CN102017797B

CN102017797B - Led驱动单元

Info

Publication number: CN102017797B
Application number: CN2009801162227A
Authority: CN
Inventors: H·M·皮特斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-04-29
Also published as: JP2011520231A; WO2009136318A1; EP2274955B1; RU2497316C2; CN102017797A; RU2010149818A; US20110043125A1; KR20100136571A; TW201010503A; EP2274955A1

Abstract

菊链调光解决方案可以广泛地应用于各种LED驱动器拓扑结构之中。中心思想在于：对具有相关LED链的LED驱动单元的区段的链中的前一区段(N-1)中的电流水平或脉宽调制占空比进行测量或感测，并基于感测到的流经前一区段的电流对流经下一区段(N)的电流进行控制。例如，每个LED驱动单元(10)可将相同的调光水平复制到下一区段，并且以这种方式可以获得几个区段的相同调光，而不需要单独的电缆连接来分配调光信号。

Description

LED驱动单元

技术领域

本发明涉及用于向包含至少一个LED的链供应电流的LED驱动单元，所述单元包括控制块、用于向控制块输入电能的电源输入端子，以及控制块被适配用以通过其供应所述电流的输出端子。

背景技术

US 2003/0227265A1公开了用于上文所提到类型的LED链的驱动电路，其中所述驱动电路通过向驱动电路提供控制信号而实现LED链的脉宽调制调光，控制信号指示出期望的标称平均LED链电流。

在包含几个各自向一个或几个LED链提供电流的LED驱动单元的较大的LED照明配置中，通常期望对几个LED链进行同时的均匀调光。

大型LED系统往往是复杂的，并且涉及许多连接。因此，对其的控制常常比较小的LED系统更为复杂。

发明内容

本发明的目标是：解决或者至少缓解这一问题，并且提供能够使涉及到多个LED链的LED系统的设计、装配，或控制更加简易的LED驱动单元。

鉴于上述和其他的目标而提供出了用于向包含至少一个LED的第二LED链供应第二电流的LED驱动单元，所述单元包括：控制块；电源输入端子，其用于向控制块输入电能；以及输出端子，控制块被适配用以通过其提供所述电流，所述单元的特征在于：LED驱动单元包括感测器件，用于感测流经包含至少一个LED的第一链的第一电流；并且控制块被适配用以基于所述第一电流对所述第二电流进行控制。

由于本发明，第一区段的电流水平能够被用来获取对另一区段的控制信号。这降低了对提供独立的电缆以向所有区段发送控制信号的需要。

特别是，这在使用带状电缆连接几个并联的驱动单元时可能是有益的，因为否则为了互连一连串可调光区段将会在带状电缆中需要比互联一连串不可调光区段所需要的更多的导体。在本公开内容中，术语“区段”特指LED驱动单元以及由所述LED驱动单元向其提供电流的LED链构成的组。到可调光和不可调光产品的导体数量不同增加了对在可调光和不可调光生产线中的模块的不同机械架构的需求。较少数量的不同机械架构可以降低开发、生产、物流，和/或库存的成本。

在一种实施例中，控制块被安排用以控制所述第二电流以具有与所述第一电流的时间平均值的偏差小于15％的关于时间的平均值。通过向第二链提供未与流经第一链的电流水平偏离过多的电流水平，可以在保持调光功能的情况下串联两个以上的区段。优选地，所述第二电流的时间平均值与所述第一电流的数间平均值相对应。这可以允许基本上无限数量的区段互联运作，用于进行菊链调光。并且，在RGB LED系统中，控制区段间的电流水平对于保持区段间的恒定色点而言是很重要的。

在一种实施例中，LED驱动单元被安排用以基于对流经所述第一LED链的第一电流脉冲的检测，向所述第二LED链供应第二电流脉冲。这种实施例特别适用于向LED链供应脉宽调制电流的LED驱动单元。

优选地，LED驱动电流被配置用以去除所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲的同步。通过去除脉冲间的同步，所述第一和第二LED链将不会从其相应的驱动单元所共享的任何电源中同时开始消耗电能。这样一来，可以降低浪涌电流和电磁干扰，并且还可以选择具有较低的最大额定功率的共享电源。

配置LED驱动单元用以去除所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲的同步的一种方式是，通过使用被安排用以将所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲延迟一段固定延迟的时间延迟器件。优选地，时间延迟至少为10μs，并且更加优选地至少为50μs，以保证在电源线上具有最小的波动。

配置LED驱动单元用以去除所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲的同步的另一方式是通过使用被安排用以将所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲延迟一段随机延迟的时间延迟器件。

在一种实施例中，所述第一和第二电流是脉冲的，而所述第二电流关于时间的平均电流水平是通过控制来自随机脉冲源的平均脉冲振幅、平均脉冲频率，和/或平均脉冲长度来进行控制的。通过将所述第二电流的脉冲的特性与来自随机脉冲源的脉冲的特性相关联，可以获得所述第一和第二电流的脉冲的高效去同步。

在一种实施例中，控制块被安排用以控制所述第二电流以具有与所述第一电流的峰值相对应的峰值。使用这种配置，可以将一个区段所发出的光波长复制到另一区段。

在一种实施例中，所述感测器件包括电阻器，其与所述第一LED链串联；以及测量器件，用以测量跨过所述电阻的电压水平。这种实施例特别适用于使用模拟电流水平控制进行的调光。

菊链的每个LED链没有必要全都具有相同数量的LED；可以改变每个区段的LED数量而同时仍保持适当的调光控制。

附图说明

现在将参考示出本发明目前的优选实施例的随附附图，更加详细地描述本发明的这一方面和其他方面。

图1示出LED驱动单元的总体布局的一示例。

图2为示例说明图1的LED驱动单元的两个实例的串接的接线图，每个单元驱动一个LED链。

图3为具有调光能力的PWM LED驱动单元的电路图。

图4A为一系列曲线图，其示例说明了同步PWM LED驱动。

图4B为一系列曲线图，其示例说明了非同步PWM LED驱动。

图5为具有调光能力的PWM LED驱动单元的电路图。

图6为具有电流水平调光能力的LED驱动单元的电路图。

具体实施方式

工作中的发光二极管，LED，需要特殊的护理，因为电能往往可作为恒定电压获得，而LED需要受控的电流。这通常是由LED驱动单元所负责的，其将电压转换为明确限定的恒定或可变电流。由单个LED驱动单元供电的几个LED往往串联成串或链，而各自为几个LED提供电流的几个LED驱动单元可以并联成单个电压源。

从LED链发出的光量受控于LED驱动单元，其通常通过改变流经所述链的连续电流的水平，或者通过脉宽调制PWM，来改变光输出水平。使用PWM能够在不改变峰值电流的情况下改变流经所述链的平均电流，这使得LED的调光得以在不改变所发出的光的强烈依赖于电流的波长的情况下进行。

图1示出LED驱动单元10，其包括控制块12，该控制块12提供电流i₂经由端子16、18流经三个LED的第二链14。感测器件20检测流经第一LED链22的电流i₁，并向控制块12提供调光信号。整个单元是由供应自电压源的电压经由电源输入端子24、26进行供电的。

图2示例说明了多个LED驱动单元的串接，每个单元都与图1的LED驱动单元10相同，并且向LED链提供电流。在这一示例中，只示出了LED驱动单元和LED链的两个区段N和N-1，尽管此链可以包括大量的区段。图中所示的两个区段是相同的，尽管链N未被整体示出。虚线长方框示例说明了划分成驱动单元和LED的物理模块的示例。

LED驱动单元被配置用于菊链调光；即，链N的调光水平是由LED驱动单元N基于链N-1的调光水平来控制的。以这种方式，对于包括大量的LED驱动单元的菊链而言，只需要向菊链中的第一LED驱动单元(未示出)提供调光水平控制信号。所有的其他LED驱动单元都从菊链中的前一LED链接收其调光信号。模块经由数片扁平带状电缆28相连，电缆28包括四条导线：两条导线30、32用于向LED驱动单元提供电能，还有两条导线34、36用于LED链电路。LED链N-1的两条LED链导线34、36闭合成区段N的驱动模块内的电路回路。菊链的最后一个LED链(未示出)可以使用结尾模块进行闭合，其仅仅闭合两条导线34、36。

图3的电路图示例说明了图1的LED驱动单元10的一种实施的一个示例。这种LED驱动单元实施特别适用于PWM调光。其包括电流供应部分12，用于向LED链14提供PWM电流；以及电流感测部分20，用于感测流经LED链44的PWM电流的存在。经由导线48，电流感测部分20向电流供应部分12提供控制信号。

本领域中的技术人员应当很熟悉电流供应部分12的不同实施；在这个示例中，其被实施为降压变换器。其它电流源，如升压变换器、Cuk变换器、回扫变换器等亦可使用。控制IC 40测量跨过分流电阻器41的电压和流经其的电流，并且通过切换n沟道MOSFET 43来控制流经LED链14的电流。控制IC 40的输入管脚42允许开启提供给LED链14的电流。LED驱动单元10的电流感测部分20包括p沟道MOSFET 46，以及数个电阻器。在有电流流经LED链44时，p沟道MOSFET 46的栅极上的电压低，并且p沟道MOSFET 46将IC 40的使能管脚42经由分压电阻器47连接到导线30的电源电压。使能管脚42上的高电位使得到LED链14的电流保持开启，即，提供给LED链14的电流的调制跟随着流经LED链44的脉宽调制电流。流经LED链44的电流的缺失将会升高p沟道MOSFET 46的栅极上的电位，切断经由MOSFET 46的导线30与管脚42之间的连接，并降低使能输入管脚42的电位。这将会导致到LED链14的电流关闭。

通过以本身为众所周知的方式向控制IC 40添加延迟功能，可以获得额外的益处。图4A的顶部的三幅图形60、62、64示例说明了由三个独立的LED驱动单元所提供的PWM电流相对于时间的曲线。在这种情况下，所有三个LED驱动单元并行接收同一PWM调光信号。PWM调光信号控制来自LED驱动单元的电流的脉动，而电流脉冲将因此被同步。图形66示例说明了供应给所有三个LED驱动单元的总电流。由于在到所述单元的电源线中的很大的浪涌电流，其具有很高的峰值电流，以及显著的振铃效应的特征。

图4B示出与图4A相同的电流，但其是对于其中PWM电流脉冲为去同步的配置。由于去同步化，PWM电流脉冲在时间上散开，而电源峰值电流和浪涌电流因此得到了显著降低。在这个示例中，去同步化是通过在每个LED驱动单元10的控制IC 40中具有延迟功能而获得的。并且由于沿菊链的每个LED驱动单元N都向检测自LED驱动单元N-1的脉冲添加一定的时间延迟，因此没有必要向每个驱动单元提供任何个别的、预设的延迟时间，或者任何个别的去同步信号。

图5是能够执行PWM调光的电路的另一图示。在此，如图3中那样，p沟道MOSFET 46作为反相器工作。由这一图示所描述的LED驱动单元的功能与图3的图示中的LED驱动单元的功能之间的差别主要在于：来自p沟道MOSFET 46的使能信号不用于控制从控制IC 40到n沟道MOSFET 43的开关信号。相反，当使能信号变低时，其通过将第三MOSFET 68短路而切断流经LED链的电流。当MOSFET 68被短路时，电流源会将输出电压适配至非常低的值；因此尽管仍然有电流流动，在关闭状态中的功耗将会是很低的。从EMI的角度而言，在处于关闭状态时维持一定电流是有益的。

另一差别在于：在图3中标记为43的开关MOSFET是内置于图5的控制IC 40之中的。

图6的电路图示例说明了图1的LED驱动单元10的一种实施的一个示例。这种实施特别适用于电流水平调光，即，适合于通过控制电流水平而不是电流占空比来进行的调光，尽管其也可以成功地用于占空比调光。其包括电流供应部分12，用于向LED链14提供电流；以及电流感测部分20，用于测量流经LED链44的电流。经由导线48，电流感测部分20向电流供应部分12提供控制信号。在这个示例中，LED驱动单元的电流感测部分20包括与LED链44串联的分流电阻器70；以及运算放大器72，其被安排用以测量分流电阻器70上的电压，并且因此测量流经分流电阻器70的电流。运算放大器72的输出信号经由导线48输入控制IC 40，而控制IC 40则将流经LED链14的电流水平调节至由感测部分20所测量的电流值。

应当再次强调的是，这种菊链调光解决方案可以广泛地应用于各种LED驱动器拓扑结构之中。中心思想在于：对具有相关LED链的LED驱动单元的区段的菊链中的前一区段(N-1)中的电流水平或脉宽调制占空比进行测量或感测，并且基于感测到的流经前一区段的电流对流经下一区段(N)的电流进行控制。例如，每个LED驱动单元可将相同的调光水平复制到下一区段，并且以这种方式可以获得几个区段的相同的调光，而不需要单独的电缆来分配调光信号。

本领域中的技术人员能够认识到，本发明绝不是仅限于以上所述的优选实施例。恰恰相反，许多修改和变化在所附的权利要求书的范围内都是可行的。例如，根据权利要求1的完整LED驱动单元不必一定被包含在同一物理模块中。单元的不同部件可以分散在不同的模块之间，这些模块在连接到一起时能够获得与所提出的相同的功能。本发明既不限于发出可见光的LED，也不限于在宽带光谱中发光的LED。包含任何类型的光学反馈和受激发射的窄带LED，如二极管激光器等，也在权利要求书的范围之内，如在IR和UV区域发光的LED等全是如此。本发明不仅适用于开关模式驱动器。线性驱动器，比如耗散型驱动器或电阻型驱动器等，也可以用于实施本发明。除以上所详述的那些以外的用于感测流经LED链的电流的其他方式也可用于实施本发明，并且均被所附权利要求书所涵盖。举例而言，流经LED链的电流可使用霍尔传感器进行测量，或者可使用对LED链所发出的光或其一部分进行检测的光电二极管来间接地感测。

权利要求书中的附图标记不是为了对范围做出限制，而是存在用以为更快理解权利要求书提供便利。

Claims

1.一种用于向至少一个LED的第二链(14)供应第二电流的LED驱动单元(10)，所述单元包括控制块(12)；电源输入端子(24、26)，用于向所述控制块(12)输入电能；以及输出端子(16、18)，所述控制块(12)被适配用以通过其供应所述第二电流，所述单元的特征在于：所述LED驱动单元包括感测器件(20)，用于感测流经至少一个LED的第一链(22、44)的第一电流；并且所述控制块(12)被适配用以基于所述第一电流对所述第二电流进行控制。

2.根据权利要求1的LED驱动单元，其中所述控制块(12)被安排用以控制所述第二电流以具有关于时间的平均值，其与所述第一电流的时间平均值的偏差小于15％。

3.根据权利要求2的LED驱动单元，其中所述控制块(12)被安排用以控制所述第二电流以具有关于时间的平均值，其与所述第一电流的时间平均值相对应。

4.根据权利要求1-3中的任一项的LED驱动单元，其中所述单元被安排用以基于对流经所述至少一个LED的第一链(22、44)的第一电流脉冲的检测，向所述至少一个LED的第二链(14)供应第二电流脉冲。

5.根据权利要求4的LED驱动单元，其中所述LED驱动单元被配置用以相对于所述第一电流脉冲去同步化所述第二电流脉冲。

6.根据权利要求5的LED驱动单元，其中所述LED驱动单元被配置用以使用时间延迟器件来相对于所述第一电流脉冲去同步化所述第二电流脉冲，所述时间延迟器件被安排用以将所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲以至少10μs的固定延迟进行延迟。

7.根据权利要求5的LED驱动单元，其中所述LED驱动单元被配置用以使用时间延迟器件来相对于所述第一电流脉冲去同步化所述第二电流脉冲，所述时间延迟器件被安排用以将所述第二电流脉冲相对于所述第一电流脉冲以随机的延迟进行延迟。

8.根据权利要求1-3中的任一项的LED驱动单元，其中所述第二电流是脉冲的，并且其关于时间的平均值是通过控制来自随机脉冲源的平均脉冲振幅、平均脉冲频率，或者平均脉冲长度来控制的。

9.根据权利要求1-3中的任一项的LED驱动单元，其中所述控制块(12)被安排用以控制所述第二电流以具有与所述第一电流的峰值相对应的峰值。

10.根据权利要求1-3中的任一项的LED驱动单元，其中所述感测器件(20)包括电阻器(70)，其与所述至少一个LED的第一链串联；以及测量器件(72)，用于测量跨过所述电阻器的电压水平。

11.一种包括多个根据之前权利要求中的任一项的LED驱动单元(10)的链，其还包括互连所述LED驱动单元(10)的LED链(14、22)。