную катушку индуктивности (L3), магнитным образом связанную с накопительной катушкой индуктивности (L) и выполненную с возможностью запускать цепь управления для функционирования и отключать основную цепь (Q4) переключения в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности, когда основная цепь (Q4) переключения является проводящей; и

цепь зарядки, подключенную между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором и выполненную с возможностью включать вспомогательную катушку индуктивности для зарядки управляющего конденсатора,

при этом цепь зарядки содержит первый и второй контуры зарядки в первичной обмотке между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором, причем первый контур зарядки является проводящим и второй контур зарядки является проводящим, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше порогового значения.

2. Схема преобразователя по п.1, в которой цепь управления содержит управляемый переключатель (Q2), имеющий свой управляющий вывод, связанный с заземляющим выводом через управляющий конденсатор (С7),

при этом первый контур зарядки содержит последовательное подключение сопротивления (R2) и емкости (C6) между управляющим выводом управляемого переключателя (Q2) и вспомогательной катушкой индуктивности (L3),

и при этом второй контур зарядки содержит последовательное подключение сопротивления (R18) и обращенного диода (D1) между управляющим выводом управляемого переключателя (Q2) и вспомогательной катушкой индуктивности (L3).

3. Схема преобразователя по п.2, в которой первый контур зарядки выполнен с возможностью увеличивать свою проводимость, когда упомянутое напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше дополнительного порогового значения,

и при этом упомянутый первый контур зарядки дополнительно содержит:

диод (D2), подключенный параллельно с упомянутым сопротивлением (R2) и упомянутой емкостью (C6) и направленный от вспомогательной катушки индуктивности (L3) к управляющему выводу управляемого переключателя (Q2).

4. Схема преобразователя по п.1 или 2, в которой цепь зарядки дополнительно содержит первый и второй контуры разрядки между вспомогательной катушкой индуктивности (L3) и управляющим конденсатором для разрядки управляющего конденсатора;

при этом упомянутый первый контур разрядки является проводящим; и

упомянутый второй контур разрядки является проводящим, когда напряжение на управляющем конденсаторе (C7) выше предельного значения.

5. Схема преобразователя по п.4, в которой первый контур разрядки содержит упомянутое сопротивление (R2) и емкость (C6) первого контура зарядки, и при этом второй контур разрядки содержит: цепь, подключенную параллельно с упомянутым сопротивлением (R2) и емкостью (С6) первого контура разрядки, и при этом упомянутый второй контур разрядки содержит дополнительное сопротивление (R17) и дополнительный диод (D5).

6. Схема преобразователя по любому из предшествующих пп. 1-3, дополнительно содержащая:

вторичную обмотку с вторичной катушкой индуктивности (L2), связанной с упомянутой накопительной катушкой индуктивности (L1), причем вторичная катушка индуктивности выполнена с возможностью накопления энергии посредством связи с накопительной катушкой индуктивности, когда упомянутая основная цепь (Q4) переключения замкнута, и высвобождения упомянутой накопленной энергии на вывод нагрузки, когда упомянутая основная цепь переключения разомкнута;

цепь диммирования между упомянутой вторичной катушкой индуктивности и упомянутым выводом нагрузки, выполненную с возможностью приема сигнала диммирования и управления энергией от вторичной катушки индуктивности к упомянутому выводу нагрузки; и

цепь обратной связи для подачи упомянутого сигнала диммирования на вторичную обмотку к цепи управления через оптрон; и

причем упомянутые первый и второй контуры зарядки отделены от вторичной обмотки.

7. Схема преобразователя по п.6, в которой цепь обратной связи дополнительно содержит:

зарядную емкость (С8), подключенную к цепи управления;

переключатель (Q1) зарядки между упомянутой зарядной емкостью (C8) и упомянутым управляющим конденсатором, с управляющим выводом, подключенным к упомянутому оптрону;

при этом упомянутая цепь обратной связи выполнена с возможностью замыкать упомянутый переключатель (Q1) зарядки, когда упомянутый сигнал диммирования указывает на низкий уровень диммирования; позволяя тем самым упомянутому переключателю (Q1) зарядки подавать заряд на управляющий конденсатор от зарядной емкости (C8) с тем, чтобы ускорить зарядку управляющего конденсатора.

8. Схема преобразователя по п.7, в которой зарядная емкость (С8) цепи обратной связи дополнительно подключена к управляющему выводу основной цепи (Q4) переключения и выполнена с возможностью подавать пусковую мощность для включения упомянутой основной цепи переключения; и при этом

упомянутая цепь обратной связи выполнена с возможностью удалять часть остаточного заряда из упомянутой зарядной емкости (С8) в зависимости от сигнала диммирования, тем самым задерживая включение основной цепи переключения.

9. Схема преобразователя по п.6, дополнительно содержащая:

обмотку источника питания с катушкой индуктивности (L5) источника питания, связанной с упомянутой накопительной катушкой индуктивности (L2), причем упомянутая катушка индуктивности источника питания выполнена с возможностью накопления энергии посредством связи с накопительной катушкой индуктивности, когда упомянутая основная цепь (Q4) переключения замкнута, и высвобождения упомянутой накопленной энергии на вывод нагрузки, когда упомянутая основная цепь переключения разомкнута;

причем упомянутая цепь обратной связи включается упомянутой катушкой индуктивности (L5) источника питания, а упомянутый оптрон подключен ко вторичной катушке индуктивности и, таким образом, запитан.

10. Схема освещения, содержащая:

схему преобразователя по любому предыдущему пункту;

замок (16) и цепь (18) фильтрации электромагнитных помех для генерирования входного сигнала для схемы преобразователя; и

СИД-сборку (22).

11. Способ функционирования схемы преобразователя, имеющей основную цепь переключения на первичной обмотке трансформатора для управления подачей тока к накопительной катушке индуктивности на первичной обмотке, когда основная цепь (Q4) переключения является проводящей, включающий:

управление основной цепью переключения с цепью управления с помощью выборочного включения цепи управления с управляющим конденсатором, выполненным с возможностью отключать основную цепь (Q4) переключения;

использование вспомогательной катушки индуктивности для запуска цепи управления в ответ на изменение напряжения на накопительной катушке индуктивности;

зарядку управляющего конденсатора через первый контур зарядки между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором для отключения основной цепи (Q4) переключения; и

зарядку управляющего конденсатора через второй, иной контур зарядки между вспомогательной катушкой индуктивности и управляющим конденсатором для отключения основной цепи (Q4) переключения, когда напряжение на вспомогательной катушке индуктивности выше порогового значения;

причем первый и второй контуры зарядки представляют собой контуры управления первичной обмотки.

12. Способ по п.11, дополнительно включающий:

подачу сигнала диммирования для нагрузки на вторичной обмотке обратно в цепь управления через оптрон.

13. Способ по п.12, дополнительно включающий:

подачу заряда от зарядной емкости, подключенной к цепи управления, к управляющему конденсатору с тем, чтобы ускорить зарядку управляющего конденсатора.

14. Способ по п.12 или 13, в котором управление основной цепью переключения дополнительно содержит включение основной цепи переключения зарядной емкостью, тем самым этап подачи заряда от зарядной емкости к управляющему конденсатору содержит удаление части остаточного заряда из зарядной емкости и задержку включения основной цепи переключения.