CN102239742A

CN102239742A - 基于led的照明应用

Info

Publication number: CN102239742A
Application number: CN2009801446483A
Authority: CN
Inventors: P·J·M·韦尔滕
Original assignee: Eldolab Holding BV
Current assignee: Eldolab Holding BV
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: US20110248640A1; EP3232737A2; US20160174310A1; EP2322017B1; CN102239742B; WO2010027254A1; US9750093B2; US20180042075A1; TW201534172A; TW201018303A; EP3232737A3; EP2322017A1; US10159126B2; US9271345B2; EP3232737B1; TWI495389B; TWI580305B

Abstract

本发明涉及一种照明应用，所述照明应用例如可包括LED组件，所述LED组件包括两个或两个以上的LED单元的串联连接，每个LED单元均包括一个或一个以上的LED，每个LED单元均设置有用于大致使所述LED单元短路的可控开关。所述照明应用还包括用于控制驱动单元的控制单元，该控制单元布置成接收表示电源电压的电压电平的信号并且根据所述信号来控制所述开关。本发明还提供能够以最佳保持电流操作基于TRIAC的调光器的LED驱动器以及包括例如电容器的可开关缓冲器的LED驱动器。

Description

基于LED的照明应用

技术领域

本发明涉及基于LED的照明应用(lighting application)，诸如由电流驱动器供电的照明应用，该电流驱动器由诸如TRIAC调光电子变压器所提供的变化的电源电压提供电力。

背景技术

现有技术的高效且节省成本的LED驱动器在继发于电子变压器的改型情形下(例如在使用标准TRIAC调光器进行调光(dim)的情况下)不是可调光的。一般地，LED驱动器被理解为包括诸如开关调节器或线性调节器等用于为LED或LED的组件提供电力的电力变换器和布置成控制电力变换器(power converter)和/或LED组件的控制单元。LED驱动器通常由直流输入源提供电力，其中光的调节(响应于用户接口动作)典型地通过调节该应用的一个或一个以上的LED的占空比来实现。这样，常规的LED驱动器不适合于由诸如标准TRIAC调光器所提供的电压源来提供电力。原因在于电子调光器之后的波形可能显著地改变。这样，可用作LED驱动器的输入的即时电压可能瞬时不足以为照明应用的一个或一个以上的LED提供电力。一般的卤素灯会平均所接收的电力，并且不会被激发产生闪烁，但即使采用卤素，低输出电平也是棘手的，并且在许多情况下会看到闪烁。

当常规的LED驱动器由诸如标准TRIAC调光器所提供的电压源提供电力时，在LED驱动器所需的电流降到TRIAC的保持电流的最小值之下时同样可能出现光闪烁。标准TRIAC设计例如可能需要30-50mA之间(以50Hz电网频率为例在输出每个100Hz的循环之后)的保持电流。为了在需要向LED驱动器提供电压时确保所需的保持电流，在文献中已提出了设置与LED驱动器并联的负载，以便确保由TRIAC调光器供应最小保持电流。维持这样的电流(以便使TRIAC维持其导通状态)可导致大量耗散，不利地影响照明应用的效率。

通常，现有技术的由例如电网交流电源提供电力的LED驱动器应用相比而言较大的输入滤波器电容(超过1μF至10μF)。这样的电容例如可被应用在用于EMI滤波和整流的单元之后而在例如高效开关调节器的电力变换器之前。处在这个位置的大电容(超过0.1μF)有一些显著的缺陷。当电容器显著地超过0.1μF时，电容器的尺寸、重量、成本、缩短预期寿命及其对功率因数校正(PFC)的负面影响全部都会在现有驱动器设计中引起严重缺陷。

现有解决方案的另一缺陷是PFC线路的大尺寸、重量、成本、缩短寿命预期阻碍了对低功率直流电网电流驱动器的应用。

现有解决方案的另外的缺陷是在许多情况下，在光输出中存在100Hz的行频。对于某些人，100Hz的频率可能容易引起恶心。另外，使照明应用和观察者的眼睛相对于彼此移动可导致以这样的相比而言较低的频率的闪烁和/或频闪效应。

本发明的目的是至少部分地消除以上提及的缺点中的至少一个缺点或至少提供可用的替代。

本发明的目的是提供一种基于LED的照明应用，其更好地适合于处理与直流电源不同的电源。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种照明应用，其包括：-LED组件，该LED组件包括两个或两个以上的LED单元，每个LED单元均包括一个或一个以上的LED，LED组件还包括开关组件，该开关组件包括用于变更LED组件的拓扑结构的一个或一个以上的可控开关；

-驱动单元，该驱动单元用于为LED单元提供电力，在使用中由电源电压为该驱动单元提供电力；

-控制单元，该控制单元用于控制驱动单元，控制单元包括布置成接收表示电源电压的信号的输入端子，和用于向开关组件提供控制信号以根据该信号控制开关组件的输出端子。

根据本发明的第一方面的照明应用包括两个或两个以上的LED单元，每个LED单元均包括至少一个LED。根据本发明，LED被理解为包括能够响应于电信号而产生发光(radiation)的任何电致发光二极管。根据本发明的LED单元可包括一个或一个以上的LED。在LED单元包括超过一个LED的情况下，LED可串联连接或并联连接或以其组合的方式连接。在根据本发明的照明应用中所应用的LED单元布置成串联连接。

根据本发明的第一方面的照明应用还包括用于变更LED组件的拓扑结构的开关组件。作为这样的变更的示例，可提及使LED单元中的一个或一个以上的LED单元短路。开关组件例如可给每个LED单元提供用于大致使该LED单元短路的可控开关。作为示例，开关组件可包括与LED单元中的一个或一个以上的LED单元并联连接的FET或MOSFET。通过控制FET或MOSFET的状态(即导通或不导通)，可使一个或一个以上的LED单元短路。根据本发明，变更LED组件的拓扑结构被理解成包括但不限于：

-连接或断开一个或一个以上的LED单元，使得它们不再由驱动单元提供电力；

-使一个或一个以上的LED单元短路，使得来自驱动单元的电源电流流过LED单元的并联通路而不再流过LED单元本身；

-变更LED单元如何互连。

作为后者的示例，可提及将LED组件的两个LED单元的串联连接变成LED单元的并联连接。

根据本发明的第一方面的照明应用还包括用于向LED单元提供电力的驱动单元。在本发明的意图内，驱动单元也被称为变换器或电力变换器。作为示例，驱动单元可包括降压变换器或升压变换器。这样的变换器能将输入电源(例如来自调光器电路的电源电压)变换成对于为一个或一个以上的LED单元提供电力恰当的电流源。诸如降压或升压变换器的变换器是开关调节器的示例。值得指出的是，在根据本发明的各个方面的照明应用或LED驱动器中所应用的驱动单元还可以是诸如电压或电流调节器的线性调节器。由于在电源电压与所需的负载电压之间严重失配的情况下效率很低，所以常常阻碍这样的线性调节器的使用。根据本发明的方面，可基于表示电源电压的信号来变更LED组件的拓扑结构。通过这样做，能实现电源电压与所需的负载电压之间更好的匹配，如以下将更详细地说明的那样。这样，在根据本发明的照明应用中，可以更有效的方式来应用线性调节器。作为示例，可将经整流的交流电网电压(例如230V，50Hz)用作用于为LED组件提供电力的线性调节器的电源电压。假定LED组件的每个LED单元具有大约4V的正向电压并且调节器的最小电压降为1.5V，则当电源电压与负载电压(即LED组件上的电压)之间的电压差超过5.5V时，控制开关组件的控制单元能通过将串联连接的LED单元添加到LED组件中来变更LED组件的拓扑结构。当电源电压降低并且电压差接近1.5V时，可例如通过由控制单元闭合开关组件的开关来例如使LED单元中的一个LED单元短路。作为替代，可通过并联连接而不是串联连接LED单元来改变所述拓扑结构。

能由控制单元基于表示电源电压的信号(一般地表示电源电压的特性)来确定何时以及如何改变LED组件的拓扑结构。所述信号例如可表示电源电压与所需的负载电压(例如LED组件上所需的正向电压)之间的差。

在实施例中，作为替代，所述信号可表示由电力变换器向LED组件所提供的负载电流。

作为所描述的通过开关组件的恰当开关来控制LED组件的拓扑结构(并且因此控制所需的负载电压)的方式的结果，调节器上的损耗将大约在所施加的电流的1.5倍与所施加的电流的5.5倍之间变化。

根据本发明的第一方面，照明应用还包括用于控制开关组件的控制单元。控制单元可以各种方式实现，诸如采用专用硬件、采用使用软件编程的一个或一个以上的微处理器或数字控制器。在本发明中所应用的控制单元还可实现为FPGA或具有软核处理器的FPGA或实现为模拟或数字控制器。

在根据本发明的照明应用中所应用的控制单元布置成基于表示向驱动单元(即照明应用的电力变换器(例如降压变换器))所施加的电源电压(或电源电压的一个或一个以上的特性，例如电压电平)的信号来控制开关组件。作为示例，控制单元可(例如基于可用的电源电压和关于不同LED单元所需的正向电压的信息)确定能被提供电力的LED单元的最大数量或哪些LED单元能被提供电力，并且相应地控制开关组件。表示电源电压(或电源电压的一个或一个以上的特性)的信号可直接从向驱动单元所提供的电源电压取得或者可从照明应用上的不同接入点取得。根据本发明的照明应用例如可由电网交流电源提供电力。在这种情况下，交流电源在用作驱动单元的电源电压之前可能经历各种转换。这样的转换例如可包括到不同电压电平的实际转换、通过整流器的整流、滤波、经由诸如外部TRIAC调光器电路等调光器电路的降低。在这样的转换之间，电压可被接入(access)并且可被用于从其取得表示驱动单元的电源电压的信号。

因此，根据本发明的第一方面的照明应用便于将变化的电压源用作用于驱动单元的电源电压，该驱动单元用于为两个或两个以上的LED单元提供电力。在向驱动单元所提供的电源电压降到在所有LED单元串联连接时为所有这些LED单元提供电力所需的值(即串联连接的LED单元上所需的正向电压)之下的情况下，控制单元例如可确定能同时被提供电力的LED单元的最大数量，并控制开关组件使一个或一个以上的LED单元短路，从而确保能由电源电压提供所需的正向电压。代替使一个或一个以上的LED单元短路，还可考虑将LED单元的互连从串联连接变为并联连接。为了遵守提供某一平均光强度的要求，可通过提供增大的强度稍后来补偿由降低的电源电压引起的瞬时较低的强度。

这样，根据本发明的第一方面的照明应用尤其适合于改型应用。目前，不同类型的照明应用例如被应用在家庭环境中。这样的应用例如包括例如可直接由交流电网电源(例如230V，50Hz)供电或由调光交流电源(例如来自TRIAC调光器的输出电压)供电的灯泡。其他已知的照明应用例如由能同样地调光的相比而言较低的交流电压(例如12V或24V)供电。已知的照明应用还包括由直流电压或叠加有交流分量的直流电压提供电力的光源。由于照明应用布置成基于可用的电源电压的瞬时幅度来调节串联连接的LED单元的有效数量(并且因此调节串联连接的LED单元所需的正向电压)，所以根据本发明的照明应用可由各种电源提供电力。因此，根据本发明的照明应用可由诸如TRIAC调光器的调光器电路的输出电压供电。

在实施例中，在所述照明应用中所应用的控制单元布置成根据电源电压来确定调光级(dimming level)。如以下将更详细地说明的那样，这可以不同的方式来实现。所需的光强度(或调光级)例如可根据调光器输出信号的平均值来确定。照明应用例如可布置成评定这样的平均值，并向控制单元提供表示这样的平均值的信号。控制单元可响应于该信号而控制开光组件，以获得所需的光强度。

作为替代，可根据驱动单元或电力变换器(假定应用开关调节器)的开关元件以其操作的占空比来确定或估计调光级。如以下将说明的那样，这样的开关元件的占空比可根据可用电源电压(例如调光器输出电压)与所需的负载电压之间的差而改变。这样，观察到的占空比或表示占空比的信号可同样地应用于控制LED组件的拓扑结构。

在实施例中，根据本发明的照明应用还包括整流器，该整流器用于整流调光器输出电压并且输出经整流的电压作为用于驱动单元的电源电压。

在实施例中，所述照明应用包括波形分析器，该波形分析器布置成评定电源电压和/或任何内部电压并向控制单元提供信号(即表示电源电压的电压电平的信号)。这样的波形分析器例如可包括用于变换表示电源电压的信号的A/D变换器。波形分析器例如可包括用于确定电源电压的电压电平的一个或一个以上的比较器。波形分析器例如可布置成确定电源电压的过零点(zero crossing)。这样，波形分析器可便于周期性电源电压(例如(经整流的)交流电压或TRIAC调光器输出电压)与在根据本发明的第一方面的照明应用的实施例中所应用的控制单元的控制信号之间的同步。

应指出的是，电源电压(用于驱动单元的输入)与所需的正向电压之间的一一对应可能需要某种比例调整：对于能被提供电力的LED单元(的数量)的确定，相关的是能由驱动单元在给定瞬时电源电压的情况下产生的输出电压。这个输出电压例如可稍小于电源电压(例如由于驱动单元内部的电压降引起)。

当由交流电源供电时，输入的交流波形(或由诸如调光器的(电子)变压器输出的波形)在本发明的实施例中可被LED驱动器用于使虑及节省成本、功率高效、可调光并且可改型的LED驱动器的(例如通过控制单元的)多个控制和反馈方法同步。

如为技术人员所知的那样，为了改变LED的强度或改变由LED组件产生的光的颜色，可改变以其操作LED的占空比。作为示例，当在25％的时间期间向LED提供电流时(即以25％的占空比操作)，光的强度被降低至大致25％。实际上，可以足够高的频率来执行电流的通断循环(导致或者产生光或者不产生光)，使得这变得不被人们注意。一般地，为了实现这种情况，预先确定占空比周期并在所述周期内应用所需的占空比。在本发明的意图内，术语“占空比周期”被用于表示在其上应用所需占空比的周期。作为示例，可通过如下方式在例如4ms的预先确定的占空比周期中实现25％的占空比：即在1ms期间提供电流而随后在3ms期间关断电流并且重复这个过程。通过为电流选择足够小并且因此具有足够高的频率成分的占空比周期，人眼将观察不到强度变化。在这点上，值得指出的是，占空比的通断时间在这里所意指的占空比周期内不需要是连续的。例如，参见WO2006/107199可了解占空比周期内的接通时间的更精细的形成。一般地，所应用的占空比周期是预先确定的，并且例如基于所能提供的电流的可能的(最小)脉冲宽度和/或所需的分辨率。假定能产生具有2微秒或其倍数的持续时间的电流脉冲，则4ms的占空比周期的选择允许强度在满强度与零强度之间以2000个步进变化。在LED组件由大致恒定的电源(例如直流电源)提供电力的情况下，可任意地完成对占空比周期的选择，并且稍微改变占空比周期不会影响所观察到的照明。

然而，当LED组件由周期性电源电压提供电力时，观察到的是相对于电源电压的周期对所应用的占空比周期的特定选择可提供某些优点。为了避免由电源电压的频率成分与例如由控制单元向LED组件施加的占空比调制的相互作用引起的混叠效应，已发现的是占空比周期应选择成使得电源电压周期除以占空比周期得到整数。

这样，根据实施例，控制单元布置成通过控制开关组件向LED组件施加占空比调制，由此施加具有被选择为使得电源电压周期除以占空比周期得到整数的占空比周期的占空比调制。

作为示例，对于50Hz的应用(经整流的电压的周期为10ms)，占空比周期可选择为5ms，对于60Hz的应用(经整流的电压的周期为8.333ms)，占空比周期可选择为4.165ms。在另外的优选实施例中，占空比周期被选择为使得第一电源电压周期除以占空比周期得到整数，而不同的第二电源电压周期除以占空比周期同样得到整数。通过这样做，在维持避免混叠效应的优点的同时能由具有不同频率的电源为照明应用提供电力。作为示例，选择等于833微秒的占空比周期得到能够这样被占空比周期整除的50和60Hz的两个周期。通过如所指示的那样选择占空比周期，开关组件的实现占空比调制的开关实际上变得与电源电压同步。

根据本发明，开关组件(即由控制单元控制的诸如MOSFET、FET、GTO、IGBT等的一个或一个以上的开关)可用于以下两个目的：

-开关可如上所述的那样应用于变更LED组件的拓扑结构，和/或

-开关可使得LED组件的LED单元能够以所需的占空比操作，由此获得对通过LED单元的电流的占空比调制，例如PWM等。

如以下将更详细地说明的那样，根据本发明的第一方面的照明应用还可包括诸如EMI滤波模块、功率因数校正(PFC)、可选地包括(可开关的)缓冲器的到LED驱动器的输入滤波器以及可选地包括布置(即电连接)在LED驱动器与照明应用的LED组件之间的(可开关的)缓冲器的输出滤波器等附加模块。

本发明的第一方面还可在不使用诸如开关调节器或线性调节器等特定驱动单元的情况下实现。这样，根据本发明的第一方面，提供一种照明应用，其包括：

-LED组件，该LED组件包括两个或两个以上的LED单元，每个LED单元包括一个或一个以上的LED，所述LED组件还包括开关组件，该开关组件包括用于变更LED组件的拓扑结构的一个或一个以上的可控开关，在使用中由电源电压为LED组件提供电力；

-控制单元，该控制单元用于控制开关组件，所述控制单元包括布置成接收表示电源电压或到LED组件的负载电流的信号的输入端子和用于向开关组件提供控制信号以根据该信号来控制开关组件而由此变更LED组件的拓扑结构的输出端子。

在这样的实施例中，LED组件可直接耦合至电源电压，由此可根据可用电压(available voltage)来调节或变更LED组件的拓扑结构。通过改变LED单元互连的方式(例如串联或并联)，可根据可用电源电压来改变和调节所需的负载电压(即一个或一个以上的LED单元所需的正向电压)。

在这样的照明应用的实施例中，开关组件的控制基于表示电源电压的信号。这样的信号例如可以是与电源电压的即时幅度成比例的数字信号。作为替代，所述信号例如可指示某一电压电平何时出现。因此，在电源电压等于零时，所述信号例如可以是包括脉冲的脉冲信号。例如可在电源电压是具有固定频率和幅度的周期性电压的情况下应用这样的信号。这样，某一电压电平何时出现(例如过零点)的概念可足以使控制开关组件的控制单元能确定如何变更拓扑结构。作为示例，在电源电压为经整流的230V、50Hz的交流电网电压的情况下，控制单元可在例如零电压的阶段已知时在任何阶段确定可用电压。基于可用电压，控制单元可控制负载(即LED组件)，使得所需的负载电压大致匹配电源电压。

值得指出的是，当依赖于电压测量以便确定应当何时以及如何变更LED组件的拓扑结构时，优选地采用措施来限制或控制向LED组件所提供的电流。如技术人员将理解的那样，LED的电流与正向电压的特性曲线在超出LED上的某一正向电压时非常陡。为了避免可能损坏LED的过大电流，可在照明应用中实现如本领域所知的限流器或限流措施。

在这样的照明应用的另一实施例中，控制单元基于表示到LED组件的负载电流的信号来控制开关组件。如技术人员将理解的那样，当向LED提供高于其标称正向电压(例如4V)的电压时，能观察到通过LED的电流的大量增加。同样地，当向LED提供低于其标称正向电压(例如4V)的电压时，能观察到通过LED的电流的大量减小。这样，向LED组件所提供的电流提供对可用电压与所需的负载电压之间的关系的清楚指示。这样，控制单元可相应地控制开关组件，并且由此改变LED组件的拓扑结构。作为示例，控制单元可控制开关组件以在负载电流升高到某一电平之上时向LED组件添加串联连接的LED单元，并且在负载电流下降到某一电平(所述两个电平可以不同但也可以相同)之下时使LED组件的LED单元短路(或将LED单元的互连从串联连接变更成并联连接)。

基于表示到LED组件的负载电流的信号来控制开关组件可能是有利的，因为与例如评定电源电压与负载电压之间的差并利用这个差来控制开关组件相比较，其提供更直接的方法来确定添加还是去除LED单元，一般地为变更LED组件的拓扑结构。

为控制开关组件所施加的负载电流(经由表示负载电流的信号)可以是向LED组件所提供的总电流，或是向LED单元中的一个或一个以上的LED单元所提供的电流。在将总负载电流用于控制开关组件的情况下，可能需要将LED组件的实际拓扑结构(在两个或两个以上的LED单元并联操作的情况下)考虑在内。这样，被用于触发拓扑结构变化的水平(或一个以上的水平)可能需要将LED组件的并联支路的数量考虑在内以评定向LED单元所供应的电流高于还是低于某一水平。

由于向LED组件添加LED单元或从LED组件中去除LED单元可影响向LED组件所提供的负载电流(由于LED组件的拓扑结构上的改变)并且可因此引起电流变化，所以本发明提出不同的措施来缓和电流变化。

作为示例，可调节以其操作LED单元的占空比，使得由于负载电流变化引起的亮度变化被缓和。作为示例，在负载电流升高到标称电流之上的情况下可逐渐降低占空比，从而维持亮度大致恒定。占空比的这样的调节例如可通过对开关组件进行恰当的控制或者在应用用于为LED单元提供电力的驱动单元的情况下对该驱动单元进行恰当的控制来实现。

作为另一示例，可通过如下方式缓和电流变化：在添加串联连接的LED单元之前(当电源电压升高时)应用电压差对电容器充电，而当电源电压下降时使电容器放电以维持LED组件上的电压。

本发明的第一方面还提供一种由可连接至电源的LED驱动器为LED组件提供电力的方法，该LED组件包括两个或两个以上的LED单元的串联连接，每个LED单元均设置有用于使该LED单元短路的可控开关，该方法包括步骤：

-检测电源的电压输出电平；

-将电压输出电平与用于为LED单元提供电力所需的电压相比较，以确定能由电源提供电力的LED单元的最大数量；

-根据所述最大值来控制LED单元的开关。

根据本发明的第一方面的用于为LED组件提供电力的方法能够在将电源的可用电源电压考虑在内的情况下为LED组件提供电力。如以下将更详细地说明的那样，还可将诸如颜色或强度设定点等进一步的约束考虑在内。因此，在实施例中，该方法还包括在维持颜色设定点的同时根据电压输出电平来调节LED单元的占空比的步骤。如以下将更详细地说明的那样，为了适应降低的输入电压，可调节LED组件的拓扑结构。通过调节LED单元的占空比(从而例如降低光输出的强度)，即使处于降低的电压输出电平，也可例如维持颜色设定点。

根据本发明的第一方面的为LED组件提供电力的方法可归纳为可连接至电源的LED组件提供电力的方法，该LED组件包括两个或两个以上的LED单元，所述LED组件还包括开关组件，该开关组件包括用于变更LED组件的拓扑结构的一个或一个以上的可控开关，在使用中由电源为LED组件提供电力，该方法包括步骤：

-检测电源的电压输出电平；

-基于电压输出电平向开关组件提供控制信号以控制开关组件，由此变更LED组件的拓扑结构。

在实施例中，如上所述的方法可应用于经由诸如开关的或线性的调节器的LED驱动器由电源为LED组件提供电力。

在实施例中，开关组件包括用于使LED单元短路的开关。

在根据本发明的第一方面的照明应用中，即在包括多个LED单元的照明应用中，可通过如下方式改善功率因数：即利用多个LED单元，并且通过临时闭合一个或一个以上的LED单元上的开关来降低所需的变换器输出电压(该变换器输出电压由不同LED单元的正向电压来确定)。通过这样做，更大一部分交流输入电压可应用于为变换器提供电力。优选地，使开关组件的操作与电源电压(例如交流电压或TRIAC调光器输出电压)同步。如上所述，这样的同步可包括对占空比周期的恰当选择。

根据本发明的第二方面，提供一种用于为LED组件提供电力的LED驱动器，该LED驱动器适合于由诸如TRIAC调光器的调光器电路供电。根据本发明的第二方面的LED驱动器包括用于将周期性输入电压变换成用于为LED组件提供电力的电源电流的变换器，该LED驱动器还包括控制单元，该控制单元布置成通过在使用中逐渐降低电源电流直到输入电压的值大致降低至零来确定最小保持电流，并且随后控制变换器以至少等于该最小保持电流的电源电流操作。

当LED驱动器由TRIAC调光器等提供电力时，重要的是确保TRIAC在需要提供输出电压的时间期间保持导通状态。这样的TRIAC调光器例如可将交流输入电压变换成对于到电源电流的变换合适(降低)的周期性输入电压(例如通过相位调制或角调制)。为了提供这样的周期性输入电压，可能需要将TRIAC维持在导通状态。如本领域的技术人员所认可的那样，为了在触发之后将TRIAC维持在导通状态，最小电流(也被称为保持电流)应通过TRIAC的主端子。当LED组件的电力需求使得由TRIAC调光器所提供的电流低于最小值时，TRIAC离开其导通状态。结果，所提供的输入电压可能变为等于零。根据第二方面的LED组件布置成确保当LED驱动器需要某一电源电压时，LED驱动器负载使得由调光器供应足够高的电流，以确保电源电压被提供。

在实施例中，将根据本发明的第二方面的LED驱动器应用在照明应用中，该照明应用包括LED组件，该LED组件包括至少一个LED，所述照明应用还包括在使用中由控制单元控制的可变负载，该可变负载与LED组件串联连接。

作为示例，可变负载可包括电阻器和用于使电阻器短路的可控开关(诸如FET或MOSFET)。类似于LED组件中的一个或一个以上的LED，可以某一占空比来操作该电阻器，因而需要来自LED驱动器的一定量的电力。当LED组件(例如包括多个LED单元的串联连接，诸如在根据本发明的第一方面的照明应用中所应用的LED组件)以某一占空比操作时(例如所述组件的LED单元以与(用户限定的)强度和/或颜色设定点对应的某一占空比操作)，需要由LED驱动器向LED组件提供一定量的电力。为了向LED组件供应该电力，需要由LED驱动器从例如TRIAC调光器电路接收该电力。根据本发明的第二方面的LED驱动器布置成基于在LED驱动器的输入端子处的电压测量结果来确定LED驱动器所要求的电力是否足以将调光器电路的TRIAC维持在导通状态，并且基于所述电压测量结果来调节可变负载的负载特性。

为了确定将调光器电路的TRIAC维持在导通状态所需的可变负载，可例如在LED驱动器的部分周期性输入电压期间确定电流与电压的特性曲线。基于该特性曲线，能确定最少的电力(和电流)，以便将TRIAC维持在导通状态。

根据本发明的第二方面的LED驱动器实现了对将被用于为LED驱动器提供电力的TRIAC调光器维持在操作(导通)状态所需的(负载)电流的大致连续的评定。这样，LED驱动器能够几乎即时地适应于变化的操作条件，并且可确保LED驱动器的最佳操作(及其他(a.o.)相对于效率而言的操作)。

在实施例中，在监测电源端子处的电压的同时，在LED驱动器的部分周期性输入电压期间改变在LED驱动器上所设置的可变负载的负载特性。当该负载被改变为使得端子处的电压下降到零的程序时，由LED驱动器所呈现的负载太小而不能将TRIAC维持在导通状态。基于此，控制单元可确定为将TRIAC维持在导通状态的最低负载需求。

在实施例中，能获得对于将外部调光器的TRIAC维持在导通状态最低所需的保持电流的大致连续的评定。这样，LED驱动器能够大致连续地设定最佳负载电流(即足以提供所需的照明输出并足以将TRIAC维持在导通状态的电流)。

在实施例中，将周期性输入电压的尾端(trailing end)用于进行上述负载与电压的关系曲线的分析。分析的结果可在周期性输入电压的后续周期期间应用于设定所需的LED组件负载和可变负载。当在周期性输入电压的尾端中评定最小保持电流时，对光强度的影响相比而言是较小的或者是不存在的，如以下将更详细地说明的那样。

在实施例中，根据本发明的第二方面的LED驱动器的控制单元布置成：

1.控制变换器以降低电源电流；

2.在降低的电源电流处测量输入电压的值；

3.在输入电压的后续周期期间重复步骤1和2，直到电源电压大致降低至零为止。

4.控制变换器以在后续周期期间增大电源电流。

为了为LED单元提供电力，根据本发明的第二方面的LED驱动器包括用于将输入电压变换成用于为LED单元提供电力的电源电流的变换器(例如降压变换器或升压变换器)。这样的LED单元包括至少一个LED，但可同样对应于在根据本发明的第一方面的照明应用中所应用的LED组件。可在根据本发明的第二方面的LED驱动器中所应用的变换器可例如对应于例如在根据本发明的第一方面的照明应用中所应用的驱动单元(或电力变换器)。因此，可应用开关调节器或线性调节器。

如本领域的技术人员所认可的那样，维持某一保持电流可在变换器中形成大量电力耗散。为了缓和这样的耗散，根据本发明的第二方面的LED驱动器包括控制单元，该控制单元能够例如以迭代方式找到需要哪个电源电流来维持输入电压。应指出的是，取决于TRIAC的操作温度，最小保持电流可能显著地改变。在-40℃时，可能需要大约30-50mA的最小保持电流，而在+25℃时，平均TRIAC仅需要5-10mA。为了确定电源电流的(维持输入电压所需的)最小值，LED驱动器的控制单元布置成控制变换器来降低电源电流并且在降低的电源电流处测量输入电压的值。只要输入电压被维持，电源电流就足以维持变换器不提供输入电压。控制单元还布置成重复控制变换器以降低电源电流和在降低的电源电流处测量输入电压的值的步骤，直到输入电压大致降低至零为止，这例如是由于TRIAC中止其导通状态引起的。

在实施例中，可在不需要是可在视觉上被检测为闪烁的情况下大致确定最小保持电流。在输入电压的周期的末端(例如同步到线相位)，可执行测试以在将总的保持电流保持在较高水平并使其具有滞后(hysteresis)以得到稳定性的同时更进一步降低电源电流。只有在一小部分电源电压周期内损失电力是可由略微更大的输入电容器校正的(＜5％)。

在实施例中，向根据本发明的第二方面的LED驱动器提供输入电容。这样的输入电容可用作缓冲器，以便在电源电压相比而言较低时向LED驱动器提供电源电压。这样的电容同样可用作滤波元件。

在根据本发明的第二方面的LED驱动器的实施例中，通过利用电源电压(例如由TRIAC调光器所提供的电源电压)相切(phase cut)与输出电平之间非线性的传递曲线，可将相比而言较小的输入电容设置在电力变换器之前：当TRIAC调光器被提供用于为LED驱动器提供电力时，角调制的交流电压可设置成电源电压。通过应用调光器的角调制与光输出之间的非线性关系，例如零度相切产生100％的标称光，而90度的相切仅产生30％的标称光(而不是50％的标称光)，在电源电压相比而言较低(或者由于角调制而大致为零)时为LED驱动器供电的输入电容，该电容可几乎减小二分之一。由于典型的TRIAC调光器没有标度并且用户操作调光器“直到结果满意为止”，所以调光时的用户经验将保持为大致不受这样的非线性实现影响。

在实施例中，根据本发明的第二方面的LED驱动器包括输入缓冲器，例如可开关的电容器，如以下将更详细地说明的那样。

在这样的实施例中，可决定将输入缓冲器的能量摄入(例如到充满电容器或其他存储元件所花费的时间的电容)限制为将其能够为所述循环的剩余部分提供电力的程度(这例如可通过应用可开关的存储元件或缓冲器来获得，如以下将更详细地说明的那样)。这可对功率效率有利。

当将输入电容(一般地为存储元件或缓冲器)应用于在电源电压的部分周期期间为LED驱动器提供电力时，确定所需的调光级可能是棘手的，因为由电容为LED驱动器提供电力可导致调光器的TRIAC退出其导通状态，即在没有任何附加措施的情况下，由于这个信息因为TRIAC因保持电流不足而断开所以丢失，这样的实现可阻碍调光级的确定。

为了解决这个问题，在根据本发明的第二方面的LED驱动器的实施例中，LED驱动器的控制单元布置成至少在电源电压的整个周期期间至少维持最小保持电流，例如每5、10或50个循环一次。作为示例，在50Hz的交流电压设置成用于TRIAC调光器的输入并且调光器输出电压随后由全桥整流器整流的情况下，具有10ms周期的电源电压被获得。以这种方式，每50、100或500ms，保持电流(例如50mA)在整个周期期间被维持，从而使得实际的调光器设定能够被确定，而同时仍然比必须在电源电压的整个周期内保持TRIAC电流具有4/5、9/10或49/50的耗散优势。在实施例中，根据本发明的LED驱动器由电子变压器提供电力。一般地，这样的电子变压器将输入电源(例如230V、50Hz的电网电源)变换成例如以35kHz提供11.5V的脉冲电压的脉冲电源。实际上，多个LED单元或LED组件常常由单个电子变压器提供电力。在这样的布置中，当由多个LED组件汲取的总电力下降到电子变压器的最小保持电流之下时，就电力损失而言可能出现类似的问题(即变压器中止向负载提供电力)。一般地，当某一周期期满时，电子变压器在电力损失的情况下将尝试再次输出电力。所述周期(例如400微秒)可取决于电力损失之前的操作条件。当由LED单元或LED组件汲取的电力太少时，电子变压器的输出电压可下降至零。为了将变压器的输出电压维持为所需的电压，根据本发明的LED驱动器/单元或照明应用的控制单元可布置成通过添加额外的负载来增大LED驱动器的电力消耗。然而，由于先前不知道电子变压器加载了多少LED组件(比方说在一种情况下为：N)，所述额外负载可上升到所有类型的电子变压器保持输出电力所需的最小负载的N倍。这是以下观察的必然结果：即这样的额外负载只可在LED驱动器和/或LED组件的设计时间确定。在某些类型的负载(例如电容性负载)的情况下，这样的高负载可能损坏电子变压器，因而将N限制成仅为1或2个节点。通过使LED驱动器适于LED组件的数量为N的情形，可能达到在整个系统上(也就是说在所有N个LED组件上)只能添加最低限度的额外负载以保持电子变压器活动的情形。

假定保持电子变压器操作所需的额外负载为XnF的电容器。在超过一个的照明应用由变压器提供电力的情况下，向每个照明应用添加仅为XnF的几分之一(即大致为XnF的1/N倍)的负载可能是足够的。由于N是先前不知道的，根据本发明所提出的是逐渐地增大额外负载，由此每次添加负载(例如X/YnF)就对所添加的负载是否足够进行评定。每次添加负载，电子变压器将如上所述的那样尝试再次输出电力。在变压器的负载不足的情况下，变压器将中止输出电力，指示需要进一步添加负载。这样，在由N个LED组件总共添加的负载等于或超过最低额外负载之前，通常可能花费几个周期。作为示例，假定最低负载需求为15nF，由此每个LED应用所表示的负载在每个周期期间可以2nF的步进增大。在这样的情形下，当6个LED组件由变压器提供电力时，将花费三个周期获得或超过最低负载。在10个LED组件被提供电力的情况下，将仅花费一个周期获得或超过最低负载。一旦所需的最低负载被添加，照明应用就可停止添加负载。利用这种方法，人们能避免由电子变压器提供电力的总负载增大到将对电子变压器造成损害的水平。

根据本发明的第三方面，提供一种用于为包括至少一个LED的LED组件提供电力的LED驱动器，该LED驱动器包括用于将周期性输入电压变换成用于为LED组件提供电力的电源电流的变换器，该变换器具有用于接收周期性输入电压的输入端子，所述LED驱动器还包括控制单元和用于向端子提供电流的输入缓冲器，所述LED驱动器还包括用于打开和闭合从输入缓冲器到端子的电流通路的开关元件，并且其中所述控制单元还布置成基于表示周期性输入电压的输入信号来控制开关元件。

通过应用根据本发明的第三方面的LED驱动器，通过仅将电容器连接至周期性输入电压来实现显著较小的输入缓冲器(例如电容器)，所述周期性输入电压例如是经整流的电压，在经整流的电压高于当前电容器的电压值或者输入电压过低以致于不能为电力变换器供电时将电容器连接至所述周期性输入电压，因此该电容器被耦合至线输入相。不同于例如与整流器一起被应用的传统的过滤器电容，根据本发明的第三方面的LED驱动器使得电容器的电压在所存储的电力实际被需要之前都能够保持高，而不是电容器的电压随输入电压降低而降低。利用该方法，输入电容器的尺寸例如能够降低为原来的十分之一。

在根据本发明的第三方面的LED驱动器的实施例中，电力变换器的开关阶段(instance)或瞬间(moment)与线相位同步。由于同步，更加易于再现的LED电流被实现而同时EMI被减小，因为开关瞬间可以为此最佳地被选择。另外，由于50、60、400或480的频率在多个循环期间非常精确，不管在平均电网电源上所大量存在的临时变化，所有开关和反馈元件与智能电网电压LED驱动器中的线相位的同步产生更稳定的光输出。

作为这样的同步的示例，可提及如上所述的相对于电源电压周期对占空比周期的选择。

在实施例中，所应用的输入缓冲器包括电容器组件，该电容器组件包括多个电容器，并且其中开关元件还布置成基于输入信号来控制电容器组件的拓扑结构。作为示例，电容器组件包括两个电容器，由此开关元件布置成串联或者并联连接所述电容器。通过在充电时并联连接所述电容器，可通过相对低的电压来完成充电。当随后串联连接所充电的电容器时，相比而言较高的电压变得可用于为变换器提供电力并且因而为LED组件提供电力。为了变更电容器组件的拓扑结构或变更电容器组件与周期性输入电压或电力变换器的互连，在根据本发明的第三方面的LED驱动器中所应用的开关元件可包括超过一个的开关。通过基于表示周期性输入电压的输入信号来控制开关元件，有可能在实现从电源汲取比在所需时间量期间保持电子变压器或TRIAC调光器活动所需要的最小电流大的电流时选择连接电容器用于充电的时间。这样，通过利用电容器组件中的多个电容器，可在负载的电力需求不足以维持电子变压器或TRIAC调光器提供输出电力时执行电容器的充电。这样，所描述的电容器或电容器组件(一般地为输入缓冲器)可用作在根据本发明的第二方面的LED驱动器的实施例中所应用的可变负载。

在根据本发明的第三方面的LED驱动器的另一实施例中，通过将通/断占空比引入由LED驱动器向LED组件所提供的电流来实现更小的存储元件或缓冲器(例如电容器)，该通/断占空比与电源电压(例如交流电网电压或TRIAC调光器输出电压)同步。优选地，通/断占空比具有高于500Hz的频率成分，以减轻闪烁和恶心的效果。所述占空比的断开部分可选择成与电容器向电力变换器馈电的线相位对准。利用这种方法，例如以500Hz的75％的占空比在示例情况下将允许将电容器减半。

在根据本发明的第三方面的LED驱动器的实施例中，在使用中向变换器(或驱动单元)所施加的周期性输入电压是TRIAC调光器输出电压。在这样的布置中，LED驱动器的控制单元应当布置成根据TRIAC调光器输出电压来确定LED组件所需的调光级。这能例如通过确定电源电压在一段预先确定的时间期间的平均值来完成。基于确定的调光级，可由控制单元确定用于为LED单元提供电力的设定点(例如LED单元的占空比)，以便获得所需的调光级。

在实施例中，从升压阶段(即输入缓冲器使其能量流入负载中，由此为负载提供电力的放电阶段或相)末端处的可用电压取得所需的调光级。该可用电压可被认为是对平均可用电压的度量并且因而被认为是所需的调光级。作为替代，可从变换器的操作取得所需的调光级。这可以被示意如下：假定在LED驱动器中所应用的变换器是诸如降压或升压变换器的开关模式电源。一般地，控制这样的变换器以维持大致恒定的输出电流用于为LED组件提供电力。为了维持这样的恒定输出电流，变换器的开关元件将以某一占空比操作。在变换器的输入电压将改变的情况下，这种改变将影响开关元件的占空比。更高的输入电压将要求开关元件以更小的占空比操作，以便维持输出电流。这种机制可应用于以下面的方式来调节LED组件的亮度。不同于将输出电流维持为大致恒定的水平，以这样的方式来控制根据本发明的LED驱动器的变换器，即使得变换器的开关元件以大致恒定的占空比或在占空比范围内操作。输入电压的增大将导致开关元件更小的占空比。响应于这样的更小的占空比，通过将亮度设定点设得更高(和/或改变LED组件的拓扑结构)，从调节器/驱动单元汲取的电力增大，使得占空比再次增大。因此，通过改变亮度的设定点(并且因此改变调光级)，可保持占空比大致恒定，并且所观察到的调光级将跟随输入的平均电压电平并且因此TRIAC调光器设定也将跟随输入的平均电压电平。

在这样的实施例中，不需要诸如ADC(模拟到数字变换器)的用于向控制单元提供表示输入电压的信号的附加硬件。概括这个原理就是，LED驱动器的电力变换器的开关以其操作的占空比可被认为是对可用电源电压或可用电源电压与所需的负载电压之间的差的度量，并且因此可应用于通过控制开关组件来控制LED组件的拓扑结构。

在根据本发明的第三方面的LED驱动器的另一实施例中，通过引入电流设定(current-setting)的占空比来实现更小的电容器，由此在部分输入电压周期期间由电容器向电力变换器供应的电流低于在电容器不向电力变换器放电时所供应的电流。换句话说，LED驱动器的控制单元可布置成控制LED驱动器在由输入缓冲器为LED组件提供电力时向LED组件施加降低的电流。利用这种方法，能实现对输入缓冲器(例如电容器)高达30-40％的减小而对视觉闪烁无负面影响。优选地，将电流设定耦合至线输入电压。在这样的布置中，为了维持某一亮度，可在电力变换器不由缓冲器供电时施加更大的电流或增大的占空比。

在LED驱动器的另一实施例中，通过在电力变换器的输出处为更大的电容器充电来实现显著更小的输入电容器，该更大的电容器可在整流器输出电压不足以用于电力变换器时放电。在附加的实施例中，所存储的电压在被使用之前通过二极管/电容器网络被加倍。

如上所述，可开关的输入缓冲器可例如包括电容或电感。通过将这两者结合到LED驱动器中，LED驱动器可布置成作为大致为电容性的负载或大致为电感性的负载操作。通过交替地在例如输入电压的多个周期期间作为电容性负载操作LED驱动器(从而将电容用作输入缓冲器)和在例如输入电压的多个周期期间作为电感性负载操作LED驱动器(从而将电感用作输入缓冲器)，LED驱动器的功率因数能得以调节和改善。在应用多个LED驱动器的情况下，例如在包括分别由LED驱动器提供电力的多个LED组件的照明应用中，可通过应用具有电容性缓冲器的LED驱动器和具有电感性缓冲器的LED驱动器两者来实现功率因数补偿或调节。

在实施例中，根据本发明的第三方面的LED驱动器包括EMI滤波器，该EMI滤波器包括连接至端子的滤波电容器，其与开关输入缓冲器并联。在由此输入缓冲器包括可通过开关元件连接至端子的电容器的实施例中，附加开关设置在滤波电容器与电容器之间的导体上。通过附加开关的恰当操作使得电容器不为滤波电容器充电，能获得相对于可听噪声和EMI而言改善的性能，如以下将更详细地说明的那样。将开关应用在地线或导体上而不是应用在火线上，可便于对开关的控制。

在以下说明中将提供根据本发明的LED驱动器和照明应用的进一步的细节和优点。

附图说明

图1a示意性地描绘了根据本发明的第一方面的照明应用的第一实施例。

图1b示意性地描绘了根据本发明的第一方面的照明应用的第二实施例。

图2a示意性地描绘了根据本发明的第一方面的照明应用的第三实施例。

图2b示意性地描绘了直接由经整流的电源电压提供电力的LED组件的两种可能的布置。

图3a作为时间的函数示意性地描绘了在以不同的占空比为三个LED单元提供电力时所需的正向电压。

图3b示意性地描绘了如何在可变电源电压可用时为多个LED单元提供电力。

图4示意性地描绘了如何能由大致为正弦的电压为多个LED单元提供电力。

图5示意性地描绘了根据本发明的第二方面的LED驱动器的实施例。

图6示意性地描绘了根据本发明的照明应用，其包括根据本发明的第二方面的LED驱动器的实施例。

图7a示意性地描绘了TRIAC调光器输出电压和用于评定TRIAC的最小保持电流的时间间隔。

图7b示意性地描绘了对其中支持最小保持电流的时间间隔进行控制。

图8示意性地描绘了在没有应用输入缓冲器的情况下由经整流的正弦电压为LED驱动器提供电力时对光输出可能的影响。

图9示意性地描绘了应用可开关缓冲器的LED驱动器的电压和电流波形。

图10示意性地描绘了能在本发明中所应用的可开关缓冲器的第一实施例。

图11示意性地描绘了能在本发明中所应用的可开关缓冲器的第二实施例。

图12示意性地描绘了图11的应用开关而不是二极管的可开关缓冲器。

具体实施方式

在第一方面，本发明提供一种包括多个串联连接的LED单元的照明应用，所述多个串联连接的LED单元例如可由调光器输出信号提供电力(一般地由电力供应源提供电力)。图1a示意性地描绘了根据本发明的照明应用的第一实施例。图1a示意性地描绘了三个LED单元10、20和30的串联连接。实施例还包括开关组件，该开关组件包括可大致使相应的LED单元10、20和30短路的三个开关T1、T2和T3。开关例如可包括FET或MOSFET。图1a还描绘了用于为LED单元提供电力的驱动单元(也被称为电力变换器)50和用于控制驱动单元50的控制单元40。如图1a所示，驱动单元例如可以是降压变换器或者可以是使得能够向LED单元施加电流I的另一类型的变换器。驱动单元50由电压源V供电。一般地，这样的降压变换器由大致恒定的直流电压供电。当电源电压V不恒定(例如包括交流分量)时，由于LED单元分别需要某一正向电压Vf，所以电源电压在一些阶段可能不足以为LED单元提供电力。为了使得能够施加变化的电源电压作为对用于基于LED的照明应用的驱动单元的输入，根据本发明的照明应用设置有开关组件，并且布置成向控制单元40提供信号60，该信号表示向变换器50所提供的电源电压V。信号60例如可表示电源电压V的特性，诸如电压电平或过零阶段，或者例如可表示电源电压V与负载电压Vf之间的电压差。如图1a所示，控制单元40还可配备成向变换器50提供通/断信号，以便开启电流源或关闭电流源。控制单元40还可布置成通过向驱动单元50提供控制信号S来控制变换器的开关元件T。此外，电阻Rs上的电压(表示通过LED组件的电流)可用作对控制单元40和对变换器50(在变换器的端子FB处输入)的反馈，并且可应用于控制开关组件或变换器的开关单元T。

向控制单元所提供的并且至少表示电源电压V的特性的信号60可被控制单元应用于确定所需的调光级(例如在电源电压来源于TRIAC调光器电路的情况下)。这例如能通过确定电源电压在一段预先确定的时间期间的平均值来完成。基于所确定的调光级，可由控制单元确定用于为LED单元提供电力的设定点(例如LED单元的占空比)，以便获得所需的调光级。在这方面，值得指出的是在包括诸如LED组件的多个光源的一些照明应用中，每个光源均以相同的强度和/或相同的颜色提供光线被认为是重要的。为了在包括多个LED组件的照明应用中实现这种情况，因此重要的是每个LED组件均以强度和/或颜色的大致相同的设定点操作。由于所需的设定点例如从输入信号(例如图1a所示的信号60)取得，可能出现由于容差，多个LED组件的控制单元从输入信号取得不同的设定点。为了克服这种情况，可布置成当输入信号在某一带宽或余量的范围内时，对应于该输入信号来分配设定点(强度或颜色设定点)。对于本领域的技术人员清楚的是，通过这样做，在就颜色和/或强度而言所能实现的分辨率与就颜色和/或强度而言具有相同输出的要求之间进行了折衷。还可指出的是，为LED组件的强度和/或颜色取得设定点的这种方式还可于在根据本发明的第二或第三方面的LED驱动器中所应用的控制单元中实现。

作为替代，可布置成，LED组件中的一个LED组件的控制单元作为主控(master)操作，其取得表示电源电压的输入信号的强度和/或颜色设定点并且向控制多个LED组件中的其他LED组件的其他控制单元提供所述设定点。通过这样做，在确保与多个LED组件相关联的所有LED驱动器均应用相同的设定点的同时，能维持改善的强度和/或颜色分辨率。

开关组件允许通过使开关T1、T2和T3中的一个或一个以上的开关短路来改变串联连接的LED单元的拓扑结构。在所示的实施例中，可通过打开例如可由控制单元40控制的恰当的开关元件使每个LED单元短路，从而有效地降低驱动单元50仍向剩余的LED单元提供电流所需的最低电压输入Vf。为了使控制单元40确定能被提供电力的LED单元的数量，控制单元40布置成接收表示用于为LED单元提供电力的可用电压的信号。这样的信号例如可直接从驱动单元输入电压V获得。基于用于为LED单元提供电力的可用电压和不同LED单元所需的电压，控制单元可确定哪一种或哪几种拓扑结构能由可用电压提供电力。然后，控制单元可以使得所需的拓扑结构被获得的方式(例如通过控制桥接LED单元的开关)控制开关组件。减少在驱动单元50的电源电压V的低压范围中接通的LED单元的数量例如允许降压变换器支持更大的电源电压范围，尤其有意思的是根据可用输入电压(临时)降低所需的输出电压。

如图1a所示的实施例还包括连接在电源电压V与LED组件之间的二极管70和电容器75。在图1a中，电容器连接至LED单元10与20之间的节点。但可同样地连接在其他LED单元之间或连接至地。如本领域的技术人员所认可的那样，所实现的电容器75可由电源电压V充电。这样，提供了一种电压源，其在电源电压V很小或者为零的情况下(例如在电源电压包括交流分量或包括经整流的交流电压或TRIAC调光器输出电压的情况下)可应用于各种目的。例如，可在电源电压V过低的情况下应用所述可用电压来驱动开关T1、T2和T3。该可用电压还可用作控制单元的电源电压。由于控制单元仅需要小的操作电流(～1mA)，所以当电源电压V过低时，相比而言较小的电容器可足以临时为控制单元供电。当应用相比而言较大的电容器75时，所存储的能量甚至可足以在电源电压V过低的某一段时间期间为LED单元提供电力。

如图1a所示的实施例和进一步深入讨论的实施例能可选地设置有整流器和整流器元件。这样的整流器能对输入的交流波形(即调光器输出电压)进行整流，从而例如产生可用于为照明应用的驱动单元供电的脉冲直流波形。在整流器最简单的形式中，其由单个二极管组成，该二极管又产生具有大的截止周期的单相输出。另一实施例例如可包括二极管桥，该二极管桥包括使用两个交流相(AC phase)并且能产生全整流输出的4个二极管。由于最低正向电压降，所述二极管引起一些电流和电压畸变，并且还引起一些耗散。可通过使用低电压降的开关元件(例如FET)而不是二极管来去除大部分耗散和畸变。在使用相比而言较小的电压(例如交流12或24V)的应用中，开关元件的应用可在可用电压上提供大量增益。

在实施例中，图1a所描绘的照明应用包括线性调节器作为驱动单元而不是开关调节器，诸如所示的降压变换器。由于这样的变换器的相比而言较低的效率，重要的是将电源电压V与负载电压Vf之间的差维持为尽可能小。在本发明中所应用的开关组件可被用于这种情况。基于信号60，控制单元CU能确定LED组件的最佳构造，使得电源电压V与负载电压Vf之间的失配尽可能小。

在实施例中，照明应用的驱动单元还包括与线性调节器结合的所谓的电流镜(current mirror)。在图1b中示意性地描绘了这样的布置。图1b示意性地描绘了连接至整流器82的交流电源电压81，因此获得电源电压Vsup。该布置还包括布置成向电流镜84的一侧供应电流Iref的调节器83，该电流镜84包括以众所周知的镜像布置的两个晶体管Ta和Tb。利用这样的布置，可将通过LED组件85的电流Iled控制成与Iref相同的值。图1b还示出控制单元40(可与图1a所示的控制单元相比较)，该控制单元40接收表示电源电压Vsup与LED组件85上的电压之间的电压差的反馈信号Vce。这个反馈信号可被控制单元40(以与就图1a而言所描述的相类似的方式)应用于控制包括可控开关T1、T2和T3的开关组件。

图2a示意性地描绘了根据本发明的第一方面的照明应用的另一实施例。所示的照明应用包括：LED组件110以及开关组件106，其中LED组件110包括多个LED单元，而开关组件106布置成使LED单元中的一个或一个以上的LED单元短路及其他，一般地为变更LED组件的拓扑结构，如以上所讨论的那样。实施例还包括布置成控制开关组件106和在使用中为LED组件110提供电力的电力变换器(或驱动单元)104的控制器(或控制单元)108。一般地，参考标号99表示向照明应用所提供的电压。这样，其例如可对应于交流电源电压或调光器输出电压(例如TRIAC调光器输出电压)。在实施例中，照明应用可包括EMI滤波器(100)，其可应用为遵守EMI、共模和差模滤波的法定要求(legislature requirement)(如果有需要的话)。当电力变换器(104)的开关效应没有强到足以需要信号电平衰减以满足监管发射要求(regulatory emission requirement)时，其可以被忽略。这样的EMI滤波器例如可包括电感电容(LC)滤波器，以抑制电力变换器104的开关频率。在接地的情形下，可与小电容结合使用例如由单芯上的两个不同的线圈绕组组成的共模扼流圈。用于接地和不接地两种情形的EMI滤波器的各种示例是已知的，并且可应用在本发明所提供的照明应用中或与LED驱动器结合。

在图2a所示的照明应用的实施例中，照明应用还包括波形分析器112。这样的波形分析器112旨在向控制器108提供有关可用电压的信息。这样的信息例如可涉及可用的电压电平和/或电压可用的时间选择(timing)。作为示例，这样的波形分析器例如可以某一速率对可用电压采样，并且存储例如A/D(模拟到数字)变换之后的信息。波形数据还可经由比较器取回，例如经由具有多个级的比较器，从而在超过或没有超过某一电压电平时取回信息。在实施例中，这样的波形分析器例如可实现作为输入电压向驱动单元或整流器所提供的电源电压与控制单元之间的同步，从而使得控制单元能够使它的控制动作与可用的输入电压同步。作为示例，波形分析器能够(优选地在多个循环上)确定控制单元与电源电压(例如与线性和/或(电子)变压器频率)尽可能准确的同步。这例如能通过(软件)PLL锁相补偿循环-局部(cycle-local)线电压畸变来完成。然后，控制单元例如可将其控制瞬间基于线相位检测。

在实施例中，波形分析器布置成检测调光器输出电压的过零点。通过这样做，能实现调光器输出电压与控制驱动单元的控制单元之间的同步。作为示例，可应用于为驱动单元提供电力的调光器输出电压例如可对应于使用基于TRIAC的调光器被调光并且被整流的交流电压。为了了解哪个电压在给定时刻可用，可由波形分析器感测可用电压并且过零点可被检测。波形分析器还可布置成基于所检测到的过零点向控制单元提供同步信号。在基于TRIAC的调光器的情况下，TRIAC的输出时间(firing times)(其例如可由调制角度来表示)还可提供关于用于为LED单元提供电力的可用电压的信息。当调光器输入电压已知时(例如230V，50Hz)，对过零点和关于所施加的调制角度的信息的检测可向控制器或控制单元108提供足够的信息，以在任何给定时间确定/预测可用电压。作为应用过零点使控制单元108的操作与电源电压同步的替代，同样可应用对电源电压的峰值(或最高值)的检测。这样的峰值检测例如可通过对电源电压进行采样(例如通过使用A/D变换器)、存储n个(例如10个)最新的样点的结果并且确定在所述n个样点内是否观察到峰值。

在所示的示例中，对可用电压的预测在一定的程度上依赖于在TRIAC导通时所维持的电压形状(例如正弦形状)。在调光动作导致不那么可预测的电压形状的情况下，例如可以下面的方式取得用于为LED单元提供电力的可用电压。除对过零点的检测之外或作为对过零点的检测的替代，波形分析器112可布置成记录并且将波形存储到存储单元中。当波形已被存储时，波形分析器112由此可向控制单元108提供先前循环中的一个或一个以上的循环的信息。波形分析器112例如可将哪个电压在哪个时间上可用(例如作为时间电压曲线或表格)存储在存储单元中，这可用于确定哪个时刻在下一循环中对于将实际电源用于具有特定LED拓扑结构(例如可基于该组件的正向电压要求对其进行调节)的LED组件是有效的。基于这样的时间电压曲线或表格，控制单元108能确定在给定时间能被提供电力的LED单元的最大数量或哪些LED单元能被提供电力。应理解的是，这样的布置不对波形形状构成任何限制，只要电压具有大致重复的性质即可。在随后被调光器电路改变的经整流(例如通过全桥整流器)的交流电压的情况下，调光器输出电压例如可具有大致非正弦形状，但仍是周期性的；波形在50Hz交流输入电压的情况下可以100Hz的速率重复。为了确定波形的重复速率，例如可应用对电源电压过零点的检测或确定。

一般地，为了使控制单元确定哪些LED单元能被提供电力和/或多少LED单元能被提供电力，波形分析器112向控制单元108提供关于可用电压的信息。

可从照明应用上的多个接入点取回有关波形的信息。取决于所应用的接入点，所能取回的信息可能改变。作为示例，在仅需要确定可用于LED单元的电压的过零点的情况下，例如可根据驱动单元的输入电压来确定这些过零点，或者在应用整流器102的情况下，甚至可根据向整流器所供应的电压99(例如交流电网或TRIAC调光器输出电压)来确定这些过零点。

在实施例中，照明应用设置有在调光器输出电压与驱动单元输入电压之间引起延迟的滤波器。例如由滤波电容所提供的这样的延迟可应用于预先地确定可用于为LED单元提供电力的电压。

波形分析器112例如能在一个100Hz(或者120Hz或400Hz等)的循环中通过某种有限滤波(以减小输入电容)获得变压器的输入电压，并且将该输入电压映射至将用于下一100Hz循环的恰当的电压电流域：例如通过对于每1ms确定12V交流输出的可用电压，得到0与12V之间的均方根电压。在该特定的1ms周期中的下一循环，能由可用的电压电平提供电力的最大数量的LED可被接通。以这种方式，在具有某一余量的情况下，(变换器104的)输出电压大致可随着时间的推移而跟随可用的输入电压。这可以相比而言较低的输入电容器值提供对于人眼稳定的光输出，从而避免使用电解质电容器，这种电解质电容器常常是相比而言较大、成本高并且具有有限的寿命。

在所示的实施例中，照明应用还可包括图2a所示的输入滤波器和开关缓冲器103。这样的可选元件可用于在调光器电路或整流器的输出电压已降到可用于驱动单元(104)的最低电平之下时为驱动单元(或电力变换器)104供电。可选的输入滤波器可包括作为缓冲器操作的固定输入滤波器，其可直接连接至经整流的电压。所示意的实施例还可包括辅助(可选)缓冲器，其布置成将缓冲元件(例如电容)瞬时地连接至经整流的电压，从而对缓冲器充电，并且在稍后的时间将缓冲元件连接至驱动单元(也称为电力变换器104)的输入，从而使缓冲器放电，以便在经整流的电压降得过低时向电力变换器供应电力。这样的开关缓冲器的进一步的细节和实施例公开如下。提供可开关缓冲器的优点在于节省在缓冲器中所存储的高电压以在其被需要时得到最佳使用。连接和断开这样可开关缓冲器的时间选择可例如通过除了在电力变换器104的输入电压降到最低电平之下时之外始终接受充电并且节省放电而自动完成。然而，优选实施例将例如使得控制器(108)能够控制可开关元件的连接(断开)，并且例如使所述连接(断开)与线相位同步，从而在每个电力循环期间实现更健壮的缓冲器充电而不受线电压的瞬时畸变支配。缓冲(或存储)元件通常包括电容器，但还可采取电感器的形式。

在根据本发明的照明应用中所应用的驱动单元50(图1a的实施例的驱动单元)或驱动单元104(图2a的实施例的驱动单元)出于成本、效率和尺寸考虑例如可以是降压调节器，但还可由降压-升压、升压、SEPIC、CUK等或它们中的任何多个或任何组合组成。代替诸如降压或升压调节器的开关调节器，还可将线性调节器用作驱动单元50。

图2a所示的照明应用的实施例还可以可选地包括输出滤波器和开关缓冲器105。可选的输出滤波器可用于减小到所连接的LED负载(即LED组件110)的电流和电压波动，并且例如可包括电容器。可选的开关缓冲器为储能元件，其可用于在足够的经整流的电压可用的期间储存能量，并且可在经整流的电压不够的间隔期间放流。所存储的能量必要时可馈送回到电力变换器104的输入。

在实施例中，一个或一个以上的驱动单元开关元件(例如图1a所示的实施例的驱动单元50的开关T)例如可在控制器(108)的控制下与线相位同步，并且例如可包括FET、双极晶体管等等。驱动单元可将电容器或电感器用作被开关的存储元件。电力变换器可直接离线(非电流隔离)或通过例如回扫变压器和伴随的开关元件被电流隔离。

控制单元或控制器(108)是照明应用的部件，基于以电源电压为基础的输入信号(其例如由波形分析器(112)提供)，该控制单元或控制器(108)可相对于实际的线相位校准其控制动作。为实现这种情况，控制器的输入信号例如可包括同步信息，诸如交流输入电压的过零点的时间选择。控制器或控制单元108可以可选地控制开关缓冲器103，并且因此实现缓冲和滤波电容器尺寸的减小：对开关缓冲器的控制以及所需的可用电源电压的约束可用作设计输入数据，例如用于选择电容器尺寸。以下对此进行更详细的说明。控制器108可以可选地控制电力变换器104，以减少由瞬时线电压波动所引起的光线输出闪烁，其(可选地)还能随着时间的推移为变换器设定通/断占空比。控制器108可以可选地控制输出开关缓冲器(105)，以允许在电源电压高到足以供在电压不足以为LED组件提供电力时使用的情况下存储能量。控制器108还可控制LED拓扑结构开关或开关组件106，以设定混合颜色点，或通过减小接通的LED单元的数量来降低电力变换器104的输入电压要求。这例如可通过大致使LED单元中的一个或一个以上的LED单元短路来实现(通过开关组件106)，从而降低LED组件110所需的正向电压。在图2a所示的实施例中，控制器108可将反馈值109作为输入，该反馈值109可用于得到光输出颜色和/或亮度设定点。还可给定控制器108软件算法，使得其优化功率效率、光输出或颜色稳定性以及足够的功率因数校正。控制器108可使用波形分析器112的关于先前循环的波形电压数据的数据，以为下一循环设定&优化电力变换。反馈109可给予控制器108关于实际光输出和/或颜色的反馈，并且例如可包括电流感测电阻器或测量电流的其他方法。另一实施例是在例如电流隔离的回扫变换器中将LED和光电二极管用作反馈的光反馈。另一实施例是使用来自适当安装的光电二极管或其他光学传感器的直接光输出反馈。

在实施例中，控制单元108还可布置成确定调光器输出电压的平均值。这样的平均值例如可被控制单元应用于确定将由照明应用实现的强度的设定点。在本发明的改型应用中(其中由根据本发明的照明应用替代常规的照明应用)，这可应用于模仿被替代的照明应用对调光器动作的响应。当滤波被应用于调光器输出电压时，可将经滤波的电压直接用作表示平均调光器输出电压的信号，并且从而可应用于确定照明应用的强度设定点。

图2a所示的LED组件110例如可以是串联连接的LED单元的网络，其中每个LED单元可包括并联和/或串联连接的LED。

在实施例中，波形分析器112可连续地分析输入波形(例如(电子)变压器的输出波形)，以便重新找到线频率(以使控制器108与该线频率同步为目的)，并且还可在(经同步的)例如10ms的电源电压周期期间(在50Hz的情况下)确定例如降压变换器的驱动单元104何时并且能给多少个LED单元提供电力。

对能取回并且存储关于先前循环的波形电压的信息并且向控制器108供应该信息的波形分析器112的应用能便于控制器控制由照明应用所产生的强度和颜色。

根据本发明，还提供一种基于LED的照明应用的实施例，其更直接地由交流或周期性电源供电。不同于利用诸如开关模式电源或线性调节器的电力变换器或驱动单元，根据该实施例的照明应用包括LED组件，该LED组件包括两个或两个以上的LED单元，每个LED单元均包括一个或一个以上的LED(诸如图1a所示的LED单元T1、T2和T3)，由此LED组件由例如经整流的交流电压等周期性电压提供电力。LED组件还包括：开关组件，该开关组件包括用于变更LED组件的拓扑结构的一个或一个以上的可控开关；和控制单元，该控制单元包括布置成接收表示电源电压的电压电平或LED组件的负载电流的信号的输入端子和用于向开关组件提供控制信号以根据该信号来控制开关组件而由此变更LED组件的拓扑结构的输出端子。

代替将电力转换器电连接在电源电压(例如图1a所示的电压V)与LED组件之间，LED组件由电源电压提供电力而不利用这样的变换器。代替地，照明应用的控制单元布置成调节LED组件的拓扑结构，使得负载电压大致匹配电源电压。与图2a所示的布置相比，由此可省略电力变换器104。为了控制开关组件并且因此控制负载电压，与图1或2所示的布置类似，控制单元可接收表示电源电压(例如经整流的交流电压)的信号并且基于该信号来控制开关组件。

作为更直接的方法，控制单元可使它的控制操作依赖于表示负载电流(即向LED组件所提供的电流)的信号。基于向LED组件所提供的电流(即负载电流)，照明应用的控制单元能确定LED组件的拓扑结构应为怎样。作为示例，LED组件可包括n个LED的串联连接，每个LED均设置有实现LED短路的并联开关(例如图1a所示的那样)，由此LED组件例如由经整流的交流电压提供电力。从电源电压大致为零的阶段开始，可接通1个LED(通过打开与该LED并联的开关组件的开关)。通过这样做，电流将根据LED的众所周知的正向电压(Vf)与电流(I)的特性曲线流过该LED。当可用电压超过LED的标称值Vf时，能观察到通过LED的电流的大量增加(根据Vf与I的特性曲线)。通过LED的电流例如可从例如来源于感测电阻器(诸如图1a中的电阻器Rs)的反馈信号取得。当所产生的光的强度可被认为是对通过LED的电流的度量时，表示负载电流(即通过LED的电流)的信号还可从光学传感器取得。基于表示负载电流的信号，照明应用的控制单元可例如在电流超过某一值的情况下控制开关组件，以打开与第二LED并联的开关，从而获得两个串联连接的LED。结果，可用电压分布在这两个LED上，从而引起减小的负载电流。继续这个过程，控制单元例如可通过向LED组件添加LED/从LED组件去除LED来控制负载电流保持在某一带宽内。

如技术人员所理解的那样，所描述的添加或去除LED在只有少数LED被操作时可引起大量电流变化。为了缓和这种情况，在实施例中，LED组件的LED或LED单元设置有并联电容器，该并联电容器可通过与该电容器串联连接的开关接通或断开。

图2b示意性地描绘了使得由于添加或去除LED而引起的电流变化能够减小的两种可能的布置。在图2b左侧所示的布置中，LED电流由与LED并联的开关Tx控制。LED Lx还设置有可通过操作开关Ty而并联连接至LED的电容Cx。在这样的布置中，通过闭合将被添加的LED的开关Ty，与该LED并联的电容器被充电。假定开关Tx与Ty同时被打开。通过这样做，通过恰当地确定电容器Cx的尺寸，能维持已操作的LED上的电压大致恒定而不管电源电压升高。换句话说，电容器上的电压可设计成以与电源电压升高大致相同的斜率升高(由于电容器的充电)。这样，可维持已操作的LED上的电压大致恒定。一旦电容器被充电至例如将被添加的LED的Vf，则可断开电容器，即可打开开关Ty。在电源电压下降期间，存储在电容器中的电荷可以类似的方式应用于维持操作的LED或LED单元上的电压大致恒定。在图2b右侧示出了替代性的布置，由此开关Tz设置用于连接LED Lx，该开关Tz可使端子0连接至端子1(从而断开LED Lx)、端子2(从而连接电容器Cx)或端子3(从而连接LED Lx)。当开关Tz使端子0连接至端子1时，不向LED Lx提供负载电流。在可用电源电压升高的情况下，操作就被添加的LED Lx的开关Tz，以在第一步骤中使端子0连接至端子2，从而对电容器Cx充电。类似于左侧的布置，对电容器充电可导致向操作的LED所提供的电压保持大致恒定。一旦电容器例如被充电至就被连接的LED的正向电压Vf，就能操作开关Tz使端子0连接至端子3而大致不引起任何电流变化。

值得指出的是，图2b所示意的可开关电容器还可与在根据本发明的其他照明应用中所应用的电力变换器或驱动单元结合应用。

在基于LED的应用中，一般地，颜色设定点通过分别以特定的占空比操作具有不同颜色的多个LED(例如红色、绿色和蓝色的LED)使得平均颜色设定点被获得来实现。当足以为LED单元的串联连接提供电力的大致恒定的电源电压可用时，控制器或控制单元可容易地确定不同LED单元所需的占空比。当电源电压足以同时为所有LED单元提供电力时，电源电压不对不同占空比的应用构成限制。然而，当例如由于调光器的应用，向驱动单元所提供的电源电压在一些阶段过低以至于不能同时为所有LED单元提供电力时，控制单元在确定在哪些阶段为哪些LED单元提供电力时需要将可用电压考虑在内。这在下面的图3a-3b中被示意，图3a-3b示意性地描绘了利用例如PWM等的占空比调制对多个LED单元的操作顺序。假定LED组件包括三个LED单元，每个LED单元分别包括不同颜色的一个LED。为了提供平均的预先确定的颜色设定点，以例如控制单元所确定的不同占空比来操作LED单元。图3a作为时间t的函数示意性地描绘了由LED单元所需的正向电压Vf所指示的、为三个LED单元提供电力的时间。LED单元的操作由例如块300的矩形块指示，其中块的宽度对应于为LED单元提供电力的时间，而块的高度表示用于向LED单元提供电流所需的正向电压。如所能看到的那样，为了以特定的占空比操作LED单元，仅在每个周期T的部分操作LED单元，周期T也被称为“占空比周期”。在本发明的意图内，术语“占空比周期”用于表示在其上应用所需的占空比的周期。一般地，能以任意方式选择图3a和3b所示的占空比周期Ti，并且该占空比周期Ti甚至可在操作期间改变。

然而，已观察到的是，在周期性电源电压可用的情况下，有利的是使控制LED组件的拓扑结构的开关组件的开关操作与周期性电源电压同步。这样的同步可有利地通过选择占空比周期，使得周期性电源电压的周期除以占空比周期得到整数值来实现。作为替代，在占空比周期不恒定的情况下(例如由图4所示的周期T2、T3和T4所示意的那样)，一系列连续的占空比周期应形成与电源电压的周期同步的图案。通过使占空比周期与电源电压的周期同步，能减轻混叠效应。

通过以特定占空比操作LED单元，能实现特定的颜色设定点。当同时为三个LED单元提供电力时，LED单元所需的正向电压的和应当是可获得的。这样，在t＝t1时，电源电压需要大于三个LED单元的正向电压的和(即Vt)。在t＝t2时，仅需要块330所指示的LED单元的正向电压是可获得的。可用于为LED单元提供电力的电源电压由虚线310示意性地指示。当需要降低照明应用的强度时，在维持颜色设定点的同时，例如可按比例减小LED单元的占空比。在大致恒定的电源电压可用的情况下，降低的强度可通过如在周期T2期间所指示的那样操作LED单元来实现。

在可变的电源电压可用的情况下，为LED单元提供电力可能不能用同样的方式。这在图3b中被示意。图3b的左部(包含由T1指示的周期)大致对应于图3a的左部。在周期T2期间，在维持相同的颜色设定点的同时，由于可用电源电压较低，所以需要降低的强度。(可指出的是，人眼对短暂的颜色变化比对强度变化更敏感。)由于电源电压降低(这由虚线340指示)，在周期T2期间可用的电源电压小于三个LED单元的正向电压的和。换句话说，在周期T2期间，不能同时为三个LED单元提供电力。将清楚的是，通过仅仅只为块350和360所指示的LED单元提供电力来解决这种情况将影响所产生的颜色。为了以降低的强度操作照明应用并维持颜色设定点，可用所需的占空比为LED单元提供电力，但可能需要顺序地为LED单元提供电力。这在图3b的周期T3期间被示意：如所能看到的那样，不同于在周期T3开始时为三个LED单元提供电力，只有两个单元被提供电力，当不再为第一单元提供电力时(由块380指示)，以恰当的占空比为第三单元提供电力(由块370指示)。这样，在维持颜色设定点的同时能实现降低的强度。如技术人员将清楚的那样，可用电源电压进一步的降低(例如在周期T4期间由虚线390指示)可导致同时只能为一个LED单元提供电力的要求。在这样的情形下，为三个LED单元提供电力例如可如在图3b的周期T4期间所指示的那样。一般地，由于能减小不同单元所需的占空比，即模仿常规的照明应用的电源电压降低对照明应用的强度的影响，在某一周期内这样顺序地为不同的LED单元提供电力而不是同时为LED单元提供电力是可行的。为了维持相同的颜色输出，可按比例减小不同LED单元的占空比。因此，为了响应于改变的调光器输出电压(即由于调光器上的用户动作以降低光强度)，控制单元可减小LED单元的占空比，从而实现降低的光强度。以减小的占空比操作不同的LED单元实现以更加按顺序的方式为LED单元提供电力(见在周期T3和T4期间的操作)，而不是同时为LED单元提供电力。通过以顺序方式操作LED单元，对于为LED单元提供电力的电压要求被降低。应进一步指出的是，例如能通过在具有相比而言较高的电源电压的周期中补偿具有相比而言较低的电源电压的周期中的降低的强度来维持多个周期T上的平均光强度。

关于对所应用的一个或一个以上的占空比周期的选择，在优选实施例中，选择占空比周期，使得第一电源电压周期除以占空比周期得到整数，而不同的第二电源电压周期除以占空比周期同样得到整数。通过这样做，在维持避免混叠效应的优点的同时，能由具有不同频率的电源为照明应用提供电力。作为示例，选择等于833微秒的占空比周期导致50和60Hz的周期两者都可被占空比周期整除。

当例如通过对电源电压先前的波形进行采样和存储以预先知道可用的电源电压时，根据本发明的照明应用的控制单元能预先确定为LED单元提供电力的最佳序列，使得可用电压得到最佳利用而在同时将所需的颜色设定点考虑在内。作为示例，图4作为时间的函数示意了能如何执行为三个LED单元提供电力，其中给定用于驱动单元的是大致正弦的电源电压。虚线450示意性地指示用于分别为1、2、3个LED单元提供电力所需的电压。如所能看到的那样，在周期T1期间，由于电源电压(由曲线400指示)过低，所以没有LED单元被提供电力。在周期T2期间，可用电压足以为一个LED单元提供电力。如在图3a和3b中那样，LED单元由矩形块指示，其中块的宽度对应于为LED单元提供电力的时间，而块的高度表示向LED单元提供电流所需的正向电压。通过顺序地为3个LED单元提供电力，(由此每个LED单元均可具有不同的占空比)，能实现用户限定的颜色设定点。在周期T2期间，能同时为两个LED单元提供电力，例如如所指示的那样。在周期T3期间，能同时为三个LED单元提供电力。根据本发明的第一方面的照明应用的控制单元(例如图2a所示的控制40)可布置成确定对于在周期T2、T3和T4期间操作LED单元恰当的、LED单元的占空比。这样，可通过以使得可由电力变换器或驱动单元的端子处的(即时)可用的电源电压提供所需的正向电压的方式来调节LED组件的拓扑结构而以有效的方式应用用于为LED单元提供电力的可用电压(即在为LED单元提供电力的电力变换器的端子处可用的电压)。如技术人员所认可的那样，在图3a、3b和4中所描述的原理可应用于对于电力变换器可用的任意电源电压。

因此，根据本发明的第一方面的照明应用可应用于改型当前在市场上可买到的许多不同的照明应用。这样的照明应用包括但不限于由电网电源提供电力的常规灯泡或需要低电压直流电源的卤素灯应用。当这样的应用设置有调光器电路时，应用于照明应用的调光器电路的输出电压可显著地变化。根据本发明的照明应用布置成接受这样的变化的电源电压并且基于可用电压来调节LED组件的拓扑结构(例如通过使一个或一个以上的LED单元短路)。

在实施例中，根据本发明的第一方面的LED驱动器布置成自动判断可用电源电压，并且基于判断来调节对LED驱动器的控制。作为示例，在根据本发明的第一方面的LED驱动器中所应用的波形分析器可布置成确定电源电压的某些特性(诸如平均值、中间值、最高值、频率(成分)等)，并且基于所述信息来确定控制LED驱动器和/或LED组件的恰当方式。以下提供关于本发明的这个方面的进一步的细节。

根据本发明的第二方面，提供一种用于为LED组件提供电力的LED驱动器。图5示意性地描绘了这样的LED驱动器500，该LED驱动器例如可布置成接收例如从电网交流电压530获得的用于为LED驱动器500提供电力的输入电压510，诸如TRIAC调光器输出电压。为了提供调光器输出电压510，调光器(未示出)的TRIAC需要可以导通状态操作，该导通状态如为技术人员所知的那样需要电流(保持电流)流过TRIAC的端子。由于这样的电流可引起大量耗散，所以可能重要的是，优选地将这个电流保持为尽可能低。根据本发明的第二方面的LED驱动器布置成例如以迭代方式确定所需的保持电流。除LED驱动器之外，图5示意性地描绘了(交流)电源530和调光器520(例如相位受控的调光器，诸如TRIAC调光器)。一般地，调光器输出信号510可直接应用于LED驱动器。然而，在所示的布置中，调光器输出电压510由整流器540整流，整流器输出电压550被用作用于LED驱动器的电源电压。图5所示的LED驱动器例如可包括用于向LED组件580提供电力的降压或升压变换器560等。作为示例，变换器560可对应于图1a所描绘的变换器50。LED驱动器还包括用于控制LED驱动器的变换器560的控制单元570及其他。控制单元570同样可应用于控制LED组件的操作条件。在实施例中，由根据本发明的第二方面的LED驱动器提供电力的LED组件例如可由开关组件(未示出)控制，该开关组件例如可包括一个或一个以上的开关(诸如FET或MOSFET)，以控制通过LED组件的一个或一个以上的LED单元的电流。图5所示的LED组件例如可对应于在根据本发明的第一方面的照明应用的实施例中所应用的LED组件。所示的LED驱动器还布置成确定用于将调光器的TRIAC维持在导通状态所需的电流。在图5的实施例中，这实现如下：LED驱动器500的控制单元570布置成逐渐减小向负载(即LED组件)所提供的电流。这例如可通过控制变换器570的开关元件的开关操作来建立。通过改变这样的开关元件(例如图1a所示的变换器50的开关元件T)的占空比，可改变由调光器520所提供的电流并且因此改变通过调光器的TRIAC所提供的电流。作为替代，控制单元560可布置成控制LED组件580向LED驱动器所呈现的负载。一般地，可通过改变由LED驱动器提供电力的负载或通过直接控制LED驱动器来实现LED驱动器从调光器所汲取的电流的变化。图6示意性地描绘了根据本发明的第二方面的包括LED驱动器(包括电力变换器或驱动单元104和控制单元108)的照明应用600的实施例。电力变换器104例如出于成本、效率和尺寸考虑优选地包括降压调节器，但也可包括降压-升压、升压、SEPIC、CUK等或它们中的任何多个或任何组合组成。这样的电力变换器通常包括一个或一个以上的开关元件(如例如图1a的变换器50的开关元件T)，其可在所示的实施例中例如通过对控制单元108的控制而被同步至线相位电压99。这样的开关元件例如可包括FET、双极晶体管、MOSFET等等。(开关模式)变换器104在实施例中可将电容器或电感器用作被开关的存储元件。以下更详细地讨论这样的实施例。电力变换器可直接离线(非电流隔离)或通过例如回扫变压器和伴随的开关元件被电流隔离。

在所示的实施例中，通过可变负载111来实现LED驱动器的电流需求(即向变换器104所提供的电流)的变化。作为可变负载，所示的实施例中的LED驱动器布置成向与LED组件串联布置的电阻器提供电流。电阻器所提供的负载可通过操作设置用于使电阻器短路的开关(例如FET或MOSFET)来改变。可以可变的占空比在相比而言较高的频率处操作所述开关。这样，电阻器可表示可大致连续改变的可变负载。通过改变由LED驱动器提供电力的负载，例如由TRIAC调光器向LED驱动器所提供的电流也将改变。这样，通过改变以其操作电阻器的占空比，可逐渐减小由TRIAC调光器提供的电流。根据本发明的第二方面的LED驱动器的实施例，LED驱动器的控制单元108可布置成控制可变负载(由可开关电阻器111表示)，以便减小电源电流(即由TRIAC调光器向LED驱动器供应的电流)并且相对于电源电流测量输入电压(例如在LED驱动器的输入端子处的输入电压)的值。当负载被改变至使得LED驱动器的端子处的电压下降至零的程度时，由LED驱动器所呈现的负载过小以至于不能将TRIAC维持在导通状态。基于此，控制单元108能确定对于将TRIAC维持在导通状态的最低负载需求(或最小电源电流)。基于这个信息，控制单元108能布置成确保在LED驱动器的端子处需要电压的时间期间，LED驱动器的变换器104需要这个最小电流。通过这样做，根据本发明的第二方面的LED驱动器使得TRIAC调光器能够以TRIAC调光器所需要的最小保持电流被操作，该最小电流基于实际操作条件而不是被设定成固定的保持电流。通过这样做，能实现包括LED驱动器的照明应用的效率的大量改善：TRIAC的最小保持电流可大致根据TRIAC的操作温度改变。在-40℃处，可能需要大约30-50mA的最小保持电流，而在+25℃处，一般的TRIAC仅需要5-10mA。当没有应用根据本发明的第二方面的LED驱动器时，可能需要将LED组件的最低负载需求设定成使得一直由TRIAC提供相比而言较高的电流(例如30mA)，以便确保导通状态，而同时由于操作条件，远远更小的电流(例如5mA或更小)将足以使TRIAC维持在导通状态。如技术人员所认可的那样，以实际的最小保持电流(即基于操作条件)操作TRIAC调光器可提供应用LED驱动器的照明应用大量效率改善。由于因为操作条件变化，最小保持电流还可随时间的推移而增大，所以可能有利的是，以抬高的最小电流(例如超过控制单元所确定的最小电源电流10％)来操作LED驱动器。在这样的实施例中，控制单元可因此布置成调节LED驱动器的负载(即LED组件和/或可开关电阻器)，控制单元能布置成确保在LED驱动器的端子处需要电压的时间期间，向LED驱动器所提供的最小电流高于TRIAC的最小保持电流。

通过提供与LED组件串联的可变负载并且以与控制LED组件的LED单元的占空比相类似的方式(例如通过提供并联的开关(例如FET或MOSFET)，如图1a所示意的那样)控制该负载，对LED组件和开关组件已经可用的拓扑结构进行利用。另外，所示意的实施例提供了能以相对而言较高的分辨率(例如与可应用于LED单元的占空比的分辨率相同的分辨率)改变负载的优点。这样，可以高的准确度确定最小保持电流。

图6所示意性地描绘的照明应用600还可包括以下的部件，这些部件例如可对应于图2a所示的照明应用类似编号的部件。这样，照明应用在需要时例如可包括以上所更详细地讨论的EMI滤波器100。另一可选的元件是功率因数校正(PFC)元件101，其例如能补偿电流畸变(例如由电容性和电感性加载相对纯电阻引起的电流畸变)以满足对PFC的监管要求。当驱动器特性足以满足这些需求时，没有PFC部件被添加。对于从1至大约30W的小功率应用，应用包括用于补偿的二极管和电容器的解决方案一般是足够的。对于更高的功率水平，可例如将有源模式用于PFC，所述有源模式常常由附加的升压模式电力变换器组成，降压或降压-升压变换器也是有源模式PFC的其他选项。

如以上已讨论的那样，照明应用的输入电压99例如可对应于TRIAC调光器的输出电压。可选地，整流器元件102可应用于整流输入波形，从而产生可应用于为电力变换器104供电的脉冲直流波形。在整流器最简单的形式中，其由单个二极管组成，该二极管又产生具有大的截止周期的单相输出。优选实施例为二极管桥，该二极管桥由使用两个交流相并且能产生全整流输出的4个二极管组成。由于最低正向电压降，所述二极管引起一些电流和电压畸变，并且还引起一些耗散。可通过使用低电压降的开关元件(例如FET)而不是二极管来去除大部分耗散和畸变。如以上所讨论的那样，照明应用可设置有输入滤波器和/或可开关缓冲器103，其具有在整流器102的输出处的电压低于适合于电力变换器104的最低电平时为电力变换器104供电的目的。作为示例，输入滤波器例如可以是直接连接至经整流的电压(即整流器102的输出电压)的固定输入滤波缓冲器。作为可开关缓冲器的示例，这样的缓冲器可包括缓冲元件，该缓冲元件能临时连接至经整流的电压以便给缓冲器充电，并且在稍后的时间将缓冲元件连接至电力变换器的输入以便使缓冲器放电，从而在经整流的电压降得过低时向电力变换器供应电力。连接(断开)缓冲器的优点在于节省在缓冲器中所存储的高电压以在其被需要时得到最佳使用。连接(断开)的瞬间可通过除了在输入电压降到电力变换器的最低电平之下时之外始终接受充电并且节省放电而在这个元件中自动完成。然而，优选实施例将对控制器(108)给予控制，其能使连接(断开)时帧与线相位同步，这给予了每个电力循环更有保证的缓冲器充电而不受线电压的瞬时畸变支配。缓冲(或存储)元件例如可包括电容器，但还可采取电感器的形式。图6所示的照明应用600的实施例还可以可选地包括如图2a所更详细地描述的输出滤波器和开关缓冲器105。以下提供关于例如在图6的元件103或105中所应用的可开关缓冲器的进一步的细节。

可根据TRIAC调光器的交流电源电压的周期周期性地完成确定实际的最小保持电流。可每个周期确定实际的最小保持电流，或不那么频繁地进行，例如每10个或更多的周期。由根据本发明的第二方面的LED驱动器的控制单元执行的确定最小保持电流的过程可优选地开始于在先前的周期期间所应用的最小保持电流。图6所示的照明应用600还包括相位检测器107。这样的相位检测器可例如优选地在多个循环期间确定控制器与线频率的同步。这可例如通过(软件)PLL锁相补偿循环-局部的线电压畸变来实现。然后，控制单元108可将所有其控制时刻基于线同步。应指出的是，例如在根据本发明的第一方面的照明应用中所应用的波形分析器可用作相位检测器107。

在实施例中，确定将向LED驱动器所提供的最小保持电流的过程在LED单元没有发光时的一部分输入电压周期期间完成。这例如可以是由TRIAC调光器向LED驱动器所提供的周期性信号的尾端。在图7a中示意性地被指出。图7a作为时间的函数示意性地描绘了具有周期T的TRIAC调光器电路的输出电压V。由于TRIAC的相位控制，只有例如正弦输入电压的部分(T1)在TRIAC调光器的输出端子处可用。原则上，TRIAC调光器的输出电压(可选地在由整流器整流之后)可应用于在周期T的整个部分T1期间(即在TRIAC导通的时间期间)为LED组件提供电力。如技术人员所认可的那样，为了为LED或LED单元提供电力，需要最低电压。如将清楚的是，这样的最低电压需求可取决于LED组件的实际拓扑结构；当LED组件包括串联连接的多个LED时，对于为多个LED提供电力的最低电压需求大致对应于单个LED的正向电压的和。在图7a中，这样的最低电压由虚线700指示。结果，电压的部分T2不足以为LED单元提供电力。然而，可将输出电压周期T的部分T2应用于确定最小保持电流。在周期T的这个部分期间，控制单元(如以上所讨论的那样)可例如通过改变例如由可开关电阻器表示的负载而逐渐减小到LED驱动器的电源电流，直到观察到电压下降至零为止，并且因此找到最小保持电流。由于在其中LED组件的LED或LED单元没有发光的部分周期期间执行分析，所以用户将不会观察到由于TRIAC失去其导通状态所引起的负载闪烁。一般地，可将周期T的整个部分T1再分成专用于应用于为LED组件提供电力的部分T3和专用于确定最小保持电流的部分T4。由于确定最小保持电流可导致TRIAC失去其导通状态，这例如可被观察到为负载闪烁，所以专用于确定最小保持电流的部分优选地选择为T1的尾部(即应用于为LED组件提供电力的部分的拖尾)。

所确定的最小保持电流可随后在调光器输出电压的下一周期期间被应用于设定所需的LED组件负载，并且如果需要的话应用于设定可变负载。

在只有可用电压部分T1的部分应用于为LED组件提供电力的情况下，可以如下方式获得进一步的效率改善：当仅每5个或10个周期在一个周期期间应用在电压T1的部分T4期间确定最小保持电流的过程时，调光器电路向LED驱动器所提供的负载电流可在其他周期期间减小至零。这样，仅在电压周期T1的用于为LED组件提供电力的部分(即部分T3)期间支持最小保持电流。因此能显著地减少与在电压周期T1的部分T4期间维持最小保持电流相关联的耗散。

为了示意这种情况，图7b示意性地描绘了如何在为功率效率原因所选择的间隔中支持最小保持电流。在图7b中，图表a描绘了例如TRIAC调光器所提供的经整流的理想电压输入。图表b示出间隔，其中为了使TRIAC在图表a所示的电压V可用(即不等于零)时保持导通，需要汲取保持电流。图7b的图表c示意性地描绘了在应用缓冲电容器的情况下的可用电压(粗线)(以下将提供这样的布置的更多细节)。假定缓冲电容器从阶段703起用于为负载供电。这样，应指出的是，实际上仅在阶段702与703之间从调光器汲取电流。这样，TRIAC可能过早地中止其导通相，这对于稳定的光输出可被认为是不合适的行为。在图7b的图表d中，曲线705示出所选择(例如通过图6所示的控制单元108)的其中保持电流将被支持的时间段。在图7b的图表e中，可看到从TRIAC输入电压得到的波形。由于对最小保持电流的受控的支持，在707与709之间保证了保持电流。通过上述方法，仍然有可能通过定期地测试电源电压的全周期或半周期来确定所需的调光级以得到恰当的TRIAC调光级设定。

根据本发明的第二方面的LED驱动器例如可应用在包括LED组件和开关组件的照明应用中。

在实施例中，根据本发明的第二方面的LED驱动器设置有诸如电容的输入缓冲器。这样的输入电容可用作用于在电源电压相比而言较低时向LED驱动器提供电源电压的缓冲器。这样的电容同样可用作滤波元件。

当诸如根据本发明的第二方面的LED驱动器的LED驱动器由TRIAC调光器输出电压提供电力时，LED驱动器应当在调光器被操作时调节被提供电力的LED组件的亮度，从而例如模仿由调光器电路提供电力的灯泡的调光。为了调节亮度，例如可以不同的占空比操作LED组件的LED或LED单元。为了评定调光器电平，存在各种选项：

作为第一示例，可确定平均调光器输出电压，并且作为输入信号向控制单元提供该平均调光器输出电压。为了获得这样的输入信号，可对调光器输出电压进行整流和滤波，使得直流信号被获得。

作为第二示例，LED驱动器可布置成分析调光器输出电压并且基于分析确定亮度设定点。在实施例中，LED驱动器设置有用于分析调光器输出电压的相位分析器。相位分析器例如可基于调光器输出电压或表示调光器输出电压的信号来确定调光器输出电压的过零点。这样，相位分析器同样可确定描述调光器电路所形成的相切的相位角。基于此，控制单元可确定亮度的设定点。

还可指出的是，例如在根据本发明的第一方面的照明应用中所应用的波形分析器可同样应用于便于为LED驱动器的控制单元确定亮度设定点。

作为第三示例，在将诸如降压或升压变换器的开关变换器应用于为LED组件提供电力的情况下，监测开关变换器的占空比可用于确定所需的调光级。参考图1a，这可理解如下：当将如图1a所示的降压变换器50那样的开关变换器应用于为LED组件提供电力时，一般控制变换器50以向LED组件提供大致恒定的输出电流。为了维持这样的恒定输出电流，变换器的开关元件(例如图1a中的变换器50的开关T)将以某一占空比操作。在变换器的输入电压V将改变的情况下，这种改变将影响开关元件的占空比。更高的输入电压V将要求开关元件T以更小的占空比操作，以便将输出电流I维持在相同的水平。应指出的是，可根据感测电阻器Rs上的电压降确定输出电流I(或负载电流)。这种机制可应用于以下面的方式调节LED组件的亮度。假定输入电压的升高将导致开关元件T以更小的占空比操作。通过将亮度设定点设得更高(和/或改变LED组件的拓扑结构)，从调节器/电力变换器50汲取的电力增大，从而使得开关元件的占空比再次增大。因此，通过改变亮度的设定点(并且因此改变调光级)，变换器开关元件的占空比被保持为大致恒定，并且调光级将大致跟随输入的平均电压电平并且因此跟随TRIAC调光器设定。

在这样的实施例中，没有诸如ADC(模拟到数字变换器)的用于向控制单元提供表示输入电压的信号的附加硬件。

作为第四示例(以下将更详细地对其进行说明)，所需的调光级可从例如在根据本发明的第三方面的LED驱动器中所应用的缓冲器或可开关缓冲器上可获得的电压取得。

值得指出的是，通过以上示例所描述的对恰当的调光级的评定可应用于在本发明中所应用的任何驱动单元或变换器。

如以上已讨论的那样，为了保持在导通状态，需要等于或大于保持电流的电流(取决于诸如温度的操作条件)流过TRIAC的端子。

如通常应用于为LED组件提供电力的LED驱动器包括用于向LED组件提供大致连续的直流电流的变换器。这样的变换器例如可以是图1a所示意性地描绘的降压变换器。取决于变换器的开关元件T的状态，经由二极管D或经由开关元件T提供向LED组件所提供的电流。这样，LED驱动器例如从调光器电路所汲取的实际电流为脉冲电流。作为示例，变换器的开关元件T能以500kHz的频率操作。

由于在LED驱动器之前的输入滤波，例如通过如以上所讨论的输入滤波器或应用EMI滤波器，TRIAC调光器所提供的电流是大致连续的电流(在TRIAC导通时)而不是脉冲电流，例如以500kHz的脉冲电流。应指出的是，实际上，由于在调光器与光源(即LED组件)之间可用的布线，不需要实际的输入滤波器确保TRIAC调光器提供大致连续的电流而不是脉冲电流。

如以上所说明的那样，根据本发明的第二方面的LED驱动器实现了TRIAC调光器的能量效率高的应用，其中LED驱动器能确定最小所需的保持电流并且以使得在需要电源电压时，由LED驱动器汲取最小保持电流的方式操作LED驱动器。

根据本发明的第二方面的LED驱动器尤其适合于应用在具有多个LED组件的照明应用中，每个LED组件均由LED驱动器提供电力，所述多个LED驱动器由共用的TRIAC调光器提供电力。在这样的布置中，所需的最小保持电流例如可仅由LED驱动器中的一个LED驱动器汲取或作为最小电流的和由LED驱动器中的两个或两个以上的LED驱动器汲取。

如以上所说明的那样，LED驱动器例如可设置有所谓的输入缓冲器(例如电容)，该输入缓冲器可应用于在电源电压相比而言低时向LED驱动器提供电源电压。这样的电容同样可用作滤波元件。当提供例如由LED驱动器的控制单元控制的用于连接和断开缓冲器与电源电压的开关元件时，可显著地减小这样的输入缓冲器。因此，根据第三方面，本发明提供一种用于为包括至少一个LED的LED组件提供电力的LED驱动器，该LED驱动器包括用于将周期性输入电压变换成用于为LED组件提供电力的电源电流的变换器，该LED驱动器包括具有用于接收周期性输入电压的输入端子的变换器，该LED驱动器还包括和通过开关元件可连接至所述端子的输入缓冲器，该控制单元还布置成控制开关元件以连接和断开输入缓冲器与所述端子。

根据本发明的第三方面的LED驱动器例如可应用在例如图2a、5或6所示的应用中。

当LED驱动器由周期性输入电压(例如经整流的交流电压或调光器输出电压)提供电力时，可出现输入电压不足以为LED组件提供电力。这样的情形在图8中被示意。

在图8中，示出了例如作为整流器(例如图2a、5或6所示的整流器102)的输出电压所获得的经整流的正弦波601。在某一间隔期间，输出电压可下降到例如电力变换器(例如图2a、5或6所示的电力变换器104)所要求的最低电源电平602之下。结果得到的波形601是电力变换器(例如图2a、5或6的变换器104)所接收的电源波形，并且用粗线示出。该变换器可以例如在603和604处所描绘的某一占空比提供通过LED组件(例如图2a、5或6的组件110)的电流。应指出的是，为了获得变化的光输出，其占空比和频率可随时间的推移而改变。控制器或控制单元(例如图2a、5或6的控制单元108)例如可控制电力变换器和/或诸如图2a、5或6的开关组件106的开关组件提供所需的电流(例如幅度、占空比或频率)。如图8所示意的那样，当接通和断开LED电流的时间选择不与电源电压(例如电网电源电压)的频率同步时，可能损失一定量的光输出(由606处的灰色表面指示)。灰色表面的尺寸可取决于许多因素。在LED电流的开关不与电源电压同步的假定下，控制单元不知道电源电压过低时的间隔。此外，由于电源电压在瞬间608处变化，就电压而下降至零(608)的时间选择而言可能存在不确定性，同样在其中电力变换器和控制单元在向LED组件提供电流方面无效的电平607上存在不确定性。这样的不确定性甚至可被可能存在于电源电压上并且通常仅部分被滤波的干扰609增大。所有这些效应可引起光输出的几个百分点的不合需要的波动，这可容易地被人观察到。一般地，这样的不确定性可具有基频，该基频为电源电压频率的两倍(在经全桥整流的电压的情况下)，所述电源电压频率例如在电网电源的情况下为50或60Hz。

为了大致去除这些效应，根据本发明的第三方面的LED驱动器可与周期性电源电压的频率同步和/或设置有至少部分地用于桥接不足的电源电压的可开关缓冲器。通过使LED组件的电源与周期性电源电压同步，可例如形成在其中没有LED电流被允许流过的窗口610。通过这样做，能避免不受控的光输出。

可开关缓冲器(以下将更详细地讨论其实施例)的应用在下面的图9中被示意。

在图9中，在没有加载整流器的情况下，经全桥整流的波形401(细线)被示出为例如由整流器所提供，诸如图2a、5或6的整流器102。虚线402指示整流器的负载所需的电源电压的最低电平。这样的负载例如可包括图2、5或6所描绘的部件103至110的任何组合。在将向负载供应的电压波形401的情况下，由于可用电压410低于所需的电平402，在阶段405与406之间将不会适当地为负载提供电力。

通过应用可开关缓冲器，在不显著地对功率因数进行折衷的情况下在阶段405与406之间输送比404电平高的电压是可行的。为此，诸如电容器的可开关缓冲器可连接至可用电压401，只要电容器上的电压低于可用电压401(例如通过二极管)。从阶段403至404，电容器的初始充电被示出，例如在初始加电之后。一旦404电压在阶段404处减小，电容器就可从电压401断开(例如通过操作串联连接至电容器的开关，继续见下文)，并且电容器上的电压可保持在电平409处。在阶段405处，可将电容器重新连接至电压401，从而将向负载(例如图2、5或6所描绘的部件103至110的任何组合)所提供的电压提高至电平409处的电容器电压，因为整流器(例如图2、5或6的整流器)的二极管将反向(由粗体的波形指示)。由于负载从其电源电压汲取电流(见413)，电容器电压将如410处的部分波形所指示的那样相应地下降。在阶段406处，可再次断开电容器，并且在阶段407处，可重复充电/放电方案。一般地，当电压超过电容器上的电压时，缓冲器可连接至电压401。一旦电压401开始减小，电容器就可例如从电压401断开。可例如通过电源电压下降至某一电平(例如用于为负载提供电力的最低电压)之下来触发电容器的放电。以这种方式，在将朝负载的电源电压保持在最低电平之上的同时，在阶段405与406以及它们的重复之间尽可能少地使用存储在电容器中的能量，从而使得从阶段405直到阶段406之前仅最低限度地对电容器再充电。可产生较低的充电电流，从而较少地对功率因数进行这种。通过在时间上分配负载使得在电容器为负载供电时最少的电流被汲取，进一步的改善是有可能的。这例如可通过以下方式来建立：通过例如降低向负载所提供的电流(即提供具有更小幅度的电流)或通过在来源于整流器的电源电压相比而言较低时改变(降低)电流的占空比。后一种解决方案被示意在图9中，如能从411与412之间的负载差和在相对415和416的413、414处得到的电容器电流所看到的那样。

通过根据可用电压重新分配负载(如所示意的那样)，可使从电容器汲取的能量最少，从而优化功率因数。

图10中示意性地描绘了如何能实现这样的可开关缓冲器的第一示例。在图10中，交流电源电压设置于端子801和802处。包括二极管803、804、810和811的双整流器(Graetz桥)可输送包括处于交流输入的频率的两倍的频率的相等的半正弦波。这个波形可受整流器桥的负载影响。通常，这个负载包括不变地连接的电容器和实际负载，例如LED驱动器的电力变换器。在所示的实施例中，负载包括可开关电容器805(其可通过开关806(例如FET或MOSFET)连接至经整流的电压812以及与经整流的电压812断开)以及由控制单元809控制的负载808。负载例如可以是如上所述的任何照明应用。通过提供可开关电容器而不是固定电容器，可追求以下的目标：通过提供可开关电容器，相比而言较小的电容可足以桥接其中电源电压不足的间隙(在时间上)。这样，可应用非电解质类型的电容器，与电解质电容器相比，其一般具有较长的寿命。能实现的另一目标是通过由于缓冲电容器的充电而使电流峰值减小来改善功率因数。

图10的实施例还示出例如可应用于EMI抑制的可选的滤波电容器820。在实施例中，与可开关电容器805相比较，滤波电容820的电容可相比而言较小(例如几微法)。在应用滤波电容器820的情况下，可能有利的是提供例如能在电容器805放电时打开的开关816，从而避免电容器805向滤波电容器而不是向负载808提供能量。通过这样做，除效率改善之外，同样能实现EMI改善和可听噪音改善。优选地，开关816设置在接地导体814的节点E与F之间，而不是在具有电源电压812的火线或导体的节点C与D之间。

在图11中示意性地描绘了可开关缓冲器的第二实施例。所示的端子A(901)和B(902)例如可分别对应于处于例如230V_AC或120V_AC的电网网络的火线和中线或者对应于任何交流源。二极管903、904、910和911布置成形成用于交流波形的双边整流的Graetz桥。为了说明所示的布置的操作，假定A处的电压比B处的电压高。通过在写A的地方使用B而在写B的地方使用A，相同的说明可适用于B在电压上比A高的情况。如所描绘的那样，负载L(908)直接连接至经双整流的电压。假定负载需要最低电压Vmin(例如对应于图9中的电压电平402)来操作，负载有时可能不正常地运行，例如在电压912下降至Vmin之下时。常常看到的是，电容器跨负载放置以缓存能量，以便在向A和B所供应的交流电压的幅度过低的时间期间为负载供电。通过应用图11所示意性地描绘的拓扑结构，跨电容器的电压可在否则将用低于Vmin的电压为负载供电的时间周期期间被总计入端子A上的电压。为实现这种情况，使电容器905是可开关的。在第一状态下，可利用开关907将电容器连接至端子B以为其充电，直到该电容器跨其端子具有在A与B之间所施加的交流电压的大致最大的幅度为止。当已达到最大充电电压时，可通过打开开关907来断开电容器905的底部端子。结果，跨电容器的电压可大致保持相同的值，该值大致等于在端子A和B处所供应的AC电压的最大幅度。随后，跨负载的电压可从最大幅度减小至0。在达到0之前，在Vmin处，所示的拓扑结构通过闭合开关906使得电容器的电压能够被加至端子A处的电压。结果，跨负载的电压可上升为A处的电压与跨电容器的电压的和。二极管903将反向。当负载的电流因此可由电容器输送时，交流电压可反向，使得A处的电压将低于B上的电压。当B与A之间的电压差高于电容器上的电压时，二极管904可变为导通，并且电容器可再次充电。在A处的电压低于B处的电压的情况下，现在可以通过在写A的地方读B而在写B的地方读A来重复上述说明。如技术人员所认可的那样，也可设计可开关电容器的其他拓扑结构，这些拓扑结构使得经充电的电容器上的可用电压能够被加至电源电压(或经整流的电源电压)。图11的实施例仅用于示意原理。

应指出的是，可使用更高级的开关电容器(一般地为缓冲器)方案。这样的方案例如可应用以下方法中的一种方法：第一种方法是将关于正弦波的形式的知识与正弦波的周期值(例如20ms)结合使用。这可被称为基于时间的方法。使用这样的方法，可在相对于新的半周期开始的某一时刻上操作开关。第二种方法是监测拓扑结构中的某些节点处的电压电平和行为。可区别以下的情形。在情形1中，例如使用ADC(模拟/数字变换器)测量端子A(901)处的电压波形。在情形2中，在912处测量电压。在情形3中，测量电压Vm(915)。对于像例如12VAC的低电压，经整流的电压的峰值将大约为17V。减去两倍的二极管正向电压(例如当A＞B时，二极管903和911将导通)，则由负载所看到的电源电压的峰值将大约为15V或更低。为了为典型的4LED RGBW串联拓扑结构供电，需要11.5V与16V之间的电压，这取决于所使用的LED类型。还考虑跨变换器或驱动单元(例如降压变换器)的电压损失，跨LED的终止电压将还要更低。为了减轻跨二极管的电压损失，可应用以下的实施例：

图11中的二极管903和904以及二极管910和911由于它们的正向压降而可使得负载908的电源电压更低。避免这种情况的方法是用受微控制器(一般地为控制单元)μC控制大致在二极管从导通状态切换到不导通状态以及反过来的同时闭合和打开的开关代替二极管。

在本发明的实施例中(在图12中示意性地描绘)，这样的开关例如可以是具有内置二极管的FET，如503、504、505、506、507、511和512示意性地指示的那样。以这种方式，FET可由电网电压本身控制。当例如FET在某一半周期中不导通并且交流电源电压反向时，对应的FET中的二极管将开始导通使得电流的流动得以确保。通过将该FET的栅极连接至相反的交流连接(当FET的源极连接至A时，栅极将连接至B，反之亦然)，当B与A之间的差增长至大约2.5V时，FET开始导通。从该瞬间开始，电压损失将仅为零点几伏的数量级。对于更高的AC电压，可将保护电路设置在栅极控制通路上，其将Vgs限制为低于最大容许电压的值。

应指出的是，包括FET 511和512的电路可对于所有类型的输入电压(交流以及直流)起作用。

当FET代替二极管被使用时，不会自动地出现切换到恰当的相位而产生经整流的电压。为了获得与在使用全桥整流器时大致相同的经整流的输出电压(除了二极管上的电压降之外)，应实现以下的规则(例如在控制FET的控制器或控制单元中)：

为了确保正确操作，应遵守以下用于控制FET的规则：

规则1：FET 503.1和503.2不可同时导通。

规则2：FET 511和512不可同时导通。

规则3：当电容器用于提供电源电压时，即当在图12中FET 504/505或FET 506/507导通时，栅极503.1和503.2不可使对应的FET处于导通模式。

为了实现这些规则，FET 503.1/503.2/511和512的栅极应是可控的，而不是连接至交流端子A和B。

此外，应选择不包含二极管的FET 503.1和503.2。在该情况下，栅极控制信号必须遵守可在微控制器中实现的一些规则。

此外，FET 503和504应被选为N-FET而不是P-FET。在后一种情况下，由于栅极需要比在电路中的任何地方可得到的最大电压高的电压，所以控制更困难。可使用在文献中已知的某种类型的升压电路。这将形成成本优势。

应指出的是，在使用图10所示的可开关缓冲器的情况下，其同样可用FET来实现，用FET 503.1、503.2、511和512替代二极管803、804、810和811。在这种情况下，FET 503.1、503.2、511和512的栅极可如图11所示的那样连接。

图12还示意性地指示图11所示的开关906和907的更详细的实现。作为开关，两个FET(例如用于连接至A的504和505以及用于连接至B的506和507)背对背连接，并且由一个共有的栅极连接(分别为509和510)控制。所述栅极可由微控制器514控制，但也可由纯硬件解决方案控制。应指出的是，当使用没有内部二极管的FET时，图11的开关906和907还可通过每开关一个FET而被替代。然而，应指出的是，没有内部二极管的FET很少被使用。

值得指出的是，为了获得例如图1a、2a、5或6所示的控制单元(或控制器)的实现，可利用为本领域的技术人员所知的有限状态机或类似的控制概念，以便使控制单元响应一个或一个以上的变化的条件。参考图2a，控制单元例如可布置成响应于LED驱动器的(外部)电源的信号(变化)，其例如在端子99处或在部件(例如部件102和103)之间被测得或者在部件中的一个部件内部测得。这样的信号例如可被提供至控制单元(例如在数字控制器的情况下经由模拟到数字变换)，并且可由控制器解释，以便评定某些条件是否被满足。例如在电源电压上或者在部件103与104之间的电源电压上测得的这样的条件例如可以是“所达到的最高电压”、“所检测到的过零点”、“波形趋势为正”、“从最高值起经过的时间大于X毫秒”、“电压高于或低于某一阈值”等。对于技术人员清楚的是，也可将从其他部件(诸如LED组件或者波形或相位分析器)获得的其他条件用作控制单元的输入，以便使控制单元确定某些条件是否被满足。

如以上所说明的那样，本发明包括各种方面。本发明例如公开了可例如应用于将现有照明应用改型成LED照明应用的LED驱动器的各种实施例。

对于技术人员将清楚的是，根据本发明的不同LED驱动器和照明应用所提供的功能可以被结合。作为示例，根据本发明的第一方面的照明应用使得LED组件的拓扑结构能够根据电源电压改变，该照明应用可布置成包括根据本发明的第二方面的LED驱动器的功能(即确定最小保持电流)，或者可通过例如在根据本发明的第三方面的LED驱动中所提供的可开关缓冲器被扩展。

为了便于改型，值得指出的是，在实施例中，根据本发明的LED驱动器可通过应用判断程序来确定当LED驱动器连接至提供电源电压的电源时，哪种形式的电源电压在LED驱动器端子处可用。如技术人员所知的那样，为照明应用提供电力的各种方法目前在市场上被应用。以下的列表仅是说明性的，而不是限制性的：用于照明应用的电源例如可提供以下电压形式中的一种：

-x V AC(以不同的频率，诸如50/60/400或480Hz)

-x V DC

-由电子变压器所提供的x V

-…

当根据本发明的LED驱动器连接至这样的电压源时，波形分析器或相位分析器(在应用时)可基于可用电压(例如基于电压的最小值/最大值/平均电压/频谱)确定电源电压的属性。取决于分析或判断的结果，可应用对于可开关缓冲器最佳的开关。

还应指出的是，这样对电源电压的判断可用作初始化，或者可大致连续地应用，以便根据可用的电源电压调节例如可开关缓冲器的控制方案。

还应提及的是，所描述的LED驱动器和照明应用的实施例仅仅是对本发明各个方面的示意，而本发明仅受所提出的权利要求的范围限制。

Claims

1.一种照明应用，包括：

-LED组件，所述LED组件包括两个或两个以上的LED单元，每个LED单元均包括一个或一个以上的LED，所述LED组件还包括开关组件，所述开关组件包括用于变更所述LED组件的拓扑结构的一个或一个以上的可控开关，在使用中由电源电压为所述LED组件提供电力；

-控制单元，所述控制单元包括布置成接收表示所述电源电压的电压电平或所述LED组件的负载电流的信号的输入端子和用于向所述开关组件提供控制信号以根据所述信号来控制所述开关组件而由此变更所述LED组件的拓扑结构的输出端子。

2.根据权利要求1所述的照明应用，其还包括：

-驱动单元，所述驱动单元用于为所述LED组件提供电力，在使用中由所述电源电压为所述驱动单元提供电力。

3.根据权利要求2所述的照明应用，其中所述驱动单元包括用于为所述LED组件提供电力的线性调节器或开关调节器。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的照明应用，其中

-所述LED组件包括两个或两个以上的LED单元的串联连接，并且其中所述开关组件包括用于大致使相应的两个或两个以上的LED单元短路的两个或两个以上的可控开关。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的照明应用，其中所述控制单元还布置成

-基于所述信号确定能由所述电源电压提供电力的LED单元的最大数量和/或哪些LED单元能由所述电源电压提供电力；

-根据所述最大值来控制所述开关。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的照明应用，其中所述电源电压包括调光器电路输出电压。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的照明应用，其中所述电源电压包括周期性电压。

8.根据权利要求7所述的照明应用，其中所述控制信号与所述周期性电压同步。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的照明应用，其还包括布置成评定所述电源电压并向所述控制单元提供所述信号的波形分析器。

10.根据权利要求9所述的照明应用，其中所述波形分析器布置成确定所述电源电压的过零点。

11.根据权利要求7或8所述的照明应用，其还包括用于存储在使用中由所述波形分析器获得的波形信息的存储单元。

12.根据权利要求8所述的照明应用，其中所述控制单元布置成通过控制所述开关组件来施加向所述LED组件所提供的电流的占空比调制。

13.根据权利要求12所述的照明应用，其中选择所述占空比调制的占空比周期，使得所述电源电压的周期除以所述占空比周期得到整数值。

14.一种为可连接至电源的LED组件提供电力的方法，所述LED组件包括两个或两个以上的LED单元，所述LED组件还包括开关组件，所述开关组件包括用于变更所述LED组件的拓扑结构的一个或一个以上的可控开关，在使用中由所述电源为所述LED组件提供电力，所述方法包括步骤：

-检测所述电源的电压输出电平；

-基于所述电压输出电平向所述开关组件提供控制信号以控制所述开关组件，由此变更所述LED组件的拓扑结构。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括步骤：

-将所述电压输出电平与用于为所述LED组件提供电力所需的电压相比较，以确定能由所述电源提供电力的LED单元的最大数量；

-根据所述最大值来控制所述LED组件的开关组件。

16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括在维持颜色设定点的同时根据所述电压输出电平来调节所述LED单元的占空比的步骤。

17.一种用于为包括至少一个LED的LED组件提供电力的LED驱动器，所述LED驱动器包括用于将周期性输入电压变换成用于为所述LED组件提供电力的电源电流的变换器，所述LED驱动器还包括控制单元，所述控制单元布置成通过在使用中逐渐降低所述电源电流直到所述输入电压的值大致降低至零来确定最小保持电流，并且随后控制所述变换器以至少等于所述最小保持电流的电源电流操作。

18.根据权利要求17所述的LED驱动器，其中确定最小保持电流的步骤包括：

1.操作所述变换器来降低所述电源电流；

2.在降低的电源电流处测量所述输入电压的值；

3.重复步骤1和2直到所述电源电压大致降低至零为止。

19.根据权利要求17或18所述的LED驱动器，其中所述控制单元包括用于向所述变换器输出控制信号以便逐渐降低所述电源电流的输出端子和用于接收表示所述输入电压的值的信号的输入端子。

20.根据权利要求17-19中任意一项所述的LED驱动器，其中所述电源电压包括TRIAC调光器输出电压。

21.根据权利要求17所述的LED驱动器，其中所述LED驱动器包括用于接收所述电源电压的输入端子。

22.根据权利要求17所述的LED驱动器，其还包括布置在所述输入端子之间的输入电容。

23.根据权利要求17-22中任意一项所述的LED驱动器，其中所述控制单元布置成根据所述电源电压来确定调光级。

24.根据权利要求17-23中任意一项所述的LED驱动器，其中至少在所述输入电压的整个周期期间维持所述最小保持电流，以便确定所述调光级。

25.根据权利要求17-24中任意一项所述的LED驱动器，其中所述控制单元布置成至少每10个所述输入电压的周期确定所述最小保持电流一次。

26.根据权利要求17-25中任意一项所述的LED驱动器，其中将所述周期性输入电压的周期的尾端应用于确定所述最小保持电流。

27.一种包括根据权利要求17-26中任意一项所述的LED驱动器的照明应用，所述照明应用还包括LED组件，所述LED组件包括至少一个LED，所述照明应用还包括在使用中由所述控制单元控制的可变负载，所述可变负载与所述LED组件串联连接。

28.根据权利要求27所述的照明应用，其中所述可变负载包括可开关电阻。

29.根据权利要求27或28所述的照明应用，其中在监测所述输入电压的同时，所述可变负载的负载特性在所述LED驱动器的一部分周期性输入电压期间改变。

30.根据权利要求29所述的照明应用，其中所述部分为尾部。

31.一种用于为包括至少一个LED的LED组件提供电力的LED驱动器，所述LED驱动器包括用于将周期性输入电压变换成用于为所述LED组件提供电力的电源电流的变换器，所述变换器具有用于接收所述周期性输入电压的输入端子，所述LED驱动器还包括控制单元和用于向所述端子提供电流的输入缓冲器，所述LED驱动器还包括用于打开和闭合从所述输入缓冲器到所述输入端子的电流通路的开关元件，并且其中所述控制单元还布置成基于表示所述周期性输入电压的输入信号来控制所述开关元件。

32.根据权利要求31所述的LED驱动器，其中所述输入缓冲器包括电容器或电容器组件。

33.根据权利要求31或32所述的LED驱动器，其中所述开关元件包括用于使所述输入缓冲器的第一端子与所述输入端子中的第一端子连接和断开的第一开关。

34.根据权利要求31或所述的LED驱动器，其中所述开关元件还布置成打开和闭合从所述输入缓冲器到在使用中连接至所述周期性电源电压的电源端子的电流通路。

35.根据权利要求31或32所述的LED驱动器，其还包括用于整流交流输入电压以获得所述周期性输入电压的整流器，所述整流器具有用于接收所述交流输入电压的交流输入端子，所述开关元件包括用于使所述输入缓冲器的端子连接至所述交流输入端子中的第一端子或第二端子的第一开关。

36.根据权利要求35所述的LED驱动器，其中所述开关元件包括用于使所述输入缓冲器的另一端子连接至所述变换器的输入端子的第二开关。

37.根据权利要求31-36中任意一项所述的LED驱动器，其中所述控制单元布置成使所述电源电流的通/断占空比与所述周期性输入电压同步。

38.根据权利要求31-37中任意一项所述的LED驱动器，其中所述控制单元布置成控制所述LED驱动器在所述LED组件由所述输入缓冲器提供电力时向所述LED组件施加降低的电源电流。

39.根据权利要求31-38中任意一项所述的LED驱动器，其中所述输入缓冲器包括电容器，并且其中所述开关元件使得所述周期性电源电压与所述电容器上的电压能够相加。

40.根据权利要求31-39中任意一项所述的LED驱动器，其还包括滤波电容器。

41.根据权利要求40所述的LED驱动器，其中所述开关元件布置成中断从所述输入缓冲器到所述滤波电容器的电流通路，由此在使用中使所述输入缓冲器不能向所述滤波电容器放电。