CN102308673A - Led阵列驱动器 - Google Patents

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Abstract

一种交流电源(14)供电的、用于驱动LED(22，24，26)阵列的LED阵列驱动器(10)，包括分别能够选择性地使不同的LED(22，24，26)正向导通的多个开关(16，18，20)，以及用于控制多个开关(16，18，20)操作的开关控制装置(28)，以便切换同一个重复信号波形的不同的并且不相重叠的相角区间，使其通过各个LED(22，24，26)。

Description

LED阵列驱动器
技术领域
本发明主要涉及一种由交流电源供电的用于驱动发光二极管(LED)阵列的驱动器，尤其涉及一种能够对该阵列中的LED进行单独控制的驱动器。本发明适于用于包括红光、绿光以及蓝光LED的阵列，在所述阵列中的单个LED被控制以便得到想要的、由LED阵列发射出的光的混色。为方便起见，结合应用示例来说明本发明。但是应注意，本发明的应用并不仅局限于该应用示例。
背景技术
众所周知，以不同比例混合投影光的红色、绿色以及蓝色三种原色光可生成任何颜色的发射光。此外，将不同量的能量供应到诸如发光二极管或者LED等照明器件中，将改变所感知到的照明器件的光强。现有的混色(Colour Mixing)电路利用这些原理不仅来控制每种颜色的亮度，而且来实现从LED阵列所发射的光的一种素色到另一种素色交叉混合。
现有技术中的LED控制电路使用需要滤波元件和调节元件来稳定直流电平的直流电源。另外，这些类型的电源需要额外的能量存储元件，并且通常功率因数低劣。在多色系统中，为了控制该系统中的每个元件，通常要两次或多次地重复使用电流调节电路。脉宽调制是一种常见的控制供应到以阵列排列的LED的能量的手段，但脉宽调制需要额外的用于校正电路运行的能量储存元件。此外，上述现有技术的控制电路可能产生射频发射，需要额外的元件来将射频发射抑制到适于住宅用途的程度。
因此，希望提供一种驱动LED阵列的装置，其能够改善或者克服已知的LED驱动器的一个或者多个问题。
发明内容
本发明的一方面在于提供一种由交流电源供电的、用于驱动LED阵列的LED驱动器，其包括多个开关，所述多个开关中分别用于使不同的LED选择性地正向导通；以及开关控制装置，用于控制所述多个开关的动作，以便切换同一个重复信号波形的不同且不相重叠的相角区间(phase angle portions)，使其分别通过各个LED。
所述开关控制装置可以包括过零检测器，用于检测重复信号波形中的过零点；以及开关启动单元，用于控制各个开关执行操作的相角，该相角自检测到的过零点开始。
在1个或者多个的实施方式中，可以在所述交流电源和所述LED阵列之间连接限流器。例如，所述限流器可以是电阻元件、电子电路，或者是构成连接到所述交流电源的降压变压器的一部分。
所述LED阵列可以设置于外罩体中。在这种情况下，所述限流器设置在所述外罩体的外部。
所述LED驱动器可以进一步包括整流器，用于对交流波形进行整流，以便生成所述重复信号波形。
所述过零检测器可以在整流器的输出端监测所述重复信号波形。
所述开关中的一个或者多个可以是MosFet、双极型晶体管或者可控硅整流器。
所述LED阵列可以包括至少两个发射不同颜色的光的LED，所述开关控制装置控制所述多个开关的操作，以便得到想要的、由所述至少两个发射不同颜色的光的LED所发射的混合有色光。
在1个或者多个实施方式中，所述开关控制装置可以以微处理器的形式来实现。
本发明的另一方面是提供一种构成如上所述的LED驱动器的一部分的开关控制装置。
附图说明
图1是由交流电源供电的、用于驱动LED阵列的LED驱动器的一实施方式的示意图。
图2至图4是通过图示表示同一个重复信号波形的不同的且不相重叠的相角区间被切换通过构成阵列的LED，所述阵列是由图1所示的LED驱动器所驱动的阵列。
具体实施方式
以下将结合附图，通过具体实施例来对本发明的不同方面和特征进行说明。
图1概括地表示了由交流电源14供电的、用于驱动LED阵列12的LED驱动器10。上述驱动器10包括开关16、18和20，其分别对应地与被分别赋予附图标记22、24和26的LED串联相连。开关16、18和20分别动作以便能够选择性地使LED 22、24和26正向导通。开关16、18和20的操作由开关控制装置28控制。
上述开关可以很方便地以能提供快速开关时间的MosFet(金属氧化物半导体场效应管)半导体器件的形式来实现。但是，在本发明的其他实施方式中，上述开关可由双极型晶体管、可控硅整流器、其他适合的半导体开关器件、或者其他适合的非半导体开关器件来实现。
图1所示的开关分别与对应的LED串联相连，但是在本发明的其他实施方式中，上述开关可与对应的LED并联相连。当与对应的LED并联时，开关的闭合导致了跨接LED的旁路连接(Shunt Connection)，确保无电流流过LED；反之，开关断开将终止上述旁路连接而使电流正向能够流过LED。
在本实施方式中，LED驱动器10包括降压变压器30，用于控制由交流电源14所生成的交流波形的电压。变压器30的输出端连接至整流器32。整流器32可对交流波形进行全波或半波整流。作为一示例，图2所示的重复信号波形50，是通过对上述交流波形实施全波整流而生成的。
图1所示的实施方式中，限流器34连接在交流电源14和LED阵列12之间。更具体地，在本实施例中，限流器34连接在变压器30和整流器32之间。上述限流器可以是一般的电阻元件。作为选择，上述限流器也可以由电子电路来实现，或者可以经由匹配的绕组电阻来构成降压变压器30的一部分。
开关控制装置28包括过零检测器36，过零检测器36在整流器32的输出端监测上述重复信号波形。另外，开关控制装置28包括开关启动单元38，开关启动单元38包括1个或者多个计时器40，以及1个或者多个开关操作器件42。在使用中，开关控制装置28控制开关22至26的操作，以便切换同一个重复信号波形50的不同且不相重叠的相角区间，使其分别通过各个LED。以这种方式，能够在维持供应到LED阵列12的来自交流电源14的总功率恒定的同时，改变分配到各个彩色元件(Colour Component)的能量。
当上述限流器为电阻元件时，LED驱动器10从交流电源14获取的电流总是与电压同相，由此实现单位功率因数。而且，图1所示的结构中，重复信号波形50实质上呈正弦曲线状，因此消除了大部分或者全部的切换扰动(Switching Artefacts)，否则该切换扰动会在LED驱动器10工作时引起射频传输。
过零检测器36在上述整流器的输出端监测电压并且检测上述过零点，例如，在图2中的重复信号波形50中的被赋予附图标记52至60的过零点。以此为基准，计时器40确定各个LED的接通和断开时间，使其与自检测到的过零点起的相角所对应，开关16到20中的各个开关要在该相角被操作，以便得到预先设定的混色。
图2所示的实施例中，开关16可以通过开关操作器件42在上述过零点52至60时被闭合，可以在其后的预先设定的时间点62至68被闭合。当开关16在时间点62至68闭合时，开关启动单元38动作以便断开开关18，从而能使LED 24从预先设定的时间点62至68正向导通，直到时间点70至76开关18断开。最后，当开关18断开时，开关启动单元38使开关20闭合，由此使LED 26从时间点70至76到时间点54至60之间正向导通。
根据上述说明应理解的是，通过LED驱动器10，同一个重复信号波形50的不同的且不相重叠的相角区间被切换到LED 24至26中各个LED。
通过控制LED 22至26中各个LED能够正向导通的时间，开关控制装置28能够控制供应至每个LED中的能量，由此得到想要的、由LED 22至26发射出的有色光的混合。图3和图4表示了两个例子，其中相角区间90至136的持续时间和时间位置被改变，以便得到想要的混色。
应理解的是，开关控制装置28可以微处理器的形式来实现。该微处理器可以包括一系列的能够实现想要的LED驱动器10的动作的指令。
以上结合有限个实施方式对本发明进行了说明，但是显然对于本领域的技术人员来说，根据上述说明实施很多替代，修改和变形是可能的。因此，本发明包括在不违背本发明的精神及公开的范围下进行的所有上述一类的替代，修改和变形。

Claims (13)

1.一种LED驱动器，其由交流电源供电并用于驱动LED阵列，所述LED驱动器的特征在于包括：
多个开关，所述多个开关分别作用于不同的LED，使其能够选择性地正向导通；以及
开关控制装置，用于控制所述多个开关的操作，以便切换同一个重复信号波形的不同且不相重叠的相角区间，使其分别通过各个LED。
2.根据权利要求1所述的LED驱动器，其特征在于，所述开关控制装置包括：
过零检测器，用于检测所述重复信号波形中的过零点；以及
开关启动单元，用于控制各个开关执行操作的相角，所述相角自检测到的过零点开始。
3.根据权利要求2所述的LED驱动器，其特征在于，进一步包括连接在所述交流电源和所述LED阵列之间的限流器。
4.根据权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述限流器是电阻元件。
5.根据权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述限流器是电子电路。
6.根据权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，所述限流器构成连接到所述交流电源的降压变压器的一部分。
7.根据权利要求3所述的LED驱动器，其特征在于，进一步包括用于容纳所述LED的外罩体，其中所述限流器设置在所述外罩体的外部。
8.根据上述权利要求中任一项所述的LED驱动器，其特征在于，进一步包括整流器，其用于对交流波形进行整流，以便生成所述重复信号波形。
9.根据从属于权利要求2的权利要求8所述的LED驱动器，其特征在于，所述过零检测器在所述整流器的输出端监测所述重复信号波形。
10.根据上述权利要求中任一项所述的LED驱动器，其特征在于，1个或者多个开关是MosFet、双极型晶体管或者可控硅整流器。
11.根据权利要求5所述的LED驱动器，其特征在于，所述LED阵列包括至少两个发射不同颜色的光的LED，所述开关控制装置控制所述多个开关的操作，以便得到想要的、由所述至少两个发射不同颜色的光的LED所发射的混合有色光。
12.根据上述权利要求中任一项所述的LED驱动器，其特征在于，所述开关控制装置以微处理器的形式来实现。
13.一种构成根据上述权利要求中任一项所述的LED驱动器的一部分的开关控制装置。
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