CN101065994B

CN101065994B - 用于led操作的方法和驱动电路

Info

Publication number: CN101065994B
Application number: CN200580040824.0A
Authority: CN
Inventors: G·索尔拉恩德; R·埃尔法里奇; B·阿克曼; D·亨特; C·马蒂尼; M·温特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: US8063577B2; CN101065994A; EP1820371A1; JP2008522211A; WO2006056960A1; US20090230875A1

Abstract

在用于操作一个或多个发光二极管(LED)的方法和驱动电路中，交变电源电流产生并且被变换成交变次级绕组电压。使用整流装置，例如二极管或同步开关，该交变次级绕组电压通过使用诸如输出扼流圈(即适当的电感器)之类的缓冲元件被变换成基本恒定的负载电流。从电源转移到LED的功率可以通过该交变电源电流的频率控制而被控制。

Description

用于LED操作的方法和驱动电路

技术领域

本发明涉及用来操作多个发光二极管(LED)的驱动电路。

背景技术

发光二极管(LED)，尤其是高亮度LED，早已被确定用于例如信令(signaling)应用。在汽车应用和一些普通照明应用中LED正在取代常规灯。

LED需要电压或优选电流控制，因为LED对小电压变化响应而表现出大电流变化。公知的是，使用电子电流源来控制通过LED的电流。然而，就功能性、效率、成本、尺寸和/或可靠性而言，公知的电子电流源和/或电流控制电路没有被优化。

公知的电流控制系统是采用电流控制模式的开关式电源。例如，可以采用降压变换器。在改善的降压变换器中，基于正激衍生(forward-derived)拓补，电压源和开关控制在变压器的初级绕组中流动的电流。在变压器的次级绕组中产生的电流流过与例如电感器串联的一个LED或一系列LED。如果开关已经中断电流流过变压器的初级绕组，由此中断LED电流流过次级绕组，则通过能够使LED电流流动的二极管使该LED分流。变压器执行变压器的初级侧和次级侧之间的电压调整。另外，由于由变压器提供的电流隔离(galvanical isolation)，LED与例如能够实现低电压侧切换和低电压侧电流感测的输入电压源分开。

在上述变换器中，开关被硬切换，导致变换器效率低，并且需要相对大的EMI滤波器。另外，由于提供给变压器的初级绕组的电压的占空比控制，在变压器的次级侧需要相对大的电感器。

期望具有高效操作LED的方法和驱动电路。

发明内容

在根据本发明的方法中，交变电源电流产生并且被变换成交变次级绕组电压。该交变次级绕组电压被整流和缓冲用来产生基本恒定的负载电流。该基本恒定的负载电流被提供给LED。交变电源电流的变换具有与以上关于改善的降压变换器所述的相同的优点：通过相应地选择变压器的匝数比，负载电压可以容易地适合于期望的负载电压；电流隔离能够实现低电压侧切换和低电压侧电流感测；以及可以选择变压器的漏电感以便在用来产生交变电源电流的装置的零电压切换的情况下可以产生交变电源电流，导致产生高效率。

该LED可以是一个LED或可以是多个LED。该多个LED可以串联连接、并联连接或可以被设置成串联连接的LED的组，这些组并联连接。

在实施例中，该方法包括提供DC电压和将该DC电压变换成交变电源电流。利用变化的DC电压以及包括谐振电容器和变压器的初级绕组的电感的谐振电路，可以容易地从该DC电压产生交变电源电流。

另外，在实施例中，产生交变电源电流可以包括控制该交变电源电流的占空比和频率中的至少一个。控制频率和/或占空比可以用来控制至该一个或多个LED的功率转移。

在实施例中，占空比被控制为50％并且根据需要的功率控制频率，与其中占空比可以被控制为不同于50％的实施例相比仅需要相对小的缓冲元件。

根据本发明的驱动电路包括一组用来接收电源电压的输入端；谐振电容器；变压器，该变压器的初级绕组和该谐振电容器串联耦接到该组输入端；耦接到变压器的次级绕组用来对变压器的次级绕组上的交变次级绕组电压进行整流的整流器装置；以及耦接到该整流器装置用来接收被整流的电压的输出电路，该输出电路包括缓冲电路和一组用来将LED耦接到驱动电路的输出端。因此，该驱动电路被配置用于执行根据本发明的方法。

在本发明的实施例中，变压器的次级绕组包括第一和第二线圈。例如，该变压器具有分开的次级绕组。因此，在操作中，在次级绕组的每个线圈上产生交变电压。整流器装置可以根据交变次级绕组电压的相位交替地阻塞所述电压中的一个并且将另一电压耦接到输出电路，以便将DC电压提供到输出电路。

在实施例中，整流器装置包括第一二极管和第二二极管，每个二极管耦接到次级绕组的相应线圈。如果该相应线圈上的电压具有正值(或负值，取决于二极管的正向)，则每个二极管仅将该相应的电压耦接到输出电路。因此，被整流的次级绕组电压和电流被提供给输出电路。

在另一实施例中，整流器装置包括第一和第二开关，每个开关耦接到次级绕组的相应线圈，并且配置该第一和第二开关以对该交变次级绕组电压进行整流。

在实施例中，驱动电路包括耦接到该组输入端的桥式电路，该桥式电路包括用来接收DC电压的输入端。配置该桥式电路以产生合适的电源电压。该电源电压可以是交变电压或可以是具有适当变化的电压电平的DC电压。该桥式电路，例如半桥式电路，包括多个开关元件，是众所周知的用来将DC电压变换为块形(block-shaped)电压的电路。根据开关元件的切换时刻，可以控制块形电压的频率和占空比。如上所述，优选地，占空比被控制为50％并且控制该频率以便控制至该一个或多个LED的功率转移。

在另一实施例中，驱动电路包括具有用来接收LED控制信号的控制输入端并且响应于该LED控制信号控制桥式电路尤其是其开关元件的控制电路。该LED控制信号可以是例如LED电流和/或LED电压。因此，该控制电路可以控制电源电压的占空比和频率，并且由此控制该交变电源电流的频率和占空比。

附图说明

在下文中，参考示出非限制性实施例的附图解释本发明，其中：

图1示出根据本发明的用来操作一个或多个LED的驱动电路的实施例；

图2示出根据本发明的驱动电路的另一个实施例；

图3a-3c示出根据本发明的驱动电路的模拟的电流和电压波形。

在图中，相同的参考标记指的是相同或类似的元件。

具体实施方式

图1示出用来操作一个或多个LED2的驱动电路1的实施例的电路图。驱动电路1包括一组输入端4a和4b以及串联连接到变压器8的初级绕组8a的谐振电容器6。示出了初级绕组8a的杂散电感Ls和主电感Lm。这些电感Ls和Lm不是实际的元件，但是被示出是因为可以结合谐振电容器6的电容选择这些电感Ls和Lm以便在连接到输入端4a和4b的电压源24中实现零电压切换，改善所示电路的总效率。

示出的变压器8具有分开的次级绕组8b，具有第一线圈8b1和第二线圈8b2。次级绕组8b也可以具体化为例如绕公共芯缠绕的两个分开的绕组。次级绕组8b具有三个端10a、10b和10c。端10b是线圈8b1和8b2的公共端。另外的端10a和10c连接到相应的二极管12和14，用来对次级绕组8b上的交变电压进行整流。输出扼流圈18，即适当的电感器，被包括在输出电路16中。输出电路16进一步包括输出端20a和20b。LED2连接到输出端20a和20b。然而，可以有一个以上的LED连接到输出端20a和20b。如果一个以上的LED连接到驱动电路1，则它们可以并联连接或串联连接或者可以被并联设置成串联连接的LED的组。

在图1中，电压源24连接到输入端4a和4b。图2示出这样的实施例，其中提供基本恒定的电压的DC电压源可以连接到桥式电路32的输入端30a和30b。桥式电路32包括第一开关32a和第二开关32b。桥式电路32可以产生适当的电源电压并且将它提供给图1的电路的输入端4a和4b(也在图2中示出)。另外，在图2的实施例中，控制电路34利用相应的控制信号36a和36b控制桥式电路32的开关32a和32b。控制电路34具有LED控制信号38作为输入。LED控制信号38是LED电压，例如，其可以与预定的参考电压40相比较，如图2中所示。控制电路34响应于输入的LED控制信号38确定控制信号36a和36b。

现在参考图3a-3c描述图1和2中示出的驱动电路的操作。在图3a-3c中，水平轴代表时间。在图3a中，垂直轴代表电压；在图3b中，垂直轴代表电流。在每个图3a-3c中，在垂直轴上示出零电平。

在图3a中，示出提供给输入端4a和4b的电源电压Vs。示出的电源电压Vs是具有块形变化的电压电平的DC电压，该DC电压例如由图2中示出的桥式电路32产生。

图3b示出提供给变压器8的初级绕组8a的交变电源电流Is。交变电流Is具有与电源电压Vs相同的频率和占空比，但是由于谐振电容器6和初级绕组8a的电感Ls和Lm的串联的谐振特性而在极性上交替变化。

由于通过变压器8的初级绕组8a的交变电流Is，在变压器8的次级绕组8b上产生交变次级绕组电压。正如本领域技术人员所理解的，由于二极管12和14的布置结合次级绕组8b的第一和第二线圈8b1和862的布置，根据电源电压Vs的电压电平，电流交替流过第一二极管12或第二二极管14。两个电流都被提供给用作缓冲元件的输出扼流圈18。选择输出扼流圈18使得将被提供给连接到输出端20a和20b的负载22(例如一个或多个LED)的输出负载电流基本恒定。

该负载电流在图3c中被示为包括两个分量。在图3c中，示出由流过第一二极管12的电流产生的第一负载电流ID1和由流过第二二极管14的电流产生的第二负载电流ID2。该负载电流是这两个分量ID1和ID2的总和，其是基本恒定的电流。

要注意的是，第一二极管12和第二二极管14可以被同步整流开关替换，这通过输出二极管电流的平滑换向是容易实现的。

从图3a-3c，可以理解的是，在电源电压的占空比为50％的情况下驱动电路1工作得很好，如所示。然而，也可以根据设计和功能性改变占空比。

Claims

1. 用来操作发光二极管的方法，该方法包括：

产生交变电源电流；

将该交变电源电流变换为交变负载电压；

对该交变次级绕组电压进行整流；

使用仅包括电感器的缓冲电路，缓冲被整流的交变次级绕组电压，以产生连续和基本恒定的负载电流，其中所述电感器与一组输出端串联连接；以及

将该基本恒定的负载电流提供给发光二极管；

其中，结合谐振电容器的电容选择变压器的漏电感使得产生电压，并实现产生电压的装置的零电压切换。

2. 根据权利要求1的方法，其中产生交变电源电流的步骤包括：

提供DC电压；

将该DC电压转换为交变电源电流。

3. 根据权利要求2的方法，其中产生交变电源电流的步骤包括控制该交变电源电流的频率。

4. 根据权利要求3的方法，其中转换DC电压的步骤包括控制该交变电源电流的占空比为50％。

5. 用来操作发光二极管的驱动电路，该驱动电路被配置以控制将要提供给发光二极管的电流，该驱动电路包括：

一组用来接收电源电压的输入端；

谐振电容器；

变压器，该变压器的初级绕组和该谐振电容器被串联耦接到该组输入端；

耦接到变压器的次级绕组用来对该变压器的次级绕组上的交变负载电压进行整流的整流装置；

耦接到整流装置用来接收被整流的电压的输出电路，该输出电路包括产生连续和基本恒定的负载电流的缓冲电路和一组用来将发光二极管耦接到驱动电路的输出端，其中所述缓冲电路仅包括与所述组输出端串联连接的电感器，

6. 根据权利要求5的驱动电路，其中变压器的次级绕组包括第一线圈和第二线圈。

7. 根据权利要求6的驱动电路，其中该次级绕组是分开的绕组。

8. 根据权利要求6的驱动电路，其中该整流装置包括第一二极管和第二二极管，每个二极管耦接到次级绕组的相应线圈。

9. 根据权利要求6的驱动电路，其中该整流装置包括第一开关和第二开关，每个开关耦接到次级绕组的相应线圈，该第一和第二开关被配置以对该交变次级绕组电压进行整流。

10. 根据权利要求5的驱动电路，其中驱动电路包括耦接到该组输入端的桥式电路，该桥式电路包括用来接收DC电压的桥式输入端并且该桥式电路被配置以产生用来产生交变电源电流的电源电压。

11. 根据权利要求10的驱动电路，其中该驱动电路进一步包括控制电路，该控制电路具有用来接收发光二极管控制信号的控制输入端并且响应于所述发光二极管控制信号控制该桥式电路以便控制该交变电源电流的占空比和频率中的至少一个。