CN101606435B - 用于驱动至少一个发光二极管的发光二极管模块和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动至少一个发光二极管(18)的发光二极管模块(10)，该发光二极管模块具有：用于与直流电压源(UE)耦合的输入端(E1，E2)；用于与所述至少一个发光二极管(18)耦合的输出端(A1，A2)；滤波装置(14)；以及DC-DC转换器(16)；其中滤波装置(14)和DC-DC转换器(16)串联地耦合在输入端(E1，E2)与输出端(A1，A2)之间，并且其中DC-DC转换器(16)的输出端(DCA1，DCA2)与发光二极管模块(10)的输出端(A1，A2)耦合；其中该发光二极管模块还包括电子开关(Q1)，该电子开关设计为使DC-DC转换器(16)与发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)耦合以及与所述输入端去耦。此外，本发明还涉及一种用于借助发光二极管模块驱动至少一个发光二极管的相应方法。

Description

用于驱动至少一个发光二极管的发光二极管模块和方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动至少一个LED(发光二极管)的LED模块，该LED模块具有用于与直流电压源耦合的输入端、与所述至少一个LED耦合的输出端、滤波装置和DC-DC转换器(直流-直流转换器)，其中滤波装置和DC-DC转换器串联地耦合在输入端和输出端之间，并且其中DC-DC转换器的输出端与LED模块的输出端耦合。此外，本发明还涉及一种带有电子镇流器的电路装置以及一种用于借助LED模块驱动至少一个LED的方法。
背景技术
本发明所基于的问题可以最好地参照所附的附图1至3予以讨论。这样，在现代LED照明系统中越来越多地使用许多并联的LED模块10a、10b等等，这些LED模块通过在提供电压UN的家庭电网(Hausnetz)上的中央电子镇流器12来驱动。UN在德国例如为230V AC左右。电子镇流器12在其输出端提供电压UE，该电压例如可以为24V DC。电子镇流器12在此通常是防短路的并且配备有电流监控装置，该电流监控装置在过流时被触发。在消除可能存在的次级侧短路之后，该电子镇流器12又独立地起动。为了避免系统的偶然故障，例如在运行中的关断、闪光或者周期性的闪烁，并联连接的LED模块10a、10b的接通电流不允许达到电子镇流器12的过电流关断阈值。
图2示出了现有技术中已知的发光模块10a、10b的输入电压UE的时间变化过程以及发光模块10a、10b中的所选取的一个发光模块的输入电流IE的时间变化过程。在此确定的是，最大接通电流IE在接通大约2.20ms之后为300mA。在持续工作中，电流IE仅为76mA。由于该高的接通电流，在电子镇流器12上并行驱动的发光模块10a、10b的最大允许的数目必须受到极大限制。
图3示例性地以示意图示出了现有技术中已知的LED模块10的结构。该LED模块包括带有第一输入端E1和第二输入端E2的输入端。其后是滤波装置14，该滤波装置包括电感器L1和电容器C1。滤波装置14在输入侧具有端子FE1和FE2，而在输出侧具有端子FA1和FA2。在滤波装置14之后是DC-DC转换器16，该DC-DC转换器具有输入端DCE1和DCE2以及输出端DCA1和DCA2。滤波装置14用于保证在电子镇流器12与DC-DC转换器16之间的高频去耦，用于避免EMV(电磁兼容性)干扰。输出端DCA1和DCA2同时形成LED模块10的输出端A1和A2。在输出端上示例性地连接有LED 18。在此，LED 18可以与电路的其余部分设置在相同的电路板上，然而也可以设计为端子A1、A2从在其上实现LED模块10的电路板伸出，以便使分离设置的LED 18与LED模块10耦合。在此，接通电流IE基本上通过电感器L1和该电感器L1的欧姆电阻来限制。这此外导致如下缺点：工作电流在电感器L1的欧姆电阻上引起电压降，并且因此在LED模块10中出现附加的加热和持续的损耗。
发明内容
本发明的任务现在在于改进这类LED模块，使得借助电子镇流器可以驱动比在现有技术可能的数目更大数目的LED模块。此外，本发明的任务还在于提出一种用于驱动至少一个LED的相应方法。
这些任务通过具有权利要求1的特征的LED模块以及通过具有权利要求13的特征的方法来解决。根据本发明的另一方面，还提供了具有权利要求12的特征的电路装置。
本发明基于如下知识：在DC-DC转换器接通时刻的输入电压UE越低，输入电流达到的幅度值越高。当在DC-DC转换器被接通之前输入电压UE相应地已经增加到较高的值时，则通过这样的方式实现了接通过程，该接通过程的特征在于明显更低的输入电流。由此，于是可以借助同一电子镇流器驱动明显更多的LED模块。此外，由此电感器L1可以在不考虑对输入电流的限制的情况下和比现有技术中更低欧姆值(较小的DC电阻)地、即更低损耗地进行设计。
本发明所基于的知识可以最为简单地通过如下方式来实现：根据本发明的LED模块还包括电子开关，该开关设计为使DC-DC转换器耦合到LED模块的输入端以及与输入端去耦。由此可以以简单的方式实现延迟地接通DC-DC转换器。
一个特别优选的实施形式的特征在于，其还包括定时元件(Zeitglied)，该定时元件设计为根据LED模块的输入端上的信号幅度使得电子开关在时间上延迟地切换。由此可以实现的是，当提供足够高的输入电压时，电子开关才自动地使DC-DC转换器耦合到LED模块的输入端。足够高的输入电压的存在于是导致接通电流比较小。通过对定时元件的适当设计由此可以确定何时接通DC-DC转换器。
特别优选地，改变耦合到同一电子镇流器的不同发光模块的定时元件的时间常数。由此，接通时刻的变化变大，即更少LED模块同时接通，并且总接通电流的峰值更低。
优选地，电子开关具有控制电极、工作电极和参考电极，其中LED模块还包括带有第一欧姆电阻和第二欧姆电阻的分压器，其中由第一欧姆电阻和第二欧姆电阻构成的串联电路与LED模块的输入端并联耦合。优选的是，在此电子开关的控制电极与第一欧姆电阻和第二欧姆电阻之间的连接点耦合。由此，在分压器上得到的电压被利用来接通和关断电子开关。
优选地，定时元件通过如下方式来实现：至少一个电容器与第二欧姆电阻并联地耦合。由此在附加的部件上的开销最小。
以下介绍本发明的两个变形方案，其不同之处在于在何处设置电子开关。
根据第一变形方案，电子开关耦合在LED模块的输入端与滤波装置之间。在此特别优选的是，LED模块的输入端具有第一输入端和第二输入端，其中第二输入端与参考电势相连，而滤波装置具有第一滤波装置输入端和第二滤波装置输入端，其中第一滤波装置输入端与LED模块的第一输入端耦合，其中电子开关的参考电极与LED模块的第二输入端耦合，其中电子开关的工作电极与第二滤波装置输入端耦合。
此外优选的是，设置第一二极管，该第一二极管与第二欧姆电阻并联地耦合，并且定向为使得其将电子开关的控制电极钳位到第二输入端的电势上。由此实现反极性保护，其在输入侧电压UE反极性的情况下防止电子开关的损坏。在正常工作中，二极管以截止方向工作并且因此几乎“不可见”。
在第二变形方案中，电子开关耦合在滤波装置与DC-DC转换器之间。在此优选的是，DC-DC转换器具有第一输入端和第二输入端，滤波装置具有第一滤波装置输出端和第二滤波装置输出端，其中第二滤波装置输出端与电子开关的参考电极耦合，其中电子开关的工作电极与DC-DC转换器的第二输入端耦合。
特别优选地，又设置有第一二极管，该第一二极管与第二欧姆电阻并联地耦合，并且定向为使得其将电子开关的控制电极钳位到第二滤波装置输出端的电势上。这又用作反极性保护，如已经在上面结合第一变形方案所讨论的那样。
其他优选的实施形式从从属权利要求中得到。
参照根据本发明的LED模块所讨论的优选的实施形式及其优点只要可用也适用于根据本发明的电路装置和根据本发明的用于驱动至少一个LED的方法。
在根据本发明的电路装置的一个特别优选的实施形式中，LED模块的定时元件的部件具有至少5％的公差，其中定时元件的欧姆电阻尤其是具有5％的公差，而定时元件的电容器尤其是具有10％的公差。
通过该设计准则可以以特别简单的方式保证使直至接通不同的LED模块的相应DC-DC转换器的延迟不同。相应的最大接通电流因此在不同的时刻出现，由此进一步减小了由电子镇流器最大提供的接通电流。
附图说明
以下将参照所附附图更为详细地阐述根据本发明的LED模块的两个实施例。其中：
图1以示意图示出了在现有技术中已知的具有电子镇流器和多个连接到其上的LED模块的电路装置；
图2示出了在现有技术中已知的LED模块的输入电流和输入电压的时间变化过程；
图3以示意图示出了在现有技术中已知的LED模块的结构；
图4a以示意图示出了根据第一实施例的根据本发明的LED模块的结构；
图4b以示意图示出了根据第二实施例的根据本发明的LED模块的结构；
图5示出了根据本发明的LED模块的输入电流和输入电压的时间变化过程。
具体实施方式
只要涉及相同或者相似的元件，参照图3引入的参考标记就可继续用于在图4a和4b中所示的根据本发明的LED模块的实施形式。因此，对它们不再予以描述。
根据图4a的实施形式具有块20，该块包括电子开关Q1。控制电极S与形成分压器的两个欧姆电阻R1、R2的连接点相连。电子开关Q1的参考电极B与LED模块10的第二输入端E2耦合，电子开关Q1的工作电极A与第二滤波装置输入端FE2耦合。为了实现定时元件，电容器C2与欧姆电阻R2并联。二极管D1将电子开关Q1的控制电极S钳位到第二输入端E2的电势上。在接通供给电压UE时，电子开关Q1首先是高阻的，DC-DC转换器16由此不工作。C2通过R1以时间常数τ＝R1＊C2缓慢地充电。一旦达到用于接通电子开关Q1的、实现为MOSFET的电子开关Q1的栅极和源板之间的阈值电压UGS，该电子开关开始导通并且由此使DC-DC转换器16工作。在一个优选的实现例子中，R1为51kΩ，R2为4.7kΩ，C2为2.2μF，并且Si 2316DS用作电子开关Q1。
在根据图4b的实施形式中，块20耦合在滤波装置14与DC-DC转换器16之间。在此，第二滤波装置输出端FA2与电子开关Q1的参考电极B耦合，电子开关Q1的工作电极A与DC-DC转换器16的第二输入端DCE2耦合。
以下还将再参照图2并且首次参照图5：在输入电压UE的时间变化过程中，紧接着上升之后确定第一拐点。这是表示DC-DC转换器16接通的时刻。表示从接通LED模块10至接通DC-DC转换器16的持续时间的时段t1在图2中为2.2ms，在图5中由于根据本发明的延迟而为31.2ms。结果，将最大接通电流IE的幅度从300mA降低到188mA(参见图5)。
多个并行地借助电子镇流器12驱动的LED模块10a、10b的接通时刻的特别简单的变形方案可以通过以下方式实现：选择具有较大公差的部件C2和R1。
在接通之后，工作电流流经所接通的电子开关Q1的低欧姆值的漏极-源极段。通过适当地选择晶体管，例如晶体管Si2316DS的电阻RDSon为大约50mΩ，使持久的损耗最小化并且由此避免了LED模块中的不利的额外发热。

Claims (13)

1.一种用于驱动至少一个发光二极管(18)的发光二极管模块(10)，具有：
-用于与直流电压源(UE)耦合的输入端(E1，E2)；
-用于与所述至少一个发光二极管(18)耦合的输出端(A1，A2)；
-滤波装置(14)；以及
-DC-DC转换器(16)；
其中滤波装置(14)和DC-DC转换器(16)串联地耦合在输入端(E1，E2)与输出端(A1，A2)之间，并且其中DC-DC转换器(16)的输出端(DCA1，DCA2)与发光二极管模块(10)的输出端(A1，A2)耦合；
其特征在于，
该发光二极管模块还包括：电子开关(Q1)，该电子开关设计为使DC-DC转换器(16)与发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)耦合以及与所述输入端去耦；以及定时元件(R1，C2)，其中定时元件(R1，C2)的部件具有至少5％的公差，其中定时元件的欧姆电阻(R1)具有5％的公差，而定时元件的电容器(C2)具有10％的公差。
2.根据权利要求1所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，定时元件(R1，C2)被设计为使得电子开关(Q1)根据在发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)上的信号的幅度而在时间上延迟地开关。
3.根据权利要求2所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，电子开关(Q1)具有控制电极(S)、工作电极(A)和参考电极(B)，其中发光二极管模块(10)还包括带有第一欧姆电阻(R1)和第二欧姆电阻(R2)的分压器，其中由第一欧姆电阻(R1)和第二欧姆电阻(R2)构成的串联电路与发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)并联耦合。
4.根据权利要求3所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，电子开关(Q1)的控制电极(S)与第一欧姆电阻(R1)和第二欧姆电阻(R2)之间的连接点耦合。
5.根据权利要求4所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，与第二欧姆电阻(R2)并联耦合有至少一个电容器(C2)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，电子开关(Q1)耦合在发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)和滤波装置(14)之间。
7.根据权利要求6所述的发光二板管模块(10)，其特征在于，发光二极管模块(10)的输入端具有第一输入端和第二输入端(E1，E2)，其中第二输入端(E2)与参考电势相连，
滤波装置(14)具有第一滤波装置输入端(FE1)和第二滤波装置输入端(FE2)，其中第一滤波装置输入端(FE1)与发光二极管模块(10)的第一输入端(E1)耦合，
其中电子开关(Q1)的参考电极(B)与发光二极管模块(10)的第二输入端(E2)耦合，其中电子开关(Q1)的工作电极(A)与第二滤波装置输入端(FE2)耦合。
8.根据权利要求7所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，该发光二极管模块还包括第一二极管(D1)，该第一二极管与第二欧姆电阻(R2)并联耦合，并且定向为使得该第一二极管将电子开关(Q1)的控制电极(S)钳位到第二输入端(E2)的电势上。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，电子开关(Q1)耦合在滤波装置(14)与DC-DC转换器(16)之间。
10.根据权利要求9所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，DC-DC转换器(16)具有第一输入端(DCE1)和第二输入端(DCE2)，
滤波装置(14)具有第一滤波装置输出端(FA1)和第二滤波装置输出端(FA2)，其中第二滤波装置输出端(FA2)与电子开关(Q1)的参考电极(B)耦合，其中电子开关(Q1)的工作电极(A)与DC-DC转换器(16)的第二输入端(DCE2)耦合。
11.根据权利要求10所述的发光二极管模块(10)，其特征在于，该发光二极管模块还包括第一二极管(D1)，该第一二极管与第二欧姆电阻(R2)并联耦合，并且定向为使得该第一二极管将电子开关(Q1)的控制电极(S)钳位到第二滤波器装置输出端(FA2)的电势上。
12.一种具有电子镇流器(12)的电路装置，其中电子镇流器(12)设计为在其输出端提供直流电压(UE)，其特征在于，由至少两个根据权利要求1-11中任一项所述的发光二极管模块(10a，10b)构成的并联电路与电子镇流器(12)的输出端耦合。
13.一种用于借助根据权利要求1-11中任一项所述的发光二极管模块(10)驱动至少一个发光二极管(18)的方法，该发光二极管模块具有：用于与直流电压源(UE)耦合的输入端(E1，E2)；用于与所述至少一个发光二极管(18)耦合的输出端(A1，A2)；滤波装置(14)；以及DC-DC转换器(16)；
其中滤波装置(14)和DC-DC转换器(16)串联地耦合在输入端(E1，E2)与输出端(A1，A2)之间，并且其中DC-DC转换器(16)的输出端(DCA1，DCA2)与发光二极管模块(10)的输出端(A1，A2)耦合；
其特征在于所述方法包括如下步骤：
a)将直流电压源(UE)与发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)耦合；以及
b)在时间上相对于步骤a)延迟地将DC-DC转换器(16)耦合到发光二极管模块(10)的输入端(E1，E2)。
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