CN103052207A - 用于驱动光源的电路、相关照明系统和驱动光源的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于驱动光源的电路、相关照明系统和驱动光源的方法。在用于通过电流发生器（104）来驱动多个光源的电路中，光源被分组为多个光源组（20a、20b）。驱动器电路包括多个感应元件（22a、22b）、多个开关装置（24a、24b）以及控制电路（102），多个开关装置适于选择性地将每个光源组（与感应元件（22a、22b）之一串联连接，控制电路（102）用于驱动开关装置（24a、24b），使得：a）在第一操作时间间隔期间，每个光源组与相应的第一感应元件（22a、22b）串联连接，以及b）在第二操作时间间隔期间，每个光源组（20a、20b）与相应的第二感应元件（22a、22b）串联连接，其中相应的第二感应元件（22a、22b）与相应的第一感应元件（22a、22b）分离。

Description

用于驱动光源的电路、相关照明系统和驱动光源的方法

技术领域

本公开涉及用于驱动光源的电路。

本说明书是在特别关注在针对包括至少一个LED的光源的电子变换器上的可能的应用的情况下构思出的。

背景技术

针对包括例如至少一个LED（发光二极管）的光源的电子变换器通常提供输出直流电。例如，这种电流可以是稳定的或随时间变化的以调节由光源所发射的光的强度（所谓的“调光”功能）。

图1示出包括电子变换器10和LED模块20的可能的照明系统，所述LED模块20包括至少一个LED L。

电子变换器10通常包括控制电路102（例如微处理器）和电源电路104（例如开关电源AC/DC或DC/DC），该电源电路104（例如从电线）接收供电信号（supply signal）作为输入并且通过电源输出106输出直流电。该电流可以是稳定的或随时间变化的。例如，控制电路102可以通过电源电路104的参考通道I_Ref设置LED模块20所需的电流。

例如，LED模块20还可以包括识别LED模块20所需的电流（或一般控制参数中的电流）的识别元件。在这种情况下，控制电路102与该识别元件进行通信，并且将电子变换器的操作调整到LED模块所需的操作条件。

图1还示出两个开关108和110。

第一开关108允许调节由LED模块20所发射的光强度。例如，可以通过脉冲宽度调制（PWM）来驱动开关108以选择性地使LED模块20短路，而使来自发生器104的电流偏离到开关108上。然而，也可以通过设置较低的参考电流I_Ref来实现由LED模块20发射的光强度的亮度调节。

第二开关110允许停止向LED模块20的供电。例如，当检测到错误条件时或因为可靠性的原因例如当检测到过电流、过电压或过温条件时，电子变换器可以停止供电。

一般来说，LED模块20可以包括一个单个LED或多个LED串联连接的LED链或串。然而，大多数的国际安全标准像例如IEC（国际电工委员会）标准或UL（保险商实验室）标准基于它们的最大供电电压根据电气或火灾风险等级来分类LED模块。因此，较高的供电电压导致较低的安全等级，这也可以提高LED模块的机械结构的安全性要求（从而以及其成本），并可以对最终的产品的适用性设置约束。

因此，为了减小最大供电电压，LED也可以被划分为多于一个的并联连接的分支。例如，如图1中所示，每个LED模块可以包括多个并联连接的LED串，或电源10可以给多个并联连接的LED模块20供电。

然而，由于制造公差，每个LED可以具有不同的电气特征和光学特征，可能导致在由LED串产生的光中缺失均匀性。

为了避免这种问题，已公知这种照明系统：其中每个LED串包括专用的电流调整器，诸如例如线性电流调整器，并且LED模块20被馈给电压，即电子变换器10可以在线路106上产生固定的电压。这种电压也可以被设定在例如通过传感器检测线性调整器两端的电压降所确定的最小可能值上。

发明内容

发明人已经注意到先前所描述的方案有大量缺点。例如，除了需要每个串的线性调整器外，由于调整器的电阻性负载所造成的电损耗，这些方案具有较低的光学效率。而且，也必须考虑到电流调整器的热耗散。

本发明的目的是克服前面所述的缺点。

根据本发明，该目的是通过具有后附的权利要求中具体提出的特征的用于驱动光源的电路来实现的。本发明还涉及相关的照明系统以及驱动光源的方法。

权利要求是在此提供的本发明的技术教示的整体的一部分。

在各种实施例中，例如LED的光源通过电流发生器被供电。具体地，光源被分组为包括LED串的光源组，诸如LED模块。

在各种实施例中，针对这种光源组的驱动器电路包括感应元件和开关装置，例如开关或转换开关，开关装置适于选择性地将每个光源组与感应元件之一串联连接。优选地，感应元件的数目与光源组的数目相匹配。

在各种实施例中，驱动器电路还包括用于以这样的方式驱动开关装置的控制电路：在第一操作时间间隔期间，每个光源组与相应的第一感应元件串联连接。与此相反，在第二操作时间间隔期间，每个光源组与相应的第二感应元件串联连接。

因此，光源组的电阻性负载或LED结两端的电压降以交替的方式被连接至不同的电感器，并且使由光源产生的光更加均匀。

附图说明

现在将参照附图仅通过非限制性的示例对本发明进行说明，其中：

图1已经在前面进行了描述，以及

图2至图6是示出根据本发明的照明系统的不同实施例的电路图。

具体实施方式

在下面的描述中，给出了大量具体细节，以提供对实施例的透彻的理解。实施例可以在不具有具体细节中的一个或更多个细节的情况下实施或者用其它方法、部件、材料等来实施。在其它实例中，没有示出或详细描述公知的结构、材料或操作以避免使实施例的方面不明显。

遍及整个说明书提及“一个实施例”或“实施例”是指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，遍及整个说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例。而且，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式被组合在一个或更多个实施例中。

在此提供的标题只是为了方便起见，而不解释实施例的范围或含义。

图2示出包括电源电路104的电子变换器10的实施例。一般来说，这种变换器10还可以包括控制电路102、开关108和/或开关110，这些之前已参考图1描述过。

在各种实施例中，电源电路104（例如AC/DC或DC/DC开关电源）接收供电信号（例如从电线）作为输入，并且通过电源输出106输出直流电。例如，在所考虑的实施例中，电子变换器10提供了两个LED模块20a和20b。

在所考虑的实施例中，驱动器电路10还包括两个感应元件22a和22b（例如电感器），以及开关装置24a和24b（例如两个转换开关），所述开关装置24a和24b适于选择性地将每个LED模块（20a和20b）与电感器之一（22a或22b）串联连接。

例如，在所考虑的实施例中，通过控制电路102控制电子转换开关24a和24b的切换，所述控制电路102通过公共控制信号26同时致动两个开关24a和24b。

因此，在第一操作时间间隔中，LED模块20a与感应元件22a串联连接，并且LED模块20b与感应元件22b串联连接。相反，在第二操作时间间隔中，LED模块20a与感应元件22b串联连接，并且LED模块20b与感应元件22a串联连接。

在实施例中，控制电路102适用于周期性地重复这种操作时间间隔序列。

因此，LED串的电阻性负载即LED结两端的电压降以交替的方式被连接至电感器22a和22b，并且使每个LED串中的电流拉平到相同的平均电流。这种平均值周围的纹波宽度或噪声基本上是通过电感器22a和22b的值限定的，并且LED串的电压降之间的差异（即宽度）针对较高的电感值和/或针对LED串之间的较低的差较低。例如，在实施例中，为了使得这种振荡最小，LED串的两端的电压降之间的差低于5％。

一般来说，应在考虑部件的机械尺寸和振荡的宽度的同时来选择阻抗的值和开关频率。

例如，图3示出第一可能的实施例，其中两个电子开关用于每个开关装置24a和24b。

具体地，在所考虑的实施例中，第一开关240a连接在LED模块20a与电感器22a之间，以及第二开关242a连接在LED模块20a与电感器22b之间。同样地，第三开关240b连接在LED模块20b与电感器22b之间，以及第四开关242b连接在LED模块20b与电感器22a之间。

因此，在第一操作时间间隔期间（参见如图4a），开关240a和240b被闭合并且开关242a和242b被断开，而在第二操作时间间隔期间（参见如图4b），开关240a和240b被断开并且开关242a和242b被闭合。例如，为了这个目的，开关240a和240b以及开关242a和242b可以分别通过两个同步的控制信号260以及262驱动。例如，在实施例中，控制电路102包括两相时钟发生器，即产生第一时钟信号260和对应于反相的第一时钟信号的第二时钟信号262的时钟发生器。

图5示出可能的实施例，其中功率晶体管，诸如例如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），被用作开关240a、240b、242a和242b。本领域的专家将会理解：可以选择特定种类的晶体管以减小漏极和源极之间的电阻以及与此有关的电损耗。

在具体地可用于MOSFET晶体管驱动的实施例中，控制电路通过H桥驱动器产生控制信号260和262。这种关于H桥的驱动器电路在DC/AC和DC/DC开关模式电子变换器的领域中是已知的，这使得不必对其进行详细描述。

在先前考虑的实施例中，开关装置24a和24b以及电感器22a和22b属于电子变换器10；对于图2至图5中所示的实施例，在变换器10以及LED模块20a和20b之间需要三根连接线。

然而，一般来说，控制电路102以及开关单元24a和24b两者以及电感器22a和22b可以不属于变换器，而可以例如被添加到现有的构造中。

而且，在LED模块20应包括多个并联连接的LED串的情况下，开关装置24a和24b以及电感器22a和22b也可以属于这种LED模块。在这种情况下，控制电路102也可以被包括到LED模块中。

先前描述的图也可以应用于更多数量的LED串。

例如，如果LED串的数目是偶数，LED串可以被分组为组，每个组总是只包括两个LED串，两个LED串如前面所述被驱动。

与此相反，图6示出也可以使用任意数量的串（以及奇数）的实施例。

具体地，在所考虑的实施例中，多个LED串20a、20b、...、20n并联连接，并且为每个LED串提供相应的电感器22a、22b、...、22n。

此外，在这种情况下，各个开关装置24a、24b、...、24n（诸如转换开关）与每个LED串20a、20b、...、20n相关联，即开关装置的数目与LED串的数目以及电感器的数目相匹配。

一般情况下，开关装置24a、24b、...、24n适于使每个LED串与相应的电感器22a、22b、...、22n选择性地连接，其中在第一操作时间间隔期间，每个LED串20a、20b、...、20n被连接至相应的第一电感器22a、22b、...、22n，并且在第二操作时间间隔期间，每个LED串20a、20b、...、20n被连接至相应的第二电感器22a、22b、...、22n，其中，第二电感器与第一电感器分离。

例如，在当前考虑的实施例中，开关装置被配置为形成封闭的环，即第一LED串20a可以连接至第一电感器22a或第二电感器22b，第二LED串20b可以连接到第二电感器22b或第三电感器等。与此相反，最后一个LED串20n可以被连接至最后一个电感器22n或第一电感器22a。

一般情况下，为了更好地分配到LED串的电流，可以提供另外的操作时间间隔，其中每个LED串被连接至相应的在先前的时间间隔中尚未与这种LED串串联连接的电感器。

因此，先前描述的实施例有几个优势，例如：

－在两个LED串的情况下，通过发生器104产生的电流平均分配至两个LED串;

－电感器和/或转换开关/开关的使用仅引入小的电损耗；

－单个电流发生器是足够的并且不需要为每个LED串使用电流调整器，使得也可以在已经包括电流发生器的照明系统使用已经描述的方案;

－对系统的控制容易并且可以通过传统的两相时钟发生器来完成；

－可以把各种组件（也包括电感器）的可能的制造公差分配到各个分支以使得方案非常稳定；以及

－例如通过为每个另外的串添加新的H桥电路构造，该方案可以扩展到任意数量的LED串。

当然，在不违背本发明的基本原理的情况下，可以相对于已经仅借助于非限制性的示例描述的内容、在不背离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下来对细节和实施例进行变化，甚至明显的变化。

Claims (10)

1.一种驱动器电路，用于通过电流发生器（104）来驱动多个光源（L），其中，所述光源（L）被分组为多个光源组（20a、20b、20n），其中，所述驱动器电路包括：

－多个感应元件（22a、22b、22n）；

－多个开关装置（24a、24b、24n），所述开关装置（24a、24b、24n）适于选择性地将每个光源组（20a、20b、20n）与所述感应元件（22a、22b、22n）之一串联连接；以及

－控制电路（102），用于驱动所述多个开关装置（24a、24b、24n），使得：

a）在第一操作时间间隔期间，每个光源组（20a、20b、20n）与相应的第一感应元件（22a、22b、22n）串联连接，以及

b）在第二操作时间间隔期间，每个光源组（20a、20b、20n）与相应的第二感应元件（22a、22b、22n）串联连接，其中所述相应的第二感应元件（22a、22b、22n）与所述相应的第一感应元件（22a、22b、22n）分离。

2.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，所述感应元件（22a、22b、22n）的数量与所述光源组（20a、20b、20n）的数量相对应。

3.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，其中，所述开关装置（24a、24b、24n）为转换开关。

4.根据权利要求3所述的驱动器电路，其中，所述控制电路（102）用于使用公共控制信号（26）来驱动所述转换开关（24a、24b、24n）。

5.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，其中，每个开关装置（24a、24b）包括相应的第一电子开关和相应的第二电子开关（240a、242a；240b、242b），诸如MOSFET晶体管，以及其中，所述控制电路（102）用于驱动所述开关装置（24a、24b），使得：

a）在所述第一操作时间间隔期间，每个开关装置（24a、24b）的所述相应的第一开关（240a、240b）被闭合并且每个开关装置（24a、24b）的所述相应的第二开关（242a、242b）被断开，以及

b）在所述第二操作时间间隔期间，每个开关装置（24a、24b）的所述相应的第一开关（240a、240b）被断开并且每个开关装置（24a、24b）的所述相应的第二开关（242a、242b）被闭合。

6.根据权利要求5所述的驱动器电路，其中，所述控制电路（102）用于使用相应的第一公共控制信号（260）和相应的第二公共控制信号（262）来驱动所述开关装置（24a、24b）的所述第一开关和所述第二开关。

7.根据权利要求5或6所述的驱动器电路，其中，所述控制电路（102）包括两相时钟发生器和/或H桥驱动器电路。

8.一种照明系统，包括：

－多个光源（L），所述光源（L）被分组为多个光源组（20a、20b、20n）；

－电流发生器（104），用于使用电流为所述光源组（20a、20b、20n）供电；以及

－根据权利要求1至7中任一项所述的驱动器电路。

9.根据权利要求8所述的照明系统，其中，每个光源组被包括在相应的LED模块中。

10.一种通过电流发生器（104）来驱动多个光源（L）的方法，其中，所述光源（L）被分组为多个光源组（20a、20b、20n），所述方法包括步骤：

－提供多个感应元件（22a、22b、22n）；

－提供多个开关装置（24a、24b、24n），所述多个开关装置（24a、24b、24n）适于选择性地将每个光源组（20a、20b、20n）与所述感应元件（22a、22b、22n）之一串联连接；以及

－驱动（102）所述多个开关装置（24a、24b、24n），使得：

a）在第一操作时间间隔期间，每个光源组（20a、20b、20n）与相应的第一感应元件（22a、22b、22n）串联连接，以及

b）在第二操作时间间隔期间，每个光源组（20a、20b、20n）与相应的第二感应元件（22a、22b、22n）串联连接，其中所述相应的第二感应元件（22a、22b、22n）与所述相应的第一感应元件（22a、22b、22n）分离。

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