CN101523978B

CN101523978B - 用于驱动光源的电路和相关方法

Info

Publication number: CN101523978B
Application number: CN2006800560295A
Authority: CN
Inventors: 阿尔贝托·费罗
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-11-03
Also published as: CN101523978A; WO2008053501A8; EP2078445B1; WO2008053501A1; AU2006350423B2; TWI449470B; US20100060192A1; EP2078445A1; KR20090077852A; KR101359296B1; AU2006350423A1; US8154212B2; TW200833176A

Abstract

一种用于给诸如高通量(HF)LED的光源(L)提供脉冲宽度调制(PWM)调光能力的电路，包括：整流器(10)，用于接收表示光源(L)的期望调光水平的输入双极PWM调制信号(v)，并由之产生整流信号；电流调节器(14)，接收整流信号，并由之产生光源(L)的供电电流；以及控制模块(16)，对输入双极PWM调制信号(v)敏感，以控制电流调节器(14)来产生光源(L)的PWM调制供电电流；以及电容器(18)，设置于整流器(10)和电流调节器(14)之间，以稳定整流信号。所述电路通常包括连接到电容器的辅助电路(12)，诸如微控制器，该辅助电路由电容器(18)所稳定的整流信号进行供电，从而与和所述输入双极PWM调制信号(v)相关的所述调光水平无关地为所述辅助电路供电。

Description

用于驱动光源的电路和相关方法

技术领域

本发明涉及用于具有调光能力的光源的驱动装置。通过特别注意其在驱动越来越多地用作光源的高通量发光二极管(HF LED，high flux LED)中的可能使用，而开发了本发明。

背景技术

通过采取两种基本装置中的任何一种装置，可以利用2-线脉冲宽度调制(PWM)调光器对高通量恒定电压LED模块进行驱动。

在第一种装置中，直接在电力线上施加PWM输入电压。只有当电压高于某个阈值时，一个或多个LED才导通，否则它们断开。采取这种装置使得：当调光水平(dimming level)非常低时，不可能为设置在模块中的任何辅助电路(诸如逻辑电路，例如，用于电力线通信的微控制器)供电。另外，现有的高通量LED模块通常包括升压型或降压型转换器。这些转换器在输入侧需要很大的电容器，用来进行稳定和滤波。因此，如果在低输入电压时段期间模块使这些电容器放电，则当输入电压变高时，在电力线上产生高电流尖峰。到目前为止，利用输入电压的直接PWM调制使这种LED模块调光的可能性受限于对输入电流进行限制，从而降低了低调光水平时的性能，或受限于避免低调光状态。

在另一种装置中，电力线和PWM信号被分开，并使用不同的电线承载。在这种情况下，PWM信号被在第三电线上传输，而模块中的控制器根据这种信号将PWM输出电流提供给LED。这样，在低调光水平时，也能够为模块中的辅助控制电路供电，代价是更加复杂的接线。

发明内容

在这种情形中，需要有这样的装置，该装置适合于用2-线调光器来驱动高通量恒定电压LED模块，而不会导致高峰值输入电流，同时也确保甚至在非常低的调光水平时也能为模块中的辅助电路供电。

因此，本发明的目的是提供这种装置。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特性的电路来实现。本发明也涉及一种相应的方法，如在权利要求书中所要求的。本发明的有利开发形成了从属权利要求的主题。

权利要求书形成这里给出的发明公开的完整的一部分。

简言之，在这里所述的装置中，PWM调光器的输入电压是双极的，该电压具有两个相反的值，其绝对值相同。在电容器之前在LED模块中***了桥式整流器。这样，跨所述电容器的电压相当恒定，并且输入电流中的峰值被减小。优选地，当输入电压为正时，所述模块中的“智能”控制器将输出电流设置为固定值，而当输入电压为负时，断开LED。

这样，甚至在非常低的调光水平时也能够为模块中的辅助电路供电，同时避免更复杂的接线。另外，双极PWM调光器与传统的恒定电压LED模块兼容，其中，负的输入电压只是使LED断开。

附图说明

现在将参考附图只通过例子来描述本发明，在附图中：

图1示出在这里描述的装置的操作中所产生的信号的时间行为；

图2是示出这里描述的装置的可能实施例的框图；以及

图3是示出用于为图2所示电路供电的示例性电源电路的框图。

具体实施方式

这里以例子的方式给出的详细描述涉及到：对包括一个或多个用作光源的高通量LED的模块L进行驱动(即，供电)。具体来说，通过维持与一个或多个LED(甚至是零调光水平的LED)相关的辅助逻辑电路的电源电压，经由LED的电力线对所述一个或多个LED进行PWM调光。通过在同样与传统的恒定电压LED模块相兼容的调光器装置的框架内尽量减小电力线上的电流尖峰来实现该结果。

这里所描述的装置的基本原理是：为可调光的LED模块提供如图1示意性示出的PWM调制的双极电压。

该双极电压本质上是或呈正值+Vcc或呈负值-Vcc的方波电压v (即，在两种情况下具有相同幅值或模数|Vcc|和相反符号的信号)。概括地说，当电压v分别等于+Vcc和-Vcc时，图2中的一个或多个LED将分别呈现为“导通”和“断开”。图1中的虚线表示这样的事实：信号v的时间行为将不是“完美的”方波，而将呈现具有有限持续时间的上升和下降时间。

应该明白，这种信号本身适用于供给带有线性电流调节器的传统LED模块，比如当电压v为正时(导通时间)，这种模块的LED将被导通，而当电压v为负时(断开时间)，这种模块的LED被断开。

图2的框图表示根据这里描述的装置的高通量LED模块，该模块适用于接收图1示意性示出的PWM双极电压信号v作为输入驱动信号。

在图2的框图中，附图标记10表示全桥(FB，full-bridge)整流器，该全桥整流器旨在用来驱动一个或多个LED，同时为与其相关的逻辑电路(例如，微控制器)12提供电源。虽然一个或多个LED只会在导通时间期间被驱动(即，被提供电源，从而“导通”)，但是逻辑电路12将在所示装置的整个工作期间都被确保获得电源。

电流调节器14(具有已知类型，因此这里不需要进行详细描述)将根据由专用控制电路16(同样具有已知类型)产生的PWM双极输入电压来产生PWM输出电流，所述专用控制电路16使调节器14产生通-断输出电流，即产生在导通时间期间强度等于额定值、而在断开时间期间强度等于零的电流。控制电路16由双极输入电压v来供电，因而对双极输入电压v敏感。控制电路16也感测从整流器10输出的电流信号，并相应地控制调节器14。

输入电容器18被设置于从整流器10到电路12和电流调节器14的供给线上。输入电容器18上的电压在整个时段期间相当恒定，使得输入电流中的任何峰值被减小到这样的低水平：该低水平取决于PWM输入电压的(有限长度的)上升/下降时间。因此，在所示装置的整个工作时间内，逻辑电路12的电源都能得到保证，不管经由电压v所施加的调光水平如何，即在非常低的调光水平上也能够得到保证。

应该明白，所示装置可以使LED模块的输入端(即，电流调节器14的输出端)“可触摸”。事实上，可以将输入电压的最大绝对值设置为这样的值：使得额定RMS电压在25V限制以下。这符合诸如EN 61347-2-13的规则，同时保持与传统24 V LED模块的完全兼容。

图3的框图示出用于为图2所示电路提供图1例示的双极PWM电压v的隔离式离线电源装置。

图3的电源通常从标准交流电网电压(mains voltage)(即，在欧洲国家为220V、50Hz)供给。该输入电压被给送到全桥(FB)或半桥(HB，half-bridge)逆变器20，以获得高频(例如，50÷100kHz)交流电压Vpri，所述高频交流电压Vpri转而被施加到变压器22的初级侧。

在作为双次级变压器的变压器22的次级侧，两个受控双向开关24a、24b(通常是诸如一对MOSFET的半导体开关形式)在控制电路24的控制下作为有源整流器工作，以跨输出电容器26产生希望的双极PWM电压v。

具体说，两个开关24a、24b通过下述操作将变压器22的两个次级绕组连接到输出电容器26：

i)如果需要正的输出电压v(即，v＝+Vcc)，则当电压Vpri为正时，开关24a“导通”(即，导电)而开关24b“断开”(即，不导电)；当Vpri为负时，开关24a“断开”而开关24b“导通”；

ii)相反，如果需要负的输出电压v(即，v＝-Vcc)，则当电压Vpri为正时，开关24a“断开”而开关24b“导通”；当Vpri为负时，开关24a“导通”而开关24b“断开”。

链接到输出电压Vpri的同步信号被从逆变器20中得出并给送到控制电路24。因此，控制电路24与变压器22的初级切换频率同步，从而避免了开关24a、24b不希望出现的交叉导通(cross-conduction)。

到控制电路24的输入线240允许(以本身已知的方式)改变两个开关24a、24b导电和不导电的时间周期的长度，从而在输入到图2的电路的双极电压v之下来控制LED导通/LED断开间隔的长度。

所得到的信号v的PWM调制使得可以将高通量LED模块调光，同时避免在本说明书的导言部分中所强调的缺点，而又确保在低调光水平也能够为辅助电路12提供合适的电源。

在不违背本发明所基于的原理的情况下，参考只是以举例方式进行的描述，可以改变所述细节和实施例，甚至可以有相当程度的改变，而不偏离所附权利要求书中所限定的本发明的范围。

Claims

1.一种用于给光源(L)提供脉冲宽度调制调光能力的电路，所述电路包括：

整流器(10)，用于接收表示所述光源(L)的期望调光水平的输入双极脉冲宽度调制信号(v)，并由之产生整流信号；

电流调节器(14)，接收所述整流信号，并由之产生所述光源(L)的供电电流；以及

控制模块(16)，对所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)敏感，以控制所述电流调节器(14)来产生所述光源(L)的脉冲宽度调制供电电流；以及

电容器(18)，设置于所述整流器(10)和所述电流调节器(14)之间，以稳定所述整流信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路包括连接到所述电容器的辅助电路(12)，所述辅助电路由所述电容器(18)所稳定的所述整流信号进行供电，从而与和所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)相关的所述调光水平无关地为所述辅助电路供电。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其中，所述电路包括用于接收输入双极脉冲宽度调制电压信号(v)并由之产生整流信号的所述整流器(10)。

4.根据权利要求1或2所述的电路，其中，所述电路包括所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)的发生器(20到26)。

5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)的所述发生器(20到26)包括：

交流供电的逆变器(20)；

变压器(22)，具有连接到所述交流供电的逆变器(20)的初级绕组，以及两个次级绕组；

输出电容器(26)，经由所述变压器(22)的所述两个次级绕组进行充电；

两个开关(24a、24b)，能够以与所述变压器(22)的初级切换频率同步的方式来进行切换，以交替地将所述输出电容器(26)连接到所述变压器(22)的所述次级绕组；以及

控制电路(24)，根据施加的调光水平(240)来控制所述开关(24a、24b)的切换，从而，所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)被充载在所述输出电容器(26)上。

6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述开关(24a、24b)为双向半导体开关。

7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述双向半导体开关为MOSFET对。

8.根据权利要求1或2所述的电路，其中，所述电路包括所述光源(L)。

9.根据权利要求1或2所述的电路，其中，所述光源(L)包括至少一个LED。

10.一种给光源(L)提供脉冲宽度调制调光能力的方法，所述方法包括步骤：

产生输入双极脉冲宽度调制信号(v)，其中，所述脉冲宽度调制表示所述光源(L)的期望调光水平；

对所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)进行整流(10)，以由此产生整流信号；

感测(16)所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)，并由所述整流信号产生(14)所述光源(L)的脉冲宽度调制供电电流；以及

提供稳定器元件(18)以稳定所述整流信号，从而，所述稳定了的整流信号独立于与所述输入双极脉冲宽度调制信号(v)相关的调光水平。