CN101904218A - 用于驱动调光光源的多功能输出级以及相关的方法 - Google Patents

用于驱动调光光源的多功能输出级以及相关的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于诸如LED的光源(L)的驱动装置包括：连接线路(14)，向光源(L)馈电；开关元件(16)，耦合到线路(14)以向线路(14)施加开/关信号；和控制器(18)，诸如微控制器，控制开关(16)的操作。控制器对表示用于光源(L)的所期望的调光水平的调光信号(DS)和信息承载数字信号(DF)中的至少一个敏感。控制器被配置成控制开关(16)的操作，用以：a)根据调光信号(DS)对施加到连接线路(14)的开/关信号进行PWM调制，从而使施加到连接线路(14)的经PWM调制的开/关信号的平均电流控制光源(L)的亮度；b)传输信息承载数字信号(DF)作为施加到连接线路(14)的开/关信息信号，从而在连接线路(14)上传输由信息承载数字信号(DF)承载的信息。

Description

用于驱动调光光源的多功能输出级以及相关的方法
技术领域
本公开涉及用于驱动调光光源的输出级。
通过特别关注于本公开在驱动发光二极管或者LED时的可能用途，开发了本公开。然而，提及这一可能的应用不应被解释为限制本公开的范围。
背景技术
一种用于对诸如LED发光器件的光源进行调光(即改变其亮度)的常用技术是PWM(脉冲宽度调制)低频功率调光。该技术基于如下认识：各种类型的光源(例如，LED发光或者照明器件)的亮度与提供给其的瞬时值有关；因此改变提供给光源的电流是调整其亮度的有效方法。
经由PWM控制的调光基本上涉及按可变的占空周期(即信号的“开”部分与整个时段的比)使从电源到光源的电流周期性地中断。不同的PWM占空周期值导致了提供给光源的不同的平均电流值。应用同一概念的另一种方法是将恒定供电信号与传送调光信息的分离的PWM信号一起发送到经受调光的光源。在该情况中，光源可以配备有能够“解释”或者“理解”PMW信号并且按开/关方式切换针对光源的恒定电力供应以实现所期望的调光效果的电子控制模块。
发明内容
在前文中描述的背景下，需要从电源的位置向光源的位置传输数字信息，诸如例如数字串行帧数据流。对于例如“智能”***中包括的光源，情况可能是这样的，这些***适合于执行另外的功能，诸如调整不同颜色的光源的相对亮度以便于调整所得到的组合光的“色温”。
一种解决该需要的传统方法可以涉及为所考虑的每个功能(即PWM调光和数字信号传输)开发专用输出级。
本发明的目的在于提供一种无需提供这些分离的专用输出级的改进的装置。
根据本发明，借助于一种具有所附权利要求中阐述的特征的输出级来实现该目的。
本发明还涉及一种相应的方法。
权利要求是这里提供的公开内容的组成部分。
在一个实施例中，通过适当地使用开路漏极/集电极功率输出级并且例如使用微控制器来适当地控制相关的栅极，用于诸如LED的光源的驱动器的同一硬件输出级可以用于实现如下功能中的任何功能：
-i)光源的PWM低频功率调光(亮度改变)，
-ii)数字数据传输，例如针对光源的串行帧传输，以及
-iii)以上两种功能i)和ii)的组合。
总之，本公开集中于使用同一硬件器件实现PWM调光(高电流PWM脉冲)、串行数字传输(数字帧)或同时实现此两者的可能性。
附图说明
现在将参照附图仅借助于示例来描述本发明，附图包括标为图1、图2和图3的三幅图。这些图是这里公开的装置的示例性的三种可能使用情形。
具体实施方式
在以下描述中，给出了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。在不具有这些具体细节中的一个或更多个的情况下，或者利用其他的方法、元件、材料等，也可以实践这些实施例。在其他情形中，并未详细地示出或描述公知的结构、材料或者操作，以避免使实施例的各方面难以理解。
本说明书通篇提到的“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的具体的特征、结构或特性包含于至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定均意指同一实施例。另外，可以在一个或更多个实施例中以任何适当的方式来组合这些具体的特征、结构或特性。
这里提供的标题仅出于便利的目的，而并未解释实施例的范围或者含义。
在图中，附图标记10和12分别表示如下装置的电源侧和“负载”侧，该装置用于向诸如例如包括一个或更多个LED的一个LED发光模块L的光源供电，该LED发光模块L按照需要可以具有关联的电流调节器120。
如所指示的，本公开也适用于亮度是提供给其的瞬时电流的函数的(例如成比例)任何其他类型的光源。
在所示实施例中，经由双导线线路14连接电源10和负载12。
在一个实施例中，线路14的一个导线连接到固定的恒压电平(例如+24Vcc)。线路14的另一个导线耦合到开关16，该开关16适合于有选择地将线路14的关联的导线连接到地“GND”以向线路14施加开/关信号(例如，连接到地可以被解释为意味着“0”值，而与地隔离可以被解释为意味着“1”，反之亦然)。
在一个实施例中，开关16可以是诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的半导体开关，或者更一般地，可以是任何已知类型的具有控制栅极的开路漏极/集电极功率输出级。因此开关16可以在诸如微控制器的控制器18(包括单个单元或者分离的各单元)的作用之下发挥作用。
附图标记SR表示对线路14上的信号敏感的(任何已知类型的)串行总线接收器。具体地，当线路14上的信号在“0”电平和“1”电平之间切换时，接收器SR按已知方式被布置为将这些“0”和“1”电平理解为在线路14上传输的数字信号。
如图2和图3中所示，串行总线接收器SR实际上可以与LED L关联，并且因此还用作用于关联的LED的受控电流调节器。在相同的图中，线路14被示出为包括另外的返回线路15，下文将更详细地描述返回线路15的功能。
在所示实施例中，微控制器18对如下至少两个输入信号敏感：
-调光信号，由任何已知类型的调光器控制DS(诸如例如滑动器，其可由使用者手动致动)产生，用以指示用于光源L的所需调光程度或水平，以及
-数字信号，诸如例如被设置为数字串行帧的形式的数据流DF。
当信号经受PWM调制，即按照电源10规定的占空周期在“0”电平和“1”电平之间切换时，光源L产生的亮度(即光强度)将是与PWM调制信号关联的平均电流的函数。
如图1中示意性地示出的，当执行调光动作时，控制器18根据来自调光器控制DS的调光信号来驱动开关16。这导致了有选择地使在线路14上作为高电流向光源L发送的经PWM调制的信号(PWM脉冲电流)的占空周期变化。另外，执行此类操作的细节在其他方面是传统的并且这里无需详细描述。
在用于传输数字信号(诸如如图2中所示的数据帧)的另一可能的使用方案中，控制器18将通过对数字信号DF镜像的方式来控制开关16的开和关的切换，以便于在线路14上传送与数字信号DF关联的信息。
在线路14上传送的数字信号由接收器SR“读取”。
在线路14上发送的数字(例如数据帧)信号可以传送实质上任何种类的信息。
在(如图2中所示的)一个实施例中，串行接收器SR被配置为还用作电流调节器，通过在线路14的例如24V的“热”导线和连接到地“GND”的另外的返回线路15之间施加的恒定供电信号对该电流调节器供电。在该情况中，在线路14上发送的数字信号可以向串行接收器/电流调节器SR传送调光信息，即识别将要施加给与串行接收器/电流调节器SR关联的LED L的调光水平的信息。
因此串行接收器/电流调节器SR将表示如下模块：该模块能够“解释”或者“理解”由在线路14上发送的数字(例如数据帧)信号传送的调光信息并且相应地以PWM开/关的方式切换针对关联的LED L的恒定电力供应，以实现所期望的调光效果。
如图3中示意性地示出的，前文结合图1和图2描述的两个功能(PWM调光和数字数据传输)也可以被组合，并且同时地或者以基本上同时的方式被执行。
在所示出的示例性实施例中，在PWM信号的占空周期的“关”部分期间，在线路14上传送数字信号(数据帧)。这样，使用同一结构对光源L进行PWM调光并且通过将线路14用作诸如例如串行总线的数字传输线路来在线路14上提供信息。
本领域技术人员将认识到，在组合的PWM调光数字传输功能的情况中，数字信号(数据帧)的传输不一定限于在PWM信号的“关”时段。
实际上，在线路14上传输数字信号相当于还向光源L传输电力。这可以至少在概念上影响光源L的亮度水平(即所期望的调光水平)。
通过如下方法可以容易地使这一影响最小(并且实际上消除)：按短脉冲的短的类似突发的帧(参见例如图3)的形式布置在线路14上发送的数字信号(即具有非常小的占空周期的信号)，从而使通过数字信号向光源L传送的电力实际上是可忽略的并且不能改变其亮度水平。
而且，PWM调光典型地涉及线路上的信号的低频调制，而在线路14上发送的数字信号将具有更高(高得多)的重复率并且因此可以在到达光源L之前被容易地滤除。
一种可替选的方法可以涉及向控制器18提供(已知类型的)如下功能：该功能适合于检测与数据流DF关联的平均电流并且相应地调节PWM调光动作，以便还考虑由在线路14上传输的数字信号传送的平均值。
在不偏离如所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，在不损害本发明的基本原理的情况下，细节和实施例可以相对于此处仅借助示例描述的内容变化，甚至明显地变化。

Claims (9)

1.一种用于光源(L)的驱动装置，包括：
-连接线路(14)，向至少一个光源(L)馈电，
-至少一个开关元件(16)，耦合到所述连接线路(14)以向所述线路(14)施加开/关信号，以及
-控制器(18)，控制所述开关(16)的操作，所述控制器对表示用于所述光源(L)的所期望的调光水平的调光信号(DS)和信息承载数字信号(DF)中的至少一个敏感，
其中，所述控制器被配置成控制所述开关(16)的操作，用以：
-a)根据所述调光信号(DS)来对施加到所述连接线路(14)的开/关信号进行脉冲宽度调制PWM调制，由此向所述光源(L)传送的并且由所述经PWM调制的开/关信号确定的平均电流控制所述光源(L)的亮度，
-b)传输所述信息承载数字信号(DF)作为施加到所述连接线路(14)的开/关信息信号，由此在所述连接线路(14)上传输由所述信息承载数字信号(DF)承载的信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器(18)被配置成控制所述开关(16)的操作，以根据所述调光信号(DS)来对施加到所述连接线路(14)的开/关信号进行联合PWM调制，以及传输所述信息承载数字信号(DF)作为施加到所述连接线路(14)的开/关信号，以联合地控制所述光源(L)的亮度，以及在所述连接线路(14)上传输由所述信息承载数字信号承载的信息。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制器(18)被配置成控制所述开关(16)的操作，以在所述经PWM调制的开/关信号的关部分期间传输所述信息承载数字信号(DF)作为施加到所述连接线路(14)的开/关信息信号。
4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述控制器(18)被配置成控制所述开关(16)的操作，以传输所述信息承载数字信号(DF)作为施加到所述连接线路(14)的短的开/关脉冲。
5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述控制器(18)被配置成控制所述开关(16)的操作，以传输所述信息承载数字信号(DF)作为具有高于所述经PWM调制的开/关信号的调制频率的重复率的开/关脉冲。
6.根据任一前述权利要求所述的装置，包括：数字接收器(SR)，其与所述连接线路(14)耦合以感测施加到所述线路(14)的开/关信号以及读取由所述信息承载数字信号(DF)承载的信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其中：
-所述数字接收器(SR)耦合到用于关联的光源(L)的电流调节器，
-所述连接线路(14)包括用来向用于关联的光源(L)的所述电流调节器提供恒定馈电的线路(15)，
-所述数字接收器(SR)被配置成读取由所述信息承载数字信号(DF)承载的表示关于所述关联的光源(L)的所期望的调光水平的信息，以及驱动与其耦合的所述电流调节器以提供用于所述关联的光源(L)的所述所期望的调光水平。
8.根据任一前述权利要求所述的装置，其中所述光源包括至少一个LED(L)。
9.一种通过向连接线路(14)施加涉及光源(L)的开/关信号，经由所述连接线路(14)驱动所述光源(L)的方法，所述方法包括以下步骤：
-感测表示用于所述光源(L)的所期望的调光电平的调光信号(DS)和信息承载数字信号(DF)中的至少一个，
-根据所述调光信号(DS)对施加到所述连接线路(14)的开/关信号进行PWM调制，由此向所述光源(L)传送的并且由所述经PWM调制的开/关信号确定的平均电流控制所述光源(L)的亮度，
-传输所述信息承载数字信号(DF)作为施加到所述连接线路(14)的开/关信息信号，由此在所述连接线路(14)上传输由所述信息承载数字信号(DF)承载的信息。
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