CN102884864A - 运行发光单元的电路和方法以及带有这种电路的灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于控制发光单元（120）的电路，其包括能通过参考电压源（D1）加偏压的电流镜（T1，T2）；包括与电流镜（T1，T2）的输出端相连接的磁滞电路（130）；包括带有电子开关（T3）的降压变换器（T3，D2，L1），其中，该电子开关（T3）与磁滞电路（130）的输出端相连接；其中，能通过降压变换器（T3）来控制发光单元（120）。另外，提供了一种运行该电路的方法，以及一种带有这种电路的灯具。

Description

运行发光单元的电路和方法以及带有这种电路的灯具

技术领域

本发明涉及的是运行发光单元的电路和方法以及带有这种电路的灯具。

背景技术

半导体发光元件，尤其是发光二极管（LED）也越来越多地应用在普通照明中。为了运行这种发光元件，需要一种简单、费用低廉并且有效的供电电路。

WO 2009/089912展现出了一种在所谓的“Continuous”（持续）模式中运行的降压变换器（Tiefsetzer）或降压型转换器（Tiefsetzsteller），也就是说，转换器的主要储能元件（电感）在每个开关周期中并不完全地消磁。流经负载（发光二极管）的电流也在没有额外的能量存储器（电容器）的情况下在大于零的最大值和最小值之间变化。这种方案的缺陷在于，在两个使用着的分流电阻上，电压总共将下降了大约0.6V。这降低了电路的效率。

发明内容

本发明的目的在于，避免上述缺陷并且尤其提供一种用于运行至少一个半导体发光元件的改进电路。

根据独立权利要求的特征来实现该目的。本发明的改进设计形式由从属权利要求给出。

为了实现该目的，提出了一种用于控制发光单元的电路，

-包括电流镜，能通过参考电源对该电流镜加偏压；

-包括磁滞电路，该磁滞电路与电流镜的输出端相连接；

-包括带有电子开关的降压变换器，其中，该电子开关与磁滞

电路的输出端相连接；

-其中，能通过降压变换器来控制发光单元。

电子开关例如是晶体管，尤其是场效应晶体管或Mosfet。

借助该电子开关可调节从电源至发光单元的电流。尤其可以在持续的模式下运行降压变换器。

所建议的方法具有以下优点，即，能够有效地使用存储在电池中的电能并且尽可能长时间地确保发光单元的几乎均匀的亮度。

一种改进设计形式在于，电流镜在输入侧通过第一电流测量电阻与电源电压相连接，并且在输出侧通过第二电流测量电阻与电源电压相连接。

电流测量电阻的大小优选地较小，例如，小于10hm，从而仅少量电压在该电流测量电阻处下降。

另一种改进设计形式在于，能借助第一电流测量电阻和第二电流测量电阻调节降压变换器的电子开关的开关门限。

尤其有一种改进设计形式在于，电流镜具有两个双极晶体管，其中，这两个双极晶体管通过其基极接头彼此相连。

还有一种改进设计形式在于，

-电流镜的一个双极晶体管布置在基极电路中，其中，能由电流测量电阻探测到的电流可与这一个双极晶体管的发射极连接，

-能通过基极电势，也能通过发射极电势来控制电流镜的另一个双极晶体管，其中，这另一个双极晶体管通过其集电极与磁滞电路相连接。

另外一种改进设计形式在于，发光单元包括至少一个半导体发光元件。

还有一种改进设计形式在于，电路包括用于运行发光单元的电源。

该电源可以包括至少一个（可反复充电的）电池。

在一个额外的改进设计形式的范围中，参考电压源提供了能由电源产生的参考电压。

下一个改进设计形式在于，设置二极管、齐纳二极管、或带隙参考来调节参考电压。

一种构造形式在于，电流镜具有两个pnp-晶体管。

一种可选的实施方式在于，磁滞电路包括至少一个施密特触发器（Schmitt-Trigger）。

下一种构造形式在于，磁滞电路包括至少一个缓冲器。

该缓冲器优选地是用于开关降压变换器的电子开关的功率缓冲器。

上面所述的目的也通过用于运行在此所述的电路的方法来实现。

另外，借助包括了在此所述的电路的灯具来实现上述目的。

该灯具是手电筒或口袋灯。

附图说明

下面借助附图示出和阐述本发明的实施例。

其中：

图1是借助电源，例如电池，通过磁滞电路以及降压变换器来运行至少一个半导体发光元件的电路；

具体实施方式

图1示出了借助电源，例如提供电源电压V1的电池110，来运行至少一个半导体发光元件120的电路。

电池110的正极与节点101相连接，而电池110的负极与节点102相连接。二极管D1的阴极与节点101相连接，而二极管D1的阳极与节点104相连接。在节点104和102之间布置有电阻R2。与二极管D1并联地布置有电容器C1。节点104通过电阻R3与节点105相连接。pnp-晶体管T1的基极和集电极以及pnp-晶体管T2的基极与节点105相连接。晶体管T1的发射极通过电阻R6与节点106相连接。在节点101和节点106之间布置有电阻R5。二极管D2的阴极与节点106相连接，而二极管D2的阳极与n-沟道Mosfet T3的漏极接头相连接。Mosfet T3的源极接头与节点102相连接。

晶体管T2的发射极通过电阻R1与节点101相连接。另外，晶体管T2的发射极与半导体发光元件120的阳极相连接。半导体发光元件120的阴极通过线圈L1与Mosfet T3的漏极接头相连接。

晶体管T2的集电极与节点103相连接，并且节点103通过电阻R4与节点102相连接。另外，节点103通过磁滞电路130与MOSFET的栅极接头相连接。

磁滞电路130可以涉及，例如施密特触发器（Schmitt-Trigger）或类似的部件。例如，通过CMOS-电路40106的两个施密特触发器的串联电路来实现该磁滞电路。

二极管D1被设计成齐纳二极管（Zener-Diode），而二极管D2被设计成肖特基二极管（Schottky-Diode）。

可以如下地选择图1中所示的部件或确定其大小：R1=0.91Ω；R2=330Ω；R3=2.2kΩ；R4=3.3kΩ；R5=0.75Ω；R6=220Ω；C1=100nF；L1=150μH；T1=T2=SMBT3906；T3=NDS351AN；D1=BZV55C4V3；D2=SS14。

电源110可以是至少一个电池或至少一个蓄电池。所示的电路可以被使用在灯具，例如手电筒、口袋灯或类似物中。电源的电源电压V1大于半导体发光元件120的工作电压。包括了电子开关T3，二极管D2和线圈L1的降压变换器能够使电源（电池）110所提供的电源电压V1与半导体发光元件120的工作电压相符合。

根据图1的电路的作用方式：

晶体管T1和T2被布置成电流镜。通过齐纳二极管D1利用参考电压来向该电流镜加偏压。带有施密特触发器特性的缓冲器（参看磁滞电路130）后接于该电流镜。

图1中所示的电路在所谓的连续的模式下明显将用于接通和关断降压变换器的主开关（Mosfet T3）的开关门限降低了0.6V（例如，降低到0.2V）并且由此减小了在两个电路测量电阻R1和R5中的损耗。

可以通过后接的、包括有（集成的）缓冲器的磁滞电路130来运行作为主开关的Mosfet T3，并且分别根据需要来实现相对较大的工作电压范围（例如，从3V至18V；磁滞电路130例如依照C-MOS结构类型被设计）或为了在高频（例如，高于100kHz，磁滞电路130在此情况下被实施成了高速C-MOS-缓冲器（High-Speed-C-MOS-Puffer））下运行而实现电路的微型化。

通过自由选择参考电压，电流的调节特性曲线可以通过（至少一个）半导体发光元件120作为参考电压的函数在大范围内进行调节。

节点105上的电势在很大程度上由齐纳二极管（Zenerdiode）D1（例如，击穿电压大小为4.3V）来决定。相应地要对晶体管加偏压。

假如晶体管T2是导通的，那么电流将流经电阻R4。在节点103上的电压约为电源电压V1。由此，电源电压V1（通过磁滞电路130的施密特触发器）也存在于Mosfet T3上并且Mosfet T3导通。在Mosfet T3导通的情况下，电流开始流经Mosfet T3的源极-漏极-路径、线圈L1、半导体发光元件120以及电阻R1。这与近似三角形的电流信号的上升沿相符。

电流一直流至晶体管T2的发射极，也就是说，晶体管T2逐渐截至；在电阻R4处的电压下降，由此使得节点103处的电压以及因此在磁滞电路130处的电压也下降。一旦到达或低于磁滞电路130的下开关门限，磁滞电路130将被转接并且关断Mosfet T3。近似三角形的电流信号的下降沿自此开始。

在续流阶段（也就是在关断Mosfet T3的情况下）中，线圈L1存储的能量通过二极管D2输出。电流流经电阻R5并且使得晶体管T1的发射极处的电势相对于地电位（在此：节点102上的电势）而下降。晶体管T2的基极上的电势下降并且晶体管T2开始导通。晶体管T2的发射极上的（正）电势将逐渐更高。如果电阻R4上的电压达到了磁滞电路130的正开关门限，那么Mosfet T3将重新导通。

在此应该注意，设置电阻R5的目的在于能够重新导通晶体管T2。可通过电阻R1，R5和R6与磁滞电路120的开关门限相关联地调节最小和最大的电流极限。

其他优点：

所设想的方法能够实现一种在两个电阻R1和R5中具有小损耗的电路。

通过这种电路可以在最小压降的情况下，也就是直至电池电压非常小时仍实现半导体发光元件的非常良好的电流稳定性。由此通过尽可能长时间地保障半导体发光元件的几乎不变的亮度来有效地使用电池。

该电路能够通过利用磁滞电路130的脉冲整形（Impulsformung）来实现更高的开关频率，尤其是能够例如，将高速-CMOS（High-Speed-CMOS）部件用作为施密特触发器。更高的开关频率能够减小线圈L1的大小，由此能够整体上缩小电路。

在此示例性地将具有4.3V的击穿电压的齐纳二极管D1用作为包括了晶体管T1和T2的电流镜所用的参考电压源。可选地，可以借助所谓的带隙（Bandgap）（集成的、带有可预先给定的固定电压的电路）来产生参考电压。

附图标记列表

101-106节点

110   电源，例如（可反复充电的）电池

120   半导体发光元件

130   磁滞电路

V1    电源电压

Ti    电子开关

Di    二极管

Ri    电阻

C1    电容器

L1    线圈

Claims (14)

1.一种用于控制发光单元（120）的电路，

-包括电流镜（T1，T2），能通过参考电压源（D1）对所述电流镜加偏压；

-包括磁滞电路（130），所述磁滞电路与电流镜（T1，T2）的输出端相连接；

-包括带有电子开关（T3）的降压变换器（T3，D2，L1），其中，所述电子开关（T3）与磁滞电路（130）的输出端相连接；

-其中，能通过降压变换器（T3）来控制所述发光单元（120）。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，电流镜（T1，T2）在输入侧通过第一电流测量电阻（R5）与电源电压（110）相连接，并且在输出侧通过第二电流测量电阻（R1）与所述电源电压相连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其中，能借助所述第一电流测量电阻（R5）和所述第二电流测量电阻（R1）调节所述降压变换器的所述电子开关（T3）的开关门限。

4.根据权利要求2或3所述的电路，其中，所述电流镜具有两个双极晶体管（T1，T2），其中，所述这些双极晶体管通过其基极接头彼此相连。

5.根据权利要求4所述的电路，

-其中，所述电流镜的一个双极晶体管（T1）布置在基极电路中，其中能由所述电流测量电阻（R5）探测到的电流能与所述一个双极晶体管（T1）的发射极连接，

-其中，能通过基极电势，也能通过发射极电势来控制所述电流镜的另一个双极晶体管（T2），其中，所述另一个双极晶体管（T2）通过其集电极与所述磁滞电路（130）相连接。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的电路，其中，所述发光单元（120）包括至少一个半导体发光元件。

7.根据上述权利要求中任意一项所述的电路，其中，包括用于运行所述发光单元（120）的电源（110）。

8.根据权利要求7所述的电路，其中，参考电压源（D1）提供了能由所述电源（110）产生的参考电压。

9.根据权利要求8所述的电路，其中，设置二极管、齐纳二极管（D1）、或带隙参考来所述调节参考电压。

10.根据上述权利要求中任意一项所述的电路，其中，所述电流镜具有两个pnp-晶体管（T1，T2）。

11.根据上述权利要求中任意一项所述的电路，其中，所述磁滞电路（130）包括至少一个施密特触发器。

12.根据上述权利要求中任意一项所述的电路，其中，所述磁滞电路（130）包括至少一个缓冲器。

13.一种运行根据上述权利要求中任意一项所述的电路的方法。

14.一种包括根据上述权利要求中任意一项所述的电路的灯具。