CN103891411B - 通过功率信号上叠加的脉冲控制的发光二极管驱动器 - Google Patents

通过功率信号上叠加的脉冲控制的发光二极管驱动器 Download PDF

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Abstract

为了在驱动器中免除时钟信号并且将电源配线从控制配线分开，并且为了免除具有控制电极的三端发光二极管，提供了用于驱动发光二极管电路(10、20、30)的驱动器，其具有用于从源(5)接收电压信号的第一和第二端子(1、2)，并且具有被耦合到第二端子(2)和第三端子(3)的第一开关电路(11、2)。第一和第三5端子(1、3)将被耦合到第一发光二极管电路(10)的电极。第一开关电路(11、12)包括第一开关(11)和第一定时电路(12)，用于响应于如被添加到电压信号的第一脉冲信号来激活第一开关(11)，以接通第一发光二极管电路(10)。顺次脉冲信号可以用于顺次接通发光二极管电路(10、20)。

Description

通过功率信号上叠加的脉冲控制的发光二极管驱动器
技术领域
本发明涉及用于驱动发光二极管电路的驱动器。本发明还涉及一种装置。
这种装置的实例是灯及其部件和电源及其部件。
背景技术
WO2008/007298公开了用于将功率寻址到从多个负载选择的负载的装置。这个装置使用配线单独的沛县用于功率和控制。
US6452342公开了自扫描发光装置。这个装置使用发光二极管，每个发光二极管都具有三个电极，并且其使用时钟信号。
发明内容
本发明的目标是提供改进的驱动器。本发明的进一步目标是提供改进的装置。
根据第一方面，提供了用于驱动发光二极管电路的驱动器，其包括
-第一和第二端子，用于从源接收电压信号，和
-第一开关电路，被耦合到第二端子和第三端子，第一和第三端子被布置为被耦合到第一发光二极管电路的电极，并且第一开关电路包括第一开关和第一定时电路，该第一定时电路用于响应于被添加到电压信号的第一脉冲信号来激活第一开关。
第一和第二端子将被耦合到源，用于从源接收电压信号。第一开关电路被耦合到第二和第三端子，其中第一发光二极管电路的电极将被耦合到第二和第三端子。因此，当激活第一开关电路时，接通第一发光二极管电路。
第一开关电路包括第一开关和第一定时电路，其中第一定时电路响应于如被添加到电压信号的第一脉冲信号，来激活第一开关。因此，在驱动器内侧不需要单独的功率配线和控制配线。经由第一和第二端子提供功率以及控制。驱动器内侧不需要时钟信号。这些是巨大的优点，并因此已经产生改进的驱动器。
发光二极管电路包括任何种类并且以任何组合的一个或多个发光二极管。每个发光二极管电路均需要仅具有两个电极；不需要第三控制电极。每个发光二极管电路均需要仅具有两个电极；不需要第三控制电极。因此，能够使用相对简单、低成本、且坚固的发光二极管。
驱动器的实施例限定为，当第一开关被激活时，其处于导通模式，并且独立于第一脉冲信号保持在导通模式中。换句话说，响应于被添加到电压信号的第一脉冲信号，激活第一开关，并且在已经激活第一开关之后，第一开关独立于第一脉冲信号保持激活。结果，第一脉冲信号仅被用于激活第一开关，并且不是被用于保持第一开关激活。
驱动器的实施例限定为，第一开关包括硅控整流器或三端可控硅器件或用于替换硅控整流器或三端可控硅器件的晶体管电路。这些种类的第一开关相对简单、低成本且坚固。
驱动器的实施例限定为，第一开关具有被耦合到第二和第三端子的主电极，第一定时电路包括电容器，电容器的一侧被耦合到第二端子，并且电容器的另一侧被耦合到第一开关的控制电极。这种第一定时电路相对简单、低成本且坚固。
驱动器的实施例限定为，电容器的另一侧经由第一阈值电路耦合到第一端子。例如，第一阈值电路包括第一齐纳二极管或第一齐纳二极管和电阻器的串联。在这种情形中，第一阈值电路防止电容器由电压信号充电。第一齐纳二极管的阈值电压可以被选定大体上等于电压信号的幅度。
驱动器的实施例限定为，电容器的另一侧经由电阻器耦合到第三端子来限定。在这种情形中，第一发光二极管电路防止电容器由电压信号充电。第一发光二极管电路的工作电压可以被选定大体上等于电压信号的幅度。
驱动器的实施例限定为，第一定时电路还包括与电容器并联耦合的第二阈值电路。第二阈值电路保护第一开关不被峰值电压损坏，并且例如可以包括第二齐纳二极管或第二齐纳二极管和电阻器的并联，其中电阻器结合电容器被用于当必要时(更好地)限定时间常数和/或使电容器(更好地)放电。
驱动器的实施例限定为，第一开关电路还包括晶体管，晶体管用于当第一开关激活时减少跨第一开关出现的电压。在导通模式中，硅控整流器和三端可控硅器件特别示出跨主电极相对大的电压降。这种相对大的电压降可以通过添加导通晶体管而被减少。
驱动器的实施例限定为，第一开关的主电极被耦合到晶体管的主电极并且晶体管的控制电极被耦合到用于检测通过第一开关电路的检测电路。通过检测流过第一开关电路的电流，只要存在足够量的流过第一开关电路的电流，被并联耦合到第一开关的晶体管将处于导通模式，并且只要流过第一开关电路的电流的量一减少到零或者降低到低于某一阈值，该晶体管就进入非导通模式。
驱动器的实施例限定为，第一脉冲信号具有在用于第一脉冲信号的给定幅度的预先确定持续时间范围内的持续时间，和/或第一脉冲信号具有在用于第一脉冲信号的给定持续时间的预先确定幅度范围内的幅度，和/或第一脉冲信号具有在预先确定持续时间内的持续时间以及预先确定幅度范围内的幅度。对于工作良好并且具有最小表面的第一脉冲信号，第一脉冲信号的更高的幅度将允许第一脉冲信号具有更短的持续时间，而仍旧能够激活第一开关电路，而第一脉冲信号的更低幅度将需要第一脉冲信号具有更长的持续时间，以便仍旧能够激活第一开关电路。对于工作良好并且具有最小表面的第一脉冲信号，第一脉冲信号的更长的持续时间将允许第一脉冲信号具有更低的幅度，而仍旧能够激活第一开关电路，而第一脉冲信号的更短的持续时间将需要第一脉冲信号具有更高的幅度，以便仍旧能够激活第一开关电路。粗略地说，当分别增加或减少一个参数时，另一个参数可能被减小或者必须增加到取得相同结果。脉冲信号的最小表面将不会减少，并且能够保持稳定或可能增加以保证工作。
驱动器的实施例限定为，还包括，
第二开关电路，被耦合到第三端子和第四端子，第一和第四端子被布置为被耦合到第二发光二极管电路的电极，并且第二开关电路包括第二开关和第二定时电路，该第二定时电路用于对于激活的第一开关，响应于被添加到电压信号的第二脉冲信号来激活第二开关。经由第一脉冲信号，激活第一开关电路并且接通第一发光二极管。经由第二脉冲信号，激活第二开关电路并且接通第二发光二极管电路，但是只在已经激活第一开关电路之后。
驱动器的实施例限定为，第一和第二脉冲信号为顺次激活第一和第二开关的分离的顺次脉冲信号，或者为持续时间足够长以顺次激活第一和第二开关的结合脉冲信号。不排除进一步的开关电路和进一步的发光二极管电路。
驱动器的实施例限定为，第一和第二端子被布置为被耦合到第三发光二极管电路的电极，第三发光二极管电路经由电压信号接通，并且第一发光二极管电路经由第一脉冲信号接通，并且每个发光二极管电路均经由电压信号关断。通过使电压信号中断或者充分减少电压信号的幅度，能够同时停用(deactivate)全部开关电路，并且能够同时关断全部发光二极管电路。
驱动器的实施例限定为，驱动器被布置为免除时钟信号，并且免除用于电源和控制的单独配线，和/或驱动每个都只具有两个电极且不具有第三控制电极的发光二极管电路，每个发光二极管电路都包括任何种类并以任何连接的一个或多个发光二极管，每个发光二极管都只具有两个电极且不具有第三控制电极。
根据第二方面，提供的装置包括驱动器，还包括第一发光二极管电路和/或源和/或用于将脉冲信号添加到电压信号的脉冲发生器。
可以想到，能够通过经由同一配线的不同信号来实现电源和控制。基本思想能够是包括第一发光二极管电路和第一开关电路的串联连接的第一段可以经由电压信号供电，并且可以经由被添加到电压信号的第一脉冲信号控制。
已经解决提供改进驱动器的问题。进一步优点能够是，驱动器不需要用于电源和控制的单独配线，并且在驱动器本身中不需要时钟信号，并且不需要发光二极管(电路)具有第三控制电极。包括发光二极管电路和开关电路的串联的第一和第二(并联)段的每一个能够易于接通和/或顺次激活。
本发明的这些及其他方面将从下文中所述的实施例显而易见并且参考所述实施例阐述。
附图说明
在附图中：
图1示出现有技术，
图2示出装置的第一改进，
图3示出装置的第二改进，
图4示出改进的开关电路，
图5示出装置的第一实施例，
图6示出装置的第二实施例，和
图7示出装置的第三实施例。
具体实施方式
在图1中，示出现有技术的装置，其包括电源5、第一发光二极管电路10、第二发光二极管电路20和第三发光二极管电路30；第一发光二极管电路10连接到电源5的一侧并且经由开关连接到电源5的另一侧，第二发光二极管电路20连接到所述电源5的所述一侧并且经由另一个开关连接到该开关，第三发光二极管电路30并联连接于电源5。通过接通电源5，例如电源5提供直流电压信号或DC电压信号，第三发光二极管电路30被接通，此后，通过使开关进入导通模式，第一发光二极管电路10被接通，此后，通过使另一个开关进入导通模式，第二发光二极管20被接通。必须控制开关，因此现有技术装置具有单独的电源配线和控制配线。
在图2中，示出装置100的第一个改进。该装置100包括具有部件1、2、3、4、11、12、21、22的驱动器、电源5、脉冲发生器6和发光二极管电路10、20、30。替代地，电源5或脉冲发生器6或电源5和脉冲发生器6的组合可以位于装置100的外部。替代地，电源5与脉冲发生器6也可以组合成单个单元。替代地，发光二极管电路10、20、30可位于装置100的外部。
驱动器包括第一和第二端子1、2，用来接收来自电源5的电压信号，并且包括被连接到第二端子2和第三端子3的第一开关电路11、12。第一和第三端子1、3被布置为连接到第一发光二极管电路10的电极上。第一开关电路11、12包括第一开关11和第一定时电路12，第一定时电路12用于响应于来自脉冲发生器6的被添加到电压信号的第一脉冲信号，来激活第一开关11。例如，所述电压信号是直流电压信号或DC电压信号。优选地，第一开关11是这种类型的，当其被激活时，其进入导通模式，并独立于第一脉冲信号保持在该导通模式下。这些第一开关11的实例是硅控整流器(thyristor)或三端可控硅器件(triac)或用于代替硅控整流器或三端可控硅器件的晶体管电路。这些晶体管电路对于本领域的技术人员是公知常识。
第一开关11在本文中以硅控整流器形式，其具有被连接到所述第二和第三端子2、3的主电极，并且第一定时电路12包括电容器13。电容器13的一侧被连接到第二端子2，并且电容器13的另一侧被连接到第一开关11的控制电极。电容器13的另一侧经由第一阈值电路16、17连接到第一端子1。例如，第一阈值电路16、17包括第一齐纳二极管16或第一齐纳二极管16和电阻17的串联连接。这里，第一阈值电路16、17防止电容器13被来自电源5的电压信号充电。第一齐纳二极管16的阈值电压可以被选定为相对等于电压信号的幅度。电阻器17可以被用于与电容器13结合以限定用于给电容器13充电的时间常数。
第一定时电路12还可以包括并联连接到电容器13的第二阈值电路14、15。所述第二阈值电路14、15保护第一开关11不被峰值电压损害，并且例如可以包括第二齐纳二极管14或第二齐纳二极管14和电阻15的并联连接。电阻器15被用于与电容器13结合(更好地)以限定时间常数和/或必要时(更好地)使电容器13放电。
驱动器还可以包括连接到所述第三端子3和第四端子4的第二开关电路21、22。第一和第四端子1、4被设置为连接到第二发光二极管电路20的电极上。第二开关电路21、22包括第二开关21和第二定时电路22，对于被激活的第一开关11，第二定时电路22用于响应于来自脉冲发生器6且被添加到电压信号的第二脉冲信号来激活第二开关21。第二开关电路21、22可以相对类似于第一开关电路11、12设计。第一和第二脉冲信号可以是顺次激活第一和第二开关11、21的单独的顺次脉冲信号，或可以是具有足够长以顺次激活第一和第二开关11、21的持续时间的组合脉冲信号。结果，第一和第二发光二极管电路10、20可以顺次接通。
所述第一和第二端子1、2可以被布置为连接到第三发光二极管电路30的电极。第三发光二极管电路30经由电压信号接通，并且第一(第二)发光二极管电路10(20)经由第一(第二)脉冲信号接通。每个发光二极管电路10、20、30经由电压信号关断。
在图3中，示出对于装置100的第二个改进。这个第二个改进与第一个改进一致，不同之处在于第一阈值电路16、17已经被连接到电容器13另一侧且连接到第三端子3的电阻器18所代替。这里，第一发光二极管电路10防止电容器13通过电压信号进行充电。第一发光二极管电路10的工作电压可以被选定为相对等于电压信号的幅度。电阻器18可以用于(更好地)限定时间常数。
第一脉冲信号可以具有在用于第一脉冲信号的给定幅度的预先确定的持续时间范围内的持续时间，和/或第一脉冲信号可以具有在用于第一脉冲信号的给定持续时间的预先确定幅度范围内的幅度，和/或第一脉冲信号可以具有在预先确定的持续时间范围内的持续时间以及在预先确定的幅度范围内的幅度。如图2和3中所示的这些改进允许在驱动器内免除时钟信号，允许在驱动器内免除用于电源和控制的单独配线，和/或允许发光二极管电路10、20、30每个均仅具有两个电极，并允许所述电路免除由驱动器驱动的第三控制电极。每个发光二极管电路10、20、30都可以包括任何种类和任何连接的一个或多个发光二极管，并且每个发光二极管均仅具有两个电极，并不需要如US6452342所示那样具有第三控制电极。
在图4中，示出改进的第一开关电路11、12的示意图。已经增加晶体管41，其用于当被激活时减少跨第一开关11存在的电压。第一开关11的主电极被连接到晶体管41的主电极，并且晶体管41的控制电极被连接到检测电路40，检测电路40用于检测流过第一开关电路11、12的电流。这可以经由电流确定42来完成。可以为第二开关21等引入类似的结构。
在图5中，按照图2和3中所示的改进，示出装置100的第一实施例。
在图6中，示出装置100的第二实施例，其中，发光二极管电路10、20、30位于装置100的外部。此外，源5可位于装置100的外部。
在图7中，示出装置100的第三实施例，其中，电源5和脉冲产生器6位于装置100的外部。此外，脉冲发生器6可以位于装置100的内部。
该电压信号是DC电压信号，并且发光二极管电路10、20、30被布置为由这种DC电压信号供电。为此，例如每个发光二极管电路均包括发光二极管串与电阻器的串联连接，该电阻器用于补偿跨对下一个发光二极管电路进行开关的开关的电压降。因此，在图2和3中，在各自发光二极管电路30、10和20中的电阻可以得到各自的示例值20、10和0Ohm。电容器13可以具有150nF的示例值，齐纳二极管16可以具有大约30伏的示例阈值，电阻器15可以具有1kOhm的示例值，该电阻器17和18可具有5kOhm的示例值，齐纳二极管14可以具有大约3伏的示例阈值，但并不排除其它值。代替一串发光二极管，可以引入发光二极管的其它组合。例如，源5为转换器，其用于将交换电流电干线电压信号或AC干线电压信号转换为DC电压信号，或者例如为开关模式电源或电池等。
替代地，该电压信号可以是交流电压信号或AC电压信号，在这样的情况下，需要选定开关电路11、12、21、22，以便他们能处理这种AC电压信号，并且在这样的情况下，发光二极管电路10、20、30需要被布置用于用这种AC电压信号供电。为了这个目的，每个发光二极管电路可以拥有整流器，或者可以拥有例如所谓的ACLED或发光二极管的反并联组合。不利的是，在这样的情况下，每个脉冲信号一旦生成之后，只要相应的发光二极管电路需要接通(除非采取进一步措施以在AC电压信号的零通道期间保持开关11、21被激活)，每个脉冲信号就必须在AC电压信号的每个零通道后立即重复。优点能够是一方面发光二极管电路10、20和另一方面发光二极管30能够更独立的关断等(即，在AC电压信号的每个零通道之后，开关后面的每个发光二极管电路10、20能够自动关断，而最接近电源的发光二极管电路30保持打开)。
总之，为了免除驱动器中的时钟信号以及用于电源和控制的单独配线，并且为了免除具有控制电极的三端发光二极管，用于驱动发光二极管的电路10、20、30的驱动器拥有用于接收来自源5的电压信号的第一和第二端子1、2，，并拥有被耦合到第二端子2和第三端子3的第一开关电路11、12。第一和第三端子1、3将被耦合到第一发光二极管电路10的电极。第一开关电路11、12包括第一开关11和第一定时电路12，用于响应于被添加到电压信号的第一脉冲信号，来激活第一开关11，以接通第一发光二极管电路10。顺次的脉冲信号可以被用于顺次接通发光二极管电路10、20。
尽管已经在附图和前述说明中详细说明并描述本发明，但是这些说明和描述将被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例中。本领域技术人员在实践所要求权利的本发明中，能够从附图、公开、和附加权利要求的学习中，理解本公开的实施例的其他变化并实现它们。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中这个事实不指示这些措施的组合不能被用于有益目的。权利要求中任何覆土标记不应该被看作是对保护范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于驱动发光二极管电路(10、20、30)的驱动器，包括：
用于从源(5)接收电压信号的第一端子(1)和第二端子(2)，和
耦合到所述第二端子(2)并耦合到第三端子(3)的第一开关电路(11、12)，所述第一端子(1)和所述第三端子(3)被布置为耦合到第一发光二极管电路(10)的电极，并且所述第一开关电路(11、12)包括第一开关(11)和第一定时电路(12)，所述第一定时电路(12)用于响应于被添加到所述电压信号的第一脉冲信号来激活所述第一开关(11),当被激活时，所述第一开关(11)处于导通模式，然后独立于所述第一脉冲信号停留在该导通模式中。
2.根据权利要求1所述的驱动器，所述第一开关(11)包括硅控整流器或三端可控硅器件或用于代替硅控整流器或三端可控硅器件的晶体管电路。
3.根据权利要求1所述的驱动器，所述第一开关(11)具有被耦合到所述第二端子(2)和第三端子(3)的主电极，并且所述第一定时电路(12)包括电容器(13)，所述电容器(13)的一侧被耦合到所述第二端子(2)，并且所述电容器(13)的另一侧被耦合到所述第一开关(11)的控制电极。
4.根据权利要求3所述的驱动器，所述电容器(13)的所述另一侧经由第一阈值电路(16、17)被耦合到所述第一端子(1)。
5.根据权利要求3所述的驱动器，所述电容器(13)的所述另一侧经由电阻器(18)被耦合到所述第三端子(3)。
6.根据权利要求3所述的驱动器，所述第一定时电路(12)还包括被并联耦合到所述电容器(13)的第二阈值电路(14、15)。
7.根据权利要求1所述的驱动器，所述第一开关电路(11、12)还包括晶体管(41)，所述晶体管(41)用于当被激活时减少跨所述第一开关(11)呈现的电压。
8.根据权利要求7所述的驱动器，所述第一开关(11)的主电极被耦合到所述晶体管(41)的主电极，并且所述晶体管(41)的控制电极被耦合到检测电路(40)，所述检测电路(40)用于检测流过所述第一开关电路(11、12)的电流。
9.根据权利要求1所述的驱动器，所述第一脉冲信号具有在用于所述第一脉冲信号的给定幅度的预定持续时间范围内的持续时间，和/或所述第一脉冲信号具有在用于所述第一脉冲信号的给定持续时间的预定幅度范围内的幅度，和/或所述第一脉冲信号具有在预定持续时间内的持续时间以及预定幅度范围内的幅度。
10.根据权利要求1所述的驱动器，进一步包括：
第二开关电路(21、22)，被耦合到所述第三端子(3)并被耦合到第四端子(4)，所述第一端子(1)和所述第四端子(4)被布置为被耦合到第二发光二极管电路(20)的电极，并且所述第二开关电路(21、22)包括第二开关(21)和第二定时电路(22)，所述第二定时电路(22)用于对于激活的第一开关(11)，响应于被添加到所述电压信号的第二脉冲信号来激活所述第二开关(21)。
11.根据权利要求10所述的驱动器，所述第一脉冲信号和第二脉冲信号为顺次激活所述第一开关(11)和第二开关(21)的单独的顺次脉冲信号，或者为持续时间足够长以顺次激活所述第一开关(11)和所述第二开关(21)的结合的脉冲信号。
12.根据权利要求1所述的驱动器，所述第一端子(1)和第二端子(2)被布置为被耦合到第三发光二极管电路(30)的电极，所述第三发光二极管电路(30)经由所述电压信号接通，并且所述第一发光二极管电路(10)经由所述第一脉冲信号接通，并且每个发光二极管电路(10、20、30)均经由所述电压信号关断。
13.根据权利要求1所述的驱动器，所述驱动器被布置为免除时钟信号，并且免除用于电源和控制的单独配线，和/或驱动每个都只具有两个电极且不具有第三控制电极的发光二极管电路(10、20、30)，每个发光二极管电路(10、20、30)包括任何种类并且处于任何连接的一个或多个发光二极管，每个发光二极管只具有两个电极且不具有第三控制电极。
14.一种包括如权利要求1中所述的驱动器的装置(100)，所述装置还包括所述第一发光二极管电路(10)和/或所述源(5)和/或用于将所述脉冲信号添加到所述电压信号的脉冲发生器(6)。
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