申请/专利权人：利德克姆国际公司

申请日：2017-07-26

公开（公告）日：2020-11-17

公开（公告）号：CN109923777B

主分类号：H02M3/155(20060101)

分类号：H02M3/155(20060101);H02M3/158(20060101)

优先权：["20160908 IT 102016000090751"]

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2023.08.04#未缴年费专利权终止;2019.07.16#实质审查的生效;2019.06.21#公开

摘要：电子转换器1包括：一对输入端子IN+、IN‑，特别适于和具有恒定电流输出的供电单元10连接；以及一对输出端子OUT+、OUT‑，特别适于和电负载5连接。该电子转换器1还包括和输入端子IN+、IN‑及输出端子OUT+、OUT‑连接的电流转换级2，以及和电流转换级2连接的控制器3，并且该控制器3特别适于控制从电子转换器1输出的电能。

主权项：1.电子转换器1，包括：一对第一输入端子IN+、IN-，和具有恒定电流输出的供电单元10连接，一对第一输出端子OUT+、OUT-，和电负载5连接，电流转换级2，所述电流转换级2和所述第一输入端子IN+、IN-及所述第一输出端子OUT+、OUT-连接，所述电流转换级2包括开关转换器电路20以及控制器3，所述控制器3和所述电流转换级2连接，并控制从所述转换器1输出的电能；其中，所述开关转换器电路20包括和其中一个所述第一输出端子OUT-连接的测量电阻器36，并且其中所述控制器3包括：一对第二输入端子，用于测量与所述开关转换器电路20输出的电流ILED成比例的所述测量电阻器36两端的电压，一对控制端子VG，VS，控制电压发生器模块60，通过所述一对控制端子VG，VS和所述开关转换器电路20连接，并且设置为基于测量到的所述电压向所述电压发生器模块60提供控制电压，从而控制所述电流ILED的输出，以及接收模块70，包括通信接口，所述通信接口用于通过射频和电缆之间的至少一个方式接收控制信号，并且设置为用于向所述控制电压发生器模块60提供信号DIM以管理所述控制电压发生器模块60工作，从而远程控制所述电子转换器1输出的电流ILED。

全文数据：电子转换器技术领域本发明涉及电子转换器设备产业领域，并且研发特别地关于具有直流输入的电流电子转换器。本发明特别地但非排他地适用于光源调整设备产业领域，特别是LED光源。背景技术已知类型的电子转换器允许控制电负载消耗的功率，该电子转换器包括和电源电压连接的开关转换器以及和该开关转换器并联连接的控制模块。通过作用于开关转换器的调节接口，同样连接在电源电压上的控制模块，能够控制输入到电负载的电量，例如，能够调制或调节从转换器输出的电流，以更改用作电负载的光源发出的光的亮度。然而，已知类型的设备显示出若干缺点。首先，控制模块必须包括对电源过压的保护以及供电滤波器。此外，因为直接和电源电压连接，控制模块必须满足预定和特定的安全要求和电流隔离要求。这意味着大量的连接和布线，以及在光源主体中的控制模块尺寸庞大。另外，如果控制模块要测量所需的电量以计算能量消耗，则电子转换器的总成本进一步上升。还有，已知类型的设备的电路结构需要符合控制模块的安全规定，这促使已知类型的设备特别昂贵。申请人进行的各种实验表明，已知类型的设备的控制模块引入了电流的额外相移，该电流馈送给由供电单元、控制模块和电负载组成的系统。考虑到电流相移降低了电源供电的工作效率，则需要一种不引入额外电流相移的电流电子转换器，从而优化工作效率。本发明的主要目的之一是满足这种需求，并克服已知类型的设备的缺点。发明内容本发明的实施例提供一种电子转换器，包括：一对输入端子，特别适于和具有恒定电流输出的供电单元连接；一对输出端子，特别适于和电负载连接；电流转换级，和该输入端子及该输出端子连接；以及控制器，和该电流转换级连接，特别适于控制从该电流转换级输出的电能。该方案能够获得恒定电流到恒定电流或恒定电流到恒定电压的电子转换器，该电子转换器是可调光的，或者其输出的电流或输出的电压可控。本发明的另一方面提供了电流转换级包括开关转换器电路。该方案使得能够利用具有恒定电流输出的供电单元并控制电子转换器输出的电流或电压，并且还能够获得输出电流纹波的抑制。本发明的又一方面提供了电流转换级包括为控制器供电的供电级，该供电级和开关转换器电路连接。由于这种方案，即使电负载被切断，进而转换级被切断，也能保证控制器的运行。本发明的另一方面提供了供电级包括与开关转换器电路串联连接的恒定电流到恒定电压的转换器电路。本发明的另一方面提供了供电级的恒定电流到恒定电压的转换器电路，包括一对输入端子、一对输出端子、二极管、连接在该二极管和其中一个输入端子之间的场效应晶体管、和二极管以及其中一个输出端子连接的电感器，以及连接在电感器和其中一个输入端子之间的电容器。由于该方案，改变场效应晶体管开关导通时间的持续时间并控制该持续时间，能够获得可用于馈送控制器的输出直流电压。本发明的另一方面提供了供电级可以包括连接在场效应晶体管和二极管之间的隔离变压器。该方案能够使得电子转换器方面的安全性和电流隔离方面得到增强。本发明的另一方面提供了电流转换级包括和电子转换器的输入端子、开关转换器电路和控制器的供电级连接的输入滤波器。本发明的另一方面提供了电流转换级的开关转换器电路包括一对输入端子、一对输出端子、和其中一个输入端子以及场效应晶体管连接的二极管、电感器、连接在电感器和场效应晶体管之间的电容器，以及连接在电容器与场效应晶体管的公共节点和其中一个输出端子之间的测量电阻器。该方案能够测量系统的基本的电量，例如输出电流、输出电压和输出功率，并估算一些可推算出的量，例如输入功率。本发明的另一方面提供了开关转换器电路可以包括连接在场效应晶体管和二极管之间的隔离变压器。本发明的另一方面提供了控制器包括一对输入端子、一对控制端子、差分放大器模块、电压比较器模块，以及和该对控制端子的端部连接的控制电压生成器模块。该方案能够控制和改变从电子转换器输出的电流，例如使LED发光体调光。本发明的另一方面提供了控制器还包括用于接收控制信号的模块。该方案能够远程控制从电子转换器输出的电流，并且或者通过无线连接，例如通过使用Wi-Fi连接的智能电话或平板电脑来控制。本发明的另一方面提供了电流转换级的开关转换器电路可以包括一对输入端子、一对输出端子、和其中一个输入端子连接的第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、电感器、连接在电感器和第二场效应晶体管之间的电容器，以及连接在电容器与场效应晶体管的公共节点和其中一个输出端子之间的测量电阻器。该方案能够断开电负载，例如切断光源，引起供电单元在无负载模式下工作，或者在供电单元的输出处生成短路状态。附图说明本发明的其他特征和优点将从以下描述中更加明显，仅通过示例的方式参考附图提供，其中：图1是根据本发明的电子转换器的一个实施例的方框示意图；图2是根据本发明的电子转换器的另一实施例的方框示意图；图3是根据本发明的电子转换器的又一实施例的方框示意图；图4是根据本发明的开关转换器电路的电路图；图5是根据本发明的输入滤波器的电路图；图6是根据本发明的控制器的电路图；图7是根据本发明的供电级的电路图；图8是图5所示的供电级的一个实施例的电路图；图9是图4所示的开关转换器电路的一个实施例的电路图；图10是以同步方式的图4所示的开关转换器电路的电路图；以及图11a至图11d是图2所示的开关转换器电路的主要元件的电流和电压随时间变化的趋势示意图。具体实施方式本发明所基于的思想是提供一种电子转换器，包括将电流从恒定电流转换为恒定电流，或从恒定电流转换为恒定电压的转换级，该电子转换器为可调光的。类似的电子转换器，能够提供恒定电流输出，特别适用于光源特别是LED光源的供电。这种电子转换器广义上更常称为“降压”转换器“buck”转换器，其中“降压”转换器指的是从恒定电压切换到恒定电压或从恒定电压切换到恒定电流的转换器。图1示出了根据本发明的电子转换器1的一个优选实施例。电子转换器1包括一对输入端子IN+、IN-，在使用中特别适于和具有恒定电流输出的供电单元10连接。电子转换器1包括一对输出端子OUT+、OUT-，在使用中特别适于和电负载5连接。电子转换器1还包括和该输入端子IN+、IN-以及该输出端子OUT+、OUT-连接的电流转换级2，以及和电流转换级2连接的控制器3。在使用中，电流转换级2向电负载5和控制器3提供输出恒定电流，控制电流转换级2的工作，并因此调节馈送到电负载5的电流。根据如图2所示的本发明的另一个实施例，电子转换器1的电流转换级2可以包括开关转换器电路20和供电级4，该供电级4和控制器3、开关转换器电路20以及电子转换器1的输入端子IN-连接。在使用中，从供电单元10输出的电流经过由开关转换器电路20的输入端子IN1和IN2构成的端口，进入由供电级4的端子IN2和IN3构成的输入端口。这样的电流能够让供电级4运行，进而，该供电级4能够为控制器3产生供电。根据本发明的另一实施例，电子转换器1的电流转换级2可以包括输入滤波器22，该输入滤波器22和开关转换器电路20以及控制器3的供电级4连接。在使用中，输入滤波器22特别适于与具有恒定电流输出的供电单元10的输出端串联连接，该供电单元10为例如，但不限于用于LED光源的控制机构或供电单元。在使用中，输入滤波器22能够消除存在于电子转换器1的输入端口处的高频吸收，该电子转换器1包括端子IN+和端子IN-。在图4所示的实施例中，电流转换级2的开关转换器电路20包括：一对输入端子IN1、IN2，该对输入端子分别和输入滤波器22的输出端子以及供电级的端子连接；一对输出端子OUT+、OUT-，在使用中特别适于和电负载连接，该电负载优选地为光源，甚至更优选地为LED光源。开关转换器电路20还包括一对控制端子VG、VS，该对控制端子VG、VS特别适于接收来自控制器3的控制信号。开关转换器电路20包括二极管28，该二极管28的一端同时连接其中一个输入端子IN1以及场效应晶体管30，优选地，该场效应晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，甚至更优选地，是N沟道MOSFET。开关转换器电路20还包括电感器32，以及连接在电感器32和其中一个输入端子IN2之间的另一电容器34，该输入端子IN2也和MOSFET30连接。最后，开关转换器电路包括测量电阻器36，该测量电阻器36连接在电容器34与MOSFET30的公共节点和该开关转换器电路的其中一个输出端子OUT-之间。在使用中，该测量电阻器36特别适于用来测量电流ILED，或者从电源级2的开关转换器电路20输出的电流。在图5所示的实施例中，输入滤波器22包括一对输入端子IN+、IN-，该对输入端子IN+、IN-在使用中特别适于和控制机构10连接。输入滤波器22包括和输入端子IN+连接的电感器24，以及连接在电感器24和输入端子IN-之间的电容器26。具体参考图6，控制器3包括一对输入端子OUT-、IN2，以及一对控制端子VG和VS，该对输入端子OUT-、IN2用于测量电流转换级2的开关转换器20的测量电阻器36两端的电压。控制器3还包括差分放大器模块40以及电压比较器模块50，该差分放大器模块40在使用中特别适于用来对在端子OUT-和IN2的两端的电压降进行差分放大，该电压比较器模块50用于将差分放大器模块40输出的电压Vdiff和参考电压比较，并生成误差电压Ve。控制器3还包括控制电压发生器模块60，该控制电压发生器模块60位于控制端子VG和VS的端部。这样的控制电压将形成矩形波，其占空比与误差电压Ve的值成比例。控制器3还包括接收模块70，该接收模块70用于接收控制信号，该接收模块70包括经由无线电和或通过电缆进行接收的通信接口，作为非限制性示例，还包括天线72。在使用中，该接收模块70特别适于通过DIM信号调光信号管理控制电压发生器模块60的运行。根据本发明的一个特别有利的特征，控制器3能够管理电流转换，或者调节MOSFET30的导通持续时间，以便获得从模块20输出的电流ILED的分流。控制器3的供电级4包括恒定电流到恒定电压转换器电路，在使用中特别适于与控制机构10的输出串联。参考图7所示的实施例，供电级4包括一对输入端子IN2和IN3以及一对输出端子VDC+和VDC-、二极管44和MOSFET42，该MOSEFT42连接在二极管44和输入端子IN3之间。供电级4还包括和二极管44及一个输出端子VDC+连接的电感器46，以及连接在电感器46和一个输入端子IN3之间的电容器48。由于这种结构，在使用中，改变MOSFET42的导通时间的持续时间并控制此持续时间，能够在输出端子VDC+和VDC-之间获得可用于馈送控制器3的直流电压VDC。根据图8所示的本发明的另一个实施例，控制器3的供电级4可以包括恒定电流到恒定电压隔离转换器电路。该隔离供电级包括连接在MOSFET42和二极管44之间的隔离变压器60。根据图9所示的本发明的另一个实施例，开关转换器电路20可以包括直流电流到直流电流或直流电压的隔离开关转换器电路。在这两种情况下，该隔离开关转换器电路包括连接在MOSFET30和二极管28之间的隔离变压器62。根据本发明的另一个优选实施例，本发明的开关转换器电路20可以提供同步结构。如图10所示，在该结构中，电流转换级2的开关转换器电路20包括另一个场效应晶体管，优选地是MOSFET90，以替换图2中所示的开关转换器电路20的二极管28。在使用中，该结构能够断开电负载或光源，从而引起控制机构10在无负载模式下工作。或者，也可以在控制机构10的输出生成短路状态。控制机构10的这两种工作条件都可以用于切断OFFLED光源。在使用中，优选地在LED控制机构和LED光源之间，本发明能够得到插入在直流供电单元和电负载之间的可调电子转换器1，从而尽可能地改变整个系统的效能。具体参考图11a至图11d，应该观察到电流ILED的平均值和电流IIN的平均值之间的关系的重要性，其中ILED＝1-D×IIN，且D＝TonTon+Toff。具体地，Ton是开关转换器电路20的MOSFET30的导通阶段的持续时间，Toff是开关转换器电路20的MOSFET30的截止阶段的持续时间。特别是如果恒定电流到恒定电流开关转换器以同步方式配置，或者如果使用MOSFET90代替如前所述的二极管28，特别是如果在D＝0，或者在ILED＝IIN的条件下使用，系统的效能将会有细微的改变。在这种情况下，本申请的可调电子转换器1的电流转换效能将接近一个单位。至于调光，调节开关转换器电路20的MOSFET30的开关导通阶段的持续时间，能够根据关系式ILED＝1-D×IIN改变本申请的电子转换器1输出的电流。至于这些用于控制电流ILED，或是控制电流转换器级2的开关转换器电路20输出的电流的技术，可以使用在具有恒定电流输出类型的开关中已经使用的最常用的技术。或者，可以通过读取适当放大的电阻器36的端部处的电压Vdiff来得到电流ILED的读数，该读数可以在系统中用作受控制的量，其中控制的量是开关转换器电路20的MOSFET30的开关导通ON阶段持续时间，或Ton，并且误差电压Ve是电压Vdiff和参考电压的比较结果。如前所述，通过使用到目前为止所描述的电路，仅仅改变控制方法，或者使用开关转换电路20的端子OUT+和OUT-之间的输出电压VLED替代输出电流ILED作为受控制的量，电子转换器1可以被用作直流电流到直流电压的非隔离转换。公知的开关拓扑结构的所有组合和对偶都落入本申请的范围内，特别是所有能够获得恒定电流到恒定电流或恒定电流到恒定电压转换的隔离的和非隔离的拓扑结构。所有细节都可以用其他技术的等同元素代替。同样地，所使用的材料以及形状和可能的尺寸可以根据需要而变化，而不脱离所附权利要求的保护范围。

权利要求：1.电子转换器1，包括：一对输入端子IN+、IN-，特别适于和具有恒定电流输出的供电单元10连接，一对输出端子OUT+、OUT-，特别适于和电负载5连接，电流转换级2，和所述输入端子IN+、IN-及所述输出端子OUT+、OUT-连接，以及控制器3，和所述电流转换级2连接，并特别适于控制从所述电子转换器1输出的电能，其中所述控制器3包括用于接收控制信号的接收模块70，并且所述控制器3适应于基于所述控制信号控制由所述电子转换器1输出的电流。2.根据权利要求1所述的电子转换器，其特征在于，所述电流转换级2包括开关转换器电路20。3.根据权利要求2所述的电子转换器，其特征在于，所述电流转换级2包括所述控制器3的供电级4，所述供电级4和所述开关转换器电路20连接。4.根据权利要求3所述的电子转换器，其特征在于，所述供电级4包括恒定电流到恒定电压转换器电路，所述恒定电流到恒定电压转换器电路和所述开关转换器电路20串联连接。5.根据权利要求4所述的电子转换器，其特征在于，所述供电级4的所述恒定电流到恒定电压转换器电路包括一对输入端子IN2、IN3、一对输出端子VDC+、VDC-、二极管44、场效应晶体管42、电感器46以及电容器48，所述场效应晶体管42和所述二极管44及其中一个所述输入端子IN3连接，所述电感器46和所述二极管44及其中一个所述输出端子VDC+连接，所述电容器48连接在所述电感器46和其中一个所述输入端子IN3之间。6.根据权利要求5所述的电子转换器，其特征在于，所述供电级4包括连接在所述场效应晶体管42和所述二极管44之间的隔离变压器60。7.根据权利要求2至6中任意一项所述的电子转换器，其特征在于，所述电流转换级2还包括输入滤波器22，所述输入滤波器22和所述电子转换器1的所述输入端子IN+、IN-、所述开关转换器电路20以及所述控制器3的所述供电级4连接。8.根据权利要求2所述的电子转换器，其特征在于，所述电流转换级2的所述开关转换器电路20包括一对输入端子IN1、IN2、一对输出端子OUT+、OUT-、二极管28、电感器32、电容器34和测量电阻器36，所述二极管28和其中一个所述输入端子IN1及场效应晶体管30连接，所述电容器34连接在所述电感器32和所述场效应晶体管30之间，所述测量电阻器36连接在所述电容器34与所述场效应晶体管30的公共节点和其中一个所述输出端子OUT-之间。9.根据权利要求8所述的电子转换器，其特征在于，所述开关转换器电路20包括连接在所述场效应晶体管30和所述二极管28之间的隔离变压器62。10.根据前述权利要求中任意一项所述的电子转换器，其特征在于，所述控制器3包括一对输入端子OUT-、IN2、一对控制端子VG和VS、差分放大器模块40、电压比较器模块50和控制电压发生器模块60，所述控制电压发生器模块60和所述控制端子VG、VS的端部连接。11.根据权利要求10所述的电子转换器，其特征在于，控制器3还包括用于接收控制信号的接收模块70。12.根据权利要求2所述的电子转换器，其特征在于，所述电流转换级2的所述开关转换器电路20包括一对输入端子IN1、IN2、一对输出端子OUT+、OUT-、第一场效应晶体管90、第二场效应晶体管30、电感器32、电容器34和测量电阻器36，所述第一场效应晶体管90和其中一个所述输入端子IN1连接，所述电容器34连接在所述电感器32与所述第二场效应晶体管30之间，所述测量电阻器36连接在所述电容器34与所述第二场效应晶体管30的公共节点和其中一个所述输出端子OUT-之间。

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