管状LED镇流器降压-升压变换器的制作方法

管状led镇流器降压-升压变换器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年2月5日提交的序列号为62/970550(代理人案卷号efi-46049)，题为“可切换拓扑和注入降压-升压循环(switchable topology and injecting buck-boost cycles)”的美国临时专利申请的权益；上述申请的全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.通常，降压变换器获取电压并将电压降低到较低电压，而升压变换器获取电压并将电压升高到较高电压。


技术实现要素：

4.根据一个方面，管状发光二极管(light emitting diode,led)镇流器可以包括降压-升压变换器电路。管状led镇流器可以包括包含第一端和第二端的第一开关、包含第一端和第二端的电感器、包含阴极端和阳极端的第一二极管、包含第一端和第二端的第二开关、包含阴极端和阳极端的第二二极管、以及包含第一端和第二端的电容器。第一二极管的阴极端可以耦接到电感器的第一端和第一开关的第二端。第二二极管的阳极端可以耦接到电感器的第二端和第二开关的第一端。电容器的第二端可以耦接到第二开关的第二端和第一二极管的阳极端。电容器的第一端可以耦接到第二二极管的阴极端。
5.第一开关和第二开关可以是晶体管。在第一降压-升压变换器模式中，第一开关和第二开关可以由同一输入信号驱动。在第一降压-升压变换器模式中，第一开关和第二开关可以由波形输入信号驱动。在第一降压-升压变换器模式中，第一二极管和第二二极管可以是续流二极管。在第二降压变换器模式中，第一开关可以由波形输入信号驱动并且第二开关可以断开。在第二降压变换器模式中，第一二极管可以是续流二极管。在第三升压变换器模式中，第一开关可以闭合并且第二开关可以由波形输入信号驱动。在第三升压变换器模式中，第二二极管可以是续流二极管。
6.第一开关和第二开关可以基于与电感器相关联的读数来驱动。第一开关和第二开关可以基于第一二极管两端的整流交流(alternating current,ac)电压来驱动。第一开关和第二开关可以基于感测电容器两端的直流(direct current,dc)电压来驱动。
7.根据一个方面，管状发光二极管(led)镇流器可以包括降压-升压变换器电路。管状led镇流器可以包括第一开关、第一回路和第二回路。第一开关可以包括第一端和第二端。第一回路可以包括：包含第一端和第二端的电感器；包含阴极端和阳极端的第一二极管，第一二极管的阴极端可以耦接到电感器的第一端和第一开关的第二端；以及包含第一端和第二端的第二开关。第二回路可以包括：包含阴极端和阳极端的第二二极管，第二二极管的阳极端可以耦接到电感器的第二端和第二开关的第一端；以及包含第一端和第二端的电容器，电容器的第二端可以耦接到第二开关的第二端和第一二极管的阳极端，并且电容器的第一端可以耦接到第二二极管的阴极端。
8.在第一降压-升压变换器模式中，第一开关和第二开关可以由同一输入信号驱动。
在第二降压变换器模式中，第一开关可以由波形输入信号驱动并且第二开关可以断开。在第三升压变换器模式中，第一开关可以闭合并且第二开关可以由波形输入信号驱动。
9.根据一个方面，管状发光二极管(led)镇流器可以包括降压-升压变换器电路。管状led镇流器可以包括包含第一端和第二端的第一开关、包含第一端和第二端的电感器、包含阴极端和阳极端的第一二极管、包含第一端和第二端的第二开关、包含阴极端和阳极端的第二二极管、以及包含第一端和第二端的电容器。
10.第一二极管的阴极端可以耦接到电感器的第一端和第一开关的第二端。第二二极管的阳极端可以耦接到电感器的第二端和第二开关的第一端。电容器的第二端可以耦接到第二开关的第二端和第一二极管的阳极端。电容器的第一端可以耦接到第二二极管的阴极端。在第一降压-升压变换器模式中，第一开关和第二开关可以由波形输入信号驱动。在第二降压变换器模式中，第一开关可以由波形输入信号驱动并且第二开关可以断开。在第三升压变换器模式中，第一开关可以闭合并且第二开关可以由波形输入信号驱动。
11.第一开关和第二开关可以基于与电感器相关联的读数来驱动。第一开关和第二开关可以基于第一二极管两端的整流ac电压来驱动。第一开关和第二开关可以基于感测电容器两端的dc电压来驱动。
附图说明
12.图1是根据一个方面的包含以第一模式操作的降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。
13.图2是根据一个方面的包含以第二模式操作的降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。
14.图3是根据一个方面的包含以第三模式操作的降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。
15.图4是根据一个方面的包含降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。
具体实施方式
16.以下包括本文所使用的选定术语的定义。这些定义包括落入术语范围内并且可用于实现的部件的各种示例和/或形式。这些示例不旨在进行限制。此外，本领域普通技术人员将理解，本文讨论的部件可以与其他部件组合、省略或组织，或者组织成不同的架构。
17.如本文所用，“处理器”处理信号并执行通用计算和算术功能。由处理器处理的信号可以包括数字信号、数据信号、计算机指令、处理器指令、消息、位、位流或可以接收、传输和/或检测的其他方式。通常，处理器可以是各种不同的处理器，包括多个单核和多核处理器和协处理器以及其他多个单核和多核处理器和协处理器架构。处理器可以包括各种模块以执行各种功能。
18.如本文所用，“存储器”可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。非易失性存储器可以包括例如只读存储器(read only memory,rom)、可编程只读存储器(programmable read only memory,prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom,eprom)以及电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable prom,eeprom)。易失性
存储器可以包括例如随机存取存储器(random access memory,ram)、同步ram(synchronous ram,sram)、动态ram(dynamic ram,dram)、同步dram(synchronous dram,sdram)、双倍数据速率sdram(double data rate sdram,ddrsdram)以及直接ram总线ram(direct ram bus ram,ddram)。存储器可以存储控制或分配计算设备的资源的操作系统。
19.如本文所用，“总线”指的是可操作地连接到计算机内部或计算机之间的其他计算机部件的互连架构。总线可以在计算机部件之间传输数据。总线可以是存储器总线、存储器控制器、外设总线、外部总线、交叉开关和/或本地总线等。总线也可以是车辆总线，该车辆总线使用诸如通用同步-异步接收器/发送器(universal synchronous-asynchronous receiver/transmitter,usart)、串行外设接口(serial peripheral interface,spi)或内部集成电路(inter-integrated circuit,i2c)等协议来互连车辆内部的部件。
[0020]“可操作连接”或实体“可操作地连接”的连接是可以发送和/或接收信号、物理通信和/或逻辑通信的连接。可操作连接可以包括无线接口、物理接口、数据接口和/或电接口。
[0021]
根据一个方面，本文描述的降压-升压变换器和/或相关电路可以动态地切换模式、变换器模式或变换器的拓扑。例如，电路可以从降压-升压变换器到降压变换器，再到升压变换器。例如，对于同一盏灯，根据灯是插入120伏电源还是277伏电源，电路可以动态切换，取决于实际线路电压。
[0022]
图1是根据一个方面的包含以第一模式操作降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。参照图1，降压-升压变换器电路可以包括包含第一端和第二端的第一开关q1、包含第一端和第二端的电感器l、包含阴极端和阳极端的第一二极管d1、包含第一端和第二端的第二开关q2、包含阴极端和阳极端的第二二极管d2、以及包含第一端和第二端的电容器c。第一二极管d1的阴极端可以耦接到电感器l的第一端和第一开关q1的第二端。第二二极管d2的阳极端可以耦接到电感器l的第二端或另一端和第二开关q2的第一端。电容器c的第二端可以耦接到第二开关q2的第二端和第一二极管d1的阳极端。电容器c的第一端可以耦接到第二二极管d2的阴极端。
[0023]
根据一个方面，第一开关q1和第二开关q2可以是晶体管。在第一降压-升压变换器模式中，如图1所示，第一开关q1和第二开关q2可以由同一输入信号驱动，例如方波信号或任何波形信号，这些信号例如可以由微处理器提供。因此，在第一降压-升压变换器模式中，第一开关q1和第二开关q2可以由同一方波输入信号驱动。在该第一降压-升压变换器模式中，第一二极管和第二二极管可以是续流二极管。这里，电路可以是降压升压组合，使得第一开关q1和第二开关q2同时导通，第一开关q1和第二开关q2也同时截止。
[0024]
第一开关q1和第二开关q2可以基于与电感器l相关联的读数来驱动。第一开关q1和第二开关q2可以基于第一二极管d1两端的整流ac电压来驱动。可由微控制器通过电压感测、模数转换、用于测量整流ac的模拟输入来对整流ac电压进行测量，该模拟输入将测量该电压并且还测量dc侧电压。根据一个方面，微控制器可以基于被耗尽电感器的磁场或脉宽调制(pulse width modulation,pwm)频率来操作第一开关q1和第二开关q2。可以基于整流ac电压和v
dc
输出来确定功率，但可以基于电感器l来确定频率变化。电流感测控制电路可以暂时暂停开关以减轻电路中的过电流。
[0025]
第一开关q1和第二开关q2也可以基于感测电容器c两端的dc电压(例如，v
dc
)来驱
动。根据一个方面，第一开关q1和第二开关q2可以基于ac波形和当前电压所在的时刻来驱动。在ac波形中，电压可能在某个电压处达到最大值，然后变为零，实际上是正弦波。led条可以由dc电压供电，例如225伏dc。在这方面，ac电压显然会高于该dc电压以及低于该dc电压。基于ac电压的位置，电路可以切换到降压拓扑或升压拓扑。
[0026]
根据一个方面，当线电压上升或升高时，电路可以处于升压模式并产生更多电压，从而电路可以将led运行到例如200伏。并且当电路将线电压提高到大约200伏时，电路可能会切换到降压升压模式，这可能会将灯运行至高于或低于变换器电压。然后当线电压增加到超过led电压(例如，225伏、250伏、300伏)时，电路可能会进入降压模式。然后在下行过程中，电路可能会实现反向。
[0027]
在降压-升压模式下，q1和q2可以共享栅极控制信号并同时开启和关闭。当q1和q2都开启时，输入电压可以施加到电感器l并且能量可以存储在电感器l中。这里，输出电容器c可以提供负载电流。当q1和q2都关闭时，二极管d1和d2可能正向偏置，因此电感器电流可能以与电压输出成比例的速率缓降(ramp down)。因此，能量可以从电感器l转移到输出负载和电容器c。
[0028]
图2是根据一个方面的包含以第二模式操作的降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。在图2中，示出了第二降压变换器模式。这里，第一开关q1可以由方波输入信号驱动，而第二开关q2可以保持断开(例如，通过微处理器控制第二开关q2的栅极)。在第二降压变换器模式中，第一二极管可以是续流二极管。根据一个方面，当输入电压高于输出电压时，降压-升压变换器电路可以被设置为以第二模式操作。
[0029]
图3是根据一个方面的包含以第三模式操作的降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图。在第三升压变换器模式中，第一开关q1可以闭合，第二开关q2可以由方波输入信号驱动。在第三升压变换器模式中，第二二极管d2可以是续流二极管。根据一个方面，当输入电压低于输出电压时，降压-升压变换器电路可以被设置为以第三模式操作。根据另一方面，该电路可以具有为每个逆变器模式(即，第一降压-升压模式、第二降压模式和第三升压模式)设置的不同百分比。例如，当整流ac电压为v
dc
电压的正负10至15伏时，可以接合三种模式之一。
[0030]
图1-图3的电路可以使用4开关单级开关变换器，该4开关单级开关变换器具有可切换拓扑并且能够以至少三种不同模式操作：降压、升压和降压-升压。通过控制第一开关q1和第二开关q2，变换器可以能够随意动态地从一种模式切换到另一种模式。这使微控制器能够为给定的瞬时输入电压选择理想的变换器拓扑，从而在很宽的输入电压范围内实现出色的效率。由于ac输入电压不断变化，变换器可能会在每个线路循环内多次更改其操作模式以保持最大效率(例如，使用277v ac输入和200伏led条电压，变换器可以在循环开始时以升压模式操作(例如，低瞬时输入电压)，稍后随着输入电压升高而更改为降压-升压模式，并且随着输入电压升高到200v以上而更改为降压模式，等等)。
[0031]
图4是根据一个方面的包含上述降压-升压变换器的管状发光二极管(led)镇流器的示例性电路图400。
[0032]
与已知的“静态”向上变换器相比，效率提高是预期的。“静态”反激变换器(flyback converter)可以例如使用以下图1-图3中所示的“动态”可切换技术替换，其中预期管状led(tubular led,tled)效率提高3％-5％。这可以通过注入降压-升压循环来保持
辅助供电的运行(减轻对单独辅助电源供电的需求)。
[0033]
启动后，15v dc供电电压可通过主电感器上的额外绕组(也用于退磁检测)得到。得到的电压可能需要保持在相对较窄的范围内才有用。不幸的是，在升压模式((vout-vin)/变压器比)与降压或降压-升压模式(vout/变压器比)中得到的电压不同，因此当电路在120v ac电网上运行并且以升压模式度过数个开关周期时，可能无法维持15v供电电压。为了减轻这种情况，电路可能会暂时将拓扑切换到降压-升压模式并持续几个周期，以便为15v供电电容器提供一点额外电荷。这不会对效率或功率因数产生太大的负面影响。
[0034]
尽管已经以特定于结构特征或方法动作的语言描述了主题，但应理解，所附权利要求的主题不必限于上述特定特征或动作。相反，以上描述的特定特征和动作作为示例方面被公开。
[0035]
本文提供了各方面的各种操作。描述一个或更多个或所有操作的顺序不应被解释为暗示这些操作必须依赖于顺序。基于该描述将理解替代排序。此外，并非所有操作都必须存在于本文提供的每个方面中。
[0036]
如在本技术中使用的，“或”旨在表示包含性“或”而不是排他性“或”。此外，包含性“或”可以包括其任何组合(例如，a、b或其任何组合)。此外，在本技术中使用的“一个(a)”和“一个(an)”通常被解释为表示“一个或更多个”，除非另有说明或从上下文中清楚地指向单数形式。此外，a和b和/或类似物中的至少一个通常是指a或b或a和b两者。此外，在详细描述或权利要求中使用“包括(includes)”、“具有(having)”、“有(has)”、“带有(with)”或其变体的情况下，这些术语旨在以类似于术语“包含(comprising)”的方式包含在内。
[0037]
此外，除非另有说明，否则“第一”、“第二”等并不旨在暗示时间方面、空间方面、排序等。相反，这些术语仅用作特征、元素、项目等的标识符、名称等。例如，第一通道和第二通道通常对应于通道a和通道b或两个不同或两个相同的通道或同一通道。另外，“包含(comprising)”、“包括(comprises)”、“包含(including)”、“包括(includes)”等通常意指包含(comprising)或包含(including)，但不限于这些。
[0038]
应当理解，以上公开的各种和其他特征和功能，或者它们的替代物或变体，可以期望地组合成许多其他不同的系统或应用。此外，本领域技术人员随后可以做出各种目前未预见或未预料到的替代、修改、变化或改进，这些替代、修改、变化或改进也旨在被以下权利要求涵盖。