CN101682951A - 用于led的驱动器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动及控制发光二极管(LED)或LED串的驱动器设备(10)，其包括控制单元(16)以及至少两个串联耦合的开关单元(14)，每一个开关单元(14)包括可由所述控制单元(16)控制的开关(22)以及用于连接至少一个LED的两个连接点(30)，其中第一连接点(28)与所述开关(22)的一端耦合。所述驱动器设备的特征在于，每一个开关单元(14.1到14.n)包括耦合在所述开关(22)的另一端与所述第二连接点(30)之间的电感。

Description

用于LED的驱动器设备
技术领域
本发明涉及一种用于驱动及控制发光二极管(LED)或LED串/阵列的驱动器设备，其包括控制单元，本发明还涉及一种电致发光设备，其包括所述驱动器设备以及连接到所述驱动器设备的LED或LED串/阵列，以便发射混合光，以及本发明还涉及一种用于操作所述电致发光设备以便调节所发射的混合光的亮度和/或色点的方法。
背景技术
用于驱动发光二极管的驱动器设备广为人知，例如可以从文献US6,153,980中获知。
一般来说，LED当前被广泛使用在多种信号和照明应用以及基于LED的照明器产品当中。为了拓宽基于LED的照明器产品的应用领域，可以使用具有不同颜色(或者在白色LED的情况下则是不同CCT)的LED来生成具有所期望的颜色的光。为了实现这一目的，各LED的平均光输出被设置到一定水平，从而使得所有LED的混合光具有所期望的颜色。
为了给LED供电，所谓的开关模式电源(SMPS)被广泛使用，这是因为限制耗散电流的电阻器会提高效率。但是为了生成针对产生不同水平的光输出的几个LED的不同电流，对于每一个LED都使用一个SMPS将是非常昂贵的做法。为多个LED生成不同电流的另一种可能性是把所述LED连接成串，并且(在一定时间段内)旁路掉与其他LED相比应当具有更低光输出的那些LED。例如在US 2006/0244396A1中公开了一种对应的解决方案。这种做法将得到同样受到PWM调制(脉冲宽度调制)的光输出。
取决于具体应用(例如汽车中的刹车灯之类的移动光源)或者被用于控制所述系统的光输出的感测技术，所述经过调制的光输出可能会带来诸如闪烁或颜色分裂之类的问题。此外，LED的效率是RMS电流的函数，从而与长时间用较低电流进行操作的情况相比，短时间内用高电流驱动所述LED就会导致效率降低。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的一个目的是提供一种用于驱动及控制发光二极管或LED串的驱动器设备，其能够克服现有技术的驱动器设备的各种缺陷。具体来说，所述驱动器设备对于人眼没有闪烁效应，并且具有平滑的感光输出。本发明的应用在高环境温度或长使用寿命要求方面得到了改进。
上述和其他目的是通过一种如上面所提到的驱动器设备而实现的，其中每一个开关单元包括耦合在所述开关的另一端与所述第二连接点之间的电感。
换而言之，根据本发明的驱动器设备包括至少两个开关单元，每一个开关单元包括由所述控制单元控制的开关以及LED与电感器的串联连接，所述串联连接与所述开关并联。因此，每一个LED具有其自身的电感器和开关。所述电感器用于平滑电流；所述开关用于设置所述LED的平均正向电流。这样就可以独立地控制每一个LED的电流。取决于组件的选择和所选择的时间循环，本发明的驱动器设备可以被用来产生平均电流与波纹电流之间的所期望的关系。如果驱动得当的话，所述LED是由仅有很小波纹的DC电流来驱动的，从而使得所述LED的光输出也只有非常低的失真。可以避免对于人眼的闪烁效应，并且如果使用传感器来测量LED的光输出，则可以平滑所感测的信号。所述电路不需要电容器，从而易于使用在具有高环境温度或长使用寿命要求的应用中。本发明的驱动器设备的另一个优点在于不再需要多个电流源，而是仅仅需要一个具有串联开关的电压源，其由所述控制单元来控制。
本发明的驱动器电路可以被用来例如在一般照明、建筑照明或LCD背光中驱动LED。在必须改变一串LED中的每一个LED的电流并且PWM调光不适用(其中不需要基于PWM的光输出调制)的应用中，本发明的驱动器电路特别适用。
在一个优选实施例中，提供一个主开关，其与所述各开关单元串联耦合并且可以由所述控制单元来控制。这一措施的优点在于，可以在不控制所述各开关单元的情况下很容易地接通及关断所述电路。在另一个优选实施例中，所述控制单元被适配成控制所述主开关以便调节所述LED中的平均电流。在这里，可以通过仅仅一个开关来调节所有LED的总光输出。
在一个优选实施例中，所述控制单元被适配成控制所述各开关单元的所述开关，从而使得同时仅有一个开关被打开。此外还优选的是，所述控制单元被适配成单独地控制所述各开关以便调节所述LED中的平均电流，从而调节各单独LED的光输出。
本发明还涉及一种电致发光设备，其包括根据权利要求1的驱动器设备以及连接到所述驱动器设备的第一和第二连接点的至少一个LED，以便发射混合光。混合光是指所有LED的叠加光。
在所述电致发光设备的一个实施例中，所述驱动器设备的电感的尺寸被形成为可以实现对所述各LED的几乎无闪烁的驱动。在这里，所述电感的所需值取决于所述开关的开关频率f以及所述各LED的串联电阻RLED。通过L＞RLED/f就可以实现几乎无闪烁的驱动。
在所述电致发光设备的另一个实施例中，不同开关单元的LED能够提供不同颜色的光。
在所述电致发光设备的另一个实施例中，所述控制单元被适配成单独地控制每一个开关，以便调节所述混合光的色点。
本发明还涉及一种用于操作根据权利要求7的电致发光设备的方法，其包括以下步骤：
通过经过适配的控制单元来调节连接到每一个开关单元的一个LED或多个LED的单独的平均电流，以便调节每一个LED或多个LED的发射光的亮度。
在一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：
调节连接到每一个开关单元的发射不同颜色的光的各LED的单独的平均电流，以便调节所述电致发光设备所发射的混合光的色点。
通过下面的描述和附图可以获悉本发明的其他特征和优点。
应当注意到，在本申请的上下文中，“LED”还包括有机LED(OLED)或者任何其他类型的发光二极管和激光二极管。多个LED意指串联连接或者连接成阵列的各LED。应当理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，上面所提到的特征以及将在下面解释的那些特征不仅可以被用在所提出的对应组合中，而且也可以被用在其他组合中或者被单独使用。
下面将结合附图更加详细地描述本发明。
附图说明
在附图中：
图1是本发明的电致发光设备的一个实例的示意性方框图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了用于发光二极管的驱动器设备10，并且用附图标记10来表示。驱动器设备10包括主开关12和多个开关单元14.1到14.n。主开关12和各开关单元14串联连接，并且与DC电源18耦合。
此外，驱动器设备10还包括控制单元16，其从电源18接收功率并且被适配成控制主开关12以及各开关单元14。作为一种替换方案，控制单元可以从处于LED串中的某个位置处的一个抽头接收功率(图1中未示出)。
每一个开关单元14.1到14.n的结构类似，因此下面只对一个开关单元14.1进行更为详细的解释。
开关单元14.1包括开关22，其例如是电子开关(比如晶体管)或者任何其他可控开关，开关22的第一端24连接到主开关12(或者前一个开关单元14)，其第二端26连接到后一个开关单元14.2。取决于电子开关的类型，可能需要使用续流元件。
在图1中，主开关12和各开关22被图示为机械开关。但是应当注意到，同样可以使用电子开关，比如晶体管等等。
如上所述，开关22由控制单元16来控制，这被图示为控制单元16与开关22之间的控制线。
开关单元14.1包括第一连接点28(其电连接到第一端24)和第二连接点30。在所述两个连接点28、30之间可以连接发光二极管20(LED)。在这里应当注意到的是，LED 20代表串联和/或并联形成LED串或LED阵列的一个或多个LED 20。为了简单起见，在图1中仅仅示出了一个LED。
在第二连接点30与开关22的第二端26之间连接电感器32。因此就有LED 20与所述电感器32的串联连接，所述串联连接与开关22并联。因此，开关22充当旁路或分流开关。
驱动器设备10如下操作：
首先，必须接通主开关12，从而把开关单元14.1到14.n的串联连接与电源18耦合。
当开关单元14的开关22闭合时，存储在电感器32中的能量就导致续流过所述闭合的开关和LED 20的电流。该电流由于功率损耗而减小。当开关被打开时，在LED 20与电感器32的串联连接处存在一个外部的电源电压。电流按照一定速率增大，该速率由所存在的电压、LED 20的正向电压和电感器32的电感决定。通过控制开关22，即通过控制将其关断及接通的定时，可以控制流经LED 20的平均电流。
通过控制流经LED 20的平均电流就允许控制其光输出。开关22的定时由控制单元16控制。
用于发射具有特定颜色和特定亮度的混合光5的电致发光设备1包括驱动器设备10以及连接到所述驱动器设备10的每一个开关单元14.1、14.2、...14.n的第一和第二连接点28与30的各LED 20。混合光5是指通过叠加由每一个LED 20发射的光51、52、53而获得的总的光。在每一个时间点只打开各开关单元14.1到14.n当中的一个开关22，以便为相应的电感器32提供能量，从而增大相应的LED 20的电流。只要在每一个时间点只有一个开关22被打开，在不同的开关单元14.1到14.n之间就有良好的解耦，从而可以单独地控制流经每一个LED 20的电流。如果不同开关单元的LED发射不同颜色的光51、52、53，则当不同开关单元14.1到14.n的LED 20具有不同颜色时又允许生成具有所期望的颜色的光。各LED 20的平均光输出可以被设置到特定水平，从而使得所有LED 20的混合光具有所期望的颜色。
在一个替换实施例中，连接到开关单元14.1、14.2、...14.n的所述LED 20可以是串联(LED串)或并联(LED阵列)连接的多个LED。所述多个LED可以实质上发射具有相同颜色或不同颜色的光。
与颜色控制同时地，通过调节流经每一个LED的平均电流，有可能从0％到100％光输出对每一个LED进行单独调光或者对所有LED进行总体调光。
取决于各LED开关22的状态接通或关断电源18。只有在需要能量时，也就是说在一个开关22被打开时，才向电路馈送电源电压。
本发明的驱动器电路10的优点在于，取决于组件的选择以及各开关22的所选定时循环，电路可以被用来平均电流与波纹电流之间的所期望的关系。如果驱动得当的话，各LED 20是由仅有很小波纹的DC电流来驱动的，从而使得各LED 20的光输出51、52、53也只有非常低的失真。可以避免对于人眼的闪烁效应，并且可以平滑所感测的光输出。此外还不需要电容器。

Claims (12)

1、用于驱动及控制发光二极管(LED)或多个LED的驱动器设备(10)，其包括：
控制单元(16)；以及
至少两个串联耦合的开关单元(14)，每一个开关单元(14)包括可由所述控制单元(16)控制的开关(22)以及用于连接至少一个LED的两个连接点(30)，其中第一连接点(28)与所述开关(22)的一端耦合，
其特征在于，
每一个开关单元(14.1到14.n)包括耦合在所述开关(22)的另一端与所述第二连接点(30)之间的电感。
2、权利要求1的驱动器设备(10)，其特征在于，主开关(12)与所述开关单元(14.1到14.n)串联耦合并且可以由所述控制单元(16)来控制。
3、权利要求2的驱动器设备(10)，其特征在于，所述控制单元(16)被适配成控制所述主开关(12)，以便调节所述LED(20)中的平均电流。
4、权利要求1至3当中的任一条的驱动器设备(10)，其特征在于，电源(18)与所述开关单元(14.1到14.n)的所述串联连接并联耦合。
5、权利要求1至4当中的任一条的驱动器设备(10)，其特征在于，所述控制单元(16)被适配成控制所述开关(22)，从而使得同时仅有一个开关(22)被打开。
6、权利要求5的驱动器设备(10)，其特征在于，所述控制单元(16)被适配成单独地控制每一个开关(22)，以便调节所述LED(20)中的平均电流。
7、电致发光设备(1)，其包括根据权利要求1的驱动器设备(10)以及连接到所述驱动器设备(10)的第一和第二连接点(28，30)的至少一个LED(20)，以便发射混合光(5)。
8、权利要求7的电致发光设备(1)，其特征在于，电感(32)的尺寸被形成为可以实现对所述LED(20)的几乎无闪烁的驱动。
9、权利要求7或8的电致发光设备(1)，其特征在于，不同开关单元(14.1-14.n)的LED(20)能够提供不同颜色的光(51，52，53)。
10、权利要求9的电致发光设备(1)，其特征在于，控制单元(16)被适配成单独地控制每一个开关(22)，以便调节所述混合光(5)的色点。
11、用于操作根据权利要求7的电致发光设备(1)的方法，其包括以下步骤：
通过经过适配的控制单元(16)来调节连接到每一个开关单元(14.1-14.n)的一个LED或多个LED(20)的单独的平均电流，以便调节每一个LED或多个LED(20)的发射光(51，52，53)的亮度。
12、权利要求11的用于操作电致发光设备的方法，其还包括以下步骤：
调节连接到每一个开关单元(14.1-14.n)发射不同颜色的光(51，52，53)的的各LED(20)的单独的平均电流，以便调节所述电致发光设备(1)所发射的混合光(5)的色点。
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