CN102428753A

CN102428753A - Led驱动电路

Info

Publication number: CN102428753A
Application number: CN2010800184363A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·巴尔特
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: CN102428753B; EP2425679A1; EP2425679B1; DE112010001817A5; WO2010124311A1

Abstract

本发明涉及一种LED驱动电路，其具有供电接口、滤波电路、整流器(GR)、缓冲器元件(C1)和电势隔离的开关调节电路，所述开关调节电路具有至少一个开关(S1)和变压器(L2)，至少一个LED连接在所述变压器的输出端上，其中，在所述整流器和所述缓冲器元件(C1)之间包含单向退耦部件(D1)，电容器(C3)耦合在位于整流器(GR)和单向退耦部件(D1)之间的节点上，并且所述电容器(C3)以其第二端子与LED电流(ILED)或者变压器(L2)耦合。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的LED驱动电路。

背景技术

这种驱动电路应用在照明系统中，以实现对房间、道路或者逃生通道进行彩色或区域性照明。通常，照明设备是由驱动设备驱动的，并在需要时激活。这种照明采用有机或者无机发光二极管(LED)作为光源。

为了照明，代替气体放电灯和白炽灯越来越普遍地采用发光二极管作为光源。发光二极管的效率和发光量不断地快速提高，从而它已经应用在日常照明的各种领域中。然而发光二极管是点光源，并且发射强烈汇聚的光线。

然而当前的LED照明系统的缺点经常在于，由于老化或者由于更换单个LED或者LED组件可能会使得颜色或亮度发生变化。此外，由于阻挡了热辐射，二次光学器件会对温度管理产生影响。另外，由于老化和热作用，LED的磷光体可能会出现变化。

亮度变化通常只能利用复杂的控制电路来实现，而且也无法简单地与常见的调光器连接，这是因为在与大多数调光器协同工作时会出现闪烁，甚至这些调光器不能正常工作。图1示出了一种典型的LED驱动电路，其中，该电路没有保证兼容调光器的设备，利用大多数常见的白炽灯调光器无法进行调光。

利用这种调光器例如可以通过前沿相位控制调光或后沿相位控制调光给传统的照明设备例如白炽灯调光，也就是控制亮度。

发明内容

本发明的任务在于提供一种照明设备和一种方法，其在没有上述缺点或者说在显著减少这些缺点情况下，通过具有发光二极管的照明设备实现无故障和节约能源的运行。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征性特征来针对这种类型的装置。在从属权利要求中说明本发明的特别有利的实施方式。

用于驱动LED(有机或无机发光二极管)的装置的本发明解决方案基于这样的思想，即，LED驱动电路具有供电接口、整流器、滤波电路、电感和至少一个开关。

当所述开关接通时，所述电感被磁化，而当所述开关断开时，所述电感被去磁，并且至少在去磁阶段，通过所述电感给所述LED供电。电容器以其第一端子与整流器和单向退耦部件之间的节点耦合，并且所述电容器以其第二端子与LED电流或者变压器耦合。因而通过所述电容器实现了LED电流的直接或间接的反馈，通过这种反馈可以实现均匀且按规定地给缓冲器元件充电。

以这种方式可以通过具有发光二极管的照明设备实现非常一致的均匀照明(例如照亮平面)。

附图说明

下面应该结合附图进一步描述本发明。图中：

图1示出现有技术；

图2示出本发明装置的构造。

具体实施方式

以下结合根据图2的具有LED驱动电路的实施例来说明本发明。

示出一种LED驱动电路，其具有供电接口、滤波电路L1、整流器GR、缓冲器元件C1和电势隔离的开关调节电路，该开关调节电路具有至少一个开关S1和变压器L2，至少一个LED连接在变压器L2的输出端上，其中，在整流器和缓冲器元件C1之间包含单向退耦部件D1。驱动电路具有监控电路U1，其控制开关S1。通过驱动和时钟控制至少一个与初级侧L2p相连的开关S1来交替地使得变压器L2被磁化或者被去磁。

电容器C3以第一端子耦合至整流器GR和单向退耦部件D1之间的节点，并且该电容器C3以其第二端子耦合至LED电流ILED或者变压器L2。因而通过电容器C3完成了LED电流ILED的直接或间接的反馈，其中，通过这种反馈可以实现缓冲器元件C1的均匀且按照规定的充电。因而，通过与单向退耦部件D1和整流器GR协同配合，也可以实现经由供电接口均匀地接收电流，这是因为电容器C3借助反馈高频充放电。通过电容器C3的电容和充放电的频率来确定所传输的能量的数量。

因而本发明驱动电路可以通过均匀地接收电流而构成用于调光器的负载，该负载使得在调光时也可以实现无问题的驱动，例如没有闪烁。

当电容器C3的第二端子上的电压具有低电势时，电容器C3通过整流器GR充电，与此同时单向退耦部件D1阻止电流从整流器GR直接流向缓冲器元件C1。当电容器C3的第二端子上的电压具有高电势时，电容器C3通过退耦部件D1放电到缓冲器元件C1，与此同时现在整流器GR阻止电流从整流器GR直接流向缓冲器元件C1。电容器C3的持续的充放电可以通过开关S1的高频时钟控制以及对与此关联的、在输出电路中(尤其是在变压器L2上、也许是在LED上)的高频的电压或电流变化进行高频时钟控制而获得。

电容器C3与LED电流ILED的耦合可以通过第二变压器实施，LED电流ILED流过该第二变压器的初级线圈L3a，并且其次级线圈L3b与电容器C3耦合。

电容器C3与变压器L2的耦合可以通过变压器L2上的附加的次级线圈实施。该附加的次级线圈与变压器L2的其他线圈磁耦合。

电容器C3的第二端子优选与电感L3b相连接，该电感L3b与电容器C3串联，其中，电感L3b或者被设计成变压器L2上的另一次级线圈或者被设计成其他变压器(LED电流ILED流过其初级线圈L3a)的次级线圈。

电容器C3与LED电流ILED的耦合也可以间接地例如通过第二变压器实施，该第二变压器的初级线圈L3a与多个LED或者至少单个LED并联并且其次级线圈L3b与电容器C3耦合。与LED电流ILED的间接耦合例如是与变压器L2的耦合，这是因为变压器L2经由平滑电路(D2、C2)给LED供电。

通常，还借助于整流器GR、电容器C3和退耦部件D1而设有反馈电路，该反馈电路可以实现缓冲器元件C1的均匀且按规定的充电，其中，该反馈电路连接在驱动电路的这样一个耦合点上，该耦合点基于时钟控制开关S1而具有交变电势(因为驱动电路是高频时钟控制的开关调节器，所以不仅开关S1上的电压是高频变化的电压，而且在受到影响的无源组件上的电势也基于该时钟控制发生变化)。

这种耦合点例如可以是在与电容器C3串联的电感L3b上的端子，其中，电感L3b例如可以被设计成变压器L2上的另一次级线圈，或者被设计成其他变压器(LED电流ILED流过其初级线圈L3a)的次级线圈。

也可以是例如在输出电路(也就是在变压器L2的次级侧，例如在LED上)的另一点上的其他耦合点。

然而，电容器C3与LED电流ILED的耦合也可以按照如下方式间接实施：电容器C3耦合在变压器L2的初级侧，例如直接或者通过附加的电感与变压器L2的初级线圈L2p耦合。如已述，也可以是例如在输出电路(尤其是在变压器L2的次级侧，例如在LED上)的另一点上的其他耦合点。

缓冲器元件C1可以由平滑电容器构成。缓冲器元件C1另选地可以由无源填谷电路(Passive Valley Fill Schaltung)构成。

监控电路U1例如可以是集成电路(例如ASIC、微控制器或者DSP)。

如已述，监控电路U1也可以控制开关S1。在这种情况下，监控电路U1一方面可以借助于电流检测器Ip(例如电流分流器)监控流经开关S1的电流，而且还可以附加地监控供电电压Vin的当前幅值。另外，可以根据其他监控来控制开关(S1)，例如根据对电感L2去磁的监控，根据所检测到的LED电压或者根据所检测到的流过LED的电流ILED的幅值。按照优选方式，次级侧上的所有反馈或者监控是按照电势隔离的方式实现的，也就是说通过电势隔离(例如借助于光耦合器或者变压器)将在输出侧(次级侧)上所检测到的信号反馈至监控电路U1。如前已述，开关S1的断开持续时间优选取决于所检测到的流过LED的电流的幅值。

每当通过监控电路U1确定了变压器L2的去磁时，开关S1就可以通过监控电路U1被接通。开关S1的接通也可以通过监控电路U1如此控制，即，仅在变压器L2被去磁的状态下，才实施开关S1的接通。借助于监控电路U1例如借助于对变压器L2(例如借助于附加的次级线圈)或者开关S1上的电压的监控可以确定去磁。

由监控电路U1规定的开关S1接通和/或断开持续时间可以取决于所检测的、流过LED的电流ILED的幅值，其中，在此在输出侧(次级侧)上所检测的信号，尤其是流过LED的电流ILED的反馈是通过电势隔离的方式实施的。也就是优选通过电势隔离将所检测到的信号发送给监控电路U1。但是开关S1的接通和/或断开持续时间优选不降至零或者接近零。在一个简单变形方式中，对流过LED的电流ILED的限制例如可以通过限定接通持续时间来实现。然而电流检测器Ip也可以直接实现在开关S1上(例如在所谓的检测场效应晶体管(SENSE FET)中，其包含集成的电流监控)。

如已述，开关S1的断开持续时间可以取决于所检测的、流过LED的电流ILED的幅值。优选地，对流过LED的电流ILED幅值的检测的反馈是以电势隔离的方式来实施的(也就是说取决于开关S1的断开持续时间的控制回路)。然而例如也可以规定(即固定设定)断开持续时间。

开关S1的断开持续时间例如也可以直接或者间接地取决于变压器L2的去磁电流。

每当确定了电感(L2)的去磁，就可以接通开关S1。

然而也可以总是在电感(L2)已去磁的情况下才实施接通，在去磁的时间点和重新接通之间也可以存在一定的时间段。

监控电路U1例如可以检测缓冲器元件C1上的电压或者说在整流器GR1的(正极)输出端上的电压，或者如果存在退耦部件，也可以检测退耦部件之前的电压，或者检测退耦部件上的电压差(优选通过分别测量退耦部件之前和之后的电压)。在一个简单的变形方式中，借助于分压器测量电压，该分压器量取缓冲器元件C1上或者说在整流器GR1的(正极)输出端上的电压，并且将其降至一电势，该电势可以由监控电路U1分析。

然而监控电路U1也可以如此设计(例如在高电压技术中)，以使其可以直接检测在缓冲器元件C1或者说在整流器GR1的(正极)输出端上的电压。

监控电路U1可以“离散地”构成，然而也可以如已述被设计成集成电路。在采用集成电路作为监控电路U1的情况下，可以将其他功能例如对开关S1的直接控制一起集成到其中。

变压器L2可以在其去磁时给平滑电路供电，该平滑电路由整流器D2和电容器C2构成。然而在一个简单变形方式中，LED作为平滑元件也可以承担整流器D2的功能并且部分地或者完全取消其他平滑元件。而且，LED也可以直接反向并联连接在变压器L2的次级侧L2s上，其中，变压器L2例如可以通过应用次级侧L2s上的中间分接头获得两个极性相反的电压，这两个极性相反的电压在时间上先后向次级侧供电。因而得到具有交变幅值的次级侧电流，该次级侧电流可以用于给初级线圈L3a供电，因而也可以给反馈电路供电。一个示例可以是直接通过LED电流ILED给反馈电路供电。

也可以设置次级侧变换器电路，其调节或者控制流过LED的电流。另外的这个变换器电路也可以设置在平滑电路D2、C2之后并且具有附加的开关，该开关时钟控制附加的次级侧扼流圈(也就是另一个电感)。通过该附加的次级侧扼流圈的充电和放电可以给LED输送能量。

反馈电路的耦合点也可以与附加的次级侧扼流圈关联。电容器C3与LED电流ILED的耦合例如可以通过第二变压器如此实施，即，附加的次级侧扼流圈同时起初级线圈L3a的作用并且与次级线圈L3b耦合。

也可以设置与附加的次级侧扼流圈串联的初级线圈L3a，其与次级线圈L3b耦合并且用于给反馈电路供电。

当开关接通时，电感L2被磁化，而当开关S1断开时，电感L2被去磁，并且至少在去磁阶段，通过电感L2直接或者间接地给LED供电。

也就是，驱动电路可以通过开关S1的高频时钟控制将能量经由变压器L2输送至LED。开关S1例如可以是场效应晶体管，例如MOSFET或者双极性晶体管。

与初级线圈L2p磁耦合的次级线圈L2s优选与具有整流器D2和电容器C2的平滑电路相连接，LED可以连接在该平滑电路上。在变压器的次级线圈L2s上的整流器(D2)可以由二极管D2或者也可由全波整流器构成。

电感L2可以在其去磁时给平滑电路供电，该平滑电路例如可以是电容器C2或者LC滤波器(电容器C2-电感L3)或者CLC滤波器(电容器C2-电感L3-电容器C3)。

具有平滑电路的次级侧优选如此设计，即，能够给LED输送恒定电流。

单向退耦部件D1可以由二极管构成。

可选的是，在整流器GR和单向退耦部件D1之间的节点之间可以设置附加的二极管，优选是快速二极管，其中，在此可以附加地在整流器GR的输出端上设置电容器。也可以在整流器GR与单向退耦部件D1和电容器C3的节点之间设置电感作为辅助扼流圈。在此辅助扼流圈可以在整流器GR的电流流向驱动电路时暂时存储能量，并且在去磁阶段期间再次释放该能量。

根据本发明，也可以利用一个以上的开关来控制变压器L2，原则上可以应用完全不同的开关调节器拓扑，例如独立的正激变换器(Durchfluβwandler)或者独立的半桥变换器。在此，变压器L2的磁化和去磁的过程可以与开关的布置方式有关。

开关调节器当然也可以利用谐振升压例如借助串联或并联谐振电路来驱动，以便将开关元件(例如开关S1)中的开关损耗降至最低。

因而可以构造具有本发明LED驱动电路的照明设备，该照明设备具有底座，用以将该照明设备应用在常见的灯座中。

驱动电路的至少一部分可以集成在该底座中。

该驱动电路可以连接常见的调光器上。该驱动电路可以如此设计，即，通过调光器可以控制缓冲器元件C1上的电压，进而可以控制LED的亮度。通过本发明反馈电路可以实现缓冲器元件C1的均匀充电，其中，通过调节调光器可以预定所输送的能量数量。基于通过反馈电路的均匀充电，供电电压流过调光器的时间越长，缓冲器元件C1上的电压就越高。通过该电压(缓冲器元件C1上的电压)可以由该驱动电路直接或者间接地调节LED的亮度。例如在开关S1“固定”驱动(也就是以固定的频率和通断比工作)的情况下，流过LED的电流ILED直接取决于缓冲器元件C1上的电压。

Claims

1.一种LED驱动电路，其具有供电接口、滤波电路、整流器(GR)、缓冲器元件(C1)和电势隔离的开关调节电路，所述开关调节电路具有至少一个开关(S1)和变压器(L2)，至少一个LED连接在所述变压器的输出端上，其中，在所述整流器和所述缓冲器元件(C1)之间包含单向退耦部件(D1)，

其特征在于，

一电容器(C3)以第一端子与所述整流器(GR)和所述单向退耦部件(D1)之间的节点耦合，并且所述电容器(C3)以其第二端子与LED电流(ILED)或者所述变压器(L2)耦合。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电容器(C3)与LED电流(ILED)的耦合是通过第二变压器实现的，所述LED电流(ILED)流过所述第二变压器的初级线圈(L3a)，并且所述第二变压器的次级线圈(L3b)与所述电容器(C3)耦合。

3.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电容器(C3)与所述变压器(L2)的耦合是通过所述变压器(L2)上的附加的次级线圈实现的。

4.根据权利要求1至3之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述缓冲器元件(C1)由平滑电容器构成。

5.根据权利要求1至4之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述缓冲器元件(C1)由无源填谷电路构成。

6.根据权利要求1至5之一所述的LED驱动电路，其特征在于，每当所述变压器(L2)的去磁被确定时，所述开关(S1)就接通。

7.根据权利要求1至5之一所述的LED驱动电路，其特征在于，总是在所述变压器(L2)已去磁的情况下才实施接通。

8.根据权利要求1至7之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述开关(S1)的接通和/或断开持续时间取决于所检测到的、流过所述LED的电流(ILED)的幅值。

9.根据权利要求1至8之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述变压器(L2)在其去磁时给平滑电路(D2、C2)供电。

10.根据权利要求1至9之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述单向退耦部件(D1)由二极管构成。

11.一种照明设备，其具有根据前述权利要求之一所述的LED驱动电路，所述照明设备具有底座，用以将所述照明设备应用在常见的灯座中。