CN101960914A - 驱动发光二极管 - Google Patents

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Abstract

用于驱动发光二极管(40-42)的装置(1)的输入级(10)接收来自电源(30-32)的信号，并且输出级(20)向所述发光二极管(40-42)供应电流。所述电流的峰值除以平均值形成一比率。驱动效率通过为所述输入级(10)提供用于通过操纵所述信号来降低这一比率的布置(11)而得以提高，而不必使用任何平滑电容器/电感器。所述操纵可包括向所述信号添加频率分量，或者对所述信号的频率分量的振幅进行改编。这一频率分量可以是所述信号的基频分量的第三谐波频率分量和/或第五谐波频率分量和/或第七谐波频率分量。所述布置(11)可包括谐振回路，其可能需要被调谐至所述信号的所述频率分量。

Description

驱动发光二极管
技术领域
本发明涉及用于驱动发光二极管的装置，涉及包括该装置的设备，并且涉及驱动发光二极管的方法。
这样的装置的示例为发光二极管驱动器，而这样的设备的示例为消费产品和专业产品。
背景技术
US 5424680公开了用于非线性光学器件，比如半导体激光器以及发光二极管的，通用频率依赖性预失真电路。该电路包括前置滤波器和后置滤波器，每个滤波器为整体式均衡滤波器，其以频率依赖的方式任意地操纵相位和振幅。每个滤波器是根据特定复频率依赖属性而调谐或构建的合成滤波器，用以给予非线性光学器件更为线性的特性。
发明内容
本发明的一个目标是提供用于以提高的效率驱动发光二极管的装置。
本发明的另外的目标是提供包括此装置的设备，以及以提高的效率驱动发光二极管的方法。
根据第一方面，提供用于驱动发光二极管的装置，该装置包括：
-用于向发光二极管供应电流的输出级，该电流具有平均值和峰值，峰值除以平均值形成一比率，以及
-用于接收来自电源的信号的输入级，该输入级包括用于通过操作所述信号来降低所述比率的布置。
装置的输出级向发光二极管供应电流。这一电流具有平均值和峰值。峰值除以平均值被定义为一比率。装置的输入级接收来自电源的信号。这一输入级包括用于通过操纵所述信号来降低所述比率的布置。也就是说，该布置通过操纵所述信号而降低所述比率。所述比率的降低通过，例如，在保持平均值基本上恒定的同时降低峰值而得以实现。也就是说，所述比率通过，例如，在保持平均值基本上恒定的同时降低峰值而得以降低。作为结果，比起不使用所述输入级而从电源直接对发光二极管进行驱动，发光二极管对于相同的平均电流产生出更多的光(由于电流发光二极管的下降效应(droopeffect))。以这种方式，发光二极管相较于，例如，以(例如来自谐振电源转换器的)基本上为正弦的电流或者以(例如在使用电阻镇流器，从电源对发光二极管进行驱动时)基本上为正弦的电压对其进行驱动，被以提高的效率驱动。
该装置可驱动两个或多个发光二极管，而不只是驱动一个发光二极管。这两个或多个发光二极管可以是串联发光二极管、并联发光二极管，或者部分串联并且部分并联的连接中的发光二极管。发光二极管可以，例如，为无机发光二极管、有机发光二极管，或者发光激光二极管，并且不排除其他发光二极管。
代替由峰值除以平均值所定义的比率的使用，或者除这一比率以外，可以使用另一比率，其通过由输出级所供应的电流的均方根值除以平均值所定义。
布置可包括一个或多个子布置。可能各自包括一个或多个子布置的一个或多个另外的布置不被排除在外。
在装置的一实施方式中，所述级不包括平滑电容器并且不包括平滑电感器。平滑电容器(电感器)或者DC存储电容器(电感器)可在用于降低所述比率的其他解决方案中使用。这样的电容器(电感器)必须处理相对较多的能量，这需要相对较大的组件值并且将可用组件的选择限制到昂贵的，或者庞大的，或者笨重的，或者使用寿命有限的组件。一个示例是电解电容器在电路的整流部分(DC部分)中作为用于存储能量的平滑电容器使用。这样的电容器(电感器)优选地不在例如输出级中使用，以便降低由峰值除以平均值所定义的比率，因为其引起使用寿命和可靠性的问题，并且/或者其增加装置的体积、尺寸和成本。此外，发光二极管的(通过以快速次序启用和禁用电源的)高频调光性能在使用平滑单元时会受到影响。在发光二极管未连接DC存储单元时，其电流，并且因而其亮度，能够对所供应的能量迅速地做出反应。这使得快速和准确的调光成为可能。在发光二极管连接有大型DC存储单元时，发光二极管电流存在缓慢的上升和衰减，导致调光性能较差。
平滑电容器(电感器)在此定义为对所述比率做出例如至少1％，或者例如至少5％，或者例如至少10％，并且不排除其他百分比的降低的电容器(电感器)。
根据装置的一实施方式，操纵包括向信号中添加频率分量，或者对信号的频率分量的振幅进行改编。通过向信号添加一个或多个频率分量或者改编已存在于信号中的一个或多个频率分量的振幅，可以容易地对信号进行操纵。要添加的一个或多个频率分量的一个或多个相位可被调节至信号的基频分量的相位，使得由此产生的信号的比率得到降低。
根据装置的又一实施方式，信号的频率分量包括信号的基频分量的第三谐波频率分量和/或第五谐波频率分量和/或第七谐波频率分量。基频分量可以，例如，相应地为50Hz(在欧洲所使用的电源)或者60Hz(在美国所使用的电源)或者10kHz或100kHz或1MHz(转换器)，在这些情况下第三(第五、第七)谐波频率分量将会相应地为150(250、350)Hz或者180(300、420)Hz或者30(50、70)kHz或300(500、700)kHz或3(5、7)MHz。此外，一个或多个频率分量的一个或多个相位可被调节至信号的基频分量的相位。0°的相位角对于，例如，第三谐波频率分量，可能是有益的。
根据装置的另一实施方式，信号的第三频率分量和/或第五频率分量和/或第七频率分量的振幅除以信号的基频分量的振幅形成大于0％并且小于100％的另一比率。该另一比率优选地大于5％并且小于50％，更加优选地在10％与40％之间。
根据装置的一实施方式，信号为交变电压。这样的交变电压是要经由输入级和输出级而转换为输出电流的。
根据装置的一实施方式，布置包括谐振回路。这样的谐振回路可以是受控或非受控回路，并且可能需要被调谐至信号的频率分量，比如信号的基频分量的第三谐波频率分量或第五谐波频率分量或第七谐波频率分量。
根据装置的另一实施方式，输出级包括连接电路以及/或者变压器电路以及/或者整流器电路。这样的连接电路可包括一条或多条导线，而整流器电路可包括一个或多个线圈以及/或者一个或多个变压器，并且整流器电路可包括一个或多个二极管或者一个或多个晶体管。
根据装置的又一实施方式，布置包括使用连接电路和/或变压器电路和/或整流器电路的电抗特性的谐振回路。
装置的一实施方式还包括：
-用于将输入级连接到电源供应的电源的连接器。这样的连接器可以，例如，用于将输入级连接到市电电源。在那种情况下，信号为，例如，正弦信号，并且必须向该信号添加频率分量。
装置的另一实施方式还包括：
-要被连接到电源供应的电源用以产生信号的转换器。这样的转换器可从市电电源或者从某些种类的电池获取其电能。在那种情况下，信号可以是交变闭塞信号，并且必须对信号的频率分量的振幅进行改编。
在装置的又一实施方式中，转换器是谐振模式转换器，并且信号的一个或多个频率分量的一个或多个相位角被布置用以将转换器保持在谐振模式之中。
根据第二方面，提供设备，其包括以上所定义的装置，并且还包括连接到输出级的发光二极管。
根据第三方面，提供驱动发光二极管的方法，该方法包括：
-在输出级，向发光二极管供应电流的步骤，该电流具有平均值和峰值，峰值除以平均值形成一比率，以及
-在输入级，接收来自电源的信号的步骤，以及操纵该信号用以降低所述比率的步骤。
所述设备与所述方法的实施方式对应于所述装置的实施方式。
本发明基于发光二极管是对于双倍输入(双倍输入电流)不显示出双倍输出(不会有双倍的光输出量)的非线性元件的认识。其还基于由(在输出级的)电流的峰值除以平均值所定义的比率将通过对源自电源的信号进行的操纵而(在输入级)被降低的认识。
这解决了提供用于以提高的效率对发光二极管进行驱动的装置的问题。其具有使发光二极管以及输入级和/或输出级的一个或多个其他部件的效率得到提高的优点。
本发明的这些以及其他方面从中显现，并且通过对下文所描述的实施方式进行的参考而被阐明。
附图说明
在附图中：
图1示出装置的第一实施方式，
图2示出布置的一实施方式，
图3示出装置的第二实施方式，并且
图4示出第三谐波的影响。
具体实施方式
图1示出包括输入级10和输出级20的装置1的第一实施方式。输入级10包括布置11以及另一布置12的并联电路。这一并联电路的一侧连接到电源30，比如50Hz电源的第一端，并且这一并联电路的另一侧连接到输出级20的整流器电路21的第一输入。整流器电路21的第二输入连接到电源30的第二端。整流器电路21的第一输出连接到发光二极管40的正极，并且整流器电路21的第二输出连接到发光二极管40的负极。整流器电路21包括，例如，整流器电桥中的四个二极管。
图2示出包括电感器51和电容器52的串联电路的形式的谐振回路的布置11的实施方式。除串联电路以外的布置、谐振回路以及电路，比如至少部分并联的电路，并不被排除在外。
图1中所示的装置1驱动发光二极管40。输出级20向发光二极管40供应电流。这一电流具有平均值和峰值。峰值除以平均值形成一比率。输入级10接收来自电源30的信号，比如交变电压或AC电压，如50Hz电压信号。布置11通过操纵该信号来降低所述比率。
操纵包括，例如，向信号添加频率分量，或者，例如，对信号的频率分量的振幅进行改编。信号的这一频率分量包括，例如，信号的基频分量的第三谐波频率分量或第五谐波频率分量或第七谐波频率分量。对于交变电压，比如50Hz电压信号，基频分量因而为50Hz分量，而第三谐波频率分量或第五谐波频率分量或第七谐波频率分量为150Hz分量或250Hz分量或350Hz分量。信号的第三谐波频率分量或第五谐波频率分量或第七谐波频率分量的振幅除以信号的基频分量的振幅形成另一比率。该另一比率为，例如，大于0％并且小于100％，优选地在5％与50％之间，更加优选地在10％与40％之间。
如果电源30是用于供应具有正弦形状的50Hz电压信号的源，那么布置11的谐振回路要被调谐至这一50Hz电压信号的第三(150Hz)谐波频率分量或第五(250Hz)谐波频率分量或第七(350Hz)谐波频率分量。在这种情况下，另一布置12可包括，例如，电阻器。所述另一比率将取决于布置11和布置12的组件的尺寸。
图3示出包括输入级10和输出级20的装置1的第二实施方式。输入级10包括布置11与另一布置12的并联电路，其与转换器32相连接。这一转换器32的第一输入连接到电源31，比如(汽车)电池的第一端，而这一转换器32的第二输入连接到电源31的第二端。并联电路的一侧连接到转换器32的第一输出，并且并联电路的另一侧连接到输出级20的变压器电路22的第一输入。变压器电路22的第二输入连接到转换器32的第二输出。变压器电路22的第一输出连接到发光二极管41的正极和发光二极管42的负极，并且变压器电路22的第二输出连接到发光二极管41的负极和发光二极管42的正极。变压器电路22包括，例如，一个或多个线圈以及/或者一个或多个变压器。
特别是变压器电路22，以及一般而言任何种类的电路的电抗特性，可被用作谐振回路的一部分。例如，变压器的杂散电感可被用于实现谐振回路的一部分。
图3中所示的装置1驱动发光二极管41和发光二极管42。输出级20向发光二极管41和发光二极管42供应电流。这一电流具有平均值和峰值。峰值除以平均值形成一比率。输入级10接收来自电源31、32的信号。电源31供应，例如，DC电压，而转换器32将其转换为，例如，100kHz交变闭塞信号。布置11通过对该交变闭塞信号进行操纵而降低所述比率。
操纵包括，例如，向信号添加频率分量，或者，例如，对信号的频率分量的振幅进行改编。信号的这一频率分量包括，例如，信号的基频分量的第三谐波频率分量或第五谐波频率分量或第七谐波频率分量。对于交变闭塞信号，比如100kHz闭塞信号，基频分量因而为100kHz分量，而第三谐波频率分量或第五谐波频率分量或第七谐波频率分量为300kHz分量或500kHz分量或700kHz分量。信号的第三频率分量或第五频率分量或第七频率分量的振幅除以信号的基频分量的振幅形成另一比率。该另一比率为，例如，大于0％并且小于100％，优选地在5％与50％之间，更加优选地在10％与40％之间。
如果电源31、32是用于供应具有闭塞形状的100kHz信号的源，那么布置11的谐振回路要被调谐至这一100kHz闭塞信号的第三(300kHz)谐波频率分量或第五(500kHz)谐波频率分量或第七(700kHz)谐波频率分量。在这种情况下，另一布置12可包括，例如，与布置11中的谐振回路相类似但却被调谐至基频分量(100kHz)的另一谐振回路。所述另一比率将取决于布置11和布置12的组件的尺寸。
以这种方式，通过操纵所述信号而降低所述比率成为可能。所述比率的降低通过，例如，在保持平均值基本上恒定的同时降低峰值而得以实现。作为结果，发光二极管被以提高的效率驱动。此外，在不使用平滑/DC存储电容器并且不使用平滑/DC存储电感器的情况下，输入级和/或输出级的一个或多个其他部件的效率也得到了提高。
在图1中，例如在发光二极管被置于如图3中所示的反向并联配置中时，可使用连接电路来代替整流器电路21。在图1中，除整流器电路21以外，可以引入变压器电路。在图3中，可使用连接电路来代替变压器电路22。在图3中，例如在仅有一个发光二极管的时候或者在有同向连接的串联和/或并联发光二极管串等的时候，可能需要添加整流器电路。
如果在装置1中未使用另外的变压器，那么在电源30或电源31与输入级10之间可存在变压器。如果在装置1中的其他位置上已经使用了变压器，那么在电源30或电源31与输入级10之间可存在另外的变压器。输入级10是第一级，其在最低限度情况下包括布置11，用于操纵来自电源的信号以降低要供应给发光二极管的电流的峰值对平均值的比率，而输出级20是第二级，其在最低限度情况下包括用于向所述发光二极管供应所述电流的配线。另外的级，比如中间级，并未被排除在外。
图4示出对于特定类型的发光二极管，第三谐波对于全部都作为通过由输出级所供应的电流的150Hz分量的振幅除以50Hz基频分量的振幅所形成的比率百分比(＝所述另一比率)的函数的，(I)系统的效率(lm/W)、(II)发光二极管的效率(lm/W)、(III)由一个或多个发光二极管所产生的总光通量(/lm)以及(IV)驱动器效率，所造成的影响。对于这一特定类型的发光二极管，显然存在大约为20％的最佳值。
还对于这一特定类型的发光二极管，通过由输出级所供应的电流的峰值除以这一电流的平均值而定义的比率可以很容易地被降低大约13％，而通过由输出级所提供的电流的均方根值除以这一电流的平均值而定义的比率可以很容易地被降低大约5％。对于流经每个发光二极管的电流以及对于由电源所供应的电流同样如此。这与图3中所示的电路相结合具有特殊的意义。在这里，使用了作为谐振转换器工作的转换器。这导致，例如，当转换器中的开关需要切换时，转换器的输出电流基本上为零。这降低了切换损耗。开关的这一无载在所提出的电路中仍然存在。转换器仍可工作于高效谐振模式之中，并且此外，转换器的输出电流的峰值得到降低，产生转换器的甚至更好的效率。
总而言之，用于驱动发光二极管40-发光二极管42的装置1的输入级10接收来自电源30-32的信号，并且输出级20向发光二极管40-发光二极管42供应电流。所述电流的峰值除以平均值形成一比率。驱动效率通过为输入级10提供用于通过操纵所述信号来降低这一比率的布置11而得以提高，而不必使用任何平滑电容器/电感器。操纵可包括向信号添加频率分量或者对信号的频率分量的振幅进行改编。这一频率分量可以是信号的基频分量的第三谐波频率分量和/或第五谐波频率分量和/或第七谐波频率分量。布置11可包括谐振回路，其可能需要被调谐至信号的频率分量。
尽管在附图和上述的描述中对本发明做出了详细的示例说明和描述，这些附图和描述应被视为说明性的或者是作为示例的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方式。例如，本发明可被实行在其中不同的公开实施方式的不同部分被结合成为新的实施方式的实施方式之中。
所公开的实施方式的其他变型可由本领域中的技术人员在对所提出的发明进行的实践中，从对附图、公开内容，以及附加的权利要求书的研究中理解和施行。在权利要求书中，动词“包括”、“包含”等及其词形变化不排除其他元件或步骤，并且量词“一个”、“一条”等不排除复数。单个的处理器或其他单元可实现在权利要求书中所陈述的几种物件的功能。仅凭某些措施被陈述于相互不同的从属权利要求之中的事实不表示不能够结合使用这些措施以获益。计算机程序可被存储/分布在与其他硬件一同提供的，或者作为其他硬件的一部分的合适的介质之中，比如在光存储介质或者固态介质之中，但也可以被分布在其他形式之中，比如经由互联网或者其他固线或无线通信系统。权利要求书中的任何附图标记都不应当被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于驱动发光二极管(40-42)的装置(1)，所述装置(1)包括：
-输出级(20)，用于向所述发光二极管(40-42)供应电流，所述电流具有平均值和峰值，所述峰值除以所述平均值形成一比率，以及
-输入级(10)，用于接收来自电源供应(30、31、32)的信号，所述输入级(10)包括布置(11)，用于通过操纵所述信号来降低所述比率。
2.如权利要求1所述的装置(1)，其中所述级(10、20)不包括平滑电容器且不包含平滑电感器。
3.如权利要求1所述的装置(1)，其中所述操纵包括向所述信号添加频率分量，或者对所述信号的频率分量的振幅进行改编。
4.如权利要求3所述的装置(1)，其中所述信号的所述频率分量包括所述信号的基频分量的第三谐波频率分量和/或第五谐波频率分量和/或第七谐波频率分量。
5.如权利要求4所述的装置(1)，其中所述信号的所述第三频率分量和/或第五频率分量和/或第七频率分量的振幅除以所述信号的基频分量的振幅形成另一比率，其大于0％并且小于100％。
6.如权利要求5所述的装置(1)，其中所述另一比率大于5％并且小于50％。
7.如权利要求1所述的装置(1)，其中所述信号为交变电压。
8.如权利要求1所述的装置(1)，其中所述布置(11)包括谐振回路。
9.如权利要求1所述的装置(1)，其中所述输出级(20)包括连接电路以及/或者变压器电路(22)以及/或者整流器电路(21)。
10.如权利要求9所述的装置(1)，其中所述布置(11)包括使用所述连接电路以及/或者变压器电路(22)以及/或者整流器电路(21)的电抗特性的谐振回路。
11.如权利要求1所述的装置(1)，还包括：
-用于将所述输入级连接到电源供应(30、31、32)的电源(30)的连接器。
12.如权利要求1所述的装置(1)，还包括：
-要连接到电源供应(30、31、32)的电源(31)以产生所述信号的转换器(32)。
13.如权利要求12所述的装置(1)，其中所述转换器(32)是谐振模式转换器，并且所述信号的一个或多个频率分量的一个或多个相位角被布置以将所述转换器(32)保持在谐振模式之中。
14.一种包括如权利要求1所述的装置(1)的设备，所述设备还包括所述发光二极管(40-42)，其连接到所述输出级(20)。
15.一种驱动发光二极管(40-42)的方法，所述方法包括：
-在输出级(20)，向所述发光二极管(40-42)供应电流的步骤，所述电流具有平均值和峰值，所述峰值除以所述平均值形成一比率，以及
-在输入级(10)，接收来自电源供应(30、31、32)的信号的步骤，以及操纵所述信号以降低所述比率的步骤。
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