CN103687140B - 驱动器和包括该驱动器的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于一种LED光源的驱动器，包括整流单元、控制单元和交‑直转换器，其特征在于，控制单元包括：相位检测单元，其检测经整流单元整流的电源的采样电压的相位角信号；数据存储单元，其存储有相位角信号和表征调光控制信号的基准调光参数的对应分配关系或者存储有所述相位角信号和调光控制信号的对应分配关系；控制器，其接收相位角信号并将相位角信号传送给数据存储单元并从数据存储单元获得对应于相位角信号的基准调光参数，并根据基准调光参数输出调光控制信号，或从数据存储单元获得所述调光控制信号；调光模块，其接收调光控制信号并向交‑直转换器输出驱动信号。此外本发明还涉及一种包括该驱动器的照明装置。

Description

驱动器和包括该驱动器的照明装置

技术领域

本发明涉及一种驱动器和一种包括该驱动器的照明装置。

背景技术

当今，为了节约能源，广泛地应用LED改型灯来替代荧光照明装置。同时，LED灯也在调光方面被进一步改进，以实现类似于荧光照明装置的调光效果。用于LED改型灯的电子驱动器必须例如根据已知的调光相位角来获得调光比或同等意义上的流明率。

在市场上，大多数LED照明装置的驱动器通过调整输出电流来实现调光，这种调光方式被称为电流调光，其中通过微控制器可以通过不同的方式来对输出的电流进行多次尝试性的调节。借助于模拟器件或电路可以简单地实现这种调光过程。但是需要注意的是，如图1所示，第一调光曲线A是荧光照明装置的描述相位角-流明率关系的调光曲线，第二调光曲线B是传统LED照明装置的描述相位角-电流比关系的调光曲线，在第一和第二调光曲线A和B之间存在明显的待拟合区域。在此，第一调光曲线A被视为LED照明装置的一个目标调光曲线。这意味着无法利用现有技术中的驱动器来控制LED改型灯来完全替代荧光照明装置。此外，由于驱动器输出的电流值在调光过程中可能会改变，因此，LED照明装置的亮度也随输出电流的改变而改变。这也会显著地影响LED照明装置带给用户的照明效果并且限制了其使用范围。

因此在现有技术中仅仅单独地对电流进行尝试性调节的情况下，无法获得类似于荧光照明装置的调光效果和照明效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于LED光源的驱动器，尤其是一种用于改型灯的驱动器。该驱动器可以输出被调整的电流，以使该具有该驱动器的LED照明装置可以实现近似于荧光照明装置的调光效果和照明效果。

本发明的目的通过一种用于LED光源的驱动器来实现，该驱动器包括整流单元、控制单元和交-直转换器，其特征在于，控制单元包括：相位检测单元，其检测经整流单元整流的电源的采样电压的相位角信号；数据存储单元，其存储有相位角信号和表征调光控制信号的基准调光参数的对应分配关系；控制器，其接收相位角信号并将相位角信号传送给数据存储单元并从数据存储单元获得对应于相位角信号的基准调光参数，并根据基准调光参数输出调光控制信号，或从数据存储单元获得调光控制信号；调光模块，其接收调光控制信号并向交-直转换器输出驱动信号。

为了有针对性地进行调光，使LED照明装置获得近似于荧光照明装置的照明效果，特别优选地将LED照明装置在进行调光过程中需要满足的特性关系预先存储在驱动器的控制单元中、即数据存储单元中。驱动器基于被存储的相位角信号和基准调光参数或调光控制信号的对应分配关系进行调光。因此将根据荧光照明装置的调光曲线预先获得的对应分配关系存储在“库”形式的数据存储单元中时，可以根据检测到的相位角信号从数据存储单元中获取预期的基准调光参数或调光控制信号。控制器最终可以根据检测到的相位角信号获取调光控制信号，并将其输出给调光模块。根据调光模块提供的驱动信号、即参照目标调光曲线改变的占空比或电流比，LED光源可以获得被调整的驱动电流，由此实现近似于荧光照明装置的照明效果，也就是说，该驱动器能实现的调光曲线尽可能地和图1中作为目标调光曲线的第一调光曲线A拟合。

根据本发明的一个优选的实施方式提出，所述调光模块包括占空比调光模块。驱动器可以仅仅包括一个用于调光的占空比调光模块。利用占空比调节模块只调节从电源电流获取的电流的占空比，并不影响其电流值的大小。由于输入给LED光源的电流数值不变，因此可以良好地确保借助于驱动器运行的LED光源具有恒定的光效率。

优选的是，所述基准调光参数是流明率并且所述调光控制信号是占空比。在应用也可以被称为“PWM”调光模块的占空比调节模块时，仅仅需要调节电源电流的占空比就可以影响后接于驱动器的LED光源的调光效果。根据所期望调光效果可以获得、例如计算得出最佳的相位角-流明率/调光比关系，其被存储在数据存储单元中。在将该流明率设定为基准调光参数的情况下，优选地将对应于不同相位角的占空比用作调光控制信号。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，调光模块包括电流比调光模块。驱动器可以仅仅包括一个用于调光的电流比调光模块。通过该电流比调光模块改变输出给LED光源的驱动电流的大小，由此可以改变LED光源的照明效果。

有利的是，基准调光参数是流明率并且所述调光控制信号是电流比。根据所期望调光效果可以获得、例如计算得出最佳的相位角-流明率关系，其被存储在数据存储单元中。在将该流明率设定为基准调光参数的情况下，优选地将对应于不同相位角的电流比用作调光控制信号。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，所述调光模块包括占空比调光模块和电流比调光模块组成的并联支路以及串联在所述并联支路和所述交-直转换器之间的多路选择器，所述多路选择器从所述控制器中获取选择信号，并根据所述选择信号分别将所述占空比调光模块和所述交-直转换器信号连接，或者将所述电流比调光模块和所述交-直转换器信号连接。在此情况下，驱动器包括并联的占空比调光模块和电流比调光模块，并且可以根据不同的应用环境选择不同的调光方式。为了便于在这两种调光方式之间进行切换，在两个调光模块和交-直转换器之间设置有可以从控制器获得控制信号的多路选择器，由此可以根据控制器的指令来选择性地输出例如关于占空比的驱动信号，或关于电流比的驱动信号。由多路选择器输出的驱动信号改变在交-直转换器中的电源电流，由此可以得出用于驱动LED光源的驱动电流。

优选的是，所述相位角信号和基准调光参数的对应分配关系或者所述相位角信号和所述调光控制信号的对应分配关系以函数形式列出。在数据存储单元自身具有运算功能的前提下，可以直接将根据期望调光曲线获得的函数关系式存储在数据存储单元中。也可以通过控制器来根据存储在数据存储单元中的这种函数关系式进行运算，由此得到相应的调光控制信号。

另一种优选的实施方式是，所述相位角信号和所述基准调光参数的对应分配关系或者所述相位角信号和调光控制信号的对应分配关系以表格形式列出。在此情况下，不要求数据存储单元具有运算功能，可以仅仅作为一个存储器来、或库来使用。

特别优选的实施方式是，所述数据存储单元还存储了所述相位角信号、所述基准调光参数和所述调光控制信号的对应分配关系。由于相位角信号和调光控制信号之间存在预定的函数关系，因此可以预先在驱动器外部对目标调光曲线进行运算，由此得出大量的预定数组，例如相位角-占空比数组或相位角-电流比数组。在此情况下，控制器可以直接根据检测到的相位角从数据存储单元中的预定数组中读出相应的调光控制信号。这种设计提高了驱动器的效率，减小了其内部的运算负荷。

进一步可选的是，所述相位角信号和所述调光控制信号的对应分配关系由荧光照明装置的表征相位角和所述调光控制信号的曲线限定。在将一种荧光照明装置的调光曲线、例如相位角-流明率调光曲线预定为目标调光曲线的前提下，可以依照该调光曲线获取所需的相位角信号和所述调光控制信号的对应分配关系。

根据本发明的一个设计方案，在所述调光控制信号是占空比时，所述曲线由第一函数限定：

y=ax⁶+bx⁵+cx⁴+dx³+ex²+fx+g，

其中x为范围为0°-180°的相位角，y为占空比，a、b、c、d、e、f、g为常数。在此情况下，驱动器的调光率和驱动电流的占空比仅仅存在系数上的差别，因此该第一函数对应的也可以描述理想的相位角-调光率曲线。此外可以根据不同的目标调光曲线对该6次函数中的系数进行调整。

根据本发明的一个设计方案，在所述调光控制信号是电流比时，所述曲线由第二函数限定，根据描述流明率-相位角关系的第三函数Lumen_ratio=f（angle）以及描述流明率-电流比关系的第四函数current_ratio=g（Lumen_ratio）获得第二函数current_ratio=g（f（angle））。在其他调光控制信号的情况下，也可以根据所述相位角信号和基准调光参数的对应分配关系以及基准调光参数和所述调光控制信号的对应分配关系来获得相位角信号和调光控制信号之间的对应分配关系。

此外本发明还涉及一种包括上述驱动器的照明装置，其具有LED光源，其中驱动器为所述LED光源提供驱动电流。

应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1示出了现有技术中LED照明装置和荧光照明装置的调光曲线的示意图；

图2示出了根据本发明的照明装置的第一实施例的示意性电路图；

图3示出了图2中的第一实施例的调光控制流程图；

图4示出了存储在根据本发明的驱动器中的第一表格；

图5示出了存储在根据本发明的驱动器中的第二表格。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的照明装置的第一实施例的示意性电路图。照明装置200包括驱动器100和LED光源201，驱动器100为LED光源201提供驱动电流S6。驱动器100包括用于将电源电流整流之后供给LED光源的整流单元1和交-直转换器4，以及可以向交-直转换器4提供影响驱动电流S6的驱动信号S4的控制单元3。控制单元3连接在整流单元1和交-直转换器4之间，包括相位检测单元2、数据存储单元5、控制器6和调光模块7，利用上述各个部分共同实现对LED光源201进行调光。

为了使根据本发明的照明装置200可以良好地作为改型灯来替代现有的荧光照明装置，因此必须使照明装置200的调光曲线尽量与被替代的荧光照明装置的调光曲线重合，或者说将该荧光照明装置的调光曲线作为目标调光曲线来进行调光。

在根据本发明的驱动器100中特别地设置有用于存储可以描述目标调光曲线的至少两种参数之间的关系的数据存储单元5，在应用相位检测单元2采集电源的相位角的情况下，该目标调光曲线的目标参数关系中的一个为相位角。

在本实施例中，在一种情况下，设计为CPU的控制器6具有运算功能。因此可以直接将以函数或表格出现的相位角信号S1和基准调光参数S2的对应分配关系存储在数据存储单元5中。控制器6根据相位检测单元2提供的相位角信号S1来从数据存储单元5中提取预设的至少另一个目标参数作为相应的基准调光参数S2，并对其进行进一步运算之后向调光模块7输出调光控制信号S3。调光模块7接收调光控制信号S3并向交-直转换器4输出参照调光控制信号S3进行调整的占空比或电流比，即驱动信号S4。

如果数据存储单元5自身具有运算功能时，也可以实现上述对应关系的转换。

在本实施例中，调光模块7包括并联的占空比调光模块71和电流比调光模块72。在选择应用占空比调光模块71进行调光时，基准调光参数S2是流明率，其也可以表述为调光比，并且调光控制信号S3是占空比。在选择应用电流比调光模块72进行调光时，基准调光参数S2是流明率，并且调光控制信号S3是电流比，流明率在此为照明装置200的瞬时流明和不调光下的流明之比，电流比为照明装置200的瞬时电流值和最大电流值之比。此外在调光模块7和交-直转换器4之间还设置有多路选择器8，多路选择器8根据输出控制器6的选择信号S5来选择性地信号接通占空比调光模块71和交-直转换器4，或电流比调光模块72和交-直转换器4。交-直转换器4因此可以向LED光源201提供占空比被调整的驱动电流S6或电流值被改变的驱动电流S6。

在本实施例中，在另一种情况下，设计为CPU的控制器6不具有运算功能。可以直接将已经根据目标调光曲线求出的相位角信号S1和调光控制信号S3、即占空比或电流比预存在数据存储单元5中。此时无需考虑将表征调光控制信号S3的基准调光参数S2存入到数据存储单元5中，设计为CPU的控制器6直接获取该调光控制信S3号。调光模块7根据相应的调光控制信号S3对电源电流的占空比或电流比进行调整，也就是说电源电流原有的占空比被调整成预设的占空比，或将电源电流的电流值根据预设的电流比进行改变。

在未示出的第二实施例中，也可以仅仅选择占空比调光模块或电流比调光模块单独地进行调光，并且也无需在控制单元中设置多路选择器。由此简化了驱动器的设计。

图3示出了图2中的第一实施例的调光控制流程图。图中示出，整个调光过程是由具有三个状态的控制器6通过选择不同的调光模式来完成的。

控制器6的第一状态是图中左边支路示出的相位检测状态，其中控制器6引入相位检测单元2利用指令“T_dim=Measure_T_AC（）”检测获得的相位角信号S1，并且根据该相位角信号S1利用指令“Contact_Table（）”和数据存储单元5建立联系，并且利用指令“DC=Read_Table（T_dim）”从数据存储单元5中读出相应的调光基准参数S2，并且判断该调光基准参数S2是占空比调光模块71需要的参数还是电流比调光模块72需要的参数。该判断值作为选择信号S5被输送给多路选择器8。

控制器6的第二状态是图中中间支路示出的占空比调光状态，其中“PWM_DIM（DC）”表示占空比调光模块71根据控制器6发出的基准调光参数S2来对电源电流的占空比进行调节，在该过程完成之后再次回到控制器6的第一状态。

控制器6的第三状态是图中右边支路示出的电流调光状态，其中“Current_DIM（DC）”表示电流比调光模块72根据控制器6发出的基准调光参数S2来对电源电流的电流值进行调节，在该过程完成之后再次回到控制器6的第一状态。

图4示出了存储在根据本发明的驱动器中的第一表格。在该表格中存储了用于占空比调光模块71的相位角信号S1和调光控制信号S3的对应分配关系，即相位角-占空比关系。该第一表格可以根据表征目标调光曲线的第一函数G1得到，即

y=ax⁶+bx⁵+cx³+dx³+ex²+fx+g，

其中x为范围为0°-180°的相位角，y为占空比，a、b、c、d、e、f、g为常数。

在检测到的相位角为180°时，占空比调光模块71根据占空比为100%的调光控制信号S3进行调光，在检测到的相位角为6°时，占空比调光模块71根据占空比为0.59%的调光控制信号S3进行调光。根据第一表格进行调光的照明装置200可以获得近似于荧光照明装置的调光效果。

图5示出了存储在根据本发明的驱动器中的第二表格。在该表格中存储了用于电流比调光模块72的相位角信号S1和调光控制信号S3的对应分配关系，即相位角-电流比关系。该第二表格可以根据表征目标调光曲线的第二函数G2得到。根据描述目标调光曲线的流明率-相位角关系的三函数G3：Lumen_ratio=f（angle）以及描述流明率-电流比关系的第四函数G4：current_ratio=g（Lumen_ratio）获得所述第二函数G2：current_ratio=g（f（angle））。

在检测到的相位角为36°时，目标流明率为0.5%，电流比调光模块72根据电流比为0.14%的调光控制信号S3进行调光，其中31%的流明率为基准调光参数。在检测到的相位角为180°时，目标流明率为100%，电流比调光模块72根据电流比为99.90%的调光控制信号S3进行调光，其中100%的流明率为基准调光参数。根据第二表格进行调光的照明装置200可以获得近似于荧光照明装置的调光效果。

在此需要强调的是，图2和图3中分别示出了一种示例性的驱动器电路和调光控制流程图，其仅仅是本发明所采用的驱动器电路和调光控制流程图的一个具体实施例，本领域技术人员完全可以采用其他类型电路来实现同样的目的。

此外，在之前描述的方案中采用了一些电流、占空比和流明率的具体数值。这些数值仅仅是为了阐述本发明的设计构思。本发明的设计方案完全可以应用具有其他数值的电流、占空比和流明率，这些数值不应对本发明的设计方案产生限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

参考标号

1整流单元

2相位检测单元

3控制单元

4交-直转换器

5数据存储单元

6控制器

7调光模块

71占空比调光模块

72电流调光模块

8多路选择器

100驱动器

200照明装置

201LED光源

S1相位角信号

S2基准调光参数

S3调光控制信号

S4驱动信号

S5选择信号

S6驱动电流

G1第一函数

G2第二函数

G3第三函数

G4第四函数。

Claims (12)

1.一种用于LED光源(201)的驱动器(100)，包括整流单元(1)、控制单元(3)和交-直转换器(4)，其特征在于，所述控制单元(3)包括：

相位检测单元(2)，所述相位检测单元(2)检测经所述整流单元(1)整流的电源的采样电压的相位角信号(S1)；

数据存储单元(5)，所述数据存储单元(5)至少存储有所述相位角信号(S1)和表征调光控制信号(S3)的基准调光参数(S2)的对应分配关系或者存储有所述相位角信号(S1)和调光控制信号(S3)的对应分配关系；

控制器(6)，所述控制器(6)接收所述相位角信号(S1)并将所述相位角信号(S1)传送给所述数据存储单元(5)并从所述数据存储单元(5)获得对应于所述相位角信号(S1)的所述基准调光参数(S2)，并根据所述基准调光参数(S2)输出所述调光控制信号(S3)，或从所述数据存储单元(5)获得所述调光控制信号(S3)；

调光模块(7)，所述调光模块(7)接收所述调光控制信号(S3)并向所述交-直转换器(4)输出驱动信号(S4)，

其中，所述调光模块(7)包括占空比调光模块(71)和电流比调光模块(72)组成的并联支路以及串联在所述并联支路和所述交-直转换器(4)之间的多路选择器(8)，所述多路选择器(8)从所述控制器(6)中获取选择信号(S5)，并根据所述选择信号(S5)分别将所述占空比调光模块(71)和所述交-直转换器(4)信号连接，或者将所述电流比调光模块(72)和所述交-直转换器(4)信号连接。

2.根据权利要求1所述的驱动器(100)，其特征在于，所述调光模块(7)包括占空比调光模块(71)。

3.根据权利要求2所述的驱动器(100)，其特征在于，所述基准调光参数(S2)是流明率并且所述调光控制信号(S3)是占空比。

4.根据权利要求1所述的驱动器(100)，其特征在于，所述调光模块(7)包括电流比调光模块(72)。

5.根据权利要求4所述的驱动器(100)，其特征在于，所述基准调光参数(S2)是流明率并且所述调光控制信号(S3)是电流比。

6.根据权利要求1所述的驱动器(100)，其特征在于，所述相位角信号(S1)和所述基准调光参数(S2)的对应分配关系或者所述相位角信号(S1)和所述调光控制信号(S3)的对应分配关系以函数形式列出。

7.根据权利要求1所述的驱动器(100)，其特征在于，所述相位角信号(S1)和所述基准调光参数(S2)的对应分配关系或者所述相位角信号(S1)和调光控制信号(S3)的对应分配关系以表格形式列出。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的驱动器(100)，其特征在于，所述数据存储单元(5)还存储了所述相位角信号(S1)、所述基准调光参数(S2)和所述调光控制信号(S3)的对应分配关系。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的驱动器(100)，其特征在于，所述相位角信号(S1)和所述调光控制信号(S3)的对应分配关系由荧光照明装置的表征相位角和所述调光控制信号(S3)的对应分配关系的曲线限定。

10.根据权利要求9所述的驱动器(100)，其特征在于，在所述调光控制信号(S3)是占空比时，所述曲线由第一函数(G1)限定：

y＝ax⁶+bx⁵+cx⁴+dx³+ex²+fx+g，

其中x为范围为0°-180°的相位角，y为占空比，a、b、c、d、e、f、g为常数。

11.根据权利要求9所述的驱动器(100)，其特征在于，在所述调光控制信号(S3)是电流比时，所述曲线由第二函数(G2)限定，根据描述流明率-相位角关系的第三函数(G3)Lumen_ratio＝f(angle)以及描述流明率-电流比关系的第四函数(G4)current_ratio＝g(Lumen_ratio)获得所述第二函数(G2)current_ratio＝g(f(angle))。

12.一种照明装置(200)，包括LED光源(201)，其特征在于，还包括根据权利要求1至11中任一项所述的驱动器(100)，所述驱动器(100)为所述LED光源(201)提供驱动电流(S6)。