驱动器电路和控制驱动器的方法与流程

1.本发明涉及一种驱动器电路，诸如照明驱动器，例如其涉及具有隔离输出的市电隔离照明驱动器。


背景技术：

2.隔离驱动器电路是众所周知的，例如，用于使用市电电源驱动负载，但负载的用户不受市电的影响。例如，市电隔离照明驱动器是众所周知的。隔离通常由变压器实现，并且在高频开关模式驱动器的情况下，变压器(特别是初级侧电感)可以是开关模式电源转换器的能量箱的一部分。
3.反馈控制常用于调节负载的驱动电平。例如，照明驱动器需要电流控制回路，以便调节输出电流，并且从而控制光输出。通常，控制器设定输出电流设定点，并将实际输出电流与电流设定点进行比较，以生成误差信号。这个误差信号被控制器用来实现反馈控制回路。
4.实现反馈控制回路的方法有很多种。控制器位于隔离驱动器的初级侧，因此一种方法是从次级侧向初级侧提供电流感测反馈信号。例如，这可以使用专用变压器来实现。然而，这增加了成本。
5.备选方法是在初级侧处进行感测，使用初级侧处的信号，该信号根据次级侧处的输出电流而变化，但这不如次级侧处电流的实际测量值准确。
6.本发明涉及将驱动电平信号从初级侧传输到次级侧的方法。在照明驱动器的情况下，该方法(其本身是已知的)涉及将电流设定点从初级侧处的控制器传输到次级侧，特别是使用第一光耦合器。然后误差信号的生成可以在次级侧发生，并且可以将误差信号返回到初级侧，例如使用第二光耦合器。这就避免了需要变压器以提供电流反馈信号。
7.使用光耦合器来中继负载驱动电平(诸如电流设定点)的缺点是电流传输比率的公差。扩展可以超过200％，因此，例如1ma的输入信号到光耦合器可能导致输出电流在0.5ma到2ma的范围内。
8.例如，负载驱动电平(诸如电流设定点)，被实现为占空比信号，因此电流电平本身并不编码正在传输的信息。然而，由于处理输入pwm信号的电路元件的响应时间不同，电流传输比率的公差仍然在次级侧上提取的pwm信号的占空比中给出偏移量。其结果是负载输出上的公差增加，诸如led电流。例如，led照明的电流公差必须保持在5％以内，并且当由于电流变化而传输(具有期望频率的)pwm信号时，这是不容易实现的。
9.有必要改进这种类型的驱动器架构。


技术实现要素：

10.本发明由权利要求书限定。
11.根据本发明一个方面的实施例，提供一种驱动器，包括：
12.初级侧电路；
13.用于驱动负载的次级侧电路；
14.在初级侧电路和次级侧电路之间的光耦合器；以及
15.在初级侧电路和次级侧电路之间用于向负载供电的变压器，其中：
16.初级侧电路包括：
17.控制器，用于经由光耦合器向次级侧电路提供用于设定负载驱动电平的pwm负载驱动电平信号；以及
18.用于测量表示负载功耗的信号的感测电路；
19.次级侧电路包括：
20.传感器，用于感测负载的驱动电平；以及
21.比较器电路，用于将负载驱动电平与所感测的驱动电平进行比较，并为控制器提供误差信号；并且
22.控制器配置为：
23.调节pwm负载驱动电平信号的频率；
24.响应于频率调节而监测负载的功耗；并且
25.基于监测调整pwm负载驱动电平信号的占空比，从而补偿由光耦合器引入的误差。
26.这个驱动器在次级侧生成误差信号，并把它中继回初级侧的控制器。驱动电平(即，负载的设定点)经由光耦合器作为pwm信号被传输。为了补偿由通过光耦合器的传输引入到pwm信号的误差，控制器实现了补偿方案。特别是，通过监测(在初级侧处的)功耗来监测改变pwm频率的效果。本发明是基于如下实现，即可以通过监测功耗如何(特别是是否)响应于pwm频率的变化而变化来获得补偿。特别是，引入的误差通常是恒定的时间延迟误差，因此一旦这些误差得到补偿，即使在不同的频率下，pwm信号也应当保持准确。
27.例如，在初次侧电路和次级侧电路之间提供第二光耦合器，其中比较器电路用于经由第二光耦合器向控制器提供误差信号。因此，误差信号经由光耦合器被反馈到初级侧。
28.例如，控制器被配置为：
29.在正常工作的第一频率和第二频率之间调节pwm驱动电平信号的频率；以及
30.调整pwm驱动电平信号的占空比，使得在第一频率和第二频率处的功耗相同。
31.因此，存在正常的工作频率，例如，400hz，和测试频率，例如，800hz。期望正常工作频率较低，使得电流传输比率的影响较低，但又期望正常工作频率较高，以避免需要庞大的滤波部件。因此，针对pwm负载驱动电平信号的频率找到了折衷方案，通常在100hz到1khz的范围内。
32.例如，控制器被配置为通过向pwm负载驱动电平信号的开启或关闭时间添加偏移量来调节占空比。这个增加的偏移量校正了由光耦合器及其相关联的电路系统的部件行为引起的增加的偏移量。
33.例如，控制器被配置为周期性调节占空比，并保持周期性调节之间的偏移量。这种调节可以连续进行，但周期性调节减少了功耗和所需的处理资源。例如，该调节补偿了老化(以周或月为时间尺度)和温度影响(以分钟为时间尺度)。因此，周期性调节可以例如以10秒到10分钟之间的周期进行。
34.例如，控制器被配置为迭代地调整pwm驱动电平信号的占空比。这提供了简单的控制算法，其具有最小的处理要求。
35.感测电路可以包括功率计量电路。这可能已经是驱动器的必需部分，因此可以在没有额外开销的情况下实现功耗监测。
36.感测电路可以包括电流感测电路，用于感测初级侧电路中的电流。这对于电路中的恒定电压点可能是足够的，以便表示功耗。
37.替代地，感测电路可以包括电流传感器电路和电压传感器电路，用于感测初级侧电路中的电流和电压。
38.例如，驱动器还包括诸如llc转换器的开关模式功率转换器。然后，变压器可以是开关模式功率转换器的一部分。许多已知的开关模式转换器架构可以被使用，诸如降压、升压、降压-升压或反激转换器。
39.例如，驱动器是照明驱动器，其中负载是照明负载。负载驱动电平是针对照明负载的电流设定点，所感测的驱动电平是感测电流，并且传感器是电流传感器。
40.本发明还提供了一种灯具，包括：
41.上文所限定的照明驱动程器；以及
42.照明负载。
43.本发明还提供了一种控制具有初级侧和次级侧的驱动器的方法，包括：
44.在初级侧，经由光耦合器向次级侧提供用于设定负载驱动电平的pwm负载驱动电平信号；
45.在初级侧，测量表示负载功耗的信号；
46.在次级侧，感测负载的驱动电平；
47.在次级侧，将负载驱动电平与所感测的驱动电平进行比较，并提供误差信号，并将该误差信号提供给初级侧；
48.调节pwm负载驱动电平信号的频率；
49.响应于频率调节而监测负载的功耗；以及
50.基于监测，调整pwm负载驱动电平信号的占空比，从而补偿由光耦合器引入的误差。
51.引入的误差来源于光耦合器的电流传输比率。
52.该方法可以包括：
53.在正常工作的第一频率和第二频率之间调节pwm负载驱动电平信号的频率；以及
54.调整pwm负载驱动电平信号的占空比，使得在第一频率和第二频率处的功耗相同。
55.该方法可以包括通过向pwm负载驱动电平信号的开启或关闭时间添加偏移量来调节占空比。例如，周期性调节占空比，并且保持周期性调节之间的偏移量。
56.该方法优选地用于控制照明驱动器，使得负载是照明负载，负载驱动电平是照明负载的电流设定点，所感测的驱动电平是感测电流。
57.本发明还提供了一种实现上述所限定的方法的计算机程序。
58.本发明的这些方面和其他方面将通过参考下文描述的(多个)实施例而变得显而易见并得以阐明。
附图说明
59.为了更好地理解本发明，并更清楚地说明如何实施本发明，现在仅以示例的方式，
参考附图，在附图中：
60.图1示出了包括照明驱动器和照明负载的灯具；
61.图2示出了使用光耦合器传输pwm电流设定点信号所产生的误差的性质；
62.图3示出了用于调整校正因子的迭代方法的流程图；并且
63.图4示出了设定点转换电路的一个示例。
具体实施方式
64.本发明将参照附图进行描述。
65.应当理解，详细的描述和具体的示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但仅用于说明目的，并不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点，将从下面的描述、所附权利要求书和附图中得到更好的理解。应当理解的是，附图仅仅是示意图，而不是按比例绘制的。还应理解，在贯穿附图中使用相同的附图标记来指示相同或类似的部分。
66.本发明提供了一种隔离驱动器，该驱动器在初级侧生成pwm负载驱动电平信号(即，用于提供针对负载的设定点)，并经由光耦合器将其提供给次级侧。负载的功耗也在初级侧被感测。驱动电平在次级侧被感测，并在次级侧被与负载驱动电平进行比较，以为初级侧控制器提供误差信号。调节pwm负载驱动电平信号的频率，并响应于频率调节监测负载的功耗。然后可以调整pwm负载驱动电平信号的占空比，以补偿由光耦合器引入的误差。
67.本发明一般可应用于任何隔离驱动器，其负载在次级侧，并且负载驱动电平(例如，负载电流或电压或功率)被设定在初级侧，并通过光耦合器被中继到次级侧。本发明将参考照明驱动器进行描述。在这种情况下，负载是照明负载，负载驱动电平是照明负载的电流设定点，所感测的驱动电平为感测电流。然而，下文解释的概念可以应用于其他负载的驱动器，并且具有从初级侧被中继到次级侧的不同驱动电平信号。
68.图1示出了灯具10，包括照明驱动器20和led布置的形式的照明负载100。
69.照明驱动器20包括初级侧电路(隔离分划22左侧的所有部件)和用于驱动照明负载100的次级侧电路(隔离分划22右侧的所有部件)。
70.在初级侧电路和次级侧电路之间的第一光耦合器24用于将电流设定点信号从初级侧电路传输到次级侧电路，并且第二光耦合器26用于将电流误差信号从次级侧电路传输回初级侧电路。
71.变压器28在初级侧电路和次级侧电路之间，用于向照明负载供电。它被示出为驱动器的开关模式电源转换器30的一部分。
72.主控制器32以已知的方式控制开关模式功率转换器的开关的定时。它还提供pwm电流设定点信号，用于设定led电流，并将该信号提供给第一光耦合器24。
73.功率测量电路34基于从市电提取的功率来测量照明负载的功耗(因为电路系统的功耗与led布置的功耗相比微不足道)。例如，功率测量电路可以是能量计量电路(即，功耗监测电路)。任何指示功耗的信号都可以被感测，例如电压和电流测量，或恒定固定电压下的电流测量。如虚线箭头所示，功率测量电路34可以从许多其他可能的电路位置获得功率测量值，而不仅仅是从市电输入。
74.所示示例中的初级侧电路还包括例如用于市电整流和滤波的输入电路40、功率因
数校正电路42和缓冲电路44。例如，缓冲电路可具有存储电容器，并且可以在缓冲电路处测量电流以用于功率监测。
75.次级侧电路包括设定点转换电路50，用于在次级侧重建pwm信号并将pwm电流设定点信号转换为模拟直流(dc)信号。电流传感器52感测照明负载的电流电平，并且比较器电路54将(由电路50生成的)直流dc设定点与感测电流电平进行比较。比较器电路经由第二光耦合器26为控制器32提供误差信号。
76.图1还示出了次级侧电路中的电压过载保护电路56。过压保护电路56以这样的方式降低输出电流，即，输出电压在给定的过压电平处保持稳定。
77.由于上文所描述的程度，照明驱动器是已知的。出于这个原因，将不对各种部件进行详细描述。它们都是已知的常规电路，并且实际上整体架构是已知的。
78.本发明涉及由控制器32实现的补偿由于光耦合器24引入到pwm设定点信号的误差的方法。
79.图2示出了由此产生的误差的性质。
80.上图示出了传输的pwm电流设定点信号。它的周期为t，占空比为δ(在这种特殊的符号中，分数1-δ为高，分数δ为低)。
81.平均pwm信号电平60是led电流的设定点电平。该信号位于驱动器的初级侧，为：
82.(1-δδ))
·
vcc
83.由于电流传输比率的公差，引入了误差εt，如下图所示。该误差意味着从低到高的上升沿发生得较晚，如虚线所示。这是在由与光耦合器相关联的电路进行一些处理后在驱动器的次级侧处接收到的信号。延迟是电路系统的部件的延迟的结果。
84.平均pwm信号电平变为：
[0085][0086]
本发明是基于将校正因子δt添加到初级侧处的pwm信号，使得可以补偿由电流传输比率引起的误差。
[0087]
校正因子导致对pwm电流设定点信号的占空比的调整，从而补偿由光耦合器引入的误差。
[0088]
如果补偿因子δt使从低到高的转换提前δt，它将增加平均pwm信号。
[0089]
平均补偿后的pwm信号电平变为：
[0090][0091]
本发明基于以下认识，即，只有当εt＝δt时，对于不同的t值，平均pwm信号才相同，从而可以得到适当的校正因子。因此，当εt＝δt时，正确的平均pwm信号为(1-δ)。vcc将被恢复，并且可以基于使用周期t的分析来确定何时是这种情况。
[0092]
因此，通过执行功耗测量(这取决于用于通过误差反馈来调节电流输出的次级侧处的平均pwm信号)，可以确定pwm平均值是否响应于周期t的变化而变化。
[0093]
当εt≠δt时，当周期时间t改变时，平均pwm信号电平也会发生改变。这种改变会引起led电流的改变，这可以作为驱动器初级侧所提取的功率的变化来被检测。
[0094]
因此，响应于检测到的功率变化，可以调节校正因子，直到当周期时间改变时功率没有改变。
[0095]
因此，控制器32调节pwm电流设定点信号的频率，并监测响应于频率调节的照明负载的功耗。基于监测来调整占空比，以补偿由光耦合器引入的误差。
[0096]
图3示出了用于调整校正因子δt的迭代方法的流程图。
[0097]
在开始时，补偿因子δt被设定为零默认值或关闭驱动器时设定的最后的值。
[0098]
在步骤70中，在pwm信号的正常默认周期(例如对应于400hz的频率)内测量功率。测得的功率为p1。
[0099]
在步骤72中，将频率改为测量频率，诸如800hz。在pwm信号的新周期内测量功率。测得的功率为p2。
[0100]
在步骤74中，测试p2是否小于p1。如果是，校正因子在步骤75中增加增量(例如，1μs)。
[0101]
在步骤76中，测试p2是否大于p1。如果是，校正因子在步骤77中降低增量(例如1μs)。
[0102]
如果两者都不为真，即，p1＝p2，则不需要进行调节。
[0103]
这种迭代过程可以被连续执行，但周期性调节反而减少了功耗和处理资源。例如，该调节补偿了老化(以周或月为时间尺度)和温度影响(以分钟为时间尺度)。因此，周期性调节可以以2秒到10分钟之间的周期进行。
[0104]
如上所述，第二光耦合器26传输误差信号。包括该第二光耦合器的反馈回路的带宽例如在2khz到10khz的范围内，而pwm频率例如为400hz和800hz。
[0105]
对于400hz的初始频率，整个系统需要稳定以实现正确的功率测量，这可能需要一秒或几秒量级的时间周期。对于800hz的测量频率，整个系统也需要稳定，这再次需要同样的时间。
[0106]
因此，开关模式功率转换器的开关频率通常大于20khz，次级侧的反馈回路在2khz和10khz之间工作，并且在400hz和800hz频率之间的切换例如以0.5hz或更低的速率进行，以减少处理时间的使用。
[0107]
对于400hz信号，周期为2500μs，并且可能需要调节例如高达100次1μs的迭代，以补偿由光耦合器引入的误差。更典型的是，误差预计可能会高达25μs左右。
[0108]
图4示出了设定点转换电路50的一个示例。
[0109]
初级侧处的pwm设定点信号是电压波形。由光耦合器24转换为电流信号。
[0110]
电流信号被提供给电路80、82，用于重建pwm电压波形。电路80为偏置电路，用于设置光耦合器的光电晶体管的工作点(特别是漏源电压)，特别是避免在饱和区域内工作。它包括电流镜像电路和馈电晶体管81。如果馈电晶体管递送的pwm电流超过当前镜像电流，则mosfet 82接通。如果馈电晶体管递送的电流不足以匹配当前镜像电路电流，则mosfet 82关断。重建的pwm信号pwm2位于mosfet 82的漏极处。
[0111]
值得注意的是，在本示例中，由于mosfet 82，pwm传输具有180度的相位旋转。这是由控制器补偿的。
[0112]
然后，滤波电路84导出dc设定点电平作为pwm2信号的平均电平。该dc设定点电平用于生成误差信号。
[0113]
本发明已经参考了一种驱动器架构，但是本发明可以应用于任何驱动器架构，其中在次级侧处基于pwm电流设定点生成电流误差信号(即，次级侧电流控制)，该pwm电流设定点经由光耦合器从初级侧被传输到次级侧(即，初级侧电流设定)。
[0114]
在实践所要求的发明中，通过对附图、公开和所附权利要求书的研究，本领域技术人员可以理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，单词“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
[0115]
单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的几个项目的功能。
[0116]
在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。
[0117]
计算机程序可以被存储/分布在适当的介质上，诸如光存储介质或与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的固态介质，但也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。
[0118]
如果在权利要求书或说明书中使用了术语“适于”，请注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。
[0119]
权利要求书中的任何附图标记不应解释为限制范围。

技术特征：
1.一种驱动器(20)，包括：初级侧电路；用于驱动负载的次级侧电路；在所述初级侧电路与所述次级侧电路之间的光耦合器(24)；以及在所述初级侧电路与所述次级侧电路之间的变压器(28)，用于向所述负载供电，其中：所述初级侧电路包括：控制器(32)，用于经由所述光耦合器向所述次级侧电路提供pwm负载驱动电平信号，所述pwm负载驱动电平信号用于设定负载驱动电平；以及感测电路(34)，用于测量表示所述负载的功耗的信号；所述次级侧电路包括：传感器(52)，用于感测所述负载的驱动电平；以及比较器电路(54)，用于将所述负载驱动电平与所感测的所述驱动电平进行比较，并为所述控制器提供误差信号；并且所述控制器(32)被配置为：调节所述pwm负载驱动电平信号的频率；响应于所述频率的调节监测所述负载的所述功耗；并且基于所述监测，调整所述pwm负载驱动电平信号的占空比，从而补偿由所述光耦合器引入的误差；其中所述控制器(32)被配置为：在正常工作的第一频率与第二频率之间调节所述pwm负载驱动电平信号的所述频率；并且调整所述pwm负载驱动电平信号的所述占空比，使得在所述第一频率和所述第二频率处的所述功耗相同。2.根据权利要求1所述的驱动器，还包括：在所述初级侧电路与所述次级侧电路之间的第二光耦合器(26)，其中所述比较器电路用于经由所述第二光耦合器向所述控制器提供所述误差信号。3.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述控制器(32)被配置为通过向所述pwm负载驱动电平信号的开启或关闭时间添加偏移量来调节所述占空比。4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动器，其中所述控制器(32)被配置为周期性调节所述占空比，并保持所述周期性调节之间的所述偏移量。5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动器，其中所述控制器(32)被配置为迭代调整所述pwm负载驱动电平信号的所述占空比。6.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动器，其中所述感测电路(34)包括功率计量电路。7.根据权利要求1至6中任一项的所述驱动器，其中所述感测电路(34)包括：电流传感器电路，用于感测所述初级侧电路中的电流；或电流传感器电路和电压传感器电路，用于感测所述初级侧电路中的电流和电压。8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动器，还包括：诸如llc转换器的开关模式功率转换器(30)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的驱动器，包括：照明驱动器，其中：所述负载是照明负载；所述负载驱动电平是所述照明负载的电流设定点；所感测的所述驱动电平是感测电流；并且所述传感器是电流传感器。10.一种灯具(10)，包括：根据权利要求9所述的照明驱动器(20)；以及照明负载(100)。11.一种控制具有初级侧和次级侧的驱动器的方法，包括：在所述初级侧，经由光耦合器向所述次级侧提供pwm负载驱动电平信号，所述pwm负载驱动电平信号用于设定负载驱动电平；在所述初级侧，测量表示所述负载的功耗的信号；在所述次级侧，感测所述负载的驱动电平；在所述次级侧，将所述负载驱动电平与所感测的所述驱动电平进行比较并且提供误差信号，并且将所述误差信号提供给所述初级侧；调节所述pwm负载驱动电平信号的频率；响应于所述频率的调节，监测所述负载的所述功耗；以及基于所述监测，调整所述pwm负载驱动电平信号的占空比，从而补偿由所述光耦合器引入的误差。12.根据权利要求11所述的方法，包括：在正常工作的第一频率与第二频率之间调节所述pwm负载驱动电平信号的所述频率；以及调整所述pwm负载驱动电平信号的所述占空比，使得在所述第一频率和所述第二频率处的所述功耗相同。13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，包括：控制照明驱动器，其中：所述负载是照明负载；所述负载驱动电平是所述照明负载的电流设定点；并且所感测的所述驱动电平是感测电流。14.一种包括计算机程序代码的计算机程序，在所述程序在照明驱动器的控制器上运行时，所述计算机程序代码适于实现根据权利要求10至13中的任一项所述的方法。

技术总结
隔离驱动器在初级侧生成PWM负载驱动电平信号，并经由光耦合器将其提供给次级侧。负载的功耗也在初级侧被感测。驱动电平在次级侧被感测，并在次级侧被与负载驱动电平进行比较，以为初级侧控制器提供误差信号。调节PWM负载驱动电平信号的频率，并响应于频率调节监测负载的功耗。然后可以调整PWM负载驱动电平信号的占空比，以补偿由光耦合器引入的误差。以补偿由光耦合器引入的误差。以补偿由光耦合器引入的误差。


技术研发人员：Z
受保护的技术使用者：昕诺飞控股有限公司
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2023/10/15