CN102450100A

CN102450100A - Led驱动电路

Info

Publication number: CN102450100A
Application number: CN2010800243677A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·齐默尔曼; 爱德华多·佩雷拉
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: CN102450100B; EP2425681B1; EP2425681A1; WO2010112238A1

Abstract

一种LED驱动电路，其具有供电接口、整流器、滤波电路、缓冲器元件、电感和开关，其中，当所述开关接通时，所述电感被磁化，当所述开关断开时，所述电感被去磁，并且至少在去磁阶段期间，通过所述电感给所述LED供电，其中，在所述整流器和所述缓冲器元件之间包含电流探测器，其中，在所述整流器的输出端上设有桥接电路，当电流探测器允许电流流过时，所述桥接电路被禁用。

Description

LED驱动电路

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的LED驱动电路，本发明还涉及一种根据权利要求19的前序部分的控制LED的方法。

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。对于这种照明，可以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者亮度发生变化。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光闪烁，甚至这些调光器不能正常工作。

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的特征性特征用于这种类型的装置。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(有机或者无机发光二极管)的装置的本发明解决方案基于这样的思想，即，一种LED驱动电路，其具有供电接口、整流器、滤波电路、电感和开关。所述电感具有初级线圈和与初级线圈耦合的次级线圈。

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。

所述开关的断开持续时间可以取决于所检测到的流过所述LED的电流的幅值。附加地或者另选地，所述开关的断开持续时间也可以取决于去磁电流(Entmagnetisierungsstrom)。

设有桥接电路，其通过整流器与供电接口相连，并且当电流经由所述整流器流向所述电感和所述开关或者流向所述缓冲器元件时，所述桥接电路被禁用。

每当电流流向LED驱动电路时，就禁用桥接电路。当电流经由整流器流经电感和开关或者流向缓冲器元件时，电流就总是流向LED驱动电路。退耦部件或者电流监控部件可以充当电流探测器。

“通过它，桥接电路与供电接口相连的整流器”可以与“通过它，电流流向电感和开关或者缓冲器元件的整流器”是同一个整流器，或者可以设置与该第一整流器并联的另一整流器。

本发明解决方案还涉及具有根据本发明驱动电路的LED照明设备，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。

本发明还涉及一种控制LED的方法，其中，通过驱动电路控制LED，所述驱动电路从供电接口出发，经由滤波电路(L1)和整流器(GR1)被供电，并且所述驱动电路具有缓冲器元件、电感(L2)和开关(S1)，其中，在所述整流器(GR1)的输出端上设有桥接电路(R40、Q4)，当电流经由所述整流器(GR1)流向所述驱动电路时，所述桥接电路被禁用。

以这种方法可以通过具有发光二极管的照明设备实现非常均匀一致的面照明，其中能够以简单方式调节发光二极管的亮度。

附图说明

下面应该结合附图进一步描述本发明。图中：

图1示出驱动LED的本发明装置的基本构造方式；

图2示出本发明装置的一个实施方式；

图3示出本发明装置的另一个实施方式；

图4示出本发明装置的另一个实施方式。

具体实施方式

以下结合图1的具有LED驱动电路的实施例来说明用于驱动LED的基本电路，该基本电路是本发明的基础。

LED驱动电路具有供电接口、滤波电路(L1)、整流器(GR1)、电感(L2)以及开关(S1)。缓冲器元件(C1)位于整流器(GR1)之后，该缓冲器元件优选仅用于滤除高频电压变化，而不对整流器(GR1)输出端的电压实施明显的平滑作用。缓冲器元件(C1)例如是电容器，优选是滤波电容器。电感(L2)优选具有初级线圈(L2p)和与该初级线圈耦合的次级线圈(L2s)。

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)给LED输送电流。

每当流过开关S1的电流达到了预定阈值，那么就断开开关S1。流过开关S1的电流可以借助于电流检测器Ip(例如电流分流器)来检测。

然而电流检测器Ip也可以直接实现在开关S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。尤其是开关S1的接通持续时间没有时间上的限制，开关S1的接通时间可以是无限的。

开关S1的断开持续时间可以取决于所检测到的流过LED的电流的幅值。优选地，流过LED的电流的幅值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(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去磁电流(Entmagnetisierungsstrom)。每当电感(L2)的去磁被确定时，就可以接通开关S1。然而也可以总是在电感(L2)被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。

该驱动电路可以连接在常见的调光器上，并且开关S1可以在调光器截止期间被接通，以便引导剩余电流通过电感和开关S1并且因此加载调光器。流过开关S1的剩余电流优选通过预定阈值来限定，以避免开关S1过载。电感(L2)可以是变压器(L2p、L2s)，该变压器充当电势隔离环节。

驱动电路也可以通过开关(S1)的高频时钟控制将能量经由电感(L2)传递至照明设备(LED)。开关(S1)例如可以是场效应晶体管，例如MOSFET或者双极型晶体管。

可以通过监控电路U1来监控供电电压Vin的当前幅值。监控电路U1例如可以是集成电路(例如ASIC、微控制器或者DSP)。监控电路U1可以取决于对供电电压Vin当前幅值的监控来规定用于断开开关S1的阈值。

如前已述，该阈值优选基于对供电电压Vin当前幅值的监控来规定。例如可以仅规定两个值作为阈值，其中，在供电电压Vin低于特定值的情况下规定下限阈值，而在供电电压Vin超出特定值的情况下规定上限阈值。然而也可以按照表格方式存储多个阈值，并且根据针对供电电压Vin各种电压范围的表格规定来规定这些阈值。

监控电路U1例如可以通过缓冲器元件C1或者说在整流器GR1的(正极)输出端上检测，或者如果存在退耦部件，也在退耦部件之前进行检测，或者检测退耦部件上的电压差(优选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，该分压器在缓冲器元件C1上或者说在整流器GR1的(正极)输出端上量取电压，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电流，而且还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。

所规定的阈值可以取决于供电电压的当前幅值。在一个简单变形方式中，例如在供电电压超过一定值时，可以提高阈值。

与初级线圈L2p磁耦合的次级线圈L2s与整流器(D2)和平滑电路(C2)相连接，LED可以连接在该平滑电路(C2)上。该变压器次级线圈L2s上的整流器(D2)可以通过二极管D2或者也可以通过全波整流器构成。

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(C2)的次级侧优选如此设计，即，能够给LED输送恒定电流。

具有监控电路U1的驱动电路也可以如此设计，即，当照明设备(LED)未工作或者仅被供给大大低于额定供电电压Vin的供电电压Vin时，开关(S1)仍保持接通，并且始终仅当流过开关(S1)的电流达到了预定阈值时，开关(S1)才断开。例如通过保持电路，只要开关(S1)不通过相应的主动控制断开，就可以将该开关保持在接通状态。例如可以通过该保持电路的被桥接或者通过降低开关(S1)控制接口的控制电平(Ansteuerpegel)就可以进行主动控制，以断开(关断)开关(S1)。

保持电路也可以如此设计，即，只要驱动电路输入端上存在微弱的电压，那么在驱动电路自身还未起动期间，该保持电路就已经将开关(S1)保持在接通状态。

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

以下结合图2、图3和图4所示的具有LED驱动电路的实施例来说明本发明。

该驱动电路从基本电路出发与图1所示驱动电路基本一致，并且如在图1中说明的那样具有供电接口，在该供电接口之后是整流器GR1和滤波电路L1以及缓冲器元件。随后是电感L2和开关S1。当开关S1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给LED输送电流。

驱动电路可以被构造为升压电路或者反激电路。这种反激电路或者升压电路优选是以电势隔离的方式实现的，也就是说，驱动电路的时钟控制的电感L2具有次级线圈L2s，该次级线圈L2s与电感L2的初级线圈L2p磁耦合。

优选为单向退耦部件的电流探测器包含在整流器GR1和缓冲器元件C1之间。

根据图2和图3的示例，作为电流探测器的退耦部件可以通过二极管D1构成。然而全波整流器DV1也可以充当退耦部件。借助于电流探测器可以监控经由整流器(GR1)流向电感(L2)和开关(S1)和/或缓冲器(滤波电容器)(C1)的电流。

在整流器GR1的输出端上设有桥接电路(R40、Q4)，当电流探测器(例如退耦部件)允许电流流过时，该桥接电路(R40、Q4)被禁用。

每当电流流向LED驱动电路时，该桥接电路(R40、Q4)才激活。总是在电流经由整流器GR1流经电感L2和开关S1或者流向缓冲器元件时，电流才流向LED驱动电路。因而退耦部件充当电流探测器。

一旦电流经由整流器GR1流经电感L2和开关S1或者流向缓冲器元件，那么在退耦部件上就会出现电压，该电压仅略微高于缓冲器元件上的电压(也就是退耦部件之后的电压)。退耦部件上的电压可以被监控。基于该监控可以通过监控电路U1完成。监控电路U1例如可以是集成电路。

监控电路U1可以根据对作为电流探测器的退耦部件的监控来激活或者禁用桥接电路(R40、Q4)。

监控电路U1例如可以仅检测退耦部件之前的电压或者退耦部件上的电压差(优选分别检测退耦部件之前和之后的电压)。

监控电路U1也可以控制开关S1。

作为电流探测器的退耦部件可以由二极管D1构成。然而全波整流器DV1也可以充当退耦部件。借助于电流探测器可以监控经由整流器(GR1)流向电感(L2)和开关(S1)和/或滤波电容器(C1)的电流。

该驱动电路可以连接在常见的调光器上，并且桥接电路(R40、Q4)可以在调光器截止期间被接通，以便引导剩余电流通过桥接电路(R40、Q4)以及电感12和开关S1并且因此加载调光器。

缓冲器元件例如可以由填谷电路(图3)或者也可由滤波电容器(平滑电容器)C1(图2)构成。

每当电感L2的去磁被确定时，就可以接通开关S1。然而也可以总是在电感L2被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。

开关S1例如可以通过用于功率因数校正的集成开关电路来控制。监控电路U1可以包含用于功率因数校正的控制电路。

电感L2可以是变压器L2p、L2s，其充当电势隔离环节。在此，变压器的初级线圈L2p与开关S1串联。与初级线圈L2p磁耦合的次级线圈L2s与整流器(D2)和平滑电路(C2)相连，LED可以连接在该平滑电路(C2)上。在变压器次级线圈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。

开关S1的接通和/或断开持续时间可以取决于所检测的流过LED的电流的幅值。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的电流的限制例如可以通过限定接通持续时间来实现。

电感L2在其去磁时可以向平滑电路(C2)供电，该平滑电路(C2)例如可以是电容器C2或者LC或者CLC滤波器。

桥接电路(R40、Q4)可以通过电阻器R40与开关Q4串联来构成。

然而，桥接电路也可以作为桥接电路具有电流源(恒流源)。图4示出电流源(恒流源)的一个示例。

图4仅示出用于照明设备的本发明驱动电路的一部分。

在此，电流探测器由电流监控部件R34构成。取决于流过电流监控部件R34的电流，监控电路U1(其由晶体管Q5和电阻器R30构成，电阻器R30与内部电源Vcc相连)可以激活或者禁用桥接电路。一旦确定有足够的电流流过电流探测器(也就是电流监控部件R34)，就禁用桥接电路。流过电流监控部件R34(电流探测器)的电流是这样的电流，所述电流经由整流器(GR1)流向电感(L2)和开关(S1)或者流向缓冲器元件。

在根据图4的示例中，监控电路U1分离地构成的，然而它也可以与图2和图3的示例一样被设计成集成电路。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的控制集成到该电路之中。

根据图4，桥接电路由电流源(恒流源)构成。

电流源(恒流源)具体由晶体管Q4和Q6以及电阻器R40、R27和R29构成。

如图4所示，桥接电路可以通过全波整流器D3通过滤波电路L2与供电接口相连(与整流器GR1并联)。

“通过它，桥接电路(R40、Q4)与供电接口相连的整流器”可以与“通过它，电流流向电感和开关或者缓冲器元件的整流器”是同一个整流器(也就是图2和图3的整流器GR1)，或者可以设置与该第一整流器GR1并联(参见图4)的另一整流器D3。

因而一种用于控制LED的方法就是可行的，其中，该LED通过驱动电路来控制，并且该驱动电路由供电接口经由滤波电路(L1)和整流器(GR2)来供电，并且该驱动电路具有缓冲器元件、电感(L2)和开关(S1)，并且其中，当电流经由整流器(GR1)流向驱动电路时，设置在整流器(GR1)输出端上的桥接电路(R40、Q4)被禁用。

因而可以构造具有本发明驱动电路的LED照明设备，该照明设备具有底座，用以将照明设备应用在常见的灯座中。图1的实施方式也可以与图2至图4的实施方式组合。

一方面只要流过开关S1的电流未达到预定阈值，开关S1就可以总是保持接通；附加地可以存在可激活的桥接电路(R40、Q4)，仅当检测到有足够的电流流过电流探测器，才激活该桥接电路(R40、Q4)。以这种方式构成电流可以流经的两条电流路径，并且因而可以如此设置该桥接电路(R40、Q4)，即，该桥接电路(R40、Q4)在其激活时(与没有通过开关(S1)的第二电流路径的解决方案相比)仅产生较小的附加损耗。

也可以构造一种用于照明设备优选为LED的驱动电路，其具有供电接口、整流器GR1和滤波电路、缓冲器元件(C1)、电感L2和开关S1，其中，通过开关S1的高频时钟控制可以将能量通过电感发送至照明设备，并且在整流器GR1的输出端上可以如此布置桥接电路(R40、Q4)，以便当照明设备(LED)不工作时，该桥接电路(R40、Q4)是激活的。这种情况例如是没有电源电压或者仅存在大大低于电源电压的微弱电压。桥接电路(R40、Q4)可以如此设计，即，仅当照明设备(LED)工作时，才禁用该桥接电路(R40、Q4)。桥接电路(R40、Q4)例如可以如此连接，即，只要在桥接电路(R40、Q4)上存在电压，则无需起动(激活)桥接电路(R40、Q4)就实现电流流过该桥接电路(R40、Q4)。

桥接电路(R40、Q4)例如也可以如此设计，即，只要在驱动电路输入端上出现了微弱的电压，那么在驱动电路自身还未起动期间就已经将开关(S1)保持在接通状态。

以这种方式也可以获得相对于所谓的电路断路器(Netzfreischalter)的较高兼容性。电路断路器识别没有接通负载(即，只有很小电流流过负载)的情况，并针对这种情况将相应电路与电网分离。为了识别负载(也就是用电器)的再次接通，电路断路器通常利用例如20V的低电平电压来接通。假如桥接电路(R40、Q4)处于激活状态(这是因为照明设备已经断开了)，该桥接电路在照明设备接通时表现为负载，该负载足以将电路断路器接通至电网供电。

附加的是，在照明设备运行期间，桥接电路(R40、Q4)可以仅在确定了电流流过电流探测器的阶段期间被禁用。

桥接电路(R40、Q4)优选具有开关元件例如晶体管(Q4)，晶体管可以被控制因而可以禁用桥接电路(R40、Q4)。通过监控电路U1可以实施桥接电路(R40、Q4)的禁用。照明设备(LED)的工作可以理解为，用于控制LED和向其供应能量的驱动电路未工作。

然而在这种情况下可以存在微弱的供电电压Vin，该供电电压Vin不足以起动向LED供电的驱动电路，尤其是在这种状态下不会发生通过驱动电路的开关(S1)的高频时钟控制。(其中，通过驱动电路可以接通开关(S1)，然而在开关(S1)的接通和断开之间不发生快速(高频)切换。)然而存在的供电电压Vin足以激活驱动电路的某些部分，例如桥接电路或者保持电路。

然而照明设备例如也可以是气体放电灯。

因而根据本发明可以构造具有本发明驱动电路的LED照明设备，该照明设备具有底座，用以将照明设备应用在常见的灯座中。

Claims

1.一种LED驱动电路，其具有供电接口、整流器(GR1)和滤波电路(L1)、缓冲器元件、开关(S1)和电感(L2)，所述电感具有初级线圈(L2p)和与所述初级线圈耦合的次级线圈(L2s)，

其中，当所述开关(S1)接通时，所述电感(L2)被磁化，并且当所述开关(S1)断开时，所述电感(L2)被去磁，并且至少在去磁阶段通过所述电感(L2)给所述LED供电，

其特征在于，在所述整流器(GR1)的输出端上设有桥接电路(R40、Q4)，所述桥接电路在电流经由所述整流器(GR1)流向所述电感(L2)和所述开关(S1)或者流向所述缓冲器元件之时是被禁用的。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于，在所述整流器(GR1)和所述缓冲器元件(C1)之间包含电流探测器，并且借助于所述电流探测器能够监控经由所述整流器(GR1)流向所述电感(L2)和所述开关(S1)和/或所述缓冲器元件(C1)的电流。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电流探测器由退耦部件(D1)尤其由二极管构成。

4.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电流探测器由电流监控部件(R34)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，所述驱动电路能够连接在常见的调光器上，并且所述桥接电路(R40、Q4)在所述调光器截止期间是激活的，以便引导电流通过所述桥接电路(R40、Q4)并且因此加载所述调光器。

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，所述缓冲器元件由滤波电容器(C1)构成。

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，所述缓冲器元件由填谷电路构成。

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，每当所述电感(L2)的去磁被确定时，所述开关(S1)就接通。

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，总是在所述电感(L2)被去磁的情况下才实施所述开关(S1)的接通。

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，所述电感(L2)充当电势隔离的部件。

11.根据权利要求1至10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的电流的幅值。

12.根据权利要求1至11之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述电感(L2)在其去磁时给平滑电路(C2)供电。

13.根据权利要求1至12之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述桥接电路(R40、Q4)是由电阻器(R40)与开关(Q4)串联构成的。

14.根据权利要求1至13之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述桥接电路(R40、Q4)具有电流源。

15.根据权利要求3或权利要求5至14之一所述的LED驱动电路，其特征在于，所述退耦部件由二极管(D1)构成。

16.一种LED照明设备，其具有根据前述权利要求之一所述的驱动电路，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。

17.一种驱动电路，其用于照明设备、优选用于LED，所述驱动电路具有供电接口、整流器(GR1)、滤波电路(L1)、缓冲器元件、电感(L2)以及开关(S1)，

其中，通过所述开关(S1)的高频时钟控制将能量经由所述电感(L2)传递至所述照明设备(LED)，

其特征在于，在所述整流器(GR1)的输出端上设有桥接电路(R40、Q4)，当所述照明设备(LED)不工作时，所述桥接电路被激活。

18.一种LED照明设备，其具有根据权利要求17所述的驱动电路，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。

19.一种控制LED的方法，其中，所述LED是通过驱动电路控制的，

其中，所述驱动电路从供电接口开始，经由滤波电路(L1)和整流器(GR2)被供电，

并且所述驱动电路具有缓冲器元件、电感(L2)和开关(S1)，

其特征在于，

在所述整流器(GR1)的输出端上设有桥接电路(R40、Q4)，当电流经由所述整流器(GR1)流向所述驱动电路时，所述桥接电路被禁用。