帶有以時鐘信號工作的恆流源的led操控部的製作方法
2023-09-21 06:25:25
專利名稱：帶有以時鐘信號工作的恆流源的led 操控部的製作方法
技術領域：
本發明總地涉及一種LED的運行，其中，以下理解為無機的LED以及同樣有機的LED (OLED)。
背景技術：
基本上已經已知的是，可具有一個或多個串聯LED的LED區段(LED-Strecke)由恆流源供給電功率。同樣已知的是，使用PWM調製以用於實施調光，從而在PWM脈衝序列的接通持續時間中進行所謂的橫流調節。即，在調光時改變PWM信號的佔空比
發明內容
為了提供恆流源的供給電壓，例如可使用主動地以時鐘信號工作的PFC電路(Power Factor Correction Circuit,功率係數修正電路)。最終，在LED的運行時也還應注意其它要求，例如，通常需要在LED區段和PFC的供給電壓(通常為電網交流電壓)之間的電隔離。該目的通過獨立權利要求的特徵實現。從屬權利要求以特別有利的方式改進本發明的中心思想。本發明的第一方面涉及一種LED運行電路，其具有-用於提供可調整的DC電壓的電路模塊(Schaltungsblock)，以及-帶有開關的以時鐘信號工作的恆流源、例如用DC電壓供給的DC/DC轉換器，通過控制電路使所述開關以時鐘信號工作，使得開關的接通持續時間tw的減小導致功率供給的減小，其中，可由恆流源供給一個或多個LED，其中，該控制單元設計成，除了減小接通持續時間tM，還改變恆流源或用於DC供給的電路模塊的其它控制參數中的至少一個。控制單元可設計成用於，僅僅在一定的負載狀態或運行狀態時改變恆流源或可調整的DC電壓的該其它控制參數。控制單元可設計成用於，為了減小功率供給，將開關的接通持續時間〖 減小到最小值t —MIN，以之後在保持最小的接通持續時間MIN或提高接通持續時間的情況下通過改變該其它控制參數來減小功率供給。用於提供DC電壓的電路模塊可為主動地以時鐘信號工作的PFC電路。可通過改變PFC電路的開關的時鐘信號來改變功率供給。該其它控制參數可為用於提供DC電壓的電路模塊的可調整的DC輸出電壓的理論值的預設。控制單元可輸送反應負載的反饋參數中的至少一個，例如-調光信號，-通過至少一個LED的電流，和/或-在至少一個LED上的電壓。
控制單元可具有用於輸送調光值的接口。可從以下選擇以時鐘信號工作的恆流源-降壓轉換器，-升壓轉換器，-降壓升壓轉換器，-SEPIC 轉換器。此外，本發明涉及一種LED照明部，其具有至少一個LED和以上所述的類型的LED運行電路。本發明也提出一種用於至少一個LED的運行的方法， 其帶有LED運行電路，所述方法包括-產生可調整的DC電壓，以及-為恆流源、例如帶有開關的用DC電壓供給的DC/DC轉換器提供時鐘信號，使得開關的接通持續時間的減小導致功率供給的減小，其中，由恆流源供給一個或多個LED，其中，除了減小接通持續時間tw，還改變恆流源的或可調整的DC電壓的其它控制參數中的至少一個。為了減小功率供給，將開關的接通持續時間tM減小到最小值tMMIN，以之後在保持最小的接通持續時間MIN或提高接通持續時間的情況下通過改變該其它控制參數來減小功率供給。可通過改變產生可調整的DC電壓的電路的運行方式來實現功率供給。例如，主動地以時鐘信號工作的PFC可改變其運行方式。可通過改變PFC電路的開關的時鐘信號改變功率供給。該其它控制參數可為用於提供DC電壓的電路模塊的可調整的DC輸出電壓的理論值的預設。負載供給的控制/調節可輸送反饋參數中的至少一個，例如-調光信號，-通過至少一個LED的電流，和/或-在至少一個LED上的電壓。可僅僅在一定的負載狀態或運行狀態時改變恆流源或可調整的DC電壓的該其它控制參數。由此，優選地存在一個或多個在其中恆流源或可調整的DC電壓的其它控制參數不改變的負載狀態或運行狀態。備選地或附加地可設置成，僅僅當一定的負載狀態或運行狀態的變化的值(程度)在預設的範圍中、例如超過最小閾值時，改變恆流源或可調整的DC電壓的其它控制參數。最後，本發明還涉及控制單元、尤其是地集成電路，例如ASIC或微控制器，其構造成用於執行這種類型的方法。
現在，可以參考附圖的圖示根據本發明的實施例解釋本發明的其它特徵、優點、特性和目的。
圖I顯示了在此為降壓轉換器的形式的以時鐘信號的恆流源的示例，圖2顯示了根據本發明的系統，其中，控制單元一方面操控以時鐘信號工作的恆流源，並且另一方面也影響用於恆流源的DC供給電壓Vbus的產生，圖3顯示了用於恆流源的供給電壓Vbus的改變，例如取決於待實現的通過LED區段的電流改變以時鐘信號工作的恆流源的接通持續時間，圖4顯示了以時鐘信號工作的恆流源的開關的接通持續時間以及供給電壓Vbus與在LED區段上的電壓Vmi的相關性，以及圖5顯示了特殊的實施例，其中，在影響控制參數「以時鐘信號工作的恆流源的DC供給電壓」和「以時鐘信號工作的恆流源的開關的時鐘信號」的情況下進行對以時鐘信號工作的恆流源的功率供給的組合調節。
具體實施例方式圖I顯示了以時鐘信號工作的恆流源的示例，其在這種情況下實施成降壓轉換器
I。同時，也可使用DC/DC轉換器形式的任何其它以時鐘信號工作的恆流源，例如升壓轉換器、降壓升壓轉換器、反激式轉換器、SEPIC等。將可調整的DC供給電壓Vbus輸送到以時鐘信號工作的恆流源I。如稍後將解釋的那樣，例如可由主動地以時鐘信號工作的PFC(功率因數校正電路)產生該可調整的DC供給電壓Vbus。控制單元(在圖I中尚未顯示)控制或調節降壓轉換器I的開關S的接通持續時間tQN,降壓轉換器I此外具有二極體D和儲能線圈(Speicherdrossel) L。通過儲存電容Cf穩定以時鐘信號工作的恆流源I的輸出電壓。將在電容Cf上的電壓輸送到具有一個或多個LED的LED區段2。利用Im表示通過LED區段2的電流並利用Vmi表示在LED區段上的電壓。除了 LED，LED區段2自身也還可選地具有作為附加的恆流源的線性調節器。剛好當存在多個串聯的LED模塊形式的LED區段2時，這些LED模塊的每一個可具有用於穩定LED電流的這種線性調節器。以已知的方式，可通過減小周期地被斷開和閉合的開關S的接通持續時間tQN實現圖I的以時鐘信號工作的恆流源I的功率供給。同時存在的問題為，在繼續減小接通持續時間時，電的損失相對於被輸送到LED2處的功率不成比例增加。現在應參考圖2進行解釋，控制單元3 —方面給出恆流源I的開關S的接通持續時間toN作為控制參數。同時，如在圖2中那樣根據本發明設置成，作為另一用於恆流源I的功率供給的控制參數，控制單元3 (或者同樣另一與其分離的控制單元)對以時鐘信號工作的恆流源I的DC供給電壓Vbus的大小產生影響。在所示出的示例中，控制單元3預設理論值VBUS*，之後，在主動地以時鐘信號工作的PFC4的調節中使用該理論值Vbus*用於操控在該處設置的開關(未示出)。當然，一方面圖2的控制單元3可直接影響PFC電路4的開關的時鐘信號。備選地，也可為PFC電路的另一控制單元預設用於PFC4的輸出電壓的理論值VBus*，那麼該控制單元取決於實際的輸出電壓Vbus的測量提供PFC4的開關的時鐘信號。例如，PFC電路可實施成SEPIC轉換器。同時，也可使用DC/DC轉換器形式的其它以時鐘信號工作的電路調節器，例如降壓升壓轉換器、升壓轉換器、降壓升壓轉換器、反激式轉換器、CUK等。附加地或備選地，不僅總線電壓Vbus，可作為電路模塊的控制參數與DC供給相匹配，而且電路模塊的運行方式也與DC供給相匹配(尤其地在應用主動地以時鐘信號工作的PFC時)。取決於負載狀態或運行狀態，用於DC供給的電路模塊或者自動地(即，直接PFC4)或者通過相應的操控、尤其地通過控制單元3改變運行模式。尤其地，在帶有高負載的運行中，PFC4或以所謂的在間歇性的或非間歇性的電流模式之間的的所謂的極限運行(「邊界模式」)或以非間歇性電流模式(「連續感應模式」)工作，並且在小負載的運行中或在等待模式中以間歇性電流模式(「不連續的感應模式」)工作。但是，例如也可能的是，在小負載的運行時或在等待模式中時，PFC4變換到所謂的觸發模式(即，脈衝-暫停-運行模式或脈衝模式)中。此外，供給電壓(總線電壓Vbus)在此保持不變，但是在施加作為PFC4的開關的操控信號的下一個「觸發」(脈衝)之前，在PFC4的一個或多個開關的多個操控脈衝之後設置較長的暫停。在此，在脈衝序列之間的暫停明顯更長，即，例如至少為PFC4的開關的接通持續時間的和的兩倍。·控制單元可設計成用於，除了減小接通持續時間，可取決於負載狀態或運行狀態來改變恆流源或用於DC供給的電路模塊的至少另一控制參數。優選地，僅僅在LED運行電路的一定的負載狀態或運行狀態時進行恆流源或用於DC供給的電路模塊的另一控制參數的附加的改變。例如，可僅僅在極小的負載的範圍中或在故障運行中進行恆流源或用於DC供給的電路模塊的另一控制參數的附加的改變。S卩，這尤其可以是在LED區段的極小的發光功率時的情況。由此，優選地存在一個或多個這樣的負載狀態或運行狀態，其中不改變恆流源或可調整的DC電壓的該另一控制參數。備選地或附加地可設置成，僅僅當一定的負載狀態或運行狀態的變化的值(程度)在預設的範圍中，例如超過最小閾值時，改變恆流源或可調整的DC電壓的該另一控制參數。如同樣可在圖2中看出的那樣，可將不同的反饋參數輸送到控制單元3。在該示例中，這尤其地為信號Imw,其預設通過LED2的電流Imi的理論值。由於LED區段2的光效率基本上與通過LED區段的電流Imi成比例，所以該理論信號Imw也可被稱為調光值預設。即，一方面控制單元3可取決於調光值預設Imw影響控制參數「接通持續時間」和「供給電壓VBUS，，。在此，其可以是純粹的控制，也就是說，藉助於分析函數和/或調整表(Abgleichstabelle)或其它手段根據理論值預設選擇用於接通持續時間tQN和供給電壓Vbus的待調整的值。因此，控制單元3也可在沒有直接的調節迴路的情況下調整LED電流例如基於調光值預設(例如通過調光器或通過接口被輸送的調光命令)。備選地或附加地，同時也可將測量參數輸送到控制單元3，該測量參數尤其地來自恆流源I和/或LED區段2的區域。在所示出的示例中，反饋參數尤其地為測得的LED電流(作為實際值)和/或在LED上的電壓V_。但是，例如也可將外部的控制信號，例如調光值預設、傳感器信號(運動探測器(Bewegungsmelder)、日光傳感器·..)或顏色控制命令輸送到控制單元3處。
此外根據本發明設置成，控制單元3可預設用於以時鐘信號工作的恆流源I的開關的最小接通持續時間tmmin。如在當前尤其地參考圖3和5的情況中，控制單元3減小恆流源I的開關的接通持續時間以將用於LED區段2的功率供給僅僅減小到用於接通持續時間的預設的最小值Tm min。在達到用於恆流源I的開關S的接通持續時間的最小值Tmmin時，備選地或附加地，所述控制單元3提供至少一個來自提供供給電壓Vbus和以時鐘信號工作的恆流源I的區域中的其它控制參數，如果例如通過調光信號Imw預設功率供給的減小是必要的，其不再能將通過將接通持續時間減小到最小值Tm min而實現。在該示例中，控制單元3直接或間接減小DC供給電壓Vbus的振幅。這在圖3中顯示出。在此，在該圖示中的X軸表示LED電流其對於待實現的光效率來說是有代表性的。如所示出的那樣，從最大LED電流Im起，開關的接通持續時間首先基本上線性地減小，直至達到接通持續時間的預設的最小值Tm min。之後，從該時刻起，在所示出的示例中，為了減小功率供給，保持接通持續時間恆定，也就是說保持在值Tm min上。之後，例如通過以時鐘信號工作的恆流源I的供給電壓Vbus的線性的下降實現功率供給的進一步減小。·圖4顯示了與圖3相似的圖示，其中，在LED區段上的電壓Vmi在此作為X軸的參數，並且由此顯示出開關的接通持續時間Tm和供給電壓Vbus(或Vb)與電壓U在LED區段2上)的相關性。作為根據圖3的組合調節的代替，同時也可設置成，在達到最小值Tm min時再次提高接通持續時間，例如直至這樣的變化值，即，其通過以時鐘信號工作的恆流源的供給電壓VBus的下降被過補償。控制單元3也可監控總線電壓Vbus、尤其地也可監控總線電壓Vbus的波動(波動性)(也就是說在一定的時間之內的波動)。取決於對總線電壓Vbus的波動的評估，控制單元3可影響以時鐘信號工作的恆流源I的操控。尤其地，其可使以時鐘信號工作的恆流源I的接通持續時間與總線電壓Vbus的波動的評估相匹配，以用於減小在以時鐘信號工作的恆流源I的輸出部處的波動。優選地，在此，在總線電壓Vbus升高時以時鐘信號工作的恆流源I的接通持續時間下降，並且在總線電壓Vbus下降時其升高。以這種方式可實現，在總線電壓Vbus上的該波動被較弱地傳遞到以時鐘信號工作的恆流源I的輸出部處。除了用於LED電流Imi的調節的調節迴路，可基於總線電壓Vbus的波動進行時鐘信號工作的恆流源I的接通持續時間的匹配，或者作為輸入參數被考慮到調節迴路中，或者在接通持續時間作為期望的LED電流Imi的函數時作為附加的影響因素一同被考慮到接通持續時間的調整中。圖5顯示了用於這種類型的組合調節的具體的實施例(實現方案)。如在該處示出的那樣，感應地獲取通過LED的電流Im作為反饋參數並輸送到兩個比較器5，6，將其輸出信號輸送到RS多諧振動器7。兩個比較器之一將在相反的(invertiert)輸入部處的實際值信號Imi與理論值信號Imw相比較。在時間上將該差信號積分8，其中，將積分結果輸送到另一比較器9的相反的輸入部處。該比較器9將積分8的結果調節偏差與用於以時鐘信號工作的恆流源I的開關S的預設的最小接通持續時間比較。該另一比較器9的輸出信號被輸送到總線電壓控制器10處，其直接地或間接地影響主動地以時鐘信號工作的PFC4，使得總線電壓取決於該另一比較器9的輸出信號下降。
以已知的方式為PFC4供給AC電壓11，例如，該AC電壓可為電網交流電壓。通常，在交變電壓11和PFC4之間還接入整流器、濾波電路等。在圖5中的電路中，只要積分結果8大於允許的最小的接通持續時間Tmmin，則總線電壓控制器10始終被調節到可能的最大的總線電壓VBUS。RS多諧振動器7僅僅以簡單的方式顯示出用於以時鐘信號工作的恆流源I的開關S的接通的滯後調節的實現方案。那麼，當使通過LED的電流下降到零時，始終達到用於所示出的降壓轉換器的開關(MOSFET)的接通閾值。這相應於所謂的邊界模式或臨界感應模式(在間歇性和非間歇性的電流模式之間的極限情況)的實現方案。同時也可設置成，在再次接通開關之前，電流才在零電平上停留一段時間(不連續的感應模式或間歇性電流模式)。備選地，在電流電平大於零時接通閾值也可在開關上，從而實現所謂的連續感應模式(非間歇性電流模式)。在這種情況中，以下述方式限定用於開關的切斷閾值，即，將比較器比較值12設 定為LED電流的理論值I.的兩倍，即兩倍的1_。在邊界模式中這意味著，電流循環從零上升到理論值的兩倍並且再次下降到零。由此產生的三角形的電流曲線為帶有剛好為期望的理論值Imw的兩倍的Imw的峰值的電流在時間上的平均值。在根據圖5的示例中，控制單元3此外包括比較器5、6、9，RS多諧振動器7和總線電壓控制器10。該示例表明，控制單元3也可由多個單個的元件構成，並且也可至少部分地離散地構成。
權利要求
1.一種LED運行電路，其具有 -用於提供可調整的DC電壓的電路模塊，以及 -帶有開關⑶的以時鐘信號工作的恆流源、例如用DC電壓供給的DC/DC轉換器，通過控制電路使所述開關⑶以時鐘信號工作，使得所述開關⑶的接通持續時間的減小導致功率供給的減小，其中，能夠由所述恆流源供給一個或多個LED， 其中，所述控制單元設計成，除了減小所述接通持續時間tON，還改變所述恆流源或用於DC供給的電路模塊的其它控制參數中的至少一個。
2.根據權利要求I所述的LED運行電路，其特徵在於，所述控制單元設計成，僅僅在一定的負載狀態或運行狀態時改變所述恆流源或可調整的DC電壓的其它控制參數。
3.根據權利要求I或2所述的LED運行電路，其特徵在於，所述控制單元設計成，為了減小功率供給，將所述開關⑶的接通持續時間減小到最小值tM MIN，以之後在保持最小的接通持續時間MIN或提高接通持續時間的情況下通過改變所述其它控制參數來減小所述功率供給。
4.根據前述權利要求中任一項所述的LED運行電路，其中，用於提供DC電壓的電路模塊為主動地以時鐘信號工作的PFC電路。
5.根據權利要求4所述的LED運行電路，其特徵在於，能夠通過改變所述PFC電路的開關的時鐘信號來改變所述功率供給。
6.根據前述權利要求中任一項所述的LED運行電路，其中，所述其它控制參數為用於提供DC電壓的電路模塊的可調整的DC輸出電壓的理論值的預設。
7.根據前述權利要求中任一項所述的LED運行電路，其中，所述控制單元輸送反應負載的反饋參數中的至少一個，例如 -調光號， -通過至少一個LED的電流，和/或 -在所述至少一個LED上的電壓。
8.根據前述權利要求中任一項所述的LED運行電路，其中，所述控制單元具有用於輸送調光值的接口。
9.根據前述權利要求中任一項所述的LED運行電路，其中，從以下選擇所述以時鐘信號工作的恆流源 -降壓轉換器， -升壓轉換器， -降壓升壓轉換器， -SEPIC轉換器。
10.一種LED照明部，其具有至少一個LED和根據以上權利要求中任一項所述的LED運行電路。
11.一種用於至少一個LED的運行的方法， 其帶有LED運行電路，所述方法包括 -產生可調整的DC電壓，以及 -為恆流源、例如帶有開關(S)的用DC電壓供給的DC/DC轉換器提供時鐘信號，使得所述開關(S)的接通持續時間1 的減小導致功率供給的減小，其中，由所述恆流源供給一個或多個LED， 其中，除了減小所述接通持續時間，還改變所述恆流源的或可調整的DC電壓的其它控制參數中的至少一個。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，為了減小所述功率供給，將所述開關(S)的接通持續時間減小到最小值tM MIN，以之後在保持所述最小的接通持續時間tW MIN或提高所述接通持續時間的情況下通過改變所述其它控制參數來減小所述功率供給。
13.根據權利要求11或12中任一項所述的方法，其中，用於提供DC電壓的電路模塊為主動地以時鐘信號工作的PFC電路。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，通過改變所述PFC電路的開關的時鐘信號來改變所述功率供給。
15.根據權利要求11至14中任一項所述的方法，其中，所述其它控制參數為用於提供DC電壓的電路模塊的可調整的DC輸出電壓的理論值的預設。
16.根據權利要求11至15中任一項所述的方法，其中，負載供給的控制/調節輸送反饋參數中的至少一個，例如 -調光號， -通過至少一個LED的電流，和/或 -在所述至少一個LED上的電壓。
17.根據權利要求11至16中任一項所述的方法，其中，僅僅在一定的負載狀態或運行狀態時改變所述恆流源或可調整的DC電壓的所述其它控制參數。
18.—種控制單元、尤其是集成電路，例如ASIC或微控制器，其構造成用於執行根據權利要求11至17中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種LED運行電路，其包括用於提供可調整的DC電壓的電路模塊，以及帶有開關的以時鐘信號工作的恆流源、例如用DC電壓供給的DC/DC轉換器，通過控制電路使開關以時鐘信號工作，使得開關的接通持續時間tON的減小導致功率供給的減小，其中，可由恆流源供給一個或多個LED，其中，控制單元設計成，除了減小接通持續時間tON，還改變恆流源或用於DC供給的電路模塊的其它控制參數中的至少一個。
文檔編號H05B33/08GK102907173SQ201180014583
公開日2013年1月30日 申請日期2011年3月21日 優先權日2010年3月19日
發明者麥可·齊默爾曼, 愛德華多·佩雷拉 申請人:特裡多尼克股份有限公司