用於驅動光源的電路和相關方法

2023-04-28 14:22:16

專利名稱：用於驅動光源的電路和相關方法
技術領域：
本發明涉及用於具有調光能力的光源的驅動裝置。通過特別注意其在
驅動越來越多地用作光源的高通量發光二極體(HF LED, high flux LED ) 中的可能使用，而開發了本發明。
背景技術：
通過採取兩種基本裝置中的任何一種裝置，可以利用2-線脈衝寬度 調製(PWM)調光器對高通量恆定電壓LED模塊進行驅動。
在第一種裝置中，直接在電力線上施加PWM輸入電壓。只有當電壓 高於某個閾值時， 一個或多個LED才導通，否則它們斷開。採取這種裝 置使得當調光水平(dimminglevel)非常低時，不可能為設置在模塊中 的任何輔助電路(諸如邏輯電路，例如，用於電力線通信的微控制器)供 電。另外，現有的高通量LED模塊通常包括升壓型或降壓型轉換器。這 些轉換器在輸入側需要很大的電容器，用來進行穩定和濾波。因此，如果 在低輸入電壓時段期間模塊使這些電容器放電，則當輸入電壓變高時，在 電力線上產生高電流尖峰。到目前為止，利用輸入電壓的直接PWM調製 使這種LED模塊調光的可能性受限於對輸入電流進行限制，從而降低了 低調光水平時的性能，或受限於避免低調光狀態。
在另一種裝置中，電力線和PWM信號被分開，並使用不同的電線承 載。在這種情況下，PWM信號被在第三電線上傳輸，而模塊中的控制器 根據這種信號將PWM輸出電流提供給LED。這樣，在低調光水平時， 也能夠為模塊中的輔助控制電,電，代價是更加複雜的接線。

發明內容
在這種情形中，需要有這樣的裝置，該裝置適合於用2-線調光器來驅 動高通量恆定電壓LED模塊，而不會導致高峰值輸入電流，同時也確保 甚至在非常低的調光水平時也能為模塊中的輔助電#電。因此，本發明的目的是提供這種裝置。
根據本發明，該目的通過具有權利要求1所述特性的電路來實現。本 發明也涉及一種相應的方法，如在權利要求書中所要求的。本發明的有利 開發形成了從屬權利要求的主題。
權利要求書形成這裡給出的發明公開的完整的一部分。
簡言之，在這裡所述的裝置中，PWM調光器的輸入電壓是XSU統的， 該電壓具有兩個相反的值，其絕對值相同。在電容器之前在LED模塊中 插入了橋式整流器。這樣，跨所述電容器的電壓相當恆定，並且輸入電流 中的峰值被減小。優選地，當輸入電壓為正時，所^塊中的"智能"控 制器將輸出電流設置為固定值，而當輸入電壓為負時，斷開LED。
這樣，甚至在非常低的調光水平時也能夠為模塊中的輔助電3g^電， 同時避免更複雜的接線。另夕卜，雙極PWM調光器與傳統的恆定電壓LED 模塊兼容，其中，負的輸入電壓只是使LED斷開。


現在將參考附圖只通過例子來描述本發明，在附圖中
圖1示出在這裡描述的裝置的操作中所產生的信號的時間行為；
圖2是示出這裡描述的裝置的可能實施例的框圖；以及
圖3是示出用於為圖2所示電#電的示例性電源電路的框圖。
具體實施例方式
這裡以例子的方式給出的詳細描述涉及到對包括一個或多個用作光 源的高通量LED的模塊L進行驅動(即，供電)。具體來說，通過維持 與一個或多個LED (甚至是零調光水平的LED)相關的輔助邏輯電路的 電源電壓，經由LED的電力線對所述一個或多個LED進行PWM調光。 通過在同樣與傳統的恆定電壓LED模塊相兼容的調光器裝置的框架內盡 量減小電力線上的電流尖峰來實現該結果。
這裡所描述的裝置的基本原理是為可調光的LED模塊提供如圖1 示意性示出的PWM調製的雙極電壓。
該雙極電壓本質上是或呈正值+Vcc或呈負值-Vcc的方波電壓v(即，在兩種情況下具有相同幅值或^ltlVccl和相反符號的信號)。概括 地"^兌，當電壓v分別等於+Vcc和-Vcc時，圖2中的一個或多個LED將 分別呈現為"導通"和"斷開"。圖1中的虛線表示這樣的事實信號v 的時間行為將不是"完美的"方波，而將呈現具有有限持續時間的上升和 下降時間。
應該明白，這種信號本身適用於供給帶有線性電流調節器的傳統 LED模塊，比如當電壓v為正時(導通時間)，這種模塊的LED將被導 通，而當電壓v為負時(斷開時間)，這種模塊的LED被斷開。
圖2的框圖表示根據這裡描述的裝置的高通量LED模塊，該模塊適 用於接收圖1示意性示出的PWM雙極電壓信號v作為輸入驅動信號。
在圖2的框圖中，附圖標記10表示全橋(FB， full-bridge)整流器， 該全橋整流器旨在用來驅動一個或多個LED,同時為與其相關的邏輯電 路(例如，微控制器)12提供電源。雖然一個或多個LED只會在導通時 間期間被驅動(即，被提供電源，從而"導通")，但是邏輯電路12將在 所示裝置的整個工作期間都被確保獲得電源。
電流調節器14 (具有已知類型，因此這裡不需要進行詳細描述)將 根據由專用控制電路16 (同樣具有已知類型)產生的PWM雙極輸入電 壓來產生PWM輸出電流，所述專用控制電路16使調節器14產生通-斷 輸出電流，即產生在導通時間期間強度等於額定值、而在斷開時間期間強 度等於零的電流。控制電路16由雙極輸入電壓v來供電，因而對雙極輸 入電壓v敏感。控制電路16也感測從整流器10輸出的電流信號，並相應 地控制調節器14。
輸入電容器18被設置於從整流器10到電路12和電流調節器14的供 給線上。輸入電容器16上的電壓在整個時段期間相當恆定，使得輸入電 流中的任何峰值被減小到這樣的低水平該低水平取決於PWM輸入電壓 的(有限長度的)上升/下降時間。因此，在所示裝置的整個工作時間內， 邏輯電路12的電源都能得到保證，不管經由電壓v所施加的調光水平如 何，即在非常低的調光水平上也能夠得到保證。
應該明白，所示裝置可以使LED模塊的輸入端(即，電流調節器14 的輸出端)"可觸摸"。事實上，可以將輸入電壓的最大絕對值設置為這樣 的值使得額定RMS電壓在25 V限制以下。這符合諸如EN 61347-2-13 的規則，同時保持與傳統24VLED模塊的完全兼容。圖3的框圖示出用於為圖2所示電#供圖1例示的雙極PWM電壓 v的隔離式離線電源裝置。
圖3的電源通常從標準交流電網電壓(mains voltage)(即，在歐洲 國家為220 V、 50 Hz )供給。該輸入電壓被給送到全橋(FB )或半橋(HB， half-bridge )逆變器20,以獲得高頻(例如，50 + 100 kHz)交流電壓Vpri， 所述高頻交流電壓Vpri轉而被施加到變壓器22的初級側。
在作為雙次級變壓器的變壓器22的次級側，兩個受控雙向開關24a、 24b (通常是諸如一對MOSFET的半導體開關形式)在控制電路24的控 制下作為有源整流器工作，以跨輸出電容器26產生希望的雙極PWM電 壓v。
具體說，兩個開關24a、 24b通過下述操作將變壓器22的兩個次級繞 組連接到輸出電容器26:
i) 如果需要正的輸出電壓v (即，v=+Vcc )，則當電壓Vpri為正時， 開關24a "導通"(即，導電)而開關24b "斷開"(即，不導電)；當Vpri 為負時，開關24a "斷開"而開關24b "導通"；
ii) 相反，如果需要負的輸出電壓v (即，v=-Vcc)，則當電壓Vpri 為正時，開關24a "斷開"而開關24b "導通"；當Vpri為負時，開關24a
"導通"而開關24b "斷開"。
連結到輸出電壓Vpri的同步信號被從逆變器20中得出並給送到控制 電路24。因此，控制電路24與變壓器22的初級切換頻率同步，從而避 免了開關24a、 24b不希望出現的交叉導通(cross-conduction )。
到控制電路24的輸入線240允許(以本身已知的方式)改變兩個開 關24a、 24b導電和不導電的時間周期的長度，從而在輸入到圖2的電路 的雙極電壓v之下來控制LED導通/LED斷開間隔的長度。
所得到的信號v的PWM調製使得可以將高通量LED模塊調光，同 時避免在本說明書的導言部分中所強調的缺點，而又確保在低調光水平也 能夠為輔助電路12提#^適的電源。
在不違背本發明所基於的原理的情況下，參考只是以舉例方式進行的 描述，可以改變所述細節和實施例，甚至可以有相當程度的改變，而不偏 離所附權利要求書中所限定的本發明的範圍。
權利要求
1. 一種用於給光源(L)提供脈衝寬度調製(PWM)調光能力的電路，所述電路包括整流器(10)，用於接收表示所述光源(L)的期望調光水平的輸入雙極PWM調製信號(v)，並由之產生整流信號；電流調節器(14)，接收所述整流信號，並由之產生所述光源(L)的供電電流；以及控制模塊(16)，對所述輸入雙極PWM調製信號(v)敏感，以控制所述電流調節器(14)來產生所述光源(L)的PWM調製供電電流；以及電容器(18)，設置於所述整流器(10)和所述電流調節器(14)之間，以穩定所述整流信號。
2. 根據權利要求l所述的電路，其中，所述電路包括連接到所述電 容器的輔助電路(12)，所述輔助電路由所述電容器(18)所穩定的所述 整流信號進行供電，從而與和所述輸入雙極PWM調製信號(v)相關的 所述調光水平無關地為所述輔助電#電。
3. 根據權利要求1或2所述的電路，其中，所述電路包括用於接收 輸入雙極PWM調製電壓信號(v)並由之產生整流信號的所述整流器(10)。
4. 根據權利要求1到3中任一個所述的電路，其中，所述電路包括 所述輸入雙極PWM調製信號(v)的發生器(20到26 )。
5. 根據權利要求4所述的電路，其中，所述輸入雙極PWM調製信 號(v)的所^生器(20到26)包括交流供電的逆變器(20);變壓器(22)，具有連接到所述交流供電的逆變器(20)的初級繞組， 以及兩個次級繞組；輸出電容器(26)，經由所述變壓器(23)的所述兩個次級繞組進行 充電；兩個開關(24a、 24b)，能夠以與所述變壓器(22)的初級切換頻率 同步的方式來進行切換，以交替地將所述輸出電容器(26)連接到所述變壓器(22)的所述次級繞組；以及控制電路(24)，根據施加的調光水平(240)來控制所述開關(24a、 24b)的切換，從而，所述輸入雙極PWM調製信號(v)被充載在所述輸出電容器(26)上。
6. 根據權利要求5所述的電路，其中，所述開關(24a、 24b)為雙 向半導體開關，諸如MOSFET對。
7. 根據前述權利要求中任一個所述的電路，其中，所述電路包括所 述光源(L)。
8. 根據前述權利要求中任一個所述的電路，其中，所述光源(L) 包括至少一個LED。
9. 一種給光源(L)提供脈衝寬度調製(PWM)調光能力的方法， 所述方法包括步驟產生輸入雙極PWM調製信號(v),其中，所述PWM調製表示所述 光源(L)的期望調光水平；對所述輸入雙極PWM調製信號進行整流(10 )，以由此產生整流信 號(v);感測(16)所述輸入雙極PWM調製信號(v)，並由所述整流信號產 生(14)所述光源(L)的PWM調製供電電流；以及提供穩定器元件(18)以穩定所述整流信號，從而，所述穩定了的整 流信號獨立於與所述輸入雙極PWM調製信號(v)相關的調光水平。
全文摘要
一種用於給諸如高通量(HF)LED的光源(L)提供脈衝寬度調製(PWM)調光能力的電路，包括整流器(10)，用於接收表示光源(L)的期望調光水平的輸入雙極PWM調製信號(v)，並由之產生整流信號；電流調節器(14)，接收整流信號，並由之產生光源(L)的供電電流；以及控制模塊(16)，對輸入雙極PWM調製信號(v)敏感，以控制電流調節器(14)來產生光源(L)的PWM調製供電電流；以及電容器(18)，設置於整流器(10)和電流調節器(14)之間，以穩定整流信號。所述電路通常包括連接到電容器的輔助電路(12)，諸如微控制器，該輔助電路由電容器(18)所穩定的整流信號進行供電，從而與和所述輸入雙極PWM調製信號(v)相關的所述調光水平無關地為所述輔助電路供電。
文檔編號H05B33/08GK101523978SQ200680056029
公開日2009年9月2日 申請日期2006年11月3日 優先權日2006年11月3日
發明者阿爾貝託·費羅 申請人:奧斯蘭姆有限公司