CN102687590B - 用于固态灯的驱动器 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动固态灯(L)的电子驱动器(100)能够：接收相位切割AC供电电压(PCACV)；从相位切割AC供电电压导出对灯的光输出的期望调光电平进行限定的调光信息；在与如从相位切割AC供电电压导出的期望调光电平对应的调光电平在调光模式中驱动固态灯。出于导出调光信息的目的，驱动器感测它的输入电流。在一个实施例中，驱动器包括：可控灯电流生成器(130)；控制设备(140)，控制灯电流生成器；整流器(110)，整流接收的相位切割AC供电电压；电流感测器(150)，感测整流器的输出电流(Ic)；信号处理器(160)，处理电流感测器输出信号并且生成用于控制设备(140)的输入信号。

Description

用于固态灯的驱动器

技术领域

本发明一般地涉及照明领域。

背景技术

出于例如在居民住宅中照明的目的，长久以来已知使用由市电电路供电的白炽灯；在欧洲，市电电路通常在50Hz输送230VAC。白炽灯的重大问题在于如下事实：它们将可用电能的仅小部分转换成光能：大量能量以热的形式消耗和浪费。因此已经有并且仍然有朝着使用更高效灯(例如气体放电灯、但尤其是固态灯(比如LED))的开发。甚至希望在现有情形中用固态灯取代白炽灯。固态光源(比如LED)需要由电子驱动器驱动，该驱动器接收市电供电电压并且生成输出灯电流。这可以是单独设备，但是已经便利地开发其中集成LED光源和电子驱动器的LED灯单元。具体而言，本发明涉及这样的能够取代现有白炽灯的集成固态灯单元。

白炽灯具有与在由市电电压驱动时的灯电流对应并且与灯发射的某一光量对应的诸如60瓦特、100瓦特等标称额定值。类似地，LED具有与标称灯电流对应的标称额定值。在一些境况中，希望能够减少相同灯发射的光量。出于这一目的，已经开发调光器。对于LED的情况，电子驱动器具有调光功能，在该功能中调节输出灯电流。并且，具体鉴于白炽灯，已经开发基于相位切割来操作的电子市电调光器。由于相位切割调光器众所周知，所以这里将省略其讨论。注意这样的调光器可以实施为壁装调光器，从而灯供电电压将总是为“调光的”供电电压。

图1A是示意地图示了具有壁装市电调光器1的照明设置的一个可能例子的框图，并且图1B是另一例子的相似框图。在两种情况下，调光器1接收AC市电(欧洲：在50Hz的230V)作为输入电压并且输出相位切割AC作为输出电压。用户可以例如通过旋转控制旋钮2来控制调光器1，这将使调光器1改变AC电压被切割处的相位的设置。在图1A的例子中，有连接到调光器输出的市电插座3，并且灯电枢(armature)20被提供有在将插入到市电插座3中的连接器24中终结的电线23。在图1B的设置中，灯电枢20直接连接到调光器输出。在两种情况下，经过电子调光器1向电枢20供电，即它仅接收表示为PCACV的相位切割AC电压。

图2图示了电枢20可以包括灯座21，该灯座用于机械地接收和保持灯泡10的灯脚(lampfoot)12并且用于将灯脚12连接到电枢20的布线22。

图3A是示意地图示了LED灯单元30的框图，该灯单元包括至少一个固态灯31(例如LED光源元件)和LED驱动器32，该驱动器具有用于接收市电电压的供电输入端子33、34并且具有用于向LED光源元件31提供输出LED电流的输出端子35、36。

图3B示意地图示了根据本发明的LED灯单元30的优选物理实施方式，其包括：第一壳部分37，容纳驱动器电子电路32并且被设计用于与电枢的灯座21配合；以及第二壳部分38，容纳一个或者多个LED光源元件。

例如由于调光的白炽灯将由可调光LED灯单元取代，所以如果可调光LED灯单元30将耦合到由这样的市电调光器供电的电枢20则存在复杂性。在这一可调光LED灯单元中，驱动器32现在将在它的供电输入端子33、34接收相位切割市电电压PCACV。该灯驱动器32在如上文说明的那样虽然被设计用于接收全AC电压但应当能够在接收相位切割AC电压PCACV时在调光模式中操作。因而在一方面，电子LED驱动器需要在接收相位切割市电电压作为供电时恰当工作。另一方面，相位切割市电电压包含与用户期望的调光电平相关的相位角形式的调光信息，并且电子LED调光器需要能够使用该信息作为用户控制输入、读取该调光信息并且相应地调节用于LED灯的输出电流。这样的调光器本身已知、被设计成提供调光设施来比如对关联LED调光，即它响应于输入供电电压的相位角为它的关联LED提供适当输出电压或者电流。

发明内容

本发明具体地涉及检测如调光器输出的相位切割AC市电供电电压(该电压是向驱动器的输入供电电压)中的调光信息这样的问题。在现有技术中，这通常通过测量输入供电电压的RMS值来完成。

图4是示意地图示了使用尾沿调光的调光器(假设未连接负载或者连接阻性负载)的输出电压的理想波形的图形。输出电压波形具有从零开始上至某一相位(输出电压在该瞬间骤然削减至零)的正弦曲线的形状，并且输出电压保持为零直至正弦曲线的下一过零点。

图5是图示了壁装调光器的实施方式的一些基本部分的简化框图。壁装调光器能够取代普通市电开关，出于该原因，它们仅具有用于连接到市电线路的一个输入51和用于连接到负载的一个输出59。在输入51与输出59之间装配闭合(导通)或者关断的可控开关52。调光器1还包括用于控制开关52的控制电路53，该控制电路53从输入51和输出59接收它的功率供应。显然当开关52闭合时，在输入51与输出59之间的电压降并且因此向控制电路53的电压供电将为零。另外，硬切换引起EMC噪声。为了减少这样的EMC噪声并且维持向控制电路53的一些供电，容性元件54在输入51与输出59之间与开关52并联连接。这一容性元件54试图维持它的电压。因而调光器1的输出电压并不如图4中所示那样骤然下降至零。

图6A是示出了当调光器被设置在2ms的导通时间(切割相位＝36°)并且连接阻性负载LR时该调光器在50Hz市电电压的情况下的实际输出电压的图形。阻性负载引起容性元件54的相对迅速放电，并且可以容易确定切割相位。电压的RMS值在这一情况下为54V。

图6B是用于阻性负载LR由LED驱动器32替换的情形的相似图形。这样的LED驱动器(通常具有桥整流器输入级)在开关52关断时不提供充分的电流路径并且容性元件54保持它的电荷。难以确定切割相位。电压的RMS值在这一情况下为140V。不仅鉴于RMS值的范围减少而更难以在若干调光电平之间进行区分，而且难以预测RMS值将如何随着切割角变化，而进一步地这一特性可以从一个个别调光器到另一个别调光器变化。

现有技术解决方案目标在于通过在LED驱动器中提供某分泄(bleeder)电路而对容性元件54放电。尽管这一方式在增强切割相位可检测性的意义上起作用，但是缺点在于增加耗散。

本发明的一般目的是消除或者至少减少上述问题。具体而言，本发明目标在于提供一种更准确地检测切割相位而耗散更少的方式。

为了达到这些目的，本发明提出测量驱动器输入电流而不是输入电压。

在从属权利要求中提到更多有利改进。

附图说明

参照附图对一个或者多个优选实施例的下文描述将进一步说明本发明的这些和其它方面、特征和优点，在附图中相同标号指示相同或者相似部分并且在附图中：

图1A是示意地图示了壁装市电调光器的一个可能例子的框图；

图1B是示意地图示了壁装市电调光器的另一可能例子的框图；

图2示意地图示了灯电枢；

图3A示意地图示了LED灯单元；

图3B示意地图示了LED灯单元的优选物理实施方式；

图4是示意地图示了使用尾沿调光的调光器的输出电压的理想波形的图形；

图5是图示了壁装调光器的实施方式的一些基本部分的简化框图；

图6A是示出了调光器在阻性负载的情况下的输出电压的图形；

图6B是示出了调光器在LED驱动器作为负载的情况下的输出电压的图形；

图7是示意地图示了根据本发明的LED驱动器的框图；

图8是示意地图示了驱动器输入级的可能实施例的框图；

图9A和9B示出了根据本发明的驱动器中的波形。

具体实施方式

图7是示意地图示了根据本发明适于测量输入电流而不是输入电压的LED驱动器100的框图。LED驱动器100具有用于从调光器接收相位切割AC市电电压PCAC的输入端子101、102和用于连接到一个或者多个LEDL的输出端子198、199。整流器110具有连接到驱动器输入端子101、102的输入端子111、112并且具有提供整流市电电压RPCAC的输出端子118、119。这一电压用来对缓冲器120充电从而产生充电电流Ic。从缓冲器120向可控灯电流生成电路130供电，并且该电路被设计用于生成适当灯电流I_L。可以例如包括适当编程的微处理器的控制设备140基于在数据输入端子141接收的输入信号控制灯电流生成电路130使得根据某期望输出调光电平生成灯电流I_L。由于适当灯电流生成电路和控制设备的设计和操作本身已知而并非本发明的主题，所以这里将省略对它们的设计和操作的更具体说明。

驱动器100还包括电流检测器150，该检测器被布置用于检测进入驱动器100的输入电流或者充电电流Ic或者在任何情况下代表这些电流之一或者与这些电流成比例的信号。信号整形器电路160从电流检测器150接收输出信号并且向控制设备140的数据输入端子141提供调光请求信号Sdr。注意信号整形器电路160可以与电流检测器150集成或者可以与控制设备140集成。

图8是示意地更具体图示了驱动器100的输入级的可能实施例的框图。整流器110在公知配置中实施为四个二极管的桥电路。驱动器100具有负总线线路104和耦合到正整流器输出端子118的正总线线路103。在该实施例中，电流检测器150与整流器110的输出关联，更具体连接于负总线线路104与负整流器输出端子119之间。电流检测器150实施为与多个二极管152的串联组合并联连接的电阻器151的组件。在该实施例中，两个二极管串联布置，但是可以有可能使用仅一个或者使用三个或者更多。在电流检测器150与负整流器输出端子119之间的节点A构成电流检测器输出。

信号整形器电路160包括第一晶体管Q1，该晶体管的集电极经由第一电阻器R1耦合到正供电电压Vcc、它的基极经由第二电阻器R2耦合到负总线线路104、而它的射极耦合到检测器输出A。信号整形器电路160包括第二晶体管Q2，该晶体管的集电极经由第三电阻器R3耦合到正总线线路103、它的基极经由第四电阻器R4耦合到第一晶体管的集电极、而它的射极耦合到负总线线路104。第五电阻器R5连接到第二晶体管Q2的集电极和射极端子。与该第五电阻器R5并联连接第六电阻器R6和电容器C1的串联布置。在第六电阻器R6与电容器C1之间的节点B构成信号整形器160的输出169从而向控制设备140输出调光请求信号Sdr。

优选的是缓冲器120是产生高功率因子的类型。图8中所示缓冲器120的示例实施例满足该要求。本领域技术人员应当清楚实现该要求的可替代实施例。

操作如下。

在无输入电流时，无二极管152上的电压降，第一晶体管Q1不导通，第二晶体管Q2接收正供电电压Vcc并且导通以对电容器C1放电。

在有输入电流时，有二极管152上的充分电压降以使第一晶体管Q1导通。在第二晶体管Q2的集电极的电压跟随在正总线线路103的瞬时电压，并且该电压用来对电容器C1充电。

因此，电容器C1上的电压取基本上恒定值，该值在具有输入电流的时间段更长时增加而在具有输入电流的时间段更短时减少。向输出169传送电容器C1上的电压。在效果上，R5、R6和C1构成低通滤波器。

图9A是示出了用于图6B的相同情形的在第二晶体管Q2的集电极的电压波形的图形。RMS值在该例子中为100mV。图9B是示出了用于9ms导通时间的情形的相同电压的波形的图形。RMS值在该例子中为1700mV。

注意在上文中讨论的实施例具体适合与如下控制电路配合，所述控制电路已经被开发用于测量和分析从输入电压导出的输入信号的RMS值。然而也有可能的是控制电路实际上对输入信号的切割时间计时。对于这样的情况，脉宽调制方块信号将是足够的，并且可以使用在第一晶体管Q1的集电极的信号而无需使用第二晶体管Q2周围的电路。

概括而言，本发明提供用于驱动固态灯L的电子驱动器100，该驱动器能够：

-接收相位切割AC供电电压PCACV；

-从相位切割AC供电电压导出对灯的光输出的期望调光电平进行限定的调光信息；

-在与如从相位切割AC供电电压导出的期望调光电平对应的调光电平在调光模式中驱动固态灯。

出于导出调光信息的目的，驱动器感测它的输入电流。

在一个实施例中，驱动器包括：

-可控灯电流生成器130；

-控制设备140，控制灯电流生成器；

-整流器110，整流接收的相位切割AC供电电压；

-电流感测器150，感测整流器的输出电流Ic；

-信号处理器160，处理电流感测器输出信号并且生成用于控制设备140的输入信号。

尽管已经在附图和前文描述中具体图示和描述本发明，但是本领域技术人员应当清楚这样的图示和描述将视为示例或者举例而非限制。本发明并不限于公开的实施例；实际上，若干变化和修改在如在所附权利要求中限定的本发明保护范围内是可能的。例如可调光驱动器可以与灯电枢关联。

本领域技术人员可以在实现要求保护的本发明时根据对附图、公开内容和所附权利要求的研读来理解和实现对公开的实施例的其它变化。在权利要求中，用语“包括”未排除其它单元或者步骤，并且不定冠词“一个/一种”未排除多个/多种。单个处理器或者其它单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实并未指示不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何标号不应解释为限制范围。

在上文中，已经参照框图说明本发明，这些框图图示了根据本发明的设备的功能块。将理解可以用硬件实施这些功能块中的一个或者多个功能块，其中这样的功能块的功能由个别硬件部件执行，但是也有可能的是用软件实施这些功能块中的一个或者多个功能块，从而这样的功能块的功能由计算机程序或者诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器等可编程设备的一个或者多个程序行执行。

Claims (10)

1.一种用于驱动固态灯（L）的电子驱动器（100），所述驱动器包括：

-输入，用于接收相位切割AC供电电压（PCACV）；

-处理装置（150，160），用于从所述相位切割AC供电电压（PCACV）导出对所述灯（L）的光输出的期望调光电平进行限定的调光信息；

-驱动装置（130，140），用于在与从所述相位切割AC供电电压（PCACV）导出的所述期望调光电平对应的调光电平在调光模式中驱动所述固态灯（L）；

其中出于导出所述调光信息的目的，所述处理装置包括用于感测所述驱动器的输入电流的电流感测器（150）。

2.根据权利要求1所述的电子驱动器，包括：

-可控灯电流生成器（130），用于生成灯电流（I_L）；

-能量缓冲器（120），用于向灯电流生成器（130）提供电源电压；

-控制设备（140），具有用于接收调光请求信号（Sdr）的数据输入（141）并且设计成根据所述调光请求信号（Sdr）控制所述灯电流生成器（130）以生成调光的灯电流；

-整流器（110），用于将所接收的相位切割AC供电电压（PCACV）转换成整流的相位切割AC供电电压（RPCAC），所述整流器（110）具有用于接收所述相位切割AC供电电压（PCACV）的输入端子（111，112）以及具有输出端子（118，119），所述输出端子耦合到所述缓冲器（120）以向所述缓冲器（120）提供整流的相位切割AC供电电压（RPCAC）从而通过充电电流（Ic）对所述缓冲器（120）充电；

-电流感测器（150），布置用于感测所述整流器（110）的所述输出充电电流（Ic）；

-信号处理器（160），布置用于处理所述电流感测器输出信号并且用于生成用于所述控制设备（140）的所述调光请求信号（Sdr）。

3.根据权利要求2所述的电子驱动器，其中所述电流感测器（150）包括与所述整流器（110）的输出端子（119）串联布置的一个二极管或者两个或者更多二极管（152）的串联布置。

4.根据权利要求3所述的电子驱动器，其中所述电流感测器（150）还包括与所述一个或者多个二极管（152）并联布置的电阻器（151）。

5.根据权利要求2所述的电子驱动器，其中所述信号处理器（160）被设计成生成所述调光请求信号（Sdr）为与所述电流感测器输出信号的平均值成比例的信号。

6.根据权利要求5所述的电子驱动器，其中所述信号处理器（160）包括：

第一晶体管（Q2），它的射极端子耦合到所述驱动器的一个电压总线（104），它的集电极端子经过第一电阻器（R3）耦合到所述驱动器的另一电压总线（103），而它的基极端子经过分压器（R1，R4）耦合到参考电源（Vcc）；

低通滤波器（R5，R6，C1），它的输入耦合到所述第一晶体管（Q2）的所述集电极端子，而它的输出耦合到所述信号处理器（160）的信号输出（169）；

第二晶体管（Q1），它的集电极端子耦合到所述分压器（R1，R4）的节点，它的基极端子经过第二电阻器（R2）耦合到所述驱动器的电压总线（104），而它的射极端子耦合到所述电流感测器（150）的输出（A）。

7.根据权利要求2所述的电子驱动器，其中所述能量缓冲器（120）包括至少一个电容器。

8.一种灯单元（30），包括至少一个固态灯（31）和至少一个根据权利要求1-7中任一项所述的用于驱动所述至少一个固态灯的电子驱动器（32；100）。

9.一种用于接收至少一个固态灯（31）的电枢（20），所述电枢包括至少一个根据权利要求1-7中任一项所述的用于驱动所述至少一个固态灯的电子驱动器（32；100）。

10.一种用于驱动固态灯（L）的方法，该方法包括以下步骤：

-接收相位切割AC供电电压（PCACV）并且从所述供电电压接收输入电流；

-从所述相位切割AC供电电压（PCACV）导出对所述灯（L）的光输出的期望调光电平进行限定的调光信息；

-在与从所述相位切割AC供电电压（PCACV）导出的所述期望调光电平对应的调光电平在调光模式中驱动所述固态灯（L）；

其中出于导出所述调光信息的目的，感测所述输入电流。