CN102907173B

CN102907173B - 带有以时钟信号工作的恒流源的led操控部

Info

Publication number: CN102907173B
Application number: CN201180014583.8A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·齐默尔曼; 爱德华多·佩雷拉
Original assignee: Tridonic AG
Current assignee: Tridonic AG
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-03-21
Also published as: US9326351B2; DE112011100965A5; EP2548409A1; EP2548409B1; DE102010031239A1; WO2011113955A1; US20130134893A1; CN102907173A

Abstract

本发明涉及一种LED运行电路，其包括：用于提供可调整的DC电压的电路模块，以及带有开关的以时钟信号工作的恒流源、例如用DC电压供给的DC/DC转换器，通过控制电路使开关以时钟信号工作，使得开关的接通持续时间t_ON的减小导致功率供给的减小，其中，可由恒流源供给一个或多个LED，其中，控制单元设计成，除了减小接通持续时间t_ON，还改变恒流源或用于DC供给的电路模块的其它控制参数中的至少一个。

Description

带有以时钟信号工作的恒流源的LED操控部

技术领域

本发明总地涉及一种LED的运行，其中，以下理解为无机的LED以及同样有机的LED(OLED)。

背景技术

基本上已经已知的是，可具有一个或多个串联LED的LED区段(LED-Strecke)由恒流源供给电功率。同样已知的是，使用PWM调制以用于实施调光，从而在PWM脉冲序列的接通持续时间中进行所谓的横流调节。即，在调光时改变PWM信号的占空比。

发明内容

为了提供恒流源的供给电压，例如可使用主动地以时钟信号工作的PFC电路(PowerFactorCorrectionCircuit，功率系数修正电路)。

最终，在LED的运行时也还应注意其它要求，例如，通常需要在LED区段和PFC的供给电压(通常为电网交流电压)之间的电隔离。

该目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求以特别有利的方式改进本发明的中心思想。

本发明的第一方面涉及一种LED运行电路，其具有：

-用于提供可调整的DC电压的电路模块(Schaltungsblock)，以及

-带有开关的以时钟信号工作的恒流源、例如用DC电压供给的DC/DC转换器，通过控制电路使所述开关以时钟信号工作，使得开关的接通持续时间t_ON的减小导致功率供给的减小，其中，可由恒流源供给一个或多个LED，

其中，该控制单元设计成，除了减小接通持续时间t_ON，还改变恒流源或用于DC供给的电路模块的其它控制参数中的至少一个。

控制单元可设计成用于，仅仅在一定的负载状态或运行状态时改变恒流源或可调整的DC电压的该其它控制参数。

控制单元可设计成用于，为了减小功率供给，将开关的接通持续时间t_ON减小到最小值t_{ON_MIN}，以之后在保持最小的接通持续时间t_{ON_MIN}或提高接通持续时间的情况下通过改变该其它控制参数来减小功率供给。

用于提供DC电压的电路模块可为主动地以时钟信号工作的PFC电路。

可通过改变PFC电路的开关的时钟信号来改变功率供给。

该其它控制参数可为用于提供DC电压的电路模块的可调整的DC输出电压的理论值的预设。

控制单元可输送反应负载的反馈参数中的至少一个，例如：

-调光信号，

-通过至少一个LED的电流，和/或

-在至少一个LED上的电压。

控制单元可具有用于输送调光值的接口。

可从以下选择以时钟信号工作的恒流源：

-降压转换器，

-升压转换器，

-降压升压转换器，

-SEPIC转换器。

此外，本发明涉及一种LED照明部，其具有至少一个LED和以上所述的类型的LED运行电路。

本发明也提出一种用于至少一个LED的运行的方法，

其带有LED运行电路，所述方法包括：

-产生可调整的DC电压，以及

-为恒流源、例如带有开关的用DC电压供给的DC/DC转换器提供时钟信号，使得开关的接通持续时间t_ON的减小导致功率供给的减小，其中，由恒流源供给一个或多个LED，

其中，除了减小接通持续时间t_ON，还改变恒流源的或可调整的DC电压的其它控制参数中的至少一个。

为了减小功率供给，将开关的接通持续时间t_ON减小到最小值t_{ON_MIN}，以之后在保持最小的接通持续时间t_{ON_MIN}或提高接通持续时间的情况下通过改变该其它控制参数来减小功率供给。

可通过改变产生可调整的DC电压的电路的运行方式来实现功率供给。例如，主动地以时钟信号工作的PFC可改变其运行方式。

可通过改变PFC电路的开关的时钟信号改变功率供给。

负载供给的控制/调节可输送反馈参数中的至少一个，例如：

-调光信号，

-通过至少一个LED的电流，和/或

-在至少一个LED上的电压。

可仅仅在一定的负载状态或运行状态时改变恒流源或可调整的DC电压的该其它控制参数。由此，优选地存在一个或多个在其中恒流源或可调整的DC电压的其它控制参数不改变的负载状态或运行状态。

备选地或附加地可设置成，仅仅当一定的负载状态或运行状态的变化的值(程度)在预设的范围中、例如超过最小阈值时，改变恒流源或可调整的DC电压的其它控制参数。

最后，本发明还涉及控制单元、尤其是地集成电路，例如ASIC或微控制器，其构造成用于执行这种类型的方法。

附图说明

现在，可以参考附图的图示根据本发明的实施例解释本发明的其它特征、优点、特性和目的。

图1显示了在此为降压转换器的形式的以时钟信号的恒流源的示例，

图2显示了根据本发明的系统，其中，控制单元一方面操控以时钟信号工作的恒流源，并且另一方面也影响用于恒流源的DC供给电压V_Bus的产生，

图3显示了用于恒流源的供给电压V_Bus的改变，例如取决于待实现的通过LED区段的电流I_LED改变以时钟信号工作的恒流源的接通持续时间，

图4显示了以时钟信号工作的恒流源的开关的接通持续时间以及供给电压V_Bus与在LED区段上的电压V_LED的相关性，以及

图5显示了特殊的实施例，其中，在影响控制参数“以时钟信号工作的恒流源的DC供给电压”和“以时钟信号工作的恒流源的开关的时钟信号”的情况下进行对以时钟信号工作的恒流源的功率供给的组合调节。

具体实施方式

图1显示了以时钟信号工作的恒流源的示例，其在这种情况下实施成降压转换器1。同时，也可使用DC/DC转换器形式的任何其它以时钟信号工作的恒流源，例如升压转换器、降压升压转换器、反激式转换器、SEPIC等。

将可调整的DC供给电压V_Bus输送到以时钟信号工作的恒流源1。如稍后将解释的那样，例如可由主动地以时钟信号工作的PFC(功率因数校正电路)产生该可调整的DC供给电压V_Bus。

控制单元(在图1中尚未显示)控制或调节降压转换器1的开关S的接通持续时间t_ON，降压转换器1此外具有二极管D和储能线圈(Speicherdrossel)L。通过储存电容C_F稳定以时钟信号工作的恒流源1的输出电压。将在电容C_F上的电压输送到具有一个或多个LED的LED区段2。利用I_LED表示通过LED区段2的电流并利用V_LED表示在LED区段上的电压。除了LED，LED区段2自身也还可选地具有作为附加的恒流源的线性调节器。刚好当存在多个串联的LED模块形式的LED区段2时，这些LED模块的每一个可具有用于稳定LED电流的这种线性调节器。

以已知的方式，可通过减小周期地被断开和闭合的开关S的接通持续时间t_ON实现图1的以时钟信号工作的恒流源1的功率供给。

同时存在的问题为，在继续减小接通持续时间t_ON时，电的损失相对于被输送到LED2处的功率不成比例增加。

现在应参考图2进行解释，控制单元3一方面给出恒流源1的开关S的接通持续时间t_ON作为控制参数。

同时，如在图2中那样根据本发明设置成，作为另一用于恒流源1的功率供给的控制参数，控制单元3(或者同样另一与其分离的控制单元)对以时钟信号工作的恒流源1的DC供给电压V_Bus的大小产生影响。在所示出的示例中，控制单元3预设理论值V_Bus*，之后，在主动地以时钟信号工作的PFC4的调节中使用该理论值V_Bus*用于操控在该处设置的开关(未示出)。

当然，一方面图2的控制单元3可直接影响PFC电路4的开关的时钟信号。备选地，也可为PFC电路的另一控制单元预设用于PFC4的输出电压的理论值V_Bus*，那么该控制单元取决于实际的输出电压V_Bus的测量提供PFC4的开关的时钟信号。例如，PFC电路可实施成SEPIC转换器。同时，也可使用DC/DC转换器形式的其它以时钟信号工作的电路调节器，例如降压升压转换器、升压转换器、降压升压转换器、反激式转换器、CUK等。

附加地或备选地，不仅总线电压V_Bus，可作为电路模块的控制参数与DC供给相匹配，而且电路模块的运行方式也与DC供给相匹配(尤其地在应用主动地以时钟信号工作的PFC时)。取决于负载状态或运行状态，用于DC供给的电路模块或者自动地(即，直接PFC4)或者通过相应的操控、尤其地通过控制单元3改变运行模式。尤其地，在带有高负载的运行中，PFC4或以所谓的在间歇性的或非间歇性的电流模式之间的的所谓的极限运行(“边界模式”)或以非间歇性电流模式(“连续感应模式”)工作，并且在小负载的运行中或在等待模式中以间歇性电流模式(“不连续的感应模式”)工作。但是，例如也可能的是，在小负载的运行时或在等待模式中时，PFC4变换到所谓的触发模式(即，脉冲-暂停-运行模式或脉冲模式)中。此外，供给电压(总线电压V_Bus)在此保持不变，但是在施加作为PFC4的开关的操控信号的下一个“触发”(脉冲)之前，在PFC4的一个或多个开关的多个操控脉冲之后设置较长的暂停。在此，在脉冲序列之间的暂停明显更长，即，例如至少为PFC4的开关的接通持续时间的和的两倍。

控制单元可设计成用于，除了减小接通持续时间t_ON，可取决于负载状态或运行状态来改变恒流源或用于DC供给的电路模块的至少另一控制参数。

优选地，仅仅在LED运行电路的一定的负载状态或运行状态时进行恒流源或用于DC供给的电路模块的另一控制参数的附加的改变。例如，可仅仅在极小的负载的范围中或在故障运行中进行恒流源或用于DC供给的电路模块的另一控制参数的附加的改变。即，这尤其可以是在LED区段的极小的发光功率时的情况。

由此，优选地存在一个或多个这样的负载状态或运行状态，其中不改变恒流源或可调整的DC电压的该另一控制参数。

备选地或附加地可设置成，仅仅当一定的负载状态或运行状态的变化的值(程度)在预设的范围中，例如超过最小阈值时，改变恒流源或可调整的DC电压的该另一控制参数。

如同样可在图2中看出的那样，可将不同的反馈参数输送到控制单元3。在该示例中，这尤其地为信号I_LED*，其预设通过LED2的电流I_LED的理论值。由于LED区段2的光效率基本上与通过LED区段的电流I_LED成比例，所以该理论信号I_LED*也可被称为调光值预设。即，一方面控制单元3可取决于调光值预设I_LED*影响控制参数“接通持续时间t_ON”和“供给电压V_Bus”。在此，其可以是纯粹的控制，也就是说，借助于分析函数和/或调整表(Abgleichstabelle)或其它手段根据理论值预设选择用于接通持续时间t_ON和供给电压V_Bus的待调整的值。

因此，控制单元3也可在没有直接的调节回路的情况下调整LED电流I_LED，例如基于调光值预设(例如通过调光器或通过接口被输送的调光命令)。

备选地或附加地，同时也可将测量参数输送到控制单元3，该测量参数尤其地来自恒流源1和/或LED区段2的区域。在所示出的示例中，反馈参数尤其地为测得的LED电流I_LED(作为实际值)和/或在LED上的电压V_LED。但是，例如也可将外部的控制信号，例如调光值预设、传感器信号(运动探测器(Bewegungsmelder)、日光传感器...)或颜色控制命令输送到控制单元3处。

此外根据本发明设置成，控制单元3可预设用于以时钟信号工作的恒流源1的开关的最小接通持续时间t_{on_min}。如在当前尤其地参考图3和5的情况中，控制单元3减小恒流源1的开关的接通持续时间t_ON以将用于LED区段2的功率供给仅仅减小到用于接通持续时间的预设的最小值T_{on_min}。在达到用于恒流源1的开关S的接通持续时间的最小值T_{on_min}时，备选地或附加地，所述控制单元3提供至少一个来自提供供给电压V_Bus和以时钟信号工作的恒流源1的区域中的其它控制参数，如果例如通过调光信号I_LED*预设功率供给的减小是必要的，其不再能将通过将接通持续时间t_on减小到最小值T_{on_min}而实现。

在该示例中，控制单元3直接或间接减小DC供给电压V_Bus的振幅。

这在图3中显示出。在此，在该图示中的X轴表示LED电流I_LED，其对于待实现的光效率来说是有代表性的。如所示出的那样，从最大LED电流I_LED起，开关的接通持续时间首先基本上线性地减小，直至达到接通持续时间的预设的最小值T_{on_min}。之后，从该时刻起，在所示出的示例中，为了减小功率供给，保持接通持续时间恒定，也就是说保持在值T_{on_min}上。之后，例如通过以时钟信号工作的恒流源1的供给电压V_Bus的线性的下降实现功率供给的进一步减小。

图4显示了与图3相似的图示，其中，在LED区段上的电压V_LED在此作为X轴的参数，并且由此显示出开关的接通持续时间T_on和供给电压V_Bus(或V_B)与电压V_LED(在LED区段2上)的相关性。

作为根据图3的组合调节的代替，同时也可设置成，在达到最小值T_{on_min}时再次提高接通持续时间，例如直至这样的变化值，即，其通过以时钟信号工作的恒流源的供给电压VBus的下降被过补偿。

控制单元3也可监控总线电压V_Bus、尤其地也可监控总线电压V_Bus的波动(波动性)(也就是说在一定的时间之内的波动)。取决于对总线电压V_Bus的波动的评估，控制单元3可影响以时钟信号工作的恒流源1的操控。尤其地，其可使以时钟信号工作的恒流源1的接通持续时间与总线电压V_Bus的波动的评估相匹配，以用于减小在以时钟信号工作的恒流源1的输出部处的波动。优选地，在此，在总线电压V_Bus升高时以时钟信号工作的恒流源1的接通持续时间下降，并且在总线电压V_Bus下降时其升高。以这种方式可实现，在总线电压V_Bus上的该波动被较弱地传递到以时钟信号工作的恒流源1的输出部处。除了用于LED电流I_LED的调节的调节回路，可基于总线电压V_Bus的波动进行时钟信号工作的恒流源1的接通持续时间的匹配，或者作为输入参数被考虑到调节回路中，或者在接通持续时间作为期望的LED电流I_LED的函数时作为附加的影响因素一同被考虑到接通持续时间的调整中。

图5显示了用于这种类型的组合调节的具体的实施例(实现方案)。如在该处示出的那样，感应地获取通过LED的电流I_LED作为反馈参数并输送到两个比较器5,6，将其输出信号输送到RS多谐振动器7。

两个比较器之一将在相反的(invertiert)输入部处的实际值信号I_LED与理论值信号I_LED*相比较。在时间上将该差信号积分8，其中，将积分结果输送到另一比较器9的相反的输入部处。该比较器9将积分8的结果调节偏差与用于以时钟信号工作的恒流源1的开关S的预设的最小接通持续时间t_{on_min}相比较。

该另一比较器9的输出信号被输送到总线电压控制器10处，其直接地或间接地影响主动地以时钟信号工作的PFC4，使得总线电压取决于该另一比较器9的输出信号下降。

以已知的方式为PFC4供给AC电压11，例如，该AC电压可为电网交流电压。通常，在交变电压11和PFC4之间还接入整流器、滤波电路等。

在图5中的电路中，只要积分结果8大于允许的最小的接通持续时间T_{on_min}，则总线电压控制器10始终被调节到可能的最大的总线电压V_Bus。

RS多谐振动器7仅仅以简单的方式显示出用于以时钟信号工作的恒流源1的开关S的接通的滞后调节的实现方案。那么，当使通过LED的电流下降到零时，始终达到用于所示出的降压转换器的开关(MOSFET)的接通阈值。这相应于所谓的边界模式或临界感应模式(在间歇性和非间歇性的电流模式之间的极限情况)的实现方案。同时也可设置成，在再次接通开关之前，电流才在零电平上停留一段时间(不连续的感应模式或间歇性电流模式)。备选地，在电流电平大于零时接通阈值也可在开关上，从而实现所谓的连续感应模式(非间歇性电流模式)。

在这种情况中，以下述方式限定用于开关的切断阈值，即，将比较器比较值12设定为LED电流的理论值I_LED-的两倍，即两倍的I_LED*。

在边界模式中这意味着，电流循环从零上升到理论值的两倍并且再次下降到零。由此产生的三角形的电流曲线为带有刚好为期望的理论值I_LED*的两倍的I_LED*的峰值的电流在时间上的平均值。

在根据图5的示例中，控制单元3此外包括比较器5、6、9，RS多谐振动器7和总线电压控制器10。该示例表明，控制单元3也可由多个单个的元件构成，并且也可至少部分地离散地构成。

Claims

1.一种LED运行电路，其具有：

-用于提供可调整的DC电压的电路模块，以及

-带有开关(S)的以时钟信号工作的恒流源，通过控制单元使所述开关(S)以时钟信号工作，使得所述开关(S)的接通持续时间t_ON的减小导致功率供给的减小，其中，能够由所述恒流源供给一个或多个LED，

其中，所述控制单元设计成，除了减小所述接通持续时间t_ON，还改变所述恒流源或用于DC供给的电路模块的其它控制参数中的至少一个，

其中，所述其它控制参数为用于提供DC电压的电路模块的可调整的DC输出电压的理论值的预设。

2.根据权利要求1所述的LED运行电路，其特征在于，所述恒流源是用DC电压供给的DC/DC转换器。

3.根据权利要求1所述的LED运行电路，其特征在于，所述控制单元设计成，仅仅在一定的负载状态或运行状态时改变所述恒流源或可调整的DC电压的其它控制参数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED运行电路，其特征在于，所述控制单元设计成，为了减小功率供给，将所述开关(S)的接通持续时间t_ON减小到最小值t_{ON_MIN}，以之后在保持最小的接通持续时间t_{ON_MIN}或提高接通持续时间的情况下通过改变所述其它控制参数来减小所述功率供给。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的LED运行电路，其中，用于提供DC电压的电路模块为主动地以时钟信号工作的PFC电路。

6.根据权利要求5所述的LED运行电路，其特征在于，能够通过改变所述PFC电路的开关的时钟信号来改变所述功率供给。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的LED运行电路，其中，所述控制单元输送反应负载的反馈参数中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的LED运行电路，其中，所述反应负载的反馈参数中的至少一个为调光信号、通过至少一个LED的电流、和/或在所述至少一个LED上的电压。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的LED运行电路，其中，所述控制单元具有用于输送调光值的接口。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的LED运行电路，其中，从以下选择所述以时钟信号工作的恒流源：

-降压转换器，

-升压转换器，

-降压升压转换器，

-SEPIC转换器。

11.一种LED照明部，其具有至少一个LED和根据权利要求1至10中任一项所述的LED运行电路。

12.一种用于至少一个LED的运行的方法，

其带有LED运行电路，所述方法包括：

-产生可调整的DC电压，以及

-为带有开关(S)的恒流源提供时钟信号，使得所述开关(S)的接通持续时间t_ON的减小导致功率供给的减小，其中，由所述恒流源供给一个或多个LED，

其中，除了减小所述接通持续时间t_ON，还改变所述恒流源的或可调整的DC电压的其它控制参数中的至少一个，

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述恒流源为用DC电压供给的DC/DC转换器。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，为了减小所述功率供给，将所述开关(S)的接通持续时间t_ON减小到最小值t_{ON_MIN}，以之后在保持所述最小的接通持续时间t_{ON_MIN}或提高所述接通持续时间的情况下通过改变所述其它控制参数来减小所述功率供给。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，用于提供DC电压的电路模块为主动地以时钟信号工作的PFC电路。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过改变所述PFC电路的开关的时钟信号来改变所述功率供给。

17.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述其它控制参数为用于提供DC电压的电路模块的可调整的DC输出电压的理论值的预设。

18.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，负载供给的控制/调节输送反馈参数中的至少一个。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述反馈参数中的至少一个为调光信号、通过至少一个LED的电流和/或在所述至少一个LED上的电压。

20.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，仅仅在一定的负载状态或运行状态时改变所述恒流源或可调整的DC电压的所述其它控制参数。

21.一种控制单元，其构造成用于执行根据权利要求12至20中任一项所述的方法。

22.根据权利要求21所述的控制单元，其中，所述控制单元是集成电路。

23.根据权利要求22所述的控制单元，其中，所述集成电路是ASIC或微控制器。